CN204706810U - 110kV户外环网柜在线除湿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了110KV户外环网柜在线除湿装置，包括电源装置以及分别与所述电源装置连接的检测装置、执行装置；所述检测装置与所述执行装置相连接；所述检测装置包括湿度传感器，所述执行装置包括主控芯片、数据存储器和排潮装置，所述排潮装置包括变频风机、电加热器以及分别与其连接的驱动装置；所述电源装置为电容降压电源装置，包括高压线路电容器、电压互感器和电源变换电路。本实用新型能够利用110KV配电线路取电，实现对电缆接头控制柜的自控排潮除湿功能，线路简单，装置稳定性好，既满足了国家标准，同时又提高了设备使用的稳定性能，很大程度上降低了户外环网柜事故发生率，值得广泛推广与使用。

Description

110kV户外环网柜在线除湿装置

技术领域

本实用新型涉及110kV户外环网柜辅助装置技术领域，尤其涉及110kV户外环网柜在线除湿装置。

背景技术

随着电力工业现代化建设事业的迅速发展，电网改造已全方位启动，在配网自动化领域，尤其是高压输电领域，配电环网柜已经得到越来越普及的运用，尤其是在城市双回路供电的电缆铺设中，已经替代了传统意义上单一功能的电缆户外环网柜，实现了电缆分支保护与配网开关控制的紧密结合。

然而，由于人力维护不到位、运行年限较长、设备运行环境恶劣等原因，户外环网柜内的电缆接头容易发生故障，其中，因柜体内潮湿造成电缆线路接头老化是最重要的原因之一。为此，可以采用自动控制手段，设置一种电缆线路接头排潮除湿装置，这对降低户外环网柜事故发生率很有必要。由于环网柜分布较为分散，故而无法集中或就近提供市政低压电源为装置供源，所以，设计此类装置时，一方面要考虑其装置元件的自动化运行性，另一方面，需要为排潮除湿设备其选定一种便捷、安全、小巧、易于实现的供源装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供110kV户外环网柜在线除湿装置，利用110kV配电线路取电，并配合自动控制的排潮除湿装置，实现自动除湿功能。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：110kV户外环网柜在线除湿装置，设置于容纳多个电缆线路接头的户外环网柜中，包括电源装置以及分别与所述电源装置连接的检测装置、执行装置；所述检测装置与所述执行装置相连接；所述检测装置包括湿度传感器，所述执行装置包括主控芯片、数据存储器和排潮装置，所述排潮装置包括变频风机、电加热器以及分别与其连接的驱动装置；所述电源装置为电容降压电源装置，包括高压线路电容器、电压互感器和电源变换电路。

所述高压线路电容器通过热爆式脱离器与110kV高压导线连接，并与所述电压互感器串联；高压线路电容器和电压互感器串联后整体与110kV高压导线的线路绝缘子并联。

所述电源变换电路与高压线路电容器连接，包括稳压模块、降压式DC/DC变换模块和电压比较控制模块。

所述稳压模块为并联式电子稳压电路，包括桥式整流电路、电容滤波电路以及场效晶体管并联稳压电路；所述电压比较控制模块包括两级放大电路，并连接电压监测装置。

所述驱动装置包括驱动发生器和调压电路，所述驱动发生器为PWM波形发生器，所述调压电路为降压式变换电路。

所述主控芯片为DSP芯片或单片机芯片。

本实用新型装置主要针对户外环网柜内电缆接头易潮易损问题提出解决方案，实现装置的适用性和自动化控制，能根据柜体内湿度变化，自动启动排潮设备，无需人员值守与控制，为此，自动排潮设备采用的是设置于户外环网柜内的检测装置与执行装置所组成的；检测装置包括湿度传感器，执行装置包括主控芯片、数据存储器和排潮装置，主控芯片为DSP芯片或单片机芯片，排潮装置包括变频风机、电加热器以及分别与其连接的驱动装置，驱动装置包括驱动发生器和调压电路，驱动发生器为PWM波形发生器，调压电路为降压式变换电路。在使用时，自动排潮设备有通风模式与排潮模式两种工作状态，先由检测模块采样当前电缆柜的湿度值，并由主控芯片调取数据存储器中的湿度报警值，进行比对，如果未达到报警值，则执行通风模式，即不开启电加热器，变频风机根据当前湿度数值执行通风模式操作，作为常规的通风散热风扇使用；如果达到报警值，则开启排潮模式，风扇全速运转，同时开启电加热器，使变频风机转变为暖风风机，以达到快速排潮的目的。

为了降低装置的常态电能损耗，主要是对通风模式的风机运行状态进行调节。当采样湿度没有达到报警值时，执行的是通风模式，此时的电加热器并未开启，通过计算可以使驱动发生器发出对应PWM波形，用于硬件调压电路的驱动，通过调压电路改变风机的输入电压，从而调节风机转速，这样既可以实现常规状态下降低能源损耗，又可以在需要排潮操作时，无需依靠人为控制，由装置自动识别并执行相关操作，提高了装置的适用性、可靠性和自动化程度。

另一方面，本装置可以具有一个稳定可靠的操作电源，由于户外环网柜分布较为分散，无法集中或就近提供市政低压电源；本实用新型提出的是适用于110kV户外环网柜的电容式高压取电，核心是采用特制的高压线路电容器与电压互感器串联直接从高压导线上取能，绝缘子串作为输电线路过电压的绝缘支撑与高压线路电容器和电压互感器并联，即高压线路电容器降压—电压互感器变压—并联式电子稳压器稳压—降压式DC/DC变换—热爆式脱离器保护的10kV电缆分支箱取电方法。其中的高压线路电容器采用与无间隙线路避雷器相同的外观设计，便于使用与无间隙线路避雷器相同的安装工艺。利用电压互感器变压并提高功率输出，并联式稳压器将流过高压线路电容器的电流旁路接地，并将电压稳定在几百伏至几千伏，最终实现几十瓦至几百瓦的功率输出。

110kV户外环网柜电容降压取电系统主要由高压线路电容器、电压互感器和电源变换电路组成，电压互感器将电压转变为220V，热爆式脱离器可以确保高压线路电容器故障时与输电线路脱离，保证装置稳定运行；电源变换电路主要由稳压模块、降压式DC/DC变换模块、电压比较控制模块组成。稳压模块采用桥式整流、电容滤波及场效晶体管并联稳压的方式进行稳压，将电容器输出交流电压稳定在310V左右；降压式DC/DC变换模块将稳压电路输出电压最终转换为24V直流电压，即将高压小电流转换到低压大电流，最终实现几十瓦至几百瓦的功率输出。电压比较控制电路可以根据电压监测装置所需功率来控制继电器的开断，进而闭合或切断电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。对于需要融冰线路，融冰时线路不带电的情况，电源装置加装蓄电池储能，可以在短时间内满足电压监测装置的供电要求，实现电源装置的不间断供电。

传统的稳压模块由电源变压器、整流电路、滤波电路组成，本设计在现有稳压模块的基础上进行改进设计了并联式电子稳压电路。并联式电子稳压电路采用输入端串联，输出端并联的级联方式。整流电路采用桥式整流结构，将交流电压转变为脉动的直流电压，滤波电路由电抗元件组成，通过在电路中并联电容的方式进行滤波，将脉动的直流电压变为波动小、平滑度高的直流电压。

电容式高压取电方法中线路绝缘子串与高压线路电容器和电压互感器串联串并联，当线路遭受雷击时，串联串会受到线路上雷电过电压等的作用。因此，为了保证电容取电系统的供电可靠性，高压线路电容器与线路绝缘子应进行合理的绝缘配合，其原理在于保证线路绝缘子串的最大击穿电压小于高压线路电容器的最小耐受电压，使绝缘子串优先闪络。

高压线路电容器从高压导线上获得的交流电压经过整流、滤波、稳压处理后得到的直流电压需要经过一个宽范围输入、双路输出的电源变换模块来得到稳定的12V或24V输出电压，以满足设备的供能需求，工作湿度低，抗干扰能力强，外围电路比较简单，体积小，更便于安装使用。

为了满足电压监测装置的功率需求并保护DC/DC变换模块，本实用新型设计了电压比较控制电路，电压比较控制电路主要由放大电路、电压比较电路和继电器驱动电路构成。其核心器件是继电器，电路可以根据电压监测装置所需功率来控制继电器的开断，进而闭合或切断前端电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。高压线路电容器与避雷器连接，用于防止雷电等过电压冲击。

这样就通过110kV户外环网柜的电容式降压取电方式，采用特制的高压线路电容器配合电压互感器直接从高压导线上取能，既可以直供除潮装置使用，也可以经过电压变换输出直流48V、24V、12V等，以获得稳定的能量输出实现对110kV户外环网柜各监测设备的可靠供电，节约了系统电源部分的设计成本，可长期免维护运行；特制的高压线路电容器可以耐受规程制定的雷电冲击电压、工频交流试验电压，内绝缘与外绝缘均满足线路绝缘水平，容量满足电源变换的要求。

本实用新型能够利用110kV配电线路取电，实现对电缆接头控制柜的自控排潮除湿功能，线路简单，装置稳定性好，既满足了国家标准，同时又提高了设备使用的稳定性能，很大程度上降低了户外环网柜事故发生率，值得广泛推广与使用。

附图说明

图1是本实用新型装置的组成结构图。

图2是本实用新型装置的电容降压原理图。

图3是本实用新型装置取能装置结构图。

图4是本实用新型装置稳压模块电路图。

图5是本实用新型装置放大电路电路图。

图6是本实用新型装置电压比较电路图。

图7是本实用新型装置电压监控装置电路图。

具体实施方式

如图1至图7所示，110kV户外环网柜在线除湿装置，设置于电缆线路接头的户外环网柜中，包括电源装置1以及分别与所述电源装置连接的检测装置5、执行装置6；所述检测装置与所述执行装置相连接；所述检测装置包括湿度传感器，所述执行装置包括主控芯片7、数据存储器8和排潮装置，所述排潮装置包括变频风机9、电加热器10以及分别与其连接的驱动装置11；所述电源装置为电容降压电源装置，包括高压线路电容器2、电压互感器12和电源变换电路3。

所述高压线路电容器2通过热爆式脱离器4与110kV高压导线连接，并与所述电压互感器12串联；高压线路电容器2和电压互感器12串联后整体与110kV高压导线的线路绝缘子并联。

所述电源变换电路3与高压线路电容器2连接，包括稳压模块、降压式DC/DC变换模块和电压比较控制模块。

所述稳压模块为并联式电子稳压电路，包括桥式整流电路、电容滤波电路以及场效晶体管并联稳压电路；所述电压比较控制模块包括两级放大电路，并连接电压监测装置。

所述驱动装置包括驱动发生器和调压电路，所述驱动发生器为PWM波形发生器，所述调压电路为降压式变换电路。

所述主控芯片为DSP芯片或单片机芯片。

本实用新型装置主要针对户外环网柜内电缆接头易潮易损问题提出解决方案，实现装置的适用性和自动化控制，能根据柜体内湿度变化，自动启动排潮设备，无需人员值守与控制，为此，自动排潮设备采用的是设置于户外环网柜内的检测装置与执行装置所组成的；检测装置包括湿度传感器，执行装置包括主控芯片、数据存储器和排潮装置，主控芯片为DSP芯片或单片机芯片，排潮装置包括变频风机、电加热器以及分别与其连接的驱动装置，驱动装置包括驱动发生器和调压电路，驱动发生器为PWM波形发生器，调压电路为降压式变换电路。在使用时，自动排潮设备有通风模式与排潮模式两种工作状态，先由检测模块采样当前电缆柜的湿度值，并由主控芯片调取数据存储器中的湿度报警值，进行比对，即采样当前电缆头湿度的基本状态信息，即湿度参数T，并由主控芯片调取数据存储器中的报警湿度T0，如果未达到报警值，则执行通风模式，即不开启电加热器，变频风机根据当前湿度数值执行通风模式操作，作为常规的通风散热风扇使用；如果达到报警值，则开启排潮模式，风扇全速运转，同时开启电加热器，使变频风机转变为暖风风机，以达到快速排潮的目的。

为了降低装置的常态电能损耗，主要是对通风模式的风机运行状态进行调节。当采样湿度没有达到报警值时，执行的是通风模式，此时的电加热器并未开启，通过计算得出调节占空比T’= T/T0 ，进而计算风机转速的数字控制量k，数字控制量k的算法根据负载占空比算出，即k=k1*T’=k1*T/T0 ,其中k1为一可调常数，与风机额定功率相关；驱动发生器会根据上述数字控制量发出PWM波形，用于硬件调压电路的驱动，通过调压电路改变风机的输入电压，从而调节风机转速，调压电路为BUCK降压式变换电路，将变频风机的额定满载输出电压（常规为12V或24V）经过降压滤波后，加到直流风机上，以控制风机的转速，其中输出电压u由给定输出电压u0与数字控制量k综合控制；这样既可以实现常规状态下降低能源损耗，又可以在需要排潮操作时，无需依靠人为控制，由装置自动识别并执行相关操作，提高了装置的适用性、可靠性和自动化程度。

另一方面，本装置可以具有一个稳定可靠的操作电源，由于户外环网柜分布较为分散，无法集中或就近提供市政低压电源；本实用新型提出的是适用于110kV户外环网柜的电容式高压取电，核心是采用特制的高压线路电容器与电压互感器串联直接从高压导线上取能，绝缘子串作为输电线路过电压的绝缘支撑与高压线路电容器和电压互感器并联，即高压线路电容器降压—电压互感器变压—并联式电子稳压器稳压—降压式DC/DC变换—热爆式脱离器保护的10KV电缆分支箱取电方法。其中的高压线路电容器采用与无间隙线路避雷器相同的外观设计，便于使用与无间隙线路避雷器相同的安装工艺。利用电压互感器变压并提高功率输出，并联式稳压器将流过高压线路电容器的电流旁路接地，并将电压稳定在几百伏至几千伏，最终实现几十瓦至几百瓦的功率输出。

该取电方法的基本思想是利用高压线路电容器储存电能。如图2所示为高压电容降压的原理图。其中C为高压电容；T为电压互感器；1a、1b、2a、2b分别为二次绕组端子和剩余绕组端子；U为一次电压；R为后端电阻。当施加电压U于高压线路电容器与电压互感器串联串时，线路电容器容抗与电压互感器一次绕组的感抗进行分压。

图3所示为该取电系统的原理图，110kV户外环网柜电容降压取电系统主要由高压线路电容器、电压互感器和电源变换电路组成，电压互感器将电压转变为220V，热爆式脱离器可以确保高压线路电容器故障时与输电线路脱离，保证装置稳定运行；电源变换电路主要由稳压模块、降压式DC/DC变换模块、电压比较控制模块组成。稳压模块采用桥式整流、电容滤波及场效晶体管并联稳压的方式进行稳压，将电容器输出交流电压稳定在310V左右；降压式DC/DC变换模块将稳压电路输出电压最终转换为24V直流电压，即将高压小电流转换到低压大电流，最终实现几十瓦至几百瓦的功率输出。电压比较控制电路可以根据电压监测装置所需功率来控制继电器的开断，进而闭合或切断电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。对于需要融冰线路，融冰时线路不带电的情况，电源装置加装蓄电池储能，可以在短时间内满足电压监测装置的供电要求，实现电源装置的不间断供电。

电压互感器可选择JDZW-10R型，将线路电容器输出电压转变为220V，特制的高压线路电容器由直流耐压数十千伏的圆柱形薄膜电容器串联而成，圆柱形薄膜电容器相当于平板电容器，串联后的电容器组的工频耐压满足线路绝缘配合的要求。该串联电容器组用绝缘带缠绕后用硅橡胶模压成型，将氧化锌阀片用圆柱形电容器代换，圆柱形电容器的直径与氧化锌阀片的直径一致，串联后的总长度与氧化锌阀片串联的总长度一致，便于使用与无间隙线路避雷器相同的安装工艺。串联电容的个数及单体容量、耐压值根据总耐压值、直径、总长度及薄膜电容器绕制工艺综合确定，电容两个电极分别用公、母螺纹引出。

为了将高压线路电容器取源输出的高压小电流转换成监测设备能够使用的低压大电流，如DC24V、3A，本实用新型设置了电源变换电路，其前端为稳压模块，目的是将从高压线路取源获得的输出交流电压稳定在某一值。

传统的稳压模块由电源变压器、整流电路、滤波电路组成，本设计在现有稳压模块的基础上进行改进设计了并联式电子稳压电路。并联式电子稳压电路采用输入端串联，输出端并联的级联方式。整流电路采用桥式整流结构，将交流电压转变为脉动的直流电压，滤波电路由电抗元件组成，通过在电路中并联电容的方式进行滤波，将脉动的直流电压变为波动小、平滑度高的直流电压，输出端采用23N50型MOSFET管并联的方式稳压，并重点设计了MOSFET管的驱动电路。如图4所示为整流滤波稳压电路的具体结构。

其中的CON2为220V交流，C22和T2进行滤波，经桥式整流电路后将交流电压转变为直流电压，利用R1、R30和R28电阻串联进行分压，取第一个节点的电压作为LM358电压比较器输入电压，通过5.1V稳压管串联电阻将NULL端的电压稳定在5.1V，LM358电压比较器输出正负极性的电压输入电压跟随器，电压跟随器起到隔离的作用，7端输出同样极性的电压为并联的MOSFET管提供驱动电压，R5和R6是驱动电阻，R48可释放MOSFET管栅极的残余电压，防止出现MOSFET管误导通的情况。C1为电解电容，进行低频滤波和补偿；C7为普通电容，用来消除高频波和杂波。V1和VNULL通过电压比较器进行比较，V1的电压值会根据前端电路的变化来进行改变，很不稳定，但是一直在5.1V附近波动，这样会导致7端输出的信号正负极性来回变换，如果前端电压的升高导致V1的电压大于5.1V，这时将输出正极性电压，在这个电压的作用下MOS管导通，利用MOS管的开关作用来稳定漏极端的电压，将电压控制在310V的小范围波动，反之亦然。

高压线路电容器从高压导线上获得的交流电压经过整流、滤波、稳压处理后得到的直流电压需要经过一个宽范围输入、双路输出的电源变换模块来得到稳定的12V或24V输出电压，以满足设备的供能需求。因此，本实用新型选用了型号为HN25-150D-C1的开关电源模块。该模块内置超强滤波磁环电容，输出电压为12V，24V，输出电流为5A，3A，工作湿度低，抗干扰能力强，外围电路比较简单，体积小，更便于安装使用。

为了满足电压监测装置的功率需求并保护DC/DC变换模块，本实用新型设计了电压比较控制电路，电压比较控制电路主要由放大电路、电压比较电路和继电器驱动电路构成。其核心器件是继电器，电路可以根据电压监测装置所需功率来控制继电器的开断，进而闭合或切断前端电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。图5为电压比较控制电路中的放大电路。采用两级运算放大器将R8两端电压放大100倍，最终输出的最大电压为11V。VG端电压的改变是因监测设备功率需求改变而改变。图6为电压比较电路，VG端是放大电路的输出端，最大电压为11V，电压比较器LM339负输入端的电压由上到下依次为8V，6V，4V，2V，根据VG端电压的大小电压比较器LM339发出高电平与低电平信号。电阻R61，R62，R63，R64用来延滞反应时间，防止电压比较器正输入端电压变化导致的输出端信号来回翻转而使电压比较器损坏；图7为电压监测装置的继电器驱动电路，核心器件为ULN2003A芯片，ULN2003A可以看作为一个反相器，将电压极性翻转，来控制继电器的闭合，进而控制电阻R14，R15，R16，R17的接入，来满足在线监测的取用功率。

电容式高压取电方法中线路绝缘子串与高压线路电容器和电压互感器串联串并联，当线路遭受雷击时，串联串会受到线路上雷电过电压等的作用。因此，为了保证电容取电系统的供电可靠性，高压线路电容器与线路绝缘子应进行合理的绝缘配合，其原理在于保证线路绝缘子串的最大击穿电压小于高压线路电容器的最小耐受电压，使绝缘子串优先闪络。具体实施时，高压线路电容器可以选择与避雷器连接，用于防止雷电等过电压冲击。

Claims (6)

1.110kV户外环网柜在线除湿装置，设置于容纳多个电缆线路接头的户外环网柜中，其特征在于：包括电源装置以及分别与所述电源装置连接的检测装置、执行装置；所述检测装置与所述执行装置相连接；所述检测装置包括湿度传感器，所述执行装置包括主控芯片、数据存储器和排潮装置，所述排潮装置包括变频风机、电加热器以及分别与其连接的驱动装置；所述电源装置为电容降压电源装置，包括高压线路电容器、电压互感器和电源变换电路。

2.如权利要求1所述的110kV户外环网柜在线除湿装置，其特征在于：所述高压线路电容器通过热爆式脱离器与110kV高压导线连接，并与所述电压互感器串联；高压线路电容器和电压互感器串联后整体与110kV高压导线的线路绝缘子并联。

3.如权利要求1所述的110kV户外环网柜在线除湿装置，其特征在于：所述电源变换电路与高压线路电容器连接，包括稳压模块、降压式DC/DC变换模块和电压比较控制模块。

4.如权利要求3所述的110kV户外环网柜在线除湿装置，其特征在于：所述稳压模块为并联式电子稳压电路，包括桥式整流电路、电容滤波电路以及场效晶体管并联稳压电路；所述电压比较控制模块包括两级放大电路，并连接电压监测装置。

5.如权利要求1所述的110kV户外环网柜在线除湿装置，其特征在于：所述驱动装置包括驱动发生器和调压电路，所述驱动发生器为PWM波形发生器，所述调压电路为降压式变换电路。

6.如权利要求1所述的110kV户外环网柜在线除湿装置，其特征在于：所述主控芯片为DSP芯片或单片机芯片。