CN210092949U - 一种应用于输电线路故障指示器的供电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于输电线路故障指示器的供电装置，包括取能线圈、感应取电模块、超级电容储能模块、干电池模块、故障指示器电源系统；所述取能线圈安装于高压输电线路上且与所述感应取电模块的电压输入接口相连，所述感应取电模块的直流稳定电压输出接口与所述超级电容储能模块的直流电压输入接口相连，所述超级电容储能模块的电容电压输出接口和所述干电池模块的电压输出接口构成并联形式后与所述故障指示器电源系统的电压输入接口相连，所述故障指示器电源系统的电压输出接口与故障指示器系统的各个功能模块相连。本新型装置具有低碳化、质量轻巧、结构紧凑、安装方便、环境适应性强等特点，适用于实时监测输电线路运行状态的场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及高压输电线路技术领域，尤其涉及一种应用于输电线路故障指示器的供电装置，可为安装在附近的故障指示器提供稳定的电源，实现高压输电导线上的电能在线补给。
背景技术
随着全社会用电量的需求不断增加，电力网络逐渐向扩大化、复杂化和智能化的方向发展，世界各国对电力系统的监测要求及其重视程度越来越高。为最大限度降低电力系统故障带来的损失，提高电能质量，实时监测输电线路的运行状况并及时上报检测数据信息极其重要。
输电线路是国家电网的动脉，其运行状态直接决定电网运行的安全和效益。随着电力工业逐渐向电源结构清洁化、电力系统智能化等方向发展，智能电网故障指示器将融合现代传感技术、物联网技术、嵌入式系统技术和绿色能源技术，用于智能电网的故障检测，集异常识别、故障区段定位和状态信息反馈于一体，能够实时监测点电流、温度等相关信息，发现线路运行中出现的潜在危险、保护电力系统的运行安全，有助于提高智能电网运行的可靠性。但是，由于输电线路处于高空以及其自身带有高电压等特性，使得故障指示器的安装、供电成为一个不小的难题。通常情况下，为了便于监控输电线路，故障指示器都安装在输电线路附近，而输电线路往往都远离城镇，不便于对其进行定期检查和维护。因此，为确保安装在附近的故障指示器能够长期稳定地供电，实现高压输电导线上的电能在线补给，设计一种应用于输电线路故障指示器的供电装置尤为关键。
大多数输电线路架设在野外环境，沿途需要翻山越岭、跨越江河。传统的太阳能取电，其利用光伏电池供电。光伏电池具有环保、无需人为定期维护、更换等优点，光电转换率很低，往往需要很大的面积来进行光电转换，安装过程较为复杂。此外，光伏电池的另一个重大缺陷就是受环境影响较大，阴天无法持续供电，无法满足故障指示器持续工作的要求。这极大地限制了太阳能取电在输电线路中的应用。对于激光供电，其设备复杂且成本较高，能量转换效率较低，不宜采用。而输电线路感应取电利用电磁感应原理，将输电线路附近的电磁能转换为电能来为附近的监控设备进行持续稳定的供电，适合作为高压输电导线上在线监测、巡检等电气设备的电源供给装置。
输电线路感应取电装置由于在取能方式和设计理念上的独到之处,使其克服了气候及地理条件的影响，不仅环保、稳定性高、可持续供电，而且其取电装置体积小、安装简单、成本低、供电可靠，成为解决线上设备供能难题的理想选择。
实用新型内容
本实用新型为了克服上述现有技术的不足，提出了一种应用于输电线路故障指示器的供电装置，确保故障指示器系统可以长期稳定的全负荷运行。
本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现：
一种应用于输电线路故障指示器的供电装置，包括取能线圈、感应取电模块、超级电容储能模块、干电池模块、故障指示器电源系统；
所述取能线圈安装于高压输电线路上，用于将高压输电线路附近的电磁能转化为交变电流输出，其交流电压输出接口与所述感应取电模块的电压输入接口相连，所述感应取电模块的直流稳定电压输出接口与所述超级电容储能模块的直流电压输入接口相连，所述超级电容储能模块的电容电压输出接口和所述干电池模块的电压输出接口构成并联形式后与所述故障指示器电源系统的电压输入接口相连，所述故障指示器电源系统的电压输出接口与故障指示器系统的各个功能模块相连。
进一步地，所述的感应取电模块包括整流滤波电路、DC/DC电路，所述整流滤波电路对得到的感应交变电流进行整流滤波并输出直流电压，再经过所述DC/DC电路将直流电压转换为稳压输出。
进一步地，所述超级电容储能模块包括电池/电容充电电路、至少两个储能电容，所述电池/电容充电电路利用感应取电后的稳定电压分别对所述储能电容进行充电管理，并输出相应电压给故障指示器电源系统。
进一步地，所述的电池/电容充电电路包括至少两个分别与对应的储能电容电路连接的电池充电控制器。
进一步地，所述电池充电控制器采用BQ24130芯片。
进一步地，所述的储能电容采用50F-100F超级电容。
进一步地，所述的干电池模块包括：
作为备用电源的干电池；
ARM处理器控制模块，用于当线路断电或取电不足时，启用所述干电池，使其逆向对所述超级电容储能模块进行充电，并输出相应电压以保证故障指示器电源系统的正常运行，使故障指示器的各个功能模块不间断地工作。
进一步地，所述的ARM处理器控制模块包括：
ARM处理器，当线路断电或取电不足时，通过控制RELAY_CTRL引脚的电平使干簧管磁引导磁保继电器导通；
磁保继电器，用于启用和切断干电池；
干簧管，用于引导磁保继电器导通启用干电池；
三极管Q132，用于驱动干簧管，导通磁保继电器；
场效应管Q131,用于在启用干电池时输出相应的电压。
进一步地，所述故障指示器电源系统包括3.8V稳压模块、3.3V稳压模块和5.0V稳压模块，3.8V稳压模块、3.3V稳压模块和5.0V稳压模块均采用降压-升压转换器获得相应的稳定电压。
进一步地，所述3.8V稳压模块及其3.3V稳压模块分别通过TPS63070芯片获得3.8V和3.3V的输出电压；所述5V稳压模块通过连接任一所述TPS63070芯片输出端的TPS61220芯片获得5V的输出电压。
相比现有技术，本实用新型提供的一种应用于输电线路故障指示器的供电装置，将供电装置模块化设计，便于系统的扩大与二次开发，并且能够使危险分散，如果一个模块出现问题，只需要更换此模块即可，而不影响其他模块的正常工作，具有可更新换代性。所述取能线圈、所述超级电容储能模块以及所述干电池模块构成三重电能来源，可以持续稳定地给故障指示器电源系统供电，使故障指示器系统的功能模块正常运行，提高了供电装置的可靠性。本实用新型具有低碳化、质量轻巧、结构紧凑、安装方便、环境适应性强等特点。
附图说明
图1为应用于输电线路故障指示器的供电装置的组成模块示意图。
图2为所述故障指示器电源系统的模块示意图。
图3为所述故障指示器电源系统的功能图。
图4为所述超级电容储能模块的模块示意图。
图5为磁保继电器控制干电池是否启用的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1所示，一种应用于输电线路故障指示器的供电装置，包括取能线圈、感应取电模块、超级电容储能模块、干电池模块、故障指示器电源系统；
所述取能线圈安装于高压输电线路上，用于将高压输电线路附近的电磁能转化为交变电流输出，其交流电压输出接口与所述感应取电模块的电压输入接口相连，所述感应取电模块的直流稳定电压输出接口与所述超级电容储能模块的直流电压输入接口相连，所述超级电容储能模块的电容电压输出接口和所述干电池模块的电压输出接口构成并联形式后与所述故障指示器电源系统的电压输入接口相连，所述故障指示器电源系统的电压输出接口与故障指示器系统的各个功能模块相连。
所述的感应取电模块包括整流滤波电路、DC/DC电路，所述整流滤波电路对得到的感应交变电流进行二极管整流和电容滤波，输出直流电压，再经过所述DC/DC电路将直流电压转换为稳压输出，受输电线路电流大小的影响，稳压输出的范围在10.0V±2V之间。
如图2所示，所述超级电容储能模块包括电池/电容充电电路、至少两个储能电容，所述的储能电容采用90F超级电容。所述电池/电容充电电路利用感应取电后的稳定电压分别对所述储能电容进行充电管理，并输出相应电压给故障指示器电源系统，电容电压不超过5.2V。
所述的电池/电容充电电路包括至少两个分别与对应的储能电容电路连接的电池充电控制器，所述电池充电控制器采用BQ24130芯片。
在输电线路断电时，若某一个90F超级电容的能耗极大，则另一90F超级电容逆向通过自身的BQ24130芯片，对其进行充电，输出电压，确保故障指示器电源系统的正常运行。
其中，所述故障指示器电源系统包括3.8V稳压模块、3.3V稳压模块和5.0V稳压模块，3.8V稳压模块、3.3V稳压模块和5.0V稳压模块均采用降压-升压转换器获得相应的稳定电压。
具体地，如图3所示，所述3.8V稳压模块及其3.3V稳压模块分别通过TPS63070芯片获得3.8V和3.3V的输出电压；所述5V稳压模块通过连接输出3.3V电压的TPS63070芯片的输出端的TPS61220芯片升压后获得5V的输出电压。如图4所示，最后各输出电压分别为故障指示器的功能模块供电，确保每个模块稳定运行。
其中，如图5所示，所述的干电池模块包括：
作为备用电源的3.6V干电池；
ARM处理器控制模块，用于当线路断电或取电不足时，启用所述干电池，使其逆向对所述超级电容储能模块进行充电，并输出相应电压以保证故障指示器电源系统的正常运行，使故障指示器的各个功能模块不间断地工作。
其中，所述的ARM处理器控制模块包括：
ARM处理器，当线路断电或取电不足时，通过控制RELAY_CTRL引脚的电平使干簧管磁引导磁保继电器导通；
磁保继电器，用于启用和切断干电池；
干簧管，用于引导磁保继电器导通启用干电池；
三极管Q132，用于驱动干簧管，导通磁保继电器；
场效应管Q131，用于在启用干电池时输出相应的电压。
所述干电池作为备用电源，在输电线路断电以及两个超级电容的储能消耗极大时，通过控制模块电路中的磁保继电器启用干电池，保证故障指示器电源系统的正常运行。干电池模块与所述超级电容储能模块和所述故障指示器电源系统相连。使干电池逆向通过相应的BQ24130芯片对两个90F超级电容进行充电，并输出电压以保证故障指示器电源系统的正常运行，保证障指示器的各个功能模块不间断地工作。使用磁保继电器控制是否启用干电池的电路如图所示，其中U16为磁保继电器，晶闸管Q131的1脚为取电后电压，当线路断电或取电不足时，可以通过ARM处理器控制RELAY_CTRL引脚，使干簧管磁引导磁保继电器导通，则干电池工作，从晶闸管Q131的3脚输出电压。
综上所述，上述实施例提供的应用于输电线路故障指示器的供电装置中，所述取能线圈利用电磁感应原理将其附近的电磁能转化为交流的电能输出；交流电能经所述感应取电模块的整流滤波电路、DC/DC电路等，转换为稳压输出；输出的直流稳定电压经所述超级电容储能模块的电池/电容充电电路，对两个90F超级电容进行充电管理，并输出两个较小的直流电容电压；直流电容电压经故障指示器电源系统的降压-升压电路转换出稳定的3.3V、3.8V，3.3V再经升压转换电路输出稳定的5.0V，最后均输出给故障指示器系统的各个功能模块，以使其每个功能模块可以稳定运行。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，包括取能线圈、感应取电模块、超级电容储能模块、干电池模块、故障指示器电源系统；所述取能线圈安装于高压输电线路上，用于将高压输电线路附近的电磁能转化为交变电流输出，其交流电压输出接口与所述感应取电模块的电压输入接口相连，所述感应取电模块的直流稳定电压输出接口与所述超级电容储能模块的直流电压输入接口相连，所述超级电容储能模块的电容电压输出接口和所述干电池模块的电压输出接口构成并联形式后与所述故障指示器电源系统的电压输入接口相连，所述故障指示器电源系统的电压输出接口与故障指示器系统的各个功能模块相连。
2.根据权利要求1所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述的感应取电模块包括整流滤波电路、DC/DC电路，所述整流滤波电路对得到的感应交变电流进行整流滤波并输出直流电压，再经过所述DC/DC电路将直流电压转换为稳压输出。
3.根据权利要求1所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述超级电容储能模块包括电池/电容充电电路、至少两个储能电容，所述电池/电容充电电路利用感应取电后的稳定电压分别对所述储能电容进行充电管理，并输出相应电压给故障指示器电源系统。
4.根据权利要求3所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述的电池/电容充电电路包括至少两个分别与对应的储能电容电路连接的电池充电控制器。
5.根据权利要求4所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述电池充电控制器采用BQ24130芯片。
6.根据权利要求3所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述的储能电容采用50F-100F超级电容。
7.根据权利要求1所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述的干电池模块包括：
作为备用电源的干电池；
ARM处理器控制模块，用于当线路断电或取电不足时，启用所述干电池，使其逆向对所述超级电容储能模块进行充电，并输出相应电压以保证故障指示器电源系统的正常运行，使故障指示器的各个功能模块不间断地工作。
8.根据权利要求7所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述的ARM处理器控制模块包括：
ARM处理器，当线路断电或取电不足时，通过控制RELAY_CTRL引脚的电平使干簧管磁引导磁保继电器导通；
磁保继电器，用于启用和切断干电池；
干簧管，用于引导磁保继电器导通启用干电池；
三极管Q132，用于驱动干簧管，导通磁保继电器；
场效应管Q131，用于在启用干电池时输出相应的电压。
9.根据权利要求1所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述故障指示器电源系统包括3.8V稳压模块、3.3V稳压模块和5.0V稳压模块，3.8V稳压模块、3.3V稳压模块和5.0V稳压模块均采用降压-升压转换器获得相应的稳定电压。
10.根据权利要求9所述的应用于输电线路故障指示器的供电装置，其特征在于，所述3.8V稳压模块及其3.3V稳压模块分别通过TPS63070芯片获得3.8V和3.3V的输出电压；所述5.0V稳压模块通过连接任一所述TPS63070芯片输出端的TPS61220芯片获得5V的输出电压。
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|---|---|---|---|---|
| CN110417103A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-11-05 | 华南理工大学 | 应用于输电线路故障指示器的电源管理系统及其设计方法 |
| CN111565271A (zh) * | 2020-04-17 | 2020-08-21 | 山东信通电子股份有限公司 | 一种输电线路的图像采集装置及其供电方法 |
| CN114158165A (zh) * | 2021-10-22 | 2022-03-08 | 禧荣电器(深圳)有限公司 | 一种低功耗人体感应器 |
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