CN220671548U - 一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统及避雷器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及避雷装置领域，尤其涉及一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统及避雷器。包括CT取能器、电源管理电路、电池、避雷器无线监测节点、太阳能板；CT取能器，用于连接避雷器本体，并获取避雷器中雷击产生的电能；电源管理电路，分别与CT取能器、电池、避雷器无线监测节点、太阳能板连接，用于将CT取能器和太阳能板的电能转化为直流电后输出给避雷器无线监测节点为避雷器无线监测节点供电，将多余电能输出给电池进行存储；电池，用于存储电能或为避雷器无线监测节点供电。通过太阳能和雷击产生的电能为监测系统供电，并将多余电能存储至电池中，达到减少对电池的依赖，提高在线监测系统的可靠性和持久性。

Description

一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统及避雷器

技术领域

本申请涉及避雷装置领域，尤其涉及一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统及避雷器。

背景技术

氧化锌避雷器是一种通过吸收释放过电压能量，限制过电压幅值的电气设备，主要是保护电网中电力设备免受瞬时雷电破坏，是目前电力系统中最常用，也是发展最快的过电压保护装置。然而避雷器热击穿事故也较为严重，目前有50%以上的雷击故障是由线路避雷器失效引起的，因此对避雷器的监测具有重要的意义。

避雷器通常由金属氧化物制成，具有非线性电阻特性。低压情况下，呈现出高阻的状态；当电压超过一个特定的阈值时，避雷器的电阻急剧下降，从而形成一条低阻抗通路，将雷电的电荷引导到地面，保护电力设备。正常情况下，避雷器会存在微弱的泄漏电流，不大于50 μA。为了提高对避雷器的运维效率，在实际中也采用了避雷器监测系统，通过评估避雷器泄漏电流大小来判断避雷器的运行状况。由于老化、腐蚀、雷击过载等原因，泄漏电流会增加，当超过1mA时，就需要对避雷器行试验，以便判断其是否合格，能否继续运行。

早期避雷器是人工测试，这种方法需要在带电状态下进行操作，存在工作危险和工作量大的问题。为了解决这些问题，近年来逐渐出现了在线监测设备，它们能够对避雷器进行实时监测。这些在线监测设备能够检测避雷器的泄漏电流等各种参数，并且能够采集雷击时的电压和电流波形。这些数据可以通过无线传输进行传送，使得监测和数据分析更加方便和高效。

然而，这些无线监测设备的电源问题始终是一个挑战。目前，这些设备主要采用电池供电。由于避雷器的在线监测需要长期稳定的供电，电池的续航能力成为一个关键问题。长时间的监测可能导致电池能量耗尽，需要定期更换电池，同样会增加了维护和管理的复杂性。

实用新型内容

有鉴于此，提出一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统及避雷器，实现减少对电池的依赖，提高在线监测设备的可靠性和持久性。

本申请一方面提供了一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，包括CT取能器、电源管理电路、电池、避雷器无线监测节点、太阳能板；

所述CT取能器，用于连接避雷器本体，并获取避雷器中雷击产生的电能；

所述电源管理电路，分别与所述CT取能器、所述电池、所述避雷器无线监测节点、所述太阳能板连接，用于将所述CT取能器和所述太阳能板的电能转化为直流电后输出给所述避雷器无线监测节点为所述避雷器无线监测节点供电，将多余电能输出给所述电池进行存储；

所述电池，用于存储电能或为所述避雷器无线监测节点供电。

在上述利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统的一些实施方式中，所述CT取能器包括第一CT取能器，所述第一CT取能器安装在与避雷器连接的接地线上，所述第一CT取能器的输出端分别与所述电源管理电路以及所述避雷器无线监测节点连接。

在上述利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统的一些实施方式中，所述CT取能器包括第二CT取能器，所述第二CT取能器安装在输电线的母线上，所述第二CT取能器的输出端与电源管理电路连接。

在上述利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统的一些实施方式中，所述电源管理电路包括CT取能管理电路、太阳能管理电路、电池充放电电路、控制器；

所述CT取能管理电路，输入端与所述CT取能器连接，输出端与所述控制器连接；

所述太阳能管理电路，输入端与所述太阳能板连接，输出端与所述控制器连接；

所述电池充放电电路，分别与所述电池以及所述控制器连接；

所述控制器，与所述避雷器无线监测节点连接，用于控制所述CT取能管理电路的输出端与所述避雷器无线监测节点连接，控制所述太阳能管理电路的输出端与所述避雷器无线监测节点连接，控制所述电池充放电电路与所述避雷器无线监测节点连接。

在上述利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统的一些实施方式中，所述控制器，还用于控制所述CT取能管理电路的输出端与所述电池充放电电路连接，控制所述太阳能管理电路的输出端与所述电池充放电电路连接。

在上述利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统的一些实施方式中，还包括DC/DC变换电路，所述DC/DC变换电路连接在所述控制器和所述避雷器无线监测节点之间，用于将所述控制器输出端的电压调整为所述避雷器无线监测节点的工作电压。

在上述利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统的一些实施方式中，所述CT取能管理电路，包括依次连接的整流电路、滤波电路、DC/DC变换电路，所述整流电路的输入端与所述CT取能器的输出端连接，所述DC/DC变换电路的输出端与所述控制器连接。

在上述利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统的一些实施方式中，所述太阳能管理电路，包括依次连接的最大功率点跟踪电路和DC/DC变换电路，所述最大功率点跟踪电路的输入端与所述太阳能板连接，所述DC/DC变换电路的输出端与所述控制器连接。

本申请的另一方面提供了一种避雷器，包括避雷器本体和无线监测系统，所述无线监测系统为如上述方面所述的利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，所述避雷器本体的输入端与输电线母线连接，所述避雷器本体的输出端与接地线连接。

实用新型的效果

采用电流互感器（CT）取能和太阳能结合的方式为避雷器无线监测系统提供能源。CT取能器获取的电能是防雷接地线或母线上感应电压。通过整流、滤波、稳压等后续电路处理后，提供给监测系统所必需的电源。太阳能的功率密度高，但只在白天工作，将多余的电能存储在电池中，以备晚上和阴雨天使用。相比之下，本实用新型具有绿色环保的优点，解决了电池续航能力短、太阳能电板无法适用于阴雨天气的问题，节省了避雷器的人力维护成本。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本申请的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本申请的原理。

图1是本申请实施例提供的避雷器及利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的电源管理电路与避雷器无线监测节点连接的电路结构示意图。

附图标记说明

1、避雷器本体；

2、第一CT取能器；21、第二CT取能器；

3、电源管理电路；30、电池；

31、避雷器CT取能电源接口电路；32、母线CT取能电源接口电路；33、太阳能接口电路；34、控制器；

4、避雷器无线监测节点；

5、太阳能板；

6、输电线母线；

7、接地线；

8、大地。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本申请，本领域技术人员应当理解，在下文的各实施方式中给出了众多的具体细节。没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实施方式中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段和元件未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

结合图1和图2所示，本申请的实施例1提供了一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，包括CT取能器、电源管理电路3、电池30、避雷器无线监测节点4、太阳能板5；

CT取能器，用于连接避雷器本体1，并获取避雷器中雷击产生的电能；

电源管理电路3，分别与CT取能器、电池30、避雷器无线监测节点4、太阳能板5连接，用于将CT取能器和太阳能板5的电能转化为直流电后输出给避雷器无线监测节点4为避雷器无线监测节点4供电，将多余电能输出给电池30进行存储；

电池30，用于存储电能或为避雷器无线监测节点4供电。

在一些示例性实施方式中，CT取能器包括第一CT取能器2，第一CT取能器2安装在与避雷器连接的接地线7（与大地8连接的导线）上，第一CT取能器2的输出端分别与电源管理电路3以及避雷器无线监测节点4连接。

在一些示例性实施方式中，CT取能器包括第二CT取能器21，第二CT取能器21安装在输电线的母线上，第二CT取能器21的输出端与电源管理电路3连接。

在一些示例性实施方式中，电源管理电路3包括CT取能管理电路、太阳能管理电路、电池充放电电路、控制器34（电源管理控制器）；

CT取能管理电路，输入端与CT取能器连接，输出端与控制器34连接；

太阳能管理电路（即太阳能接口电路33），输入端与太阳能板5连接，输出端与控制器34连接；

电池充放电电路，分别与电池30以及控制器34连接；

控制器34，与避雷器无线监测节点4连接，用于控制CT取能管理电路的输出端与避雷器无线监测节点4连接，控制太阳能管理电路的输出端与避雷器无线监测节点4连接，控制电池充放电电路与避雷器无线监测节点4连接。

CT取能管理电路包括避雷器CT取能电源接口电路31和母线CT取能电源接口电路32。

在一些示例性实施方式中，控制器34，还用于控制CT取能管理电路的输出端与电池充放电电路（电池充放电电路为现有技术，因此图中未画出）连接，控制太阳能管理电路的输出端与电池充放电电路连接。

在一些示例性实施方式中，还包括DC/DC变换电路，DC/DC变换电路连接在控制器34和避雷器无线监测节点4之间，用于将控制器34输出端的电压调整为避雷器无线监测节点4的工作电压。

在一些示例性实施方式中，CT取能管理电路，包括依次连接的整流电路、滤波电路、DC/DC变换电路，整流电路的输入端与CT取能器的输出端连接，DC/DC变换电路的输出端与控制器34连接。

在一些示例性实施方式中，太阳能管理电路，包括依次连接的最大功率点跟踪电路和DC/DC变换电路，最大功率点跟踪电路（MPPT）的输入端与太阳能板5连接，DC/DC变换电路的输出端与控制器34连接。

本申请的实施例2提供了一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，包括：CT取能器、太阳能板5、电源管理电路3和避雷器无线监测节点4；CT取能器安装在接地线7上或输电线母线6上，收集接地线7上的雷击能量和输电线的电能，同时在接地线7上的CT取能器用于测量雷电电流；电源管理电路3将CT取能和太阳能板5的电能转化为稳定的直流电，为避雷器无线监测节点4供电和电池30（采用锂电池30）充电。

CT取能器（第一CT取能器2）安装在避雷器与地线之间的接地线7上，输出端接电源管理电路3和避雷器无线监测节点4；正常工作时电流较小，无法提取电能；在雷击时会产生kA（千安）数量级的冲击脉冲电流通过接地线7，CT取能器感应脉冲产生的磁场脉冲，转化为较小的适当的脉冲电流。

CT取能器（第二CT取能器21）安装在输电线母线6上，在不停电情况下取能器都会源源不断地提取少量的电能。

电源管理电路3，包括CT取能管理电路、太阳能管理电路和锂电池充放电电路。CT取能管理电路包括整流、滤波、稳压电路，太阳能管理电路包括最大功率点跟踪电路（MPPT）和稳压电路（即DC/DC变换电路）。

本申请的实施例3提供了一种避雷器，包括避雷器本体1和无线监测系统，无线监测系统为如上述实施例中的利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，避雷器本体1的输入端与输电线母线6连接，避雷器本体1的输出端与接地线7连接。

电源管理控制器根据发电量和避雷器无线监测节点4的能量需求，一方面将来自接口电路的电能存储到储能器（即电池30）中，一方面给避雷器无线监测节点4供电，中间需要DC/DC转化为避雷器无线监测节点4的工作电压。

本申请采用电流互感器（CT）取能和太阳能结合的方式为避雷器无线监测系统提供能源。CT取能器获取的电能是防雷接地线7或母线上感应电压。通过整流、滤波、稳压等后续电路处理后，提供给监测系统所必需的电源。太阳能的功率密度高，但只在白天工作，将多余的电能存储在电池30中，以备晚上和阴雨天使用。减少对电池的依赖，提高在线监测设备（即监测系统）的可靠性和持久性。

相比之下，本实用新型具有绿色环保的优点，解决了电池30续航能力短、太阳能电板无法适用于阴雨天气的问题，节省了避雷器的人力维护成本。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，其特征在于，包括CT取能器、电源管理电路、电池、避雷器无线监测节点、太阳能板；

所述CT取能器，用于连接避雷器本体，并获取避雷器中雷击产生的电能；

所述电源管理电路，分别与所述CT取能器、所述电池、所述避雷器无线监测节点、所述太阳能板连接，用于将所述CT取能器和所述太阳能板的电能转化为直流电后输出给所述避雷器无线监测节点为所述避雷器无线监测节点供电，将多余电能输出给所述电池进行存储；

所述电池，用于存储电能或为所述避雷器无线监测节点供电；

所述CT取能器包括第一CT取能器，所述第一CT取能器安装在与避雷器连接的接地线上，所述第一CT取能器的输出端分别与所述电源管理电路以及所述避雷器无线监测节点连接;

所述CT取能器包括第二CT取能器，所述第二CT取能器安装在输电线的母线上，所述第二CT取能器的输出端与电源管理电路连接。

2.根据权利要求1所述的利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，其特征在于，所述电源管理电路包括CT取能管理电路、太阳能管理电路、电池充放电电路、控制器；

所述CT取能管理电路，输入端与所述CT取能器连接，输出端与所述控制器连接；

所述太阳能管理电路，输入端与所述太阳能板连接，输出端与所述控制器连接；

所述电池充放电电路，分别与所述电池以及所述控制器连接；

所述控制器，与所述避雷器无线监测节点连接，用于控制所述CT取能管理电路的输出端与所述避雷器无线监测节点连接，控制所述太阳能管理电路的输出端与所述避雷器无线监测节点连接，控制所述电池充放电电路与所述避雷器无线监测节点连接。

3.根据权利要求2所述的利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，其特征在于，所述控制器，还用于控制所述CT取能管理电路的输出端与所述电池充放电电路连接，控制所述太阳能管理电路的输出端与所述电池充放电电路连接。

4.根据权利要求2所述的利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，其特征在于，还包括DC/DC变换电路，所述DC/DC变换电路连接在所述控制器和所述避雷器无线监测节点之间，用于将所述控制器输出端的电压调整为所述避雷器无线监测节点的工作电压。

5.根据权利要求2所述的利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，其特征在于，所述CT取能管理电路，包括依次连接的整流电路、滤波电路、DC/DC变换电路，所述整流电路的输入端与所述CT取能器的输出端连接，所述DC/DC变换电路的输出端与所述控制器连接。

6.根据权利要求2所述的利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，其特征在于，所述太阳能管理电路，包括依次连接的最大功率点跟踪电路和DC/DC变换电路，所述最大功率点跟踪电路的输入端与所述太阳能板连接，所述DC/DC变换电路的输出端与所述控制器连接。

7.一种避雷器，其特征在于，包括避雷器本体和无线监测系统，所述无线监测系统为如权利要求1至6任一项所述的利用太阳能复合供电的避雷器无线监测系统，所述避雷器本体的输入端与输电线母线连接，所述避雷器本体的输出端与接地线连接。