一種從高壓側感應取電的電源裝置的製作方法

2023-07-23 00:47:21 2

專利名稱：一種從高壓側感應取電的電源裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電工技術領域，具體是一種能從高壓測上通過非接觸方式感應取電的電源裝置，可為安裝在高壓輸電線路上或高壓開關櫃中的監測裝置提供低壓電源。
背景技術：
智能電網的發展要求在高壓輸電線路上或高壓開關櫃中，添加用於監測的輔助裝置來提高輸變電的狀態監測能力，這些輔助裝置長期處於高壓環境中，安裝位置也較為苛刻，電源提供不易。目前，輔助裝置常用的供電方式有太陽能電池和感應取電電源兩種。 太陽能電池成本高、體積大、安裝位置受限、功率不穩定、使用不方便。感應取電電源利用電磁感應原理和磁飽和技術，通過電流互感器(CT)感應高壓側的電流來獲取電能，具有成本低、體積小、安裝靈活、輸出穩定的優勢。相比太陽能電池，感應取電電源更加適合為輸變電監測輔助裝置供電。但磁飽和技術導致CT的交流輸出存在較高的電壓尖峰，電壓尖峰會損毀電源內部器件。申請號為201010134788. 7，名稱為「用於高壓輸電線路上的感應取電裝置」中國發明專利申請和申請號為201010002539. 2，名稱為「電力隧道電纜非接觸式感應取電裝置」中國發明專利申請均設計了電壓尖峰洩放電路。洩放電路通過功率管和洩放電阻構成，當CT 輸出電壓過高時，功率管導通，洩放電阻將尖峰能量吸收轉換為熱能耗散掉。然而，該方法在實用中存在問題。輸電線路或高壓開關櫃可能由於負荷緊張而需要過載運行，雖然在設計電路時給電流留有一定裕量，但過載電流一旦超過規定的最大電流，CT電源會出現保護電路損毀故障，以致燒毀後方負載，造成巨額經濟損失。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種設計更為合理、能實現非接觸方式取電的從高壓側感應取電的電源裝置。本實用新型所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的。本實用新型是一種從高壓側感應取電的電源裝置，其特點是它包括取電模塊、電能調理模塊和智能保護模塊；所述取電模塊含一次母線、電流互感器磁芯、二次線圈、取樣電阻、單刀雙擲繼電器；所述一次母線穿過所述電流互感器磁芯；所述二次線圈繞在所述電流互感器磁芯上， 並與所述取樣電阻並聯，再與所述單刀雙擲繼電器串聯；所述電能調理模塊含整流電路、尖端洩放電路、紋波濾除電容、穩壓電路，各電路之間依次串聯連接；尖端洩放電路包括穩壓管，穩壓管與穩壓管限流電阻串聯後與整流橋的直流輸出並聯，其中間並聯另一個限流電阻，該限流電阻與功率管門極相連，以控制功率管導通或關斷的電壓；所述智能保護電路包括STM8單片機、RF射頻模塊和超級電容；RF射頻模塊與所述 STM8單片機的UART管腳連接；超級電容並聯在STM8單片機的供電端。[0009]本發明中所述電流互感器鐵芯、二次線圈和取樣電阻將一次母線電能取出。感應的電能經整流電路、尖端洩放電路、紋波濾除電路和穩壓電路調理後，得到期望的電能。所述STM8單片機是一個單片機控制模塊，可監測尖端洩放電路的工作溫度，並預設溫度超標閾值、恢復閾值和超標時長。工作溫度超標後，單片機控制模塊通過控制單刀雙擲繼電器斷開供電電路，直到尖端洩放電路的工作溫度進入恢復閾值後，單刀雙擲繼電器重新接入供電電路。供電迴路斷開後，單片機控制模塊由內部超級電容供電。當在預設超標時長內，尖端洩放電路的工作溫度不能進入恢復閾值時，RF射頻模塊啟動，下發電源裝置故障命令。RF 射頻模塊由單片機控制，將電源工作狀態發送至後臺主機，以便實時監控；超級電容與單片機並聯，用以在主供電迴路斷開時向單片機供電。本實用新型從高壓側感應取電的電源裝置技術方案中，各元器件、模塊及控制系統如無特別說明，均可以使用現有技術中公開的可適用於本實用新型的元器件、模塊及控制系統。與現有的技術相比，本實用新型不僅能有效的保護電源裝置及後方負載不被燒毀，還能通過RF射頻裝置對電源運行進行實時監控，保證了對外部負載提供電能的安全性及穩定性。本實用新型應用前景良好，可帶來較高的經濟效益。

圖1是本實用新型的一種結構示意框圖；圖2是電能調理模塊的具體電路圖。
具體實施方式
以下參照附圖，進一步描述本實用新型的具體技術方案，以便於本領域的技術人員進一步地理解本實用新型，而不構成對其權利的限制。實施例1，參照圖1-2，一種從高壓側感應取電的電源裝置它包括取電模塊1、電能調理模塊2和智能保護模塊3 ；所述取電模塊1含一次母線11、電流互感器磁芯12、二次線圈13、取樣電阻14、單刀雙擲繼電器15 ；所述一次母線11穿過所述電流互感器磁芯12 ；所述二次線圈13繞在所述電流互感器磁芯12上，並與所述取樣電阻14並聯，再與所述單刀雙擲繼電器15串聯；所述電能調理模塊2含整流電路21、尖端洩放電路22、紋波濾除電容23、穩壓電路對，各電路之間依次串聯連接；尖端洩放電路22包括穩壓管，穩壓管與穩壓管限流電阻串聯後與整流橋的直流輸出並聯，其中間並聯另一個限流電阻，該限流電阻與功率管門極相連，以控制功率管導通或關斷的電壓；所述智能保護電路3包括STM8單片機31、RF射頻模塊32和超級電容；RF射頻模塊與所述STM8單片機31的UART管腳連接；超級電容並聯在STM8單片機31的供電端。如圖1所示，一次母線11上通有幅值恆定的交流電流，線路周圍將產生交變磁場， 並在電流互感器磁芯12上產生交變的磁通，這個磁通將在所述二次線圈13上感應出交變的感應電流。感應電流在所述取樣電阻14上成為電動勢輸出。在所述單刀雙擲繼電器15 (JQC-3F)閉合的條件下，所述感應電動勢經整流電路21整流後變為脈動直流電壓。脈動直流電壓經所述尖端洩放電路22後，將脈動直流的尖峰能量洩放，再經所述紋波濾除電容23 可將較大的電壓紋波濾除。最後，該電壓經穩壓電路M後降至5. 5V，供給監測終端使用。[0021]整個電路運行過程中，所述單片機控制模塊31，可監測尖端洩放電路22的工作溫度，並預設溫度超標閾值、恢復閾值和超標時長。工作溫度超標後，所述STM8單片機31通過所述單刀雙擲繼電器15斷開供電電路，直到所述尖端洩放電路22的工作溫度進入恢復閾值後，所述單刀雙擲繼電器15重新接入供電電路。供電斷開後，所述單片機控制模塊31 由內部超級電容供電。當在預設超標時長內，所述尖端洩放電路22的工作溫度不能進入恢復閾值時，所述RF射頻模塊32啟動，下發電源裝置故障命令。為保證一次母線電流在50A時，電源裝置可以啟動，選擇50/60HZ矽鋼片作為電流互感器磁芯12材料，疊片係數為10，磁路半徑9mm。二次線圈13由0. 21mm漆包線繞制，一共繞制180匝。取樣電阻14(80 Ω、10w)，並聯在二次線圈的輸出端，用於將感應交變電動勢設定在一個合適的電壓點。當單刀雙擲繼電器15閉合時，取電模塊1便將感應電能送與後方器件。所述電能調理模塊2具體實施時，如圖2所示。取樣電阻兩端的交流電壓由整流電路WlOG變為脈動直流電壓，迴路中並聯用於保護電源模塊不受浪湧衝擊的瞬態擬制二極體D3。由於磁飽和影響，所述脈動直流電壓會存在極大的尖峰效應，若不處理將毀壞後端元件。當脈動直流尖峰高於穩壓管Dl的穩壓值和限流電阻R4(5. 1ΚΩ，0.5 )的壓降總和時，Dl導通。隨後，功率管Tl作為電源的過壓保護進入導通狀態，脈動直流的尖峰能量轉移至洩放電阻Rl (50 Ω，IOw)上。電阻R3(100KQ，0. 5w)為Tl門極的限流電阻。此時， 濾波電容Cl (IOOOuF)可將電壓紋波濾除，得到平穩直流電壓。所述平穩直流電壓，經由LM2575晶片、Ll (330H)、二極體D4構成的穩壓電路後降至5. 5V，供給後方負載使用。電容C2(330uF)是穩壓電路輸出端的濾波電容。所述智能保護模塊3中，控制模塊選用STM8單片機31 ；STM8單片機31電源輸入為電能調理模塊2的輸出；當溫度超標時，STM8單片機31通過PGO管腳將單刀雙擲繼電器15 (JQC-3F)擲於使電路斷開的檔位，直到溫度恢復正常後，才將單刀雙擲繼電器15 (JQC-3F) 重新接入；超級電容在主供電迴路斷開時向STM8單片機31供電。所述超級電容的容量需保證STM8單片機在主電路斷電後的5分鐘內能進行尖端洩放電路的溫度檢測，並在溫度進入恢復閾值時，控制單刀雙擲繼電器15 (JQC-3F)重新接入供電迴路。為節省超級電容存儲電量，所述STM8單片機處於活躍停機模式，僅在測量溫度時才啟動。在電容供電起第5分鐘後，若尖端洩放電路溫度仍不能下降到恢復閾值，所述 RF射頻模塊32由睡眠模式進入發射模式，可利用ZigBee協議上傳電源模塊故障數據至後臺主機，以便實時監控；在所述RF射頻模塊32中，RF晶片可選取SI4432。
權利要求1. 一種從高壓側感應取電的電源裝置，其特徵在於它包括取電模塊、電能調理模塊和智能保護模塊；所述取電模塊含一次母線、電流互感器磁芯、二次線圈、取樣電阻、單刀雙擲繼電器；所述一次母線穿過所述電流互感器磁芯；所述二次線圈繞在所述電流互感器磁芯上，並與所述取樣電阻並聯，再與所述單刀雙擲繼電器串聯；所述電能調理模塊含整流電路、尖端洩放電路、紋波濾除電容、穩壓電路，各電路之間依次串聯連接；尖端洩放電路包括穩壓管，穩壓管與穩壓管限流電阻串聯後與整流橋的直流輸出並聯，其中間並聯另一個限流電阻，該限流電阻與功率管門極相連，以控制功率管導通或關斷的電壓；所述智能保護電路包括STM8單片機、RF射頻模塊和超級電容；RF射頻模塊與所述 STM8單片機的UART管腳連接；超級電容並聯在STM8單片機的供電端。
專利摘要本實用新型涉及電工領域，具體是一種從高壓側感應取電的電源裝置，可為安裝在高壓輸電線路上或高壓開關櫃中的監測裝置提供低壓電源。它結構包括取電模塊、電能調理模塊、智能保護模塊；所述取電模塊含一次母線、電流互感器磁芯、二次線圈、取樣電阻、單刀雙擲繼電器；所述電能調理模塊含整流電路、尖端洩放電路、紋波濾除電容、穩壓電路；所述智能保護模塊含STM8單片機、RF射頻模塊和超級電容。本實用新型帶有保護功能和智能監控功能，不僅能有效的保護電源裝置及後方負載不被燒毀，還能通過RF射頻裝置對電源運行進行實時監控，保證了對外部負載提供電能的安全性及穩定性。
文檔編號H02J17/00GK202309243SQ201120415708
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者吳軍基, 應展烽, 朱立位, 王萬純, 衡思坤, 郭昊坤, 陳耀慧, 陳運運 申請人:江蘇省電力公司連雲港供電公司