一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置的製作方法

2023-06-15 22:25:06 1

本發明涉及一種環境氣象監測裝置，尤其是涉及一種採用無接觸感應取電方式對輸電線路周邊的氣相環境進行監測的裝置，屬於電力電工技術領域。

背景技術：

目前，受全球氣候變化、生態環境惡化及化石能源快速消耗等問題的影響，建設穩定的智能電網已經成為當今世界電網發展的新趨勢、新方向。中國國家電網公司也起草了《智能電網關鍵設備（系統）研製規劃》；《智能電網關鍵設備（系統）研製規劃》中提出要研製能適應惡劣氣候環境、高度集成、高傳輸可靠、遵循標準通信規約的多氣象參數在線監測裝置，從而需要實現對風速、風向、氣溫、溼度、雨量和光輻射等各類環境參數的集中監測；

如今直接裝設在輸電線路上可實現對環境氣象準確監測與可靠傳輸的監測裝置極少，主要問題在於其電源提供不易；比如專利號為201220649872.7的一種「用於高壓輸電環境監測的移動式氣象站」，公開了一種用於高壓輸電環境監測的移動式氣象站；但由於其採用太陽能供電方式，體積過大，不易直接裝設在輸電線路上，且運行受天氣影響，容易出現斷電現象。裝置運行還需人為移動記錄數據，不能自動傳輸實時監控；另外，專利號為201120453470.5的一種「架空輸電線路環境氣象監測裝置」，公開了一種架空輸電線路環境氣象監測裝置，該裝置採用太陽能供電，不能裝設在輸電線路上，只能裝在杆塔附近，且受天氣影響大，容易出現斷電情況。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服上述不足，提供一種能夠通過感應取電方式供電實現了無間斷持續供電的新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置。

本發明的目的是這樣實現的：

一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置，所述裝置包含有監測模塊和供電模塊；

所述監測模塊包含有單機片控制模塊，所述單片機控制模塊上連接有傳感器模塊、GPS模塊和數傳電臺，所述傳感器模塊包含有環境溫溼度傳感器、風速風向傳感器、日照輻射傳感器和雨量傳感器，所述單片機控制模塊上還連接有供電模塊；

所述供電模塊包含有取電模塊、電能調理模塊和充放電管理模塊；

所述取電模塊包含有電流互感器磁芯、二次線圈和取樣電阻；所述電流互感器磁芯套裝於輸電線路的高壓線纜上，所述二次線圈纏繞在電流互感器磁芯上，且二次線圈的兩個出線端之間連接有取樣電阻；

所述電能調理模塊包含有整流電路、尖端洩放電路、紋波濾除電路和穩壓電路；

所述整流電路為橋式整流電路和瞬態抑制二極體D3，該橋式整流電路的兩個輸入端分別接入取電模塊的二次線圈的兩端，且橋式整流電路的兩個輸出端中的一端接地，另一端連接至穩壓電路中穩壓晶片的輸入端，一瞬態抑制二極體D3的一端連接至穩壓晶片的輸入端，另一端接地；

所述尖端洩放電路包含的穩壓二極體D2負極與穩壓晶片的輸入端相連，穩壓二極體D2的正極經分壓電阻R4接地，且穩壓二極體D2的正極經限流電阻接入場效應管Q1的柵極，場效應管Q1的漏極經洩放電阻R2接入穩壓二極體D2的負極，場效應管Q1的源級接地；

所述紋波濾除電路包含有濾波電容C1，該濾波電容C1負極接地，濾波電容C1的正極與橋式整流電路的輸出端相連；

所述穩壓電路的穩壓晶片的輸出端與穩壓管D4的負極相連，穩壓管D4的正極接地，所述穩壓晶片的輸出端經電感L1連接至對外輸出端，該外輸出端連接至充放電管理模塊，且該對外輸出端經一電容C2接地；

所述充放電管理模塊包含有型號為RT8525的控制晶片，該控制晶片的輸入管腳VIN連接至供電模塊的外輸出端，所述控制晶片的系統連接管腳SYS連接至監測模塊的單片機控制模塊上，所述控制晶片的電源管腳BAT連接至鋰電池。

本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置，所述穩壓晶片的型號為LM2575，上述對外輸出端連接至穩壓晶片的第四腳輸入反饋信號，從而形成反饋迴路提高穩壓能力。

本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置，所述電源還包含有智能保護模塊，所述智能保護模塊包含有單片機、單刀雙擲繼電器、無線射頻模塊和溫度傳感器，所述單刀雙擲繼電器串接於二次線圈與整流電路之間的連接導線上，所述單刀雙擲繼電器的控制埠與單片機相連，所述單片機與無線射頻模塊和溫度傳感器相通訊連接，所述溫度傳感器安裝於尖端洩放電路的電路板上。

本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置，所述單片機通過穩壓電路的對外輸出端取電，且單片機上連接有一超級電容，用於短時供電。

本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置，所述單刀雙擲繼電器的型號為JQC-3F。

本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置，所述電流互感器磁芯由矽鋼片疊加而成，選擇50Hz矽鋼片作為電流互感器磁芯材料，疊片係數為10，磁路半徑10mm；二次線圈由0.25mm漆包線繞制，一共繞制200匝。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明採用非接觸方式從輸電線路的高壓線纜上感應取電，從而使得監測裝置擺脫了電源的限制，能夠直接安裝於線路上，且保證了供電的持續性，也無需更換電池，解決了傳統技術採用鋰電池供電時需要頻繁更換的缺點，更加安全、可靠、穩定；並且通過引入充放電管理模塊後，能夠保證無間斷的持續供電。

附圖說明

圖1為本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置的應用狀態示意圖。

圖2為本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置的電路結構示意圖。

圖3為本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置的供電模塊的電路框圖。

圖4為本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置的取電模塊的電路框圖。

圖5為本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置的電能調理模塊的電路框圖。

圖6為本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置的無線射頻模塊的電路圖。

圖7為本發明一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置的充放電管理模塊的電路圖。

具體實施方式

參見圖1~7，本發明涉及的一種新型供電模式的輸電線路環境氣象監測裝置，所述裝置包含有監測模塊和供電模塊；

參見圖2，所述監測模塊包含有單機片控制模塊，所述單片機控制模塊上連接有傳感器模塊、GPS模塊和數傳電臺，所述傳感器模塊包含有環境溫溼度傳感器、風速風向傳感器、日照輻射傳感器和雨量傳感器，所述單片機控制模塊上還連接有供電模塊；

參見圖3~5，所述供電模塊包含有取電模塊、電能調理模塊和充放電管理模塊；

所述取電模塊包含有電流互感器磁芯、二次線圈和取樣電阻；所述電流互感器磁芯套裝於輸電線路的高壓線纜上，所述二次線圈纏繞在電流互感器磁芯上，且二次線圈的兩個出線端之間連接有取樣電阻；取樣電阻並聯在二次線圈的輸出端上用於將感應交變電動勢設定在一個合適的電壓點；

所述電能調理模塊包含有整流電路、尖端洩放電路、紋波濾除電路和穩壓電路；

所述整流電路為橋式整流電路和瞬態抑制二極體D3，該橋式整流電路的兩個輸入端分別接入取電模塊的二次線圈的兩端，且橋式整流電路的兩個輸出端中的一端接地，另一端連接至穩壓電路中穩壓晶片的輸入端，一瞬態抑制二極體D3的一端連接至穩壓晶片的輸入端，另一端接地，該瞬態抑制二極體D3的作用在於保護電源模塊不受浪湧衝擊；

所述尖端洩放電路包含的穩壓二極體D2負極與穩壓晶片的輸入端相連，穩壓二極體D2的正極經分壓電阻R4接地，且穩壓二極體D2的正極經限流電阻接入場效應管Q1的柵極，場效應管Q1的漏極經洩放電阻R2接入穩壓二極體D2的負極，場效應管Q1的源級接地；當迴路中的脈動直流尖峰高於穩壓二極體D2的穩壓值和分壓電阻R4(5.1KΩ,0.5w)的壓降總和時，穩壓二極體D2將導通；隨後，場效應管Q1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R2(50Ω,10w)上對地釋放，從而對後續迴路起到了保護作用；

所述紋波濾除電路包含有濾波電容C1，該濾波電容C1負極接地，濾波電容C1的正極與橋式整流電路的輸出端相連；濾波電容C1(1000µF)可將電壓紋波濾除，得到平穩直流電壓；

所述穩壓電路的穩壓晶片的輸出端與穩壓管D4的負極相連，穩壓管D4的正極接地，所述穩壓晶片的輸出端經電感L1連接至對外輸出端，且該對外輸出端經一電容C2接地；上述電感L1和電容C2構成輸出端的濾波迴路；其該外輸出端連接至充放電管理模塊；

參見圖6和圖7，所述充放電管理模塊包含有型號為RT8525的控制晶片，該控制晶片的輸入管腳VIN連接至供電模塊的外輸出端，所述控制晶片的系統連接管腳SYS連接至監測模塊的單片機控制模塊上，所述控制晶片的電源管腳BAT連接至鋰電池；進一步的，指示燈LED1與控制晶片的充電管理晶片的電源狀態監測管腳（PGOOD）連接，指示燈LED2與控制晶片的充電狀態監測管腳（CHG）連接；充電電流設置管腳（ISETA）決定充電電流值，充電故障計時管腳（TIMER）用來進行充電故障的計時，電容C4（10µF /16V）為計時時長控制電容，電源狀態監測管腳（PGOOD）控制指示燈LED1指示輸入電源是否正常，充電狀態監測管腳（CHG）控制指示燈LED2指示充電是否完畢，限制充電電流的配置管腳（EN1、EN2）及其外圍電路可限制充電電流的最大值；整個電路運行過程中，充放電管理模塊實現對單節鋰電池的充放電管理，當控制晶片RT9525檢測到輸入管腳（VIN）的電壓足夠時，同時給監測裝置供電及給鋰電池充電；當控制晶片RT9525檢測到VIN管腳的電壓僅夠給電力設備提供電能時，優先給監測裝置供電，停止對鋰電池充電；當控制晶片RT9525檢測到VIN管腳的電壓不夠給電力設備供電時，控制晶片RT9525控制鋰電池放電給監測裝置供電；整個運行過程使電力設備可以得到安全穩定不間斷的電能。

進一步的，所述穩壓晶片的型號為LM2575，上述對外輸出端連接至穩壓晶片的第四腳輸入反饋信號，從而形成反饋迴路提高穩壓能力；

進一步的，所述電源還包含有智能保護模塊，所述智能保護模塊包含有單片機、單刀雙擲繼電器、無線射頻模塊和溫度傳感器，所述單刀雙擲繼電器串接於二次線圈與整流電路之間的連接導線上，所述單刀雙擲繼電器的控制埠與單片機相連，所述單片機與無線射頻模塊和溫度傳感器相通訊連接，所述溫度傳感器安裝於尖端洩放電路的電路板上；當單刀雙擲繼電器閉合時，取電模塊便將感應電能送與後方器件；當溫度傳感器檢測到溫度超標時，單片機通過PGO管腳將單刀雙擲繼電器（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重新接入；超級電容在主供電迴路斷開時向單片機供電；超級電容的容量需保證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重新接入供電迴路，為節省超級電容存儲電量，所述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，所述無線射頻模塊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；在無線射頻模塊中，射頻晶片可選取SI4432；

進一步的，所述單片機通過穩壓電路的對外輸出端取電，且單片機上連接有一超級電容，用於短時供電，且單刀雙擲繼電器的型號為JQC-3F；

進一步的，所述電流互感器磁芯由矽鋼片疊加而成，選擇50Hz矽鋼片作為電流互感器磁芯材料，疊片係數為10，磁路半徑10mm；二次線圈由0.25mm漆包線繞制，一共繞制200匝；

使用時，將多個監測裝置安裝於輸電線路的高壓線纜的不同監測位置處，通過數傳電臺將傳感器模塊監測到的各類氣象數據傳遞給後臺上位機進行統計和分析；

另外：需要注意的是，上述具體實施方式僅為本專利的一個優化方案，本領域的技術人員根據上述構思所做的任何改動或改進，均在本專利的保護範圍之內。