10kV配電網線路電磁感應取電多路輸出裝置製造方法
2023-10-17 10:08:29 1
10kV配電網線路電磁感應取電多路輸出裝置製造方法
【專利摘要】一種10kV配電網線路電磁感應取電多路輸出裝置，由開啟式取能互感器和感應取能電源模塊兩部分組成，包括電磁取能線圈、取能功率控制電路、儲能電路(選配）、穩壓調節電路，能夠利用高壓輸電線路周圍感應的電磁能量獲取電能。將輸電線路周圍的電磁能量轉化為電能，為安裝在附近的電氣設備提供穩定的電源，能保證負載設備的長期穩定供電，適合作為高壓輸電線路上在線檢測、監控、巡檢、防盜等電氣設備的電源供給裝置。
【專利說明】10kV配電網線路電磁感應取電多路輸出裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種利用輸電線路周圍的電磁能量感應獲取電能的裝置，特別涉 及一種10kV配電網線路電磁感應取電多路輸出裝置，可用於給所有工作在10kV配電網線 路上的用電設備供電。
【背景技術】
[0002] 隨著國民經濟的高速發展，各行各業對電力的需求越來越大，對電能質量(穩定 性、不間斷性等）的要求也越來越高，從而高壓輸電線路的安全性與穩定性顯得尤為重要， 因此非常需要在10kV配電網輸電線路上實現在線實時監控，以保證線路的正常安全穩定 運行，這也是目前智能電網發展的迫切要求。
[0003] 然而技術在不斷的發展，工作在輸電線路上的電氣設備越來越多，如電力線路在 線檢測裝置、線路設備防盜裝置、巡線機器人、帶電作業機器人、高壓線路汙穢在線監測等， 由於大多的輸電線路地處偏遠，難以按常規辦法解決電源供給問題，目前，工作在輸電線路 上的電氣設備電能獲取主要通過以下幾種方法：
[0004] 1.電流互感器從母線上取電能；
[0005] 2.電容分壓器從母線上取電能；
[0006] 3.雷射供能；
[0007] 4.太陽能供；
[0008] 5.蓄電池供電；
[0009] 但是，上述的幾種供電方法中都存在各自的問題，利用電流互感器從母線上取電 能主要存在當電纜運行電流過小時，所取到的電能不能滿足需要，以及當電流過大時如何 保護取電裝置的問題；利用電容分壓器從母線上取電能主要存在取電裝置的穩定性和可靠 性問題；利用雷射供能主要存在雷射輸出功率小、光電池轉換效率低、提供的能量有限等問 題；太陽能供電主要存在輸出電源不穩定和受天氣影響大的問題；蓄電池供電主在存在壽 命比較短和更換比較困難，使設備的維護成本大大增加的問題。
【發明內容】
[0010] 根據目前線路在線監測設備的供電情況來看，不僅是需要解決上述技術問題，而 且還要考慮設備所需的不同電壓等級，因此需要一種能從輸電線路上直接取得足夠的電能 並可實現多路輸出且能保證供電可靠、安全的取電裝置。
[0011] 為了實現本實用新型的目的，所採用的技術方案為：一種l〇kV配電網線路電磁感 應取電多路輸出裝置，其特徵是：它由開啟式取能互感器和感應取能電源模塊兩部分組成， 所述的感應取能電源模塊包含過壓、過流保護電路，用以調節和限制輸入模塊的電能以及 吸收瞬間大電流，整流、濾波電路，用以輸出穩定的電壓，還包含有取能功率控制電路及穩 壓調節電路，功率調節電路、電池充放電管理電路以及穩壓多路輸出電路。
[0012] 本實用新型還可根據需要，在功率調節電路中選配儲能電路。
[0013] 所述的開啟式取能互感器由自取電電源鐵心及開口式感應線圈組成，輸電線路穿 過自取電裝置中的感應線圈，並從輸電線路上獲取電能，然後輸入到取能電源模塊，取能電 源模塊對其進行整流濾波處理並實現隔離穩壓輸出；取能電源模塊內含取電調節保護電 路，可以實時的調節和限制輸入模塊的電能，吸收因雷擊等特殊情況引起的瞬間大電流，保 證模塊能在輸電線路電流不穩定時仍能輸出穩定的電壓，而取能線圈從輸電線路上抽取的 能量大小與輸電線路上的電流大小有關，也與取能線圈和取能電源模塊的設計和選型有 關，輸電線路的電流越大，取能裝置可以輸出的功率也越大，因此在設計和實現中電流大小 和負載所需的功率需要通過電池充放電管理電路自行調節工作模式。設備實際應用中所需 的電壓等級並不盡相同，因此穩壓多路輸出電路要結合實際的負載所需功率進行調節。
[0014] 與現有技術相比，本實用新型功能結構合理、使用方便，具有啟動電流小、適應範 圍寬、安裝方便、安全可靠、價格低、使用壽命長、免於維護等特點。該裝置有效地克服電纜 運行電流小時取不到足夠電能、大電流時無法限制多餘能量，以及取能線圈飽和時產生的 高壓尖脈衝對整流穩壓電路造成破壞等問題，為高壓側有源設備提供穩定安全的電源。同 時配有儲能電池及充放電管理電路，為設備正常供電的同時可對電池進行充電，以便在輸 電線路沒電的情況下仍能使設備正常工作。同時降低輸電線路上電氣設備的維護成本以及 資源浪費。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1為本實用新型組成框圖。
[0016] 圖2本實用新型的整流濾波原理圖。
[0017] 圖3為本實用新型推薦的電路連接圖。
[0018] 圖4為10kV架空線等電位高壓輸電線路安裝圖。
【具體實施方式】
[0019] 以下結合附圖，根據功能對各個電路模塊的具體實施及安裝使用方法進行闡述：
[0020] ( 1 )、10kV配電網線路自取電電源鐵心及感應線圈匝數的選擇
[0021] 選擇合適的鐵芯材料(鐵芯材料的選擇原則應是儘量減少啟動電流，提高能量轉 換效率，降低損耗)。根據電磁學基本理論確定線圈匝數和最小啟動電流間的基本關係，帶 後續電路和實際負載進行實測，即可確定線圈匝數。
[0022] (2)、整流和濾波電路的設計
[0023] 利用二極體的單向導電性將正負變化的交流電壓變為單向脈動電壓的電路。在交 流電源的作用下，整流二極體周期性地導通和截止，使負載得到脈動直流電。在電源的正 半周，二級管導通，使負載上的電流與電壓波形形狀完全相同；在電源電壓的負半周，二極 管處於反向截止狀態，承受電源負半周電壓，負載電壓幾乎為零。與此同時，儘可能減小脈 動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波係數降低，波形變得比較平 滑，從而得到波形平直的直流電(如圖2所示)。
[0024] (3)、功率調節與儲能電路的設計
[0025] 將電容器添加在調節電路的輸出端和輸入端，當輸出負載有較大的瞬態變化時， 由電容器提供額外的能量給負載元件。當輸出負載相對較輕時，給儲能元件充電，當輸出負 載相對較重時，儲能電路放電釋放能量，來提供額外的能量以補償輸出功率和可用的輸入 功率之間的差值。
[0026] ( 4 )、過壓、過流保護電路的設計
[0027] 利用晶片控制輸入電源的內部N溝道M0SFET系列，過壓瞬變期間，可在1μ s的 時間內M0SFET的關閉，從輸入電源隔離下遊組件，而內部電流檢測電阻器用於實現過流保 護，〈1 μ s的過壓關斷，過壓過流閾值可設，且設計有反向電壓保護驅動，低電流關斷。
[0028] (5)、穩壓輸出電路的設計
[0029] 利用控制晶片、電感、電解電容、電位器、電阻、二極體，通過對電路中電感、電位器 的參數的設置變化，使得電路中的輸入電壓得到了有效的擴充，同時輸出穩定的電壓，提升 產品的穩定性，並保持穩定的輸出工作。
[0030] (6)、自取電感應線圈的模具設計
[0031] 由於有很多的裝置安裝現場不能夠停電作業，根據實際的操作需求，設計出卡口 式的感應線圈，通過螺絲紐帶進行固定，並可根據現場欲安裝輸電線路的線徑選擇使用不 同尺寸的橡膠歐姆圈，從而使裝置在輸電線路上固定。
[0032] (7)、PCB印製板繪製並打樣
[0033] 根據上述電路原理圖設計出PCB印製板，元器件合理布局並布線。
[0034] 本實用新型中的元器件全部採用機器自動焊接，採用嵌入式實時多任務操作系 統，裝置生產及調試過程中嚴格採用防靜電處理，並進行電磁兼容測試。最後，將裝置安裝 到輸電線路上進行現場調試並設置相關參數，可確保運行穩定。
[0035] (8)、安裝及電路連接方法
[0036] 如圖4所示，10kV架空線等電位高壓輸電線路安裝應先安裝屏蔽箱體和CT，然後 連接互感器輸出線和取能模塊。
[0037] 電路連接圖3所示，模塊輸出端外加輸出電容Cout、C〇utl、Cout2有助於改善模塊 輸出紋波；模塊輸出端外接數字電路需加 Cout、Coutl、Cout2 ;Cout、Coutl、Cout2取過大 的容值或過低的ESR (等效串聯電阻）可能會引起模塊工作不穩定或造成過流保護點變小； Cout、Coutl、Cout2推薦取值標準為250uF/A，此處的電流是指輸出電流。
[0038] 本實用新型能夠達到如下技術指標：
[0039]
【權利要求】
1. 一種lOkV配電網線路電磁感應取電多路輸出裝置，其特徵是：它由開啟式取能互 感器和感應取能電源模塊兩部分組成，所述的感應取能電源模塊包含過壓、過流保護電路， 用以調節和限制輸入模塊的電能以及吸收瞬間大電流，整流、濾波電路，用以輸出穩定的電 壓，還包含有取能功率控制電路及穩壓調節電路，功率調節電路、電池充放電管理電路以及 穩壓多路輸出電路。
2. 如權利要求1所述的10kV配電網線路電磁感應取電多路輸出裝置，其特徵是：所述 的功率調節電路中還包括儲能電路。
3. 如權利要求1所述的10kV配電網線路電磁感應取電多路輸出裝置，其特徵是：所述 的開啟式取能互感器由自取電電源鐵心及開口式感應線圈組成。
【文檔編號】H02J17/00GK204046283SQ201420442072
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】楊賢輝, 富長亮, 許衛強, 陳汗青, 華明暉, 常煒 申請人:國家電網公司, 國網江西省電力公司景德鎮供電分公司