专利名称：一种高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导线磁场感应取能装置，尤其是涉及ー种高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置。
背景技术：
随着科学技术的发展，高压输电线路领域越来越需要带电检测线路的各种物理參·数，其中相当多的装置将悬挂在高压输电导线上，进行导线温度、导线弧垂等物理參数的测量。因为这些监测装置需要直接安装在高压输电线路上，因此采用什么方式为装置供电是我们需要重点解决的问题。目前应用较多的供电方式主要有太阳能供电、蓄电池供电、磁场感应供电、激光供电等。蓄电池的工作原理就是化学能与电能相互转换的变化规律，该方法结构简单，实现比较容易，但是由于蓄电池寿命较短，长时间使用时要频繁更换电池；而对于太阳能供电，太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的ー种器件，目前太阳能技术还需要进ー步提高其效率，特别是在长时间阴雨天气，其续航能力和稳定性得不到保障；激光供能是采用激光或其他光源从低电位侧通过光纤将光能量传送到高电位侧，再由光电转换器件(光电池)将光能量转换为电能输出，该方法寿命较短，价格昂贵，且现场维护比较麻烦。磁场感应取能是在高压载流导线上嵌套线圈，利用电磁感应原理，在线圈上感应出于高压导线中的电流幅值成一定比例关系的电流。目前磁场感应取能方面遇到的主要问题是线圈磁芯饱和问题。由于输电线路上的电流幅值变化范围很大，从几十安培变化到上千安培，如果想要取能线圈在输电线路电流较小的情况下获得足够的电能，而当输电线路电流变大时，若不采取措施，则线圈的磁芯必然饱和。磁芯饱和后，线圈输出电压波形严重畸变，产生幅值很高的尖峰，严重威胁用电装置的安全；且磁芯损耗増大，发热严重，甚至烧毀。因此，采用磁场感应取能的关键问题是如何抑制取能磁芯在大电流时深度饱和。为了防止磁芯饱和，一般采用下列几种措施I)在取能线圈的磁芯上增加气隙引入气隙磁阻，降低磁导率从而增大磁芯饱和电流。该方法虽然可以抑制磁芯饱和，但是给磁芯开气隙导致磁场取能装置启动电流较大，导致输电线路电流较小时取能供电装置无法提供规定的电压；另外，需要绕制的线圈匝数增大，绕制工作麻烦；还有，在运行过程中，由外界引起的或设备自身产生的振动可能会使气隙变形从而降低了装置的可靠性。总而言之，虽然利用开气隙来抑制磁场取能装置磁芯饱和行得通，但是实现起来非常困难。2)増加补偿线圏。补偿线圈与输电导线所产生的磁场方向相反，当输电线路电流较大时，取能线圈输出电压偏高，控制电路据此増加补偿线圈的电流，使之部分抵消输电导线所产生的磁场，从而保证线圈磁芯不饱和。这种方法可有效地抑制原边电流的宽动范围变化对取能装置输出电压的影响，但是控制策略复杂，电路复杂，使得装置可靠性不高。3)采用三极管、双向晶闸管等元件泄放多余的电能。例如中国发明专利201110323678. X所述，从取能线圈输出端引出控制电路，控制并联于取能线圈输出端的三极管、双向晶闸管。当线圈输出电压过大时，双向晶闸管导通，泄放线圈感应到的电流。三极管、双向晶闸管等元件只有处于完全导通或者完全关断状态下才会长期稳定工作，处于不完全导通或者不完全关断状态、或者在导通状态和关断状态之间频繁切換均会产生大量的功耗，导致元件过热烧毀。目前中国发明专利201110323678. X所述的这种取能装置的控制策略存在的问题是控制电路形成模拟电压反馈，控制信号的強度与装置的输出电压成比例关系，即，控制信号是模拟量。因此，控制信号存在強弱问题，首先，当输电线路的电流处于临界数值时(即，线圈输出电压处于最大输出电压值附近)，从控制电路输出的控制信号比较微弱，使得双向晶闸管即不完全导通，也不完全关断，从而产生巨大的功耗，很快造成晶闸管烧毁；其次，由于这种控制策略形成了负反馈，因此实际中会出现装置输出电压逐渐趋于稳定、控制信号逐渐微弱的情形，特别是输出电压数值会在稳态输出电压数值附近不断来回变化，从而导 致双向晶闸管即不完全导通，也不完全关断，而且要频繁地发生导通状态与关断状态的转换，造成大量的功耗，从而烧毀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供ー种性能稳定的高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置。上述技术问题的解决，本发明采用的技术方案如下一种高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置，其特征是包括线圈
I、整流电路2、开关电路3、控制电路4和储能电路5，所述的线圈I套在高压导线上，利用电磁感应原理从高压导线感应出交流电流送至整流电路，整流电路将交流电流转换成直流电流，并向储能电路充电，开关电路3并联在整流电路2的输出端；控制电路检测储能电路的输出电压，依此控制开关电路的导通和关断，储能电路5输出电压电流。所述的取能线圈I采用硅钢片作为磁芯，硅钢片磁芯形状为内径80mm、外径120mm、高度20mm的圆环,从中间切开成两个半圆，便于钳套在高压输电导线上,线圈由直径为Imm漆包线在磁芯上绕制200匝形成。所述的整流电路2为四只普通ニ极管组成的全波整流电路，开关电路3为ー只普通开关三极管，其发射极和集电极分别连接在整流电路2的输出端，基极连接控制电路4，控制电路4由一只普通单片机及连接在整流电路2的输出端之间的2个电压分压电阻组成，单片机的一端连接开关电路3、另一端接在2个分压电阻中间，并联接在整流电路2的输出端之间的储能电路5由电容器和一只普通ニ极管串联组成，电容器两端输出电压电流。装置的输出电压确定在最大输出电Uh和最小输出电Ulj之间，而不是某ー固定的数值。取能装置的控制策略是，当控制电路4检测到储能电路5输出电压超过设定的最大输出电Uh吋，向开关电路3发出导通信号，开关电路导通，将线圈的输出短路，整流电路2没有输出电流，不向储能电路5充电；当控制电路4检测到储能电路5输出电压低于设定的最小输出电Ul吋，向开关电路3发出关断信号，开关电路3关断，线圈I的输出电流经过整流电路2向储能电路5充电。这种控制策略将开关电路3的动作次数降到最少，从而降低了开关电路3因为在导通状态和关断状态之间切换所产生的功耗。控制电路由微型处理器6及其外围电路组成。微型处理器6检测到储能电路的输出电压，进行自动阈值比较诊断，发出相应的控制信号。因此，控制信号属于数字量，能够保证开关电路3处于完全导通状态或者完全关断状态，从而避免开关电路3因不完全导通或者不完全关断而烧毁。本发明不涉及取能装置的涌流保护问题，现有的涌流保护措施可以与本发明结合使用。有益效果本发明专利的优点在于，不降低取能装置的适用范围(既，输电导线上的电流的幅值范围)，尽量减小了开关电路的功耗。由于实际使用中，开关电路长期处于导通状态，线圈磁芯中的磁感应强度很低，因此也降低了磁芯的功耗。由于取能装置整体功耗降低，其使用寿命、稳定性和可靠性均得到极大改善。
图I为本发明的原理示意图；图2为本发明的实施例。
具体实施例方式本发明的高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置实施例如图2所示，包括线圈I、整流电路2、开关电路3、控制电路4和储能电路5，线圈I套在高压导线上，利用电磁感应原理从高压导线感应出交流电流送至整流电路2，整流电路2将交流电流转换成直流电流，并向储能电路5充电，开关电路3并联在整流电路2的输出端；控制电路4检测储能电路的输出电压，依此控制开关电路的导通和关断，储能电路5输出电压电流。取能线圈I采用娃钢片作为磁芯，娃钢片磁芯形状为内径80mm、外径120mm、高度20mm的圆环,从中间切开成两个半圆,便于钳套在高压输电导线上。线圈由直径为Imm漆包线在磁芯上绕制200匝形成。整流电路2为四只普通ニ极管组成的全波整流电路，开关电路3为ー只普通开关三极管，其发射极和集电极分别连接在整流电路2的输出端，基极连接控制电路4，控制电路4由一只普通单片机及连接在整流电路2的输出端之间的2个电压分压电阻组成，单片机的一端连接开关电路3、另一端接在2个分压电阻中间，并联接在整流电路2的输出端之间的储能电路5由电容器和一只普通ニ极管串联组成，电容器两端输出电压电流。当开关三极管关断时，线圈感应出的电流通过整流电路给电容器充电；当开关三极管导通时，线圈感应出的电流通过开关三极管泄放，不给电容器充电。电容器向用电装置提供电能，其输出电压逐渐降低，当单片机检测到电容器的电压低于队时，向开关三极管发出关断信号；开关三极管关断，电容器开始充电，其电压逐渐升高；当单片机检测到电容器的电压高于Uh吋，向开关三极管发出导通信号；开关三极管导通，电容器停止充电。
权利要求
1.一种高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置，其特征是包括线圈(I)、整流电路(2)、开关电路(3)、控制电路(4)和储能电路(5)，所述的线圈(I)套在高压导线上，感应出交流电流送至整流电路(2)，整流电路(2)将交流电流转换成直流电流，井向储能电(5)路充电，开关电路(3)并联在整流电路(2)的输出端；控制电路(4)检测储能电路(5)的输出电压，依此控制开关电路的导通和关断，储能电路(5)输出电压电流。
2.根据权利要求I所述的高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置，其特征是所述的整流电路(2)为四只普通ニ极管组成的全波整流电路，开关电路(3)为ー只普通开关三极管，其发射极和集电极分别连接在整流电路(2)的输出端，基极连接控制电路(4)，控制电路(4)由一只普通单片机及连接在整流电路(2)的输出端之间的2个电压分压电阻组成，单片机的一端连接开关电路(3)、另一端接在2个分压电阻中间，并联接在整流电路(2)的输出端之间的储能电路(5)由电容器和ニ极管串联组成，电容器两端输出电压电流。
全文摘要
一种高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置包括线圈(1)、整流电路(2)、开关电路(3)、控制电路(4)和储能电路(5)，线圈套在高压导线上，利用电磁感应原理从高压导线感应出交流电流送至整流电路，整流电路将交流电流转换成直流电流，并向储能电路充电，开关电路3并联在整流电路2的输出端；控制电路检测储能电路的输出电压，依此控制开关电路的导通和关断，储能电路输出电压电流。本发明不降低取能装置的适用范围，减小了开关电路的功耗。由于实际使用中，开关电路长期处于导通状态，线圈磁芯中的磁感应强度很低，因此也降低了磁芯的功耗。由于取能装置整体功耗降低，其使用寿命、稳定性和可靠性均得到极大改善。
文档编号H02M7/217GK102780273SQ20121024108
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者戴沅, 程养春, 窦洪, 胡平, 詹花茂, 陈凯, 齐波 申请人:华北电力大学, 广东电网公司电力科学研究院