一种高电位管母的取能装置的制作方法

1.本实用新型涉及高压输电技术领域，尤其涉及一种高电位管母的取能装置。


背景技术：

2.在特高压直流或者交流输电工程中，特高压变压器、高压套管是整个输电变压系统的重要组成部分。其中，高压套管是变压器的一个重要的组成构件之一，运行中的高压套管长期承受各种工况负荷电流下的发热。为了保证其工作安全性和供电的可靠性，需要对其进行主动热管理。其中，冷却系统是热管理的核心，需要依赖可靠的低压供电电源保证其长期稳定运行。现有技术中采用的电源是处于低电位的地面设备，通过引线对高压输电设备中高电位的冷却系统进行供电，需要提供可靠的电压隔离措施。此种方式进行供电的可靠性较低，同时设备的体积大，造价也比较高。此外，也有利用高压输电线路的感应取能装置，但是，其主要是为功率较小的检测装置供电。而冷却系统功率较大，并且高压管母处于高电压、大电流、电磁环境和金属环境复杂的条件下，现有的感应取能装置无法满足供电要求。


技术实现要素：

3.本实用新型针对上述问题，提出一种高电位管母的取能装置，具有输出功率大，可靠性高，不存在电压绝缘问题，跟随管母电流自动调节输出功率，抗电磁干扰能力强等优点。
4.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
5.本实用新型实施例提供了一种高电位管母的取能装置，包括：电流互感器、供电电路以及屏蔽壳，电流互感器包括磁芯和金属线圈，磁芯为筒状，环绕在高压管母的外壁，金属线圈绕制在磁芯表面；供电电路包括一级母线、二级母线以及电能转换电路，金属线圈的两端接入一级母线，电能转换电路的两端接入一级母线和二级母线，负载接入二级母线；电流互感器和供电电路集成安装于屏蔽壳内，三者之间等电位。
6.本实用新型实施例提供的高电位管母的取能装置，由于高压管母中有电流流过，利用环绕在高压管母外壁的筒状磁芯和围绕在磁芯上的金属线圈组成的电流互感器感应出低压交流电，从高压管母进行取能。金属线圈的两端接入一级母线，可以将从高压管母取得的电能汇集到一级母线，后续的电能转换电路能够从一级母线上进行取能；经过电能转换电路的转换后，得到适合负载工作的电能将其汇聚到二级母线上，通过二级母线为负载供能。此外，因为电流互感器和供电电路位于屏蔽壳内，屏蔽壳、电流互感器和供电电路等电位，可以防止外界环境因素影响装置工作，并能够屏蔽电磁辐射。相比现有技术而言，本实用新型实施例提供的高电位管母的取电装置，通过在高压管母的外壁设置电流互感器进行取能，并通过供电电路进行电能转换，为负载进行供电。具有输出功率大、可靠性高、体积小、方便集成和抗电磁干扰能力强等优点，而且不存在低电位供电的电压隔离问题。
7.进一步地，在电流互感器的磁芯上设有气隙。
8.进一步地，高压管母的外壁、磁芯的内壁以及金属线圈的低压侧通过导体连接。
9.进一步地，电能转换电路包括前端保护模块、谐振电容、换流模块，滤波模块，依次连接于所述一级母线和所述二级母线之间。
10.进一步地，电能转换电路数目为多条，多条电能转换电路并联连接于一级母线和二级母线之间。
11.进一步地，一级母线和二级母线上分别设有开关，当所有电能转换电路处于正常工作状态时，开关闭合；当某条电能转换电路处于故障状态时，开关跳开隔离故障，保证其他线路不受影响，取能装置不会因为一处故障而整体停止工作。
12.进一步地，取能装置输出功率p0自动跟踪高电位管母i1的电流变化，当高电位管母中电流i1升高，负载冷却装置的功率需求随之增加时，取能装置输出功率p0增加，可以自动满足负载冷却装置功率需求。装置输出功率p0计算方法如下：
[0013][0014]
i1为高电位管母中的电流，r0为折算至原边后的负载电阻，x
s
为折算至原边后的金属线圈电抗，r
s
为折算至原边后的金属线圈电阻。f 为高电位管母中电流频率，μ0为真空磁导率，μ1为铁芯材料的相对磁导率，s为铁芯截面面积，l为铁芯平均磁路长度。
附图说明
[0015]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]
图1为本实用新型实施例提供的一种高电位管母的取能装置的结构示意图；
[0017]
图2为本实用新型实施例提供的一种高电位管母的取能装置的电气原理示意图；
[0018]
图3为本实用新型实施例提供的一种高电位管母的取能装置的具体实施方式示意图。
[0019]1‑
高压管母；2
‑
电流互感器；21
‑
磁芯；22
‑
金属线圈；23
‑
气隙； 24
‑
导体；3
‑
供电电路；31
‑
一级母线；32
‑
二级母线；321
‑
开关；33
‑ꢀ
电能转换电路；40
‑
前端保护模块；41
‑
谐振模块；42
‑
不控整流模块； 43
‑
直流稳压模块；44
‑
三相逆变模块；5
‑
负载；6
‑
屏蔽壳。
具体实施方式
[0020]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0021]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0022]
在本实用新型的描述中，“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0023]
接下来具体介绍实用新型实施例提供的一种高电位管母的取能装置。
[0024]
本实用新型实施例提供的高电位管母的取能装置，如图1所示，包括电流互感器2、供电电路3以及屏蔽壳6，电流互感器2包括磁芯21和金属线圈22，磁芯21为筒状，环绕在高压管母1的外壁，金属线圈22绕制在磁芯21表面；如图2所示，供电电路3包括一级母线31、二级母线32以及电能转换电路33，金属线圈22的两端接入一级母线31，电能转换电路33的两端接入一级母线31和二级母线32，负载5接入二级母线32；电流互感器2和供电电路3集成安装于屏蔽壳6内，三者之间等电位。
[0025]
本实用新型实施例提供的高电位管母的取电装置，由于高压管母 1内有电流流过，利用设置在高压管母1外壁的筒状磁芯21和围绕在磁芯21上的金属线圈22组成的电流互感器2感应出低压交流电，从高压管母1进行取能。金属线圈22的两端接入一级母线31，可以将从高压管母1取得的电能汇聚到一级母线31，后续的电能转换电路33可以从一级母线31上进行取能；经过电能转换电路33的转换后，得到适合负载5工作的电能并将其汇聚到二级母线32上，通过二级母线32为负载5供能。此外，因为电流互感器2和供电电路3 位于屏蔽壳6内，屏蔽壳6、电流互感器2和供电电路3等电位，可以防止外界环境因素影响装置工作，并能够屏蔽电磁辐射。相比现有技术而言，本实用新型实施例提供的高电位管母的取能装置，通过在高压管母1的外壁设置电流互感器1进行取能，并通过供电电路3进行电流转换，为负载5进行供电。可靠性高、体积小、方便集成以及抗电磁干扰能力强等优点，而且不存在低电位供电的电压隔离问题。
[0026]
需要说明的是，磁芯21可以用软磁材料制成，如硅钢片以及各种软磁铁氧体等。在这里，选择硅刚片作为磁芯的材料。磁芯的内径可以选择340mm，外径选择400mm，高度选择400mm。
[0027]
同时，金属线圈22的匝数可以根据实际情况进行调整。在这里，作为示例，可以选择线圈的匝数为200。此外，金属线圈可以使用铜漆包线，金属线圈直径0.6mm，单位长度电阻0.05ω/m。
[0028]
在一些实施例中，如图1所示，在磁芯21上设有气隙23，即在磁芯21上有一条很窄的间隙。通过设置气隙23，可以使得磁通减少，磁导率也减少。避免出现磁饱和现象的发生。
[0029]
可以选择的，可以在磁芯21上设置多个气隙23，气隙23的宽度可以选择2mm。
[0030]
在一些实施例中，如图1所示，高压管母1的外壁、磁芯21的内壁及金属线圈22的低压侧通过导体24连接。
[0031]
由于三者之间通过导体24连接，使得三者同电位，可以防止在高压管母1和磁芯21之间的间隙产生放电现象，保护电路，防止出现绝缘击穿的情况。
[0032]
在一些实施例中，如图3所示，2条电能转换电路33连接在一级母线31和二级母线
32之间。电能转换电路包括前端保护模块40，谐振模块41，不控整流电路模块42，直流稳压模块43，三相逆变模块44。
[0033]
前端保护模块40可采用双极性瞬变电压抑制二极管，击穿电压为400v。当金属线圈22两端电压超过双极性瞬变电压抑制二极管的击穿电压时导通，双极性瞬变电压抑制二极管的两端电压会维持在一个预定的安全的电压值处，从而确保后面的电路元件免受高电压的冲击而损坏，包括后续的电路和芯片等元件。
[0034]
谐振模块41，谐振模块41并联连接于前端保护模块40和不控整流模块之间。通过在前端保护模块40和不控整流模块42之间设置谐振模块41，可以降低金属线圈22自感的影响，提高金属线圈22 的输出电压，谐振模块41可以为谐振电容。
[0035]
不控整流模块42，可以将从电流互感器2得到的低压交流电转换为低压直流电。
[0036]
直流稳压模块43，采用boost电路，将直流电压升高至400v。
[0037]
三相逆变模块44，三相逆变模块连接于直流稳压模块43和二级母线32之间。可以设置脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm) 控制的三相逆变器，输出交流电，然后汇集到二级母线32上，为负载5三相异步电机供电。当然，也可以根据负载5的类型选择合适的换流模块。
[0038]
具体的过程为，可以先通过不控整流电路将交流电转换为直流电，然后再通过boost直流稳压电路将直流电稳定在400v，最后通过上述所说的pwm控制的三相逆变器得到线电压为380v的三相交流电，汇集到二级交流母线32上，为负载5三相异步电机供电。
[0039]
为了保证取能装置在局部故障的情况下仍正常工作，可以设置两条电能转换电路33，在一级母线31和二级母线32上设置有开关321。当两条电能转换电路33处于正常工作状态时，开关321闭合；当某条电能转换电路处于故障状态时，开关321跳开隔离故障，保证非故障线路不受影响，取能装置仍能稳定工作。
[0040]
此外，如上述所说，当上述高压管母的取能装置用于高压输电设备中时，能够为送风装置进行供电，进而对高压套管进行风冷冷却。同时，根据电磁感应原理可知，金属线圈22所感应出来的电流会根据高压管母1中的电流发生变化。具体的，金属线圈输出功率p0的计算方法如下：
[0041][0042]
公式中，i1为高压管母中的电流，r0为折算至原边后的负载电阻， r
s
为折算至原边后的金属线圈电阻。f为高电位管母中电流频率，μ0为真空磁导率，μ1为铁芯材料的相对磁导率，s为铁芯截面面积，l 为铁芯平均磁路长度。
[0043]
由此可以看出，金属线圈22输出的交流电压自动跟踪高压管母 1的电流变化，当高压管母1中的电流升高，高压套管内冷却需求随之升高时，金属线圈22的输出电压升高，对应的送风装置的输出功率也会增大，自动满足冷却需求。具体的，关于供电电路3转换后的负载5的功率与高压管母1内的电流的关系，可以如下所示。当高压管母1内的电流为3000a时，输出功率为400w；高压管母1内的电流为5000a时，输出功率为1000w；极限工况下高压管母1的电流为6376a时，输出功率为1500w。
[0044]
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。