宽电流范围工作的电流互感取能电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电流互感取能技术领域，是一种宽电流范围工作的电流互感取能电 源。
【背景技术】
[0002] 随着输电线路在线监测技术的发展，解决高压侧监测设备供电问题成为研究的新 热点。常见的供电方式主要有太阳能供电、电池供电、激光供电及超声波供电等，由于体积、 成本、输出功率、转化效率、绝缘等问题，上述方法均未得到有效的利用。电流互感取能是通 过在线路上套装可开启式的良磁导体，利用电磁感应原理从线路电流在其周围产生的交变 磁场中截获能量。为满足输电线路在线监测装置日益增加的负载需求，电流互感供电方式 具备较好的发展前景。
[0003] 由于输电线路电流波动范围非常大，通常在几安培至数千安培，因此，电流互感取 能电源需要解决两个问题：一是在输电线路电流较大导致取能过剩时，必须采取合理的泄 能方式，以保证电源保持平稳输出；二是在输电线路电流很小时，具备较高的取能效率，最 大限度地降低最小启动电流，同时具有储能装置作为备用电源，当取能不足时，消除电源工 作死区。
[0004] 为提高电流互感取能电源工作电流的上限值，目前主要通过稳压式，反馈控制式 和斩波控制式控制电路来降低电源的热耗。稳压式是将稳压管接在滤波电容后面，设定其 反向击穿电压小于滤波电容最大电压，在一次大电流时滤波电容电压升高，从而击穿稳压 管使电容电压保持稳定，缺点是稳压管发热量较大，严重缩短电源寿命。反馈控制式是通 过设置一个电压阈值，当滤波后的电容直流电压超过电压阈值时，通过电压监测电路使并 在取能线圈二次侧的开关管闭合，由于开关管低导通阻抗的特性使取能线圈二次侧近似短 路，感应电流都通过开关管泄放掉，缺点是控制电路复杂，开关管的电流过大仍然会使电源 温升比较明显。斩波控制式是二次侧包含取能线圈和控制线圈，并在控制线圈中接入开关， 直接利用半导体开关的开通与关断的时间比例来控制供电电源整流滤波器的平均输入电 流，实现供电电源输出稳定电压，此种方式在高开关频率下可以达到很高的控制精度，但占 空比的自动调节需通过CPU编程来实现，使控制电路变得比较复杂，并且开关高频动作可 能会对取能线圈产生干扰。
[0005] 由于以上方式均不能动态改变取能线圈匝数，使供电电源的热耗始终随母线电流 增大而增大，无法兼顾电流动态范围的下限和上限，导致电流互感取能电源工作电流范围 较窄。针对该问题，参考文献"一种适应母线电流动态范围宽的光电式电流互感器供电电 源"提出了一种基于电流互感器次级电流大小来控制电流互感器变比，以降低电源热耗的 方法，采用传感线圈检测电流互感器次级电流，并通过另一迟滞比较器控制继电器，实现电 流互感器变比切换，使电流互感器次级电流始终保持在预先设定的范围内，但增加控制铁 芯、传感线圈和较复杂的控制电路，功耗较大，降低了取能效率，提高了启动电流下限。
[0006] 因此，研制一种能够在较宽动态电流范围下正常工作，取能效率高的电源为输电 线路在线监测设备供能，是保证输电线路在线监测设备可靠运行的先决条件，对其在电力 系统中的推广应用具有重要意义。
【发明内容】
[0007] 本发明提供了一种宽电流范围工作的电流互感取能电源，克服了上述现有技术之 不足，其能有效解决现有输电线路电流互感取能电源存在的工作电流范围较窄，取能效率 较低和控制电路应用效果不理想的问题。
[0008] 本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种宽电流范围工作的电流互感取 能电源，包括取能单元、冲击保护单元、电压调整单元、绕组切换控制电路、储能单元和电源 通道选择电路；取能单元包括能够套装在输电导线上的可开闭式的环形铁芯和绕置在环形 铁芯上的带中间抽头的双绕组二次取能线圈，所述中间抽头位于双绕组二次取能线圈的总 绕组的中部并形成分绕组；电压调整单元包括整流滤波电路、过压保护电路和DC/DC模块， 整流滤波电路的输入端与冲击保护单元的输出端电连接，整流滤波电路的输出端与过压保 护电路的输入端电连接，过压保护电路的输出端与DC/DC模块的输入端电连接；绕组切换 控制电路包括继电器控制电路和继电器，继电器控制电路的输入端与过压保护电路的输出 端电连接，继电器控制电路的输出端与继电器的输入端电连接，继电器的输入端还与双绕 组二次取能线圈电连接，并能够在输电线路电流较小时以总绕组接入电路而在输电线路电 流较大时以分绕组接入电路，继电器的输出端与冲击保护单元电连接；电源通道选择电路 的输入端同时与电压调整单元的输出端和储能单元的输出端电连接，并能够切换选择电压 调整单元或储能单元为在线监测设备供电。
[0009] 下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进： 上述双绕组二次取能线圈的中间抽头可位于绕组的三分之一处，并能够使总绕组与分 绕组的匝数比为三比一。
[0010] 上述储能单元可包括MPPC充电电路和锂电池组，MPPC充电电路的输入端与过压 保护电路的输出端电连接，MPPC充电电路的输出端与锂电池组电连接，并能够根据过压保 护电路输出端直流电压的大小动态调整充电电流为锂电池组充电。
[0011] 上述MPPC充电电路可包括最大功率点跟踪电压为12伏的高电压控制器和电源管 理器芯片LTC4000。
[0012] 上述继电器控制电路的输入门槛电压可为52伏，并能够在输入电压大于输入门 槛电压时令继电器工作使双绕组二次取能线圈由总绕组切换为分绕组接入电路。
[0013] 上述继电器控制电路可包括保护电阻、第一分压电阻、第二分压电阻、稳压电容、 三端可调分流基准源TL431、光耦器件TLP521、上拉电阻和续流二极管；保护电阻的一端分 别与输入电源连接和第一分压电阻电连接，保护电阻的另一端分别与继电器和续流二极管 的负极端电连接，第一分压电阻的另一端与第二分压电阻电连接，第二分压电阻与稳压电 容电并联，三端可调分流基准源TL431的集电极和发射极与稳压电容的两端电并联，光耦 器件TLP521的输入端负极端与三端可调分流基准源TL431的基极电连接，光耦器件TLP521 的输入端正极端与续流二极管的正极端和继电器电连接，光耦器件TLP521的输出端与上 拉电阻的一端电连接，上拉电阻的另一端与外部电源电连接。
[0014] 上述过压保护电路可包括开关管和门槛电压设为58伏并能够根据门槛电压令开 关管通断的过压保护芯片MAX6495,过压保护电路输入端的正极端可电串联有具有自恢复 能力的正温度系数的热敏电阻，过压保护电路还可包括二极管、输入稳压电容、限流电阻、 齐纳二极管、储能电容、第三分压电阻、第四分压电阻和输出稳压电容。
[0015] 上述DC/DC模块可包括能够使输出电压稳定在5伏的降压开关型集成稳压器芯片 LT3431〇
[0016] 上述电源通道选择电路可包括双通道理想二极管集成芯片LTC4413,并能够在电 压调整单元的输出电压大于储能单元的输出电压时由电压调整单元为在线监测设备供电， 能够在电压调整单元的输出电压小于储能单元的输出