有源电子式互感器高压侧电路的供能单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电路的供电电源的获取部件，特别是一种用于高压输电网中，为有源电子式(电流或电压)互感器的高压侧(采样处理)电路提供工作电源的供能单元。
【背景技术】
[0002]高压交流输电网中，普遍使用电磁式电压互感器(简称PT)和电流互感器(简称CT)。这两种互感器的高压侧、低压侧之间通过铁芯耦合，绝缘结构复杂，而且其绝缘成本随着电压等级的升高呈指数增长，造成传统的互感器整体体积大，份量重，成本高。
[0003]随着科技的发展，新型的电子式互感器被提出，其通常采用光纤作为高压侧、低压侧之间的信号传输手段，实现了高低压之间的彻底隔离，因此绝缘结构大大简化，不存在传统PT低压侧短路或CT低压侧开路的问题，也不会给操作人员的身体和用电设备造成危害。相对传统的互感器而言，其安全性和可靠性都大大地提高。另外，电子式互感器还具有成本低、体积小、重量轻、性能优等优点，性价比优势明显。
[0004]现有电子式互感器分为有源式和无源式两种。其中，有源式是指传感头部分采用传统的传感原理，仅利用光纤传输数据的电子式互感器。由于光纤适合传输数字信号，所以必须在高压侧对传感头的输出信号进行模拟量到数字量的转换，需要相应的电子电路，因而带来了电路的供电(能)问题，这是有源式电子式互感器研究中的难点和关键技术，因为供能部件也要低成本地解决绝缘问题。
[0005]为有源电子式互感器的高压侧电路提供工作电源的方式，简称“供能方式”。目前常用的供能方式主要有:CT供能、激光供能、太阳能电池供电及蓄电池供电、电容分压器从输电母线上取电能等。其中部分供能方式已经有了商业化的产品，但问题并没有得到彻底解决，因为它们的不足而导致应用现场问题频现。
[0006]下面就对这些供能方式的问题点进行简要的说明。
[0007]1、利用CT供能的方式，在输电母线中电流很小时，无法提供足够的电能，导致此时有源电子式互感器停止工作或工作异常。
[0008]2、激光供能是采用激光等光源从低压侧通过光纤将光能量传送到高压侧，再由光电池转换为电能量。由于受激光输出功率、光电池转换效率的限制，这种方法提供的能量有限，因此对高压侧电路提出了微功耗设计的要求，加大了电路设计的难度。目前，大功率的激光器存在寿命短、价格高等问题，加上独立的激光供能光纤的成本，系统的总体造价偏闻。
[0009]3、由于蓄电池受环境温度影响显著，使用寿命比较短，需要定期更换，因放在高压侦牝而更换困难，因此在实际应用当中，蓄电池供电方式很少被采用。
[0010]4、由于太阳能电池的输出易受日照、昼夜、温度变化、季节变化等因素的影响，所以为了获得稳定的电源输出，太阳能供电必须与蓄电池供电构成组合电源系统，存在与蓄电池供电同样的不足。
[0011]5、利用高压电容降压从输电母线上取电能。
[0012]图1是现有技术中利用高压电容降压获取电能的简化示意图，高压交流Vac经过高压电容C01、限流电阻ROl等，给储能电容C02充电，再经稳压芯片UOl处理后，输出稳定的电压。
[0013]目前，储能电容C02的两端电压被限制在10伏左右，要提供2瓦的功率，充电电流的平均值在200毫安，这就要求高压电容COl需要有较大的容值，由于功耗的限制，限流电阻ROl的阻值也不能太大。这使现有利用高压电容降压获取电能的方案抗连续过压、抗雷击浪涌等能力大打折扣。实际使用中，常有高压电容COl爆炸的情况发生。而且，较大容值的高压电容COl也使现有技术中利用高压电容降压获取电能的电路结构存在体积大、成本闻等缺点。
【发明内容】
[0014]鉴于以上内容，本发明提出一种新的有源电子式互感器高压侧电路的供能单元，具有从输电母线取能的方便性，输入交流电压范围宽，抗连续过压、抗雷击浪涌等能力强，同时具有体积小、成本低等优点。
[0015]所述有源电子式互感器高压侧电路的供能单元(2)包括:降压支路(20)、单相整流桥(22)、阻断二极管(D5)、储能电容(CCl)、整流电压限制电路(23)、直流到直流(DC/DC)变换器(24)，供能单元(2)连接至外部提供交流电压(Vac)的第一交流输入端(11)、第二交流输入端(12);
[0016]所述降压支路(20)包括顺序串联的多个降压串联组件(21)，每个降压串联组件
(21)由降压电容(Cn)和限流电阻(Rn)串联构成，该降压支路(20)的第一连接端(201)连接至该第一交流输入端(11);
[0017]所述单相整流桥(22)包括第一整流输入端(221)、第二整流输入端(223)、第一整流输出端(224)和第二整流输出端(225)，其中，第一整流输入端(221)连接至该降压支路
(20)的第二连接端(202)，第二整流输入端(223)连接至该第二交流输入端(12)，第一整流输出端(224)经过所述阻断二极管(D5)的阳极、阴极后，连接到储能电容(CCl)的正极，第二整流输出端(225)连接到储能电容(CCl)的负极；
[0018]所述整流电压限制电路(23)包括第一控制端(231)、第二控制端(232)、第一旁路端(233)、第二旁路端(234)，其中，第一控制端231连接储能电容(CCl)的正极、第二控制端(232)连接储能电容(CCl)的负极，第一旁路端(233)连接所述单相整流桥(22)的第一整流输出端(224)，第二旁路端(234)连接所述单相整流桥(22)的第二整流输出端(225)；及
[0019]所述DC/DC变换器(24)包括第一直流输入端(241)和第二直流输入端(243)，其中，第一直流输入端(241)连接所述储能电容(CCl)的正极，第二直流输入端(243)连接所述储能电容(CCl)的负极，所述DC/DC变换器(24)的输出电压作为有源电子式互感器高压侧电路的工作电压，在预先设定的输入交流电压范围内，储能电容(CCl)的两端电压控制在200伏以上。
[0020]进一步地，所述降压串联组件(21)还包括过压保护器件(ΥΜη)，所述降压电容(Cn)和过压保护器件YMn并联，然后与限流电阻(Rn)串联。所述过压保护器件(YMn)为具有双向限压功能的元件或元件组合，包括压敏电阻、双向瞬态电压抑制二极管、或双向稳压管，所述过压保护器件(YMn)的电压箝位值选取原则包括:按照输入交流电压(Vac)为上限时，过压保护器件(YMn)的泄漏电流小于预设值、电压箝位值比降压电容(Cl)的耐压值低第一预设比例。
[0021]进一步地，所述整流电压限制电路(23)为一个压控开关，其工作原理为:当储能电容(CCl)的两端电压差高于设定的上限，所述整流电压限制电路(23)的两个旁路端短路导通，当储能电容(CCl)的两端电压差低于设定的下限，所述整流电压限制电路(23)的两个旁路端之间的导电通路截止。在预先设定的输入交流电压范围内，储能电容(CCl)的两端电压进一步控制在1200伏以下，优选500伏到1000伏之间。
[0022]进一步地，降压电容(Cn)的容值满足的条件为:输入交流电压(Vac)达到预先设定的下限，且整流电压限制电路(23)输出端截止时，所述供能单元(2)的输出电压在预设标准范围。降压电容(Cn)的耐压值满足的条件为:输入交流电压(Vac)为上限时，降压电容(Cn)不出现过压且留有第二预设比例以上的耐压余量。
[0023]进一步地，限流电阻(Rn)的最大阻值满足的条件为:在预先设定的输入交流电压范围内，所有限流电阻(Rn)的功率损耗总和满足预先设定的标准要求。限流电阻(Rn)的功率值满足的条件为:在输入交流电压(Vac)等于雷击过电压时，限流电阻(Rn)不会出现过热烧断、还留有第三预设比例以上的耐压余量。所述限流电阻(Rn)包括可熔断的保险电阻，或者电阻串联保险丝。
[0024]进一步地，所述供能单元2的工作过程如下:输入交流电压(Vac)通过多个降压电容(Cn)和限流电阻(Rn)的串联网络限流，经过单相整流桥(22)和阻断二极管(D5)，给储能电容(CCl)充