超高压直流输电系统中传感器供电方法和系统与流程

本发明涉及直流电流测量技术领域，特别是一种超高压直流输电系统中传感器供电方法和系统，其典型的可以应用于超高直流压输电领域和冶金电镀的直流电流测量领域。

背景技术：

在超高压直流输电领域。以±800kv直流输电为例，每一极都采用6根lgj-635/45的钢芯铝绞线输电；其等效截面635mm²，其中铝导线截面为623.45mm²。在直流输电两端的换流站，测量电流手段已经非常成熟，但数千千米的输电线的中间接头是否完好、是否有断股，由于电流不同导致导线发热温差不同，因此主要靠红外测温来观察因载流量的偏差。如果能够远程测量超高压直流导线的每一根导线电流以间接判断其状态，就极具实用意义。但是，因为不能象交流输电可以靠交变电磁感应获取暖传感器电能，这就使得对地电压为800kv的电流传感器供电成为难题。同样的，在新能源、冶金、电镀工程领域，都有数百至数千安培的直流电流。对这些电流的测量最广泛采用分流器和霍尔技术测量。分流器可以不需外电源直接带指针仪表，但分离器本身耗能大，发热严重，例如2000a/75mv的分流器最大功耗为150w。霍尔技术测量直流无论开环测量还是闭环磁平衡测量都需辅助电源。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的目的是提供一种超高压直流输电系统中传感器供电方法和系统，能够在超高直流压输电领域和冶金电镀领域中，对于超高压直流输电系统中用于测量的传感器进行有效供电，至少部分解决现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本发明实施例提出了一种超高压直流输电系统中传感器供电方法，包括：

在直流输电线路上设置一条伴导线，且该伴导线上设有为传感器供电的电源调理机构；其中该伴导线的长度l根据以下方法计算：

确定电源调理机构需要功率p＝l×u1，根据伴导线的线径确定长度l的伴导线的电阻为r，根据直流输电线路的电流确定伴导线的电流l以及电流l流经伴导线时产生的电压差为u2；

根据直流输电线路的总等效截面、电阻率，则l长的直流输电点路上的两端的电压差为u；且u＝u1+u2；

以此计算所需的伴导线的长度l。

进一步的，该传感器为6通道导线夹式开环霍尔传感器，其包括星形设置的6个导线夹以连接6条直流输电线路。

进一步的，该伴导线为硅胶导线。

同时，本发明实施例还提出了一种超高压直流输电系统中传感器供电系，包括：伴导线，所述伴导线设置在直流输电线路上，且该伴导线上设有为传感器供电的电源调理机构；其中该伴导线的长度l根据以下方法计算：

确定电源调理机构需要功率p＝l×u1，根据伴导线的线径确定长度l的伴导线的电阻为r，根据直流输电线路的电流确定伴导线的电流l以及电流l流经伴导线时产生的电压差为u2；

根据直流输电线路的总等效截面、电阻率，则l长的直流输电点路上的两端的电压差为u；且u＝u1+u2；

以此计算所需的伴导线的长度l。

进一步的，该传感器为6通道导线夹式开环霍尔传感器，其包括星形设置的6个导线夹以连接6条直流输电线路。

进一步的，该伴导线为硅胶导线。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：上述技术方案提出了一种超高压直流输电系统中传感器供电方法和系统，具有以下的优势：

(1)采用了“等电位，伴导线”的取电方法。所谓“等电位”是指在直流传输导体上，利用电流流经导体产生电压差，但总体上这一电压差与导体本身对地电压比又微不足道，且至少一端于导体等电位。所谓“伴导线”是在原来输电导体上再附加一段导线。本发明实施例的“等电位，伴导线”的取电原理，其实质上在通电导体上取一小电压差，经变换后变成稳定的传感器工作电源。

(2)“伴导线”布置计算及电源变换，根据传感器所需电源功率和特征进行伴导线设计及电源变换。

(3)采用了开环霍尔技术的6通道超高压直流电流传感器。

上述技术方案利用传输电流导通本身提取电能，不需要外部供电，不受环境因素影响，实现高可靠性供电。能够实现提高远程测量超高压直流输电6根分裂导线电流，检测导线接触不良、断股等故障，同时能够测量线路总电流。同时本发明实施例提供了一种高可靠，低成本的直流电流测量方式。

附图说明

图1为本发明实施例的原理模块图；

图2为本发明实施例中的6通道导线夹式开环霍尔传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了说明本发明的一种基下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明涉及超高直流压输电领域和冶金电镀的直流电流测量应用领域，具体涉及一种可以从传输直流电流的导体本身获取电能，来为直流电流传感器供电的一种技术方法。

如图1所示的，本发明实施例包括：

在直流输电线路上设置一条伴导线，且该伴导线上设有为传感器供电的电源调理机构；其中该伴导线的长度l根据以下方法计算：

确定电源调理机构需要功率p＝l×u1，根据伴导线的线径确定长度l的伴导线的电阻为r，根据直流输电线路的电流确定伴导线的电流l以及电流l流经伴导线时产生的电压差为u2；

根据直流输电线路的总等效截面、电阻率，则l长的直流输电点路上的两端的电压差为u；且u＝u1+u2；

以此计算所需的伴导线的长度l。

进一步的，该传感器为6通道导线夹式开环霍尔传感器，其包括星形设置的6个导线夹以连接6条直流输电线路。

进一步的，该伴导线为硅胶导线。

进一步的，该6通道导线夹式开环霍尔传感器设有无线数据传输模块，其中所述无线数据传输模块利用235mhz开放频段与远端接受设备连接。

如图1所示：还以±800kv直流输电为实例，6根lgj-635/45钢芯铝导线总等效截面为3740mm²，额定最大电流3150a。在其主导体上取距离等于150米的两点。根据铝的20度电阻率(2.65*10^-8欧姆米)可以计算出这段输电线路的电阻为1.063mω。同样地，150米10mm²铜伴导线的电阻为252mω。当时输电线电流1500a时，150米输电线产生1.594v电压差；当伴导线流经2a电流时产生0.504v电压差。最后，到达电源调理端的电压为1.594-0.504＝1.09v(电流2a)。持续2w的功率，足以为6只开环霍尔传感器和信号调理使用。进一步地，可根据传感器所需功率大小，计算合理的伴导线长度和截面；伴导线可使用硅胶导线，耐高低温，寿命长。同样的原理及方法，在冶金、电镀行业，直流导体(或母排)为米级长度，但电流密度较高，仍然可以取得数十mv至几百mv的电压差，现代能量搜集芯片(如ltc3108)可将这几十mv的低内阻电源调整成我们需要的电压，例如3.3v、5v，功率数百mw。

电源调理机构能够得到了一相对稳定电压，例如前文例子中提到的1v。该电源调理机构能够将该电压调理成所需的稳定的3.3v或5v。

如图2所示的为6通道导线夹式开环霍尔传感器，包括星形的六角结构支撑部，该6个角分别以装配在6条输电线路上，且每个角上都设有一个开环霍尔传感器。其中开环的霍尔传感器中的开环主要指相当于带补偿磁平衡的闭环技术而言。开环的霍尔传感器具备体积小、功耗低的优点，缺点是测量精度不高(一般误差在3％左右)。在本发明的应用中，此精度完全满足要求。

需要说明的是，本发明涉及的6通道霍尔电流传感器内部含单片机微处理器和短距离无线数传模块。无线数传模块采用235mhz的开放频段，使用自定义的前导同步字和地址，于地面固定的接收装置或移动接收设备(如巡线无人机)进行数据交互。单片机微处理器和无线数传模块并不在此发明技术保护范围之内。

开环的霍尔电流传感器采用的是霍尔直放式原理，闭环的霍尔电流传感器采用的是磁平衡原理。所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多。开环和闭环都可以监测交流电，一般开环的适用于大电流监测，闭环适用于小电流监测。

开环式霍尔传感器的工作过程：

原边电流通过一根导线时，在导线四周将会产生一个磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它能通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经信号放大器放大后直接输出，霍尔器件输出的信号准确反映了原边电流的输出情况。优点：封装尺寸小，测量范围广，重量轻，低电源损耗，无插损

闭环霍尔电流传感器的工作过程：

当原边电流ip产生的磁通通过磁芯集中在磁路中，霍尔器件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边电流(ip)产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。霍尔器件和辅助电路产生的副边补偿电流准确反映了原边电流的大小。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。

本发明内容含三个部分：

其一，“等电位，伴导线”的取电方法。所谓“等电位”，在本发明中是指在直流传输导体上，利用电流流经导体产生电压差，但总体上这一电压差与导体本身对地电压比又微不足道，且至少一端于导体等电位。所谓“伴导线”是在原来输电导体上再附加一段导线(在实例中介绍的导线长度为150米)。本发明“等电位，伴导线”的取电原理，其实质上在通电导体上取一小电压差，经变换后变成稳定的传感器工作电源。

其二，“伴导线”布置计算及电源变换。此发明中根据传感器所需电源功率和特征，进行伴导线设计及电源变换。

其三，采用开环霍尔技术的6通道超高压直流电流传感器的发明。

本发明的优点在于：

(1)利用传输电流导通本身提取电能，不需要外部供电，不受环境因素影响，实现高可靠性供电。

(2)能够实现提高远程测量超高压直流输电6根分裂导线电流，检测导线接触不良、断股等故障，同时能够测量线路总电流。

(3)提供了一种高可靠，低成本的直流电流测量方式。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。