专利名称：高频铁芯互感器实现高压线通讯的制作方法
高频铁芯互感器实现高压线通讯
背景技术：
高压输变电系统，特别是IOKV配电系统经常出现开关跳闸停电事故，对于无 人职守的开关跳闸如果人工合闸送电，则需要很长时间，这就是造成停电时间过长的主 要原因，另外，跳闸电流等运行参数也无法传给供电局管理体系，这对事故判定造成困 难。为了解决这个技术难题，实现电力网的智能化运行就必须解决沿电力线通讯的技术 难题，只有实现了沿电力线的通讯后，才能将电力网运行参数传给供电局内的计算机存 储成为技术运行档案。只有这样才能及时判定事故，也可由计算机下令远距离通讯送 电，使电力网真正实现智能化运行。专利号为20100537447.4发明专利中只叙述了低压供 电网的通讯技术内容，而没有解决沿高压电力线通讯的方法，本发明就是解决了沿高压 线传输通讯信号的方法。实质性技术内容高压交流电力线是三相制运行方式，对地电压高，又没有0线可利用，因此沿 高压线路叠加通讯信号非常困难。但是供电变压器是由IOKV线路变为低压电后给用户 供电，这样就可将通讯信号经高频铁芯互感器叠加在供电变压器低压线卷上，供电变压 器自然就会转变成为高压线卷上向高压线路传输通讯信号了。为了提高转换效率，不能 将高频铁芯互感器套装在0线上，而是由电容器引线穿过高频铁芯互感器后并联在供电 变压器的低压线卷上，电容器与供电变压器线卷之间连线越短越好，最好直接接在变压 器出线口上。这样供电变压器与负载之间的线路电感就对电容上输出电流起阻止向负载 传输的作用，因此电容器输出电流绝大部分转换成为高压线电流了。另外只有电容器引 线穿过高频铁芯互感器，强电电流很小不会使铁芯饱合，对于高频50千周，铁芯截面积 为2cm2时一匝线圈电压降可达25V以上，一次线圈12匝，直流电源300V，工作电流 5A可输出1.5KW高频功率。50千周高频电流从最大值下降为0正是四分之一周期等于 5微秒，这么短时间内的变压器输出的强电电压值可视作不变，如果合理选取电容值，那 么电容器在5微秒正好上升25V，这样电容器两端电压正好与一匝引线上的高频电压抵消 掉。高频铁芯互感器一次线卷带中心抽头，中心抽头与300V直流电源正极相接，一 次线卷两个端点分别经电子开关管与直流电源负极相接，工作时由第一只电子开关管导 通四分之一周期后关断，这期间电容器两端电压因突变产生冲击电流最大值，经四分之 一周期电压上升25V正好与一匝高频电压相抵消，电流也下降为0，第一只电子开关管关 断的同时第二只电子开关管导通，电容器冲击电流最大值又会经四分之一周期下降为0， 而电容器电压从25伏放电到0.这半个周期内高频铁芯互感器的激磁电流也是由0上升为 极大值，又从极大值下降到0.所以激磁电流上升和下降也是半个周期，正是第二只电子 开关管关断时刻，该时刻激磁电流和电容器工作电流都等于0，因此第二只电子开关管关 断后不会出现振荡电流和电压，这种半波工作方式对于高频一次线卷正、反方波脉冲电 压，而对于电容器回路是电压上升和下降的三角波脉冲电压，同样电流值也是三角波脉 冲工作方式。这种孤立的脉冲波可准确计数和编程而成为发送短信的脉冲信号电压沿电力线路传输。第一只电子开关管导通时产生的高频电流应与50周波的低频电压极性相 同，而工作时最好选在强电电压220伏以下，这样叠加的高频电压信号不会超过强电的 峰值电压值，不会对电路绝缘造成任何影响。这种能够产生孤立脉冲的工作方式，可以 准确计数而成为编程的短信信号电压才是发明的关键技术。只要在高频铁芯互感器上绕 制一个接收信号线卷即可接收到其他供电变压器发送的短信了，这样就将接收装置和发 送装置集为一身，实现双向通讯了。例如现有机械式电能表是由与电压和电流同相位的 磁场作用力使铝盘转动，由齿轮减速后带动数字盘记录电度数，该电度数作为供电局收 费的计量电能表数。为了将数字盘记录的电度数转换可由芯片编程的通讯字码，在铝盘 上打一个小孔可透光，在小孔上方装上发光二极管，在小孔下方装上光敏三级管，铝盘 每转一周小孔就会透光一次，光敏三极管则导通一次，由芯片记录出铝盘的转动次数， 就将电度数记录在芯片中了，并且转化成为可通讯的字码了，这样就将机械式电度表变 成为智能化电度表了。供电变压器负载线卷为星形接线，当穿过高频铁芯互感器的电容器并联在0线 和火线之间，只能在一相上感应出高频信号，因此必须在另外一相火线和0线之间并联 一个相同的穿过高频铁芯互感器的电容器，并且同时控制电子开关管工作，而且第一只 电子开关管导通时应与另一相产生反向方波脉冲，关断后第二只电子开关管导通时才会 产生正向脉冲，这样才会在火线上感应出一个与前面所述的高频方波脉冲电压相加，而 不会被相互抵消，因此在两相火线之间就出现一个相互叠加的三角波脉冲了。该脉冲信 号可经供电奕压器转换成IOKV高压线卷中成为沿IOKV高压电路传输的信号，该信号可 以经更高电压变压器转换成为110KV高压信号。还有一种结构方式，是将高频铁芯互感器负载线卷可以绕成2000匝，与高压电 容器串联后直接与50万伏输电线路的两相连接，一次线卷仍按上述方式不变，但它必须 承受50万伏绝缘才行。一次线卷中心抽头接300V直流电源正极，两个端点分别由两个 电子开关管与直流电源负极连接，计算机或芯片控制电子开关管导通5μ s后关断的同时 另一个电子开关管导通5 μ S，停止一下，这样每10 μ S出现一个孤立方波脉冲，IOOys内 最多出现10个脉冲，如果只出现1个脉冲则对应手机按键1，只出现2个脉冲对应手机 按键2，仍此类推，出现10个脉冲对应手机按键为0，正好对应1、2、3、4、5、6、7、 8、9、0的10个手机按键，由此可以按手机编程转换成汉字方式发送短信了。
附图-1-是高频铁芯互感器的接线电路图。图中1是供电变压器二次负载线卷，
2是穿过高频铁芯互感器的电容器，3和4是带中心抽头的正、反一次线卷，5是直流电 源的储能电容器，中心抽头接于直流电源正极，6和7分别是正、反线卷的控制电子开关 管，分别控制正、反线卷与直流电源负极的导通和关断，8是接收其他供电变压器高频信 号输出线卷，并由芯片或计算机检测实现双向通讯。
实施例110KV/10KV变电所，变电所用电取自IOKV配变压器时，则将高频铁芯互感器
按附图-1-接线，所用配电变压器三相都一样安装相同设置，任选两相同时工作时则高频通讯信号感应至110千伏线路上传输信号了。电流、电压、功率，电能计量等运行参 数输入计算机存档，同时也将IOKV开关分断的电流值和分断次数输入给计算机存档。这 种高压通讯信号可同时沿IOKV和110KV线路传输，因此不但可以将运行参数传给供电 局，也可以直接操作110KV以及IOKV联网运行的高压切换开关，这对于无人职守的野 外联网的高压切换开关的运行操作有重大意义，它使风能、太阳能等新型能源并网操作 大为简化。同时应用在500KV或220KV远距离输电线路，在野外交汇处，由无人职守的 高压开关切换联网运行的控制也是大为简化，只要将高频铁芯互感器通讯设备及直流备 用电源一起安装在高压线铁塔上即可由计算机控制操作运行。就是在城市居民区中不同 系统的110KV及IOKV线路交汇处的联网切换开关控制同样实用，它的应用可以避免检 修设备或事故造成长时间停电和调峰运行都有实际意义，当IOKV配电线路短路停电事故 出现时，可以由计算机控制恢复送电，只需要几秒钟，省去了人工到现场的操作时间。只要将不同的高压变压器、高压切换开关及仪表按顺序给出各自密码，只要对 上密码才能接通通讯信号，这就相当于手机卡号一样，实现一对一的双向通讯。本发明给高压线路通讯和电力系统联网切换运行提供了新途径，使电力联网运 行更灵活也更安全，也给不同系统调控负荷及并网发电创造了更便捷的途径。我们知道 由于多种原因全国造成空载运行的变压器数量非常大，例如农业灌溉、水利、矿山变压 器，夜间或节假日停产的工厂生产变压器等都会产生很大的铁损电能，有的甚至于几个 月之内空载也照常运行的变压器很多，供电局利用线路通讯就可以及时发现排除空载变 压器通知用户断电而减少铁损耗，这对节电也大为有利。最主要的是它可以向各个发 电厂群发短信，传输电网的周波、电压等运行参数，给发电机自动化并网运行创造了条 件。这对野外切换开关将两个独立电网的并网运行过程大为简化，可以在极短时间内调 度两个系统的周波和电压趋于一致，只要检测到切换开关两端的电压和相位趋于一致时 合闸即可，实现自动化控制并网运行。这对于风力发电和太阳能发电自动并网运行技术 也创造了条件，它可以准确的使并网切换开关在正确时间点处合闸联网运行，使电网不 出现冲击电流，保障了联网的安全运行，由于沿高压电线路可通讯，对于无人职守的并 网开关实现自动联网操作是本发明的关键技术特征。
权利要求
1.高频铁芯互感器一次线卷中心抽头与直流电源正极相接，一次线卷两个端点分别 经电子开关管与直流电源负极相接，二次线卷由电容器引线穿过铁芯与电力变压器低压 线卷并联构成回路，采用高频，第一只电子开关管导通四分之一周期后关断，同时第二 只电子开关管导通四分之一周期后关断，出现了一个正、反方波脉冲，这种孤立方波脉 冲可准确计数用于编程，由电力变压器将低压侧信号转换成高压侧电压信号沿高压线通 讯，接收信号由绕在高频铁芯上的另一个独立线卷输出，使发送和接收成为集于一体的 通讯设备。
2.根据权利要求1所述高频铁芯互感器一次线卷结构和工作方式不变，二次线卷是绕 在铁芯上的多匝线卷与电容器串联后直接与高压二相火线相接，这样直接将高频方波脉 冲信号加在高压线路上传输，这种通讯设备可安装在野外高压输电线交汇处的切换开关 上进行通讯，只要在高压线上设置备用直流电源，即可受远距离计算机控制操作切换开 关联网运行，成为无人职守的切换开关。
3.根据权利要求1所述高频铁芯互感器输出信号由芯片记数并编程成为通讯装置，并 安装在机械式电度表中，在机械式电度表铝盘上打出透光小孔，在小孔上方安装发光二 极管，在小孔下方安装光敏三极管，由芯片记录光敏三极管导通次数成为电度表计量的 电度数，由芯片编程可沿电力线通讯，使机械式电度表成为可通讯的智能化电度表。
全文摘要
高频铁芯互感器一次线卷，由中心抽头与直流电源正极相接，一次线卷两个端点分别经电子开关管与直流电源负极相接，二次线卷由电容器引线穿过铁芯与电力变压器低压线卷并联构成回路，采用高频，第一只电子开关管导通四分之一周期后关断，同时第二只电子开关管导通四分之一周期后关断，这时第一只开关管不再导通则只出现一个正、反方波脉冲，由于电容器充电电压和激磁电流上升下降时间均相等而复原为0，因此不会出现回路振荡现象，该脉冲可准确计数用于编程，由电力变压器将低压侧高频通讯信号电压转换成高压侧电压信号沿高压线通讯，它可向发电厂群发短信，传送周波、电压信号，给自动化控制并网运行创造了条件。
文档编号H02M5/10GK102013812SQ20101057415
公开日2011年4月13日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者王有元 申请人:王有元