双回路电缆互感器取电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种双回路电缆互感器取电装置，包括两个取能单元、能量管理电路和储能电池；所述取能单元包括取能部，所述取能部包括主取能线圈、保护电路、整流稳压电路、储能电容；主取能线圈的输出端连接保护电路的输入端，保护电路的输出端连接整流稳压电路的输入端；整流稳压电路的输出端与前述能量管理电路的输入端连接，且两者之间并联储能电容；所述能量管理电路的输出端分别连接储能电池的输入端和外设的负载。本实用新型结构简单，可以从两个回路同时取能，并同时为负载供电和对储能电池充电，保证了在任何状态下，取能装置都能有效工作。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种电源获取技术，特别是涉及一种高压电缆外部无线电源获取 装直。 双回路电缆互感器取电装置
【背景技术】
[0002] 随着我国大中型城市建设的飞速发展和城市规划的要求，电力系统输变电网络的 规模也越来越大，尤其是110kV及以上等级的高压输变电网络。
[0003] 高压电缆以其占地少、敷设方便、人身安全保障、供电可靠性高、维护工作量少等 优点在高压输变电网络中得到了广泛应用。这种类型的高压电缆大多采用直埋、隧道或桥 架的安装方式，采用传统人工巡检维护的方式费时、费力，并且无法全面了解电缆的实时状 态，所以目前多采用在线检测的方式，安装一些在线监测设备，如环流监测装置、电缆表面 温度监测装置等等，在电缆工井或早期设计的电缆隧道中，通常没有市电或太阳能等电源 供应设备，大大限制了在线检测技术的应用，为此，国内一些厂商利用电磁感应原理，设计 了感应取能装置，利用特殊的电流互感器从运行的高压电缆上获取能量，供应给现地安装 的数据采集装置。
[0004] 现有专利，通过耦合在运行电缆互感器取电，经整流稳压后供现场设备使用，已获 得普遍应用。该技术的不足是：取能互感器只能从一个电缆线路上获取能量，当该运行电缆 线路停电后，无法实现取能需求。
【发明内容】
[0005] 本实用新型要解决的技术问题是现有的通过耦合在运行电缆互感器取电的方式 取能互感器只能从一个电缆线路上获取能量，当该运行电缆线路停电后，无法实现取能需 求。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：双回路电缆互感器取电装 置，包括两个取能单元、能量管理电路和储能电池；所述取能单元包括取能部，所述取能部 包括主取能线圈、保护电路、整流稳压电路、储能电容；主取能线圈的输出端连接保护电路 的输入端，保护电路的输出端连接整流稳压电路的输入端；整流稳压电路的输出端与前述 能量管理电路的输入端连接，且两者之间并联储能电容；两个取能单元的主取能线圈分别 对应设置在双回路电缆的两根单芯高压电缆线路旁进行取能；所述能量管理电路的输出端 分别连接储能电池的输入端和外设的负载。
[0007] 本实用新型通过设置两个相互独立的取能互感器，分别安装在两个并行敷设的回 路上，可以从两个回路同时取能，当一个回路停运后，由于另一个回路还在运行，能量管理 部分可以自动调配，确保取能装置仍能可靠取能，供给外设的负载正常运行；避免了单一回 路取能装置在这种情况下，需要解开停电回路互感器安装到另一个运行回路上。同时由于 装置中增加了能够较长时间储能的电池模块，进一步提高了这种供电方式的可靠性；此外 保护电路的设置有利于抑制取能互感器从高压电缆母线上耦合过来浪涌干扰，避免浪涌干 扰损坏后续电路；整流稳压电路的设置将取能互感器获取的交流能量转换为稳定的直流能 量，储存在储能电容C上，在完全无电的状态下也能达到供给外设负载的目的。所述的保护 电路、整流稳压电路、能量管理电路均可根据需要，采用现有技术中的成熟电路。
[0008] 为保证取能时，本实用新型装置始终处于线性状态，避免进入饱和或深度饱和状 态，所述取能单元还包括调节部，所述调节部包括状态调节线圈、主回路能量监测电路、可 控补偿负载；所述状态调节线圈以相反方向与主取能线圈绕制在同一个磁芯，主回路能量 监测电路的输入端连接前述取能部的储能电容的输出端，主回路能量监测电路的输出端连 接可控补偿负载的输入端，可控补偿负载的输出端连接状态调节线圈的输入端。当高压电 缆负荷电流较大时，主取能线圈输出电流升高，获取能量变大，超出负载所需能量，这时储 能电容上的电压升高，主回路能量监测部分实时监测储能电容的电压，当发现电压大于额 定值时，输出调节信号给可控补偿负载，调节该负载，状态调节线圈输出电流升高。由于状 态调节线圈与主取能线圈反向绕制，状态调节线圈与主取能线圈磁化电流方向相反，状态 调节线圈输出电流升高必然使主取能线圈输出电流下降，从而主取能线圈输出能量下降， 这个过程不断重复，使二者达到平衡，此时主取能线圈正好输出额定能量，同时本装置又工 作在非饱和状态。所述主回路能量监测电路均可根据需要，采用现有技术中的成熟电路。
[0009] 本实用新型的优点是：结构简单，且通过设置两个相互独立的取能单元对分别安 装在两个并行敷设的回路上，可以从两个回路同时取能，并同时为负载供电和对储能电池 充电，保证了在任何状态下，取能装置都能有效工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是本实用新型的电路示意图。
[0011] 图2是本实用新型保护电路的电路示意图。
[0012] 图3是本实用新型主回路能量监测电路和可控补偿负载电路的连接电路图。
[0013] 图4是本实用新型能量管理电路示意图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0015] 如图1所示，本实用新型包括两个取能单元、能量管理电路和储能电池；所述取能 单元包括取能部和调节部。
[0016] 由于两个取能单元电路相同，这里仅以一个取能单元电路举例说明。
[0017] 所述取能部包括主取能线圈Wp、保护电路、整流稳压电路、储能电容C;主取能线 圈Wp的输出端连接保护电路的输入端，保护电路的输出端连接整流稳压电路的输入端；整 流稳压电路的输出端与前述能量管理电路的输入端连接，且两者之间并联储能电容；两个 取能单元的主取能线圈Wp分别对应设置在双回路电缆的两根单芯高压电缆线路旁进行取 能；所述能量管理电路的输出端分别连接储能电池的输入端和外设的负载ZL。
[0018] 所述调节部包括状态调节线圈Wa、主回路能量监测电路、可控补偿负载；所述状 态调节线圈Wa以相反方向与主取能线圈Wp绕制在同一个磁芯，主回路能量监测电路的输 入端连接前述取能部的储能电容C的输出端，主回路能量监测电路的输出端连接可控补偿 负载的输入端，可控补偿负载的输出端连接状态调节线圈Wa的输入端。
[0019] 工作中，单芯高压电缆母线中运行电流为无线电源获取装置提供能量源泉，I为负 荷电流。主取能线圈Wp和状态调节线圈Wa是取能互感器磁芯上的用漆包线绕制的2个线 圈，二者采用相反方向绕制原则，绕制在同一个磁芯上，即如果主取能线圈Wp在磁芯上顺 时针绕制，则状态调节线圈Wa逆时针绕制；所述保护电路抑制取能互感器从高压电缆母线 上耦合过来浪涌干扰，避免浪涌干扰损坏后续电路；所述整流稳压电路将取能互感器获取 的交流能量转换为稳定的直流能量，储存在储能电容C上，供给负载ZL ;所述主回路能量监 测电路实时监测储能电容C上的能量，输出能量调节信号；所述可控补偿负载连接在状态 调节线圈Wa上，通过改变状态调节线圈Wa的负载，控制状态调节线圈Wa输出的电流i2大 小来调节取能互感器工作状态，使互感器始终处于线性状态，避免进入饱和或深度饱和状 态，从而控制主取能线圈能量输出；所述能量管理电路在两路同时取能时，由于线路I和线 路II的负荷电流通常不一致，该部分能够自动调节能量供给通道，即确定由线路1提供能 量还是线路II提供能量给负载。同时管理储能电池充电过程。
[0020] 本实用新型的工作原理是：取能互感器安装在运行的单芯高压电缆母线上，根据 电磁场理论，取能互感器的输出端会感应出能量，通过主取能线圈Wp、保护电路、整流稳压、 储存电容处理后，可以将这个交流能量变为直流能量，供给给负载ZL。在取能互感器上增加 了一个状态调节线圈Wa。当高压电缆负荷电流较大时，主取能线圈Wp输出电流il升高，获 取能量变大，超出负载所需能量，这时储能电容C上的电压升高，主回路能量监测部分实时 监测储能电容C的电压，当发现电压大于额定值时，输出调节信号给可控补偿负载，调节该 负载，状态调节线圈Wa输出电流i2升高。由于状态调节线圈Wa与主取能线圈Wp反向绕 制，状态调节线圈Wa与主取能线圈Wp磁化电流方向相反，状态调节线圈Wa输出电流i2升 高必然使主取能线圈Wp输出电流下降，从而主取能线圈Wp输出能量下降，这个过程不断重 复，使二者达到平衡，此时主取能线圈Wp正好输出额定能量，同时互感器又工作在非饱和 状态。
[0021] 本提案中的取能装置有两个相互独立的取能互感器，分别安装在两个并行敷设的 回路上，可以从两个回路同时取能，当一个回路停运后，由于另一个回路还在运行，能量管 理部分可以自动调配，确保取能装置仍能可靠取能，供给负载ZL正常运行；避免了单一回 路取能装置在这种情况下，需要解开停电回路互感器安装到另一个运行回路上。同时由于 装置中增加了能够较长时间储能的电池模块，进一步提高了这种供电方式的可靠性。
[0022] 如图2所示，所述的保护电路包括LC滤波模块和限压模块，主取能线圈输出的感 应电压先通过LC滤波模块滤波再经过限压模块限压后输出给整流稳压电路；LC滤波电路 的滤波电容C1并联限压模块，限压模块包括并联的压敏电阻M0V1、防雷二级管TVS1。
[0023] 卡在运行电缆上取电互感器的主取能线圈耦合到的电压为Uwp，它随着运行电缆 负荷电流的变化而变化，当负荷电流在数十安到数百安的范围内变化时，Uwp也会在几伏到 几十伏的范围内变化，将其变换成稳定的电压才能提供给负载应用。Uwp通过滤波电感L1， 压敏电阻M0V1，防雷二级管TVS1，滤波电容C1构成的保护电路后输给整流稳压电路。
[0024] 由于单芯高压电缆线路运行过程中，开、合闸时会产生电压波动，导致耦合电压 Uwp产生一个持续时间为几十微秒的瞬间波动，电压可能高达上百伏，如不进行滤波及限压 保护，会损坏后续电路。LI、C1用来滤波，M0V1、TVS1用来限压，通过处理，几十微秒浪涌脉 冲电压会被抑制到安全范围内，确保后续电路可靠运行。整流稳压电路为典型的全波整流 电路，将交流电压Uwp转换为直流电压U2,并将能量储存在储能电容上。
[0025] 如图3所示，由于单芯高压电缆线路I和线路II的取能电路相同，这里仅以单芯 高压电缆线路I的取能电路举例说明。
[0026] 滤波电感L2、压敏电阻M0V2、防雷二极管TVS2、滤波电容C2与前述的保护电路介 绍功能相同。
[0027] 电阻Rwa是状态调节线圈Wa的负载电阻，当单芯高压电缆线路的运行电流较小 时，如几十安时，主取能线圈处于线性工作状态，该电阻不会影响主取能线圈的工作状态。 微处理器U1为PIC18F258,该芯片功耗低、抗干扰性强，是一种工业级微处理芯片，作为主 回路能量监测和可控补偿负载电路的核心控制电路，负责完成当前主回路线圈能量获取、 分析、并输出负载控制信号的功能。电压U2通过电阻R1与R2的分压电路把当前能量电压 U_Sample送给微处理芯片U1的AD引脚，ADVref为微处理芯片进行A/D转换时所需要的参 考电压信号，从标准电压芯片D3获取，不受电源电压变化影响，确保了 A/D转换的精度。电 阻RT1与RT2是主回路工作状态调节电阻，根据分压电阻R2上获取的电压U2大小情况，通 过继电器RELAY1和RELAY2控制相应开关ΚΙ、K2的闭合接入电阻RT1、RT2,可调节状态调节 线圈感应电流i2的大小。由于线圈Wa与Wp反向绕制，Wa与Wp磁化电流方向相反，Wa输 出电流i2升高必然使Wp输出电流下降，从而Wp输出能量下降，这个过程不断重复，使二者 达到平衡，此时Wp正好输出额定能量，同时互感器又工作在非饱和状态。当单芯高压电缆 运行电流在ΚΚΓ300Α范围内时，主取能线圈工作在饱和状态，电阻RT1的接入可使主取能 互感器退出饱和工作状态进入线性工作状态；当单芯单芯高压电缆运行电流大于300A时， 主取能线圈工作在深度饱和状态，电阻RT2的接入可使主取能互感器退出深度饱和工作状 态进入线性工作状态。
[0028] 如图4所示，能量管理电路可以将前级几伏至几十伏的直流电压转换成5V的稳定 直流电压，利用二极管D5、D11的单向导通性能，实现两路供能电路的自动切换，如单芯高 压电缆线路I运行，线路II停运，由于二极管D11的存在，仅有直流电压稳压芯片N1输出 电压为后续负载供电，不影响直流转换芯片N2电路的工作；若两个线路同时运行，则N1与 N2同时给后续负载供电，由于二极管D5、D11的存在，二者互不影响、独立工作。直流电压 稳压芯片N1、N2实现输入直流电压在几伏至几十伏范围内变化时，仍能输出稳定的直流5V 电压。通过分别调节精密电位器VR1、VR2,可以输出精确的直流5V，保证负载电压稳定。同 时这两路输出的5V电压还可给备用储能电池供电，确保在高压电缆线路I、II都停运后，仍 能利用备用储能电池给后续负载提供一段时间能量。
【权利要求】
1. 双回路电缆互感器取电装置，其特征是：包括两个取能单元、能量管理电路和储能 电池； 所述取能单元包括取能部，所述取能部包括主取能线圈、保护电路、整流稳压电路、储 能电容；主取能线圈的输出端连接保护电路的输入端，保护电路的输出端连接整流稳压电 路的输入端；整流稳压电路的输出端与前述能量管理电路的输入端连接，且两者之间并联 储能电容； 两个取能单元的主取能线圈分别对应设置在双回路电缆的两根单芯高压电缆线路旁 进行取能； 所述能量管理电路的输出端分别连接储能电池的输入端和外设的负载。
2. 根据权利要求1所述的双回路电缆互感器取电装置，其特征是：所述取能单元还包 括调节部，所述调节部包括状态调节线圈、主回路能量监测电路、可控补偿负载；所述状态 调节线圈以相反方向与主取能线圈绕制在同一个磁芯，主回路能量监测电路的输入端连接 前述取能部的储能电容的输出端，主回路能量监测电路的输出端连接可控补偿负载的输入 端，可控补偿负载的输出端连接状态调节线圈的输入端。
【文档编号】H02J15/00GK203911597SQ201420287990
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】吕立翔, 王雨阳, 孔德武, 丁鹏 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司南京供电公司, 江苏省电力公司, 上海慧东电气设备有限公司