高压设备的一体化集成及高频传能供电装置与集成方法与流程

本发明属于电力输、配、变电系统的一次高压设备一体化集成、高压状态在线监控、电力系统智能化、电力系统测量控制、泛在电力物联网，能够将多台一次高压设备的一体化集成及从低压侧通过高频传能向高压侧的电子电路、设备等提供供电的技术方法和装置，具体涉及一种高压设备的一体化集成及高频传能供电装置与集成方法。

背景技术：

1、电力输配电系统有许多高压设备(一次高压设备，如：变压器、开关、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压设备的高压状态在线检测等一次高压设备)和计量、测量、监控、自动化控制、安全保护、及泛在电力物联网等等二次信息系统。这些一次高压设备都处于高压电磁场环境中，受高压强电磁场环境影响和制约限制，这些高压设备安装时设备与设备相互之间必须要有一定的安全距离，电压等级越高安全距离越大，造成输配电设备的安装间隔距离很大，占用空间面积大，消耗电气材料多，特别是贵金属铜排等使用量很大。对这些一次高压设备进行一体化集成，形成一个一体化的集成式高压集成系统，能克服这些高压设备之间安装需要安全距离大和占用大量空间资源的技术难题，缩小安装空间和节约资源浪费。

2、而电力系统的计量、测量、监控、自动化控制、安全保护、及泛在电力物联网等二次信息系统都需要传感器感知和获取大量的一次高压系统的电气量和非电气量的状态信息，这些电气量和非电气量的状态信息都处于高电压一侧的高压电磁场环境中，大量的一次高压系统的电气量和非电气量的状态信息的测量、采集、传感器感知、信息处理及通信等都需要使用电子技术的电路和设备，这些电子技术的电路和设备部分都需要采用直流电压对其供电，但处于高电压一侧的高压电磁场环境中的这些电子技术的电路和设备部分的直流电源供电一直是一个十分难以解决的技术难题。

3、随着城市化发展输配电变电站都采用箱式结构(即箱变)安装，由于一次高压设备之间的安全距离是随电压等级增高安全距离增大的，造成电压等级越高箱变体积越增大，但箱变在城市安装受到场地和空间条件的限制和制约，而且过大的箱变体积也占用昂贵的土地空间资源和影响城市美观环境。

4、随着碳达峰和碳中和的双碳目标要求，今后能源利用主要以低碳电能替代传统化石排碳能源，电力能源会加速发展，输配电和用电容量会大幅度的成倍增长；电动汽车快速发展加速了充电需求的迅猛发展，造成供电系统的容量增大，现有供电系统的容量远远满足不了市场的迫切需要，今后随着箱变的供电容量增大，电压等级必然要提高，高压设备之间的安全距离增大，箱变体积也必然增大。

5、新能源发电将会成为电力能源的主体，而新能源的风力发电成本不断降低，单机容量不断增大，更需要高电压等级的输变电设备，但风机安装一般多在道路崎岖的荒野、山地，受野外空间局限的限制，输变电设备大都安装在空间十分狭小的风机塔筒中，输变电电压等级提高，高压设备的安全距离增大，造成高压输变电设备占用空间增大，输配电设备在风机塔筒内的安装困难，特别是海上风电向深海发展，单机容量更大，输电距离更远，需要输变电电压等级更高，而风机塔筒空间小，安装更高压电压等级的输电设备受塔筒空间的限制。

6、以上电力系统的这些发展都迫切需要解决高压输配电变电站，特别是箱变中的高压设备的小型化和集成化，将高压输配电变电站及箱变中的变压器、开关、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压设备的高压状态在线检测设备等一次高压设备进行一体化的集成会对电力系统输配电变电站及箱变等产生革命性技术进步和具有里程碑意义。

7、电力能源将向新能源发电为主体方向发展，新能源发电受到自然环境影响，具有随机性、间隙性、冲击性和不确定性，大量入网作为未来电力系统主体电源面临着巨大的挑战。在新能源发电为主体电源的电力系统中，电力系统的电源的发电、电网的输配电、用户负荷的用电、储能及储能发电等多方之间的相互互动、调度、协调、匹配平衡控制等都具有十分紧迫的现实需求，因此国家大力推进泛在电力物联网，实现电力系统智能化、网络互联及各类设备的泛在物联等都特别需要把高压电力系统的发电、输电、配电、用电及各电力设备的状态等信息与低压二次信息系统进行深度融合，以实现电力系统智能化，用电智慧化。

8、目前，电力系统的变压器、开关、断路器、电流互感器、电压互感器、避雷器、高压设备的高压状态在线检测等一次高压设备都是一个个独立设备，设备与设备之间需要很大的安装安全间隔距离，占用大量空间资源和浪费大量贵金属铜排材料等。多种一次高压设备不能一体化集成，一体化集成技术难度大，需要多学科技术的深度交叉融合创新发展；现在也发展了一些组合式的高压电器，但这些组合式高压电器并没太多的实质性一体化集成发明，大多是把各种高压电器相互之间进行组合安装，组合安装并没有深度集成和技术创新突破，造成组合高压电器的安装组合空间受到限制和电气性能和功能没有实质性突破，反而还会受到影响，发展十分缓慢，也无法向高压及超高压方向继续发展，发展前景并不乐观；而且，一次高压的计量、测量、控制、保护等等所需要的高压信息感知采集和一次高压设备的高压状态在线监控需要的状态感知信息都无法从(一次)高压侧直接采集和获取，这些高压侧的一次信息都与二次信息系统是分离和孤立的，严重影响一次高压感知信息和二次低压信息系统的融合，造成很多高压一次设备的高压传感测量信息和高压状态感知信息无法获取及无法同低压二次信息系统融合。

9、针对现有技术的这些发展现状和存在的“多种一次高压设备不能一体化集成，分散安装需要很大的安装安全间隔距离，占用大量空间资源和浪费大量贵金属铜材料；大量的一次高压系统的电气量和非电气量的状态信息的测量、采集、传感感知、信息处理及通信等所使用的这些电子技术的电路和设备所需要的直流电源供电一直是一个十分难以解决的技术难题，造成很多高压一次设备的状态信息无法获取，一次高压信息和二次低压信息系统不能很好的深度融合”等技术难题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高压设备的一体化集成及高频传能供电装置与集成方法，能很好地解决了多(台)种一次高压设备的一体化集成技术难题，解决处于高压侧高压强电磁场环境中的电子技术电路和设备所需要的直流电源供电技术难题，解决一次高压信息和二次低压信息系统不能很好的深度融合和智能化应用的技术难题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

3、技术方案1：一种高压设备的一体化集成及高频传能供电装置，其特征在于，包括高频驱动电源、高频ac/dc转换电源、支撑绝缘子，设置在支撑绝缘子内的避雷器阀片串联支路、串联高压电容支路；所述高频ac/dc转换电源的输入高频变压器连接在所述避雷器阀片串联支路的高压端和所述串联高压电容支路的高压端之间；所述高频驱动电源的输出高频变压器连接在所述避雷器阀片串联支路的低压端和所述串联高压电容支路的低压端之间。

4、进一步地，所述串联高压电容支路串联有分压电容，所述分压电容和所述串联高压电容支路的公共端连接有电压光电处理模块；所述高频ac/dc转换电源的直流输出端连接电压光电处理模块的供电端；所述分压电容、串联高压电容支路和电压光电处理模块构成光电式高压电压互感器。

5、进一步地，所述避雷器阀片串联支路的低压端连接有低压母线，高压端连接有高压母线；所述高压母线上安装有光电式高压电流互感器；所述高频ac/dc转换电源的直流输出端连接光电式高压电流互感器的供电端。

6、进一步地，所述避雷器阀片串联支路的低压端连接有低压母线，高压端连接有高压母线；所述高压母线侧安装有高压侧状态量传感器和高压侧状态量光电处理模块；所述高频ac/dc转换电源的直流输出端分别连接所述高压侧状态量传感器和高压侧状态量光电处理模块的供电端。

7、进一步地，所述避雷器阀片串联支路的低压端连接有低压母线，高压端连接有高压母线；所述高压母线侧安装有高压变压器，高压变压器的高压线圈母线设置有变压器高压状态检测传感器和变压器高压状态检测光电处理模块；所述高频ac/dc转换电源的直流输出端分别连接所述变压器高压状态检测传感器和变压器高压状态检测光电处理模块的供电端。其中，所述变压器高压状态检测传感器包含变压器用震动传感器、压力传感器、温度传感器、气敏传感器、超声波局放传感器、高频局放传感器、超高频局放传感器或真空度检查传感器。

8、进一步地，所述避雷器阀片串联支路的低压端连接有低压母线，高压端连接有高压母线；在所述高压母线侧安装有高压开关及设备、高压开关及设备高压侧的高压状态量检测传感器以及对应的高压开关及设备的状态量检测光电处理模块；所述高频ac/dc转换电源为高压开关及设备、高压开关及设备高压侧的高压状态量检测传感器以及对应的高压开关及设备的状态量检测光电处理模块提供各自所需的直流电源。其中，所述高压开关及设备高压侧的高压状态量检测传感器包含高压开关及设备用震动传感器、压力传感器、温度传感器、气敏传感器、超声波局放传感器、高频局放传感器、超高频局放传感器或真空度检查传感器。

9、技术方案2：一种高压设备的一体化集成及高频传能供电装置的集成方法，其特征在于，包括以下步骤：

10、首先，在高压母线的支撑绝缘子内，集成高压避雷器和串联高压电容，形成两条高频电容支路并列安装或套装在支撑绝缘子内，组成高频传能绝缘子；

11、其次，将高频传能绝缘子内的两条高频电容支路在低压侧与位于低压侧的高频驱动电源电气连接，在高压侧与位于高压侧的高频ac/dc变换电源电气连接，进而集成有一个高频传能供电装置。

12、进一步地，本技术方案可以根据客户需求，进行选择性集成，具体包括以下可选择性集成步骤：

13、选择性集成光电式高压电压互感器，具体步骤为，将串联高压电容用做光电式高压电压互感器的串联高压电容，再集成分压电容和电压光电处理模块，利用高频ac/dc转换电源的直流输出端为电压光电处理模块供电；

14、选择性集成光电式高压电流互感器，具体步骤为，在支撑绝缘子的高压母线上一体化集成测量母线电流的电磁式电流互感器或空心线圈或串联采样小电阻，并与电流光电处理模块组成高压光电电流互感器，利用高频ac/dc转换电源的直流输出端为电流光电处理模块供电；

15、选择性集成高压侧状态量传感器，具体步骤为，在高压母线侧安装高压侧状态量传感器和高压侧状态量光电处理模块；利用所述高频ac/dc转换电源的直流输出端为所述高压侧状态量传感器和高压侧状态量光电处理模块供电；

16、与高压变压器选择性集成，具体步骤为，将高压母线与高压变压器的高压线圈连接，高压变压器的高压线圈母线侧设置变压器高压状态检测传感器和变压器高压状态检测光电处理模块；所述高频ac/dc转换电源的直流输出端为所述变压器高压状态检测传感器和变压器高压状态检测光电处理模块供电；

17、与高压开关及设备选择集成，具体步骤为，在高压母线侧设置有高压开关及设备、高压开关及设备高压侧的高压状态量检测传感器以及对应的高压开关及设备的状态量检测光电处理模块；利用所述高频ac/dc转换电源为高压开关及设备、高压开关及设备高压侧的高压状态量检测传感器以及对应的高压开关及设备的状态量检测光电处理模块提供各自所需的直流电源。

18、本发明与现有技术相比，具有以下优点和技术进步：

19、(1)本发明能把多台高压设备一体化集成成一个一体化的高压集成系统，消除了多台传统高压设备安装所需要的安全间隔距离，节省了材料和空间资源，提高了高压设备的安全可靠性。

20、(2)实现了对处于高压状态的电子技术的电路和设备的高频传能供电，增强了各种电子技术在高压电器中的充分应用。

21、(3)解决了一次高压信息采集困难和与二次低压信息的融合困难的技术难题，实现了一次高压信息与二次低压信息的深度融合和应用。