10kV配電網(wǎng)線路電磁感應(yīng)取電多路輸出裝置制造方法
【專利摘要】一種10kV配電網(wǎng)線路電磁感應(yīng)取電多路輸出裝置，由開啟式取能互感器和感應(yīng)取能電源模塊兩部分組成，包括電磁取能線圈、取能功率控制電路、儲(chǔ)能電路(選配）、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路，能夠利用高壓輸電線路周圍感應(yīng)的電磁能量獲取電能。將輸電線路周圍的電磁能量轉(zhuǎn)化為電能，為安裝在附近的電氣設(shè)備提供穩(wěn)定的電源，能保證負(fù)載設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定供電，適合作為高壓輸電線路上在線檢測(cè)、監(jiān)控、巡檢、防盜等電氣設(shè)備的電源供給裝置。
【專利說(shuō)明】10kV配電網(wǎng)線路電磁感應(yīng)取電多路輸出裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種利用輸電線路周圍的電磁能量感應(yīng)獲取電能的裝置，特別涉 及一種10kV配電網(wǎng)線路電磁感應(yīng)取電多路輸出裝置，可用于給所有工作在10kV配電網(wǎng)線 路上的用電設(shè)備供電。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力的需求越來(lái)越大，對(duì)電能質(zhì)量(穩(wěn)定 性、不間斷性等）的要求也越來(lái)越高，從而高壓輸電線路的安全性與穩(wěn)定性顯得尤為重要， 因此非常需要在10kV配電網(wǎng)輸電線路上實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證線路的正常安全穩(wěn)定 運(yùn)行，這也是目前智能電網(wǎng)發(fā)展的迫切要求。
[0003] 然而技術(shù)在不斷的發(fā)展，工作在輸電線路上的電氣設(shè)備越來(lái)越多，如電力線路在 線檢測(cè)裝置、線路設(shè)備防盜裝置、巡線機(jī)器人、帶電作業(yè)機(jī)器人、高壓線路污穢在線監(jiān)測(cè)等， 由于大多的輸電線路地處偏遠(yuǎn)，難以按常規(guī)辦法解決電源供給問(wèn)題，目前，工作在輸電線路 上的電氣設(shè)備電能獲取主要通過(guò)以下幾種方法：
[0004] 1.電流互感器從母線上取電能；
[0005] 2.電容分壓器從母線上取電能；
[0006] 3.激光供能；
[0007] 4.太陽(yáng)能供；
[0008] 5.蓄電池供電；
[0009] 但是，上述的幾種供電方法中都存在各自的問(wèn)題，利用電流互感器從母線上取電 能主要存在當(dāng)電纜運(yùn)行電流過(guò)小時(shí)，所取到的電能不能滿足需要，以及當(dāng)電流過(guò)大時(shí)如何 保護(hù)取電裝置的問(wèn)題；利用電容分壓器從母線上取電能主要存在取電裝置的穩(wěn)定性和可靠 性問(wèn)題；利用激光供能主要存在激光輸出功率小、光電池轉(zhuǎn)換效率低、提供的能量有限等問(wèn) 題；太陽(yáng)能供電主要存在輸出電源不穩(wěn)定和受天氣影響大的問(wèn)題；蓄電池供電主在存在壽 命比較短和更換比較困難，使設(shè)備的維護(hù)成本大大增加的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 根據(jù)目前線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電情況來(lái)看，不僅是需要解決上述技術(shù)問(wèn)題，而 且還要考慮設(shè)備所需的不同電壓等級(jí)，因此需要一種能從輸電線路上直接取得足夠的電能 并可實(shí)現(xiàn)多路輸出且能保證供電可靠、安全的取電裝置。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，所采用的技術(shù)方案為：一種l〇kV配電網(wǎng)線路電磁感 應(yīng)取電多路輸出裝置，其特征是：它由開啟式取能互感器和感應(yīng)取能電源模塊兩部分組成， 所述的感應(yīng)取能電源模塊包含過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路，用以調(diào)節(jié)和限制輸入模塊的電能以及 吸收瞬間大電流，整流、濾波電路，用以輸出穩(wěn)定的電壓，還包含有取能功率控制電路及穩(wěn) 壓調(diào)節(jié)電路，功率調(diào)節(jié)電路、電池充放電管理電路以及穩(wěn)壓多路輸出電路。
[0012] 本實(shí)用新型還可根據(jù)需要，在功率調(diào)節(jié)電路中選配儲(chǔ)能電路。
[0013] 所述的開啟式取能互感器由自取電電源鐵心及開口式感應(yīng)線圈組成，輸電線路穿 過(guò)自取電裝置中的感應(yīng)線圈，并從輸電線路上獲取電能，然后輸入到取能電源模塊，取能電 源模塊對(duì)其進(jìn)行整流濾波處理并實(shí)現(xiàn)隔離穩(wěn)壓輸出；取能電源模塊內(nèi)含取電調(diào)節(jié)保護(hù)電 路，可以實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)和限制輸入模塊的電能，吸收因雷擊等特殊情況引起的瞬間大電流，保 證模塊能在輸電線路電流不穩(wěn)定時(shí)仍能輸出穩(wěn)定的電壓，而取能線圈從輸電線路上抽取的 能量大小與輸電線路上的電流大小有關(guān)，也與取能線圈和取能電源模塊的設(shè)計(jì)和選型有 關(guān)，輸電線路的電流越大，取能裝置可以輸出的功率也越大，因此在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中電流大小 和負(fù)載所需的功率需要通過(guò)電池充放電管理電路自行調(diào)節(jié)工作模式。設(shè)備實(shí)際應(yīng)用中所需 的電壓等級(jí)并不盡相同，因此穩(wěn)壓多路輸出電路要結(jié)合實(shí)際的負(fù)載所需功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型功能結(jié)構(gòu)合理、使用方便，具有啟動(dòng)電流小、適應(yīng)范 圍寬、安裝方便、安全可靠、價(jià)格低、使用壽命長(zhǎng)、免于維護(hù)等特點(diǎn)。該裝置有效地克服電纜 運(yùn)行電流小時(shí)取不到足夠電能、大電流時(shí)無(wú)法限制多余能量，以及取能線圈飽和時(shí)產(chǎn)生的 高壓尖脈沖對(duì)整流穩(wěn)壓電路造成破壞等問(wèn)題，為高壓側(cè)有源設(shè)備提供穩(wěn)定安全的電源。同 時(shí)配有儲(chǔ)能電池及充放電管理電路，為設(shè)備正常供電的同時(shí)可對(duì)電池進(jìn)行充電，以便在輸 電線路沒(méi)電的情況下仍能使設(shè)備正常工作。同時(shí)降低輸電線路上電氣設(shè)備的維護(hù)成本以及 資源浪費(fèi)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本實(shí)用新型組成框圖。
[0016] 圖2本實(shí)用新型的整流濾波原理圖。
[0017] 圖3為本實(shí)用新型推薦的電路連接圖。
[0018] 圖4為10kV架空線等電位高壓輸電線路安裝圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 以下結(jié)合附圖，根據(jù)功能對(duì)各個(gè)電路模塊的具體實(shí)施及安裝使用方法進(jìn)行闡述：
[0020] ( 1 )、10kV配電網(wǎng)線路自取電電源鐵心及感應(yīng)線圈匝數(shù)的選擇
[0021] 選擇合適的鐵芯材料(鐵芯材料的選擇原則應(yīng)是盡量減少啟動(dòng)電流，提高能量轉(zhuǎn) 換效率，降低損耗)。根據(jù)電磁學(xué)基本理論確定線圈匝數(shù)和最小啟動(dòng)電流間的基本關(guān)系，帶 后續(xù)電路和實(shí)際負(fù)載進(jìn)行實(shí)測(cè)，即可確定線圈匝數(shù)。
[0022] (2)、整流和濾波電路的設(shè)計(jì)
[0023] 利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄?fù)變化的交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓的電路。在交 流電源的作用下，整流二極管周期性地導(dǎo)通和截止，使負(fù)載得到脈動(dòng)直流電。在電源的正 半周，二級(jí)管導(dǎo)通，使負(fù)載上的電流與電壓波形形狀完全相同；在電源電壓的負(fù)半周，二極 管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，承受電源負(fù)半周電壓，負(fù)載電壓幾乎為零。與此同時(shí)，盡可能減小脈 動(dòng)的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數(shù)降低，波形變得比較平 滑，從而得到波形平直的直流電(如圖2所示)。
[0024] (3)、功率調(diào)節(jié)與儲(chǔ)能電路的設(shè)計(jì)
[0025] 將電容器添加在調(diào)節(jié)電路的輸出端和輸入端，當(dāng)輸出負(fù)載有較大的瞬態(tài)變化時(shí)， 由電容器提供額外的能量給負(fù)載元件。當(dāng)輸出負(fù)載相對(duì)較輕時(shí)，給儲(chǔ)能元件充電，當(dāng)輸出負(fù) 載相對(duì)較重時(shí)，儲(chǔ)能電路放電釋放能量，來(lái)提供額外的能量以補(bǔ)償輸出功率和可用的輸入 功率之間的差值。
[0026] ( 4 )、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
[0027] 利用芯片控制輸入電源的內(nèi)部N溝道M0SFET系列，過(guò)壓瞬變期間，可在1μ s的 時(shí)間內(nèi)M0SFET的關(guān)閉，從輸入電源隔離下游組件，而內(nèi)部電流檢測(cè)電阻器用于實(shí)現(xiàn)過(guò)流保 護(hù)，〈1 μ s的過(guò)壓關(guān)斷，過(guò)壓過(guò)流閾值可設(shè)，且設(shè)計(jì)有反向電壓保護(hù)驅(qū)動(dòng)，低電流關(guān)斷。
[0028] (5)、穩(wěn)壓輸出電路的設(shè)計(jì)
[0029] 利用控制芯片、電感、電解電容、電位器、電阻、二極管，通過(guò)對(duì)電路中電感、電位器 的參數(shù)的設(shè)置變化，使得電路中的輸入電壓得到了有效的擴(kuò)充，同時(shí)輸出穩(wěn)定的電壓，提升 產(chǎn)品的穩(wěn)定性，并保持穩(wěn)定的輸出工作。
[0030] (6)、自取電感應(yīng)線圈的模具設(shè)計(jì)
[0031] 由于有很多的裝置安裝現(xiàn)場(chǎng)不能夠停電作業(yè)，根據(jù)實(shí)際的操作需求，設(shè)計(jì)出卡口 式的感應(yīng)線圈，通過(guò)螺絲紐帶進(jìn)行固定，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)欲安裝輸電線路的線徑選擇使用不 同尺寸的橡膠歐姆圈，從而使裝置在輸電線路上固定。
[0032] (7)、PCB印制板繪制并打樣
[0033] 根據(jù)上述電路原理圖設(shè)計(jì)出PCB印制板，元器件合理布局并布線。
[0034] 本實(shí)用新型中的元器件全部采用機(jī)器自動(dòng)焊接，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系 統(tǒng)，裝置生產(chǎn)及調(diào)試過(guò)程中嚴(yán)格采用防靜電處理，并進(jìn)行電磁兼容測(cè)試。最后，將裝置安裝 到輸電線路上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，可確保運(yùn)行穩(wěn)定。
[0035] (8)、安裝及電路連接方法
[0036] 如圖4所示，10kV架空線等電位高壓輸電線路安裝應(yīng)先安裝屏蔽箱體和CT，然后 連接互感器輸出線和取能模塊。
[0037] 電路連接圖3所示，模塊輸出端外加輸出電容Cout、C〇utl、Cout2有助于改善模塊 輸出紋波；模塊輸出端外接數(shù)字電路需加 Cout、Coutl、Cout2 ;Cout、Coutl、Cout2取過(guò)大 的容值或過(guò)低的ESR (等效串聯(lián)電阻）可能會(huì)引起模塊工作不穩(wěn)定或造成過(guò)流保護(hù)點(diǎn)變小； Cout、Coutl、Cout2推薦取值標(biāo)準(zhǔn)為250uF/A，此處的電流是指輸出電流。
[0038] 本實(shí)用新型能夠達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)：
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 一種lOkV配電網(wǎng)線路電磁感應(yīng)取電多路輸出裝置，其特征是：它由開啟式取能互 感器和感應(yīng)取能電源模塊兩部分組成，所述的感應(yīng)取能電源模塊包含過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路， 用以調(diào)節(jié)和限制輸入模塊的電能以及吸收瞬間大電流，整流、濾波電路，用以輸出穩(wěn)定的電 壓，還包含有取能功率控制電路及穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路，功率調(diào)節(jié)電路、電池充放電管理電路以及 穩(wěn)壓多路輸出電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的10kV配電網(wǎng)線路電磁感應(yīng)取電多路輸出裝置，其特征是：所述 的功率調(diào)節(jié)電路中還包括儲(chǔ)能電路。
3. 如權(quán)利要求1所述的10kV配電網(wǎng)線路電磁感應(yīng)取電多路輸出裝置，其特征是：所述 的開啟式取能互感器由自取電電源鐵心及開口式感應(yīng)線圈組成。
【文檔編號(hào)】H02J17/00GK204046283SQ201420442072
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】楊賢輝, 富長(zhǎng)亮, 許衛(wèi)強(qiáng), 陳汗青, 華明暉, 常煒 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)江西省電力公司景德鎮(zhèn)供電分公司