本發(fā)明涉及高壓交流設(shè)備的供電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有高壓交流設(shè)備除了直接使用高壓交流電源，需要另行供電的多為市電供電，自帶電源，感應(yīng)取電3類方式供電；市電供電多用于給功耗大的大型設(shè)備供電，需要設(shè)置輸電線路，使用中多有不便；自帶電源通常由化學(xué)一次電池供電，或化學(xué)二次電池加太陽(yáng)能電池或風(fēng)力發(fā)電組合，一次電池供電需要定期更換電池，一次與二次電池有漏液與在高溫下爆炸的危險(xiǎn)，電池泄漏出的物質(zhì)具有導(dǎo)電性，會(huì)造成高壓電力系統(tǒng)短路的危險(xiǎn)；感應(yīng)取電直接從高壓輸電線路中攝取電能，具體分為電流感應(yīng)取電與電場(chǎng)感應(yīng)取電2種，電流感應(yīng)取電利用電流互感器原理，從輸電線路產(chǎn)生的磁場(chǎng)中攝取電能，高壓輸電線路中的電流不穩(wěn)定，電流小時(shí)取得的電能也小，甚至取不到電，電流大時(shí)有磁芯過(guò)熱的問(wèn)題，電流感應(yīng)取電取得的電能很不穩(wěn)定。

電場(chǎng)感應(yīng)取電利用感應(yīng)板（如圖1中1）本身的對(duì)地電容，與三相高壓輸電線路中之一路相連接的高壓端（如圖1中2）形成電壓差，以此作為原始電源，該電源特點(diǎn)是開(kāi)路電壓高，等于相電壓，短路電流與感應(yīng)板外形與高壓端對(duì)地電壓高低有關(guān)，是個(gè)極小的數(shù)值，通常在數(shù)μa或數(shù)十μa數(shù)量級(jí)；原始電源經(jīng)過(guò)整流電路（如圖1中3）進(jìn)行整流，之后經(jīng)過(guò)倍流電路，即整流電路（如圖1中3）后部的電路，進(jìn)行降壓增流，電路原理如下：

整流電路（如圖1中3）輸出的直流電流經(jīng)過(guò)充電二極管（如圖1中11～13）與之串聯(lián)的儲(chǔ)能電容（如圖1中14～17），儲(chǔ)能電容（如圖1中14～17）每只的容量相等，對(duì)儲(chǔ)能電容進(jìn)行串聯(lián)充電，后級(jí)電容儲(chǔ)能電容（如圖1中17）電壓超過(guò)雙向觸發(fā)二極管（如圖1中19）轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，可控硅（如圖1中20）被觸發(fā)，形成大電流放電，原始電源輸出電流能力極低，電壓被拉低，儲(chǔ)能電容（如圖1中14～17）通過(guò)放電二極管（如圖1中5～10）以并聯(lián)方式經(jīng)過(guò)可控硅（如圖1中20）、限流電阻（如圖1中21）對(duì)末級(jí)儲(chǔ)能濾波電容（如圖1中22）進(jìn)行放電，放電電流減小到可控硅（如圖1中20）維持電流時(shí)，可控硅截止，電路重復(fù)充電過(guò)程；由前述倍流電路工作原理可知，倍流電路有多少單節(jié)儲(chǔ)能電路（如圖1中4），就相應(yīng)有多少倍率的降壓增流能力，其中首尾單節(jié)儲(chǔ)能電路中二極管數(shù)目有所減少。

要使負(fù)載得到最大功率，負(fù)載與電源阻抗必須匹配，使負(fù)載阻抗等于電源阻抗，電場(chǎng)感應(yīng)取電的電源輸出端是感應(yīng)板（如圖1中1）與高壓端（如圖1中2），電源阻抗為感應(yīng)板（如圖1中1）對(duì)地電容，為純?nèi)菪宰杩?，?fù)載阻抗為整流電路（如圖1中3）與之連接的倍流電路與后級(jí)電路，其伏安特性可以視為純電阻，是個(gè)非線性電阻，倍流電路起阻抗變換器作用，電源的電容性阻抗與負(fù)載的電阻性阻抗相等時(shí)，負(fù)載2端的電壓受電源的電容性阻抗移相影響，相位超前電源相位45°，對(duì)應(yīng)電壓值為電源u×sin45°,對(duì)于常見(jiàn)的10kv線電壓輸電線路，感應(yīng)板（如圖1中1）對(duì)高壓端（如圖1中2）電壓為相電壓5.8kv，達(dá)到理想阻抗匹配時(shí)，負(fù)載2端的電壓=5.8kv×sin45=4.1kv。

倍流電路倍流能力為4倍時(shí)，倍流電路輸出電壓為20v時(shí)感應(yīng)板與高壓端的輸出電壓為20v×4=80v，80v離理想阻抗匹配時(shí)電壓4.1kv偏離得極大，這導(dǎo)致電場(chǎng)感應(yīng)取電方式取電效率極低，輸出電能極?。粚＠?01620015202.8公布了一種效率較高的電場(chǎng)感應(yīng)取電方式，通?？梢允垢袘?yīng)板與高壓端的輸出電壓達(dá)到1500v，但使用了開(kāi)關(guān)電源，體積較大。

電場(chǎng)感應(yīng)取電方式的感應(yīng)板形狀與位置固定時(shí)，取得的電能值只與高壓端對(duì)地電壓有關(guān)，該電壓與輸電線路的線電壓成正比例關(guān)聯(lián)，輸電線路的線電壓極為穩(wěn)定，因此電場(chǎng)感應(yīng)取電方式取得的電能極為穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種主要用于10kv以上線路取電用的電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置；現(xiàn)有技術(shù)中的感應(yīng)板、高壓端、整流電路保留，高壓端也可以是通過(guò)感應(yīng)板與三相高壓輸電線路中之一路之間的分散電容連接，高壓端也可以更換成與大地相連接的接地端。

電路原理見(jiàn)圖2（如圖2）電路原理方框圖，整流電路輸出端與分組電源（如圖2中1、2）中儲(chǔ)能電路（如圖2中3、4）連接，儲(chǔ)能電路相互串聯(lián)，啟動(dòng)電源（如圖2中7）與馳張振蕩電路（如圖2中8）連接，為其供電，馳張振蕩電路（如圖2中8）通過(guò)隔離電路（如圖2中9、10）與分組電源（如圖2中1、2）中電子開(kāi)關(guān)（如圖2中5、6）控制極連接，分組電源（如圖2中1、2）中儲(chǔ)能電路（如圖2中3、4）通過(guò)電子開(kāi)關(guān)（如圖2中5、6）與變壓器初級(jí)繞組連接；變壓器次級(jí)連接整流濾波電路作為輸出端。

儲(chǔ)能電路（如圖2中3、4）最簡(jiǎn)單形式是使用單只儲(chǔ)能電容形成儲(chǔ)能電路，復(fù)雜的形式是，使用多只儲(chǔ)能電容（如圖1中14～17）與整流二極管（如圖1中11～13與5～10）按照背景技術(shù)中倍流電路（如圖1）中的方式連接，與分組電源（如圖2中1、2）中電子開(kāi)關(guān)（如圖2中5、6）形成倍流電路，儲(chǔ)能電容（如圖1中14～17）充電路徑為串聯(lián)方式充電，放電路徑為并聯(lián)方式放電，使用多只儲(chǔ)能電容時(shí)，一個(gè)儲(chǔ)能電路（如圖2中3、4）中儲(chǔ)能電容數(shù)量通常為2～4只；儲(chǔ)能電路3、4（如圖2中3、4）中儲(chǔ)能電容容量通常相等。

通常在儲(chǔ)能電路（如圖2中3、4）串聯(lián)回路中再串聯(lián)一組儲(chǔ)能電路，或者新增加的儲(chǔ)能電路通過(guò)限流電阻與整流電路輸出端連接，新增加的儲(chǔ)能電路與背景技術(shù)中專利201620015202.8提供的電源連接或者是連接其它類型高效率開(kāi)關(guān)電源作為啟動(dòng)電源（如圖2中7）；啟動(dòng)電源（如圖2中7）還可以是化學(xué)電池備用電源，使用化學(xué)電池備用電源作為啟動(dòng)電源（如圖2中7）時(shí)，則不需要額外的儲(chǔ)能電路，疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置啟動(dòng)后，由輸出端代替化學(xué)電池備用電源作為啟動(dòng)電源（如圖2中7），這可以選用電壓比疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出電壓略低的化學(xué)電池備用電源，化學(xué)電池備用電源與疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端負(fù)極相連接，化學(xué)電池備用電源正極連接二極管正極，二極管負(fù)極連接疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端正極，這樣化學(xué)電池備用電源作為疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置最初啟動(dòng)用電源，疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置啟動(dòng)后，二極管阻斷化學(xué)電池備用電源與疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置的電路連接。

隔離電路（如圖2中9、10）作用在于對(duì)馳張振蕩電路（如圖2中8）與分組電源（如圖2中1、2）進(jìn)行電氣隔離，隔離電路（如圖2中9、10）隔離方式通常有光電隔離與磁場(chǎng)隔離2種，光電隔離用光耦隔離或由光電發(fā)射與光電接收裝置之間的光纖實(shí)現(xiàn)電氣隔離，磁場(chǎng)隔離利用變壓器初級(jí)與次級(jí)線圈電氣隔離作用實(shí)現(xiàn)電氣隔離。

馳張振蕩電路（如圖2中8）發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)隔離電路（如圖2中9、10）傳遞到分組電源（如圖2中1、2）中電子開(kāi)關(guān)（如圖2中5、6）控制極，控制電子開(kāi)關(guān)（如圖2中5、6）周期性閉合與斷開(kāi)，分組電源（如圖2中1、2）中儲(chǔ)能電路3、4（如圖2中3、4）中儲(chǔ)能電容存儲(chǔ)的電能經(jīng)過(guò)分組電源（如圖2中1、2）中變壓器進(jìn)行隔離，轉(zhuǎn)換到分組電源（如圖2中1、2）中變壓器次級(jí)，進(jìn)整流濾波后輸出低壓電能，完成把高壓弱電流電能轉(zhuǎn)變成低壓大電流電能。

分組電源（如圖2中1、2）具有多個(gè)分組，以35kv線路為例，使用工作最高電壓1.5kv的電子開(kāi)關(guān)，要求最高效率時(shí)，則分組電源（如圖2中6、7）應(yīng)該達(dá)到14組；分組電源（如圖2中1、2）中變壓器通常使用公用變壓器，儲(chǔ)能電路3、4（如圖2中3、4）通過(guò)電子開(kāi)關(guān)連接到公用變壓器不同的初級(jí)繞組，分組電源（如圖2中1、2）也可以使用獨(dú)立的變壓器，不同變壓器輸出端通常并聯(lián)后連接整流濾波電路作為輸出端，公用變壓器與獨(dú)立的變壓器初級(jí)在實(shí)際使用中還應(yīng)該增加反峰吸收電路，公用變壓器與獨(dú)立的變壓器工作在正激與反激狀態(tài)均可，工作在正激狀態(tài)時(shí)輸出電路中還需要補(bǔ)加續(xù)流電感與續(xù)流二極管。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有電場(chǎng)感應(yīng)取電方式電路原理圖，1為感應(yīng)板，2為高壓端，3為整流電路，4為倍流電路中單節(jié)儲(chǔ)能電路，5～10為放電二極管，11～13為充電二極管，14～17為儲(chǔ)能電容，18為限流電阻，19為雙向觸發(fā)二極管，20為可控硅，21為限流電阻，22為末級(jí)儲(chǔ)能濾波電容。

圖2為疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置電路原理方框圖，1、2為分組電源，3、4為儲(chǔ)能電路，5、6為電子開(kāi)關(guān)，7為啟動(dòng)電源，8為馳張振蕩電路，9、10為隔離電路，11為電壓采樣電路。

具體實(shí)施方式

馳張振蕩電路（如圖2中8）發(fā)出的脈沖信號(hào)為固定狀態(tài)時(shí)，只適合恒定功率負(fù)載，并不適合負(fù)載有變動(dòng)的情況。

對(duì)于負(fù)載有變動(dòng)的情況，應(yīng)在疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端增加電壓采樣電路（如圖2中11），實(shí)際使用中電壓采樣電路（如圖2中11）形式可以是現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源中采用的形式，電壓采樣電路（如圖2中11）與馳張振蕩電路（如圖2中8）連接，馳張振蕩電路（如圖2中8）發(fā)出的脈沖信號(hào)受控于電壓采樣電路（如圖2中11）給出的電壓信號(hào)，疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端電壓變化時(shí)，馳張振蕩電路（如圖2中8）發(fā)出的脈沖信號(hào)頻率或占空比發(fā)生變化，最終達(dá)到穩(wěn)定輸出端電壓目的。

新增加的儲(chǔ)能電路通過(guò)限流電阻與整流電路輸出端連接，新增加的儲(chǔ)能電路與背景技術(shù)中專利201620015202.8提供的電源連接或者是連接其它類型高效率開(kāi)關(guān)電源作為啟動(dòng)電源（如圖2中7）；可以使用現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源技術(shù)中振蕩電路構(gòu)成馳張振蕩電路（如圖2中8），對(duì)分組電源（如圖2中1、2）中電子開(kāi)關(guān)（如圖2中5、6）進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，達(dá)到使輸出端電壓穩(wěn)定的目的。

儲(chǔ)能電路（如圖2中3、4）串聯(lián)回路中再串聯(lián)一組儲(chǔ)能電路，新增加的儲(chǔ)能電路與背景技術(shù)中專利201620015202.8提供的電源連接或者是連接其它類型高效率開(kāi)關(guān)電源作為啟動(dòng)電源（如圖2中7），將現(xiàn)有開(kāi)關(guān)電源技術(shù)中振蕩電路構(gòu)成馳張振蕩電路（如圖2中8）輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器進(jìn)行反相處理，也可以達(dá)到使疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端電壓穩(wěn)定的目的，穩(wěn)壓具體過(guò)程是，如果疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端電壓升高，則分組電源（如圖2中1、2）中電子開(kāi)關(guān)（如圖2中5、6）對(duì)儲(chǔ)能電路（如圖2中3、4）儲(chǔ)能電容放電速度加快，導(dǎo)致儲(chǔ)能電路（如圖2中3、4）儲(chǔ)能電容的電壓平均值下降，使感應(yīng)板與高壓端分壓減少，感應(yīng)板與高壓端的電流只是小幅度增加，感應(yīng)板取得的電能總功率下降，最終轉(zhuǎn)換到疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端的電能也減小，使輸出端電壓下降，完成穩(wěn)壓過(guò)程，如果輸出端電壓過(guò)低時(shí)，穩(wěn)壓過(guò)程與前述相反。

電壓采樣電路（如圖2中11）輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器，再連接馳張振蕩電路（如圖2中8），低通濾波器截止頻率低于工頻倍頻的頻率，則流經(jīng)整流電路的電流波形接近正弦波，起到有源功率因數(shù)校正作用，對(duì)感應(yīng)板采集到的電能利用效率也增加；這樣疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端低頻紋波將會(huì)大幅增加，應(yīng)該在疊加式電場(chǎng)感應(yīng)取電裝置輸出端添加穩(wěn)壓電路，對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓電路類型通常為dc-dc類型，也可以使用線性穩(wěn)壓電源，要求輸出多路電壓時(shí)，應(yīng)該使用ac-dc類型。

本發(fā)明公布的電源可以用作高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)裝置的電源，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的無(wú)間斷供電。