用于高壓線路在線污穢監(jiān)測的電源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓線路在線污穢監(jiān)測裝置的電源。
【背景技術(shù)】
[0002]在高壓線路中，絕緣子污穢是高壓電網(wǎng)中一個嚴重的安全隱患，通過高壓線路在線污穢監(jiān)測裝置進行污穢監(jiān)測，已成為判斷污穢嚴重程度、防止安全事故的好辦法。由于該裝置應(yīng)用在高壓線路上，工作環(huán)境惡劣，對電源系統(tǒng)的設(shè)計提出了嚴格的要求。
[0003]目前的在線污穢檢測系統(tǒng)的電源系統(tǒng)設(shè)計主要有下幾種方案:(I)利用電磁感應(yīng)原理，采用帶磁芯的感應(yīng)線圈直接從高壓線路中獲取能源，但在線路中電流較低及斷路器跳閘時，容易造成因缺少工作電源而導(dǎo)致裝置不能工作。(2)采用太陽能、風(fēng)能發(fā)電，將獲取的電能存儲于鋰電池中，該方法避免了因高壓線路電流不穩(wěn)定造成的電能采集不穩(wěn)定缺陷，但由于太陽能、風(fēng)能也因環(huán)境因素，需要配備大容量的鋰電池，同時因為鋰電池本身的特性，使得在惡劣的工作條件下，鋰電池壽命可能會縮短等問題，給裝置的維護、更換等帶來不便。(3)另外還有采用有線激光供電，無線微波供電等方式，這些方式雖然電能來源穩(wěn)定，但因設(shè)備過于復(fù)雜或成本太高等原因，無法適用于給高壓線路在線監(jiān)測設(shè)備供電。
[0004]為了實現(xiàn)高壓線路在線污穢監(jiān)測裝置電源系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠供電，當高壓線路正常供電時，采用電容分壓取電成為高壓線路取電的一種有效方式，這種方法可以避免因線路電流變化對取電設(shè)備造成的影響，且成本較低，但其輸出功率不易于控制，給該種供電設(shè)備設(shè)計增加了難度。當高壓線路出現(xiàn)異常時，采用太陽能輔助供電是實現(xiàn)在線電源設(shè)備可靠性的一種有效方法，這種方法需要在有太陽時將太陽能迅速高效的存儲在存儲設(shè)備中，以便在夜晚及突發(fā)情況下為檢測設(shè)備提供可靠的電源，因此高效可靠的太陽能轉(zhuǎn)換設(shè)備是該技術(shù)的關(guān)鍵。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種用于高壓線路在線污穢監(jiān)測的電源系統(tǒng)，不僅能夠在高壓線路正常工作時，控制電容分壓電路輸出功率，實現(xiàn)電容分壓電路的最大功率輸出，而且在高壓線路異常時，使用同一個控制電路，使太陽能電池板輸出工作在最大功率輸出點上，實現(xiàn)太陽能的迅速高效轉(zhuǎn)移，將能量存儲在超級電容中，以滿足不同狀況下監(jiān)測設(shè)備的用電需求，提高了在線監(jiān)測設(shè)備電源的可靠性。
[0006]本實用新型的技術(shù)方案是:一種用于高壓線路在線污穢監(jiān)測的電源系統(tǒng)，其特征是電源系統(tǒng)包括分壓電容Cl、C2，整流橋，太陽能電池板，充電電路，超級電容器C4，穩(wěn)壓模塊，遲滯比較器和光電耦合器，其中充電電路為Buck-boost電路，由電感L，二極管D2，電容C3，采樣電阻Rl、R2、R3、R4及控制芯片組成，充電電路可以控制電容C3端電壓，并將電容C3能量轉(zhuǎn)移至超級電容C4中；
[0007]分壓電容C1、C2串聯(lián)后，Cl端接在高壓線一根火線上，C2接在零線上，電容C2兩端接整流橋，整流橋輸出端接電容C3 ；
[0008]太陽能電池板輸出端正極串聯(lián)二極管Dl后接在電容C3正極，負極接電容C3負極；
[0009]采樣電阻R1、R2串聯(lián)后接在電容C3兩端，控制芯片通過采樣電阻R1、R2間的電壓值后，通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷時間，將電容C3兩端的電壓控制在所需的電壓值，使電容C3中的能量以最大功率轉(zhuǎn)移到超級電容C4中；
[0010]采樣電阻R3、R4串聯(lián)后接在超級電容C4兩端，R5、R6串聯(lián)后接在穩(wěn)壓模塊輸出端;
[0011]超級電容C4后端接可調(diào)穩(wěn)壓模塊，以輸出用電設(shè)備所需的電壓值，穩(wěn)壓模塊輸出端接遲滯比較器，遲滯比較器由運算放大器及電阻R7、R8組成，遲滯比較器輸出端接光電耦合器的輸入端，光電耦合器的輸出端接在控制芯片上；
[0012]遲滯比較器通過采樣電阻R3、R4間及R5、R6間電壓，輸出一個門限電壓，通過控制光電耦合器的導(dǎo)通與關(guān)斷，以控制充電電路的工作與停止狀態(tài)，使儲能電容電壓控制在一個合理的范圍內(nèi)。
[0013]本實用新型優(yōu)點體現(xiàn)在:
[0014](I)采用太陽能電池板與高壓線取能電容并聯(lián)充電方式，并用同一個充電電路實現(xiàn)超級電容充電，降低了電路復(fù)雜程度。只要其中一路正常供電，超級電容器就能持續(xù)充電，保證了儲能要求。
[0015](2)充電電路實現(xiàn)了電容取電及太陽能供電的最大功率輸出，因此可根據(jù)檢測設(shè)備實際用電功耗需求，由輸出功率與分壓電容的關(guān)系，合理選取電容Cl、C2的大小。同時，太陽能供電的最大功率輸出的跟蹤設(shè)計，減小了太陽能電池板的面積，降低了成本及便于安裝。
[0016](3)儲能設(shè)備采用超級電容，與鋰電池等其他儲能設(shè)備相比，沒有充電次數(shù)限制，不易損壞，整個系統(tǒng)由純硬件電路組成，更適合工作于高壓線這種強磁、電場的惡劣的環(huán)境中，可靠性高。
[0017](4)同一充電裝置，可以為不同容值的超級電容器充電，以便滿足不同的續(xù)航要求。
[0018]附圖內(nèi)容
[0019]圖1是本實用新型的整體系統(tǒng)原理圖。
[0020]圖2是根據(jù)實測數(shù)據(jù)擬合出的36F超級電容電壓和充電時間的曲線圖。
【具體實施方式】
[0021]以下將結(jié)合附圖對本實用新型的內(nèi)容做進一步說明。
[0022]如圖1所示，電源系統(tǒng)包括分壓電容Cl、C2，整流橋，太陽能電池板，充電電路，超級電容器C4，穩(wěn)壓模塊，遲滯比較器和光電耦合器。其中分壓電容C1、C2為無極性電容，且Cl為耐高壓電容。太陽能電池板選用規(guī)格為10W18V。充電電路為Buck-boost電路，由電感L，二極管D2，電容C3，電阻Rl、R2、R3、R4及控制芯片組成，可以控制電容C3端電壓，并將電容C3能量轉(zhuǎn)移至超級電容C4中，超級電容C4選用容量為36F耐壓27V電解電容。穩(wěn)壓模塊為降壓型Buck電路，輸出電壓由2V到20V可調(diào)。遲滯比較器由運算放大器及電阻R7、R8組成，可采樣超級電容C4兩端的電壓，并輸出遲滯信號，由光電耦合器PC817耦合到控制芯片，以控制充電電路的工作與停止狀態(tài)。
[0023]高壓線電壓經(jīng)電容Cl、C2分壓后，在電容C2兩端得到一個電壓值較小的交流電壓，經(jīng)整流橋整流后給電容C3充電，經(jīng)分析可知電容C3兩端的電壓變大或變小時，電容C2輸出功率都會變小，當電容C3兩端的電壓值為C2分壓峰值的一半時，可使得C2輸出最大功率。由于該電源系統(tǒng)所選太陽能電池板輸出電壓控制在18V時，其輸出功率最大，為使電容分壓電路與太陽能電池板輸出功率同時為最大值，可使電容C2分壓為36V，此時電容分壓電路輸出功率最大，所以電容Cl選用容量0.1 yF、耐壓1kV的電容器，C2選用容量20 μ F、耐壓100V的無極性電容。在實際應(yīng)用中，根據(jù)實際功率需求，可由P = 64800C2計算出實際所需的電容C2值，并由V * Cl = 2k * C2計算出Cl的值，其中k為太陽能電池板最大功率輸出點電壓，V為高壓線電壓峰值。太陽能電池板正極通過二極管Dl接到電容C3正極，二極管Dl起到太陽能板與高壓輸電線的隔離作用，太陽能電池板負極與電容C3負極相接。
[0024]電容C3后接充電電路，通過控制芯片控制開關(guān)管S的導(dǎo)通與關(guān)斷，使電容C3中的電能經(jīng)過電感L轉(zhuǎn)移到超級電容C4中，完成電能的存儲?？刂菩酒ㄟ^采樣電阻Rl與R2間的電壓，輸出不同占空比的方波，使電容C3兩端的電壓穩(wěn)定在最大功率輸出點上，此處為18V，此時分壓電路與太陽能電池板的輸出功率為最大值。
[0025]超級電容C4的容量可根據(jù)公式C4 = [(P+0.08)t]/300計算得出，其中P為監(jiān)測設(shè)備平均功率，t為所需的續(xù)航時間。超級電容C4后端接低功耗降壓Buck電路模塊，可輸出監(jiān)測設(shè)備所需的電壓值，同時Buck穩(wěn)壓模塊為遲滯比較器提供電源。遲滯比較器通過采樣電阻R3、R4間及R5、R6間電壓，輸出一個門限電壓，通過控制光電耦合器的導(dǎo)通與關(guān)斷，以控制充電電路的工作與停止狀態(tài)，使儲能電容電壓控制在一個合理的范圍內(nèi)。
[0026]充電時，在超級電容C4兩端電壓達到25V時，充電電路停止工作。由于用電設(shè)備的消耗，當超級電容電壓低于21V時，充電電路開始工作，為超級電容充電。
[0027]電路中控制芯片為TL494，降壓Buck電路控制芯片為LM2596，運算放大器為LM358。整個電源系統(tǒng)由純硬件電路組成，具有可靠性高、功耗低、高效的特點。
[0028]圖2是根據(jù)實測數(shù)據(jù)擬合出的用太陽能板單獨給36F電容充電的電容電壓與充電時間關(guān)系曲線圖，由圖中可以看出，當天氣晴朗時，太陽能電池板可在僅不足I小時內(nèi)將36F超級電容充滿，具有高效、快速的特點，可在短時間內(nèi)將太陽能存儲到超級電容中，達到了最大功率充電的效果。當遇到陰雨天氣時，充電電路仍然能夠從太陽能電池板中得到較小的功率，并將能量存儲到超級電容中，以滿足監(jiān)測設(shè)備的用電需求。
[0029]在采用電容Cl為0.1 μ F，C2為20 μ F的電容分壓電路單獨供電時，充電電路能夠從分壓電容中得到1.1W的恒定功率。采用太陽能電池板與電容分壓結(jié)合供電時，電源系統(tǒng)會以更大的功率輸出。由于穩(wěn)壓Buck電路模塊采用低功耗設(shè)計，其待機功耗可低至55mW，使得電源系統(tǒng)在沒有任何能量供給的突發(fā)情況下，也能夠保持較高的續(xù)航能力，使整個在線監(jiān)測設(shè)備電源系統(tǒng)擁有較強的供電能力和較高的可靠性，滿足在各種情況下線監(jiān)測設(shè)備的供電需求。
【主權(quán)項】
1.一種用于高壓線路在線污穢監(jiān)測的電源系統(tǒng)，其特征是:電源系統(tǒng)包括分壓電容C1、C2，整流橋，太陽能電池板，充電電路，超級電容器C4，穩(wěn)壓模塊，遲滯比較器和光電耦合器，其中充電電路為Buck-boost電路，由電感L，二極管D2，電容C3，采樣電阻R1、R2、R3、R4及控制芯片組成，充電電路控制電容C3端電壓，并將電容C3能量轉(zhuǎn)移至超級電容C4中；分壓電容C1、C2串聯(lián)后，Cl端接在高壓線一根火線上，C2接在零線上，電容C2兩端接整流橋，整流橋輸出端接電容C3 ； 太陽能電池板正極通過二極管Dl接到電容C3正極，負極與電容C3負極相接； 采樣電阻Rl、R2串聯(lián)后接在電容C3兩端，控制芯片通過采樣電阻Rl、R2間的電壓值后，通過調(diào)節(jié)開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷時間，將電容C3兩端的電壓控制在所需的電壓值，使電容C3中的能量以最大功率轉(zhuǎn)移到超級電容C4中； 采樣電阻R3、R4串聯(lián)后接在超級電容C4兩端，R5、R6串聯(lián)后接在穩(wěn)壓模塊輸出端； 超級電容C4后端接穩(wěn)壓模塊，以輸出用電設(shè)備所需的電壓值，穩(wěn)壓模塊輸出端接遲滯比較器，遲滯比較器由運算放大器及電阻R7、R8組成，遲滯比較器輸出端接光電耦合器的輸入端，光電耦合器的輸出端接在控制芯片上； 遲滯比較器通過采樣電阻R3、R4間及R5、R6間電壓，輸出一個門限電壓，通過控制光電耦合器的導(dǎo)通與關(guān)斷，以控制充電電路的工作與停止狀態(tài)，使儲能電容電壓控制在一個合理的范圍內(nèi)。
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于高壓線路在線污穢監(jiān)測的電源系統(tǒng)，不僅能夠在高壓線路正常工作時，控制電容分壓電路輸出功率，實現(xiàn)電容分壓電路的最大功率輸出，而且在高壓線路異常時，使用同一個控制電路，使太陽能電池板輸出工作在最大功率輸出點上，實現(xiàn)太陽能的迅速高效轉(zhuǎn)移，將能量存儲在超級電容中，以滿足不同狀況下監(jiān)測設(shè)備的用電需求，提高了在線監(jiān)測設(shè)備電源的可靠性。
【IPC分類】H02J7-35
【公開號】CN204334103
【申請?zhí)枴緾N201520050069
【發(fā)明人】程紅麗, 張志成, 張快快, 張雷雷, 劉道民, 郭婷婷
【申請人】西安科技大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月23日