專利名稱：高壓輸電線路故障監(jiān)測的耦合取能電源系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電源系統，尤其是交流高壓輸電線路檢測、監(jiān)測裝置的在線取能電源系統，主要是用于給高壓輸電線路檢測、監(jiān)測裝置提供穩(wěn)定可靠、易于實現而且方便維護的電源。
背景技術：
在對輸電線路導線覆冰狀態(tài)、導線溫度、導線微風振動、雷擊故障等進行在線監(jiān)測時，其電源的供給是關鍵問題之一，由于各種信號采集及數據發(fā)送單元都在架空線附近，不可能使用常規(guī)電源。而且由于電源工作在野外，工作環(huán)境惡劣，對電源可靠性和易于維護性都提出了很高的要求，因此，開發(fā)出性能良好的特種電源并將其應用于輸電線路在線檢測、 監(jiān)測系統，具有重要的實用價值。目前應用最多的供電方式是太陽能供電，但這種方式受氣候條件影響較大，在陰雨天和夜晚都不能有效供電，必須配合蓄電池來工作，并且存在轉換效率不高、電源壽命不長和維護周期太短的缺點；激光供能在電子電流互感器和有源型光學電流互感器上得到了應用，但采用這種供電方式的電源不適合在野外工作，而且激光供能同樣存在轉換效率低下的缺陷，并且造價高昂。

實用新型內容為了給輸電線路檢測、監(jiān)測裝置提供穩(wěn)定可靠、方便維護而且易于實現、造價低廉的電源，鑒于目前采用的太陽能供電存在的諸多缺點，本實用新型提供了一種利用 Rogowski (洛氏)線圈通過耦合的方式直接從輸電導線上在線取能的電源系統。本實用新型提供的高壓輸電線路耦合取能電源系統主要包括線圈取能、耦合變壓器變壓、全波整流濾波電路整流濾波和DC/DC變換器穩(wěn)壓四部分，取能線圈的輸出接耦合變壓器的輸入，耦合變壓器的輸出接全波整流電路，全波整流濾波電路的輸出經DC/DC模塊穩(wěn)壓輸出。線圈取能為利用一個環(huán)形超微晶鐵芯的Rogowski線圈通過互感耦合的方式從輸電導線上在線取能，輸電導線垂直于鐵芯的環(huán)面穿心而過，為了方便安裝，鐵芯做成兩個半環(huán)的結構。為了防止輸電導線中出現較大工作電流時鐵芯飽和進而引起感應電壓波形畸變，以及產生的過電壓對后續(xù)電路造成損害，在鐵芯上開有一道厚度為0. Icm的氣隙。取能線圈的輸出接一個耦合變壓器，變壓器的變比分為兩個可以切換的檔級，變壓器的副邊線圈有頭端、尾端和中間三個引出端，其中中間和尾端兩個引出端之間的線圈匝數為整個副邊線圈匝數的5/6，中間和尾端兩個引出端可以通過一個繼電器觸點的閉合來短接。在變壓器的原邊并聯有一個由分壓電阻和兩個穩(wěn)壓二級管組成的電壓取樣電路， 將兩個穩(wěn)壓二極管的電壓經過一個保護電阻輸出到一個交流繼電器的線圈輸入上，繼電器的觸點輸出接到變壓器副變的中間和尾端兩個引出端上。當輸電線路處于大電流運行狀態(tài)時，在Rogowski線圈上會感應出很高的感應電壓，當這個電壓超過一定閥值范圍，達到繼電器觸發(fā)電壓時，會觸發(fā)繼電器的觸點閉合，從而將變壓器副邊的一部分線圈短接，將變壓器變比降低到原來的1/6，從而將整流電路的輸入電壓控制在預定范圍之內。變壓器的輸出接一個全波整流橋電路來將交流變?yōu)橹绷?，整流橋器件要滿足其反向耐壓大于變壓器提供的最大輸出電壓，選用反向壓降比較小的肖特基二極管，以保證在母線小電流情況下，因整流橋反向導通壓降而損失掉的電壓盡量小，在全波整流電路的輸出加一個平波電抗器來濾波。為了防止沖擊電流對DC/DC模塊造成損害，在整流濾波電路的輸出端接有一個保護電路，保護電路由一個瞬態(tài)抑制二極管和一個耗能電阻串聯組成，瞬態(tài)抑制二極管一端連在平波電抗的輸出端，另外一端和耗能電阻并聯，耗能電阻的另外一端接在整流橋電路的低電位輸出端。當整流橋輸出電壓較低時，保護電路不工作，不會降低后端DC/DC模塊的輸入電壓。當整流橋輸出電壓過高，超出DC/DC模塊的輸入電壓范圍時，保護電路導通，能量由耗能電阻消耗掉，保證后端電路處于安全范圍之內。感應電壓經過整流、濾波后得到的直流電壓會隨電網電壓和電流的波動、負載和溫度的變化而變化，因此需要經DC/DC模塊處理以維持輸出直流電壓穩(wěn)定，從而滿足高壓側測量裝置的供電需求，整流濾波電路的輸出端高電位接LM2576的輸入引腳，整流濾波電路的輸出端低電位接地，同時LM2576的接地端和使能端直接接地，在輸入端和地之間加輸入電容14，LM2576的輸出端和地之間加續(xù)流二極管16，LM2576的輸出端后串入儲能電感 17, LM2576的反饋端接到儲能電感的輸出上。DC/DC選用集成芯片LM2576組成，基于LM2576 的穩(wěn)壓方案現在已經十分成熟，只需加入很少的外圍器件就可以得到穩(wěn)定的輸出電壓。本實用新型改變以往傳統利用太陽能的取電方式，通過Rogowski線圈直接從輸電母線上在線取能，通過一個變壓器分級變壓來實現過壓保護，同時加入了一個防沖擊電流保護，結構簡單，可靠性高，而且不用定期維護，特別適合作為高壓輸電線路檢測、監(jiān)測裝置的電源。
以下結合附圖
對本實用新型進一步說明附圖是本實用新型實施例的電路圖。圖中1.線圈，2.輸電導線，3.第一穩(wěn)壓二極管，4.繼電器線圈，5.限流電阻，6.分壓電阻，7.耦合變壓器，8.繼電器觸點，9.肖特基二極管，10.肖特基二極管，11.肖特基二極管，12.肖特基二極管，13.平波電抗，14.輸入電容，15.0(/1)(模塊012576，16.續(xù)流二極管，17.輸出電容，18.儲能電感，19.帶氣隙的鐵芯，20.第二穩(wěn)壓二極管，21.耗能電阻， 22.瞬態(tài)抑制二極管。
具體實施方式
如附圖所示，Rogowski線圈1繞制在環(huán)形鐵芯19之上，環(huán)形鐵芯19選用材質為硅鋼片，截面為矩形，為了防止飽和，在鐵芯19上開有一道氣隙，氣隙寬度為0. 1CM。輸電導線2垂直線圈穿心而過，當輸電線2中流過交流工作電流時，就可以在線圈1的兩端耦合感應出一個交流電壓。[0017]Rogowski取能線圈1的輸出接到一個耦合變壓器7，耦合變壓器7的副邊有頭端、 尾端和中間三個引出端，其中下面尾端和中間兩個引出端之間的線圈匝數為整個副邊線圈匝數的5/6，通過將尾端和中間兩個引出端短接可以改變變壓器副邊的有效線圈匝數，從而達到改變變壓器7變比的目的。變壓7器副邊部分線圈的短接是通過一個繼電器觸點8的閉合來實現的(繼電器未畫出)。在變壓器7原邊并聯有一個電壓取樣電路，電壓取樣電路由第一、第二兩個穩(wěn)壓二極管3、20和一個分壓電阻6組成，第一、第二兩個穩(wěn)壓二極管3、20 反向串聯后與分壓電阻6串聯。將第一、第二兩個二極管3、20兩端的電壓經過一個限流電阻5加到繼電器的線圈輸入4上面，當變壓器7原邊電壓超過一定值時，引起電壓取樣電路穩(wěn)壓二極管兩端電壓升高，觸發(fā)繼電器觸點8閉合，從而改變變壓器7的變比，使其輸出電壓控制在一定范圍之內。全波整流濾波電路包括典型的橋式全波整流電路，第一、第二二極管9、11陰極相連形成串聯，第三、第四二極管10、12陽極相連形成串聯，然后一起并聯接在變壓器7的輸出端。然后從二級管的共陰極點和共陽極點引出整流電路的輸出端，在整流電路的輸出串聯有一個平波電抗器13，利用平波電抗器13來濾除整流輸出中的諧波電流。DC/DC穩(wěn)壓電路由DC/DC集成芯片LM2576及相關外圍器件組成，整流濾波電路的高電位輸出端接LM2576的輸入VIN端口，整流濾波電路的低電位輸出端接LM2576的使能端口 ■，同時使能端口 ■和GND端口接地，在VIN端口和使能端口 ■之間接輸入電容 14，LM2576的OUT端口接儲能電感18，LM2576的反饋端口接儲能電感18的輸出。LM2576 的OUT端口通過一個續(xù)流二極管16接地，同時在儲能電感18輸出端和地之間接輸出電容 17。如此在儲能電感的輸出端就可以得到穩(wěn)定可調的直流電壓。為了防止輸電線路中的沖擊電流引起的過壓損壞DC/DC模塊，在其輸入端加有一個保護電路，保護電路由耗能電阻21和瞬態(tài)抑制二極管22串聯組成，瞬態(tài)抑制二極管22 陰極接整流濾波電路的高電位輸出，另一端接耗能電阻21，耗能電阻21另一端接整流濾波電路的低電位輸出，在整流濾波電路輸出電壓過高時，保護電路導通，電能由耗能電阻消耗掉，從而對后端電路形成保護。
權利要求1.一種高壓輸電線路故障監(jiān)測的耦合取能電源系統，其特征是包括線圈取能(1)、耦合變壓器變壓(7)、全波整流濾波電路整流濾波和DC/DC變換器穩(wěn)壓四部分，取能線圈的輸出接耦合變壓器的輸入，耦合變壓器的輸出接全波整流濾波電路，全波整流電路的輸出經 DC/DC模塊穩(wěn)壓輸出。
2.根據權利要求1所述的一種高壓輸電線路故障監(jiān)測的耦合取能電源系統，其特征是所述的線圈取能部分為一個環(huán)形超微晶鐵芯(19)的Rogowski線圈(1)，輸電導線(2) 垂直于鐵芯(19)的環(huán)面穿心而過，鐵芯上開有氣隙。
3.根據權利要求1所述的一種高壓輸電線路故障監(jiān)測的耦合取能電源系統，其特征是所述的耦合變壓器(7)的副邊線圈有頭端、尾端和中間三個引出端，尾端和中間兩個引出端的線圈匝數為整個副邊線圈匝數的5/6，在耦合變壓器的原邊并聯有一個由穩(wěn)壓二極管(3) “20)和分壓電阻(6)串聯組成的電壓取樣電路，繼電器線圈輸入通過一個保護電阻 (5)接在兩個串聯的穩(wěn)壓二極管兩端，繼電器觸點輸出接在變壓器副邊線圈的尾端和中間兩個引出端上。
4.根據權利要求1所述的一種高壓輸電線路故障監(jiān)測的耦合取能電源系統，其特征是所述的全波整流濾波電路包括采用由四個肖特基二極管(9、10、11、1幻組成的全波整流電路，在全波整流電路的輸出加一個平波電抗器(1 來濾波。
5.根據權利要求1所述的一種高壓輸電線路故障監(jiān)測的耦合取能電源系統，其特征是在整流濾波電路后加一個由瞬態(tài)抑制二極管0 和一個耗能電阻組成的保護電路，瞬態(tài)抑制二極管一端連在平波電抗的輸出端，另外一端和耗能電阻并聯，耗能電阻的另外一端接在整流橋電路的低電位輸出端。
6.根據權利要求1所述的一種高壓輸電線路故障監(jiān)測的耦合取能電源系統，其特征是所述的穩(wěn)壓部分采用DC/DC模塊LM2576(M)來實現，整流濾波電路的輸出端高電位接LM2576的輸入引腳，整流濾波電路的輸出端低電位接地，同時LM2576的接地端和使能端直接接地，在輸入端和地之間加輸入電容(14)，LM2576的輸出端和地之間加續(xù)流二極管 (16)，LM2576的輸出端后串入儲能電感(17)，LM2576的反饋端接到儲能電感的輸出上。
專利摘要高壓輸電線路故障監(jiān)測的耦合取能電源系統，由取能、變壓、整流濾波和穩(wěn)壓四部分組成環(huán)形帶鐵芯(19)的線圈(1)在線取能，其輸出接變壓器(7)，變壓器并聯有由穩(wěn)壓二極管(3)、(20)和分壓電阻(6)組成的電壓取樣電路，穩(wěn)壓二極管兩端通過限流電阻(5)接到繼電器的線圈輸入端(4)，繼電器的觸點輸出(8)接到變壓器的副邊的兩個引出端；變壓器的輸出接全波整流電路，整流電路的輸出接一個平波電抗器(13)實現濾波；在整流濾波電路的輸出上接一個由瞬態(tài)抑制二極管(22)和一個耗能電阻(21)組成的保護電路；整流濾波電路的輸出接穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路主要由DC/DC模塊LM2576(15)來實現其功能。
文檔編號H02M1/14GK202150743SQ20112023017
公開日2012年2月22日 申請日期2011年7月1日 優(yōu)先權日2011年7月1日
發(fā)明者姚森敬, 張國清, 彭向陽, 李志峰, 李鑫, 錢冠軍, 高峰 申請人:廣東電網公司電力科學研究院