專利名稱：一種高壓輸電線路在線監(jiān)測用高壓導線磁場感應取能裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種導線磁場感應取能裝置，尤其是涉及ー種高壓輸電線路在線監(jiān)測用高壓導線磁場感應取能裝置。
背景技術：
隨著科學技術的發(fā)展，高壓輸電線路領域越來越需要帶電檢測線路的各種物理參·數(shù)，其中相當多的裝置將懸掛在高壓輸電導線上，進行導線溫度、導線弧垂等物理參數(shù)的測量。因為這些監(jiān)測裝置需要直接安裝在高壓輸電線路上，因此采用什么方式為裝置供電是我們需要重點解決的問題。目前應用較多的供電方式主要有太陽能供電、蓄電池供電、磁場感應供電、激光供電等。蓄電池的工作原理就是化學能與電能相互轉換的變化規(guī)律，該方法結構簡單，實現(xiàn)比較容易，但是由于蓄電池壽命較短，長時間使用時要頻繁更換電池；而對于太陽能供電，太陽能電池是利用光電轉換原理使太陽的輻射光通過半導體物質轉變?yōu)殡娔艿末`種器件，目前太陽能技術還需要進ー步提高其效率，特別是在長時間陰雨天氣，其續(xù)航能力和穩(wěn)定性得不到保障；激光供能是采用激光或其他光源從低電位側通過光纖將光能量傳送到高電位側，再由光電轉換器件(光電池)將光能量轉換為電能輸出，該方法壽命較短，價格昂貴，且現(xiàn)場維護比較麻煩。磁場感應取能是在高壓載流導線上嵌套線圈，利用電磁感應原理，在線圈上感應出于高壓導線中的電流幅值成一定比例關系的電流。目前磁場感應取能方面遇到的主要問題是線圈磁芯飽和問題。由于輸電線路上的電流幅值變化范圍很大，從幾十安培變化到上千安培，如果想要取能線圈在輸電線路電流較小的情況下獲得足夠的電能，而當輸電線路電流變大時，若不采取措施，則線圈的磁芯必然飽和。磁芯飽和后，線圈輸出電壓波形嚴重畸變，產生幅值很高的尖峰，嚴重威脅用電裝置的安全；且磁芯損耗増大，發(fā)熱嚴重，甚至燒毀。因此，采用磁場感應取能的關鍵問題是如何抑制取能磁芯在大電流時深度飽和。為了防止磁芯飽和，一般采用下列幾種措施I)在取能線圈的磁芯上增加氣隙引入氣隙磁阻，降低磁導率從而增大磁芯飽和電流。該方法雖然可以抑制磁芯飽和，但是給磁芯開氣隙導致磁場取能裝置啟動電流較大，導致輸電線路電流較小時取能供電裝置無法提供規(guī)定的電壓；另外，需要繞制的線圈匝數(shù)增大，繞制工作麻煩；還有，在運行過程中，由外界引起的或設備自身產生的振動可能會使氣隙變形從而降低了裝置的可靠性。總而言之，雖然利用開氣隙來抑制磁場取能裝置磁芯飽和行得通，但是實現(xiàn)起來非常困難。2)増加補償線圏。補償線圈與輸電導線所產生的磁場方向相反，當輸電線路電流較大時，取能線圈輸出電壓偏高，控制電路據此増加補償線圈的電流，使之部分抵消輸電導線所產生的磁場，從而保證線圈磁芯不飽和。這種方法可有效地抑制原邊電流的寬動范圍變化對取能裝置輸出電壓的影響，但是控制策略復雜，電路復雜，使得裝置可靠性不高。3)采用三極管、雙向晶閘管等元件泄放多余的電能。例如中國發(fā)明專利201110323678. X所述，從取能線圈輸出端引出控制電路，控制并聯(lián)于取能線圈輸出端的三極管、雙向晶閘管。當線圈輸出電壓過大時，雙向晶閘管導通，泄放線圈感應到的電流。三極管、雙向晶閘管等元件只有處于完全導通或者完全關斷狀態(tài)下才會長期穩(wěn)定工作，處于不完全導通或者不完全關斷狀態(tài)、或者在導通狀態(tài)和關斷狀態(tài)之間頻繁切換均會產生大量的功耗，導致元件過熱燒毀。目前中國發(fā)明專利201110323678. X所述的這種取能裝置的控制策略存在的問題是控制電路形成模擬電壓反饋，控制信號的強度與裝置的輸出電壓成比例關系，即，控制信號是模擬量。因此，控制信號存在強弱問題，首先，當輸電線路的電流處于臨界數(shù)值時(即，線圈輸出電壓處于最大輸出電壓值附近)，從控制電路輸出的控制信號比較微弱，使得雙向晶閘管即不完全導通，也不完全關斷，從而產生巨大的功耗，很快造成晶閘管燒毀；其次，由于這種控制策略形成了負反饋，因此實際中會出現(xiàn)裝置輸出電壓逐漸趨于穩(wěn)定、控制信號逐漸微弱的情形，特別是輸出電壓數(shù)值會在穩(wěn)態(tài)輸出電壓數(shù)值附近不斷來回變化，從而導 致雙向晶閘管即不完全導通，也不完全關斷，而且要頻繁地發(fā)生導通狀態(tài)與關斷狀態(tài)的轉換，造成大量的功耗，從而燒毀。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題，就是提供ー種性能穩(wěn)定的高壓輸電線路在線監(jiān)測用高壓導線磁場感應取能裝置。上述技術問題的解決，本發(fā)明采用的技術方案如下一種高壓輸電線路在線監(jiān)測用高壓導線磁場感應取能裝置，其特征是包括線圈
I、整流電路2、開關電路3、控制電路4和儲能電路5，所述的線圈I套在高壓導線上，利用電磁感應原理從高壓導線感應出交流電流送至整流電路，整流電路將交流電流轉換成直流電流，并向儲能電路充電，開關電路3并聯(lián)在整流電路2的輸出端；控制電路檢測儲能電路的輸出電壓，依此控制開關電路的導通和關斷，儲能電路5輸出電壓電流。所述的取能線圈I采用硅鋼片作為磁芯，硅鋼片磁芯形狀為內徑80mm、外徑120mm、高度20mm的圓環(huán),從中間切開成兩個半圓，便于鉗套在高壓輸電導線上,線圈由直徑為Imm漆包線在磁芯上繞制200匝形成。所述的整流電路2為四只普通ニ極管組成的全波整流電路，開關電路3為ー只普通開關三極管，其發(fā)射極和集電極分別連接在整流電路2的輸出端，基極連接控制電路4，控制電路4由一只普通單片機及連接在整流電路2的輸出端之間的2個電壓分壓電阻組成，單片機的一端連接開關電路3、另一端接在2個分壓電阻中間，并聯(lián)接在整流電路2的輸出端之間的儲能電路5由電容器和一只普通ニ極管串聯(lián)組成，電容器兩端輸出電壓電流。裝置的輸出電壓確定在最大輸出電Uh和最小輸出電Ulj之間，而不是某ー固定的數(shù)值。取能裝置的控制策略是，當控制電路4檢測到儲能電路5輸出電壓超過設定的最大輸出電Uh吋，向開關電路3發(fā)出導通信號，開關電路導通，將線圈的輸出短路，整流電路2沒有輸出電流，不向儲能電路5充電；當控制電路4檢測到儲能電路5輸出電壓低于設定的最小輸出電Ul吋，向開關電路3發(fā)出關斷信號，開關電路3關斷，線圈I的輸出電流經過整流電路2向儲能電路5充電。這種控制策略將開關電路3的動作次數(shù)降到最少，從而降低了開關電路3因為在導通狀態(tài)和關斷狀態(tài)之間切換所產生的功耗。控制電路由微型處理器6及其外圍電路組成。微型處理器6檢測到儲能電路的輸出電壓，進行自動閾值比較診斷，發(fā)出相應的控制信號。因此，控制信號屬于數(shù)字量，能夠保證開關電路3處于完全導通狀態(tài)或者完全關斷狀態(tài)，從而避免開關電路3因不完全導通或者不完全關斷而燒毀。本發(fā)明不涉及取能裝置的涌流保護問題，現(xiàn)有的涌流保護措施可以與本發(fā)明結合使用。有益效果本發(fā)明專利的優(yōu)點在于，不降低取能裝置的適用范圍(既，輸電導線上的電流的幅值范圍)，盡量減小了開關電路的功耗。由于實際使用中，開關電路長期處于導通狀態(tài)，線圈磁芯中的磁感應強度很低，因此也降低了磁芯的功耗。由于取能裝置整體功耗降低，其使用壽命、穩(wěn)定性和可靠性均得到極大改善。



圖I為本發(fā)明的原理示意圖；圖2為本發(fā)明的實施例。
具體實施例方式本發(fā)明的高壓輸電線路在線監(jiān)測用高壓導線磁場感應取能裝置實施例如圖2所示，包括線圈I、整流電路2、開關電路3、控制電路4和儲能電路5，線圈I套在高壓導線上，利用電磁感應原理從高壓導線感應出交流電流送至整流電路2，整流電路2將交流電流轉換成直流電流，并向儲能電路5充電，開關電路3并聯(lián)在整流電路2的輸出端；控制電路4檢測儲能電路的輸出電壓，依此控制開關電路的導通和關斷，儲能電路5輸出電壓電流。取能線圈I采用娃鋼片作為磁芯，娃鋼片磁芯形狀為內徑80mm、外徑120mm、高度20mm的圓環(huán),從中間切開成兩個半圓,便于鉗套在高壓輸電導線上。線圈由直徑為Imm漆包線在磁芯上繞制200匝形成。整流電路2為四只普通ニ極管組成的全波整流電路，開關電路3為ー只普通開關三極管，其發(fā)射極和集電極分別連接在整流電路2的輸出端，基極連接控制電路4，控制電路4由一只普通單片機及連接在整流電路2的輸出端之間的2個電壓分壓電阻組成，單片機的一端連接開關電路3、另一端接在2個分壓電阻中間，并聯(lián)接在整流電路2的輸出端之間的儲能電路5由電容器和一只普通ニ極管串聯(lián)組成，電容器兩端輸出電壓電流。當開關三極管關斷時，線圈感應出的電流通過整流電路給電容器充電；當開關三極管導通時，線圈感應出的電流通過開關三極管泄放，不給電容器充電。電容器向用電裝置提供電能，其輸出電壓逐漸降低，當單片機檢測到電容器的電壓低于隊時，向開關三極管發(fā)出關斷信號；開關三極管關斷，電容器開始充電，其電壓逐漸升高；當單片機檢測到電容器的電壓高于Uh吋，向開關三極管發(fā)出導通信號；開關三極管導通，電容器停止充電。
權利要求
1.一種高壓輸電線路在線監(jiān)測用高壓導線磁場感應取能裝置，其特征是包括線圈(I)、整流電路(2)、開關電路(3)、控制電路(4)和儲能電路(5)，所述的線圈(I)套在高壓導線上，感應出交流電流送至整流電路(2)，整流電路(2)將交流電流轉換成直流電流，井向儲能電(5)路充電，開關電路(3)并聯(lián)在整流電路(2)的輸出端；控制電路(4)檢測儲能電路(5)的輸出電壓，依此控制開關電路的導通和關斷，儲能電路(5)輸出電壓電流。
2.根據權利要求I所述的高壓輸電線路在線監(jiān)測用高壓導線磁場感應取能裝置，其特征是所述的整流電路(2)為四只普通ニ極管組成的全波整流電路，開關電路(3)為ー只普通開關三極管，其發(fā)射極和集電極分別連接在整流電路(2)的輸出端，基極連接控制電路(4)，控制電路(4)由一只普通單片機及連接在整流電路(2)的輸出端之間的2個電壓分壓電阻組成，單片機的一端連接開關電路(3)、另一端接在2個分壓電阻中間，并聯(lián)接在整流電路(2)的輸出端之間的儲能電路(5)由電容器和ニ極管串聯(lián)組成，電容器兩端輸出電壓電流。
全文摘要
一種高壓輸電線路在線監(jiān)測用高壓導線磁場感應取能裝置包括線圈(1)、整流電路(2)、開關電路(3)、控制電路(4)和儲能電路(5)，線圈套在高壓導線上，利用電磁感應原理從高壓導線感應出交流電流送至整流電路，整流電路將交流電流轉換成直流電流，并向儲能電路充電，開關電路3并聯(lián)在整流電路2的輸出端；控制電路檢測儲能電路的輸出電壓，依此控制開關電路的導通和關斷，儲能電路輸出電壓電流。本發(fā)明不降低取能裝置的適用范圍，減小了開關電路的功耗。由于實際使用中，開關電路長期處于導通狀態(tài)，線圈磁芯中的磁感應強度很低，因此也降低了磁芯的功耗。由于取能裝置整體功耗降低，其使用壽命、穩(wěn)定性和可靠性均得到極大改善。
文檔編號H02M7/217GK102780273SQ20121024108
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權日2012年7月11日
發(fā)明者戴沅, 程養(yǎng)春, 竇洪, 胡平, 詹花茂, 陳凱, 齊波 申請人:華北電力大學, 廣東電網公司電力科學研究院