基于能量收集的高压电力线监测设备供电电源.pdf

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1、第2期(总第201期)机械工程与自动化No.22017年4月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONApr.文章编号:1672‐6413(2017)02‐0192‐03基于能量收集的高压电力线监测设备供电电源彭喜英,崔丹丹,赵强松(中原工学院信息商务学院,河南郑州450007)摘要:针对现有高压电力线路在线监测设备的取能电源广泛存在供电死区、线圈铁芯磁通饱和、电路复杂等现象,提出了1000匝的电流互感器取电电源的设计方案。在研究了取能电源原理的基础上,采用了特制硅钢材料作

2、为线圈铁芯,设计了三级电容泵电路实现能量收集,使电路得以简化。并且电源管理模块采用控制泄能和供电保护两条通道,对后续电路起到了很好保护作用。样机测试结果表明:该方案解决了小电流电压输出不稳定的问题。关键词:高压传输线路;监测设备;供电电源中图分类号:TM83文献标识码:A0引言1CT取能原理目前,高压电力线路搭载的在线监测设备越来越结合CT取能结构特点,建立的取能模型如图1多,对供电电源的稳定性、抗干扰、容量等要求也越来所示。其中,i1为高压电力流过的电流,i2为电流互感越高。由于在线监测系统需

3、安装在高压侧,在线监测器线圈二次侧的负载电流,1为一次侧绕组漏磁通,[1]电源易受安装环境、电气绝缘等因素的影响,因此许2为二次侧绕组漏磁通,为主Φ磁σ通,Z为负载。磁多学者都对高压侧监测设备的供电电源问题进行研芯的磁导率相比于非铁磁材料的磁导率非常小,致使究。供电电源一般采用以下三种技术方案:①锂电池非铁磁材料部分的磁阻起主要作用。所以相比之下,[2]供电,可以直接对高压侧的电子系统进行供电,且具漏磁通比主磁通小得多。有结构简单、重量轻、自然放电小等优点,缺点是容量有限,对充电电压有限制,不能

4、满足负载电流变化的要求,受环境影响较大,且制造成本及运行可靠性等方面还存在很大问题;②激光供电的方式,利用光电传感器[3]把低压侧发出的激光转化为电能,为负载供电,该方案在工作稳定性和精确度上都有了很大的提高,但存图1电流互感器取能模型在结构复杂且光电转换效率较低的问题;③CT取能,CT取能原理为:当高压电缆中的电流变化时,电CT(currenttransformer)即电流互感器,根据电磁感缆周围会产生变化的磁场,其中绝大部分沿着磁芯磁应原理,由于电缆一次侧电缆磁场的变化,电流互感器路闭合,这

5、样在磁芯中产生变化的磁通;根据电磁感应输出端会产出交流电信号,经整流、滤波、稳压等处理定律,在所交链的绕组内感应电动势,实现利用高压电后,为高压侧监测系统供电,此电源供给方式虽具有结缆周围的磁能获取电能;当高压电缆电流较小时,导致[4]构简单、体积小巧、输出稳定、良好绝缘等优点,然而后级电路不能正常工作,通过电荷泵电路对微弱的电CT取能方法存在供电死区,即当高压电缆中电流为信号进行处理、存储、收集,在电源管理电路控制下对小电流时,CT取能线圈二次侧感应输出的能量不足,负载供电[5]。结合磁路分析

6、和电流互感器的原理,有:无法为高压侧监测系统供电,如果在改善CT取能供n1i1(t)=n2i2(t)+n1im(t).(1)电死区上取得突破,那么其优势明显。因此,本文重点其中:n1、n2分别为电流互感器一次和二次侧绕组匝解决CT取能电源小电流情况下存在的供电问题,通数,且n1=1;i1(t)、i2(t)分别为电流互感器一次和二过改变线圈匝数的数据分析,提出了1000匝的电流次侧电流;im(t)为取能线圈励磁电流。在不考虑能量互感器供电电源的方案,并且铁芯采用高饱和磁感应损失的前提下,参考文献[

7、6]给出的最大功率Pmax和平强度的硅钢材料用于能量收集。尽管输出最大功率与均功率Pav公式为:二次绕组线圈匝数无关,但二次侧匝数越大,电源输出24IpS的平均功率将越小。Pmax=2.(2)πTd收稿日期:2016‐09‐01;修订日期:2017‐01‐23作者简介:彭喜英(1980‐),女,山东菏泽人,讲师,硕士,研究方向:自动化控制,信号检测。2017年第2期彭喜英,等:基于能量收集的高压电力线监测设备供电电源·193·2u2Tn222u3分别代表C1、C2、C3的电压。Pav=ui2=珋

8、πn2Ip-(4Lm)u.(3)由图4可知,取稳定后的值,u1、u2、u3电压值分别其中:Ip为一次侧电流的幅值;为磁μ导率;S为铁芯为2.233V、4.430V、7.030V,近似倍数关系为1倍、横截面积;T为信号周期;d为铁芯直径;Lm为二次侧2倍、3倍,与理论分析结果相一致。以上仿真说明了线圈等效电感;u为负载电压。电荷泵具有整流、收集、转移、倍压等功能。从公式(2)可看出,一次绕组输电电流i1(t)、铁芯材料的磁导率、铁芯横截μ面积S和铁芯直径d都影响着取能线圈最大功率。而由公式(3)可

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