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架空线路监测系统电源方案

架空线路监测系统电源方案

作者:袁勇

来源:《电子世界》2013年第14期

【摘要】为了提高高压输电线路的安全性和稳定性,需要大量实时监控设备,这些监控设备的电源如何取得是个很现实的问题。本文提出了监控监控系统电源方案,很好的解决了其稳定性和环境因素的影响。

【关键词】架空线路;监测系统;电源

1.前言

近年来,各行各业对电力的质量要求越来越高,相应高压输电线路的安全性和稳定性显得尤为重要。这也就迫切的需要进行高压线路在线实时监测,以保证高压输电线路的安全稳定运行。随着技术的发展,高电压输电线路污秽绝缘子串的泄露电流,导线覆冰监测,导线温度在线监测等设备大量使用,但其电源的供给是个问题。

低压线路取电需要从杆塔下面牵引导线,对实际的工程施工不利,同时存在高压线路串扰的安全隐患。由于大多数的输电线路都地处偏远,难以按常规办法解决电源供给问题,因而这些设备普遍采用太能供电。由于太阳能电池受气候环境、地理因素的影响较大,需要蓄电池进行进行电能的存储。太阳能电池和蓄电池寿命问题,使得设备的维护成本大大增加。

在这里我们的研究重点是小功率设备电源的设计,侧重于提高取电装置的电流适应范围和保护电路的设计。经实际调查二次接地线中存在20A左右的接地电流,可以提供一定的能量。

2.感应取电的原理

其基本原理是:电源取能线圈通过电磁感应方式从二次接地线上感应一定的交流电,再经过整流、稳压和电池充放电管理电路为监测终端供电。方案的总体框图,如图1所示。

高压感应取电是一个金属线圈套在导线上,在高压线上固定线圈有诸多问题函需解决:产生涡流,从而引起取电装置发热;在线路电流的宽范围变化情况下,电源输出不稳定;在大电流的情况下取能铁心易于深度饱和,铁芯过热,外壳温度升高,设备内部绝缘损坏;在短路及冲击电流下电源的可靠运行得不到保障。

在这里我们选电流相对较大且稳定的高压线路二次接地线作为取电的母线。对于采用本线路电流感应取能供电方式来说,电源的能量是来自高压线路的,取能途径是通过在导线上套装取能线圈将导线能量转换到二次侧,实现隔离式供电。装置以蓄电池为储能元件。这种方式可

以为用电设备提供稳定的电源,以及较大的瞬间电能,更适合用在电源质量较高的场合。当线路电流过低或者需要瞬间大电流的时候,将接入电池以辅助供能。

防雷保护电路用来避免因雷电冲击造成电源电路损坏。在取电线圈后加TVS管,限制因雷击或者线路瞬时大电流造成的瞬间高电压。

整流滤波电路将感应到的交流电转换为直流电。升压稳压电路将整流之后的较低的直流升压到15V左右。

使用电池作为后备电源,为了延长电池的使用寿命,合理的充放电管理非常重要。充放电管理电路采用电单片机采样信号。单片机判断电池充电状况,充放电管理电路通过恒流、恒压、浮充三个阶段为蓄电池充电。当电充满后,控制电路工作,控制分流线圈导通,停止取能。

3.理论分析和参数设计

3.1 取能装置中磁芯材料的选取

二次接地线的电流在20A左右,磁芯材料选择的原则是效率高,损耗小。磁芯的启动电流越高越好,换言之,需要选取初始磁导率较高的磁性材料。另外,实际的可供输入的能量和系统的负荷需求相差不大,这就需要磁芯的充磁和放磁的效率高,即BH特性曲线所围成的面积越小越好。在查阅大量的磁芯材料的参数特性手册之后,选取微晶磁芯。

3.2 磁芯的尺寸和线圈匝数的确定

由于磁芯材料工作在非饱和电流的情况下,存在一个最大的输出功率点,且最大功率点仅和磁芯的磁导率、磁路长度及截面积、一次侧电流有关,与副边线圈的匝数无关。在上面的材料确定之后,需要确定磁芯的磁路长度(周长L)和磁芯的横截面积(窗口面积S)。本方案中的系统功率设计在10W左右,经计算得L=6cm,S=580mm2。副边线圈的匝数和后面的

DC/DC的输入电压的变化范围有关。

3.3 升压稳压电路的设计

升压稳压电路如图2所示。输入电压经过升压电路上升到15V左右,为蓄电池充电。在这里,输入电源为直流电流源。与普通的boost电路不同,相应电路为电流-电压型boost电路。

3.4 充电管理

单片机通过采样得到电池电压,当检测到电池两端电压小于13.5v时,开关管始终导通,采用全通方式充电。如果检测到蓄电池电压大于13.5v并小于14.4v时,采用脉宽调制方式充