一种利用架空避雷线感应电流的取电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种利用架空避雷线感应电流的取电系统及方法，该系统包括：相互连接的取电装置和多个互感模块，取电装置安装在铁塔上，互感模块安装在架空避雷线上；感应模块用于获取架空避雷线上感应产生的感应电流；整流滤波模块采用桥式整流电路，用于将互感模块取到的交流电压转换为直流电压；采样通信模块用于实时监控架空避雷线的感应电流大小和电源模块的电量；功率负载叠加模块用于将多个互感模块取到的功率进行汇集叠加后送入电源模块。本发明专利技术取能设备为地电位安装，安全可靠，除电流互感器是嵌套在架空避雷线上，其余配套模块均可安装于铁塔上，其相对不受重量和体积条件的约束。

A system and method for using the induced current of overhead lightning arrestor

The invention discloses an electric system and methods using an overhead ground wire induced current, the system includes: mutual electric device is connected and a plurality of transformer module, electric device is installed in the tower, transformer module installed on overhead line lightning; induction module for induction current generated by induction of overhead ground wire; rectifier filter module adopts bridge rectifier circuit for converting AC voltage to DC voltage transformer module; communication module is used for sampling current and power module for real-time monitoring of overhead grounding wire of power; power load superposition module is used to take power to a plurality of transformer modules are accumulated into the power module. The energy absorbing device is installed for earth potential, and is safe and reliable. Besides current transformer, it is nested on overhead overhead line, and the other supporting modules can be installed on the tower, which is relatively free from the constraints of weight and volume conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种利用架空避雷线感应电流的取电系统及方法
本专利技术涉及电力系统
，尤其涉及一种利用架空避雷线感应电流的取电系统及方法。
技术介绍
建设智能电网是电力系统未来的发展趋势，其中输电线路的智能化建设是电力系统的重要组成部分。在输电线路智能化建设过程中首先要面临的问题就是如何在高压强电磁场环境下给智能化设备提供稳定的电源。申请号为200820066665.2，专利技术专利成为高压线路感应取电装置的专利文献，利用互感器原理从输电线路上取电，其给出的指标为，输电线路负载电流在80A-300A时的输出功率为20-110W，但是输电线路空载时，导线电流仅为40A左右，也未给出此时取电装置的输出功率，并且随着输电线路上电流的增加，取电装置亦会发热越来越严重。现有的感应取电装置基本都是安装在导线上，利用相线电流取能，且一般适用于单分裂导线。此外，上述专利无法实时了解取能装置在线路上的运行情况，其取能装置在结构上安装为带电安装，存在一定危险性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中取电装置都是安装在导线上，安装难度大，且现有技术中都是利用相线电流取能，安全系数较低的缺陷，提供一种利用架空避雷线感应电流的取电系统及方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种利用架空避雷线感应电流的取电系统，安装在高压输电线路中的铁塔和架空避雷线上，该系统包括相互连接的取电装置和多个互感模块，取电装置安装在铁塔上，互感模块安装在架空避雷线上；其中：感应模块用于获取架空避雷线上感应产生的感应电流；取电装置包括依次相连的防雷保护模块、过流保护模块、整流滤波模块、采样通信模块、功率负载叠加模块和电源模块；防雷保护模块用于避免架空避雷线遭受雷击时损坏取电装置；过流保护模块用于防止架空避雷线上感应电流过大而损坏取电装置；整流滤波模块采用桥式整流电路，用于将互感模块取到的交流电压转换为直流电压；采样通信模块用于实时监控架空避雷线的感应电流大小和电源模块的电量；功率负载叠加模块用于将多个互感模块取到的功率进行汇集叠加后送入电源模块。进一步地，本专利技术的每相邻的3个铁塔为一组，铁塔之间连接有架空避雷线，每组铁塔上设置一个取电系统；该系统包括1个取电装置和4个感应模块，取电装置安装在位于3个铁塔中间位置的铁塔上，感应模块对称安装在与铁塔两侧相邻的架空避雷线上。进一步地，本专利技术的防雷保护模块的输入端与感应模块相连，防雷保护模块为三级防雷电路，三级防雷电路包括相互并联的避雷退耦器、瞬态抑制二极管和压敏电阻；其中，通过第一级避雷退耦器后的雷击电流小于2KA，第二级选取能承受8/20us波形最大电流6KA的瞬态抑制二极管，第三级的压敏电阻用于抑制残压。进一步地，本专利技术的过流保护模块包括保护电路和采集控制电路，保护电路包括依次连接的可控硅、可控硅驱动芯片和三极管，采集控制电路包括电压监测芯片和外围电路。进一步地，本专利技术的采样通信模块包括前端的微控制处理器和后端的服务器后台，采样通信模块采集互感模块的模拟电压值，经电阻分压传至微控制处理器ADC引脚，再经模数转换转化为数字信号，最后经ftp协议，通过GSM无线通讯传输至服务器后台，用于实时监测线路及取电装置基本运行情况。进一步地，本专利技术的该系统还包括电压比较器，电压比较器用于监测电源模块电量和功率叠加模块的输出电压，从而实现自动切换负载的供电电源；功率叠加模块的正常输出的电压为14.6V，电源模块充满电量为14.4V；电压比较器包括两个并联的二极管，根据二极管的正向导通特性，当架空避雷线感应电流能量足够时，功率叠加模块输出14.6V电压，大于电源模块充满后的电压，由功率叠加模块为负载供电，而电源模块保持浮冲模式；当架空避雷线感应电流能量不足时，则有功率叠加模块和电源模块共同为负载提供电源；当由于特殊原因线路停电时，架空避雷线感应电流为0，此时仅由电源模块为负载提供电源。本专利技术提供一种利用架空避雷线感应电流的取电方法，包括以下步骤：S1、通过设计互感模块的铁芯截面积和线圈匝数，使互感模块达到最大功率输出；S2、高压输电线路中流经的交变电流在空间中产生交变磁场，交变磁场切割由两根架空避雷线和铁塔组成的空间闭合平面，通过嵌套在架空避雷线上的互感模块产生感应电动势，进而通过环路上的体电阻产生感应电流；S3、互感模块感应得到的交流电压经桥式整流得到直流电压；S4、监测直流电压的大小，当直流电压超过阈值时，产生高电平驱动信号给过流保护模块，过流保护模块开启过流保护功能；当直流电压不超过阈值时，直流电压通过电压转换后输入到功能叠加模块；S5、当架空避雷线感应电流能量足够时，功率叠加模块输出电压大于电源模块充满后的电压，由功率叠加模块为负载供电，而电源模块保持浮冲模式；当架空避雷线感应电流能量不足时，则有功率叠加模块和电源模块共同为负载提供电源；当由于特殊原因线路停电时，架空避雷线感应电流为0，此时仅由电源模块为负载提供电源。进一步地，本专利技术的该方法中设计互感模块的铁芯截面积和线圈匝数，使互感模块达到最大功率输出的方法具体为：单个互感模块的最大输出功率为：其中，中PS为铁芯最大输出功率，S为铁芯截面积，K为经验系数；经验系数K取值为：Ps为0-10W时，K取值为2；Ps为10-50W时，K取值为1.75；Ps为50-500W时，K取值为1.4；Ps为500-5000W时，K取值为1.2；Ps为5000W以上时，K取值为1。假设负载所需额定功率为Pa，额定功率预留20％余量，因而此时可将最大功率PS设置为1.25Pa，根据此时的PS值，选择相应K值，从而计算出对应的铁芯截面积S。根据架空避雷线感应电流I，铁芯截面积S，则可以通过改变线圈匝数N，来找到当前最大功率点Pm；此匝数条件下互感模块感应得到的电压经桥式整流得到的VA值即为V1；当架空避雷线感应电流一定时，通过整流滤波模块和过流保护模块将互感线圈输出电压VA控制在V1附近，从而获得当前感应电流值所能提供的最大功率输出。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的利用架空避雷线感应电流的取电系统及方法，相比传统的相线取电而转化为架空避雷线取电。由于架空避雷线上的电流来自于相线的感应电流，其值相对较小，能基本稳定在一个较小的区间，因而避免了传统取能装置中的小电流取电和大电流取电无法兼顾的问题，绕开了对大的变化电流引起电磁饱和与长时间阴雨天气出现供电不稳定的问题，供电可靠性强，实用性强。且其另一大优点是地电位安装，安全可靠，除电流互感器是嵌套在架空避雷线上，其余配套模块均可安装与铁塔上，其相对不受重量和体积条件的约束。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的感应电流三维模型；图2是本专利技术实施例的取电示意图；图3是本专利技术实施例的机箱内部俯视图；图4是本专利技术实施例的电路原理拓扑图；图5是本专利技术实施例的防雷桥式整流电路；图6是本专利技术实施例的过流保护电路。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例的利用架空避雷线感应电流的取电系统，安装在高压输电线路中的铁塔和架空避雷线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用架空避雷线感应电流的取电系统，安装在高压输电线路中的铁塔和架空避雷线上，其特征在于，该系统包括相互连接的取电装置和多个互感模块，取电装置安装在铁塔上，互感模块安装在架空避雷线上；其中：感应模块用于获取架空避雷线上感应产生的感应电流；取电装置包括依次相连的防雷保护模块、过流保护模块、整流滤波模块、采样通信模块、功率负载叠加模块和电源模块；防雷保护模块用于避免架空避雷线遭受雷击时损坏取电装置；过流保护模块用于防止架空避雷线上感应电流过大而损坏取电装置；整流滤波模块采用桥式整流电路，用于将互感模块取到的交流电压转换为直流电压；采样通信模块用于实时监控架空避雷线的感应电流大小和电源模块的电量；功率负载叠加模块用于将多个互感模块取到的功率进行汇集叠加后送入电源模块。

【技术特征摘要】
1.一种利用架空避雷线感应电流的取电系统，安装在高压输电线路中的铁塔和架空避雷线上，其特征在于，该系统包括相互连接的取电装置和多个互感模块，取电装置安装在铁塔上，互感模块安装在架空避雷线上；其中：感应模块用于获取架空避雷线上感应产生的感应电流；取电装置包括依次相连的防雷保护模块、过流保护模块、整流滤波模块、采样通信模块、功率负载叠加模块和电源模块；防雷保护模块用于避免架空避雷线遭受雷击时损坏取电装置；过流保护模块用于防止架空避雷线上感应电流过大而损坏取电装置；整流滤波模块采用桥式整流电路，用于将互感模块取到的交流电压转换为直流电压；采样通信模块用于实时监控架空避雷线的感应电流大小和电源模块的电量；功率负载叠加模块用于将多个互感模块取到的功率进行汇集叠加后送入电源模块。2.根据权利要求1所述的利用架空避雷线感应电流的取电系统，其特征在于，每相邻的3个铁塔为一组，铁塔之间连接有架空避雷线，每组铁塔上设置一个取电系统；该系统包括1个取电装置和4个感应模块，取电装置安装在位于3个铁塔中间位置的铁塔上，感应模块对称安装在与铁塔两侧相邻的架空避雷线上。3.根据权利要求1所述的利用架空避雷线感应电流的取电系统，其特征在于，防雷保护模块的输入端与感应模块相连，防雷保护模块为三级防雷电路，三级防雷电路包括相互并联的避雷退耦器、瞬态抑制二极管和压敏电阻；其中，通过第一级避雷退耦器后的雷击电流小于2KA，第二级选取能承受8/20us波形最大电流6KA的瞬态抑制二极管，第三级的压敏电阻用于抑制残压。4.根据权利要求1所述的利用架空避雷线感应电流的取电系统，其特征在于，过流保护模块包括保护电路和采集控制电路，保护电路包括依次连接的可控硅、可控硅驱动芯片和三极管，采集控制电路包括电压监测芯片和外围电路。5.根据权利要求1所述的利用架空避雷线感应电流的取电系统，其特征在于，采样通信模块包括前端的微控制处理器和后端的服务器后台，采样通信模块采集互感模块的模拟电压值，经电阻分压传至微控制处理器ADC引脚，再经模数转换转化为数字信号，最后经ftp协议，通过GSM无线通讯传输至服务器后台，用于实时监测线路及取电装置基本运行情况。6.根据权利要求1所述的利用架空避雷线感应电流的取电系统，其特征在于，该系统还包括电压比较器，电压比较器用于监测电源模块电量和功率叠加模块的输出电压，从而实现自动切换负载的供电电源；功率叠加模块的正常输出的电压为14.6V，电源模块充满电量为14.4V；电压比较器包括两个并联的二极管，根据二极管的正向导通特性，当架空避雷...

【专利技术属性】
技术研发人员：管保安，朱传浩，张翰文，王递进，
申请(专利权)人：武汉泰可电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42