基本信息
- 项目名称：
- 架空线路CT取能电源
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 架空线路CT取能电源利用电磁感应原理，由铁磁式互感器从高压架空线上感应得到交流电，并通过交流—直流变换转化为稳定的直流电，为高压架空线路监测设备提供可靠的不间断电源。
- 详细介绍：
- 本发明利用现有的线路电流感应取能技术经验，提出单个可开合普通环形冷轧硅钢铁芯，多绕组取能的方案，通过自动选择绕组取电，结合锂离子电池充电的方式实现架空线等大电流线路的就地获取稳定电能的目标。利用该技术，不需要研制特殊取电铁芯，可以减少生产成本。通过该技术制造的直流电源设备具有性能稳定、发热小，安装简便等特点。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的： 为高压架空线路监测设备提供可靠的不间断电源。 基本思路： 利用电磁感应原理，由普通铁磁式互感器从高压架空线上感应得到交流电电能，然后经过整流、滤波、稳压后转化为稳定的直流电。直流电通过锂电池充电模块为锂离子电池充电。锂离子电池经过升压模块升压后可作为电源为输电线路监测设备供电。 创新点： 1、使用可开合环形铁心，方便设备在架空线上的安装； 2、采用三个线圈匝数不同绕组进行取能，每个绕组适应架空线路的电流范围不同，从而使电源的适用范围更广； 3、使用继电器和滞回比较器构成绕组选择电路，可自动根据架空线电流选择合适的绕组，使设备可以可靠地运行； 4、锂离子电池储蓄电能，又直接为监测设备提供电能，隔绝了取电绕组和监测设备，监测设备的瞬时电流不会干扰取电过程，使电源更加稳定。 技术关键： 架空输电线路电流变化范围较大，如何保证设备在大范围电流内可以可靠的取电供电成为设计的关键。一是要保证在架空线电流较小时能提供足以驱动处于高压侧电子电路的功率，二是当架空线出现大电流时，能够稳定输出，给电子线路一个稳定的电源，其本身也不会因过电压而损坏。另外，还要解决过电压和电磁干扰问题。 主要技术指标： 1、适用架空线电流范围：50A—600A 2、功率：200mW 3、输出电压：5V
科学性、先进性
- 科学性： 设备的取电部分基于法拉第电磁感应定理，整流、滤波、稳压都是发展较为成熟的技术。所以设备在理论上和可行性方面都具有科学性。 先进性: 1、采用一个铁心和多个绕组取电，相对于多个铁心的设计成本低、体积小。 2、绕组选择电路工作可靠，相对于限压电路和补偿线圈的设计没有电子设备发热的问题。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图纸、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 将设备套在架空线上，引出电源线，即可为监测设备供电。 适应范围： 适用于电流在50A—600A之间的架空线上。 技术特点和优势： 生产成本低、生产周期短，安装简便，运行可靠，适用范围广。功耗小，热效应小。 推广前景： 架空线路在线监测设备中都需要可靠的供电单元，目前研制的供电单元都存在不少技术难题需要解决。同时架空线路电磁环境复杂，且在运行中不可能随意更换电池，因此，监测设备对电源的要求较高。目前的监测设备普遍采用太阳能电池供电，该供电方式由太阳光照强度决定，当出现阴雨天气时不能可靠供电。太阳能电池在线路上的安装也不方便。而使用CT（CT，current transformer，电流互感器）取能电源，则只需架空线上流过合适的电流，即可不间断地供电， 市场分析和经济效益预测： 目前，市场上同类产品的生产较少，且不够完善。而架空线路的监测又在逐步地发展中，对电源的需求十分迫切，所以，本设备具有较大的市场。
同类课题研究水平概述
- 河北工业大学在《电子式电流互感器高压侧电源的设计》中采用多个铁心和多个线圈以适应宽范围电流，并设计了切换电路使电源可以自动根据电流切换铁心和线圈。当母线电流在几个安培到几百安培的范围变化时，一个CT无法同时满足母线电流大范围变换时的供电要求。文中采取了多个线圈供电的方式，根据母线的电流状态决定选取供电线圈。切换电路由电压比较电路控制继电器来实现。电压比较电路由DC-DC变换输出的+5V来供电。使用多个铁心导致设备体积过大，且当电流不稳定时，电压比较电路可能会导致继电器的频繁跳动。 华北电力大学在《输电线路输电容量动态增容监测技术的研究》中用三极管和稳压二极管设计了限压电路，当电压小于20V时，限压电路不工作；当电压大于20V时，稳压管和三极管导通，使二次侧电流增大，从而励磁电流减小，达到限压的效果。但三极管的管耗较大，设备发热的问题需要解决。 华北电力大学在《新型高压线缆悬浮式电磁感应通信电源的设计》中在传统的电磁感应取能方式的基础上，又引入了补偿铁心和补偿线圈。其中，取能铁心和补偿铁心选用初始磁导率差别较大的材料，并将两铁心线圈在电路中反向串接。文中也对电源电子电路进行了详细设计，而且还自制了一种新的电源结构和电源模具，便于安装和维护。但电子电路比较复杂，且使用的铁心都是特制的，研发周期和成本较高。 华北电力大学在《混合式光纤电流互感器电源的研究》和《新型电缆接头温度监测系统——系统电源设计与实现》中提出使用补偿线圈对励磁电流进行补偿的设计，当架空线电流较大时，补偿线圈流过电缆，使励磁电流减小，从而降低CT的输出电压，保护后续电路。补偿线圈电路由电力电子器件组成，发热的问题同样没有解决。 而国外对架空线CT取能电源还没有进行深入研究，目前没有成果发表。 从国内外的研究情况看，架空线CT取能电源并没有完善的设计，而架空线路在线监测设备对电源的要求又十分迫切，因此，本研究的进展可以推动架空线路在线监测设备电源的发展，进一步推动架空线路动态增容研究的进展，具有良好的社会经济效益。
