專利名稱：一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，用于需要高壓絕緣供電的有源光電電流電互感器和各類高壓在線檢測監控設備中，實現以高壓絕緣的方式傳能供電。
背景技術：
電流互感器在電力系統中起著十分重要的作用，是電力系統中的一個核心設備。 高壓絕緣能力強的光電電流互感器已經是智能電網發展的迫切需要。光纖電流互感器OCT 因抗電磁干擾性能好、測量精度高、動態范圍大、頻率響應范圍寬、體積小重量輕、價格便宜、與數字設備的接口方便等優點，具有廣泛的應用前景，已逐漸成為高壓電流互感器的發展潮流。光纖電流互感器主要有純光學電流互感器(無源光電互感器)和光電混合式電流互感器(有源光電互感器)兩種形式，純光學電流互感器由于受環境溫度和震動等因素的影響，其性能的穩定性是困擾其實用化的主要困難；光電混合式電流互感器利克服了純光學電流互感器的穩定性差的難題，良好的穩定性使其得到了快速發展，目前已經進入了實用化階段。但光電混合式電流互感器(有源光電互感器)高壓側的測量、數據處理和光電信息傳輸系統等需要供電電源，供電電源目前主要有“高壓側一次電流電磁感應供電”、“激光供能供電”、“超聲波供能供電”和“氣動供能供電”等供電方式。“高壓側一次電流電磁感應供電”在一次電流比較小時存在供電能不足，形成無法工作的供電死區，當一次電流很大和短路時又存在供電能量過大，難以泄放和損壞供電電路的難題；激光、超聲波供能供電雖然性能穩定，能很好的滿足供電的穩定性要求，但供電能量比較小，對測量和光電傳輸系統的節能和抗干擾要求很高，而且價格太貴，容易老化，長期運行壽命不能滿足要求；氣動供能供電也存在氣體容易泄露和長期運行壽命不能滿足要求。光電混合式電流互感器的高壓側供能供電是困擾其實用化的核心技術難題。高壓一次設備的在線檢測及監控是確保電網安全運行的重要措施，智能電網的發展要求電網具有很強的故障自診斷和自愈恢復能力，這就對電力系統內的各類高壓一次設備的運行狀態在線檢測及監控提出了很高的要求。高壓一次設備的在線檢測及監控也需要對處在高壓一側的檢測、控制、通信等系統供能供電，高壓一次設備的在線檢測及監控系統的高壓側供能供電也是在線監測及監控系統的核心技術難題。
發明內容
針對有源光電電流互感器和一些高壓在線檢測及監控設備中高電壓一側的供能供電所存在的技術難題，本發明提供了一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，通過高頻電磁感應諧振傳能實現對有源光電電流互感器或高壓在線檢測及監控設備中的高壓側的各種用電模塊供能供電，滿足有源光電電流互感器或高壓在線檢測及監控設備中的高壓側的各種用電模塊(包括測量、數據處理和光電信息傳輸等)所需的穩定連續長壽命的供電要求。為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的
一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，其特征在于，包括多個沿中心軸線方向放置的電磁感應線圈L，其中最下方低壓一側的電磁感應線圈L兩端連接一個高頻驅動電源的輸出端；最上方高壓一側的電磁感應線圈L兩端連接一個AC/DC電源變換器的輸入端， 其余的電磁感應線圈L兩端均連接有電容器C ;所述高頻驅動電源產生的特定頻率的高頻交流電能通過所述多個電磁感應線圈L及電容器C的高頻電磁感應諧振從最下方低壓一側傳輸到最上方高壓一側；再由AC/DC電源變換器轉換為直流電能向高壓側的在線檢測和監控設備的用電單元，或者有源光電電流互感器供能供電。上述方案中，所述沿中心軸線方向放置的多個電磁感應線圈L及電容器C設置在絕緣材料構成的骨架上，每個電磁感應線圈L的匝數和形狀可以相同，每個電磁感應線圈L 所處的平面之間相互平行，平面之間的距離h可以相等。所述的高頻驅動電源包括一個AC-DC變換電路，該AC-DC變換電路輸出與一個高頻信號發生器、一個鎖相環頻率跟蹤器和一個功率放大器連接，給它們提供直流供電；高頻信號發生器產生高頻信號輸出連接功率放大器，經過功率放大產生高頻功率電壓；功率放大器的輸出連接最下方低壓側的電磁感應線圈L兩端；鎖相環頻率跟蹤器采集功率放大器的輸出電壓和電流，動態的判斷和跟蹤電磁感應線圈L和電容器C的電磁感應的諧振頻率， 并調控信號發生器的輸出頻率，實現頻率動態跟蹤和匹配。所述的AC/DC電源變換器包括一個與最上方高壓側的電磁感應線圈L兩端連接的高頻整流濾波電路，該高頻整流濾波電路把高頻交流電能轉換成直流電能，通過一個DC-DC 變換器輸出穩定的直流供電電源，向高壓側的在線檢測和監控設備的用電單元，或者有源光電電流互感器供能供電。本發明能實現從低電壓一側依絕緣的方式向有源光電電流互感器或高壓在線檢測及監控設備中的處在高壓另一側的各種用電模塊(測量、數據處理和光電信息傳輸等) 供能供電。利用電磁感應諧振把特定頻率的高頻交流電能從低壓一側傳送到高壓另一側， 在高壓另一側把高頻交流電能又轉換成直流電能。這樣一來供電系統的低電壓一側和高電壓另一側之間是完全工頻電氣隔離的。這種供電系統的交直流高壓絕緣能力強，傳輸的供電能量大，性能穩定，不受環境因素影響和限制，不容易老化和退化，使用壽命長，而且對各種測量控制和數據處理系統等產生的電磁干擾影響小。能滿足電力系統對有源光電電流互感器和高壓在線檢測監控設備的長期連續工作的可靠性、穩定性要求。與現有技術相比，本發明具有以下優點I)高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置的高壓供電系統不受一次電流大小的限制， 無“供電死區”，也不怕短路大電流的沖擊，供電能量十分穩定。2)高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置的高壓供電系統能提供比較大的供電能量， 對有源光電電流互感器和高壓在線檢測監控設備的光電測量控制系統和光電傳輸系統的節能要求低，能提高抗干擾能力。3)環境適應能力強，高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置的性能十分穩定，不容易老化，使用壽命長，價格低廉，能滿足電力系統對安全可靠性和長期使用壽命的要求。
圖I為本發明高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置結構示意圖。其中a圖為裝置的剖視圖山圖為a圖中的線圈L的俯視圖。圖2為圖I中的高頻驅動電源I的功能結構框圖。圖3為圖I中的高壓側的AC/DC電源變換器2的功能結構框圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細說明。參考圖1，一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，包括一個高頻驅動電源I、一個AC/DC電源變換器2和多個沿中心軸線方向放置的電磁感應線圈L及電容器C。最下方低壓一側的電磁感應線圈L兩端連接高頻驅動電源I的輸出，最上方高壓一側的電磁感應線圈L兩端連接AC/DC電源變換器2的輸入，其余的電磁感應線圈L兩端均連接有電容器 C ;高頻驅動電源I產生的特定頻率的高頻交流電能通過這些電磁感應線圈L及電容器C的高頻電磁感應諧振從最下方低壓一側傳輸到最上方高壓一側；再由AC/DC電源變換器2轉換為直流電能向測控等的用電單元3，或者有源光電電流互感器供能供電，測控等的用電單元3是指高壓在線檢測和監控設備中處在高壓一側的各種用電模塊(測量、數據處理和光電信息傳輸等)。電磁感應線圈L及連接在這些電磁感應線圈L兩端的電容器C可以設置在高壓絕緣材料制成的骨架(圖中未畫出)上，該骨架可以是硅橡膠、尼龍、聚氨酯等高聚物絕緣材料；也可以是玻璃、陶瓷。沿中心軸線方向放置的多個電磁感應線圈L及電容器C可以設置在絕緣材料構成的骨架上，該骨架可以是硅橡膠、尼龍、聚氨酯等高聚物絕緣材料；也可以是玻璃、陶瓷。每個電磁感應線圈L的匝數和形狀可以相同，每個電磁感應線圈L所處的平面之間相互平行，平面之間的距離h可以相等。電磁感應線圈L和連接在其兩端的電容器 C對高頻驅動電源I的輸出頻率產生電磁感應諧振，電感線圈的感抗、電容器的容抗和高頻驅動電源I的輸出頻率及阻抗要滿足頻率諧振要求和阻抗匹配要求。通過這些電磁感應線圈L及電容C的高頻電磁感應諧振能把高頻驅動電源I發出的特定頻率的高頻交流電能從最下方的低壓一側傳輸到最上方的高壓另一側，并且具有很好的交直流高壓絕緣能力。如圖2所示，所述的高頻驅動電源I包括一個AC-DC變換電路、一個高頻信號發生器、一個鎖相環頻率跟蹤器、一個功率放大器。AC-DC變換電路把50HZ交流電能轉換成直流電能，AC-DC變換電路輸出連接高頻信號發生器、鎖相環頻率跟蹤器和功率放大器的直流偏置電路，為它們提供直流偏置電壓；高頻信號發生器產生1MHZ-10MHZ頻率范圍的高頻信號，輸出連接功率放大器，進行功率放大產生高頻功率電壓；功率放大器的輸出連接最下方低壓一側的電磁感應線圈L兩端，驅動感應線圈L和電容器C產生高頻電磁感應諧振，信號發生器的輸出頻率和電磁感應的諧振頻率相同，鎖相環頻率跟蹤器采集功率放大器的輸出電壓和電流，根據電壓和電流的相位判斷，動態的判斷和跟蹤高頻電磁感應線圈L和電容 C的電磁感應的諧振頻率變化，并調控高頻信號發生器的輸出頻率，實現頻率動態跟蹤和匹配。如圖3所示，所述的AC/DC電源變換器2包括一個與最上方高電壓側的電磁感應線圈L兩端連接的高頻整流濾波電路和一個DC-DC變換器；高頻整流濾波電路把從最上方高電壓側的電磁感應線圈L兩端獲得的高頻交流電能轉換成直流電能，再通過一個DC-DC 變換器輸出穩定的直流供電電源(0-12V)，向測控等的用電單元3，或者有源光電電流互感器供能供電。
權利要求
1.一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，其特征在于，包括多個沿中心軸線方向放置的電磁感應線圈L，其中最下方低壓一側的電磁感應線圈L兩端連接一個高頻驅動電源的輸出端；最上方高壓一側的電磁感應線圈L兩端連接一個AC/DC電源變換器的輸入端,其余的電磁感應線圈L兩端均連接有電容器C ;所述高頻驅動電源產生的特定頻率的高頻交流電能通過所述多個電磁感應線圈L及電容器C的高頻電磁感應諧振從最下方低壓一側傳輸到最上方高壓一側；再由AC/DC電源變換器轉換為直流電能向高壓側的在線檢測和監控設備的用電單元或者有源光電電流互感器供能供電。
2.如權利要求I所述的一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，其特征在于，所述的沿中心軸線方向放置的多個電磁感應線圈L及電容器C設置在絕緣材料構成的骨架上，每個電磁感應線圈L的匝數和形狀相同，每個電磁感應線圈L所處的平面之間相互平行，平面之間的距離h相等。
3.如權利要求I所述的一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，其特征在于，所述的高頻驅動電源包括一個AC-DC變換電路，該AC-DC變換電路輸出與一個高頻信號發生器、一個鎖相環頻率跟蹤器和一個功率放大器連接，高頻信號發生器產生高頻信號輸出連接功率放大器，經過功率放大產生高頻功率電壓；功率放大器的輸出連接最下方低壓側的電磁感應線圈L兩端；鎖相環頻率跟蹤器采集功率放大器的輸出電壓和電流，動態的判斷和跟蹤電磁感應線圈L和電容器C的電磁感應的諧振頻率，并調控高頻信號發生器的輸出頻率，實現頻率動態跟蹤和匹配。
4.如權利要求I所述的一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，其特征在于，所述的 AC/DC電源變換器包括一個與最上方高壓側的電磁感應線圈L兩端連接的高頻整流濾波電路，該高頻整流濾波電路把高頻交流電能轉換成直流電能，通過一個DC-DC變換器輸出穩定的直流供電電源，向高壓側的在線檢測和監控設備的用電單元，或者有源光電電流互感器供能供電。
全文摘要
本發明公開了一種高壓絕緣的高頻感應傳能供電裝置，其特征在于，包括多個沿中心軸線方向放置的電磁感應線圈L，其中最下方低壓一側的電磁感應線圈L兩端連接一個高頻驅動電源的輸出端；最上方高壓一側的電磁感應線圈L兩端連接一個AC/DC電源變換器的輸入端，其余的電磁感應線圈L兩端均連接有電容器C；所述高頻驅動電源產生的特定頻率的高頻交流電能通過所述多個電磁感應線圈L及電容器C的高頻電磁感應諧振從低壓一側傳輸到高壓一側；再由AC/DC電源變換器轉換為直流電能向在線檢測和監控設備中處高壓側的用電單元，或者有源光電電流互感器供能供電。本發明具有供電能量大，價格低廉，使用壽命長，高壓絕緣能力強，性能穩定等優點。
文檔編號H02J17/00GK102593960SQ20121004095
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者何文林, 何月, 劉曉暉 申請人:西安交通大學