关于高压输配电线路在线监测设备供电电源的研究

 高压输配电线路属于智能电网的主要动脉，其实际的运行状态影响 着整个电网的安全性以及经济效益。为要掌握输配电线路的情况，在现 场会安装相应的监测设备，进而监测线路。同时，为了对线监测设备进 行供电，应该研制一种适应高电压，适应强磁场环境的电源，并且，能 够长期稳定的供电。
  一、电源整体结构
  对于电源的结构，其取能模块有两中不同的取能磁芯，一是应用了 铁基纳米晶合金，其工作电流是3A-100A。二是应用了硅钢片，其工 作电流是100A-1000A。对于测量模块，应用了Ro-gowski 线圈，其精 度较高，能够测量出实时的电流，以此为依据，可以切换磁芯，且控制 绕组的信号。在电能监测的控制模块中，明确电流值之后，对切换模块 进行控制，进而应用合适的磁芯、绕组来取能。
  对于电源的工作状态，可以分为以下的三种：
  （1）不仅可以感应取能，还能为在线的监测设备进行供电，且给 锂电池充电。
  （2）对于感应取能来说，仅可以为在线的监测设备提供电能。
  （3）利用锂电池，可以对在线监测设备进行单独地供电。
  二、取能磁芯的设计与明确线圈匝数
  对磁芯进行设计时，要尽可能拓大取能的电流范围。通过分析可知， 对初始的磁导率进行增加，能够有效地降低启动的电流，减少电源的死 区，通过饱和磁感应强度的增强，进而得知最大的取能电流。 一般来说，常用的磁芯材料包括：硅钢片、坡莫合金，以及微晶合 金。对于硅钢片，其饱和磁感应的强度往往很高，不过，初始磁导率比 较低。对于坡莫合金，其初始的磁导率比较高，然而，饱和磁感应的强 度却很低，在这样的情况下，流经小电流时，很难实现较大的输出，价 格也较高，还十分容易受到机械应力的影响。对于现代微晶合金，其综 合性能比较良好，初始的磁导率比较高，损耗少，其价格经济实惠。因 此，微晶合金、硅钢片常常作为优选材料。 对磁芯进行制作时，与某公司展开了合作。对于第一个取能磁芯， 应用O 型的铁基纳米晶磁芯，磁路的长度记为0.284 m，截面积为1800 mm2。对于第二个取能磁芯，应用O 型硅钢片磁芯，其磁路的长度为 0.314 m，截面积为313. 5 mm2。 在选择磁芯的材料，确定其尺寸时，匝数的确定具有一定的难度， 是一个理论和实验互相证明的工作。通过应用Saber 软件仿真，结合设 计的参数，对磁芯元件工具自建模型进行仿真。如果线路的电流比较小， 为了防止微晶磁芯的饱和，其匝数不能太少。为了保证输出的电压够大， 匝数又不能过多。由于多次的仿真，经过分析之后，电流在3 A-10 A 时，匝数应为25。当电流为10A-100 A 时，匝数应为80。如果线路的 电流过大，要想拓大取能电流的范围，对于硅钢磁芯，其二次侧的匝数 为550。
  三、切换模块
  在不同的电流中，对二次侧的抽头数过多，对其的控制就十分困难， 也就更容易出现动作故障，因此，抽头数要合理，不可以无限增加。根 据仿真分析可知，在第一取能磁芯中，将二次侧绕组安装3 个抽头：当 电流处于3A-10A 之间的时候，J1闭合，抽头2 和3 都会断开。当电流 处于10A-100A 之间时，J2闭合，抽头1 和3 会断开。如果电流大于100 A，J3 就会闭合，直接将二次侧短路，抽头1，2 断开，与此同时，二次 绕组的最大电流不会超过2A。例如：J1 闭合，断开抽头2 和3，与地也 不能短接，由此可知，抽头2，3 的电压和负载的电压是一样的，相当 于在同一个闭合的回路中，在不同的位置设置了电压的测量点。
  四、电源电路设计
  （一）保护电路
  对于输配电线路，如果遭到了雷击，在线路中，就会出现冲击电流， 这是时候，取能磁芯能够感应到冲击电压，从而对电源电路带来很大的 危害，这就需要对对电路进行保护，设置相应的装置。通常，应用高效 能的保护器，对二极管进行制约，并且，按照并联的方式，设置在电路 的两端。
  （二）整流滤波电路
  对于取能的磁芯，可以感应到线路上的交变电压，对于在线监测设 备，应该是直流的电压。可见，应该先对整流滤波的电路进行处理，把 交变的电压调整成为直流的电压，且具有良好的稳定性。在设计中，要 选择桥式整流电路。由于二次输出的电压比较高，那么，二次电流就不 会过大，所以，应该选择正向的肖特基二极管，反相的耐压是200V， 而正向的电流能达到20A，能够到达设计的相关要求。对于滤波，有的 应用了LCπ型的滤波电路，输出的电压具有良好的平滑度，且波动小。 要想进一步避免高频电压的影响，应该将C1、C2 两个瓷片，以并联状 态，安装在电路的两端。对于其他的点解电容，其耐压值应该是50V， 而且，在电容的两端，并联相同的电阻，这也，电压就平均的分配到了 两个电容上。
  （三）降压稳压处理电路
  对整流滤波进行处理之后，直流电压依然具有很大的变化范围，所 以，应该采取降压措施，进而稳定电压。一般来说，稳压器常选择 LM5576，其输入的电压范围为6V-75V，输出的电压可以达到1.225V， 在内部，根据集成170 mΩN 沟道MOS-FET，可以输出连续的电流。 为了消除噪声，应该将C7 确定为 0.47μF 陶瓷电容。而C8、C9， 可以保证电流的平滑性，面对瞬态负载，可以提供相应的电荷源。为了 对VIN 纹波电压进行限制，在导电期间，要给予开关的电流。对于C10、 C11，应该选择2.2μF，陶瓷电容为100V。
  （四）限压电路
  对于LM5576 输入的电压，要限制在一定的范围内。如果电压过大， 很容易烧坏芯片，所以，要采取有效的措施，对整流滤波之后的电压进 行措施，保证电路的正常工作。从安全的角度来说，两只晶体管应该进 行并联，使两只晶体管一起分担电流。通常，晶体的管型号为BU413， 耐压值是330V。在集电极中，最大的电是10 A。当两只晶体管进行并 联之后，在限压电路中，允许限压的电流最大值为20 A。如果稳压管 钳位是75 V 时，晶体管不会处于过热状态，能够顺利的进行实验。 在线路中，如果电流过大，可以对二次侧电流进行增大，也可以减 少励磁的电流，从而对铁芯的过饱和进行抑制。在晶体管导通之后，输 入的电流和输出的电流是不同的，对于输入的电压，如果结果越大，在 晶体管中，集电极的电流就越大，因此，输入的电流也就越大。对于线 路电流以及二次侧的匝数，在确定之后，可知，如果二次侧电流的越大， 那么，激磁的电流也就越小，感应电压也就会降低。由此可见，在晶体 管导通之后，因为输入电流的增长，二次侧电流也会增长，进而降低感 应电压，以此实现限压的目标。
  （五）锂电池充电管理电路
  当取能供电不足，又或者线路断电，利用锂电池可以辅助供电。对 于芯片，应该选择先进的锂电池进行充电管理，其芯片为BQ2057。通 过这个充电的电路，在实际充电的过程中，可以在动态方面，对锂电池 的内阻进行补偿，从而减少充电的时间。对于这个芯片，还能够自动的 充电，以最小的电流停止充电，以低功耗进行休眠等。
  结束语：
  对于现有的高压输配电线路，在线监测设备方面，其供电的电源的 有待增加，所以，提出应用双材质的取能磁芯，实现并行工作，而且， 还要把感应取能供电以及锂电池供电进行相结合，将其体现在设计方案 中。在电源中，通过应用锂电池，可以辅助供电，即使线路断电，也可 以改变供电方式，符合了在线监测设备的电能需求。