CN106707368A - 一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置 - Google Patents

一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，包含有监测模块、供电模块和充放电管理模块；所述监测模块包含有单机片控制模块，所述单片机控制模块上连接有传感器模块、GPS模块和数传电台，所述供电模块包含有取电模块和电能调理模块；包含有取电模块和电能调理模块；所述取电模块采用磁芯感应取电，所述电能调理模块包含有整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电路和稳压电路，该电能调理模块将取电模块获取的交流电进行整理滤波后稳压输出直流电供温度监测装置使用；本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，通过感应取电方式供电无需配备电池且实现了无间断的持续供电。

Description

一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置
技术领域
本发明涉及一种环境气象监测装置，尤其是涉及一种采用无接触感应取电方式对输电线路周边的气相环境进行监测的装置，属于电力电工技术领域。
背景技术
目前，受全球气候变化、生态环境恶化及化石能源快速消耗等问题的影响，建设稳定的智能电网已经成为当今世界电网发展的新趋势、新方向。中国国家电网公司也起草了《智能电网关键设备（***）研制规划》；《智能电网关键设备（***）研制规划》中提出要研制能适应恶劣气候环境、高度集成、高传输可靠、遵循标准通信规约的多气象参数在线监测装置，从而需要实现对风速、风向、气温、湿度、雨量和光辐射等各类环境参数的集中监测；
如今直接装设在输电线路上可实现对环境气象准确监测与可靠传输的监测装置极少，主要问题在于其电源提供不易；比如专利号为201220649872.7的一种“用于高压输电环境监测的移动式气象站”，公开了一种用于高压输电环境监测的移动式气象站；但由于其采用太阳能供电方式，体积过大，不易直接装设在输电线路上，且运行受天气影响，容易出现断电现象。装置运行还需人为移动记录数据，不能自动传输实时监控；另外，专利号为201120453470.5的一种“架空输电线路环境气象监测装置”，公开了一种架空输电线路环境气象监测装置，该装置采用太阳能供电，不能装设在输电线路上，只能装在杆塔附近，且受天气影响大，容易出现断电情况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能够通过感应取电方式供电实现了无间断持续供电的新型供电模式的输电线路环境气象监测装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，所述装置包含有监测模块和供电模块；
所述监测模块包含有单机片控制模块，所述单片机控制模块上连接有传感器模块、GPS模块和数传电台，所述传感器模块包含有环境温湿度传感器、风速风向传感器、日照辐射传感器和雨量传感器，所述单片机控制模块上还连接有供电模块；
所述供电模块包含有取电模块、电能调理模块和充放电管理模块；
所述取电模块包含有电流互感器磁芯、二次线圈和取样电阻；所述电流互感器磁芯套装于输电线路的高压线缆上，所述二次线圈缠绕在电流互感器磁芯上，且二次线圈的两个出线端之间连接有取样电阻；
所述电能调理模块包含有整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电路和稳压电路；
所述整流电路为桥式整流电路和瞬态抑制二极管D3，该桥式整流电路的两个输入端分别接入取电模块的二次线圈的两端，且桥式整流电路的两个输出端中的一端接地，另一端连接至稳压电路中稳压芯片的输入端，一瞬态抑制二极管D3的一端连接至稳压芯片的输入端，另一端接地；
所述尖端泄放电路包含的稳压二极管D2负极与稳压芯片的输入端相连，稳压二极管D2的正极经分压电阻R4接地，且稳压二极管D2的正极经限流电阻接入场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的漏极经泄放电阻R2接入稳压二极管D2的负极，场效应管Q1的源级接地；
所述纹波滤除电路包含有滤波电容C1，该滤波电容C1负极接地，滤波电容C1的正极与桥式整流电路的输出端相连；
所述稳压电路的稳压芯片的输出端与稳压管D4的负极相连，稳压管D4的正极接地，所述稳压芯片的输出端经电感L1连接至对外输出端，该外输出端连接至充放电管理模块，且该对外输出端经一电容C2接地；
所述充放电管理模块包含有型号为RT8525的控制芯片，该控制芯片的输入管脚VIN连接至供电模块的外输出端，所述控制芯片的***连接管脚SYS连接至监测模块的单片机控制模块上，所述控制芯片的电源管脚BAT连接至锂电池。
本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，所述稳压芯片的型号为LM2575，上述对外输出端连接至稳压芯片的第四脚输入反馈信号，从而形成反馈回路提高稳压能力。
本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，所述电源还包含有智能保护模块，所述智能保护模块包含有单片机、单刀双掷继电器、无线射频模块和温度传感器，所述单刀双掷继电器串接于二次线圈与整流电路之间的连接导线上，所述单刀双掷继电器的控制端口与单片机相连，所述单片机与无线射频模块和温度传感器相通讯连接，所述温度传感器安装于尖端泄放电路的电路板上。
本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，所述单片机通过稳压电路的对外输出端取电，且单片机上连接有一超级电容，用于短时供电。
本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，所述单刀双掷继电器的型号为JQC-3F。
本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，所述电流互感器磁芯由硅钢片叠加而成，选择50Hz硅钢片作为电流互感器磁芯材料，叠片系数为10，磁路半径10mm；二次线圈由0.25mm漆包线绕制，一共绕制200匝。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用非接触方式从输电线路的高压线缆上感应取电，从而使得监测装置摆脱了电源的限制，能够直接安装于线路上，且保证了供电的持续性，也无需更换电池，解决了传统技术采用锂电池供电时需要频繁更换的缺点，更加安全、可靠、稳定；并且通过引入充放电管理模块后，能够保证无间断的持续供电。
附图说明
图1为本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置的应用状态示意图。
图2为本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置的电路结构示意图。
图3为本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置的供电模块的电路框图。
图4为本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置的取电模块的电路框图。
图5为本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置的电能调理模块的电路框图。
图6为本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置的无线射频模块的电路图。
图7为本发明一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置的充放电管理模块的电路图。
具体实施方式
参见图1~7，本发明涉及的一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，所述装置包含有监测模块和供电模块；
参见图2，所述监测模块包含有单机片控制模块，所述单片机控制模块上连接有传感器模块、GPS模块和数传电台，所述传感器模块包含有环境温湿度传感器、风速风向传感器、日照辐射传感器和雨量传感器，所述单片机控制模块上还连接有供电模块；
参见图3~5，所述供电模块包含有取电模块、电能调理模块和充放电管理模块；
所述取电模块包含有电流互感器磁芯、二次线圈和取样电阻；所述电流互感器磁芯套装于输电线路的高压线缆上，所述二次线圈缠绕在电流互感器磁芯上，且二次线圈的两个出线端之间连接有取样电阻；取样电阻并联在二次线圈的输出端上用于将感应交变电动势设定在一个合适的电压点；
所述电能调理模块包含有整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电路和稳压电路；
所述整流电路为桥式整流电路和瞬态抑制二极管D3，该桥式整流电路的两个输入端分别接入取电模块的二次线圈的两端，且桥式整流电路的两个输出端中的一端接地，另一端连接至稳压电路中稳压芯片的输入端，一瞬态抑制二极管D3的一端连接至稳压芯片的输入端，另一端接地，该瞬态抑制二极管D3的作用在于保护电源模块不受浪涌冲击；
所述尖端泄放电路包含的稳压二极管D2负极与稳压芯片的输入端相连，稳压二极管D2的正极经分压电阻R4接地，且稳压二极管D2的正极经限流电阻接入场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的漏极经泄放电阻R2接入稳压二极管D2的负极，场效应管Q1的源级接地；当回路中的脉动直流尖峰高于稳压二极管D2的稳压值和分压电阻R4(5.1KΩ,0.5w)的压降总和时，稳压二极管D2将导通；随后，场效应管Q1作为电源的过压保护进入导通状态，脉动直流的尖峰能量转移至泄放电阻R2(50Ω,10w)上对地释放，从而对后续回路起到了保护作用；
所述纹波滤除电路包含有滤波电容C1，该滤波电容C1负极接地，滤波电容C1的正极与桥式整流电路的输出端相连；滤波电容C1(1000µF)可将电压纹波滤除，得到平稳直流电压；
所述稳压电路的稳压芯片的输出端与稳压管D4的负极相连，稳压管D4的正极接地，所述稳压芯片的输出端经电感L1连接至对外输出端，且该对外输出端经一电容C2接地；上述电感L1和电容C2构成输出端的滤波回路；其该外输出端连接至充放电管理模块；
参见图6和图7，所述充放电管理模块包含有型号为RT8525的控制芯片，该控制芯片的输入管脚VIN连接至供电模块的外输出端，所述控制芯片的***连接管脚SYS连接至监测模块的单片机控制模块上，所述控制芯片的电源管脚BAT连接至锂电池；进一步的，指示灯LED1与控制芯片的充电管理芯片的电源状态监测管脚（PGOOD）连接，指示灯LED2与控制芯片的充电状态监测管脚（CHG）连接；充电电流设置管脚（ISETA）决定充电电流值，充电故障计时管脚（TIMER）用来进行充电故障的计时，电容C4（10µF /16V）为计时时长控制电容，电源状态监测管脚（PGOOD）控制指示灯LED1指示输入电源是否正常，充电状态监测管脚（CHG）控制指示灯LED2指示充电是否完毕，限制充电电流的配置管脚（EN1、EN2）及其***电路可限制充电电流的最大值；整个电路运行过程中，充放电管理模块实现对单节锂电池的充放电管理，当控制芯片RT9525检测到输入管脚（VIN）的电压足够时，同时给监测装置供电及给锂电池充电；当控制芯片RT9525检测到VIN管脚的电压仅够给电力设备提供电能时，优先给监测装置供电，停止对锂电池充电；当控制芯片RT9525检测到VIN管脚的电压不够给电力设备供电时，控制芯片RT9525控制锂电池放电给监测装置供电；整个运行过程使电力设备可以得到安全稳定不间断的电能。
进一步的，所述稳压芯片的型号为LM2575，上述对外输出端连接至稳压芯片的第四脚输入反馈信号，从而形成反馈回路提高稳压能力；
进一步的，所述电源还包含有智能保护模块，所述智能保护模块包含有单片机、单刀双掷继电器、无线射频模块和温度传感器，所述单刀双掷继电器串接于二次线圈与整流电路之间的连接导线上，所述单刀双掷继电器的控制端口与单片机相连，所述单片机与无线射频模块和温度传感器相通讯连接，所述温度传感器安装于尖端泄放电路的电路板上；当单刀双掷继电器闭合时，取电模块便将感应电能送与后方器件；当温度传感器检测到温度超标时，单片机通过PGO管脚将单刀双掷继电器（JQC-3F）掷于使电路断开的档位，直到温度恢复正常后，才将单刀双掷继电器重新接入；超级电容在主供电回路断开时向单片机供电；超级电容的容量需保证单片机在主电路断电后的5分钟内能进行尖端泄放电路的温度检测，并在温度进入恢复阈值时，控制单刀双掷继电器重新接入供电回路，为节省超级电容存储电量，所述单片机处于活跃停机模式，仅在测量温度时才启动。在电容供电起第5分钟后，若尖端泄放电路温度仍不能下降到恢复阈值，所述无线射频模块由睡眠模式进入发射模式，可利用ZigBee协议上传电源模块故障数据至后台主机，以便实时监控；在无线射频模块中，射频芯片可选取SI4432；
进一步的，所述单片机通过稳压电路的对外输出端取电，且单片机上连接有一超级电容，用于短时供电，且单刀双掷继电器的型号为JQC-3F；
进一步的，所述电流互感器磁芯由硅钢片叠加而成，选择50Hz硅钢片作为电流互感器磁芯材料，叠片系数为10，磁路半径10mm；二次线圈由0.25mm漆包线绕制，一共绕制200匝；
使用时，将多个监测装置安装于输电线路的高压线缆的不同监测位置处，通过数传电台将传感器模块监测到的各类气象数据传递给后台上位机进行统计和分析；
另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，其特征在于：所述装置包含有监测模块和供电模块；
所述监测模块包含有单机片控制模块，所述单片机控制模块上连接有传感器模块、GPS模块和数传电台，所述传感器模块包含有环境温湿度传感器、风速风向传感器、日照辐射传感器和雨量传感器，所述单片机控制模块上还连接有供电模块；
所述供电模块包含有取电模块、电能调理模块和充放电管理模块；
所述取电模块包含有电流互感器磁芯、二次线圈和取样电阻；所述电流互感器磁芯套装于输电线路的高压线缆上，所述二次线圈缠绕在电流互感器磁芯上，且二次线圈的两个出线端之间连接有取样电阻；
所述电能调理模块包含有整流电路、尖端泄放电路、纹波滤除电路和稳压电路；
所述整流电路为桥式整流电路和瞬态抑制二极管D3，该桥式整流电路的两个输入端分别接入取电模块的二次线圈的两端，且桥式整流电路的两个输出端中的一端接地，另一端连接至稳压电路中稳压芯片的输入端，一瞬态抑制二极管D3的一端连接至稳压芯片的输入端，另一端接地；
所述尖端泄放电路包含的稳压二极管D2负极与稳压芯片的输入端相连，稳压二极管D2的正极经分压电阻R4接地，且稳压二极管D2的正极经限流电阻接入场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的漏极经泄放电阻R2接入稳压二极管D2的负极，场效应管Q1的源级接地；
所述纹波滤除电路包含有滤波电容C1，该滤波电容C1负极接地，滤波电容C1的正极与桥式整流电路的输出端相连；
所述稳压电路的稳压芯片的输出端与稳压管D4的负极相连，稳压管D4的正极接地，所述稳压芯片的输出端经电感L1连接至对外输出端，该外输出端连接至充放电管理模块，且该对外输出端经一电容C2接地；
所述充放电管理模块包含有型号为RT8525的控制芯片，该控制芯片的输入管脚VIN连接至供电模块的外输出端，所述控制芯片的***连接管脚SYS连接至监测模块的单片机控制模块上，所述控制芯片的电源管脚BAT连接至锂电池。
2.如权利要求1所述一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，其特征在于：所述稳压芯片的型号为LM2575，上述对外输出端连接至稳压芯片的第四脚输入反馈信号，从而形成反馈回路提高稳压能力。
3.如权利要求1所述一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，其特征在于：所述电源还包含有智能保护模块，所述智能保护模块包含有单片机、单刀双掷继电器、无线射频模块和温度传感器，所述单刀双掷继电器串接于二次线圈与整流电路之间的连接导线上，所述单刀双掷继电器的控制端口与单片机相连，所述单片机与无线射频模块和温度传感器相通讯连接，所述温度传感器安装于尖端泄放电路的电路板上。
4.如权利要求3所述一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，其特征在于：所述单片机通过稳压电路的对外输出端取电，且单片机上连接有一超级电容，用于短时供电。
5.如权利要求3所述一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，其特征在于：所述单刀双掷继电器的型号为JQC-3F。
6.如权利要求3所述一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置，其特征在于：所述电流互感器磁芯由硅钢片叠加而成，选择50Hz硅钢片作为电流互感器磁芯材料，叠片系数为10，磁路半径10mm；二次线圈由0.25mm漆包线绕制，一共绕制200匝。
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