导线感应取电的关键技术研究

朱成喜 韩晓新 于冬梅 邢绍邦

（江苏理工学院电气信息工程学院，江苏 常州 213001）

0 引言

现今高压输电线路上的监测装置越来越多地使用感应取电的方法给装置供电。目前感应取电主要有2种方法，一种是为感应铁芯引入气隙磁阻的方法，另一种是使用双向可控硅限制二次侧输出电压的方法。但这2种取电方法都存在着一定的问题，比如一次侧电流较小时（如40 A），供电系统无法给监测装置提供所需功率的问题；取电方式的稳定性不够以及取电铁芯、双向可控硅发热严重的问题。

本文提出了出一种利用双向可控硅和加入一种交流调压电路的方法，解决了系统输出功率不足、稳定性不够以及双向可控硅和整流器存在发热严重的问题，同时在一次侧电流较大时（如1 000 A）把铁芯二次侧输出功率稳定在较小的范围内，为监测装置供电，保证监测装置的稳定运行。

1 系统原理框图

本设计主要电路包括保护及降压电路、交流调压电路和整流滤波模块。取电线圈从输电线路上感应出交流的电压电流，经过3个电路的调理后，可以输出稳定的直流电压给监测装置使用。电路原理框图如图1所示。取电铁芯和取电线圈的作用是直接从输电线路获取电能，二次侧输出的电能经过保护及降压电路被调理成电压振幅适中的电能，后经过交流调压电路，进一步把电压限制在一定范围内，整流滤波电路对交流进行整流和滤波，以提供给监测装置稳定的直流电压。

图1 电路原理框图

2 电路设计

2.1 保护及降压电路

取电线圈从高压输电线上感应出交流的电压电流后，接下来进入保护及降压电路。保护及降压电路主要由放电管和双向可控硅组成，如图2所示。放电管的作用是防止线路雷击或短路给二次侧产生冲击电流对后面电路的破坏。双向可控硅的作用就是把二次侧输出的电压钳制在一定的范围内，以方便后级电路的处理。双向可控硅的触发极使用一个电位器来控制双向可控硅导通的时间，从而控制二次侧输电电能的电压。由于二次侧输出电能的电压和功率很高，所以此时电位器的阻值应很大，以降低双向可控硅导通的时间，防止双向可控硅因吸收的功率太大而导致发热严重损坏。同时可控硅还可以滤除副边电压过高的尖锋，起到保护电路的作用。图3为经过保护及降压电路后输出的电压波形。

图2 保护及降压电路

图3 双向可控硅降压波形

2.2 交流调压电路

输出电能经过双向可控硅时，如果触发电压过小会导致双向可控硅发热严重。为了防止此现象发生，应适当调大触发可控硅的电压值，在后级电路中加入交流调压电路，把输出电压进行降压，然后再经过整流电路，将输出的电压值提供给监测装置。交流调压电路（图4）的作用是进一步降低输出电压的值，避免双向可控硅发热严重。

图4 交流调压电路

交流调压电路主要由2个方向相反的二极管并联组成，当输出电压幅值达到二极管导通值时，二极管导通，把输出电压的幅值限制在二极管导通时的电压，从而把输出电压的幅值限制在一定范围内，以提供给整流电路较低的电压幅值。交流调压波形如图5所示。

图5 交流调压波形

2.3 整流滤波电路

整流电路的作用是将交流电压转换为直流电压，用来提供给后面的直流变换电路将电压值变换为监测装置所需电压值，如图6所示。

图6 整流滤波电路

本设计采用全桥式整流电路，由4个大功率二极管组成桥式电路。当输入电压处于正半周时，二极管D7和D6导通，忽略二极管的压降值，输出电压等于输入电压值；当输入电压处于负半周时，二极管D5和D8导通，忽略二极管的压降，输出电压等于输入电压值，并且方向仍然为正。整流波形如图7所示。

图7 整流波形

滤波电路采用的是电容滤波电路，把电容C1和C2并在电路之中，当输入电压的幅值变化很大的时候，利用电容的充放电特性，输出到负载上的电压波形会变得平滑，以利于后面直流变换电路把电压变换为直流电压。

铁芯输出的交流电压经过保护及降压电路、交流调压电路和整流滤波电路的处理后，输出一个稳定的直流电压，再经过一定的直流变压电路，就可以为后级监测设备提供稳定的电源电压。

3 实验分析

本实验测试铁芯接上取电模块后的输出电压及输出功率。本设计的取电装置应能在原边电流大于40 A时输出足够的电压与功率，这样才能为后端监测设备提供稳定的电能。实验测试电路如图8所示。

图8 实验测试电路

实验中电流发生器的电流从40 A到100 A变化，负载电阻的大小稳定为7Ω，利用电压表测试输出电压并计算电路输出的功率，数据如表1所示。

表1 取电装置输出电压及输出功率测试数据

由表1可知，当原边电流大于40 A时，取电装置可以为监测装置提供稳定的4 V以上的电压和2.25 W以上的功率，保证监测装置可以连续稳定的运行。当原边电流在800 A时，经测试，取电装置的温度在45℃左右，双向可控硅的温度在40℃以内，可以保证持续运行。实验证明了此取电装置的可靠性和有效性。

4 结论

本文提出了一种利用双向可控硅和一种交流调压电路的方法，经实验证明，在输电线路电流40 A到100 A变化时，取电装置可以为监测装置提供稳定的4 V以上的电压和2.25 W以上的功率；同时在输电线路电流为800 A时，取电装置的温度稳定在45℃左右，且双向可控硅和整流器发热不严重，解决了双向可控硅和整流器存在发热严重的问题，保证了监测装置的稳定运行。

［1］李先志，杜林，陈伟根，等.输电线路状态监测系统取能电源的设计新原理［J］.电力系统自动化，2008（1）

［2］周顺荣.电机学［M］.第2版.北京：科学出版社，2007

［3］沙玉洲，邱红辉，段雄英，等.一种高压侧自具电源的设计［J］.高压电器，2007（1）