叠加式电场感应取电装置的制作方法

本发明涉及高压交流设备的供电系统。

背景技术：

现有高压交流设备除了直接使用高压交流电源，需要另行供电的多为市电供电，自带电源，感应取电3类方式供电；市电供电多用于给功耗大的大型设备供电，需要设置输电线路，使用中多有不便；自带电源通常由化学一次电池供电，或化学二次电池加太阳能电池或风力发电组合，一次电池供电需要定期更换电池，一次与二次电池有漏液与在高温下爆炸的危险，电池泄漏出的物质具有导电性，会造成高压电力系统短路的危险；感应取电直接从高压输电线路中摄取电能，具体分为电流感应取电与电场感应取电2种，电流感应取电利用电流互感器原理，从输电线路产生的磁场中摄取电能，高压输电线路中的电流不稳定，电流小时取得的电能也小，甚至取不到电，电流大时有磁芯过热的问题，电流感应取电取得的电能很不稳定。

电场感应取电利用感应板（如图1中1）本身的对地电容，与三相高压输电线路中之一路相连接的高压端（如图1中2）形成电压差，以此作为原始电源，该电源特点是开路电压高，等于相电压，短路电流与感应板外形与高压端对地电压高低有关，是个极小的数值，通常在数μa或数十μa数量级；原始电源经过整流电路（如图1中3）进行整流，之后经过倍流电路，即整流电路（如图1中3）后部的电路，进行降压增流，电路原理如下：

整流电路（如图1中3）输出的直流电流经过充电二极管（如图1中11～13）与之串联的储能电容（如图1中14～17），储能电容（如图1中14～17）每只的容量相等，对储能电容进行串联充电，后级电容储能电容（如图1中17）电压超过双向触发二极管（如图1中19）转折电压时，可控硅（如图1中20）被触发，形成大电流放电，原始电源输出电流能力极低，电压被拉低，储能电容（如图1中14～17）通过放电二极管（如图1中5～10）以并联方式经过可控硅（如图1中20）、限流电阻（如图1中21）对末级储能滤波电容（如图1中22）进行放电，放电电流减小到可控硅（如图1中20）维持电流时，可控硅截止，电路重复充电过程；由前述倍流电路工作原理可知，倍流电路有多少单节储能电路（如图1中4），就相应有多少倍率的降压增流能力，其中首尾单节储能电路中二极管数目有所减少。

要使负载得到最大功率，负载与电源阻抗必须匹配，使负载阻抗等于电源阻抗，电场感应取电的电源输出端是感应板（如图1中1）与高压端（如图1中2），电源阻抗为感应板（如图1中1）对地电容，为纯容性阻抗，负载阻抗为整流电路（如图1中3）与之连接的倍流电路与后级电路，其伏安特性可以视为纯电阻，是个非线性电阻，倍流电路起阻抗变换器作用，电源的电容性阻抗与负载的电阻性阻抗相等时，负载2端的电压受电源的电容性阻抗移相影响，相位超前电源相位45°，对应电压值为电源u×sin45°,对于常见的10kv线电压输电线路，感应板（如图1中1）对高压端（如图1中2）电压为相电压5.8kv，达到理想阻抗匹配时，负载2端的电压=5.8kv×sin45=4.1kv。

倍流电路倍流能力为4倍时，倍流电路输出电压为20v时感应板与高压端的输出电压为20v×4=80v，80v离理想阻抗匹配时电压4.1kv偏离得极大，这导致电场感应取电方式取电效率极低，输出电能极小；专利201620015202.8公布了一种效率较高的电场感应取电方式，通常可以使感应板与高压端的输出电压达到1500v，但使用了开关电源，体积较大。

电场感应取电方式的感应板形状与位置固定时，取得的电能值只与高压端对地电压有关，该电压与输电线路的线电压成正比例关联，输电线路的线电压极为稳定，因此电场感应取电方式取得的电能极为稳定。

技术实现要素：

本发明提供一种主要用于10kv以上线路取电用的电场感应取电装置；现有技术中的感应板、高压端、整流电路保留，高压端也可以是通过感应板与三相高压输电线路中之一路之间的分散电容连接，高压端也可以更换成与大地相连接的接地端。

电路原理见图2（如图2）电路原理方框图，整流电路输出端与分组电源（如图2中1、2）中储能电路（如图2中3、4）连接，储能电路相互串联，启动电源（如图2中7）与驰张振荡电路（如图2中8）连接，为其供电，驰张振荡电路（如图2中8）通过隔离电路（如图2中9、10）与分组电源（如图2中1、2）中电子开关（如图2中5、6）控制极连接，分组电源（如图2中1、2）中储能电路（如图2中3、4）通过电子开关（如图2中5、6）与变压器初级绕组连接；变压器次级连接整流滤波电路作为输出端。

储能电路（如图2中3、4）最简单形式是使用单只储能电容形成储能电路，复杂的形式是，使用多只储能电容（如图1中14～17）与整流二极管（如图1中11～13与5～10）按照背景技术中倍流电路（如图1）中的方式连接，与分组电源（如图2中1、2）中电子开关（如图2中5、6）形成倍流电路，储能电容（如图1中14～17）充电路径为串联方式充电，放电路径为并联方式放电，使用多只储能电容时，一个储能电路（如图2中3、4）中储能电容数量通常为2～4只；储能电路3、4（如图2中3、4）中储能电容容量通常相等。

通常在储能电路（如图2中3、4）串联回路中再串联一组储能电路，或者新增加的储能电路通过限流电阻与整流电路输出端连接，新增加的储能电路与背景技术中专利201620015202.8提供的电源连接或者是连接其它类型高效率开关电源作为启动电源（如图2中7）；启动电源（如图2中7）还可以是化学电池备用电源，使用化学电池备用电源作为启动电源（如图2中7）时，则不需要额外的储能电路，叠加式电场感应取电装置启动后，由输出端代替化学电池备用电源作为启动电源（如图2中7），这可以选用电压比叠加式电场感应取电装置输出电压略低的化学电池备用电源，化学电池备用电源与叠加式电场感应取电装置输出端负极相连接，化学电池备用电源正极连接二极管正极，二极管负极连接叠加式电场感应取电装置输出端正极，这样化学电池备用电源作为叠加式电场感应取电装置最初启动用电源，叠加式电场感应取电装置启动后，二极管阻断化学电池备用电源与叠加式电场感应取电装置的电路连接。

隔离电路（如图2中9、10）作用在于对驰张振荡电路（如图2中8）与分组电源（如图2中1、2）进行电气隔离，隔离电路（如图2中9、10）隔离方式通常有光电隔离与磁场隔离2种，光电隔离用光耦隔离或由光电发射与光电接收装置之间的光纤实现电气隔离，磁场隔离利用变压器初级与次级线圈电气隔离作用实现电气隔离。

驰张振荡电路（如图2中8）发出脉冲信号，经过隔离电路（如图2中9、10）传递到分组电源（如图2中1、2）中电子开关（如图2中5、6）控制极，控制电子开关（如图2中5、6）周期性闭合与断开，分组电源（如图2中1、2）中储能电路3、4（如图2中3、4）中储能电容存储的电能经过分组电源（如图2中1、2）中变压器进行隔离，转换到分组电源（如图2中1、2）中变压器次级，进整流滤波后输出低压电能，完成把高压弱电流电能转变成低压大电流电能。

分组电源（如图2中1、2）具有多个分组，以35kv线路为例，使用工作最高电压1.5kv的电子开关，要求最高效率时，则分组电源（如图2中6、7）应该达到14组；分组电源（如图2中1、2）中变压器通常使用公用变压器，储能电路3、4（如图2中3、4）通过电子开关连接到公用变压器不同的初级绕组，分组电源（如图2中1、2）也可以使用独立的变压器，不同变压器输出端通常并联后连接整流滤波电路作为输出端，公用变压器与独立的变压器初级在实际使用中还应该增加反峰吸收电路，公用变压器与独立的变压器工作在正激与反激状态均可，工作在正激状态时输出电路中还需要补加续流电感与续流二极管。

附图说明

图1为现有电场感应取电方式电路原理图，1为感应板，2为高压端，3为整流电路，4为倍流电路中单节储能电路，5～10为放电二极管，11～13为充电二极管，14～17为储能电容，18为限流电阻，19为双向触发二极管，20为可控硅，21为限流电阻，22为末级储能滤波电容。

图2为叠加式电场感应取电装置电路原理方框图，1、2为分组电源，3、4为储能电路，5、6为电子开关，7为启动电源，8为驰张振荡电路，9、10为隔离电路，11为电压采样电路。

具体实施方式

驰张振荡电路（如图2中8）发出的脉冲信号为固定状态时，只适合恒定功率负载，并不适合负载有变动的情况。

对于负载有变动的情况，应在叠加式电场感应取电装置输出端增加电压采样电路（如图2中11），实际使用中电压采样电路（如图2中11）形式可以是现有开关电源中采用的形式，电压采样电路（如图2中11）与驰张振荡电路（如图2中8）连接，驰张振荡电路（如图2中8）发出的脉冲信号受控于电压采样电路（如图2中11）给出的电压信号，叠加式电场感应取电装置输出端电压变化时，驰张振荡电路（如图2中8）发出的脉冲信号频率或占空比发生变化，最终达到稳定输出端电压目的。

新增加的储能电路通过限流电阻与整流电路输出端连接，新增加的储能电路与背景技术中专利201620015202.8提供的电源连接或者是连接其它类型高效率开关电源作为启动电源（如图2中7）；可以使用现有开关电源技术中振荡电路构成驰张振荡电路（如图2中8），对分组电源（如图2中1、2）中电子开关（如图2中5、6）进行开关控制，达到使输出端电压稳定的目的。

储能电路（如图2中3、4）串联回路中再串联一组储能电路，新增加的储能电路与背景技术中专利201620015202.8提供的电源连接或者是连接其它类型高效率开关电源作为启动电源（如图2中7），将现有开关电源技术中振荡电路构成驰张振荡电路（如图2中8）输出的信号经过反相器进行反相处理，也可以达到使叠加式电场感应取电装置输出端电压稳定的目的，稳压具体过程是，如果叠加式电场感应取电装置输出端电压升高，则分组电源（如图2中1、2）中电子开关（如图2中5、6）对储能电路（如图2中3、4）储能电容放电速度加快，导致储能电路（如图2中3、4）储能电容的电压平均值下降，使感应板与高压端分压减少，感应板与高压端的电流只是小幅度增加，感应板取得的电能总功率下降，最终转换到叠加式电场感应取电装置输出端的电能也减小，使输出端电压下降，完成稳压过程，如果输出端电压过低时，稳压过程与前述相反。

电压采样电路（如图2中11）输出的电压信号经过低通滤波器，再连接驰张振荡电路（如图2中8），低通滤波器截止频率低于工频倍频的频率，则流经整流电路的电流波形接近正弦波，起到有源功率因数校正作用，对感应板采集到的电能利用效率也增加；这样叠加式电场感应取电装置输出端低频纹波将会大幅增加，应该在叠加式电场感应取电装置输出端添加稳压电路，对输出电压进行稳压，稳压电路类型通常为dc-dc类型，也可以使用线性稳压电源，要求输出多路电压时，应该使用ac-dc类型。

本发明公布的电源可以用作高压输电线路在线监测装置的电源，实现稳定的无间断供电。