电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置及监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置及监测系统，其中取电装置包括：电极板、取电控制器、阻抗匹配电路和为后级电路供电的电容阵列，所述电极板设置在由高压线形成的交变电场内，所述取电控制器接在高压线和电极板上，所述取电控制器、阻抗匹配电路和电容阵列顺序串联，所述监测系统包括位于现场的电场微功率取电装置和通讯器。本实施例可以解决电力电缆和输电线路在线监测系统供电难的问题，并且具有结构简单、易于实现、取电安全等特点。
【专利说明】电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置及监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力【技术领域】，尤其涉及一种电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置及监测系统。
【背景技术】
[0002]目前，国家电网正在大力推进电力设备在线监测的建设，例如《变电设备在线监测系统技术导则》、《变电设备在线监测装置通用技术规范》等标准和技术规范的制定。目前，在线监测系统主要应用在变电环节，而输电环节应用还较少，这主要是目前缺少一种有效的直接从电力电缆和输电线路获取电能的技术，导致电力电缆和输电线路在线监测系统存在供电难的问题。
实用新型内容
[0003]有鉴于此，本实用新型提供了一种电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置及监测系统，以解决电力电缆和输电线路在线监测系统供电难的问题。
[0004]本实用新型提供了一种电力电缆和输电线路中电场微功率取电监测系统，包括:位于现场的电场微功率取电装置和通讯器，所述电场微功率取电装置和通讯器形成短距离无线通信网络，所述通讯器还与位于远端的监控服务器通过远程无线网络连接，所述电场微功率取电装置包括:电极板、取电控制器、短距离通讯发送接口、阻抗匹配电路和为后级电路供电的电容阵列，所述电极板设置在由高压线形成的交变电场内，所述取电控制器接在高压线和电极板上，所述取电控制器、阻抗匹配电路和电容阵列顺序串联，所述短距离通信发送接口与所述取电控制器连接，且所述短距离通信发送接口与所述通讯器形成短距离无线通信网络。
[0005]进一步，所述通讯器包括:通讯主体和与所述通讯主体连接的太阳能供电器。
[0006]进一步，所述通讯主体包括:短距离通信接收接口、主控制器和GPRS接口，所述主控制器分别与短距离通信接收接口和GPRS接口连接。
[0007]进一步，所述电极板为铜电极。
[0008]本实用新型还提供了一种电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置，包括:电极板、取电控制器、阻抗匹配电路和为后级电路供电的电容阵列，所述电极板设置在由高压线形成的交变电场内，所述取电控制器接在高压线和电极板上，所述取电控制器、阻抗匹配电路和电容阵列顺序串联。
[0009]进一步，所述电极板为铜电极。
[0010]进一步，还包括:短距离通讯发送接口，所述短距离通讯发送接口与所述取电控制器连接。
[0011]进一步，所述后级电路包括:串联的传感器、A/D转换器、CPU和通讯模块。
[0012]本实用新型的有益效果:
[0013]本实用新型的电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置通过电极板、取电控制器、阻抗匹配电路和电容阵列形成非接触式的电容耦合取电装置，具有结构简单、易于实现、取电安全等特点，能够解决电力电缆和输电线路在线监测系统供电难的问题。另外，本实用新型提供的电力电缆和输电线路中电场微功率取电监测系统，通过电场微功率取电装置和通讯器可以将取电的相关信息发送给远端的监控服务器，实现对取电信息的监控，以为改近取电装置提供数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述:
[0015]图1是本实用新型提供的电力电缆和输电线路中电场微功率取电监测系统的实施例的结构示意图。
[0016]图2是本实用新型提供的电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置的实施例的结构示意图。
[0017]图3是通讯器的实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]目前常用的从输电线路上直接取电的方式有:
[0019](I)、根据电磁感应原理，利用变压器耦合原理，利用原副边分离的变压器，当原副边距离较近时，通过磁通耦合，将原边能量传递到副边。该种方式适合于近距离传递比较大的能量，可以达到数百瓦，甚至更大，可以满足大多数弱电设备能量传递的需求。但是，该方式中变压器的制作相对困难，而且成型设备体积比较大，不利于集成、安装和携带，而且，变压器铁芯的设计、材料也是制约其发展的主要问题。
[0020](2)、通过电磁共振传递能量，发送端将电能转换成高频振荡的信号，利用天线将能量发送到空中，接受端配置匹配发送端的天线，通过“共振”方式，将能量接收下来，然后通过高频整流技术，将该能量转换为直流电源，并加以使用。这种方式可以在数米内实现数十瓦到数百瓦的功率。但是，采用此种方式，需要制作精良的共振天线，其工艺较为复杂，不适合于量产，而且受天线尺寸影响，其成品也比较大。同时，一般要求受电设备放置到一定区域，同时不能有其他导电金属在充电器附近，以提高充电效率和避免发生漏电等危险。在电力工业领域，主要应用于电动汽车的非接触式充电。
[0021](3)、根据电场I禹合方式,主要利用电容I禹合原理:在交变电场中的一对电容极板，由于位移电流的存在，因而会在这对极板上积聚电荷，这个过程就像是在给电容充电，如果电容极板加上负载，便会在负载上形成交变电流，简单的说，就是负载得到了电场的能量，因此是一种非接触式电能传输方式。这种方式，传输的能量比较小，适用于低功耗设备或者间歇工作方式的设备。
[0022]本实新型基于(3)中的原理提出了一种电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置及监测系统。
[0023]如图1所示，是本实用新型提供的电力电缆和输电线路中电场微功率取电监测系统的实施例的结构示意图。其包括:位于现场的电场微功率取电装置I和通讯器2，以及位于远端的监控服务器3。
[0024]其中，电场微功率取电装置I和通讯器2形成短距离无线通信网络，由于电场微功率取电装置I并不能搜集较大的能量，它只能给电流小、功耗低的设备使用，所以，其数据并不适合于远距离传输，所以为了验证和采集数据方便，增加了通讯器2，它的作用是将电场微功率取电装置I的信息中转传输给远端后台。在野外，考虑到安装和取电的方便，通讯器2采用太阳能供电方式，平时只接收电场微功率取电装置I发送的信息，根据需要，将这些信息打包之后传输给远端。
[0025]其中，通讯器2和监控服务器3通过远程无线网络连接，例如:GPRS网络。监控服务器3通过无线链路采集来自通讯器2转发的电场微功率取电装置I的数据，并将这些数据存入数据库；并通过设置，对采集到的数据进行分析，包括生成各种统计图和报表(数据列表、直方图、时间曲线、按选定时间标度对比表格等等)。
[0026]本实施例，通过电场微功率取电装置I和通讯器2可以将取电的相关信息发送给远端的监控服务器，实现对取电信息的监控，以为改近电场微功率取电装置I提供数据依据。
[0027]如图2所示，是电场微功率取电装置I的实施例的结构示意图，其包括:电极板
11、取电控制器12、短距离通讯发送接口 13、阻抗匹配电路14和为后级电路供电的电容阵列15。
[0028]其中，电极板11设置在由高压线形成的交变电场内，取电控制器12接在高压线和电极板11上，取电控制器12、阻抗匹配电路14和电容阵列15顺序串联，其中短距离通信发送接口 13与取电控制器12连接，且短距离通信发送接口 13与通讯器形成短距离无线通信网络。其中电极板11可以为铜电极。
[0029]其中，取电控制器12是核心，它完成从电极板11获取电能，并将其送入阻抗匹配电路14。因此，要求取电控制器12具有极高的转换效率和低的工作电压，同时，具有自保护功能，如过压、过流等。
[0030]其中，阻抗匹配电路14完成取电控制器12输出级与电容阵列15的阻抗匹配，接近最大能量传输效率。
[0031]其中，电容阵列15起到储能作用，提供后级电路的工作电源。
[0032]其中，后级电路，包括顺序串接的传感器、AD、CPU和通讯模块，等等，是为了验证前级取电、储能装置的效果增加的电路，该后级电路可根据应用的不同，选择不同的电路。
[0033]其中，取电控制器12是接在高压线和置于高压交变电场的电极板11上，利用其电容效应，积攒电荷，当电荷积累到一定时候，将电荷经匹配电路转移到电容阵列内储存起来；随着电荷在电容阵列上的不断增加，最终可以达到后级电路的工作条件(主要是电压和功率需求)，再根据需要将这些电能传递给后级电路使用。
[0034]本实施例，通过电极板、取电控制器、阻抗匹配电路和电容阵列形成非接触式的电容耦合取电装置，具有结构简单、易于实现、取电安全等特点，能够解决电力电缆和输电线路在线监测系统供电难的问题。
[0035]本实施例，可为温湿度检测，或者灯光闪烁等指示任务提供间隔电能。本实施例，可以在高压输电线路上间歇提供数百毫瓦级的电能，为温度、湿度等缓变量的数据采集，或者间歇闪光带电指示等低功耗装置提供稳定电源，且该装置易于安装维护，便于使用。
[0036]如图3所示，是通讯器2的实施例的结构示意图，其包括:通讯主体21和与通讯主体21连接的太阳能供电器22。[0037]其中通讯主体21包括:短距离通信接收接口 221、主控制器222和GPRS接口 223，其中主控制器222分别与短距离通信接收接口 221和GPRS接口 223连接。
[0038]本实施例，由于通讯器2应用于野外，考虑到安装和取电的方便，通讯器2采用太阳能供电方式。
[0039]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种电力电缆和输电线路中电场微功率取电监测系统，其特征在于:包括:位于现场的电场微功率取电装置和通讯器，所述电场微功率取电装置和通讯器形成短距离无线通信网络，所述通讯器还与位于远端的监控服务器通过远程无线网络连接，所述电场微功率取电装置包括:电极板、取电控制器、短距离通讯发送接口、阻抗匹配电路和为后级电路供电的电容阵列，所述电极板设置在由高压线形成的交变电场内，所述取电控制器接在高压线和电极板上，所述取电控制器、阻抗匹配电路和电容阵列顺序串联，所述短距离通信发送接口与所述取电控制器连接，且所述短距离通信发送接口与所述通讯器形成短距离无线通信网络。
2.如权利要求1所述的电力电缆和输电线路中电场微功率取电监测系统，其特征在于:所述通讯器包括:通讯主体和与所述通讯主体连接的太阳能供电器。
3.如权利要求2所述的电力电缆和输电线路中电场微功率取电监测系统，其特征在于:所述通讯主体包括:短距离通信接收接口、主控制器和GPRS接口，所述主控制器分别与短距离通信接收接口和GPRS接口连接。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电力电缆和输电线路中电场微功率取电监测系统，其特征在于:所述电极板为铜电极。
5.一种电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置，其特征在于:包括:电极板、取电控制器、阻抗匹配电路和为后级电路供电的电容阵列，所述电极板设置在由高压线形成的交变电场内，所述取电控制器接在高压线和电极板上，所述取电控制器、阻抗匹配电路和电容阵列顺序串联。
6.如权利要求5所述的电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置，其特征在于:所述电极板为铜电极。
7.如权利要求5所述的电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置，其特征在于:还包括:短距离通讯发送接口，所述短距离通讯发送接口与所述取电控制器连接。
8.如权利要求5-6中任一项所述的电力电缆和输电线路中电场微功率取电装置，其特征在于:所述后级电路包括:串联的传感器、A/D转换器、CPU和通讯模块。
【文档编号】H02J13/00GK203660670SQ201420035767
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月21日 优先权日:2014年1月21日
【发明者】黄静, 王剑飞, 孙毅, 牟建军, 许容 申请人:国家电网公司, 国网重庆市电力公司万州供电分公司