專利名稱：高頻鐵芯互感器實現(xiàn)高壓線通訊的制作方法
高頻鐵芯互感器實現(xiàn)高壓線通訊
背景技術(shù)：
高壓輸變電系統(tǒng)，特別是IOKV配電系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)開關(guān)跳閘停電事故，對于無 人職守的開關(guān)跳閘如果人工合閘送電，則需要很長時間，這就是造成停電時間過長的主 要原因，另外，跳閘電流等運行參數(shù)也無法傳給供電局管理體系，這對事故判定造成困 難。為了解決這個技術(shù)難題，實現(xiàn)電力網(wǎng)的智能化運行就必須解決沿電力線通訊的技術(shù) 難題，只有實現(xiàn)了沿電力線的通訊后，才能將電力網(wǎng)運行參數(shù)傳給供電局內(nèi)的計算機存 儲成為技術(shù)運行檔案。只有這樣才能及時判定事故，也可由計算機下令遠距離通訊送 電，使電力網(wǎng)真正實現(xiàn)智能化運行。專利號為20100537447.4發(fā)明專利中只敘述了低壓供 電網(wǎng)的通訊技術(shù)內(nèi)容，而沒有解決沿高壓電力線通訊的方法，本發(fā)明就是解決了沿高壓 線傳輸通訊信號的方法。實質(zhì)性技術(shù)內(nèi)容高壓交流電力線是三相制運行方式，對地電壓高，又沒有0線可利用，因此沿 高壓線路疊加通訊信號非常困難。但是供電變壓器是由IOKV線路變?yōu)榈蛪弘姾蠼o用戶 供電，這樣就可將通訊信號經(jīng)高頻鐵芯互感器疊加在供電變壓器低壓線卷上，供電變壓 器自然就會轉(zhuǎn)變成為高壓線卷上向高壓線路傳輸通訊信號了。為了提高轉(zhuǎn)換效率，不能 將高頻鐵芯互感器套裝在0線上，而是由電容器引線穿過高頻鐵芯互感器后并聯(lián)在供電 變壓器的低壓線卷上，電容器與供電變壓器線卷之間連線越短越好，最好直接接在變壓 器出線口上。這樣供電變壓器與負載之間的線路電感就對電容上輸出電流起阻止向負載 傳輸?shù)淖饔茫虼穗娙萜鬏敵鲭娏鹘^大部分轉(zhuǎn)換成為高壓線電流了。另外只有電容器引 線穿過高頻鐵芯互感器，強電電流很小不會使鐵芯飽合，對于高頻50千周，鐵芯截面積 為2cm2時一匝線圈電壓降可達25V以上，一次線圈12匝，直流電源300V，工作電流 5A可輸出1.5KW高頻功率。50千周高頻電流從最大值下降為0正是四分之一周期等于 5微秒，這么短時間內(nèi)的變壓器輸出的強電電壓值可視作不變，如果合理選取電容值，那 么電容器在5微秒正好上升25V，這樣電容器兩端電壓正好與一匝引線上的高頻電壓抵消 掉。高頻鐵芯互感器一次線卷帶中心抽頭，中心抽頭與300V直流電源正極相接，一 次線卷兩個端點分別經(jīng)電子開關(guān)管與直流電源負極相接，工作時由第一只電子開關(guān)管導 通四分之一周期后關(guān)斷，這期間電容器兩端電壓因突變產(chǎn)生沖擊電流最大值，經(jīng)四分之 一周期電壓上升25V正好與一匝高頻電壓相抵消，電流也下降為0，第一只電子開關(guān)管關(guān) 斷的同時第二只電子開關(guān)管導通，電容器沖擊電流最大值又會經(jīng)四分之一周期下降為0， 而電容器電壓從25伏放電到0.這半個周期內(nèi)高頻鐵芯互感器的激磁電流也是由0上升為 極大值，又從極大值下降到0.所以激磁電流上升和下降也是半個周期，正是第二只電子 開關(guān)管關(guān)斷時刻，該時刻激磁電流和電容器工作電流都等于0，因此第二只電子開關(guān)管關(guān) 斷后不會出現(xiàn)振蕩電流和電壓，這種半波工作方式對于高頻一次線卷正、反方波脈沖電 壓，而對于電容器回路是電壓上升和下降的三角波脈沖電壓，同樣電流值也是三角波脈 沖工作方式。這種孤立的脈沖波可準確計數(shù)和編程而成為發(fā)送短信的脈沖信號電壓沿電力線路傳輸。第一只電子開關(guān)管導通時產(chǎn)生的高頻電流應(yīng)與50周波的低頻電壓極性相 同，而工作時最好選在強電電壓220伏以下，這樣疊加的高頻電壓信號不會超過強電的 峰值電壓值，不會對電路絕緣造成任何影響。這種能夠產(chǎn)生孤立脈沖的工作方式，可以 準確計數(shù)而成為編程的短信信號電壓才是發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)。只要在高頻鐵芯互感器上繞 制一個接收信號線卷即可接收到其他供電變壓器發(fā)送的短信了，這樣就將接收裝置和發(fā) 送裝置集為一身，實現(xiàn)雙向通訊了。例如現(xiàn)有機械式電能表是由與電壓和電流同相位的 磁場作用力使鋁盤轉(zhuǎn)動，由齒輪減速后帶動數(shù)字盤記錄電度數(shù)，該電度數(shù)作為供電局收 費的計量電能表數(shù)。為了將數(shù)字盤記錄的電度數(shù)轉(zhuǎn)換可由芯片編程的通訊字碼，在鋁盤 上打一個小孔可透光，在小孔上方裝上發(fā)光二極管，在小孔下方裝上光敏三級管，鋁盤 每轉(zhuǎn)一周小孔就會透光一次，光敏三極管則導通一次，由芯片記錄出鋁盤的轉(zhuǎn)動次數(shù)， 就將電度數(shù)記錄在芯片中了，并且轉(zhuǎn)化成為可通訊的字碼了，這樣就將機械式電度表變 成為智能化電度表了。供電變壓器負載線卷為星形接線，當穿過高頻鐵芯互感器的電容器并聯(lián)在0線 和火線之間，只能在一相上感應(yīng)出高頻信號，因此必須在另外一相火線和0線之間并聯(lián) 一個相同的穿過高頻鐵芯互感器的電容器，并且同時控制電子開關(guān)管工作，而且第一只 電子開關(guān)管導通時應(yīng)與另一相產(chǎn)生反向方波脈沖，關(guān)斷后第二只電子開關(guān)管導通時才會 產(chǎn)生正向脈沖，這樣才會在火線上感應(yīng)出一個與前面所述的高頻方波脈沖電壓相加，而 不會被相互抵消，因此在兩相火線之間就出現(xiàn)一個相互疊加的三角波脈沖了。該脈沖信 號可經(jīng)供電奕壓器轉(zhuǎn)換成IOKV高壓線卷中成為沿IOKV高壓電路傳輸?shù)男盘?，該信號?以經(jīng)更高電壓變壓器轉(zhuǎn)換成為110KV高壓信號。還有一種結(jié)構(gòu)方式，是將高頻鐵芯互感器負載線卷可以繞成2000匝，與高壓電 容器串聯(lián)后直接與50萬伏輸電線路的兩相連接，一次線卷仍按上述方式不變，但它必須 承受50萬伏絕緣才行。一次線卷中心抽頭接300V直流電源正極，兩個端點分別由兩個 電子開關(guān)管與直流電源負極連接，計算機或芯片控制電子開關(guān)管導通5μ s后關(guān)斷的同時 另一個電子開關(guān)管導通5 μ S，停止一下，這樣每10 μ S出現(xiàn)一個孤立方波脈沖，IOOys內(nèi) 最多出現(xiàn)10個脈沖，如果只出現(xiàn)1個脈沖則對應(yīng)手機按鍵1，只出現(xiàn)2個脈沖對應(yīng)手機 按鍵2，仍此類推，出現(xiàn)10個脈沖對應(yīng)手機按鍵為0，正好對應(yīng)1、2、3、4、5、6、7、 8、9、0的10個手機按鍵，由此可以按手機編程轉(zhuǎn)換成漢字方式發(fā)送短信了。


附圖-1-是高頻鐵芯互感器的接線電路圖。圖中1是供電變壓器二次負載線卷，
2是穿過高頻鐵芯互感器的電容器，3和4是帶中心抽頭的正、反一次線卷，5是直流電 源的儲能電容器，中心抽頭接于直流電源正極，6和7分別是正、反線卷的控制電子開關(guān) 管，分別控制正、反線卷與直流電源負極的導通和關(guān)斷，8是接收其他供電變壓器高頻信 號輸出線卷，并由芯片或計算機檢測實現(xiàn)雙向通訊。
實施例110KV/10KV變電所，變電所用電取自IOKV配變壓器時，則將高頻鐵芯互感器
按附圖-1-接線，所用配電變壓器三相都一樣安裝相同設(shè)置，任選兩相同時工作時則高頻通訊信號感應(yīng)至110千伏線路上傳輸信號了。電流、電壓、功率，電能計量等運行參 數(shù)輸入計算機存檔，同時也將IOKV開關(guān)分斷的電流值和分斷次數(shù)輸入給計算機存檔。這 種高壓通訊信號可同時沿IOKV和110KV線路傳輸，因此不但可以將運行參數(shù)傳給供電 局，也可以直接操作110KV以及IOKV聯(lián)網(wǎng)運行的高壓切換開關(guān)，這對于無人職守的野 外聯(lián)網(wǎng)的高壓切換開關(guān)的運行操作有重大意義，它使風能、太陽能等新型能源并網(wǎng)操作 大為簡化。同時應(yīng)用在500KV或220KV遠距離輸電線路，在野外交匯處，由無人職守的 高壓開關(guān)切換聯(lián)網(wǎng)運行的控制也是大為簡化，只要將高頻鐵芯互感器通訊設(shè)備及直流備 用電源一起安裝在高壓線鐵塔上即可由計算機控制操作運行。就是在城市居民區(qū)中不同 系統(tǒng)的110KV及IOKV線路交匯處的聯(lián)網(wǎng)切換開關(guān)控制同樣實用，它的應(yīng)用可以避免檢 修設(shè)備或事故造成長時間停電和調(diào)峰運行都有實際意義，當IOKV配電線路短路停電事故 出現(xiàn)時，可以由計算機控制恢復(fù)送電，只需要幾秒鐘，省去了人工到現(xiàn)場的操作時間。只要將不同的高壓變壓器、高壓切換開關(guān)及儀表按順序給出各自密碼，只要對 上密碼才能接通通訊信號，這就相當于手機卡號一樣，實現(xiàn)一對一的雙向通訊。本發(fā)明給高壓線路通訊和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)切換運行提供了新途徑，使電力聯(lián)網(wǎng)運 行更靈活也更安全，也給不同系統(tǒng)調(diào)控負荷及并網(wǎng)發(fā)電創(chuàng)造了更便捷的途徑。我們知道 由于多種原因全國造成空載運行的變壓器數(shù)量非常大，例如農(nóng)業(yè)灌溉、水利、礦山變壓 器，夜間或節(jié)假日停產(chǎn)的工廠生產(chǎn)變壓器等都會產(chǎn)生很大的鐵損電能，有的甚至于幾個 月之內(nèi)空載也照常運行的變壓器很多，供電局利用線路通訊就可以及時發(fā)現(xiàn)排除空載變 壓器通知用戶斷電而減少鐵損耗，這對節(jié)電也大為有利。最主要的是它可以向各個發(fā) 電廠群發(fā)短信，傳輸電網(wǎng)的周波、電壓等運行參數(shù)，給發(fā)電機自動化并網(wǎng)運行創(chuàng)造了條 件。這對野外切換開關(guān)將兩個獨立電網(wǎng)的并網(wǎng)運行過程大為簡化，可以在極短時間內(nèi)調(diào) 度兩個系統(tǒng)的周波和電壓趨于一致，只要檢測到切換開關(guān)兩端的電壓和相位趨于一致時 合閘即可，實現(xiàn)自動化控制并網(wǎng)運行。這對于風力發(fā)電和太陽能發(fā)電自動并網(wǎng)運行技術(shù) 也創(chuàng)造了條件，它可以準確的使并網(wǎng)切換開關(guān)在正確時間點處合閘聯(lián)網(wǎng)運行，使電網(wǎng)不 出現(xiàn)沖擊電流，保障了聯(lián)網(wǎng)的安全運行，由于沿高壓電線路可通訊，對于無人職守的并 網(wǎng)開關(guān)實現(xiàn)自動聯(lián)網(wǎng)操作是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)特征。
權(quán)利要求
1.高頻鐵芯互感器一次線卷中心抽頭與直流電源正極相接，一次線卷兩個端點分別 經(jīng)電子開關(guān)管與直流電源負極相接，二次線卷由電容器引線穿過鐵芯與電力變壓器低壓 線卷并聯(lián)構(gòu)成回路，采用高頻，第一只電子開關(guān)管導通四分之一周期后關(guān)斷，同時第二 只電子開關(guān)管導通四分之一周期后關(guān)斷，出現(xiàn)了一個正、反方波脈沖，這種孤立方波脈 沖可準確計數(shù)用于編程，由電力變壓器將低壓側(cè)信號轉(zhuǎn)換成高壓側(cè)電壓信號沿高壓線通 訊，接收信號由繞在高頻鐵芯上的另一個獨立線卷輸出，使發(fā)送和接收成為集于一體的 通訊設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高頻鐵芯互感器一次線卷結(jié)構(gòu)和工作方式不變，二次線卷是繞 在鐵芯上的多匝線卷與電容器串聯(lián)后直接與高壓二相火線相接，這樣直接將高頻方波脈 沖信號加在高壓線路上傳輸，這種通訊設(shè)備可安裝在野外高壓輸電線交匯處的切換開關(guān) 上進行通訊，只要在高壓線上設(shè)置備用直流電源，即可受遠距離計算機控制操作切換開 關(guān)聯(lián)網(wǎng)運行，成為無人職守的切換開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高頻鐵芯互感器輸出信號由芯片記數(shù)并編程成為通訊裝置，并 安裝在機械式電度表中，在機械式電度表鋁盤上打出透光小孔，在小孔上方安裝發(fā)光二 極管，在小孔下方安裝光敏三極管，由芯片記錄光敏三極管導通次數(shù)成為電度表計量的 電度數(shù)，由芯片編程可沿電力線通訊，使機械式電度表成為可通訊的智能化電度表。
全文摘要
高頻鐵芯互感器一次線卷，由中心抽頭與直流電源正極相接，一次線卷兩個端點分別經(jīng)電子開關(guān)管與直流電源負極相接，二次線卷由電容器引線穿過鐵芯與電力變壓器低壓線卷并聯(lián)構(gòu)成回路，采用高頻，第一只電子開關(guān)管導通四分之一周期后關(guān)斷，同時第二只電子開關(guān)管導通四分之一周期后關(guān)斷，這時第一只開關(guān)管不再導通則只出現(xiàn)一個正、反方波脈沖，由于電容器充電電壓和激磁電流上升下降時間均相等而復(fù)原為0，因此不會出現(xiàn)回路振蕩現(xiàn)象，該脈沖可準確計數(shù)用于編程，由電力變壓器將低壓側(cè)高頻通訊信號電壓轉(zhuǎn)換成高壓側(cè)電壓信號沿高壓線通訊，它可向發(fā)電廠群發(fā)短信，傳送周波、電壓信號，給自動化控制并網(wǎng)運行創(chuàng)造了條件。
文檔編號H02M5/10GK102013812SQ20101057415
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者王有元 申請人:王有元