[发明专利]基于电磁原理的高压环境下的二次供电技术

说明书

技术领域

本发明是对高电压侧信号处理电路供能方式一次全面的创新，所推出的基于电磁原理的高压环境下的供电技术，是一种新型的二次电源通用供电技术，它既可以有效传送几十瓦的能量，且高低压侧的电压又是隔离，将成为高电压等级下可靠的二次电源供电技术。 

背景技术

任何一种原理的电子式电压电流互感器若能够实现在高压侧对交流电压或交流电流信号直接完成A/D变换，并由光纤把数字化后的信息送回地面，实现了信息变换及传输过程的高低电位隔离的过程。能够实现这一过程，互感器高压部分的绝缘设计就可以简化，使传统电磁式电压电流互感器的制造成本大大地降下来，运行可靠性反而大大地提升。实现上述过程的关键技术就是二次电源的供电技术。 

常见的高电压侧信号处理电路供能方式有两种。其一为线圈从母线取能的供电方式，该供电方式是利用电磁感应原理，由专用互感器从高压母线上感应得到交流电能，然后经过整流、滤波、稳压后为高压侧电路供电。该方式线圈处在高压端，绝缘要求低，造价也较低。缺点是母线未供电时或电流很小时(＜5％)，这种供电方式失效。另一种供电方式为激光供能方式。这种方法采用激光或其他光源从地面低电位侧通过光纤将光能量传送到高电位侧，由光电转换器件(光电池)将光能量转换成为电能量，再经过DC-DC变换后，提供稳定的电能输出。这种供电方式在实际使用中的可靠性比较高。其缺点主要是光电器件的价格比较高，且其主要部件激光晶闸管的工作寿命有限。因此实际应用中常将上述两种供能方式结合起来，即在高压侧供能模块内设计一个自动切换电路，在正常负荷时选择线圈供能方式，否则采用激光供能方式。 

除了上述两种供能方式外，还有高压电容分压器供电、蓄电池供能、太阳能供电等方式，但这些供能方式都存在一些致命弱点而不能被普遍应用。 

事实上，有源式电子互感器之所以仍不被用户大量采用，除了各种传感原理的技术、工艺成熟性与可靠性以外，很重要的一个原因就是供电电源的可靠性及使用寿命，可以说目前仍没有一个现场运行认可的解决方案。 

我们提出一种新型的二次电源供电技术，它既可以有效传送几十瓦的能量，且高低压侧的电压又是隔离，是一种高电压等级可靠的二次电源供电技术。 

发明内容

电网运行时，高压CT，PT都处于高电压(35-500kV)的运行环境中，攻克从低压侧向高压侧的二次供电的关键技术难关为： 

i)从低电压向高电压的供电回路必须是高电阻率的电磁元件以保证在高压运行环境漏电流小，从而既保证供电回路运行可靠性，又保证电网运行时CT，PT的可靠性。 

ii)二次供电技术必须传输效率高，损耗小，传输器件的体积小，才能保证在支柱式绝缘子的内孔有限空间内安装和可靠运行。 

我们选择高导磁高电阻率的新型软磁铁氧体材料作为二次供电的载体，这种磁材料的特点是： 

i)高电阻率 

专门选用镍锌铁氧体材料烧制成的异形铁芯，电阻率达到10⁸～10⁹Ω/m. 

ii)高磁导率 

镍锌铁氧体铁芯的磁导率可以做500～3000，我们可以选择适用的磁导率以保证供电回路的传输效率。 

iii)铁氧体材料制成的铁芯适用于20～250kHz的高频交变信号的传输。由电磁感应的公式： 

                              E：感应电压(V) 

                              f：频率(Hz) 

E＝4.44f＊N＊Ae＊Bm           N：线圈匝数 

                              Ae：铁芯有效截面积(cm²) 

                              Bm：磁通密度的峰值(T) 

可以推论，由于传输交变信号的频率f是传统交流电频率的400-5000倍，即使铁氧体的磁通密度Bm比高磁导率的硅钢片，超微晶等导磁材料小10-20倍，传输同样的功率，我们仍可把线圈匝数或铁芯有效截面积有效的减下来，实现供电设备的小型化与能量的高效传输。 

1、二次供电技术的基本电磁回路设计 

●我们专门设计高导磁高电阻率的异形铁氧体铁芯，如图1所示。 

●在异形铁芯的两侧各装一个线圈A和B。如图2所示。