一种基于磁耦合的传能绝缘子供电系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于磁耦合的传能绝缘子供电系统。该系统包括：大电流发生装置、取能互感器、高频电能变换装置、磁耦合器、交流电源；大电流发生装置，用于产生模拟输电线路工况下的大电流；取能互感器，与大电流发生装置串联，用于感应大电流中可供高频电能变换装置利用的电能；高频电能变换装置，与取能互感器的输出端相连，用于将电能转换为高频交流电能；磁耦合器，与高频电能变换装置的输出端相连，用于将高频交流电能传输到传能绝缘子的输入端；交流电源，与传能绝缘子的高压端相连，用于为传能绝缘子提供工频高电压。通过本发明专利技术，解决取能互感器和被测传能绝缘子高压端之间的绝缘问题，保证被测传能绝缘子测试过程中的安全。安全。安全。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁耦合的传能绝缘子供电系统


[0001]本专利技术实施例涉及无线电能传输领域，尤其涉及一种基于磁耦合的传能绝缘子供电系统。

技术介绍

[0002]在线监测装置是保障输电线路安全、可靠运行的有效措施，由于输电线路分布广、距离远，目前常常采用磁谐振耦合式无线传能的供电方式。在磁谐振耦合式无线传能方式中，基于多级磁谐振无线传能绝缘子的无线传能方案最贴近实际应用，该方案将输电线路传能绝缘子与多级磁谐振耦合线圈结合起来，实现了事半功倍的应用效果。因此，在多级磁谐振无线传能绝缘子的无线传能方案投入实际应用前，对于多级磁谐振无线传能绝缘子的功率传输性能测试就显得尤为重要。
[0003]当前的多级磁谐振无线传能绝缘子测试系统中，多使用大电流发生器和交流电源分别提供满足多级磁谐振无线传能绝缘子测试的大电流和高压，取能互感器输出端与交流电源均通过导线与传能绝缘子高压端直接相连，交流电源与取能互感器间的绝缘难以可靠保证，甚至出现严重的漏电现象。

技术实现思路

[0004]为保证交流电源与取能互感器之间绝缘，避免出现漏电现象，本专利技术提出了一种基于磁耦合的传能绝缘子供电系统。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种基于磁耦合的传能绝缘子供电系统，该系统包括：
[0006]大电流发生装置、取能互感器、高频电能变换装置、磁耦合器、交流电源；
[0007]大电流发生装置，用于产生模拟输电线路工况下的大电流；
[0008]取能互感器，与大电流发生装置串联，用于感应大电流中可供高频电能变换装置利用的电能；
[0009]高频电能变换装置，与取能互感器的输出端相连，用于将电能转换为高频交流电能；
[0010]磁耦合器，与高频电能变换装置的输出端相连，用于将高频交流电能传输到传能绝缘子的输入端；
[0011]交流电源，与传能绝缘子的高压端相连，用于为传能绝缘子提供工频高电压。
[0012]考虑到现有传能绝缘子测试系统中分别使用大电流发生器和交流电源模拟实际输电线路的大电流和高电压，其中取能互感器输出端与交流电源均通过导线与传能绝缘子高压端直接相连，交流电源与取能互感器间的绝缘难以可靠保证。因此，通过本专利技术实施例系统，将取能互感器输出端与传能绝缘子高压端的连接方式由导线直连方式改变为基于磁耦合的无线传输电能方式，摆脱了导线的束缚，取能互感器输出端与高频电能变换装置输入端相连，高频交流电流通过磁耦合器从低压传输到高压，磁耦合器中的发射线圈与接收线圈之间没有导线连接，解决了取能互感器和被测传能绝缘子高压端之间的绝缘问题，可
靠地保证传能绝缘子测试系统的安全运行。
[0013]结合第一方面，在第一方面的第一实施例中，磁耦合器包括接收线圈和发射线圈；接收线圈和发射线圈均为与传能绝缘子同轴布置的DD线圈。
[0014]磁耦合器线圈产生的磁场与传能绝缘子中的内嵌线圈会产生耦合效应，进而导致无法准确测得传能绝缘子的传输功率与传输效率。通过上述实施例，磁耦合器中的接收线圈和发射线圈均采用与传能绝缘子同轴布置的DD线圈，限制DD线圈与传能绝缘子内嵌线圈间耦合的互磁通为0，实现磁耦合器线圈与传能绝缘子内嵌线圈之间的解耦，避免磁耦合器线圈产生的磁场与传能绝缘子中的内嵌线圈产生耦合效应，从而可以准确测得传能绝缘子的传输功率与传输效率。
[0015]结合第一方面，在第一方面的第二实施例中，该系统还包括：发射端补偿网络和接收端补偿网络；
[0016]发射端补偿网络的输入端与高频电能变换装置的输出端相连，发射端补偿网络的输出端与磁耦合器的输入端相连；
[0017]接收端补偿网络的输入端与磁耦合器的输出端相连，接收端补偿网络的输出端与传能绝缘子的输入端相连；
[0018]发射端补偿网络和接收端补偿网络，用于使得高频电能变换装置的输出端电流与传能绝缘子的输入端电流相同。
[0019]采用磁耦合器将取能电流无线传输到传能绝缘子高压端的过程中，传能绝缘子高压端接收到的电流会受到磁耦合器电气参数的影响，输入传能绝缘子的电流不再为高频电能变换装置与传能绝缘子有线连接时的电流。因此，在本专利技术实施例中，加入发射端补偿网络和接收端补偿网络，使得高频电能变换装置的输出端电流与传能绝缘子的输入端电流相同，可以更好地模拟传能绝缘子在各种输电线路工况下的实际情况。
[0020]结合第一方面的第一实施例，在第一方面的第三实施例中，发射线圈被排除在以接收线圈中的DD线圈的重心为球心的球形区域外，球形区域的半径根据接收线圈和发射线圈之间的绝缘距离确定。
[0021]结合第一方面的第三实施例，在第一方面的第四实施例中，接收线圈和发射线圈均被限制在正方形区域内，正方形区域的边长根据球形区域的半径确定。
[0022]结合第一方面的第一实施例，在第一方面的第五实施例中，接收线圈的匝数通过如下公式确定：
[0023]4*n*d<k4*L
[0024]2*n*d<k5*W
[0025]其中，n为接收线圈的匝数，d为接收线圈中利兹线的直径，通过有限元仿真按线圈电流确定；k4、k5为常数，通过有限元仿真确定，L、W分别为接收线圈的长和宽。
[0026]结合第一方面的第一实施例，在第一方面的第六实施例中，发射线圈对地的绝缘距离按以下公式确定：
[0027]d2≥U1/(E*K
T
)*f2(d2)
[0028]其中，d2为发射线圈对地的绝缘距离；U1是均压环电压；E是空气间隙许用场强；K
T
是大气条件修正系数，K
T
＝k1*k2,其中k1，k2分别为空气密度修正因素与湿度修正因数；f2取球板电极不均匀系数f2＝0.9*(1+d2/r2)，r2为球板电极的等效半径。
[0029]结合第一方面的第二实施例，在第一方面的第七实施例中，发射端补偿网络和接收端补偿网络中的参数通过如下公式确定：
[0030][0031]其中，ω为角频率，L
p
为发射端补偿网络的发射线圈自感，L
s
为接收端补偿网络的接收线圈自感，M
ps
为发射线圈和接收线圈之间的互感，C0为发射端补偿网络的并联补偿电容，L0为发射端补偿网络的串联补偿电感，C
p
为发射端补偿网络的串联补偿电容，C
s
为接收端补偿网络的串联补偿电容。
[0032]结合第一方面，在第一方面的第八实施例中，大电流发生装置包括大电流发生器、保护电阻和可调电阻，大电流发生器、保护电阻和可调电阻依次串联；
[0033]大电流发生器，用于产生大电流；
[0034]保护电阻，用于保护大电流发生装置中的电路；
[0035]可调电阻，用于调节不同运行工况的大电流。
[0036]结合第一方面，在第一方面的第九实施例中，传能绝缘子的输入端引出线的最小允许曲率半径通过传能绝缘子的最大电场与输入端引出线的曲率半径之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁耦合的传能绝缘子供电系统，其特征在于，所述系统包括：大电流发生装置、取能互感器、高频电能变换装置、磁耦合器、交流电源；所述大电流发生装置，用于产生模拟输电线路工况下的大电流；所述取能互感器，与所述大电流发生装置串联，用于感应所述大电流中可供所述高频电能变换装置利用的电能；所述高频电能变换装置，与所述取能互感器的输出端相连，用于将所述电能转换为高频交流电能；所述磁耦合器，与所述高频电能变换装置的输出端相连，用于将所述高频交流电能传输到传能绝缘子的输入端；所述交流电源，与所述传能绝缘子的高压端相连，用于为所述传能绝缘子提供工频高电压。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁耦合器包括接收线圈和发射线圈；所述接收线圈和所述发射线圈均为与所述传能绝缘子同轴布置的DD线圈。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：发射端补偿网络和接收端补偿网络；所述发射端补偿网络的输入端与所述高频电能变换装置的输出端相连，所述发射端补偿网络的输出端与所述磁耦合器的输入端相连；所述接收端补偿网络的输入端与所述磁耦合器的输出端相连，所述接收端补偿网络的输出端与所述传能绝缘子的输入端相连；所述发射端补偿网络和所述接收端补偿网络，用于使得所述高频电能变换装置的输出端电流与所述传能绝缘子的输入端电流相同。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发射线圈被排除在以所述接收线圈中的DD线圈的重心为球心的球形区域外，所述球形区域的半径根据所述接收线圈和所述发射线圈之间的绝缘距离确定。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述接收线圈和所述发射线圈均被限制在正方形区域内，所述正方形区域的边长根据所述球形区域的半径确定。6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收线圈的匝数通过如下公式确定：4*n*d<k4*L2*n*d<k5*W其中，n为所述接收线...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春龙，熊俊杰，左石，冉启华，鞠登峰，黄辉，梁云，赵海森，曾鹏飞，高志东，邓辉，孙晓艳，黄莉，黄凤，田文锋，杨智豪，王瑶，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院国网吉林省电力有限公司国网四川省电力公司营销服务中心华北电力大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：