一種基于磁場隔離的高壓阻隔供電裝置及其供電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及高低壓配電控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁場隔離的高壓阻隔供電裝 置及其供電方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電網(wǎng)容量的不斷增加，高壓設(shè)備在電網(wǎng)中應(yīng)用越來越多，比如高壓開關(guān)柜，干 式變壓器，箱式變電站等等。高壓設(shè)備的可靠性是電網(wǎng)可靠運行的重要保障。設(shè)備運行監(jiān)控 后臺能夠監(jiān)測采集必須的信息，通過遠程通訊，及時把設(shè)備的運行狀態(tài)反饋給設(shè)備管理員， 設(shè)備管理員根據(jù)監(jiān)控后臺的反饋信息，可以及時安排檢修，避免惡性事故，減小電網(wǎng)停電風(fēng) 險。
[0003] 監(jiān)控后臺可以監(jiān)控設(shè)備運行電壓，電流，功率，溫度等信息，一般來說，傳感器采集 相應(yīng)信息是很容易的事，但是在高壓環(huán)境下，由于絕緣安全的限制，傳感器供電的獲得是一 個困難的事情。
[0004] 如圖1所示，一種高壓設(shè)備的功能示意圖，高低壓倉室是嚴格區(qū)分的，維護人員的 操作倉室也是單獨隔開。低壓室的電不能直接供給高壓室的部件使用，如果高壓室的控制 電直接從低壓室取，在單一故障條件下，有可能會使低壓室絕緣失效，造成設(shè)備損壞甚至是 人身傷害。因此，高壓室的供電必須由獨立的電源來完成。
[0005] 對于高壓室的供電電源，現(xiàn)有解決方案主要包括有電池供電和電流互感（CT)供 電。
[0006] 一、電池供電方案
[0007] 高壓設(shè)備由于其很強的絕緣安全考慮，會嚴格區(qū)分高壓室和低壓室，操作員操作 的倉室也會單獨劃分，它是一個電氣安全的倉室。高壓設(shè)備的電壓，電流以及溫度等傳感器 都是放在高壓室，直接測量相關(guān)物理量。出于安全的考慮，高壓倉的傳感器供電不能直接從 低壓室取，以保持嚴格而清晰的絕緣間距；為此，需要在高壓室設(shè)置獨立的供電電源，如圖 2所示，而電池便是其中一種能量的來源，電池通過相應(yīng)的升壓或者降壓電路，或者直接對 各傳感器供電。
[0008] 但是電池供電存在以下缺點：
[0009] 1.由于高壓設(shè)備使用環(huán)境是非空調(diào)環(huán)境，內(nèi)部環(huán)境溫度隨本身負載和應(yīng)用環(huán)境 (如海拔，維度，季節(jié)等）會產(chǎn)生很大的浮動，容易導(dǎo)致電池過早失效，導(dǎo)致傳感器電路失 效。
[0010] 2.由于電池的容量有限，為了盡量延長電池壽命，采取了很多低功耗的措施，大大 降低了采樣的實時性，不利于及時發(fā)現(xiàn)故障；
[0011] 3.電池的壽命相對不確定，會增加巡視工作量，增加了高壓設(shè)備管理成本，與"免 維護"的發(fā)展趨勢不相符。
[0012] 二、電流互感（CT)供電
[0013] 電流互感供電，其實現(xiàn)原理如下：
[0014] 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，銅排上流過的交變電流會產(chǎn)生交變的磁場，在高壓母 排上套一個取能線圈，如圖3所示，將交變的磁場轉(zhuǎn)換成交變電壓，然后通過整流電路，變 成直流電，給傳感器供電。
[0015] 電流互感供電也存在以下不足：
[0016] 1.對于大容量的設(shè)備，母排的電流可能從OA變化到幾千安培，CT無法在全電流范 圍內(nèi)提供足夠的能量去維持傳感器的消耗；
[0017] 2.在全電流范圍內(nèi)，CT取能線圈上感應(yīng)到的電壓差異很大，整流電路設(shè)計很困 難；
[0018] 3.此方案不適用于高壓直流輸電，因為直流電不能產(chǎn)生交變磁場。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 鑒于上述電池供電和CT供電所存在的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于磁 場隔離的高壓阻隔供電裝置。
[0020] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0021] 一種基于磁場隔離的高壓阻隔供電裝置，包括無線充電發(fā)射端變換器及無線充電 接收端變換器；所述無線充電發(fā)射端變換器置于低壓配電區(qū)，所述無線充電接收端變換器 置于高壓供電區(qū)，無線充電發(fā)射端變換器和無線充電接收端變換器之間有高低壓倉隔板進 行隔咼。
[0022] 可選地，無線充電發(fā)射端變換器定期發(fā)射短脈沖，并通過所述短脈沖檢測所述無 線充電接收端是否放置在充電區(qū)域，如果檢測到所述無線充電接收端，則所述無線充電發(fā) 射端變換器進入充電模式。
[0023] 可選地，所述基于磁場隔離的高壓阻隔供電裝置，其中，所述供電裝置還包括：與 所述無線充電發(fā)射端變換器電連接的無線充電發(fā)射端線圈。
[0024] 可選地，所述基于磁場隔離的高壓阻隔供電裝置，其中，所述無線充電發(fā)射端變換 器包括四個采用橋式電路連接的MOS管Q21、MOS管Q22、MOS管Q23和MOS管Q24,以及母 線電容C22 ;M0S管Q22和MOS管Q24的漏級管腳連接后與母線電容C22 -端電連接，且連 接交匯點通過電阻R接地；MOS管Q21和MOS管Q23的源級管腳連接后與母線電容C22的 另一端電連接；
[0025] MOS管Q21與MOS管Q22的橋式電路連接點以及MOS管Q22與MOS管Q24的橋式 電路連接點通過諧振電容C21與所述無線充電發(fā)射端線圈（L2)串聯(lián)連接。
[0026] 可選地，所述基于磁場隔離的高壓阻隔供電裝置，其中，所述供電裝置還包括：與 所述無線充電接收端變換器電連接的無線充電接收端線圈。
[0027] 可選地所述基于磁場隔離的高壓阻隔供電裝置，其中，所述無線充電接收端變換 器包括DC/DC直流變換器、四個采用橋式電連接的MOS管QlUMOS管Ql2、M0S管Ql3和MOS 管Q14、儲能電容C13、投卸電容C11、投卸電容C12、開關(guān)管Q15、開關(guān)管Q16、諧振電容C15 以及檢測電容C14 ;
[0028] MOS管Qll和MOS管Q13的源級管腳連接后接DC/DC直流變換器的一端；MOS管 Q12和MOS管Q14的漏級管腳連接后接DC/DC直流變換器的另一端；儲能電容C13并聯(lián)連 接在DC/DC直流變換器的兩端；
[0029] MOS管Qll與MOS管Q12的橋式電路連接點以及MOS管Q13與MOS管Q14的橋式 電連接點通過諧振電容C15與所述無線充電接收端線圈（LI)串聯(lián)連接；檢測電容C14并聯(lián) 連接在諧振電容C15與無線充電接收端線圈（LI)兩端；
[0030] 開關(guān)管Q15和Q16均為MOS管；MOS管Q15和Q16的源極電連接后接地；MOS管Q15 和Q16的柵極電連接；MOS管Q15和Q16的漏極分別通過投卸電容Cll和投卸電容C12與 檢測電容C14的兩端形成電連接連接。
[0031] 所述基于磁場隔離的高壓阻隔供電裝置，其中，所述MOS管為N型溝道MOS管。
[0032] 可選地，所述無線充電接收線圈上的交流電壓包絡(luò)線調(diào)制出通訊信號，且所述通 訊信號通過磁場的耦合，傳到無線充電發(fā)射端電感上，形成通訊的調(diào)制信號。
[0033] 本發(fā)明還提供一種基于磁場隔離的高壓阻隔供電方法，其特征在于，包括如下步 驟：
[0034] S1、無線充電發(fā)射端變換器上電，并將低壓配電區(qū)的電能轉(zhuǎn)變成高頻交變磁場；
[0035] S2、高頻交變磁場穿透高低壓倉隔板，發(fā)射到高壓供電區(qū)；
[0036] S3、高壓供電區(qū)的無線充電接收端變換器感應(yīng)到高頻交變磁場，并將其整流成直 流電壓，供無線充電接收端變換器完成電路的上電和初始化；
[0037] S4、無線充電接收端變換器上電后，會根據(jù)當前狀態(tài)，通過負載調(diào)制的方式，向無 線充電發(fā)射變換器發(fā)送電壓輸送指令；
[0038] S5、無線充電發(fā)射端變換器接收到電壓輸送指令后，控制輸出端的電壓，同時，無 線充電接收端變換器