输电铁塔不间断电源与机箱方案

输出电铁塔不间断电源供给及结构设计陈滋健[e-mail]1.系统基本要求在采用GPS、北斗和嵌入式微处理器协同完成输电铁塔倾斜探测与监控的系统中，需要不间断电源为其提供能量。由于高压输电线路无法直接取电，因此能量供给必须通过绿色能源，本方案选用光伏电池板作为能量来源。系统框图如下：太阳能电池板光伏控制器及电源管理蓄电池信号处理不间断电源系统必须符合电力行业相关标准。至少考虑一周的阴雨无阳光天气，确保电源的持续性和稳定性。光伏电池板选用单晶硅太阳能电池组件，采用专用控制器对阀控式铅酸蓄电池进行充放电管理。系统全自动工作，具有过充过放保护及反接保护、智能充放电功能等。太阳能电池白天电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对负载放电。系统具体组成结构主要包括太阳能电池板、光伏控制器及电源管理模块、蓄电池和微控制器。2.负载要求根据系统负载要求及阴雨天的持续时间确定电池板的输出功率和额定输出电压。负载功耗由以下三个部分组成：3.1GPS板3块每块功率3W，电压DC3.3V为降低功耗，每工作一小时停二小时。3.2北斗模块1块平均功率3W，瞬时发射功率10W，电压DC24V为降低功耗，每工作十分种停二小时五十分钟。3.3ARM板平均功率3W，电压DC5V为降低功耗，每工作一小时停二小时。3.关键元件选型3.1太阳能电池板由上所述所以负载总功耗为15W,负载每天平均工作时间为8小时，蓄电池电压为24V，两节12V蓄电池串联使用，持续阴雨天按照10天计算，太阳能电池板功率为60W,太阳能电池板的输出电压为17V.，结合系统的抗风设计，本系统采用60W的太阳能电池板。具体参数：产品:多晶太阳能电池板型号36-60P规格电池片多晶太阳能电池片156*78mm电池片数量及串联36(4*9)尺寸(mm)770*670*30mm重量4.2kg3.2光伏控制器及电源管理光伏控制器及电源管理模块的功能是监测和控制太阳能电池板的充电过程，电源管理模块为GPS模块提供DC3.3V,北斗模块DC24V，ARM板DC5V。为节约电能，采用低功耗单片机进行定时控制，周期性地为GPS、北斗和ARM板提供电源。限度工作温度-40to+85℃最大系统电压1000VDC温度以及系数额定运行电池温度48℃±2℃电流温度系数(%/k)0.06±0.01电压温度系数(%/k)-(155±10)功率温度系数(%/k)-(0.5±0.05)特征型号36-60P开路电压(Voc)21.60V工作电压(Vmp)17.2V短路电流(Isc)3.73A工作电流(Imp)3.22A最大功率(Pm)60Wp3.3蓄电池综合考虑系统的电参数和结构要求，系统选用两节12V，50AH的蓄电池串联。3.4信号处理模块信号处理模块的功能是实时监测输电铁塔的状态并把信息发送到上位机。4.结构设计整个系统由主机箱部分、外置光伏电池板以及外置天线几部分组成。主机箱主要包括铅酸蓄电池和控制总成，控制总成分为两个单独密封的铝制机箱，其中电源控制箱包括光伏控制器、DC-DC变换器、电源管理器、定时器，信号处理机箱包括GPS板、北斗模块内置部分和ARM处理器控制板等组成。铅酸电池按两层放置在主机箱的中间。考虑到系统抗风设计及防水设计，主机箱结构设计分述如下：总体效果正面效果图背面效果图侧面效果图：底部效果图内部结构效果图主机箱的外部附件的安装均不得损伤铁塔，防止降低其结构强度和力学性能。4.2光伏电池板外置光伏电池板应设计可旋转的结构，以满足不同塔架的要求。安装时，光伏电池方向朝南。倾角设计:为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多，为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。淮北地区为33（当地纬度）+9度。抗风设计:系统结构上一个需要非常重视的问题就是抗风设计。依据电池组件厂家的技术参数资料，太阳能电池组件可以承受的迎风压强为2700Pa。若抗风系数选定为27m/s（相当于十级台风），根据非粘性流体力学，电池组件承受的风压只有365Pa。所以，组件本身是完全可以承受27m/s的风速而不至于损坏的。所以，结构设计尽可能降低整机高度，降低重心，机箱的焊缝宽度满足要求，以满足抗风要求