高压输电线路监测系统感应取能关键技术研究

高压输电线路监测系统感应取能关键技术研究
发布时间：2021-06-23T17:14:58.100Z 来源：《基层建设》2021年第8期作者：黎志恒
[导读] 摘要：随着电力企业发展，基于输电线路采取在线监测与风险防控等措施，使得输电线路运行得到有效的保障，缓解了线路维护的压力，并提升了国内线路管控的工作水平，为管理模式创新提供思路与灵感。

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摘要：随着电力企业发展，基于输电线路采取在线监测与风险防控等措施，使得输电线路运行得到有效的保障，缓解了线路维护的压力，并提升了国内线路管控的工作水平，为管理模式创新提供思路与灵感。

本文进行了感应取能装置工作原理分析及防浪涌雷击设计，取能磁导体的设计、EMI滤波器的设计、及防护外壳的设计等。

保证感应装置及监测设备的稳定运行，提高了高压线路输电的可靠性，减少了事故的发生。

关键词：高压输电线路；监测；感应取能
引言
用高压和高压电力线路可以长距离、大容量、低损耗输送电力，是大电网安全运行关键设备。

随着物联网技术的应用及智能电网的发展，线路运行数据采集传输分析也势在必行。

高压输电线路的杆塔长期暴露在室外环境下，并且覆盖面积较广，难以对其安装固定的监测设备，导致监测设备无法发挥有效性，输电线路也无法得到有效的监测保障。

为确保电力生产服务质量满足社会的实际需求，相关电力企业还需基于经济发展，需要借助更高端的技术，对线路实行有效的在线监测，保障输电线路的质量。

输电线路负荷越大，高压接地导体通过铁塔接地形成的回路面积越大，高压接地导体回路中的感应电流就越大，感应取能装置能够取得的电能也就越多，高压接地导体感应取能装置正常工作，将取得的电能储存到蓄电池中为设备供电。

1技术原理与研究
1.1感应取能原理
高压输电线路正常运行时在其线路导、接地导体及其周围产生电磁场。

利用高压输电线路周围感应的电磁能量获取电能的感应取电，将输电导线周围的电磁能量转化为电能。

本文以电磁场理论为依据对高压输电导体、接地导体的电、磁感应现象分别进行计算：U0=-(U1C10+U2C20+U3C30)/C0（绝缘时），i=-jω(U1C10+U2C20+U3C30)（接地时）。

输电线路的接地导体通常都是通过杆塔接地，以接地导体均逐塔接地的220kV线路为例，其中高压线路电流磁场在接地导体所在空间回路上激发涡旋电场，导线电荷则通过感应电场在接地导体上产生感应电动势。

利用接地导体与大地组成封闭回路实现感应取能。

1.2高压线路感应取能的方法研究
以典型高压输电线路为基础，分析高压输电线路的感生磁场特性与分布，针对不同的采集传输装置应用需求，研究非接触式感应取能的原理和方法。

根据线路绝缘子、金具、导线、接地导体等分布情况，建立分段静电感应取能电路阻容模型，模型真实反映线路实况，高压输电线路存在感生电场，其中的空气-电介质为线性介质，因此高压线路为感生电场独立系统。

可以建立仿真的静电感应模型，以得到分段绝缘接地导体静电感应取能的方法及等值计算电路。

对感应取能模型进行分析计算，选取导磁材料尺寸形状及技术参数，最大化提高感应取能效率以及相关参数的影响，分析导线电压、线路长度、杆塔结构、导线换位负载耐压水平等对感应取能功率影响。

基于感应取能的效能评估、抗干扰性及安装可行性等分析，确定感应取能与控制策略。

防雷能力是感应取能装置设计方案中的关键参数指标，设置多重保护电路方案进行优化，通过模拟雷击试验平台对优化方案进行验证。

1.3高压线路感应取能实验研究
针对典型高压输电线路，通过感应取能装置的优化设计与制作，及在现场的实测与应用对感应取能策略进行分析验证：采用非金属外壳增加屏蔽层，降低雷电冲击的危害；导线可能流经巨大的短时故障电流，感应取能装置需设计专用的限流电路；在线储能单元在线路负荷过小或失电故障时提供辅助应急能量；通过优化后的感应取能电路设计方案验证感应取能功率的计算及相关因素的影响是否合理。

1.4高压线路感应取能电路设计
设计感应取能系统，包括取能取电器、整流滤波电路、冲击保护电路、控制电路、稳压电路及电池单元。

通过感应取能得到是交流电，交流电能转换为直流电能。

滤波电路的作用是滤掉感应取能输出电压中的交流成分来得到稳定的直流电压。

设置稳压电路使输出电压不跟随负荷而变化。

稳压电路有两路分支，一路给负载供电、一路给电池单元充电。

电池单元防止高压负载很小时取能输出功率不足，电池单元给负载辅助供电，另一方面在停电检修期间维持状态检测系统运行一段时间。

短路保护防止取能输出端短路时保护电池单元和取能的安全。

控制单元起着整个感应取能的各模块检测、控制功能，并能给状态检测系统输出取能工作状态、告警信息。

2高压输电线路在线监测技术应用效果的优化策略
2.1提高故障诊断能力
在应用在线监测技术时，需要保障设备质量与线路实际情况，定期对线路、设备进行保养。

解决日常监管中的问题，防止设备与线路出现问题，影响在线监测技术的监测结果。

另外，监测人员需要具备故障预见能力，及时解决输电线路存在的问题，避免问题扩大，给企业造成损失。

工作人员需将数据保存，为后期工作提供有效参考。

2.2加强工作人员的技能培训
在线监测技术并不是单项监测，涉及的专业领域较多，对人员的操作水平等有较高的要求。

对此，电力企业需要对技术人员开展专项培训，以提升其监测水平。

通过定期组织人员学习，并为其提供实践机会，确保工作人员能将理论知识有效运用在实践中，做到理论实践相结合。

同时，企业要基于在线监测技术建立完善的考核制度，对参与培训的人员进行考核。

完成考核的人员才有资格参与实践，保障监测人员能力的可靠性，严禁考核未通过人员参与监测工作。

此外，还可以建立针对性的奖惩制度，奖励表现优秀的人员，鼓励人员更积极地学习，调动学习热情，为电力事业输电线路在线监测工作提供有效支持。

2.3改进与优化监测系统及设备
为提高在线监测系统工作的有效性，应在现有的基础上对其进行优化。

首先，需要选择有实力的厂家，规范管理通信技术等。

通过厂家的软件构建管理平台，实现统一平台多项软件管理，借助平台对各环节进行监测。

其次，优化供电系统，借助可再生能源改善原有的供电方式。

通过太阳能、风能等进行发电，解决恶劣天气造成的供电吃力问题。

再次，对在线监测的摄像头进行优化升级，提升镜头本身的
性能，避免杂物、雨水、冰层等对其造成影响。

对终端外表进行设计，尽可能缩小体积，便于安装和拆卸。

最后，探索新的信息传输媒介，在条件允许的基础上建立基站。

采用现有的光纤作为传输通道，提高数据传输的速率，提高设备性能。

结束语
高压输电线是电力系统运行的重要一环，运行期间会受多种因素影响出现安全事故。

为保障高压电网的有效运行，需要结合监测技术，做好线路运行期间的监测准备，实现对线路故障隐患的有效防控，预防电力事故，通过多项监测技术，保障高压线路在电力系统运行的稳定性。

将接地导体能量转换到直流电源，实现隔离式供电。

输电线路取能装置成功的实现了在导线正常电流范围内提供稳定的输出、在短路及冲击电流下实现自我保护、长期低热耗稳定运行。

研究性能良好的特种取能电源并将其应用于输电线路状态参数在线监测系统，具有重要的使用价值。

参考文献：
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[2]陈海波，王成，等.高压输电线路状态检测技术的应用[J].电网技术，2009，10.
[3]支理想，刘盐，等.高压输电线路状态检测供电取能研究及应用[J].取能技术，2015，2.
[4]毋金诗.输电线路状态检测装置供电取能的设计与实现[D].上海交通大学，2009.。