[发明专利]基于地线感应的输电线路在线监测装置取能系统

说明书

技术领域

本发明涉及输电线路在线监测领域，具体是基于地线感应的输电线路在线监测装置取能系统。

背景技术

在线监测技术具有自动甄别设备状态、监测信号连续等优点，近年来被越来越广泛地应用于输电线路。据初步统计，目前应用于输电线路的在线监测装置类型达20余种。输电线路在线监测装置安装在野外，其取能技术一直是个技术难题。据四川地区的一次统计结果，因供电不足导致的输电线路在线监测故障占到总故障的40%以上。供能问题已成为制约输电线路在线监测技术进一步发展的主要瓶颈。

目前输电线路在线监测装置的取能方式有：太阳能+蓄电池、风能+蓄电池、通过电压互感器或电流互感器在输电线路上取能等。其中，太阳能供电系统一般包括太阳能硅电池、蓄电池组和充放电控制电路三个部分。太阳能硅电池只在光照时才能发电，不具备保存电能的能力，为了获得稳定的电源输出，保证能不间断地向负载供电，需要有蓄电池与太阳能硅电池并联连接(太阳能硅电池对电池进行充电)。在有光照充足的情况下，太阳能硅电池一面向负载供电，一面对蓄电池充电，在阴天或夜间由蓄电池向负载供电能。蓄电池可以选用铅酸蓄电池、锂电池、镍氢电池及镍铁电池。太阳能供电系统不同工作状态的控制转换和相应的管理策略通过基于单片机的充-放电控制电路来实现。采用太阳能对设备供电，太阳能电池供电功率直接取决于电池板的面积和蓄电池的容量。现有的蓄电池寿命均与充放电循环的次数有关，在标准电压和标准电流下充电，循环次数一般为 600-1000 次之间，即 2-3 年。理论上 2-3 年后必须更换新的蓄电池，这对必须长期稳定运行在户外高压端的在线设备来说是不方便的。另外，从蓄电池的一般特性来考虑，电池的容量随温度的降低而降低，铅酸电池尤为显着，镍氢与镍铁电池的最高工作温度不得超过 40℃，而大容量的锂电池的价格相当高，受成本及容量的限制，不适合用做大容量蓄电设备。同时，太阳能电池板体积庞大而不利于安装，而且供电质量易受气候的影响，在南方多阴雨多雾的气候条件下供电功率明显不足。

风能供电系统一般包括小型风机、蓄电池组和充放电控制电路三个部分。风机只有在有风的时候才能发电，没有保存电能的能力，所以为了向负载稳定供电，也需要加入蓄电池，引入电源管理单元。在风大的时候，风机不仅向负载供电，而且还向蓄电池充电。在无风或风机输出功率过低的时候，蓄电池放电，向负载供能。采用风能对设备供电时，风机的供电功率取决于当地的气候条件，多风时，风机能向负载稳定供电，当在无风季节或风力较少的地方，风能供电稳定性较差，因此风能供电也有地域和季节制约。

利用高压电容分压取电能的思想类似于电磁感应取能，都是“就近取材”的想法。高压线路周围存在径向分布的交变电场，依靠环周空间的分布电容或对地电容，可以截获一定的电场能量，经整流、滤波和稳压等处理措施，然后给高压侧监测电路供能。在实际应用时，通过调整分压的高压电容大小来获取不同的电压输出，从而达到设计的功率要求。电压互感器供电时，由于线路运行线电压变化不大，输出能量与分压的高压电容大小有关，通过电容分压可以获得比较稳定的电压，具有电路简单，成本较低的优点。电压互感器供电的缺点是安全性不够高，可靠性较低，存在一定的工作盲区（一次侧瞬间短路可能使设备不能正常运行），另外，需要考虑备用电源也增加了系统的复杂性。如何保证供能电路和后续工作电路之间的电气隔离，这要求有更为严格的过电压防护设计；其次是这种方法有更多的误差来源，如温度、杂散电容和电磁干扰等多种因素都将影响该方法的性能。最后，采用这种方法得到的功率有限，虽然可以通过改变电容 C 的大小来调整功率输出，但是，大电容的选用可能产生谐波，造成分压不稳，影响后续电路。