CN104769447B - 电极线监测单元 - Google Patents

Abstract

一个用于监测电极线(18)的电极线监测单元(10)包括：通信设备(14)，其具有在使用中发送信号的发射器(22)；电源(16)，其具有功率提取电路在使用中连接到电极线(18)从而在功率提取电路两端产生电压降(V)以提供主电压源来为电极线监测单元(10)的一个或多个部件(12、14)供电，其中该功率提取电路包括至少一个具有非线性电压‑电流特性的功率电子器件(24)。

Description

电极线监测单元

技术领域

本发明涉及一种电极线监测单元和电极线路监测组件，用于在直流电力传输中使用。

背景技术

在电力传输网络中，交流电(AC)通常转换成直流电(DC)经由架空电线和/或海底电缆进行传输。此转换无需补偿由传输线或电缆所造成的交流容性负载的影响，因此可以减小每公里电线和/或电缆的成本。从AC到DC的转换在需要长距离传输电力时成本效益更高。这种电力传输网络被称为高压直流(HVDC)电力传输系统。

一个HVDC电力传输系统典型地包括一个经由接地电极接地的连接。该接地连接可作为接地基准或HVDC的单极返回路径。使用一个或多个电极线来连接该HVDC系统和接地电极。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于监测电极线的电极线监测单元，其包括：

一通信设备，具有一在使用中发射信号的发射器；和

一电源，具有一功率提取电路，用于在使用中连接到电极线中使得功率提取电路两端产生一电压降，从而提供主电压源来为电极线监测单元的一个或多个其他部件供电，其中所述功率提取电路包括至少一个功率电子器件具有非线性电压-电流特性。

所述电极线可以是架空电极线或埋置电极线。

在使用中，监测或测量电极线的一个或多个特性，以确保电极线及其他与该电极线相关联的电气设备安全可靠运行。

在电极线监测单元中设置通信设备允许，例如，具有关于电极线的每个被监测特性信息的信号在电极线监测单元和终端用户(例如HVDC控制站)之间进行通信。当由于电极线被监测部分位于远离终端用户的远程位置而导致电极线被监测的部分和终端用户之间有相当的距离时，这是很有用的。例如，电极线一端的接地电极通常位于远离连接到电极线另一端的HVDC控制站的远程位置。

然后，所传递的信息用来确定电极线的所述或每个被监测特性是否在正常操作参数内。例如，该信息可以从该电极线的一端传递到在电极线另一端的HVDC控制站，以允许进行端到端直流差分测量，以便检测是否在该电极线中发生了故障。

此外，除了或连同该电极线的所述或每个特征信息，该信号可以包括以下中的一个或多个：控制指令，用以在使用中控制一个或多个电极线监测单元；配置数据，用以在使用中配置一个或多个电极线监测单元；有关一个或多个终端用户和/或一个或多个电极线路监测单元的状态的信息。

在电极线监测单元中包含通信设备允许从终端用户接收到的控制指令和/或配置数据进一步沿电极线传送到另一个电极线监测单元。此外，电极线监测单元的配置允许电极线监测单元的状态信息被定期地发送给终端用户，以验证该电极线监测单元是否正常工作。

电源的设置允许从所述电极线获得电力，从而提供主电压源来为电极线监测单元中的一个或多个其它部件供电。具体是，主电压源用于向通信设备供电。电源对电极线中电流的依赖保证了：只要电流还流过电极线，对电极线监测单元上一个或多个其他部件的电力供应就不会中断，从而为该电极线监测单元提供了可靠的电源。

电极线可能需要在不同的电流条件下进行操作。如果电极线被用作接地基准，则将有一个小的稳态直流接地电流(例如小于5A)流过电极线。如果电极线被用作单极返回路径，则将有一个大的稳态直流电流(例如超过3000A)流过电极线。如果与电极线相关联的系统中有干扰，则该电极线可能携带有相当大的瞬态电流，例如超过18kA。

所述或每个功率电子器件可以是但不限于半导体器件，例如功率二极管或晶闸管。

在功率提取电路中使用至少一个具有非线性电压-电流特性的功率电子器件意味着功率提取电路两端的电压降产生受操作条件变化的影响被最小化，该操作条件的变化将导致电极线上电流的变化。这将使电源提供一个稳定、可靠的电压源来为电极线监测单元中的一个或多个其它部件供电。

此外，功率提取电路从电极线获取电力的方式允许电极线监测单元可被安装在接近电极线一端的接地电极的位置，在该位置上相对地的电压较低。

当结合双极HVDC输电系统使用电极线监测单元时，可以在该电极线监测单元使用时有意引入一个小的不平衡电流到该双极HVDC输电系统中。这是因为，在双极HVDC输电系统中，HVDC控制站将试图在两极平衡该电流水平，从而有效的尝试使该电极线电流为零。然而在实践中，测量的不准确会在电极线中引入小的非零电流。人们发现，这个小的非零电流足以产生一个足够大的压降，其可用于为电极线监测单元的一个或多个其它的小功率部件提供主电压源。

因此，电源的设置使得自给自足(self-detained)的电极线监测单元有自己可靠的电源。这因而避免了使用附加的本地电源，例如外部功率发生器，来为电极线监测单元中的一个或多个其它部件供电。若不在电极线监测单元中设置功率提取电路，将需要在电极线监测单元附近建造附加的低级电源。这可能是昂贵和费时的，因为需要运送安装点的部件及安装该附加的本地电源。尤其是当这个附加的本地电源需要安装在远程或人口稀少的位置，或本地环境不适于安装该附加的本地电源时。

在本发明的实施例中，电极线监测单元还可以包括一个传感器，其用来在使用中测量电极线的所述或每个特性。在该实施例中，主电压源用来为该传感器装置供电。

该传感器装置可以具有用来测量电极线单一特性的单一传感器，也可以具有用来测量电极线的多个特性的多个传感器。所述电极线的所述或每个特性可以包括但不限于线路连接、电流及温度。

在功率提取电路中使用至少一个功率电子器件的好处是，电极线监测单元的尺寸和成本可通过使用一个或多个便宜且紧凑的功率电子器件来实现最小化。

在本发明的实施例中，功率提取电路可包括呈反向并联(anti-parallel)布置的多个功率电子器件。例如，该功率提取电路具有与另一功率电子器件呈反向并联设置的单一功率电子器件。此外，以反向并联设置的任一或每个单一功率电子器件可以用以串联和/或并联连接的多个功率电子器件(例如一对串联的功率电子器件)来替代。

在功率提取电路中使用反向并联连接多个功率电子器件使得可以从电极线中提取功率，而无需考虑电极线中电流的方向。这也使得功率提取电路可以在多个功率电子器件两端的电压降被反置时继续从电极线中提取功率。

当一个或多个功率电子器件失效时，所述或每个失效的功率电子器件可以形成短路以允许电极线电流在使用中流经该功率提取电路。这就避免了当功率提取电路中的一个或多个功率电子器件失效时电极线中电流中断。

通信设备可以是能传输信息到另一装置的任何一种类型，其可使用无线或物理信号传输介质。例如，该通信设备可以是或可以包括但不限于光通信设备、电力通信设备(electrical communication device)和/或无线电通信设备。

电极线监测单元还可以进一步包括至少一个连接到该通信设备用以在使用中运载信号的信号传输介质。所述或每个信号传输介质可以是但不限于电缆或光纤。

当电极线监测组件使用至少一个信号传输介质时，所述或每个信号传输介质可以安装到或紧固到电极线上，或可以与该电极线集成在一起。

信号传输介质与电极线的这种设置为所述或每个信号传输介质在电极线监测单元和终端用户之间的互连或不同电极线监测单元之间的互连提供了进一步的支持。

另外，所述或每个信号传输介质与电极的这种设置可用于检测电极线的故障。例如，当所述或每个信号传输介质时光纤时，电极线的故障会抑制光纤运载信号的能力。这将导致电极线监测单元输入和输出通信的损失，其可用来指示在电极线中发生了故障。

在本发明的实施例中，通信设备进一步包括用以在使用中接收信号的接收器。在应用中，信号可以传自终端用户，例如HVDC控制站，或传自另一电极线监测单元。正如之前提到的，上述信号可以包括一个或多个：关于电极线一个或多个特性的信息；控制指令，用以在使用中控制一个或多个电极线监测单元；配置数据，用以在使用中配置一个或多个电极线监测单元；有关一个或多个终端用户和/或电极线路监测单元的状态的信息。

而且，在通信设备中包括接收器不仅使得电极线监测单元可作为另一电极线监测单元和终端用户之间的中介(intermediary)，还可将多个电极线监测单元组成一电极线监测组件，用以在沿电极线的各个不同点上监测该电极线的所述或每个特性。这对于具有相当长度的电极线来说是尤为有用的。

在某种情况下，对电极线所述或每个特性的监测可以仅需在沿电极线的特定点上，而该点与终端用户之间的物理距离却可以相当大以至于在终端用户与该点之间需要一个或多个中间电极线监测单元来建立连接。在这种情况下，可以使用一个或多个省略了传感器的电极线监测单元来作为终端用户和某一具有传感器的电极线监测单元之间的中继或中介，这样由于省去了所述或每个中间电极线监测单元中的传感器得以节省了成本。上述情形包括但不限于端到端的直流差分测量。

在使用了接收器的实施例中，该电极线监测单元包括一通信中继设备，其在使用中重新传输接收到的信号，该通信中继设备包括发射器和接收器。

电极线的长度会导致信号在从电极线监测单元传输到终端用户的过程中引发信号衰减。然而，使用通信中继设备可以使得电极线监测单元重新产生从另一电极线监测单元接收到的衰减信另一电极线监测单元号，然后将重新产生的信号发送到或终端用户，从而提高电极线监测的可靠性。

在使用了接收器的另一实施例中，通信设备可以是双向通信设备，其包括一对发射器和一对接收器，并具有两个通信中继设备用以在使用中重新传输接收到的信号，其中每个通信中继设备均包含发射器和接收器。

通信设备的这种设置可以使电极线监测单元作为这样一种中介，其在终端用户和另一电极线监测单元之间或在两个其他电极线监测单元之间建立双向通信。

在本发明的另一实施例中，电极线监测单元可以进一步包括能力储存设备和/或能量转换设备，从而提供为电极线监测单元中一个或多个其他部件供电的次电压源。具体是，主电压源用来为通信设备供电，当电极线监测单元包括传感器设备时也可以用来为该传感器设备供电。能力储存设备可以是能够储存和释放能量的任何一种类型，可以是但不限于电池或电容。能量转换设备可以是能从环境中产生能量的任何一种类型，可以是但不限于太阳能电池。该能量转换设备还可以是任何一种可将储存于能力储存设备中的能量转换为电能或将电能转换为储存于能力储存设备中的能量的类型。

能力储存设备可电耦接到功率提取电路以选择性的对该能力储存设备充电。

每个或所述能力储存设备和能量转换设备用作后备电源来保证电极线监测单元的可靠工作，即使当电极线电流不够或为零时，也能从功率提取电路获取足够的电能。

功率提取电路两端的电压降可能因为散热的原因使得电极线监测单元的温度升高。

电极线监测单元还可进一步包括冷却系统，以调节电极线监测单元的温度。该冷却系统可以是或可以包括但不限于热沉、热管、风扇和/或对流通道(convectionchimney)。通过将温度保持在一个指定的温度范围，包括冷却系统使得电极线监测单元更加安全和可靠。

电极线监测单元还进一步包括用来保持电极线监测单元部件的支撑件，其在使用中安装到或紧固到电极线和/或电极线的支撑结构上。该支撑件可以例如为壳体的形式。

这种方式下，电极线监测单元可以部分地或全部地由电极线和/或电极线的支撑结构支持。这样，由于使用了支撑件意味着电极线监测单元受到本地环境的影响降至最低，所以电极线监测单元可安装于电极线的任何位置。例如，在本地环境不适于将电极线监测单元安装在地上的位置处，可使用支撑件。如此将无需因为本地环境的不同重新设计电极线监测单元以适应沿电极线的不同安装需求。

而且，使用支撑件来保持电极线监测单元的部件意味着电极线监测单元可以保持与电极线靠近。通过减少连接电极线和电极线监测单元中电源所需的材料，这将使得电极线监测单元的尺寸、重量和成本得以降低。使用支撑件来支撑电极线监测单元的部件还意味着电极线监测单元可以保持与被电极线支撑的任何信号传输介质靠近。这使得所述或每个信号传输介质的尺寸、重量和成本最小化。

此外，支撑件的使用使得电极线监测单元无需被一个本身由地面支撑的独立结构所支撑。这就避免了额外的绝缘部件用以将电极线监测单元与地绝缘。这将进一步节省尺寸、重量和成本。

根据本发明的第二个方面，还提供了包括通信路径的电极线监测组件用来监测电极线。其中通信路径包括沿该通信路径传递至少一个信号的多个电极线监测单元，并且所述多个电极线监测单元的每个都是根据前述权利要求的电极线监测单元。

如前所述，该电极线监测单元具有一发射器和电源，并可进一步配置为包括传感器、接收器或传感器与接收器的组合、以及其他可选的特征。如此，电极线监测单元的配置可在设计和制造中采用模块化方法，这将在制造和安装具有不同可选功能的多个电极线监测单元时，简化该电极线监测组件的组装。

在电极线监测组件中，所述多个电极线监测单元包括：

根据本发明的第一方面的任意在先实施例，至少一个电极线监测单元，和

根据本发明第一方面的使用了接收器的任意在先实施例，至少一个其他电极线监测单元，

其中所述多个电极线监测单元的至少一个与至少另一个通信，以沿通信路径传递至少一个信号。

在一个或多个电极线监测单元的通信设备中包括接收器使得多个电极线监测单元可形成电极线监测组件，其中该多个电极线监测单元设在电极线的不同点上并相互通信，从而限定了通信路径。该通信路径使得沿电极线不同点上设置的每个电极线监测单元链接到终端用户以传递信息，诸如关于沿电极线不同点上的电极线的所述或每个特性，来自终端用户的用以在使用中控制每个电极线监测单元的控制指令，来自终端用户的用以在使用中配置每个电极线监测单元的配置数据和/或关于一个或多个终端用户和/或一个或多个电极线监测单元的状态的信息等。

在电极线监测组件的进一步实施例中，通信路径可以分成多个通信子路径，其中每个通信子路径包括沿通信子路径传递信号的多个电极线监测单元中的至少一个。

电极线监测组件如此配置使得多个通信子路径中的一个被指定为主通信子路径，而每个其他的通信子路径则被指定为冗余通信子路径，其在主通信子路径不能传递信号时取代主通信子路径的功能。这因此提升了电极线监测组件的可靠性。

附图说明

现将参考附图，以非限制性的示例的方式来描述本发明的优选实施例，其中：

图1示意的显示了根据本发明第一实施例的电极线监测单元；

图2示意的显示了根据本发明第二实施例的电极线监测单元；

图3示意的显示了根据本发明第三实施例的电极线监测组件；

图4示意的显示了根据本发明第四实施例的电极线监测组件；

图5示意的显示了根据本发明第五实施例的电极线监测单元；以及

图6示意的显示了根据本发明第六实施例的电极线监测单元；

具体实施方式

图1显示了根据本发明第一实施例的第一电极线监测单元10。

第一电极线监测单元10包括传感器12、通信设备14和电源16。

传感器12具有用以在使用中测量电极线18的电流I的电流传感器。

可以设想，在其他实施例中，该传感器可由某个不同的传感器取代以测量电极线18上的不同特性，也可由多个传感器替代以测量电极线18的多个特性。电极线18的所述或每个特性可选自一群组，包括但不限于线路连接、电流水平及温度。

通信设备14是光通信设备14，并且包括用以在使用中发送光信号的发射器22。通信设备14进一步包括用以在使用中接收光信号的接收器32。

可以设想，在其他实施例中，通信设备14可以省略接收器32。

第一电极线监测单元10进一步包括与光通信设备14连接的光纤20，以在使用中运载所发送/接收的信号。光纤20在使用中与电极线18集成在一起。

可选的，光纤2也可以安装到或紧固到电极线18上。

光纤20集成到电极线18的方式为光纤20提供了额外的支撑。

可以设想，在其他实施例中，光通信设备14也可由其他类型的通信设备取代。在这些实施例中，第一电极线监测单元10中使用的信号传输介质类型可根据发送/接收的信号格式进行变化。例如，光纤20可由其他类型的光传输介质比如电缆取代。在其他实施例中，如果该通信设备可以实现无线信号传输，例如无线串行数字传输(radio serial digitaltransmission)，则第一电极线监测单元10可以不使用信号传输介质。

电源16具有功率提取电路，其包括呈反向并联设置的多个功率电子器件24。具体是，该功率提取电路包括一对串联的功率电子器件24，其与另一对串联功率电子器件24反向并联连接。

在进一步的实施例中，可以设想，每对串联的功率电子器件24可由单个功率电子器件、一对并联的功率电子器件或以串联和/或并联方式连接的不同数目的功率电子器件取代。

每个功率电子器件24为具有非线性电压-电流特性的功率二极管。在进一步的实施例中，可以设想，每个功率电子器件24可以被不同的功率电子器件取代，例如晶闸管或其他半导体器件。

功率提取电路在使用中连接到电极线18中。具体是，多个功率电子器件24的反向并联结构与电极线18串联连接。这样，当电流流经电极线18时在功率提取电路两端产生电压降V。功率提取电路两端产生的电压降V用于提供主电压源来为传感器12和通信设备14供电。

因此，在第一电极线监测单元10中提供电源16，使得能够从电极线18上获得功率以提供主电压源，为第一电极线监测单元10上的传感器12和通信设备14供电。

在使用中，电极线18可能要求工作在不同的操作条件下。如果电极线18用作接地基准，则在电极线18中将流过一小的稳态直流接地电流，例如小于5A。如果电极线18用作单极返回路径，则在电极线18中将流过一大的稳态直流电流，例如大于3000A。如果在与电极线18相关联的系统中有干扰，则该电极线可能携带有相当大的瞬态电流，例如超过18kA。

在功率提取电路中使用多个功率电子器件24意味着功率提取电路两端产生的电压降V受到由电极线18上电流变化带来的操作条件变化的影响被最小化。这将使得电源16可以提供稳定可靠的电压源来为第一电极线监测单元10中的传感器12和通信设备14供电。此外，功率提取电路从电极线18中获取功率的方式使得第一电极线监测单元10可以安装到靠近位于电极线18一端的接地电极25的位置，在该位置处相对于地的电压较低。

而且，在功率提取电路中使用反向并联的方式连接多个功率电子器件24使得无需考虑电极线18中电流的方向即可从电极线18中提取功率。这还使得功率提取电路即使在多个功率电子器件24两端的电压降被反置的情况下也能继续从电极线18中提取功率。

可选的，可以选择每个功率电子器件24使得当一个或多个功率电子器件24失效时，所述或每个失效的功率电子器件24形成短路，使得电极线电流I在使用中流经功率提取电路。这将避免当功率提取电路的一个或多个功率电子器件24失效时，流经电极线18的电流中断。

也可以采用其他方式来配置功率提取电路，使得当功率提取电路连接到电极线18中时，在功率提取电路两端产生电压降V以提供主电压源。

第一电极线监测单元10进一步包括壳体26以容纳传感器12、通信设备14和电源16。调节壳体26的形状以使其在使用中可安装到电极线18和/或电极线18的支撑结构上。可替代地，壳体26也可以在使用中紧固到电极线18和/或电极线18的支撑结构上。

以这种方式，第一电极线监测单元10可以部分或全部地由电极线18和/或电极线18的支撑结构所支撑。这样，因为壳体26的使用使得第一电极线监测单元10的安装受本地环境的影响最小化，所以第一电极线监测单元可沿电极线18的任何位置安装。例如，壳体26可用在本地环境不适于将第一电极线监测单元10安装到地的位置上。如此，就无需重新设计第一电极线监测单元10来适应由于本地环境不同带来的沿电极线18的不同安装需求。

使用壳体26来保持第一电极线监测单元10的部件也意味着第一电极监测单元10可与同电极线18集成在一起的光纤20保持靠近。这将使得光纤20的尺寸、重量和成本能够最小化。

此外，壳体26的使用使得第一电极监测单元10无需被一由地支撑的独立结构所支撑。这因此无需增加绝缘部件来将第一电极线监测单元10与地绝缘。这将进一步节省尺寸、重量和成本。

在其他的实施例中，可以设想，壳体26可由能够保持第一电极线监测单元的部件12、14的其他类型的支撑件所代替。

图2示出了根据本发明第二实施例的第二电极线监测单元110。图2所示的第二电极线监测单元110在结构和操作上均与图1中的第一电极线监测单元10类似，相同的特征也使用了相同的标记。

第二电极线监测单元110与第一电极线监测单元10不同点在于第二电极线监测单元110的通信设备14是双向通信设备14，其还包括一对通信中继设备30。

通信设备14的这种配置方式使得第二电极线监测单元110可以作为在终端用户和另一电极线监测单元之间，或者在两个其他电极线监测单元之间建立双向通信的中介。

在其他实施例中，可以设想，通信设备14可以只包括单一通信中继设备30。

每个通信中继设备30包括光发射器22和光接收器32。

第二电极线监测单元110还包括一对光纤20，其连接到光通信设备14中，以在使用中运载所发射和接收的信号，这些信号包括关于电极线18的测量电流水平的信息。

在第二电极线监测单元110中设置通信中继设备30不仅可以重新传输接收到的信号，还可以在发射重新产生的信号之前重新产生已衰减的信号。

可以设想，在其他实施例中，通信中继设备30中使用的接收器类型可以根据接收信号的格式进行变化。

上述的电极线监测单元10、110的配置在设计和制造上使用了模块化方法，这将在制造和安装具有不同特征的多个电极线监测单元10、110时简化电极线监测组件的组装。

图3示出了根据本发明第三实施例的第一电极线监测组件40。

第一电极线监测组件40包括一端部电极线监测单元10和一中间电极线监测单元110。端部电极线监测单元10在结构和操作上与图1显示的第一电极线监测单元10相同。中间电极线监测单元110在结构和操作上与图2显示的第二电极线监测单元110相同。

在使用中，端部电极线监测单元10设在与接地电极25连接的电极线18的第一端42上，电极线18的第二端44连接到一HVDC控制站46，中间电极线监测单元110连接在HVDC控制站36与端部电极线监测单元10之间电极线18长度的中点48处。

端部电极线监测单元10的光纤20连接到中间电极线监测单元110的光通信设备14上，使得能够在使用中在端部电极线监测单元10与中间电极线监测单元110之间传输信号。

中间电极线监测单元110的光纤20连接到HVDC控制站46上，使得能够在使用中在中间电极线监测单元110和HVDC控制站46之间传输信号。

以这种方式，端部电极线监测单元10和中间电极线监测单元110限定了通信路径，通过该通信路径，端部电极线监测单元10和中间电极线监测单元110可以互相通信，或与HVDC控制站46进行通信。

下面参考图1至图3，描述第一电极线监测组件40监测电极线18中电流水平的操作。

端部电极线监测单元10和中间电极线监测单元110中的电流传感器分别测量沿电极线18长度方向的电极线18的第一端42处和中点48处的电极线18的电流水平。

然后，端部电极线监测单元10的光通信设备14传输包括电极线18第一端42处测量电流水平信息的信号。该信号经由互接端部和中间电极线监测单元10、110的光纤20被传送至中间电极线监测单元110的光通信设备14。

一旦信号到达中间电极线监测单元110的光通信设备14处，其被中间电极线监测单元110的接收器32接收。当发生任何信号衰减时，中间电极线监测单元110的通信中继设备30可重新产生从端部电极线监测单元10接收的信号。然后，该接收的信号与包括有沿电极线18长度的中点48处的测量电流水平信息的信号相结合，从而生成了一组合信号，其包括有沿电极线18长度的电极线18的第一端42和中点48处的测量电流水平信息。接着，中间电极线监测单元110的光通信设备14通过连接中间电极线监测单元110和HVDC控制站46的光纤20将该组合信号传输至HVDC控制站46。

通过这种方式，沿电极线18长度的电极线18的第一端42处及中点48处的测量电流水平信息经由通信路径从每个电极线监测单元10、110传输给HVDC控制站46。然后，该传输的信息被用于确定电极线18上的电流水平是否处于正常工作参数内。它还将用于，例如，监测电极线18上由电极线18上电流水平变化导致的故障。

第一电极线监测组件40因此可以远程监测电极线18长度方向上不同点处的电流水平，该电极线连接HVDC控制站46和接地电极25。这种能力在HVDC控制站46和接地电极25之间距离很长从而需要较长的电极线18时尤为有用。

此外，上述的将光纤20与电极线18集成在一起可用于检测电极线18上的故障。例如，电极线18上的故障会抑制光纤运载信号的能力。这将导致由第一电极线监测组件40的电极线监测单元10、110限定的通信路径遭受通信损失。这种通信损失可用于指示电极线18发生了故障。

为每个电极线监测单元10、110提供电源16使得电极线监测单元10、110得以自给自足，每个电极线监测单元具有一个可靠的本地电源16，这提高了第一电极线监测组件40的可靠性。

每个电源16对电极线18上电流的依赖保证了只要电电极线18上流有电流，则为每个电极线监测单元10、110的部件12、14提供的电力不会被中断，这样就为每个电极线监测单元10、110提供了可靠的电源16。

在每个电极线监测单元10、110上使用电源16是有益的，其无需使用额外的本地电源，例如外部功率发生器，来为电极线监测单元10、110的部件12、14供电。考虑到需要将部件运输到安装地点和安装该额外的本地电源，在每个电极线监测单元10、110附近建造额外的本地电源可能成本巨大且费时。当该额外的本地电源需要安装在偏远或人口稀少的地方或本地环境不适于安装该额外的本地电源时，尤其如此。

除了或连同电极线的所述或每个特征信息，HVDC控制站46还可以向每个电极线监测单元10、110传送的信息包括：控制指令，用来在使用中控制每个电极线监测单元10、110；和/或配置数据，用来在使用中配置每个电极线控制单元10、110。此外，每个电极线控制单元10、110还可以定期向HVDC控制站传送有关电极线监测单元10、110的状态信息，以验证该电极线监测单元是否工作正确。

可以设想，在第一电极线监测组件40的其他实施例中，单一的中间电极线监测单元110可由多个中间电极线监测单元取代来连接端部电极线监测单元10和HVDC控制站46，从而限定通信路径使得该端部和中间电极线监测单元10、110之间可以互相通信，或与HVDC控制站46进行通信。

还可以设想，在第一电极线监测组件40的其他实施例中，中间电极线监测单元110可以省去传感器12。从中间电极线监测单元110中省略传感器12可应用于只需在电极线的第一端42处监测电极线18的电流的某些场合，但电极线的第一端42与HVDC控制站44之间的物理距离可能相当大以至于需要一个多个中间电极线监测110来建立电极线18的第一端42与HVDC控制站44之间的通信。上述场合包括但不限于，端到端的直流差分测量。

因此，参考图3，中间电极线监测单元110可由省略传感器12的中间电极线监测单元110代替，因而仅起到将从端部电极线监测单元10接收的信号传输到HVDC控制站46的中介功能。由于在中间电极线监测单元110中省略了传感器12，成本得以降低。

可以进一步设想，在第一电极线监测组件40的其他实施例中，第一电极线监测组件40可以省去中间电极线监测单元110，并且端部电极线监测单元10的光纤20可以直接连接到HVDC控制站46。在这种方式下，端部电极线监测单元10直接与HVDC控制站46进行通信。

图4示出了根据本发明第四实施例的第二电极线监测组件140。图4所示的第二电极线监测组件140在结构上和操作上均与图3所示的第一电极线监测组件40相类似，且相同的特征采用相同的标记。

第二电极线监测组件140与第一电极线监测组件40的不同点在于，第二电极线监测组件140进一步包括附加的端部电极线监测单元10和附加的中间电极线监测单元110。

在使用中，附加的端部电极线监测单元10设于与接地电极25连接的电极线18的第一端42，附加的中间电极线监测单元110连接到在HVDC控制站46和附加的端部电极线监测单元10之间的电极线18长度方向的中点48处。

附加的端部电极线监测单元10的光纤20连接到附加的中间电极线监测单元110的光通信设备14处，使得能够在使用中在附加的端部电极线监测单元10和附加的中间电极线监测单元110之间传输信号。

附加的中间电极线监测单元110的光纤20连接到HVDC控制站46，使得能够在使用中在附加的中间电极线监测单元110与HVDC控制站46之间传输信号。

通过这种方式，端部和中间电极线监测单元10、110限定了一个通信路径，其分为一对通信子路径54、56。每个通信子路径54、56具有一个端部电极线监测单元10和一个中间电极线监测单元110以沿通信子路径54、56传输信号。在每个通信子路径54、56中，其端部和中间电极线监测单元10之间互相通信，且与HVDC控制站46通信。

第二电极线监测组件140的这种配置使得通信子路径54、56的其中一个被指定为主通信子路径，而其他的通信子路径54、56被指定为冗余通信子路径，当主通信子路径不能传送信号时，冗余通信子路径将取代主通信子路径的功能。这将因此提升第二电极线监测组件140的可靠性。

可以设想，在其他实施例中，第二电极线监测组件140的端部和中间电极线监测单元的数目可以变化，从而限定出被分为不同数量通信子路径的通信路径。

图5示出了根据本发明第五实施例的第三电极线监测单元210。图5的第三电极线监测单元210在结构和功能上与图1所示的第一电极线监测单元10相类似，且相同的特征采用相同的标记。

第三电极线监测单元210与第一电极线监测单元10的区别在于第三电极线监测单元210还包括能充放电的电池50以提供电压。该电池电耦接到功率提取电路以选择性的为电池50充电。

可选的，电池50也可与功率提取电路独立设置，例如，不与功率提取电路耦接来选择性的为电池50充电。

在第三电极线监测单元210中设置电池50为第三电极线监测单元210的传感器12和通信设备14供电提供了次电压源。这样，即使当电极线18中的电流不足或为零从而无法通过功率提取电路获取足够的功率时，该电池可作为后备电源从而保障第三电极线监测单元210可靠工作。

电池50可由能够充放电从而提供电压的其他能力储存设备取代。这样的能力储存设备可以是但不限于电容。

可以设想，在其他实施例中，除了或取代电池50，第三电极线监测单元210还可以包括能量转换设备，其能够从环境中产生能量从而为第三电极线监测单元210的传感器12和通信设备14供电提供次电压源。这样的能量转换设备可以是，但不限于，太阳能电池。

还可以设想，该能量转换设备可为任何类型的能量转换设备，只要其能将能力储存设备中存储的能量类型与电能相互转换。

图6示出了根据本发明第六实施例的第四电极线监测单元310。图6示出的第四电极线监测单元310在结构和操作上均与图1所示的第一电极线监测单元10相类似，且相同的特征采用相同的标记。

第四电极线监测单元310与第一电极线监测单元10的不同点在于第四电极线监测单元还包括热沉52。热沉52通过对流传热将第四电极线监测单元310工作期间产生的热量散发出去。这使得第四电极线监测单元310的温度被调节在一指定的温度区间，从而提升了第四电极线监测单元310的安全性和可靠性。

热沉52可由其他形式的冷却系统所取代，上述冷却系统能将热量散发出去从而调节第四电极线监测单元310的温度。这样的冷却系统可以包括，但不限于，热管、风扇和/或对流通道。

可以设想，在本发明的其他实施例中，每个电极线监测单元10、110、210、310和每个电极线监测组件40、140可包括参考前述实施例所描述的任何特征的组合。

Claims (18)

1.一种用于监测电极线的电极线监测单元，其特征在于，包括：

通信设备，包括在使用中发送信号的发射器；以及

电源，包括功率提取电路，所述功率提取电路在使用中连接到电极线中，使得所述功率提取电路两端产生电压降，从而提供为所述电极线监测单元的一个或多个部件供电的主电压源，其中所述功率提取电路包括至少一个具有非线性电压-电流特性的功率电子器件，在所述功率电子器件两端出现所述功率提取电路两端产生的所述电压降。

2.根据权利要求1所述的电极线监测单元，其中所述信号包括以下中的一个或多个：

有关所述电极线的一个或多个特性的信息；

用于在使用中控制一个或多个电极线监测单元的控制指令；

用于在使用中配置一个或多个电极线监测单元的配置数据；

关于一个或多个终端用户和/或一个或多个电极线监测单元的状态的信息。

3.根据权利要求2所述的电极线监测单元，还包括：传感器，用于在使用中测量所述电极线的一个或多个特性。

4.根据权利要求2所述的电极线监测单元，其中每个所述电极线的一个或多个特性选自包含线路连接、电流水平和温度的群组。

5.根据权利要求1所述的电极线监测单元，其中所述功率提取电路包括反向并联布置的多个功率电子器件。

6.根据权利要求5所述的电极线监测单元，其中当一个或多个功率电子器件失效时，失效的每个所述功率电子器件形成短路，从而在使用中允许电极线电流流经所述功率提取电路。

7.根据权利要求1所述的电极线监测单元，其中所述通信设备为光通信设备、电力通信设备和/或无线电通信设备，或包括光通信设备、电力通信设备和/或无线电通信设备。

8.根据权利要求7所述的电极线监测单元，其中所述通信设备还包括用以在使用中接收信号的接收器。

9.根据权利要求8所述的电极线监测单元，其中所述通信设备包括用以在使用中重新传输所接收信号的通信中继设备，其中所述通信中继设备包括发射器和接收器。

10.根据权利要求9所述的电极线监测单元，其中所述通信设备为双向通信设备，其包括一对发射器和一对接收器，以及用以在使用中重新传输所接收信号的两个通信中继设备，其中每个通信中继设备包括发射器和接收器。

11.根据任意前述权利要求之一所述的电极线监测单元，还包括能量储存设备和/或能量转换设备，以提供电极线监测单元的一个或多个其他部件供电的次电压源。

12.根据权利要求11所述的电极线监测单元，其中所述能量储存设备电耦接到所述功率提取电路以选择性地对所述能量储存设备充电。

13.根据权利要求1-10之一所述的电极线监测单元，其中所述电极线监测单元还包括冷却系统，以调节所述电极线监测单元的温度。

14.根据权利要求13所述的电极线监测单元，其中所述冷却系统为热沉、热管、风扇和/或对流通道，或包括热沉、热管、风扇和/或对流通道。

15.根据权利要求1-10之一所述的电极线监测单元，还包括：支撑件，用于保持所述电极线监测单元的部件，所述支撑件在使用中可安装到或紧固到所述电极线上和/或所述电极线的支撑结构上。

16.一种用于监测电极线的电极线监测组件，其特征在于，包括通信路径，所述通信路径包括沿所述通信路径传输至少一个信号的多个电极线监测元，并且所述多个电极线监测单元的每个均为根据任意前述权利要求所述的电极线监测单元。

17.根据权利要求16所述的电极线监测组件，其中所述多个电极线监测单元包括：

至少一个根据权利要求1到15中任一项所述的电极线监测单元，以及

至少一个根据权利要求8到10中任一项所述的电极线监测单元，

其中多个所述根据权利要求1到15中任一项所述的电极线监测单元中的至少一个与多个所述至少一个根据权利要求8到10中任一项所述的电极线监测单元中的至少一个相互通信从而沿所述通信路径传输至少一个信号。

18.根据权利要求16或17所述的电极线监测组件，其中所述通信路径分为多个通信子路径，其中每个通信子路径包括所述多个电极线监测单元中的至少一个，以沿该通信子路径传输信号。