CN109546745A - 一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，解开避雷线与杆塔的连接点，将取源装置直接串接在避雷线与杆塔之间。本发明通过对输电线路避雷线感应电压进行直接取源，采用参数匹配的方式达到取能的目的，克服现有互感器对大功率设备稳定供电和绝缘问题等技术难题，提出一种区别于现有避雷线感应式取能方式的串接谐振式直接取能新方式。配合供电侧的功率变换电路，实现对杆塔上设备的稳定直流供电，形成一套完善的新型高压输电线路杆塔避雷线直接取源方案。

Description

一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法

技术领域

本发明涉及高压输电技术领域，特别是一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法。

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大，电网的规模也不断扩大，输电网的电压等级也不断攀升。作为连接发电厂与枢纽变电站的输电通道，输电网的安全、可靠至关重要。然而，对比配电网，输电线路与设备的智能化检测手段却有明显的落后和不足。由于输电线路一般需要跨越长距离地域，高压杆塔和输电线路往往处于偏僻位置，致使杆塔上检测设备的供电无法从低压市电获取。由于供电手段欠缺，使得输电杆塔装载的设备数量和性能受到极大的限制。

为解决高压输电杆塔上装设的传感检测等低压设备供电问题，现下的技术路径主要有两种：一、通过输电线路进行相应的降压取电；二、通过额外电源进行供电。其中，第一种取电方式较为常见的有电流互感器二次侧取电和电容分压取电。然而，由于电能来源于输电线路，容易受线路负荷电流波动的影响，造成供电不稳。此外，由于输电线路电压等级大，设备的绝缘成本巨大，且制造工艺上需满足耐压绝缘要求，体积庞大。虽然，电容分压取电技术在一定程度上能提高设备的绝缘和安全性，但分压器造价较贵，不易安装和维护，应用并不广泛。第二种取电方式较为常见的有激光功能和太阳能供电。采用激光供电，需从低电位侧发送高能量激光，传输给处于高压侧的接光设备，将光能转换为电能。但是，该技术存在两个明显的不足：一是光电接收和转换的效率低，激光供电的功率受到限制；二是对于低电位侧的激光发送装置仍需要低压供电，然而输电杆塔一般分布在野外，市电的获取困难，因此适用范围具有局限性。而太阳能供电方式需装设较大的太阳能电池板，体积大且转换效率低。且其寿命较短，更换频率较高。另一方面，其供电的功率也受到极大的限制，一般只适合用作驱鸟器等低功耗装置供电。

综上所述，迄今为止的高压输电线路取能技术仍存在以下的不足：一、电源品质不高，供电的效率不高，造成电能损失现象严重；二、取能的有效功率低；三、装置的可靠性不高，即使用寿命较短；四、由于高电压所带来的绝缘难题使得工艺成本大大提高。因此，如何可靠、安全、稳定并持续的高功率输出电能是当前高压输电线路取源供电的关键技术难点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，。

本发明采用以下方案实现：一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，解开避雷线与杆塔的连接点，将取源装置直接串接在避雷线与杆塔之间。

进一步地，所述取源装置包括取能模块与功率变换模块；所述取能模块从避雷线上取能，取得的电能通过功率变换模块进行转换后，输出稳定的电压，供给直流负载使用。

进一步地，所述功率变换模块包括整流滤波电路、DC/DC变换电路和电压反馈调节电路。

进一步地，所述功率变换模块还包括前端抗冲击保护电路，用以保护取源装置供电侧免受由于雷击波带来的过电压冲击。

进一步地，所述取能模块包括原边电感以及副边电感，所述原边电感的两端直接串接至避雷线与杆塔的连接点，所述副边电感接所述功率变换模块的输入端。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

1、本发明通过对取源装置和整流技术的有机结合，实现了对高压输电线路上避雷线的能量提取，所取得的电能输出功率大，可供杆塔上大功率设备的稳定运行。

2、由于采用直接电联的方式，区别于通过电流互感器套装感应的避雷线取能装置，本发明能够提高取能供电的稳定性，同时仅需要调整装置本身参数，便可实现取能功率优化，便于安装，具有较强的创新性。

附图说明

图1为本发明实施例的原理框图。

图2为本发明实施例的等效电路图；其中（a）为取源模块的等效接线图，（b）为取源模块原边折算到副边的等效电路图。

图3为本发明实施例的几种参数配比下原边电感与取能功率关系曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供了一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，解开避雷线与杆塔的连接点，将取源装置直接串接在避雷线与杆塔之间。

在本实施例中，所述取源装置包括取能模块与功率变换模块；所述取能模块从避雷线上取能，取得的电能通过功率变换模块进行转换后，输出稳定的电压，供给直流负载使用。

在本实施例中，所述功率变换模块包括整流滤波电路、DC/DC变换电路和电压反馈调节电路。

在本实施例中，所述功率变换模块还包括前端抗冲击保护电路，用以保护取源装置供电侧免受由于雷击波带来的过电压冲击。

在本实施例中，所述取能模块包括原边电感以及副边电感，所述原边电感的两端直接串接至避雷线与杆塔的连接点，所述副边电感接所述功率变换模块的输入端。

特别的，高压输电线路搭设过程中，需架设避雷线进行保护。避雷线可靠接地，理论上全线零电位，但由于线路较长，避雷线本身存在阻抗，且避雷线平行于三相输电线路铺设，处于输电线路强电场强磁场环境中，电磁感应现象突出。通过仿真与实验测试可得，220kV输电线路杆塔上的避雷线，将其与杆塔的连接点断开，可获得将近12kV感应电压，若进行参数匹配可获得较大的功率。

如图1所示，本实施例通过解开避雷线路与杆塔的连接点，将所述取能装置直接串接至避雷线与杆塔之间，在电路拓扑上与电流互感器套装有着本质的区别。由于避雷线存在分布电容、线路电阻和电感，且线路上感应交流电，因此所述取能装置接线后等效电路拓扑如图2所示。将避雷线侧的线路参数折算到副边供电侧可得简化后的等效电路。通过匹配L1、L2、R0以及调整气隙改变互感系数M，便可计算出相应的取能功率和输出电压。取得的电能通过功率变换模块进行转换后，输出稳定的电压，供给直流负载使用。功率变换模块由前端抗冲击保护电路（图中未画出）、整流滤波电流、DC/DC变换电路和电压反馈调节电路组成。通过前端抗冲击保护电路可有效保护取源装置供电侧免受由于雷击波带来的过电压冲击。通过全桥整流滤波电路将所取得的交流电转换为直流电后，再由DC/DC电路进行宽范围输入和稳定电压输出的电能变换，为负载提供可靠的供电。

具体的，如图2中的（a）所示，其中C为地线与三相输电线路的等效电容，R为原边等效电阻，L1为电感原边感值，L2为电感副边感值，M为原副边的互感，R0为负载。原边折算到副边的等效电路如图2中的(b)所示，Uoc为副边的感应电压，Z11为原边折算到副边的阻抗。负载上获得的功率与原边电感、副边电感、耦合系数、负载端等效电阻直接相关。

经过计算与测试，以220kV输电线路为例，将杆塔避雷线连接点打开，测得等效对地电容C=19.56nF，避雷线A点感应电压U约为13kV，等效电阻5kΩ。由于取能功率与原边电感L1，副边电感L2，耦合系数k和供电侧负载等效电阻R0相关，存在P（L1,L2,k,R0）函数关系，其中原边电感直接串接入高压侧，制作工艺和体积受感量影响较大。因此考虑四种较为常规的副边电感、耦合系数和供电侧负载等效电阻值下，取能功率与原边电感关系，曲线如图3所示。由图可知，在该参数配比下，原边电感的取值存在一个谐振点，谐振时输出功率最大。虽然当负载等效电阻为10Ω，k为0.95，L2为0.01H时，谐振点功率最大，但在实际应用中，考虑制作工艺和系统参数变化将带来输出功率的大幅度变化，因此参数的选取应尽量避开谐振点，且变化率较小。因此，综合考虑，采用参数配比为L2=0.01H，k=0.95，R0=10Ω的曲线，且当L1取400H时，所取得功率满足一般情况下的需求。对所选取的参数进行计算可得，当原边电感选用400H，副边电感选用0.01H，耦合系数0.95，等效负载10Ω下，取能功率将达1.342kW，原边侧电感电压将达到27.1kV，负载电压降到122.8V。计及原副边耐压设计要求，气隙增大导致互感系数轻微下降，将造成功率下降，但仍然可达千瓦级，满足杆塔设备的常规用电。取能后端通过整流和斩波电路，实现稳定电压输出。

本实施例通过对输电线路避雷线感应电压进行直接取源，采用参数匹配的方式达到取能的目的，克服现有互感器对大功率设备稳定供电和绝缘问题等技术难题，提出一种区别于现有避雷线感应式取能方式的串接谐振式直接取能新方式。配合供电侧的功率变换电路，实现对杆塔上设备的稳定直流供电，形成一套完善的新型高压输电线路杆塔避雷线直接取源方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，其特征在于：解开避雷线与杆塔的连接点，将取源装置直接串接在避雷线与杆塔之间。

2.根据权利要求1所述的一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，其特征在于：所述取源装置包括取能模块与功率变换模块；所述取能模块从避雷线上取能，取得的电能通过功率变换模块进行转换后，输出稳定的电压，供给直流负载使用。

3.根据权利要求2所述的一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，其特征在于：所述功率变换模块包括整流滤波电路、DC/DC变换电路和电压反馈调节电路。

4.根据权利要求3所述的一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，其特征在于：所述功率变换模块还包括前端抗冲击保护电路，用以保护取源装置供电侧免受由于雷击波带来的过电压冲击。

5.根据权利要求2所述的一种新型高压输电线路避雷线直接取源方法，其特征在于：所述取能模块包括原边电感以及副边电感，所述原边电感的两端直接串接至避雷线与杆塔的连接点，所述副边电感接所述功率变换模块的输入端。