CN112636440A - 一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置及安装方法，用于为特高压输电线路周围的监测设备供电，装置包括依次连接的收集器、整流电路、储能电路和电池，储能电路和电池之间设有充放电控制电路，收集器设置在杆塔上，充放电控制电路包括滞回比较器和场效应管，场效应管的源极和漏极分别与储能电路和电池连接，滞回比较器的输出端与场效应管的栅极连接，当储能电路的电压高于滞回比较器的上限电压时场效应管导通，储能电路对电池进行充电，当储能电路的电压低于滞回比较器的上限电压时场效应管断开，收集器为储能电路进行充电。与现有技术相比，本发明具有充电效率高、使用寿命长和适用范围广等优点。

Description

一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置及安装方法

技术领域

本发明涉及一种特高压输电线路无线取电技术，尤其是涉及一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置及安装方法。

背景技术

随着特高压输电线路越来越多，并且线路比较长，所处地理和气候环境复杂，从而导致输电线的巡检难度加大。目前，为了方便特高压输电线路的巡检，已有在输电线路附近布置一些监测装置。但是这些监测装置所处位置较高，电池更换难度大。因此监测装置的供能问题是一个难题，目前通常通过无线取电装置采集为监测装置进行供电，无线取电装置直接利用电场耦合或者电磁感应收集电能，并将电能储存在电池内，通过电池为监测设备供电。

但在目前的无线取电技术普遍存在以下两个问题：

一是无线取电装置的安装位置是取电效率和安全性的重要影响因素，目前在安装无线取电装置时，通常将无线取电装置固定在输电线路上，特高压输电线路由于电压高，会在其周围产生强磁场，而无线取电装置本身含有金属材料以及蓄电池，磁场直作用在金属材料以及电池上时会产生发热现象，长时间会导致线取电装置出现故障，甚至导致安全事故，同时电池的充电电压不稳定，会降低电池的使用寿命；

二是无线取电装置直接利用电场耦合或者电磁感应收集电能，特高压输电线路内的电压不稳定，其产生的场强不定，从而无线取电装置为电池提供的充电电压不稳定，当场强较小是，无线取电装置为电池提供的充电电压不足以为电池供电，导致无线取电装置无法为监测装置充电，电能的利用率低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置及安装方法，充电效率高，使用寿命长，适用范围广。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置，用于为特高压输电线路周围的监测设备供电，包括依次连接的收集器、整流电路、储能电路和电池，所述的储能电路和电池之间设有充放电控制电路，所述的收集器设置在杆塔上，所述的充放电控制电路包括滞回比较器和场效应管，所述的场效应管的源极和漏极分别与储能电路和电池连接，所述的储能电路包括储能电容，所述的收集器位于特高压输电线路周围的电场中，利用电容原理，所述的收集器可产生电能，所述的滞回比较器的输出端与场效应管的栅极连接，当储能电路的电压高于滞回比较器的上限电压时场效应管导通，所述的储能电路对电池进行充电，当储能电路的电压低于滞回比较器的上限电压时场效应管断开，所述的收集器为储能电路进行充电，实现间歇性充电，能够充分收集利用极小的电能，储能电路的储能充足时可进行放电，安全性好。

进一步地，所述的收集器的材料为铜板，导电能力强，有利于收集更多的电能，收集器的形状为圆筒状，稳定性好。

进一步地，所述的整流电路为全桥整流电路，将收集器产生的交流电转换为直流电。

进一步地，所述的滞回比较器为LTC1440，所述的LTC1440是具有内置参考的超低功率单双比较器，功耗低，节约电能。

一种采用如权利要求1所述的非接触式取电装置的安装方法，具体为：

根据特高压输电线路的物理参数，利用Maxwell软件建立特高压输电线路模型，获得特高压输电线路模型周围的电场分布图，设定收集器的安装区间，所述的安装区间内电场强度最大的位置即收集器的安装位置，将收集器设置在该安装位置，根据收集器的物理参数和安装位置求解收集器与特高压输电线路之间的第一分布电容值以及收集器与地面之间的第二分布电容值，求得由特高压输电线路和收集器构成的等效取电电路；

所述的特高压输电线路的物理参数包括特高压输电线路离地面的高度以及特高压输电线路的材料、电压等级、相位和等效半径，所述的收集器的物理参数包括收集器的材料和尺寸；

通过Multisim软件对等效取电电路、整流电路和储能电路进行仿真，获得储能电路的输出电压V₁；

比较储能电路的输出电压V₁与电池的充电电压V₂，若V₁>V₂，在储能电路和电池之间设置降压型的DC-DC转换电路，若V₁<V₂，所述的DC-DC转换电路采用升压型的DC-DC转换电路，若V₁＝V₂，将储能电路和电池直接连接。

进一步地，所述的安装区间为与杆塔之间的距离在设定范围内的区域，由于特高压输电线路内的大电流产生的磁场直接作用在储能电路和电池上，产生发热现象，安全性差，将非接触式取电装置安装在杆塔上，非接触式取电装置通过安装支架安装在杆塔上，因此安装区间为与杆塔之间的距离在设定范围内的区域，远离了特高压输电线路，提高了安全性。

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明在储能电路和电池之间设有充放电控制电路，所述的充放电控制电路包括滞回比较器和场效应管，所述的场效应管的源极和漏极分别与储能电路和电池连接，滞回比较器的输出端与场效应管的栅极连接，当储能电路的电压高于滞回比较器的上限电压时场效应管导通，所述的储能电路对电池进行充电，当储能电路的电压低于滞回比较器的上限电压时场效应管断开，收集器为储能电路进行充电，实现间歇性充电，适用于场强多变的环境，场强较小时，储能电路充分收集和利用极小的电能，提高了电能的利用率，充电效率高，场强较大时，极大的电能不直接为电池充电，当储能电路的储能充足时可进行放电，电池的充电电压稳定，延长了使用寿命；

(2)本发明将安装区间设为与杆塔之间的距离在设定范围内的区域，由于特高压输电线路内的大电流产生的磁场直接作用在储能电路和电池上，产生发热现象，安全性差，将非接触式取电装置安装在杆塔上，非接触式取电装置通过安装支架安装在杆塔上，远离了特高压输电线路，提高了安全性；

(3)本发明利用Maxwell软件建立特高压输电线路模型，获得特高压输电线路模型周围的电场分布图，并在确定收集器的安装区间内电场强度最大的位置，并将收集器置于该位置，由于特高压输电线路周围的电场强度随距离呈指数变化，若收集器距离于特高压输电线路，收集的电能少，利用率低，将收集器设置在安装区间内电场强度最大的位置，提高了电能的收集效率；

(4)本发明通过Multisim软件对等效取电电路、整流电路和储能电路进行仿真，获得储能电路的输出电压与电池的充电电压，由于非接触式取电装置的安装环境多变，不同的特高压输电线路的物理参数不同，在现场布置非接触式取电装置之前，判断储能电路的输出电压是否满足电池的充电需求，进一步判断是否需要DC-DC转换电路以及DC-DC转换电路的类型，提高了非接触式取电装置的适用范围；

(5)本发明收集器的材料为铜板，导电能力强，有利于收集更多的电能；

(6)本发明收集器的形状为圆筒状，稳定性好；

(7)本发明滞回比较器为LTC1440，功耗低，节约电能。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为等效取电电路、整流电路、储能电路和充放电控制电路的电路图；

图中标号说明：

1.等效取电电路，2.整流电路，3.储能电路，4.充放电控制电路，5.DC-DC转换电路，6.电池。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置，如图1，用于为特高压输电线路周围的监测设备供电，包括依次连接的收集器、整流电路2、储能电路3和电池6，储能电路3和电池6之间设有充放电控制电路4，收集器设置在杆塔上，充放电控制电路4包括滞回比较器和场效应管，场效应管的源极和漏极分别与储能电路3和电池6连接，储能电路3包括储能电容，收集器位于特高压输电线路周围的电场中，利用电容原理，收集器可产生电能，滞回比较器的输出端与场效应管的栅极连接，当储能电路3的电压高于滞回比较器的上限电压时场效应管导通，储能电路3对电池6进行充电，当储能电路3的电压低于滞回比较器的上限电压时场效应管断开，收集器为储能电路3进行充电，实现间歇性充电，能够充分收集利用极小的电能，储能电路3的储能充足时可进行放电，安全性好。

收集器的材料为铜板，导电能力强，有利于收集更多的电能，收集器的形状为圆筒状，稳定性好。

整流电路2为全桥整流电路，将收集器产生的交流电转换为直流电。

如图2，电控制电路4还包括滞回比较器的外围电路，滞回比较器为LTC1440，LTC1440是具有内置参考的超低功率单双比较器，功耗低，节约电能，电阻R3和R4用于调整滞回比较器的滞回带大小，电阻R₁和R2具有分压作用，用于调整滞回比较器的输入电压，电阻R5和电容C9用于设定旁路参考输出。

实施例2

与实施例1对应的一种非接触式取电装置的安装方法，具体为：

根据特高压输电线路的物理参数，利用Maxwell软件建立特高压输电线路模型，获得特高压输电线路模型周围的电场分布图，设定收集器的安装区间，安装区间为与杆塔之间的距离在设定范围内的区域，由于特高压输电线路内的大电流产生的磁场直接作用在储能电路3和电池上，产生发热现象，安全性差，将非接触式取电装置安装在杆塔上，远离特高压输电线路，提高了安全性；

利用Maxwell软件确定安装区间内电场强度最大的位置，将收集器设置在该位置，由于特高压输电线路周围的电场强度随距离呈指数变化，若收集器距离于特高压输电线路，收集的电能少，利用率低，将收集器设置在安装区间内电场强度最大的位置，提高了电能的收集效率；

根据收集器的物理参数和安装位置求解收集器与特高压输电线路之间的第一分布电容值以及收集器与地面之间的第二分布电容值，求得由特高压输电线路和收集器构成的等效取电电路1；

特高压输电线路的物理参数包括特高压输电线路离地面的高度以及特高压输电线路的材料、电压等级、相位和等效半径，收集器的物理参数包括收集器的材料和尺寸；

通过Multisim软件对等效取电电路1、整流电路2和储能电路3进行仿真，获得储能电路3的输出电压V₁；

比较储能电路3的输出电压V₁与电池6的充电电压V₂，若V₁>V₂，在储能电路3和电池6之间设置降压型的DC-DC转换电路5，若V₁<V₂，DC-DC转换电路5采用升压型的DC-DC转换电路5，若V₁＝V₂，将储能电路3和电池6直接连接；

由于非接触式取电装置的安装环境多变，不同的特高压输电线路的物理参数不同，在现场布置非接触式取电装置之前，通过Multisim软件进行仿真，判断储能电路3的输出电压V₁是否满足电池6的充电需求，进一步判断是否需要DC-DC转换电路5以及DC-DC转换电路5的类型，提高了非接触式取电装置的适用范围。

实施例1和实施例2提出了一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置及安装方法，实现了间歇性充电，适用于场强多变的环境；利用Maxwell软件建立特高压输电线路模型，获得特高压输电线路模型周围的电场分布图，确定收集器的安装区间内电场强度最大的位置，将收集器设置在该位置，提高了电能的收集效率；通过Multisim软件仿真，获得储能电路3的输出电压与电池的充电电压，判断储能电路3的输出电压是否满足电池6的充电需求，进一步判断是否需要DC-DC转换电路5以及DC-DC转换电路5的类型，提高了非接触式取电装置的适用范围。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置，用于为特高压输电线路周围的监测设备供电，包括依次连接的收集器、整流电路(2)、储能电路(3)和电池(6)，其特征在于，所述的储能电路(3)和电池(6)之间设有充放电控制电路(4)，所述的收集器设置在杆塔上，所述的充放电控制电路(4)包括滞回比较器和场效应管，所述的场效应管的源极和漏极分别与储能电路(3)和电池(6)连接，所述的滞回比较器的输出端与场效应管的栅极连接，当储能电路(3)的电压高于滞回比较器的上限电压时场效应管导通，所述的储能电路(3)对电池(6)进行充电，当储能电路(3)的电压低于滞回比较器的上限电压时场效应管断开，所述的收集器为储能电路(3)进行充电。

2.根据权利要求1所述的一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置，其特征在于，所述的储能电路(3)包括储能电容。

3.根据权利要求1所述的一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置，其特征在于，所述的收集器的材料为铜板。

4.根据权利要求1所述的一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置，其特征在于，所述的收集器为圆筒状。

5.根据权利要求1所述的一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置，其特征在于，所述的整流电路(2)为全桥整流电路。

6.根据权利要求1所述的一种用于特高压输电线路的非接触式取电装置，其特征在于，所述的滞回比较器为LTC1440。

7.一种采用如权利要求1所述的非接触式取电装置的安装方法，其特征在于，具体为：

根据特高压输电线路的物理参数，利用Maxwell软件建立特高压输电线路模型，获得特高压输电线路模型周围的电场分布图，设定收集器的安装区间，所述的安装区间内电场强度最大的位置即收集器的安装位置，将收集器设置在该安装位置，根据收集器的物理参数和安装位置求解收集器与特高压输电线路之间的第一分布电容值以及收集器与地面之间的第二分布电容值，求得由特高压输电线路和收集器构成的等效取电电路(1)；

通过Multisim软件对等效取电电路(1)、整流电路(2)和储能电路(3)进行仿真，获得储能电路(3)的输出电压V₁；

比较储能电路(3)的输出电压V₁与电池(6)的充电电压V₂，若V₁>V₂，在储能电路(3)和电池(6)之间设置降压型的DC-DC转换电路(5)，若V₁<V₂，所述的DC-DC转换电路(5)采用升压型的DC-DC转换电路(5)，若V₁＝V₂，将储能电路(3)和电池(6)直接连接。

8.根据权利要求7所述的一种非接触式取电装置的安装方法，其特征在于，所述的安装区间为与杆塔之间的距离在设定范围内的区域。

9.根据权利要求7所述的一种非接触式取电装置的安装方法，其特征在于，所述的特高压输电线路的物理参数包括特高压输电线路离地面的高度以及特高压输电线路的材料、电压等级、相位和等效半径。

10.根据权利要求7所述的一种非接触式取电装置的安装方法，其特征在于，所述的收集器的物理参数包括收集器的材料和尺寸。

Images