CN112838681B - 一种高压输电线路杆塔上的感应取电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压取电领域，具体是一种高压输电线路杆塔上的感应取电装置，一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置，包括高压输电线、杆塔、取电装置、电能转换装置和负载，所述取电装置包括两根金属柱、金属丝线、均压球以及两根绝缘柱；两根绝缘柱一端对称设于杆塔一侧，两根所述金属柱一端分别连接两根绝缘柱的另一端，所述的金属丝线连接两根金属柱，金属丝线和金属柱的接口处装有均压球，所述电能转换装置设于其中一根金属柱靠近绝缘柱的端部，负载和电能转换装置连接，所述高压输电线设于取电装置上方，通过可控整流滤波电路，可以实现功率追踪功能，能够根据高压输电线上的电流调整输出功率的大小，提高功率的同时维持稳压运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压输电线路杆塔上的感应取电装置，能在高压输电线正常运行时取电用以维持高压杆塔附带的无功补偿设备及相关监控设备的运行，属于高压取电技术领域。
背景技术
在高压输电线路杆塔上，往往需要配备许多通讯杆塔监控、检测设备以及无功补偿设备，而这些设备所需的电源要求是稳定且低压，而在高压输电线路杆塔的环境中却很难取得这样的电源。在以往的解决方案中往往是用太阳能、风能、电容分压取电、高压感应取电等。
太阳能和风能是目前应用最为广泛的高压取电方式之一，但是其缺陷也较为明显，受环境影响大，阳光不充足或风力不充足的情况下发掉效率低，冬天太阳能板被雪覆盖后也是如此，而且难以清除，维护困难。新能源发电都需要配备相应的蓄电池，并且以蓄电池供能为主，现阶段来说蓄电池的使用寿命只有两到三年，因此还有许多改进的空间。
电容分压取电在整流滤波后，能够向高压侧供应稳定电源，但是由于电气隔离问题以及环境影响大的问题让该方案实际操作程度不高，而且功率不理想更是其无法大规模普及的重要原因之一，想要提高功率就得增大电容，但是增大电容带来的问题往往更难解决。
而传统的高压感应取电装置的其自身具有一定的局限性，很难成规范的大规模普及，在安装和应用方面还存在一定的缺陷；那些装置往往是通过线圈感应取电，但是对线圈的处理是缠绕在圆环形铁芯上，这种结构需要环绕整个输电线，挂载在输电线上，这种挂载式的结构安装属于高压作业，安全性还存在很大的问题，维护成本高昂，因此无法大规模普及。
发明内容
针对传统的高压感应取电装置挂载式结构属于高压作业的问题，在可以实现稳定高效的为电气设备持续供电的情况下，本发明提出了一种新型高压感应取电装置。
为了达成上述目的，本发明的技术方案是：提供一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置，其创新点在于：包括高压输电线、杆塔、取电装置、电能转换装置和负载，所述取电装置包括两根金属柱、金属丝线、均压球以及两根绝缘柱；两根绝缘柱一端对称设于杆塔一侧，两根所述金属柱一端分别连接两根绝缘柱的另一端，所述的金属丝线连接两根金属柱，金属丝线和金属柱的接口处装有均压球，所述电能转换装置设于其中一根金属柱靠近绝缘柱的端部，所述负载和电能转换装置连接，所述高压输电线设于取电装置上方。
进一步的，所述电能转换装置包括变压器和整流滤波电路，设高压输电线的电压为V1，所述高压输电线的和取电装置之间的电容为C1，取电装置与杆塔之间的电容为C2，所述感应取电装置的整体电路结构为：V1两侧分别接地和接C1一端，所述C1另一端分别连接C2一端和变压器高压侧的一端，所述C2的另一端和变压器高压侧的另一端均接地，所述变压器的低压侧与整流滤波电路的输入端相连，所述的负载连接在整流滤波电路的输出端。
进一步的，所述整流滤波电路为不可控整流电路或半控整流电路或全控整流电路，其中可控整流滤波电路能将功率最大化。
进一步的，所述的金属丝线材质为导电金属，两根金属柱之间的连接线由多根金属丝线拉扯成网状结构，金属柱向两边拉开后，金属丝线拉直，整体构成板状结构。
进一步的，所述的金属柱为直圆柱或曲线圆柱或直矩形柱或曲线矩形柱，所述金属柱的长度与弧度根据所选材料的密度与受力支撑情况调整；所述的金属丝线的根数范围为5-20根，数根所述金属丝线平行或交叉组成网状结构，两个金属柱之间的间距范围为6-8米。
进一步的，所述的取电装置与高压输电线的距离根据电压等级与功率需求调整，具体由以下公式推导出距离：U＝27.1488X+41.9231，其中，U为电压等级，X为取电装置与高压输电线路的距离。
进一步的，所述的均压球安装在金属丝线与金属柱的连接处，均压球包裹金属丝线头。
进一步的，所述的负载为杆塔所附带的无功补偿设备、通讯杆塔监控设备、检测设备以及备用电池。
本发明和现有技术相比，产生的有益效果为：
本发明的一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置针对以往高压输电线路感应取电装置挂载在高压输电线上的问题，本发明提出了一种杆塔支撑的感应取电方式，能够避免高压作业，根据计算，110KV电压等级的杆塔上，取电装置与输电线路的距离可以在2.5米左右，220KV电压等级的杆塔上，取电装置更是可以在6.5米的位置取得所需的电能，这相对于传统取电装置极大的增加了安全距离，降低安装难度，而且由于取电板是网状结构，抗风性能强，环境影响低，整体构造方便拆卸组装。通过可控整流滤波电路，可以实现功率追踪功能，能够根据高压输电线上的电流调整输出功率的大小，提高功率的同时维持稳压运行。
附图说明
图1为本发明的一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置的结构示意图。
图2为本发明的一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置的电路结构示意图。
图3为本发明的输出功率与损耗功率的对比图。
图中1-高压输电线；2-金属柱；3-金属丝线；4-绝缘柱；5-均压球；6-电能转换装置；7-负载；8-杆塔；9-变压器；10-整流滤波电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置，其具体结构如图1所示，包括高压输电线1、杆塔8、取电装置、电能转换装置6和负载7，取电装置包括两根金属柱2、金属丝线3、均压球5以及两根绝缘柱4；两根绝缘柱4一端对称设于杆塔8一侧，两根金属柱2一端分别连接两根绝缘柱4的另一端，绝缘柱4起到支撑作用，并且隔离金属柱2的电位。金属丝线3连接两根金属柱2，金属丝线3和金属柱2的接口处装有均压球5，电能转换装置6设于其中一根金属柱2靠近绝缘柱4的端部，负载和7电能转换装置6连接，高压输电线1设于杆塔8上，且置于取电装置上方，高压输电线1正常运行时产生的交变电磁场，为电能来源，从高压输电线1上获取电能通过取电装置传导至电能转换装置6和负载7上。
本发明的电能转换装置6包括变压器9和整流滤波电路10，设高压输电线的电压为V1，高压输电线1的和取电装置之间的电容为C1，取电装置与杆塔8之间的电容为C2，本发明的正体感应取电装置的整体电路结构如图2所示，V1两侧分别接地和接C1一端，C1另一端分别连接C2一端和变压器9高压侧的一端，C2的另一端和变压器9高压侧的另一端均接地，变压器9的低压侧与整流滤波电路10的输入端相连，负载7连接在整流滤波电路10的输出端，本发明的变压器9将接收来的高压电降压成所需的低压交流电，而后通过后续整流滤波电路10优化电源。
优选的，本发明的整流滤波电路10为不可控整流电路或半控整流电路或全控整流电路，其中可控整流滤波电路10能将功率最大化；金属丝线3材质为导电金属，两根金属柱2之间的连接线由多根金属丝线3拉扯成网状结构，金属柱2向两边拉开后，金属丝线3拉直，整体构成板状结构，板状结构可增大接收面积，而且抗风性能强，轻便易于安装，降低了材料和安装成本。金属柱2为直圆柱或曲线圆柱或直矩形柱或曲线矩形柱，所述金属柱2的长度与弧度根据所选材料的密度与受力支撑情况调整；金属丝线3的根数范围为5-20根，数根所述金属丝线3平行或交叉组成网状结构，两个金属柱2之间的间距范围为6-8米。
本发明的取电装置与高压输电线1的距离根据电压等级与功率需求调整，具体由以下公式推导出距离：U＝27.1488X+41.9231，其中，U为电压等级，X为取电装置与高压输电线路的距离。均压球5安装在金属丝线3与金属柱2的连接处，均压球5包裹金属丝线3头。负载7为杆塔8所附带的无功补偿设备、通讯杆塔监控设备、检测设备以及备用电池。本发明整流滤波电路10为AC/DC整流滤波电路，是保障电源质量的核心，通过调整电压幅值与电流电压相位差，来取得最大的有功功率，从而达到功率追踪的效果，滤波整流后给负载充电，这样在高压输电线路正常运行时能够最大功率的取电，并在线路检修时不会停止给杆塔监控相关设备的供电。高压输电线路正常运行时，为相关设备提供电源的同时给电池充电，在必要时能用电池持续供电，增加电源稳定性。
本发明的工作原理：高压输电线路1正常运行的同时，由金属柱2与金属丝线3形成的取电装置水平放置在高压输电线路1下方，并且水平垂直于高压输电线路1，以达到最佳位置，通过高压输电线路1形成的交变电磁场，感应取电；取电装置与输电线路的距离可以根据U电压等级＝27.1488X距离+41.9231进行调整，在电压等级高的杆塔上放置的更远，以达到安全操作的目的，在取相同功率的情况下增加安全性。如图3所示，高压输电线路1为交流电源V1，高压输电线路1与取电装置之间的电容为C1，取电装置与地面之间的电容为C2，取电装置的电压为V2，在取电装置一侧接入变压器9，由金属柱2输入至变压器9高压侧的功率为取电装置与地面之间的电容C2所损耗的功率为/>则带入系数可得装置损失功率Ploss＝λQ，那么取电装置的实际输出功率为：Pin-Ploss＝Pout。而输出功率P与损耗功率Q的曲线如图3所示，在中间某一点差值达到最大，即为实际输出功率最大值。变压器9将高压转变为低压，而后输入至可控AC/DC整流滤波电路10中，将脉动直流电转变为稳定的低压直流电，实现整流和滤波的功能，让电能质量得到保障；该电路采用可控元器件而非整流桥是为了达到功率最大值，通过可控AC/DC整流滤波电路10，控制电压U2的幅值以及相位角/>从而调整实际输出功率P充电，以此达到追踪功率的效果，可以随着高压输电线之中的电流而浮动取电。而后输出的低压电源给杆塔8上的通讯杆塔监控、检测设备、无功补偿设备以及电池，正常取电时，维持稳压输出；若高压输电线路发生故障，则由电池继续供电，以保障设备的运行。
本发明针对高压输电线的电压值分别为110KV和220KV阐述两个实施例如下：
实施例1：
本实施例的高压输电线路1的电压等级为110KV。
本实施例的金属柱2，是两根直径3CM的曲形铝柱，外观呈倒拱形，横向距离1.6M，中点与两端落差为20cm；两根金属柱2相距6.6M远，中间由金属丝线3相连，金属丝线3组成网状结构(金属丝线材质为铁)，相邻两根金属丝线间距22cm，金属柱2拉开后能拉直全部的金属丝线3，整体上构成板状结构增大取电面积，而且网状结构金属丝线3相较于整块金属板会轻很多，更容易支撑，相比于整块金属板的结构来说，抗风性得到了极大的提升；取电装置的重量得到降低，从而更容易被支撑起来；在金属丝线3与金属柱2的连接处增加了均压球5，能够有效的避免金属丝线3尖端放电；而后金属柱2靠近杆塔8的一端由绝缘柱4连接，绝缘柱4找准角度后固定在杆塔8上，支撑起由金属柱2与金属丝线3组成的取电装置；取电装置最高点距离高压输电线1路2.45M，距离杆塔8最近距离为1.18M，该距离在110KV电压等级的安全距离，安装过程不属于高压作业，安全性有保障。
本实施例的的可控AC/DC整流滤波电路10，取电装置所得的交流电在经过降压后，由该电路中的整流滤波电路将其变为脉动直流电，但是脉动直流电中还含有大量的直流和交流成分，所以通过滤波减小其中的交流成分，让波形变得平滑；本实施方案采用的可控原件，对电路进行采样监控后调整控制信号，对变压器9低压侧进行控制，调整变压器9高压侧V2的幅值与相位，当高压输电线1的电流增大时，减小V2的幅值与相位，反之当电流减小时，增大V2的幅值与相位，对起伏的传输功率追踪，达到最终输出功率的最大值，传输给负载7。
本实施例的负载7中，装配有电池，高压输电线路正常运行时，为相关设备提供电源的同时给电池充电，在必要时能用电池持续供电，增加电源稳定性。
实施例2：
本实施例的高压输电线路1的电压等级为220KV。
本实施例的金属柱2，是两根直径3CM的曲形铝柱，外观呈倒拱形，横向距离1.6M，中点与两端落差为20cm；两根金属柱2相距6.6M远，中间由金属丝线3相连，金属丝线3组成网状结构(金属丝线材质为铁)，相邻两根金属丝线3间距22cm，金属柱2拉开后能拉直全部的金属丝线，整体上构成板状结构增大取电面积，而且网状结构金属丝线3相较于整块金属板会轻很多，更容易支撑，相比于整块金属板的结构来说，抗风性得到了极大的提升；取电装置的重量得到降低，从而更容易被支撑起来；在金属丝线3与金属柱2的连接处增加了均压球5，能够有效的避免金属丝线3尖端放电；而后金属柱2靠近杆塔8的一端由绝缘柱4连接，绝缘柱4找准角度后固定在杆塔8上，支撑起由金属柱2与金属丝线3组成的取电装置；取电装置最高点距离高压输电线路6.45M，距离杆塔8最近距离为1.18M，该距离在220KV电压等级的安全距离，安装过程不属于高压作业，安全性有保障。
本实施例的可控AC/DC整流滤波电路10，取电装置所得的交流电在经过降压后，由该电路中的整流滤波电路将其变为脉动直流电，但是脉动直流电中还含有大量的直流和交流成分，所以通过滤波减小其中的交流成分，让波形变得平滑；本实施方案采用的可控原件，对电路进行采样监控后调整控制信号，对变压器9低压侧进行控制，调整变压器9高压侧V2的幅值与相位，当高压输电线1的电流增大时，减小V2的幅值与相位，反之当电流减小时，增大V2的幅值与相位，对起伏的传输功率追踪，达到最终输出功率的最大值，传输给负载7。
本实施例的负载7中，装配有电池，高压输电线路正常运行时，为相关设备提供电源的同时给电池充电，在必要时能用电池持续供电，增加电源稳定性。
Claims (4)
1.一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置，其特征在于：包括高压输电线、杆塔、取电装置、电能转换装置和负载，所述取电装置包括两根金属柱、金属丝线、均压球以及两根绝缘柱；两根绝缘柱一端对称设于杆塔一侧，两根所述金属柱一端分别连接两根绝缘柱的另一端，所述的金属丝线连接两根金属柱，金属丝线和金属柱的接口处装有均压球，所述电能转换装置设于其中一根金属柱靠近绝缘柱的端部，所述负载和电能转换装置连接，所述高压输电线设于取电装置上方；所述电能转换装置包括变压器和整流滤波电路，设高压输电线的电压为V1，所述高压输电线和取电装置之间的电容为C1，取电装置与地面之间的电容为C2，所述感应取电装置的整体电路结构为：V1两侧分别接地和接C1一端，所述C1另一端分别连接C2一端和变压器高压侧的一端，所述C2的另一端和变压器高压侧的另一端均接地，所述变压器的低压侧与整流滤波电路的输入端相连，所述负载连接在整流滤波电路的输出端；
所述金属丝线材质为导电金属，两根金属柱之间的连接线由多根金属丝线拉扯成网状结构，金属柱向两边拉开后，金属丝线拉直，整体构成板状结构；
所述金属柱为直圆柱或曲线圆柱或直矩形柱或曲线矩形柱，所述金属柱的长度与弧度根据所选材料的密度与受力支撑情况调整；所述金属丝线的根数范围为5~20根，数根所述金属丝线平行或交叉组成网状结构，两个金属柱之间的间距范围为6~8米；
所述的取电装置与高压输电线的距离根据电压等级与功率需求调整，具体由以下公式推导出距离：U=27.1488X+41.9231，其中，U为电压等级，X为取电装置与高压输电线路的距离。
2.根据权利要求1所述的一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置，其特征在于：所述整流滤波电路为不可控整流电路或半控整流电路或全控整流电路，其中可控整流滤波电路能将功率最大化。
3.根据权利要求1所述的一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置，其特征在于：所述均压球安装在金属丝线与金属柱的连接处，均压球包裹金属丝线头。
4.根据权利要求1所述的一种用于高压输电线路杆塔上的感应取电装置，其特征在于：所述负载为杆塔所附带的无功补偿设备、通讯杆塔监控设备、检测设备以及备用电池。
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| 变压器的阻抗变换特性在交流输电线路杆塔侧 电场能采集中的应用;赵东生等;《高电压技术》;第41卷(第12期);第3967页-第3971页 * |
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