輸電線路防雷地線耦合取電技術(shù)研究應(yīng)用

王豐偉，趙志剛

（沈陽(yáng)工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136）

輸電線路防雷地線耦合取電技術(shù)研究應(yīng)用

王豐偉，趙志剛

（沈陽(yáng)工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110136）

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，大量的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備投入了運(yùn)行，目前這些監(jiān)測(cè)設(shè)備遇到的主要問(wèn)題便是戶外取電，本文通過(guò)研究比較幾種常見(jiàn)的取電方式，總結(jié)介紹了一種最有發(fā)展前景的取電方式，輸電線路防雷地線耦合取電，該取電方式最大的優(yōu)點(diǎn)便是免維護(hù)，同時(shí)可用超級(jí)電容作為能量存儲(chǔ)，避免了蓄電池笨重且壽命低的問(wèn)題。

在線監(jiān)測(cè)；輸電線路；耦合取電；電源

1 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電，主要采用下面的三種方式供電。

（1）太陽(yáng)能供電：該方式在光照充足時(shí)給監(jiān)測(cè)設(shè)備供電，同時(shí)也為配備的蓄電池充電。蓄電池的作用是在夜晚或者陰雨天太陽(yáng)能電池不能工作時(shí)向設(shè)備持續(xù)提供電能。其缺點(diǎn)便是蓄電池工作在惡劣的戶外環(huán)境導(dǎo)致其壽命較短，需要經(jīng)常維護(hù)。

（2）CT電流互感器耦合取電：電流互感器通過(guò)輸電線路周圍的變化磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，其最大供電功率達(dá)10W以上。然而，在電網(wǎng)短路等故障發(fā)生時(shí)電流高達(dá)數(shù)十千安培，從而導(dǎo)致感應(yīng)電壓也大幅度的隨之變化，這一重要原因給電源設(shè)計(jì)帶來(lái)相當(dāng)大的難度。

（3）防雷地線耦合取電技術(shù)：使輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備的取能方式擺脫了傳統(tǒng)的必須依靠大容量蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能模式。輸電線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置可以在完全不需要蓄電池的情況下長(zhǎng)期可靠工作，避免了蓄電池壽命影響整個(gè)裝置壽命的情況，使在線監(jiān)測(cè)類設(shè)備的工作穩(wěn)定性和使用壽命大大加長(zhǎng)。

2 理論依據(jù)

如我們所知，架空輸電線路中包括地線與三相輸電線路，三相線路中有電流流通產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)會(huì)對(duì)架空線路最上端的地線感應(yīng)出相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，其大小與三相線路中的電流和空間結(jié)構(gòu)成比例關(guān)系。同時(shí)，三相線路上的千伏級(jí)的高電壓與架空的地線形成電場(chǎng)發(fā)生耦合效應(yīng)，地線又會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。正是由于上述兩種電動(dòng)勢(shì)的存在，從而使架空地線通過(guò)小間隙的方式進(jìn)行接地。這樣可以避免地線上感應(yīng)出的電流產(chǎn)生額外的電能損耗，同時(shí)提高三相電的傳輸性能。當(dāng)遭受雷擊時(shí)小間隙在瞬間超高電壓的情況下被擊穿，形成尖端放電現(xiàn)象，從而起到了避雷線的作用。而線路正常運(yùn)行時(shí)，架空的地線不能完全的放電，因此從架空的地線上獲取電能是完全可行的。

2.1 地線感應(yīng)電源原理

根據(jù)麥克斯韋原理，導(dǎo)線上流過(guò)交變電流時(shí)會(huì)在空間產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，而該交變磁場(chǎng)切割空間閉合平面時(shí)就會(huì)在該平面上產(chǎn)生出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，一旦該平面的導(dǎo)電體形成環(huán)路則會(huì)在該到點(diǎn)平面上形成感應(yīng)環(huán)流。

該技術(shù)基于以下原理：在輸電線路應(yīng)用場(chǎng)景中，由兩根防雷地線和鐵塔組成的水平平面構(gòu)成了空間閉合平面，輸電線的交流磁場(chǎng)能夠通過(guò)空間切割地線和桿塔組成的水平平面，從而在輸電線路地線平面產(chǎn)生電流。對(duì)于大負(fù)荷輸送線路，其普通防雷地線采用單點(diǎn)接地，就是為了避免地線產(chǎn)生感應(yīng)環(huán)流從而造成能量損失。如果我們能合理利用這種地線環(huán)流，就可以獲得足夠輸電線路在線監(jiān)測(cè)裝置使用的能量。

2.2 地線耦合取電系統(tǒng)恒壓源技術(shù)

圖1 地線感應(yīng)電流示意圖

圖2 地線感應(yīng)原理圖

為從電網(wǎng)獲取電能，運(yùn)用恒壓源原理，將取電裝置的初級(jí)端串接到地線回路中其工作原理如圖2所示。其安全性分析如下：

（1）不影響線路防雷性能。如圖所示將取電裝置的原邊跨接在放點(diǎn)間隙上，同時(shí)在原邊線路中轉(zhuǎn)接一個(gè)退耦線圈。這樣當(dāng)雷電落到架空地線上時(shí)，由于退耦線圈對(duì)瞬間雷電造成的大電流相當(dāng)于斷路，從而大電流依然會(huì)通過(guò)放電間隙放電。因此取電裝置的接入并不會(huì)影響架空地線的性能。

（2）不影響線路零序保護(hù)性能。當(dāng)輸電線路中發(fā)生短路等故障時(shí)，導(dǎo)致三相電路出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，相應(yīng)的地線中會(huì)有很大的零序電流。同樣，退耦線圈會(huì)起到瞬間隔離的作用，從而避免取電裝置的損壞。同時(shí)當(dāng)變電站做出相應(yīng)的保護(hù)措施如切斷整個(gè)線路或故障相時(shí)，取電裝置內(nèi)部的超級(jí)電容器放電，為線路上用電設(shè)備供電。因線路裝有自動(dòng)重合閘等設(shè)備，使線路會(huì)在較短的時(shí)間能恢復(fù)通電，所以超級(jí)電容可以很好的替代笨重的蓄電池。

（3）不影響監(jiān)測(cè)設(shè)備可靠性。耦合取電裝置前端裝有保護(hù)裝置，同時(shí)采用變壓器進(jìn)行隔離，從而原邊和副邊只有磁的聯(lián)系使得設(shè)備本身具有很強(qiáng)的抗干擾能力。另外在裝置的輸出端也會(huì)有相應(yīng)的保護(hù)裝置，如過(guò)電流過(guò)電壓保護(hù)等。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從原理上對(duì)避雷線耦合取電裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單的說(shuō)明和介紹。從理論上分析，這些想法通過(guò)大量的研究和實(shí)踐是完全可以實(shí)現(xiàn)的。從架空地線的角度尋求能源的供應(yīng)，必將帶來(lái)線路監(jiān)控系統(tǒng)及其他方面的新突破。

［1］.劉暢.輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.華北電力大學(xué)，2010.01.05

［2］.郭金剛 張俊雙.極寒天氣下輸電線路在線監(jiān)測(cè)裝置地線取電改造設(shè)計(jì).國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學(xué)研究院，2015.11

E951

A

1671-3818（2016）10-0076-01

王豐偉（1990-），男，遼寧蓋州人，研究生，研究方向：電力系統(tǒng)。