摘要：本成果根据输电线路在线监测防外破装置电源提供不便为基础，提出了由取能互感器和取能电源相结合的一套高压隔离互感取电方案，并利用该方案研制了一种高压输电线路上的隔离互感取电装置，为弧垂测距二、杆塔倾斜、防外破监测等供电系统提供了稳定的电源，解决了现有利用高压输电线上电流进行隔离互感取电实现的电源存在的应用效果不佳等问题，在实际应用中取得良好的效益。
1、背景
近年来，随着电网建设的不断发展，输电线路将覆盖更多环境复杂的地区，在架空输电线路线保护区内进行施工、建塑料大棚、种植树木、采石放炮等事情屡有发生，导致线路受外力破坏事故增多，严重影响着输电线路的安全运行。同时，城区向郊区覆盖速度加快，工业园区的建立，使原本远离市区建筑的输电线路走廊处于复杂多变的环境，甚至输电线路保护区内吊车施工等现象时有存在。据某省2004--2006年的统计，因线路保护区内违章施工、采石放炮、塑料棚膜等原因造成的线路跳闸占到线路跳闸总次数的30 % 以上，已成为输电线路跳闸的主要原因之一，严重影响着输电线路的安全运行，因此高压输电线路上常需要安装一些用于监控、监测线路状况的辅助设备，这些设备需要用到较低电压的稳压电源，如用到5V、6V、12V等电压，尽管这些设备耗电量不一定大，但是电源提供却很不方便，如弧垂测距在线测距、杆塔倾斜等在线监测系统均需要稳定的电源系统。
目前，高压输电线路上辅助设备所需电源一般有如下解决办法：
（1）采用太阳能电池板，但太阳能电池板在长期工作一段时间后，就需要维护或更换并且受天气的影响较大，不能持续进行供电，这在重要的输电线路上就需要停电，所以此种方法不可靠。
（2）通过光纤进行激光供电，存在供电量小的缺点，且由于激光发射器、光纤、光电转换器易老化，极易影响供电质量。
（3）采用风能，但风能受地域影响较大，对风速、雷电过电压等条件要求较高也同样不能持续进行供电，在重要的输电线路上同样会发生停电故障，所以此种方法不可靠
所以根据上述情况星火创新工作室计划利用高压输电线的电流进行感应取电，即利用电流互感器从高压输电线进行感应取电，来解决高压输电线路在线监测系统持续供电的难题。
2、现状调查
常见的取电装置主要包含太阳能取电装置和风光取电装置，这两种取电装置的特点如下：
（1）太阳能充电+ 蓄电池
太阳能和蓄电池结合的供电模式，适用于太阳能比较充足的地区或季节，它主要有由太阳能电池板、蓄电池和充放电控制盒三个部分组成。太阳能电池板一般选用单晶硅太阳能板。供电单元采用分体式设计，每组蓄电池独立安装在一个机箱内。太阳能板通过充放电控制盒连接蓄电池，监测主机对蓄电池状态进行监测，在需要的时候启动太阳能充电。充放电控制盒可以对供电单元的整个充电、放电过程进行控制。
该种供电方案虽然技术比较成熟，但转化效率不高， 可靠性不高，易受天气、地域影响较大。
（2）风光互补+蓄电池
风光互补供电方案适用于在太阳能资源不够充足的情况下部署，在很多地区，单纯的依靠太阳能供电不足以提供足够的电能维持监测系统的工作，因此加入了风能发电进行补充。风光互补供电方案是在太阳能供电方案基础上，增加了风力发电机组，能够在太阳能不足的地区或季节为监测系统提供足够的电能，实用性得到加强。风光互补供电系统主要由光伏组件、储能电池、风光互补控制器、太阳能控制器、太阳能数据监控软件、配电箱（配有防雷保护系统，过压保护系统，断路保护系统，过流保护系统）、蓄电池保温箱等构成。
该种供电方案在一定程度上比较太阳能供电提高了供电可靠性，但仍然在一定程度上受天气和地域的影响，并且成本较大，维护不便等情况。
上述两种取电方式需要在阳光、风力充足的地方采用，如果在使用中遇到阳光和风力不足，受电设备受天气、气候、地狱的影响较大影响，安全可靠性供电受到影响，同时上述两种方式需要占用较大的面积，维护不便，所以在现场使用中受到一定的限制。
3、设计原理
在高压输电线路上利用环状铁心、二次线圈、输出调整电路输出所需要的电压进行取电，该装置输出调整电路含整流电路、脉宽调制电路、电压采样电路、由开关型功率器件和电阻串联构成的分流支路、正负极输出线端；整流电路正极端经隔离二级管与正极输出线端相连；脉宽调制电路与电压采样电路并联连接于输出线端间，脉宽调制电路的采样信号输入端与电压采样电路的输出端相连，驱动脉冲输出端与开关型功率器件的控制端相连。能对由高压输电线隔离互感获得的电能进行有效调整，保证对外部负载提供电能的稳定性。
4、设计结构
根据上述两种情况，研制了隔离互感取电装置，该电线路隔离互感取能装置由取能互感器和取能电源模块两部分构成，工作原理如图1所示：
图【1】互感取电装置的原理图
考虑到，电流互感器具有如下的特性：二次侧电流产生磁通会抵消一次侧电流产生的磁通，即产生去励作用。当一次侧电流一定、而二次侧电流增大时，其去励作用加强，使一次侧电流励磁磁通减小，二次侧感应电动势减小，二次线圈端电压降低。极端地，假如用理想的电流互感器，若互感器二次侧短路，那么电流互感器的接入与否对一次侧不产生影响（类似于理想变压器二次端开路），基于此，用电流互感器做电源宜用并联分流式稳压电路.
图【2】输出调整电路原理图
一种用于高压输电线路上的隔离互感取电装置包括挂置在高压输电线（1）上的可开闭式环型励磁不饱和铁氧体磁环（2）、绕在励磁不饱和铁氧体磁环（2）上的二次线圈（3）、以及输出调整电路；电路输入端IN1、IN2从线圈取得的交流电压，经过二极管整流，经过L1、C4和组成的谐振滤波电路与L2、C6和C7组成的LC滤波电路；当直流电压高于稳压二极管D9的稳压时，5W稳压二极管D9反向击穿，场效应管D7导通迅速泄放过高电压，直到电压恢复正常值D9、D7依次关断。场效应管D7并联电阻R4、电容C2构成泄放回路。电路图的右侧为-电源转换电路，通过三极管D3导通后R7电阻分压，将高的变化的直流转为稳定的5V电压供弧垂测距球使用
5、总结
高压输电线路上的隔离互感取电装置，为弧垂测距球二次供电系统、杆塔倾斜、防外破监测系统提供了稳定的电源，解决现有利用高压输电线上电流进行隔离互感取电实现的电源存在的应用效果不佳等问题，为以后类似线路在线监测装置提供稳定的电源提供了一套良好的方案，保证线路的安全运行提供了保障。
论文作者:张翔
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/28
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