[实用新型]一种高压输电线路电流耦合取电装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电源设计技术领域，更为具体地讲，涉及一种高压输电线路电流耦合取电装置。

背景技术

随着国民经济的高速发展，各行各业对电力的需求量越来越大，对供电部门提供电力供应的稳定性、不间断性及伴随服务等的要求也越来越高，因此远距离高压输电线路的电网运行的安全性显得尤为重要。

目前远距离高压输电线路所处的地理环境、气候条件比较恶劣，而且由于高压输电线路所经过的地方多是高山，因此对高压输电线路的维护在采用传统的人工模式下十分困难。

为此，高压输电网局及电力公司一直在寻找有效的监测管理手段，能够对高压输电线路的上述问题进行有效的监测，以提高高压输电线路的安全性、可靠性。

目前，一些电力公司采用了一些自动化监测手段，也收到了一定的效果。以目前现有的高压输电线路监测产品来看，大多采用的是光伏电池加蓄电池的供电方案，此方案的优点是直接使用光能，无需考虑从高压输电线路取电。但是目前通过一些地方的使用，这种方案也暴露出不少问题，最主要表现在三个方面：

1、可靠性不好，不少装置安装后工作半年左右电源部分就出现故障，这些故障主要是由于目前用蓄电池的工作温度范围有限，长期暴露在野外环境使得蓄电池的寿命大大降低；

2、是使用光伏板和蓄电池成本太高，不便于推广使用；

3、安装相对复杂，现场施工难度和施工量相对较大。

因此，如何可靠经济地通过高压输电线路获得设备的工作电源，对于输电线路在线监测系统的推广具有十分重要的意义。

高压输电线路电流耦合取电装置的原理比较简单，困难的地方是在于如何对电源输出的功率进行有效的控制。因为对高压输电导线来讲，电流的波动是比较大的，以额定电流为600A的输电线路来讲，其输电导线电流的变换范围可以从30几安变化到5、6百安。如果绕制感应耦合器的线圈时，考虑到在小电流时设备能可靠工作，在大电流时如果我们不能相应的动态调节负载，则线圈两端可能产生高压烧毁整个取电装置。

图1是现有技术的高压输电线路电流耦合取电装置原理示意图。

如图1所示，现有技术的高压输电线路电流耦合取电装置主要为旁路方案来解决输电导线电流增加，线圈输出电压增加可能烧毁取电装置的问题，其原理如下：

当感应耦合器耦合输出功率大于负载Z消耗所需能量时，感应耦合器的线圈输出的电流经过整流、滤波后输出电压，即A点电压会升高，当超过保护器件V1的稳压值后，保护器件V1反向导通，多余输出电流由保护器件V1释放。感应耦合器的耦合铁芯为环形，输电导线从环中央穿过。感应耦合器的制作和工作原理属于现有技术，图1中只给出了示意图，其工作原理在2005年8月17日公布的、公开号为CN 1655421A、名称为“用于架空高压输电导线的感应取电装置”的中国实用新型专利申请公布说明书中有详细的描述。此外，在其他多篇专利文献中也论述，在此不再论述。

首先我们对图1所示取电装置的工作状态做如下假设：负载设备Z的工作电压范围为直流9伏特～35伏特，功率为3瓦特；当一次侧电流，即高压输电导线I在600安培时，二次侧，即感应耦合器的线圈在短路状态下输出电流i为2.5安培；保护器件V1启动电压定为30伏特。

在上述假设条件下，如果我们选择适当的耦合铁芯，并在耦合铁芯上绕制相应的线圈匝数，保证在一次侧电流I在25安培时二次感应回路，即线圈输出刚好能输出3瓦特的功率，则此时二次感回路输出的电流i为0.1安培。

随着一次侧电流I的增加，二次侧的感应输出电流i也会增加，由于负载Z的功率固定为3瓦特，此时A点电压会上升，当A点电压超过保护器件V1的启动电压30伏特时，保护器件V1开始导通工作，并把电压稳定到30伏特左右。一次侧电流I达到600安培时，二次感回路输出的电流i为2.4安培，通过保护器件V1的电流近似为2.3安培，由于A点电压被钳为30伏特，此时在保护器件V1上产生的功耗为69瓦特。

69瓦特的发热对于保护器件来讲这是相当大的，需要很好的散热装置才能保证保护器件V1上的温度不会超过其工作的极限温度，否则会使保护器件V1很快因为过热而烧掉，从而使取电装置失去过压保护而烧坏负载Z。

为了保证一次侧电流I在25安培时取电装置能够可靠工作且保护器件V1的最大发热量不超过10瓦特，则取电装置能适应的最一次侧电流I最好小于107安培。反之，如果要想一次侧电流I在600安培时保护器件V1上的功率不大于10瓦特，则设备能工作的最小一次电流I为138安培。由此可见采用过压保护的方式对一次侧电流I的范围有很大的限制。