[发明专利]一种高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种导线磁场感应取能装置,尤其是涉及一种高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置。

背景技术

随着科学技术的发展，高压输电线路领域越来越需要带电检测线路的各种物理参数，其中相当多的装置将悬挂在高压输电导线上，进行导线温度、导线弧垂等物理参数的测量。因为这些监测装置需要直接安装在高压输电线路上，因此采用什么方式为装置供电是我们需要重点解决的问题。目前应用较多的供电方式主要有太阳能供电、蓄电池供电、磁场感应供电、激光供电等。蓄电池的工作原理就是化学能与电能相互转换的变化规律，该方法结构简单，实现比较容易，但是由于蓄电池寿命较短，长时间使用时要频繁更换电池；而对于太阳能供电，太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，目前太阳能技术还需要进一步提高其效率，特别是在长时间阴雨天气，其续航能力和稳定性得不到保障；激光供能是采用激光或其他光源从低电位侧通过光纤将光能量传送到高电位侧，再由光电转换器件(光电池)将光能量转换为电能输出，该方法寿命较短，价格昂贵，且现场维护比较麻烦。磁场感应取能是在高压载流导线上嵌套线圈，利用电磁感应原理，在线圈上感应出于高压导线中的电流幅值成一定比例关系的电流。

目前磁场感应取能方面遇到的主要问题是线圈磁芯饱和问题。由于输电线路上的电流幅值变化范围很大，从几十安培变化到上千安培，如果想要取能线圈在输电线路电流较小的情况下获得足够的电能，而当输电线路电流变大时，若不采取措施，则线圈的磁芯必然饱和。磁芯饱和后，线圈输出电压波形严重畸变，产生幅值很高的尖峰，严重威胁用电装置的安全；且磁芯损耗增大，发热严重，甚至烧毁。

因此，采用磁场感应取能的关键问题是如何抑制取能磁芯在大电流时深度饱和。为了防止磁芯饱和，一般采用下列几种措施：

1）在取能线圈的磁芯上增加气隙引入气隙磁阻，降低磁导率从而增大磁芯饱和电流。该方法虽然可以抑制磁芯饱和，但是给磁芯开气隙导致磁场取能装置启动电流较大，导致输电线路电流较小时取能供电装置无法提供规定的电压；另外，需要绕制的线圈匝数增大，绕制工作麻烦；还有，在运行过程中，由外界引起的或设备自身产生的振动可能会使气隙变形从而降低了装置的可靠性。总而言之，虽然利用开气隙来抑制磁场取能装置磁芯饱和行得通，但是实现起来非常困难。

2）增加补偿线圈。补偿线圈与输电导线所产生的磁场方向相反，当输电线路电流较大时，取能线圈输出电压偏高，控制电路据此增加补偿线圈的电流，使之部分抵消输电导线所产生的磁场，从而保证线圈磁芯不饱和。这种方法可有效地抑制原边电流的宽动范围变化对取能装置输出电压的影响，但是控制策略复杂，电路复杂，使得装置可靠性不高。

3）采用三极管、双向晶闸管等元件泄放多余的电能。例如中国发明专利201110323678.x所述，从取能线圈输出端引出控制电路，控制并联于取能线圈输出端的三极管、双向晶闸管。当线圈输出电压过大时，双向晶闸管导通，泄放线圈感应到的电流。三极管、双向晶闸管等元件只有处于完全导通或者完全关断状态下才会长期稳定工作，处于不完全导通或者不完全关断状态、或者在导通状态和关断状态之间频繁切换均会产生大量的功耗，导致元件过热烧毁。

目前中国发明专利201110323678.x所述的这种取能装置的控制策略存在的问题是控制电路形成模拟电压反馈，控制信号的强度与装置的输出电压成比例关系，即，控制信号是模拟量。因此，控制信号存在强弱问题，首先，当输电线路的电流处于临界数值时（即，线圈输出电压处于最大输出电压值附近），从控制电路输出的控制信号比较微弱，使得双向晶闸管即不完全导通，也不完全关断，从而产生巨大的功耗，很快造成晶闸管烧毁；其次，由于这种控制策略形成了负反馈，因此实际中会出现装置输出电压逐渐趋于稳定、控制信号逐渐微弱的情形，特别是输出电压数值会在稳态输出电压数值附近不断来回变化，从而导致双向晶闸管即不完全导通，也不完全关断，而且要频繁地发生导通状态与关断状态的转换，造成大量的功耗，从而烧毁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种性能稳定的高压输电线路在线监测用高压导线磁场感应取能装置。

上述技术问题的解决，本发明采用的技术方案如下：