王豐偉，趙志剛

（沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136）

輸電線路防雷地線耦合取電技術研究應用

王豐偉，趙志剛

（沈陽工程學院，遼寧 沈陽 110136）

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，大量的在線監(jiān)測設備投入了運行，目前這些監(jiān)測設備遇到的主要問題便是戶外取電，本文通過研究比較幾種常見的取電方式，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)點便是免維護，同時可用超級電容作為能量存儲，避免了蓄電池笨重且壽命低的問題。

在線監(jiān)測；輸電線路；耦合取電；電源

1 國內(nèi)外研究動態(tài)

目前國內(nèi)外對在線監(jiān)測設備的供電，主要采用下面的三種方式供電。

（1）太陽能供電：該方式在光照充足時給監(jiān)測設備供電，同時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能電池不能工作時向設備持續(xù)提供電能。其缺點便是蓄電池工作在惡劣的戶外環(huán)境導致其壽命較短，需要經(jīng)常維護。

（2）CT電流互感器耦合取電：電流互感器通過輸電線路周圍的變化磁場產(chǎn)生感應電壓，其最大供電功率達10W以上。然而，在電網(wǎng)短路等故障發(fā)生時電流高達數(shù)十千安培，從而導致感應電壓也大幅度的隨之變化，這一重要原因給電源設計帶來相當大的難度。

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

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)生相應的磁場，該磁場會對架空線路最上端的地線感應出相應的電動勢，其大小與三相線路中的電流和空間結(jié)構(gòu)成比例關系。同時，三相線路上的千伏級的高電壓與架空的地線形成電場發(fā)生耦合效應，地線又會產(chǎn)生相應的電動勢。正是由于上述兩種電動勢的存在，從而使架空地線通過小間隙的方式進行接地。這樣可以避免地線上感應出的電流產(chǎn)生額外的電能損耗，同時提高三相電的傳輸性能。當遭受雷擊時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。而線路正常運行時，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 地線感應電源原理

根據(jù)麥克斯韋原理，導線上流過交變電流時會在空間產(chǎn)生交變磁場，而該交變磁場切割空間閉合平面時就會在該平面上產(chǎn)生出感應電動勢，一旦該平面的導電體形成環(huán)路則會在該到點平面上形成感應環(huán)流。

該技術基于以下原理：在輸電線路應用場景中，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，輸電線的交流磁場能夠通過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。對于大負荷輸送線路，其普通防雷地線采用單點接地，就是為了避免地線產(chǎn)生感應環(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)測裝置使用的能量。

2.2 地線耦合取電系統(tǒng)恒壓源技術

圖1 地線感應電流示意圖

圖2 地線感應原理圖

為從電網(wǎng)獲取電能，運用恒壓源原理，將取電裝置的初級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間隙上，同時在原邊線路中轉(zhuǎn)接一個退耦線圈。這樣當雷電落到架空地線上時，由于退耦線圈對瞬間雷電造成的大電流相當于斷路，從而大電流依然會通過放電間隙放電。因此取電裝置的接入并不會影響架空地線的性能。

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

（3）不影響監(jiān)測設備可靠性。耦合取電裝置前端裝有保護裝置，同時采用變壓器進行隔離，從而原邊和副邊只有磁的聯(lián)系使得設備本身具有很強的抗干擾能力。另外在裝置的輸出端也會有相應的保護裝置，如過電流過電壓保護等。

3 結(jié)束語

本文從原理上對避雷線耦合取電裝置進行了簡單的說明和介紹。從理論上分析，這些想法通過大量的研究和實踐是完全可以實現(xiàn)的。從架空地線的角度尋求能源的供應，必將帶來線路監(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)測技術研究.華北電力大學，2010.01.05

［2］.郭金剛 張俊雙.極寒天氣下輸電線路在線監(jiān)測裝置地線取電改造設計.國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司電力科學研究院，2015.11

E951

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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)。