國(guó)網(wǎng)江蘇電力設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司 韓 文

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，大容量、遠(yuǎn)距離電能傳輸是解決我國(guó)能源資源分布與電力需求空間上不匹配的有效途徑。高壓輸電線路是連接各大區(qū)域電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)骨架，對(duì)電網(wǎng)安全、高效、可靠運(yùn)行意義重大。但是，由于輸電距離遠(yuǎn)，線路所處環(huán)境惡劣，運(yùn)行條件嚴(yán)酷等原因，使得對(duì)高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的高效、可靠供電是目前亟待解決的問(wèn)題。

1 高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的作用是對(duì)輸電線路的運(yùn)行工況進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，降低輸電線路癱瘓風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題做到早發(fā)現(xiàn)，早處理。目前我國(guó)高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備主要有以下五種：1）覆冰監(jiān)測(cè)；2）線路舞動(dòng)與風(fēng)偏監(jiān)測(cè)；3）雷電監(jiān)測(cè)；4）絕緣子污穢監(jiān)測(cè)；5）桿塔傾斜監(jiān)測(cè)[1]。如圖1。

圖1 高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備

（1）覆冰監(jiān)測(cè)

自從2008年南方雪災(zāi)之后，國(guó)家電網(wǎng)及南方電網(wǎng)要求在運(yùn)110kv及以上輸電線路必須裝設(shè)覆冰在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。覆冰不僅對(duì)輸電線路的輸電穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，也會(huì)增加桿塔應(yīng)力，嚴(yán)重情況下甚至導(dǎo)致桿塔坍塌。目前覆冰在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電穩(wěn)定性，數(shù)字化，通訊抗干擾等性能還需以提高。

（2）線路舞動(dòng)與風(fēng)偏監(jiān)測(cè)

線路舞動(dòng)會(huì)引起導(dǎo)線磨損或者與臨近導(dǎo)線、地面建筑物、樹(shù)木等發(fā)生接觸導(dǎo)致電網(wǎng)短路事故發(fā)生。目前線路舞動(dòng)與風(fēng)偏監(jiān)測(cè)設(shè)備的主要問(wèn)題是精度不高。

（3）雷電監(jiān)測(cè)

雷擊是對(duì)輸電線路最為致命危害之一。上個(gè)世紀(jì)八十年代我國(guó)引入了雷電在線跟蹤監(jiān)測(cè)設(shè)備，但是目前國(guó)產(chǎn)設(shè)備的精度以及準(zhǔn)確性有待提高。

（4）絕緣子污穢監(jiān)測(cè)

絕緣子泄露電流檢測(cè)是污穢監(jiān)測(cè)中最為傳統(tǒng)的方法，但靈敏度受周?chē)h(huán)境影響較大。近年來(lái)，光學(xué)污穢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，該裝置依靠激光和涂覆污穢物的石英玻璃芯組成，適用范圍廣，靈敏度高。

（5）桿塔傾斜監(jiān)測(cè)

根據(jù)最新報(bào)道，2016年投運(yùn)的準(zhǔn)東—皖南特高壓直流±1100KV線路的輸電距離長(zhǎng)達(dá)3324km，這標(biāo)志著我國(guó)大區(qū)域電網(wǎng)輸送距離進(jìn)入3000公里時(shí)代。高壓輸電線路長(zhǎng)距離輸電不可避免要經(jīng)過(guò)地質(zhì)不穩(wěn)定的沙土、鹽土、凍土、沼澤等地區(qū)，因此地質(zhì)變化導(dǎo)致的桿塔傾斜或偏移時(shí)有發(fā)生。地質(zhì)不穩(wěn)定地區(qū)交通不便，監(jiān)測(cè)設(shè)備的信息不能實(shí)施返回，因此桿塔傾斜監(jiān)測(cè)設(shè)備和其他設(shè)備一樣，它的精度無(wú)法保證。

研究發(fā)現(xiàn)阻礙輸電線路在線設(shè)備性能進(jìn)一步提升的主要原因是供電問(wèn)題。

2 高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供電方式

目前，輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于110kv以上輸電線路，其傳統(tǒng)的供電方式主要包括：UPS、電池組、直流穩(wěn)壓電源等，上述供電方式需要頻繁地維護(hù)，例如電池供電壽命短，需要定期檢測(cè)更換，維護(hù)復(fù)雜，成本高，除此以外高壓輸電線路在線檢監(jiān)測(cè)設(shè)備的供電方式還包括[1]：

（1）太陽(yáng)能供電

如圖2為整套太陽(yáng)能在線監(jiān)測(cè)裝置供電系統(tǒng)，主要包括太陽(yáng)能陣列、PWM、蓄電池、充—放電控制器、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備等5個(gè)部分。蓄電池的主要功能是保證供電系統(tǒng)能夠連續(xù)穩(wěn)定輸出[2]。

圖2 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

太陽(yáng)能供電的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)污染，無(wú)噪聲，不需要與高壓側(cè)接觸，不存在絕緣問(wèn)題，成本低，但是由于天氣、地域問(wèn)題難以實(shí)現(xiàn)全年不間斷供電，其次無(wú)法保證電池組輸出最大功率。

（2）激光供電

早在1992年ABB公司就研制出一款有源光纖電流傳感器，該傳感器可以有效的避免高低壓側(cè)的絕緣問(wèn)題，為激光供電系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。激光發(fā)生裝置安裝于低壓側(cè)，光纖將激光傳遞至高壓側(cè)得光能接收裝置，再傳遞至轉(zhuǎn)換裝置中，最后通過(guò)蓄電池對(duì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行供電。激光供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需考慮高壓側(cè)的絕緣問(wèn)題，系統(tǒng)穩(wěn)定，但缺點(diǎn)包括激光轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，光纖易脆化，光電轉(zhuǎn)換材料效率低，整套裝置成本高等，這些問(wèn)題使得該技術(shù)發(fā)展步伐緩慢。

（3）超聲波或微波供電

該裝置的工作原理是在源端獲取初始能量，主要是電能，通過(guò)電聲轉(zhuǎn)化模塊將電能轉(zhuǎn)化為高頻聲能或者微波能，用共振頻率相同的諧振天線作為發(fā)射和接受單元，最后接受單元通過(guò)高頻整流與穩(wěn)壓?jiǎn)卧敵龇€(wěn)定直流，為檢測(cè)裝置供電。這種供電方式最大的問(wèn)題是效率低下，其次容易受到現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的干擾。因此這種供電方式還有待進(jìn)一步發(fā)展。

（4）電容分壓式取能

該種取能方式的優(yōu)點(diǎn)是取能穩(wěn)定但是缺點(diǎn)也很大，取能單元和整流單元之間的過(guò)電壓保護(hù)以及電氣隔離，其次電容板的電容值受到周?chē)h(huán)境的影響較大，取能功率有限，因此該種方法應(yīng)用較少。

（5）電流互感器實(shí)時(shí)取能

輸電線路周?chē)慕蛔冸姶艌?chǎng)可以為取能提供另外一個(gè)方法—感生電動(dòng)勢(shì)取能。只需將互感器卡接在高壓線路端即可以實(shí)現(xiàn)取能，再通過(guò)整流及DC/DC變換最終實(shí)現(xiàn)對(duì)在線設(shè)備供電。這種方式是目前最有效也是研究最為廣泛的一種供電方式，然而這種方法也有缺點(diǎn)一方面當(dāng)線路電流較小時(shí)，電流互感器無(wú)法獲得足夠能量，裝置無(wú)法正常工作，另一方面當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電流沖擊時(shí)會(huì)損壞低壓側(cè)設(shè)備。

3 結(jié)論

上述供電方式都要面對(duì)一個(gè)問(wèn)題就是無(wú)法從高壓端獲得能量直接對(duì)低壓端的桿塔設(shè)備供電，例如攝像頭，最主要的原因是傳輸距離短無(wú)法滿(mǎn)足絕緣要求。為了克服上述缺點(diǎn)，提高的供電距離和可靠性采用磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)成為目前學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，也是未來(lái)高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供電技術(shù)的發(fā)展方向。

[1]王維.高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)線供能關(guān)鍵技術(shù)研究及系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].東南大學(xué),2017.

[2]朱成喜,韓小新,于冬梅,邢紹邦.電力線路監(jiān)測(cè)裝置太陽(yáng)能光伏供電系統(tǒng)研究[J].機(jī)電信息,2013(36):132-134.