本實用新型涉及三相高壓輸電線路領(lǐng)域，尤其涉及一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國的輸電線路在地理上跨度大，分布范圍廣，并常經(jīng)過一些自然條件惡劣的地區(qū)，為保障輸電線路的運行安全，需要有人員周期性的對線路進行巡檢。隨著技術(shù)的發(fā)展，在線監(jiān)測設(shè)備在該領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，節(jié)省了大量的人力物力，受高壓輸電線路本身的環(huán)境影響以及成本限制，市電的應(yīng)用受到限制，因此在線監(jiān)測設(shè)備本身的持續(xù)可靠供電問題一直沒有得到非常妥善的解決。

目前，在實際應(yīng)用中，在能量收集端多是利用太陽能或者風(fēng)能的形式來收集自然界中的能量，但是該種方式均易受天氣等隨機因數(shù)的影響，在光照或者風(fēng)力較弱的情況下，收集到的能量有限，輸出功率變化較大，因此在負載前端，均需要配置儲能電池作為補充電源，以實現(xiàn)對負載的持續(xù)供電，但是蓄電池的充放電次數(shù)有限，需要定期更換，維護成本高，在極端天氣以及長期陰雨情況下，電能耗盡后天法得到及時的補充，將會影響在線監(jiān)測裝置的正常工作。另外，目前，也有考慮應(yīng)用激光以及高壓導(dǎo)線附近本身的磁場能作為能量的收集來源，但是對于磁場能，雖然其在高壓導(dǎo)線正常工作的情況下能量來源穩(wěn)定，不會受外界自然環(huán)境影響，但是收集設(shè)備需要安裝在導(dǎo)線上，同時能量傳輸?shù)木嚯x有限，收集的能量對于給安裝于導(dǎo)線上的設(shè)備供電較為方便，但是為減少導(dǎo)線本身的承重，絕大多數(shù)的在線監(jiān)測裝置均安裝在桿塔上。

因此，提高目前高壓輸電線路在線監(jiān)測裝置的供電可靠性，減少維護工作量，是目前該領(lǐng)域的一個技術(shù)瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例提供了一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)，其特征在于，包括：柵狀電場能收集裝置和能量變換裝置；

所述柵狀電場能收集裝置和所述能量變換裝置電連接；

所述柵狀電場能收集裝置用于獲取到在三相高壓輸電導(dǎo)線與所述柵狀電場能收集裝置之間形成的等效分布電容收集的能量后，在所述柵狀電場能收集裝置兩端形成電壓，使得與所述電壓對應(yīng)的電流流向能量變換裝置；

其中，所述柵狀電場能收集裝置設(shè)置于所述三相高壓輸電導(dǎo)線與桿塔之間。

優(yōu)選地，本實用新型實施例提供的一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)還包括：整流器；

所述能量變換裝置和所述整流器電連接；

所述能量變換裝置還用于對與所述電壓對應(yīng)的電流進行變換，得到變換后的電流，使得所述變換后的電流流向整流器。

優(yōu)選地，本實用新型實施例提供的一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)還包括：超級電容；

所述整流器和所述超級電容電連接；

所述整流器還用于對所述變換后的電流進行整流，得到整流后的電流，使得所述整流后的電流流向超級電容并以電能形式儲存在所述超級電容中。

優(yōu)選地，所述柵狀電場能收集裝置的數(shù)量為3個。

優(yōu)選地，所述能量變換裝置的數(shù)量為1個，所述整流器的數(shù)量為1個。

從以上技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例具有以下優(yōu)點：

本實用新型實施例提供了一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)，包括：柵狀電場能收集裝置和能量變換裝置；所述柵狀電場能收集裝置和所述能量變換裝置電連接；所述柵狀電場能收集裝置用于獲取到在三相高壓輸電導(dǎo)線與所述柵狀電場能收集裝置之間形成的等效分布電容收集的能量后，在所述柵狀電場能收集裝置兩端形成電壓，使得與所述電壓對應(yīng)的電流流向能量變換裝置；其中，所述柵狀電場能收集裝置設(shè)置于所述三相高壓輸電導(dǎo)線與桿塔之間。本實用新型實施例采用導(dǎo)線附近自帶的電場能對高壓輸電線路在線監(jiān)測裝置進行供電，在供電可靠性方面大大提高，因此，整個系統(tǒng)的運行可靠性得到了保障。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實用新型實施例提供的一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)的應(yīng)用例示意圖；

圖3為柵狀電場能收集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為能量變換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本實用新型實施例公開了一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)，提高目前高壓輸電線路在線監(jiān)測裝置的供電可靠性，減少維護工作量。

請參閱圖1，本實用新型實施例還提供了一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)的一個實施例，包括：柵狀電場能收集裝置2和能量變換裝置3；

柵狀電場能收集裝置2和能量變換裝置3電連接；

柵狀電場能收集裝置2用于獲取到在三相高壓輸電導(dǎo)線1與柵狀電場能收集裝置2之間形成的等效分布電容收集的能量后，在柵狀電場能收集裝置2兩端形成電壓，使得與電壓對應(yīng)的電流流向能量變換裝置3；

其中，柵狀電場能收集裝置2設(shè)置于三相高壓輸電導(dǎo)線1與桿塔之間。

進一步地，本實用新型實施例提供的一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)還包括：整流器；

能量變換裝置3和整流器電連接；

能量變換裝置3還用于對與電壓對應(yīng)的電流進行變換，得到變換后的電流，使得變換后的電流流向整流器。

進一步地，本實用新型實施例提供的一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)還包括：超級電容；

整流器和超級電容電連接；

整流器還用于對變換后的電流進行整流，得到整流后的電流，使得整流后的電流流向超級電容并以電能形式儲存在超級電容中。

進一步地，柵狀電場能收集裝置2的數(shù)量為3個。

進一步地，能量變換裝置3的數(shù)量為1個，整流器的數(shù)量為1個。

需要說明的是，在能量源端，三相高壓輸電導(dǎo)線1(50KV以上)與電場能收集裝置2之間形成分布電容，分布電容會在強電場中收集能量，電場能收集裝置2上會形成電壓，通過能量變換裝置3，每一相都可以與地形成通路；為了有效提高采集到的能量，三相電導(dǎo)線的電場能收集裝置2并聯(lián)，從而在能量變換裝置3的原端形成更大的電流；在接收端，能量變換裝置3的副邊接收到耦合過來的能量后，在副邊端形成電壓和電流，再通過整流器，將交流形式的能量轉(zhuǎn)換成直流電再存儲在超級電容中，最終供給負載(在線監(jiān)測設(shè)備4)使用。另外，為了保證無間斷供電，負載本身自帶備用電池，其供電方式與不間斷電源類似。

上面是對一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和連接方式進行的詳細說明，為便于理解，下面將以一具體應(yīng)用場景對一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)的應(yīng)用進行說明，應(yīng)用例如下：

當高壓輸電線路中流過交流電，交流電會在其周圍空間產(chǎn)生變化的電場和變化的磁場，電磁場中都含有能量。對電場能量的利用，可以利用高壓線路與周圍設(shè)備之間形成的分布電容來收集輸電線路附近空間的電場能，三相高壓交流輸電線路桿塔橫擔外側(cè)電場能量收集原理示意圖如圖2所示。將電場能收集裝置放在導(dǎo)線和桿塔之間，若是分裂導(dǎo)線，比如二分裂導(dǎo)線，則可以將電場能能量收集裝置與分裂導(dǎo)線所形成的平面平行放置，以獲取較大的分布電容值。假設(shè)三相導(dǎo)線和能量收集裝置之間的等效分布電容分別為C₁，C₂，C₃，考慮到能量收集裝置與導(dǎo)線之間的距離和電場強度相對于能量收集裝置與地面之間會高出許多，因此，在這里忽略后者的分布電容。三相導(dǎo)線的能量收集裝置收集到的能量均通過一個類似于變壓器的能量變換裝置T，變比為N，R_L表示負載，如圖2所示。

一般的在線監(jiān)測裝置都具有低功耗的特性，有的設(shè)備需要的電能在毫瓦級別，經(jīng)調(diào)研可知，對于桿塔上的在線監(jiān)測設(shè)備，若能提供到18瓦的功率，即能保證所有設(shè)備的正常供電，因此，在高壓輸電導(dǎo)線電壓很大的時候，傳遞給負載的能量比較可觀，因此這是具有非常實際應(yīng)用意義的。

假設(shè)三相導(dǎo)線電壓為Ua,Ub，Uc,此處忽略變壓器的短路電抗，并將其等效為理想的變壓器，由電路理論可知流過能量收集裝置后的調(diào)理電路原邊的電流為：

負載可以獲得的功率為：

P＝N²I²R_L

由公式可知，通過適當優(yōu)化理想變壓器的變比，提高導(dǎo)線電壓或者降低電場能收集裝置與導(dǎo)線之間的距離來提高分布電容的值，都將提高能量的傳遞效率。另因為三相導(dǎo)線的理想對稱瞬時電壓之和理論上為0，因此，為了防止原邊上流過的電流過小，三個電場能收集裝置的電容值不能完全相同，即在能量收集裝置參數(shù)相同的情況下，不能在離導(dǎo)線相同距離的同一個位置安裝電場能量收集裝置，需要有合理的錯位。

在本實用新型中，電場能主要是集中在架空輸電導(dǎo)線附近的，因高壓在線監(jiān)測設(shè)備多數(shù)安裝在桿塔上，因此，主要考慮在桿塔附近的電場利用，同時方便設(shè)備的安裝。對桿塔進行電磁場理論分析與建模仿真，結(jié)果證明鐵塔上離導(dǎo)線不同距離的各個部分電場強度相差較大，場強較高的主要是在桿塔橫擔的外側(cè)附近。因此為了獲取更多的能量，提高最終傳送到負載的功率，需要將電場能收集裝置在場強高的位置。另外為方便安裝，本實用新型將電場能收集裝置在橫擔上進行懸掛安裝，并設(shè)置為圓形柵格狀，以減少方形能量收集裝置帶來的四個尖角出現(xiàn)的邊緣效應(yīng)而導(dǎo)致電荷的局部聚集，使電荷更加均勻的分布；而柵狀設(shè)計可以有效減少材料的使用，降低成本并高效的減輕設(shè)備重量；與電場能收集裝置水平放置相比，可以減少雨水與塵埃積累，并可以降低電場能收集裝置與地之間的分布電容；同時有理論表明，與完整板狀結(jié)構(gòu)相比，柵狀設(shè)計并不會明顯降低電場能收集裝置的功能，因此是一種優(yōu)化設(shè)計，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

為了不降低高壓導(dǎo)線的安全絕緣距離，該金屬導(dǎo)板需要在其外層包裹一層絕緣材料；對于其具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括導(dǎo)板半徑，導(dǎo)棒內(nèi)徑以及柵的間隔距離，則可以根據(jù)所需要的目標能量大小進行設(shè)計。

由現(xiàn)有理論知道，電場能收集裝置的安裝位置會主要影響分布電容的數(shù)值，為了取得更多的能量，電場能收集裝置必須要安裝在高壓導(dǎo)線附近的強電場區(qū)域范圍，由電磁場仿真知道，對于桿塔，其橫擔附近場強最強，而塔身則比較弱，因此，需要將電場能收集裝置安裝在離橫擔外側(cè)較近的位置，另外電場能收集裝置的安裝懸掛高度亦需要通過仿真來確定，以保證電場能收集裝置安裝位置較優(yōu)，而對于能量變換裝置與監(jiān)測設(shè)備在桿塔上的位置則沒有限制。

圖1中高壓導(dǎo)線為二分裂導(dǎo)線，并且只畫出了一個橫擔上的電場能收集裝置安裝示意圖，實際上，該高壓鐵塔為三相輸電，因此，該橫擔的上或者下面還需要安裝同樣的電場能收集裝置，值得注意的是，為了保證有一定大小的電流流過能量變換裝置的原邊，三個電場能收集裝置并不能安裝在同一個相對水平位置，其之間要保持一定的錯位，而同時又要保證其仍處于強電場范圍內(nèi)。

從能量的采集端得到的能量是以交流的形式表現(xiàn)的，同時，由于高壓導(dǎo)線中流過的電流是隨著電力負荷的變化而不斷變化的，因此并不是一個固定值，而由其產(chǎn)生的電場也是一個變化的電場，由此得到的電場能量是不穩(wěn)定的，因此，在供給負載使用之前，需要先整流成直流電，再經(jīng)過穩(wěn)壓，才能提供持續(xù)可靠的能量給負載使用。為實現(xiàn)這個功能，本實用新型中采用的是單相橋式全控整流電路，圖4中的開關(guān)為電力MOSFET，理想變壓器二次側(cè)的電壓為U_in,負載兩端亦即超級電容上的電壓為U_L。

本實用新型實施例設(shè)計了一種更加優(yōu)化的圓形電場能收集裝置結(jié)構(gòu)，以減少傳統(tǒng)方形電場能收集裝置產(chǎn)生的邊緣效應(yīng)，與傳統(tǒng)方形平板電場能收集結(jié)構(gòu)相比，柵狀結(jié)構(gòu)在能保證同樣的取能效率下，能有效減少了設(shè)備重量，降低了生產(chǎn)成本，并且不容易積累塵埃與雨滴，同時利于安裝。柵狀結(jié)構(gòu)的電場能收集裝置外層需要包裹一層樹脂絕緣材料，以保證高壓導(dǎo)線的對地絕緣安全

更進一步地，與傳統(tǒng)只利用單相導(dǎo)線來進行取能相比，本實用新型有效利用了高壓輸電導(dǎo)線的三相導(dǎo)線，可在源端有效提高能量的獲取，且在能量的傳送端，匯流三相導(dǎo)線的電流到同一個變壓器(能量變換裝置)并經(jīng)過同一個整流電路，與每相利用一個變壓器相比，可以有效減少相關(guān)設(shè)備的使用，減少采購成本。

更進一步地，超級電容的使用可以有效儲存能量，同時對負載起到穩(wěn)壓的作用，可以保證對其可靠穩(wěn)定供電。

更進一步地，在采用本實用新型中的供電裝置時，在線監(jiān)測設(shè)備有同時配置了備用電池，其運行方式類似不間斷電源UPS，因此，其供電的可靠性可大大提高，同時備用電池的使用壽命大大增加，設(shè)備維護成本有效降低。

更進一步地，對三相電場能收集裝置的安裝位置進行了探討，并得出其并不能安裝于橫擔上同一個水平相對位置，需要相對錯開，以保證持續(xù)電流流過理想變壓器的原邊。

現(xiàn)有實際的高壓在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)中，常采用的方式就是利用新能源發(fā)電外加備用蓄電池的方式，新能源發(fā)電供電的不穩(wěn)定性使得備用電源的使用次數(shù)增加，嚴重的減少了蓄電池的使用壽命；本實用新型實施例采用導(dǎo)線附近自帶的電場能供電的方式在供電可靠性方面大大提高，因此，整個系統(tǒng)的運行可靠性得到了保障。

以上對本實用新型所提供的一種三相高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供能系統(tǒng)進行了詳細介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型實施例的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。