输电线路状态监测系统取能电源的设计新原理
输变电设备状态监测系统技术导则
输变电设备状态监测系统技术导则输变电设备状态监测是智能电网的重要组成部分。
为适应国家电网公司坚强智能电网的发展要求，促进输变电设备状态监测技术、状态监测装置和主站系统的统一和规化发展，实现输电线路和变电设备状态监测系统的一体化建设，制定本技术导则。
本标准的附录A为规性附录。
本导则由国家电网公司科技部归口。
本导则由国家电网公司生产技术部提出并解释。
本导则起草单位：国网电力科学研究院、中国电力科学研究院。
本导则主要起草人：林峰、焦群、于钦刚、冀肖彤、阎春雨、晓帆、盛盛、朱江、维勇、莉、洪功义、景祺输变电设备状态监测系统技术导则1 围本技术导则规定了输变电设备状态监测系统的技术原则、系统架构、数据接入、功能要求、接口要求、通信要求、信息安全防护要求等方面的容。
本技术导则适用于国家电网公司35kV及以上变电设备、交流66kV～1000kV架空输电线路、直流±400kV～±800kV架空输电线路。
2 规性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。
Q /GDW 383-2009智能变电站技术导则Q/GDW Z414-2010 变电站智能化改造技术规高压设备智能化技术导则DL/T 860 变电站通信网络和系统国家电网公司生产管理系统设备代码（国家电网公司生产技术部第462号文，2008年5月）电力二次系统安全防护总体方案（国家电力监管委员会第34号文，2006年2月）国家电网公司SG186工程安全防护总体方案（国家电网公司信息化工作部第316号文，2008年）3 术语和定义3.1状态量 criteria指对原始采集量进行加工处理后，能直观反映输变电设备本体运行状态、气象、通道环境的物理量。
3.2状态监测装置 condition monitoring device指安装在被监测的输电或变电设备附近或之上，能自动采集和处理被监测设备的状态数据，并能和状态监测代理、综合监测单元或状态接入控制器进行信息交换的一种数据采集、处理与通信装置。
架空输电线路在线监测设计技术导则
架空输电线路在线监测设计技术导则随着电力系统的快速发展和智能化的需求，架空输电线路在线监测技术变得愈发重要。
传统的定期巡检方式对于大规模的电网来说效率较低，并且无法实时监测线路的状态和性能。
因此，通过使用在线监测技术，可以实现对电网输电线路的全面监测和故障预警，从而提高电网的可靠性和运行效率。
本导则的目的是为电网运营商、电力系统设计师和监测设备厂商提供设计架空输电线路在线监测系统的技术要求和指导原则。
通过按照本导则进行设计和实施，可以确保在线监测系统的性能和功能符合运营和监测需求。
具体而言，本导则将涵盖以下内容：在线监测系统的原理和工作方式；测量参数和监测指标的选择；监测设备的选型和布置；数据采集和处理方法；故障诊断与预警机制；线路状态评估和操作决策支持。
通过遵循本导则的指导原则，可以有效提高架空输电线路在线监测系统的设计和实施水平，从而保障电网的安全和稳定运行。
同时，本导则也为相关行业提供了参考和借鉴，促进了在线监测技术在电力系统中的推广和应用。
1.安全性在线监测系统的设计应首先考虑安全性。
确保系统能够准确地监测和识别输电线路的异常情况，及时采取相应的措施，避免发生安全事故。
2.可靠性在线监测系统应具备高可靠性，能够长时间稳定运行并提供准确可靠的数据。
系统应设计合理的冗余机制，以防止单点故障导致监测系统失效。
3.实时性在设计过程中应考虑实时性需求，使监测系统能够及时响应线路异常情况，并通过快速准确的数据传输，实现实时监测与预警。
4.精确性在线监测系统应具备高精确性，能够确切地判断并定位线路异常情况，避免误报或漏报现象的发生。
相关算法和数据处理方法应具备足够的准确性与可信度。
5.兼容性在线监测系统应考虑与现有输电线路设备和系统的兼容性。
确保监测系统能够与现有设备无缝集成，不对其正常运行产生干扰或影响。
6.灵活性在线监测系统的设计应具备一定的灵活性，能够适应不同类型的输电线路、监测需求和环境条件。
深度探讨输电线路状态监测系统
而被 广 泛 地 使 用 。 １ ３杆塔 、基础 ． 杆 塔 是 输 电 线 路 极 重 要 的 部 件 ，投 资 约 占全 部造 价的 ０ ３ ～０ ５ 其作用 是支 ．％ ． ％， 持导 线 和避 雷 线 ， 各 种气 象 条件 下 ， 导 在 使 线 对 地 和 对 其 他 建 筑 物 有 一 定 的 安 全 距 离 ， 证 线 路安 全 运 行 。杆 塔 的 种 类 很 多 ， 保 按 所 使 用 的 结 构 材 料 分 ，有 木 杆 、混 凝 土 杆 和 铁 塔 。 按 杆塔 的用 途 可 分 为 直 线 、耐 张 、转 角 、终 端 和 特 殊 杆 塔 等 。 １ 输电线路构成分析 杆 塔 埋 入 地 下 部 分 统 称 为 基 础 。 基 础 输 电线 路 主 要 由导 线 、 避 雷 线 、 绝 缘 的 作 用 是 保 证 杆 塔 稳 定 ，不 因杆 塔 的 垂 直 子 、杆塔 、基础 、接地 装 置等元 件构 成 。 由 荷 重 、水 平 荷 重 、 事 故 断 线张 力和 外 力作 于 其 长 期 置 于 露 天 下 运 行 ，各 元 件 除 受 正 用 而 上拔 、下 沉 或 倾 倒 。 常 的 电气 负 荷 和机 械 负 荷 作用 外 ， 受风 、 还 雨 、冰 、 雪 、大 气污 染 、雷 电活 动 等 各 种 ２输电线路状态综合监测系统发展现状 自然 和 人 为 条 件 的 作 用 ，因 此 线 路 元 件 应 ２． １电气监测 系统 有 足 够 的 电气 和 机 械 强 度 。 ① 线 路 绝 缘 监 测 包 括 瓷 、玻 璃 及 合 成 １． １导 线 、避雷 线 和接地 装 置 绝缘 子 ，不 良绝 缘 子 及 低 劣 质 绝 缘 子 的 检 架 空 线 路 的导 线 是 传输 电 能 的 关 键 部 测 系统 。 ②绝缘 子 污 情监 测 。 ③雷 击监 测 。 件 ，避雷 线 的 作 用 是 防 止 雷 击 导 线 。制 造 ④接 地 系统 监 测 。 ⑤用 红 外 测 温 仪 器 检 测 导 线 的 材 料 除 了应 有 良好 的导 电 率 外 ， 还 线 路 金具 的 运 行 温 度 。 应 具 备足 够 的 机械 强度 ， 重要 尽 可 能 小 ， ２ ２机 械 力学监 测系统 比 ． 并 具 有 抵 抗 气 候 条 件作 用及 化 学 腐 蚀 的性 ①导 线 监 测 。 ②杆 塔监 测 。 ③金 具 监 能 。为此 ， 导线 一般 都 用铝 、铜 、铝合 金等 测 。 ④ 基 础 监 测 。 材料 制造 。 ２ ３线路 环境监 测 ． 输 电 线 路 的 导 线 一 般 都 使 用 铜 绞 线 或 ①线 路 对 环 境 的影 响 监 测 系 统 。 ②大 钢芯 铝绞 线 ， 因绞 线具 有 柔性 ， 弯 曲 、便 气 环 境 对 线路 影 响 的监 测 系统 。 ③ 人 工巡 易 于施 工 ， 机械 强度 较独 股 线大 。钢 芯 铝绞 线 视 实 时 监 测 系 统 。 是利 用钢 的强 度 高 和 铝 的 导 电 性 好 的 特 点 ２． ４线路 缺陷 管理 而制 成的 。铝 比铜 重量 轻 、直 径 大 ， 的价 铝 把 巡 视 和 检 测 中 发 现 的 缺 陷录 入 生 产 格又 低于 铜 ， 因而 可 以降 低线 路造 价 。铝 的 管 理 系统 ， 其 严重 程 度 进 行 分类 、分 析 ， 按 直径 大 ， 能提 高 电 晕Ｉ 界 电压 ， 而减 少 把 需 要 在 检 修 中 予 以 消 除 的缺 陷 找 出 来 ， 则 ｌ 缶 从 线 路 的 电能 损 失 。避 雷 线 通 常 使 用 镀 锌 钢 作 为 状 态 检 修 的 内 容 予 以 考 虑 。 线 路 的 缺 绞线 ， 基杆 塔接 地 。输 电线 路 杆塔 接地 有 陷像 瓷 瓶 串倾 斜 、横 担 锈 蚀 严 重 、 弧 垂 过 逐 两 个 目的 ： 装有避 雷 线或 管型 避雷 器 等防雷 大 或过 小 等缺 陷 ， 录 入 Ｍ Ｉ 生产 管理 系 都 Ｓ（ 设 施 的杆塔 ， 接地 是 为 了保 护 线路 绝缘 ； 无 统 ）， 入 检 修计 划 在 检 修 时予 以消 除 。 列 避 雷 线小 接地 电流 系统 位 于居 民区 的杆 塔 ， 接 地 是 为 了 保护 人 身安 全 。 接地 体是 埋 入 ３当前国内已采用 的输 电线路在线监测 系 地 下 直 接 与 大地 接 触 的导 体 。 将 接地 体 与 统分析 避 雷 线 或 杆塔 接 地 螺栓 相 联 接 的 导 线 称 为 ３． １线 路绝缘 监 测系统 接 地 线 。接地 体 与接 地 线 统称 为 基地 装 置 。 线 路 绝 缘 监 测 方 法 有 电 压 分 布 检 测 接 地体 多用 圆钢 、 扁钢 或 角钢 构成 ， 形式 法 、超 声波 检 测 法 、红 外 热 成 像 技 术 、 绝 其 视所在地区的具体情况而定。 缘 电 阻 检测 法 、激 光 多普 勒 振 动 检 测 法 和 １ ２绝 缘子 ．金具 ． 脉 冲 电 流法 等 多种 方 法 。 其 中 电压 分 布 法 绝 缘 子 的 作 用 是 使 导 线 与 杆 塔 绝 缘 。 和 绝缘 电 阻检 测 法 必须 蹬 塔 监 测 劳 动 强 度 绝 缘 子暴 露 在 大气 中 ， 承 受 电压 外 ， 承 非 常大 ，同时 易受 到 电网 运行 方 式 的影 响 ， 除 还 受机 械荷 载 ， 导 线张 力 、导 线 自重 、导 线 超 声 波 检 测 法 无 有 效 的判 定标 准 ， 且 现 如 而 上 的风 、冰 、雪 荷 载 及 温 度 等 的 作 用 。输 场 干扰 较 大 ， 确性 差 ， 准 曾经 在现 场 使 用超 电 线路 上 使 用 的 绝 缘 子 ，有 针 式 、 悬 式 和 声 波 法 认 定 的 劣 化 绝 缘 子通 过 实验 证 明是 次 横担 三 种 。悬 式 绝 缘 子 的 机 械 强 度 好 干 合 格 绝 缘 子 ， 外 热 成 像 技 术 在 检 测 劣 化 红 其 它两 种 ， 且 按 需 要 可 以 组 成 适 合 各 种 绝 缘 子 时 理 论 上 存在 检 测 盲 区 ，同 时 受 到 并 电 压 等 级 、 各 种 机 械 荷 载 的 绝 缘 子 串 ，因 日光 、风 速 、温 度 和 成像 仪 质量 等 多种 因
国家电网公司智能电网知识竞赛题目和答案
国家电网公司智能电网知识竞赛题目〔一〕智能电网开展概况〔5题〕1. 与现有电网相比，智能电网表达出(电力流、信息流和业务流高度融合)的显著特点。
A.电力流、信息流和业务流高度融合B.对用户的效劳形式简单、信息单向C.电源的接入与退出、电能量的传输等更为灵活2. 智能电网的先进性主要表达在以下哪些方面。
(信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网根底设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障; 通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能耗损，使电网运行更加经济和高效;实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案)A.信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网根底设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。
B.通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能耗损，使电网运行更加经济和高效。
C.实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。
3. 2021年5月，国家电网公司在(2021特高压输电技术国际会议)会议上正式发布了“坚强智能电网〞开展战略。
(2021年3月)，温家宝总理在?政府工作报告?中强调：“大力开展低碳经济,推广高效节能技术，积极开展新能源和可再生能源，加强智能电网建设。
〞A.中央企业社会责任工作会议；2021年2月B.2021特高压输电技术国际会议；2021年3月C.国际大电网会议；2021年4月D.美国智能电网周(GridWeek)开幕式；2021年5月4. 建设智能电网对我国电网开展有哪些重要意义？(智能电网具备强大的资源优化配置能力，具备更高的平安稳定运行水平，适应并促进清洁能源开展; 智能电网能实现高速智能化的电网调度，能满足电动汽车等新型电力用户的效劳要求，能实现电网资产高效利用和全寿命周期管理和电力用户与电网之间的便捷互动; 智能电网能实现电网管理信息化和精益化，在发挥电网根底设施增值效劳潜力的同时促进电网相关产业的快速开展。
输电线路运行状态监测及故障诊断技术研究
输电线路运行状态监测及故障诊断技术研究摘要：由于输电线路的高负荷运行，长时间使用就会出现故障问题，若不能对其进行有效的监测和诊断，就会造成严重的后果，甚至会造成输电线路的损坏，从而影响整个运行进程，因此，对输电线路状态检测和诊断是非常有必要的。
随着科技的进步，输电线路的性能越来越好，其维护和检修技术也越来越先进，因此，在运行中，要尽可能地减少输电线路的故障问题，降低维护费用，定期对输电线路状态进行监测和故障诊断，保证其正常运转。
本文从现场输电线路检测状态入手，对输电线路状态监测和故障诊断技术的相关内容进行了详细概述。
关键词：输电线路；状态监测；故障诊断1110kV输电线路状态监测与故障诊断技术概述110kV输电线路的运行状况监测、线路运行状况的诊断、输电线路的故障预防与处理是输电线路状态监测与故障诊断技术的重要内容。
其中，输电线路的状态监测是指在线路运转时，由专业测定仪器来检测线路的工作情况；而对输电线路的故障诊断，则是通过对线路测试结果进行细致的分析，从而判断输电线路的工作状态运行是否正常。
与此同时，针对输电线路的故障进行相应的处理与防范，主要是针对所诊断出的故障，采取相应的对策，对出现的问题和故障进行及时的修正和预防。
正常情况下，输电线路的处理通常包括线路调整、更换和检修，而对输电线路故障的预防包括检修、输电线路运行的全方位监测等。
为切实保障输电线路平稳运行，依据实际需求构建出一套较为完善的输电线路运行标准，当设备实际运行状态与标准存在差异情况下，应对输电线路进行检修，而此标准也成为衡量线路是否需要进行检修的主要依据。
2110kV输电线路状态监测检修2.1输电线路状态检修信息系统设计2.1.1GPS巡视系统以及地理信息系统GPS技术、GIS技术逐渐成熟并广泛应用于各个领域。
因此，技术人员在实际设计系统时，将GPS技术与移动智能端相结合，巡视人员在实际工作中可以通过移动端设备直接获取输电线路准确位置，同时智能端也可以将现场实时情况传回到管理中心。
输电线路在线监测系统
目录TLMS系列输电线路在线监测系统 (2)一、TLMS-1000 输电线路图像/视频在线监测系统 (3)二、TLMS—2000输电线路气象在线监测系统 (4)三、TLMS—3000输电线路导线温度在线监测系统 (5)四、TLMS-4000 输电线路杆塔倾斜在线监测系统 (6)五、TLMS—5000 输电线路覆冰在线监测系统 (7)六、TLMS-6000 输电线路风偏在线监测系统 (8)七、TLMS-7000 输电线路导线舞动在线监测系统 (9)八、TLMS—8000 输电线路微风振动在线监测系统 (10)九、TLMS-9000 输电线路导线弧垂在线监测系统 (11)十、TLMS-1100 输电线路绝缘子污秽在线监测系统 (12)TLMS系列输电线路在线监测系统系统简介：“TLMS系列输电线路在线监测系统"，是基于无线（GPRS/GSM/CDMA/3G）数据传输、采用多种传感器、红外网络高速球机、太阳能供电，实现对高压输变电线路/塔杆情况进行全天实时监测和监控。
本系统适用于野外无人职守的高压输电线路、电力铁塔的安全监控。
系统原理示意图:系统组成：输电线路在线监测系统包含以下子系统：输电线路图像/视频在线监测系统、输电线路气象在线监测系统、输电线路导线温度在线监测系统、输电线路杆塔倾斜在线监测系统、输电线路覆冰在线监测系统、输电线路风偏在线监测系统、输电线路导线舞动在线监测系统、输电线路微风振动在线监测系统、输电线路导线弧垂在线监测系统、输电线路绝缘子污秽在线监测等系统。
产品特点：1.支持3G/GPRS/CDMA网络，通信方式灵活；2.采用太阳能供电系统供电，安装维护方便；3.采用工业级产品设计，适合恶劣环境下工作；4.具有检点自启动、在线自诊断功能；5.具有数据采集、测量和通信功能，将测量结果传输到后端综合分析软件系统；6.系统运行参数、报警参数、数据采集密度等可以远程设置；7.具有数据存储、历史数据查询、报表、打印、曲线图绘制等功能;8.具有自动分析报警提示值班人员功能;9.安装使用方便；10.系统具有完备的扩容性。
一种高电位磁场取能电源的设计研究
一种高电位磁场取能电源的设计研究作者：吴俊锋刘维杨峰来源：《现代信息科技》2022年第08期摘要：受制于高电位绝缘安全问题，输电线路的状态监测传感器一直难以使用常规低压电源，迫切需要寻求可靠的自取能方法用作传感器的供电方案。
文章提出了一种可贴装于母线排上的高电位磁场取能电源，通过感应母排周围的磁场获取电能，不存在绝缘问题，同时不会缩减相间安全距离，更适用于变电站和配电室中排列紧凑的三相母线桥。
仿真及带载试验表明，设计的高电位磁场取能电源能够在母排电流为400 A～1 000 A的范围内为负载提供3 V的稳定电压，输出功率达360 mW，能够满足低功耗在线监测传感器应用的能量需求。
关键词：高电位;磁场取能;取能线圈;电源管理中图分类号：TM55 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）08-0060-03Design and Research of a Magnetic Energy Harvesting PowerSupply in High Potential SideWU Junfeng1， LIU Wei1， YANG Feng21. Wuxi Power Supply Branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.， Ltd.， Wuxi 214072， China;2.CET-College of Engineering and Technology， Southwest University，Chongqing 400100， China）Abstract： Restricted by the safety problem of high potential side insulation， the status monitoring sensor of the electric transmission line has been difficult to use the conventional low-voltage power supply， so it is urgent to seek the reliable self-energy harvesting method as the power supply scheme of the sensor. This paper proposes a kind of magnetic field energy harvesting power supply on the high potential side， which is able to be attached on the bus bar. It obtains electricity by sensing the magnetic field around the bus bar and there is no insulation problem. It will not reduce the alternate safety distance at the same time， and it is more suitable for the compact three-phase bus bar bridge in the substation and distribution room. Simulation and onload experiments show that the designed high potential side magnetic field energy harvesting power supply can provide 3 V stable voltage for the load in the range of 400 A～1 000 A， the output power can reach 360 mW. It can meet the energy needs of low-power consumption online monitoring sensor applications.Keywords： high potential side; magnetic energy harvesting; energy harvesting coil; power management0 引言各電压等级的输电线路是电力系统的重要环节之一[1，2]，线路的运行情况对电网整体的安全稳定性具有重要影响。
输电线路状态远程监测系统设计
１ 系统 总体 结 构
１ ． １ 系统 总体设 计及 原理 输 电线 路 状 态 远 程 监 测 系 统 主 要 由上 位
统 的安全性 、 可靠性 和稳定 性［ ２ ］ ． 目前 ， 随着 电子 和通信 技术 的发 展 ， 输 电线 路状 态 监 测 系统 的远程 通 信 方式 有 众 多选 择 ． 现今 可采 用 的数 据采 集设 备 与上位 机通信 的方 式有 光纤 专 网 、 ＧＰ ＲＳ ／ Ｃ ＤＭＡ／ ３ Ｇ 无 线 公 网 和
低等优点． 关键词
分类号
输 电线 路 状 态 ； 远 程 监测 ； 光纤 ； ＧＰ Ｒ Ｓ ； Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ ； 电流 互感 器
Ｔ Ｍ７ ６ ４
随着 工 农 业 的迅 速 发展 ， 发 电和 用 电规 模 的不 断扩大 ， 用 电质量 的要求 越来 越高 ． 输 电线 路 是 电力 系统 的 重要 组 成 部分 ， 对 供 电质 量 起
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ ３ — １ ８ 第一作者简介 ： 杨威龙 ， 硕 士研 究 生． 研究方 向： 嵌 入 式 系 统 设 计
第 ３期
杨 威 龙等 ： 输 电线路 状 态远程 监测 系统设 计
２ ５
２ ３ ０ Ｍ Ｈｚ 无 线专 网） 之一 实 时传输 至 上位 机 ． 上 位机 软件 能 够对 现场 采集 到 的输 电线 电流 和温 度等 参 数 进 行 综合 分 析 ， 得 出输 电线 路 电流 和 温度 状 态 及 其 发 展趋 势 ， 并 能 够 对 输 电线路 安 全 隐患 进 行 定 位 和预 警 ． 对 于状 态 参 数超 标 的 输 电线路 及 时报 警 ， 并 派 出工 作人 员进 行检 修 ． 手 持终 端 作 为 备 用 ， 由工作 人 员 每 月 到 输 电线 杆塔 进 行 巡 检 ， 将 转 发 器保 存 的历 史 数 据通 过 Ｗｉ Ｆ ｉ 传输 至手 持 终端 ， 工 作人 员将 手 持 终 端巡 检 的数 据 带 至 上位 机 端 ， 供 上 位 机 软 件分 析 处 理， 并 得 出此 月份 输 电线路 运 行状 态走 势 ．
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图4 普通铁心与改进铁心的理想磁化曲线对比 Fig. 4 Contrast of ideal B2H curve bet ween ordinary and improved magnetic core
采取给铁心开气隙的方式引入磁阻来减小磁导 率 ,使线圈不易饱和应选择饱和磁感应强度最大的 工频磁性材料硅钢片作为铁心 。在空载条件下 , 取 导线电流最小值为 I1 = 100 A 时 , 使线圈二次侧感 应 6 V 电压 ,得 λ ( 5) U 2 = 6 V ≈ 41 44 f N 2 B m S 将式 ( 3) 、 式 ( 4) 代入式 ( 5) ,得 λ μ0μ 6 V ≈ 41 44 f N 2 S r 整理得 :
6l ( 7) μ0 I1 2 ×41 44 f Sλ 在铁心选定的情况下 , 式 ( 7 ) 近似号右边为常
N 2μ r ≈
2 I1
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( 6)
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收稿日期 : 2007205231 ; 修回日期 : 2007208215 。 重庆市科委科技攻关项目 (2005AC3031) ; 重庆大学研究生 科技创新基金资助项目 (200707C1C0070244) 。
铁心长期可靠工作 ,又增大了热耗 ,在一次侧电流很 大时还会产生高峰值电压威胁前端器件 , 不适合现 场运行 。为避免铁心长期深度饱和 , 曾有学者提出 一些控制电路来控制磁通大小 , 使取能线圈工作于 非饱和状态 ,取得了一定效果 ,但普遍存在电路过于 复杂的问题 [ 627 ] 。 本文提出了一种取能电源设计方案 , 着重对取 能线圈的材料 、 结构和参数进行分析 ,提出了一种新 的取能线圈结构 ,在取能电源最前端从根本上避免 了取能线圈深度饱和 , 无需如现有文献普遍采用控 制电路调节线圈工作的状态 , 使得后端电路明显简 化 ,提高了可靠性 ; 此外 , 还具有便于安装拆卸的优 点 。针对短路和雷电冲击电流对电源可靠运行的影 响进行了分析与设计 。
摘要 : 针对现有输电线路状态参数在线监测系统的取能电源普遍存在的取能线圈易于深度饱和 、 热耗大 、 电路复杂等问题 ,提出了一种新的取能线圈设计原理 。为取能线圈引入气隙磁阻 ,并通过 定量分析与仿真实现对取能线圈的结构 、 铁心材料 、 绕组匝数 、 气隙长度等参数的合理匹配 ,从而在 电源最前端解决了现有技术存在的问题 。基于此取能线圈研制的电源 ,经整体测试表明 ,能在导线 电流正常变化范围内工作于非饱和 、 低热耗状态 ,并提供稳定的输出 。对线路出现异常大电流可能 给电源可靠性产生影响的问题进行了分析 ,并提出提高电源工作可靠性的具体措施 。短路和冲击 试验表明 ,这些措施可抑制异常大电流导致的电动力及过电压的破坏作用 。 关键词 : 输电线路 ; 取能电源 ; 铁心饱和 ; 冲击电流 ; 可靠性分析 中图分类号 : TM755 ; TP277
图3 磁性材料的磁化曲线 Fig. 3 B2 H curve of magnetic materials 图2 取能线圈的空载等效模型 Fig. 2 No2load equivalent model of dra w 2out coil
根据电机学理论 [ 8 ] , 在一次侧为正弦输入条件 下 ,取能线圈二次侧电压有效值为 : ( 1) U 2 ≈ E2 = 41 44 f N 2Φ m Φm = B m S λ ( 2) 式中 : E2 为二次侧感应电动势有效值 ; f 为电流基 频 ( 50 Hz) ; N 2 为二次侧匝数 ;Φm 为磁通量幅值 ; B m 为磁感应强度幅值 ; S 为铁心截面积 ;λ为铁心 叠片系数 。 由安培环路定律 [ 8 ] :
功率可达 2 W 以上 ,可为在线监测系统提供足够的 能量 。图 1 中的保护模块将在第 4 节阐述 。
线圈 。因此 ,应尽量防止铁心工作在饱和状态 ,必须 避免长期工作在深度饱和状态[ 10 ] 。
2 取能线圈的设计原理
2. 1 理论分析
取能线圈工作原理类似变压器 , 其空载等效模 型见图 2 。取能线圈与一般变压器不同 , 一次侧由 交流电流而非电压控制 ,且一次侧只有 1 匝绕组 。
0 引言
对输电线路污秽绝缘子串的泄漏电流 、 导线覆 冰状态 、 导线温度等进行在线监测时 ,其电源的供给 是关键问题之一 。因采集信号的各种传感器及信号 发送单元等都在架空线附近 ,不可能使用常规电源 。 而且 ,由于电源工作在野外 , 需要长期免维护 , 对可 靠性提出了很高的要求 。近年来 , 国内外学者提出 了大量对输电线路状态参数在线监测与故障诊断的 方法 ,但电源的供给始终是没有解决的难题 。因此 , 开发出性能良好的特种电源并将其应用于输电线路 状态参数在线监测系统 ,具有重要的实用价值 。 目前应用最多的供电方式是太阳能供电 [ 122 ] ,但 此方式受气候条件影响较大 , 并且缺乏长期免维护 能力 。激光供能在电子电流互感器和有源型光学电 流互感器上得到了应用 [ 324 ] ,但此类电源也不适合在 野外工作 。最有发展前景的供电方式是从架空导线 抽取电能 ( 以下简称取能电源) , 在导线上套装取能 线圈将导线能量转换到二次侧 , 实现隔离式供电 。 此供电方式需解决的问题是 : ① 在导线正常电流范 围内均能提供稳定的输出 ; ② 在短路及冲击电流下 保护电源 ; ③ 长期低热耗稳定运行 。近年来关于取 能电源的研究 ,国内报道较多 。文献 [ 5 ] 提出的取能 电源使取能线圈在小电流时工作于临界饱和状态 , 大电流时工作于深度饱和状态 , 这种方式既不利于
式中 : Hm 为磁场强度幅值 ; l 为平均磁路长度 ; I E 为 励磁电流 ,空载情况下等于一次侧导线电流 I1 ; N 1 为一次侧匝数 ,这里取 1 。 B m 与 H m 的关系为 : ( 4) Bm = μ 0μ r Hm μ 式中 :μ 为真空磁导率 ; 为相对磁导率 。 0 r 再对铁心的激磁机理进行分析 。图 3 为磁性材 料的磁化曲线 ,在 1 区～4 区 ,磁感应强度 B 都随着 磁场强度 H 的增大而增大 , 且近似成正比关系 , 比 例系数为磁导率 μ。但在 5 区 ,发生饱和现象 ,磁场 强度幅值 Hm 增大时 , 磁感应强度幅值 B m 却不随 之增大 。由式 ( 1 ) 、 式 ( 2 ) 知 , 若 B m 不变 , 二次侧电 压有效值 E2 也不变 。又由于 Hm 的增大源自导线 电流的增大 ,因此可以得出结论 : 在饱和区内 , 取能 线圈二次侧感应电压有效值不随导线电流增大而增 大 。本课题组的试验结果和文献 [ 9 ] 还表明 ,深度饱 和时感应电压波形发生严重畸变 ,成为尖顶脉冲波 。 虽然有效值基本不变 ,但是峰值急剧增大 ,可达到几 百伏 ,对后端器件的耐压提出了很高要求 。长期工 作在深度饱和状态带来更大的影响是 : 铁损居高不 下 ,线圈温升过高 , 有可能引起高频振动 , 甚至烧坏
Hm l = 2 N 1 I E ( 3)
监测系统负载电流较小 ,因此励磁电流较大 ,所 有磁性材料在导线电流为几安时即会饱和 。为解决 这个问题 ,曾有采用反馈补偿控制式 、 斩波控制式 、 [ 6 ,9 ,11 ] 变比切换 等方式调节磁通大小 ,收到了一定效 果 ,但是元器件数目多 , 电路结构也较复杂 , 对电源 的长期可靠运行不利 。 21 2 取能线圈的结构及参数的计算 本文着眼于铁心磁化曲线 , 对取能线圈结构加 以改进 。由于 I E ∝ H ,故在图 3 的 1 区～4 区 ,近似 有 B ∝ I E 。要使铁心在大电流下不饱和 , 就要使 I E 在足够大的情况下 , 都有 B ≤B s ( B s 为饱和磁感应 强度) 。为此 ,通过减小相对磁导率 μ r 来减小曲线 的斜率 ,可对铁心工作状态加以改进 ,见图 4 。
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・ 研制与开发 ・ 李先志 ,等 输电线路状态监测系统取能电源的设计新原理
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图5 改进后的取能线圈输出仿真波形 Fig. 5 Simulated curve of improved dra w 2out coil
此时电流有效值为 1 102 A , 表明采用这种结 构的取能线圈 , 可在导线电流 1 102 A 内都不会饱 和 。根据架空导线最大允许持续载流量的规定 [ 13 ] , 绝大多数架空导线电流都不超过 1 000 A 。这就避 免了采用复杂的磁通控制电路 , 使后端设计大大简 化 ; 另外 ,现有设计均使用闭合环形铁心 , 只适合试 验测试 ,无法安装在现场 , 而这种方式下 , 在确定匝 数和气隙大小后 ,通过适当的机械设计将取能线圈 制成卡装式结构 ,给线圈安装和拆卸带来便利 。 取能线圈套装在输电线上 ,干扰比较严重 ,为此 应优化绕线方式 [ 14 ] 。一方面使匝数密度和截面积 保持均匀 ,可消除或有效地减小干扰磁场平行分量 和导线与线圈相对位置变动的影响 ; 另一方面在骨 架中心绕制一圈与线圈走向相反的回线 , 可消除或 有效地减小干扰磁场垂直分量的影响 。 21 3 仿真分析 为了验证上述理论推导 , 用 Saber 软件进行仿 真 。首先按 21 2 节得到的取能线圈结构和参数 , 建 — 87 —
1 取能电源的基本原理
取能电源的工作原理如图 1 所示 。
图1 取能电源原理框图 Fig. 1 Principle block of dra w 2out power supply
在导线电流 60 A ～ 1 000 A 范围内 , 环形取能 线圈的二次侧通过整流滤波 ,产生 6 V ～ 75 V 直流 电压 ,前端降压 DC/ DC 芯片将其转换为 5 V 电压 , 然后通过隔离型 DC/ DC 模块输出 ± 5 V 电压 ,输出