高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供電技術(shù)發(fā)展綜述

國網(wǎng)江蘇電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司 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，使得對高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備的高效、可靠供電是目前亟待解決的問題。

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

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

圖1 高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備

（1）覆冰監(jiān)測

自從2008年南方雪災(zāi)之后，國家電網(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)測設(shè)備。覆冰不僅對輸電線路的輸電穩(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

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)測設(shè)備的主要問題是精度不高。

（3）雷電監(jiān)測

雷擊是對輸電線路最為致命危害之一。上個(gè)世紀(jì)八十年代我國引入了雷電在線跟蹤監(jiān)測設(shè)備，但是目前國產(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

絕緣子泄露電流檢測是污穢監(jiān)測中最為傳統(tǒng)的方法，但靈敏度受周圍環(huán)境影響較大。近年來，光學(xué)污穢監(jiān)測系統(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

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線路的輸電距離長達(dá)3324km，這標(biāo)志著我國大區(qū)域電網(wǎng)輸送距離進(jìn)入3000公里時(shí)代。高壓輸電線路長距離輸電不可避免要經(jīng)過地質(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)測設(shè)備的信息不能實(shí)施返回，因此桿塔傾斜監(jiān)測設(shè)備和其他設(shè)備一樣，它的精度無法保證。

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題。

2 高壓輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備供電方式

目前，輸電線路在線監(jiān)測設(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)測設(shè)備的供電方式還包括[1]：

（1）太陽能供電

如圖2為整套太陽能在線監(jiān)測裝置供電系統(tǒng)，主要包括太陽能陣列、PWM、蓄電池、充—放電控制器、在線監(jiān)測設(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 太陽能供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

太陽能供電的優(yōu)點(diǎn)是無污染，無噪聲，不需要與高壓側(cè)接觸，不存在絕緣問題，成本低，但是由于天氣、地域問題難以實(shí)現(xiàn)全年不間斷供電，其次無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，最后通過蓄電池對監(jiān)測裝置進(jìn)行供電。激光供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是無需考慮高壓側(cè)的絕緣問題，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，最后接受單元通過高頻整流與穩(wěn)壓單元輸出穩(wěn)定直流，為檢測裝置供電。這種供電方式最大的問題是效率低下，其次容易受到現(xiàn)場電磁環(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電壓保護(hù)以及電氣隔離，其次電容板的電容值受到周圍環(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

輸電線路周圍的交變電磁場可以為取能提供另外一個(gè)方法—感生電動(dòng)勢取能。只需將互感器卡接在高壓線路端即可以實(shí)現(xiàn)取能，再通過整流及DC/DC變換最終實(shí)現(xiàn)對在線設(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)，電流互感器無法獲得足夠能量，裝置無法正常工作，另一方面當(dāng)出現(xiàn)過電流沖擊時(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一個(gè)問題就是無法從高壓端獲得能量直接對低壓端的桿塔設(shè)備供電，例如攝像頭，最主要的原因是傳輸距離短無法滿足絕緣要求。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)，也是未來高壓輸電線路在線監(jiān)測設(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)測設(shè)備無線供能關(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)測裝置太陽能光伏供電系統(tǒng)研究[J].機(jī)電信息,2013(36):132-134.