一种架空地线取能系统的制作方法

本发明属于输电线路设计领域，具体涉及一种架空地线取能系统，利用光纤复合地线(opgw)抽取电能为在线监测装置提供电源。

背景技术：

目前我国输电线路常采用两根地线，一根普通地线和一根光纤复合地线(opgw)，其中普通地线分段绝缘单点接地，opgw逐塔接地。opgw是将光纤放置在架空高压输电线的地线中，用以构成输电线路上的光纤通信网，这种结构形式兼具地线与通信双重功能。

在正常运行情况下，导线与地线之间存在静电感应与电磁感应，由于地线均接地，因此静电感应的影响较小。导地线之间的电磁感应电压与导地线之间的距离以及相线的电流大小有关，在逐塔接地的opgw上，将会在opgw与大地回路中产生电流，这一电流将造成较大的电能损耗。

输电线路中大多安装有各种在线监测装置，用于监测导线电流、电压、线路故障，线路舞动、微风振动、杆塔倾斜、输电走廊内树木生长以及施工情况等。这些监测装置中有一部分直接安装在杆塔上，利用太阳能与蓄电池配合供电的方式，由于太阳能受光照强度的影响较大，在夜间与持续阴雨期间无法工作，同时蓄电池由于充放电频繁而寿命较低，缺乏高稳定性，长寿命的供电电源，严重限制了安装于杆塔上的在线监测装置的使用。

综上所述，输电线路中地线的损耗与在线监测装置的供电是目前输电线路需要解决的两个问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种架空地线取能系统，替代原有的opgw光纤续接装置抽取电能并完成光纤的续接，能够从地线中获取电能为在线监测装置供电，并降低opgw的损耗，还可以控制分段处opgw的接地方式。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种架空地线取能系统，该系统包括控制总站以及多个架空地线取能装置，所述控制总站与各个架空地线取能装置连接，用于监测并控制架空地线取能装置的工作状态；所述架空地线取能装置安装于光纤复合地线续接分段处的杆塔上，包括续接器、电能转换器以及余缆架，还包括多个opgw绝缘支撑，续接器用于续接光纤复合地线内光纤，余缆架用于收集过长的光纤复合地线(缠绕多余的光纤复合地线)，所述续接器与余缆架均具有绝缘结构、并绝缘安装在杆塔上，电能转换器安装在续接器上，同时电能转换器串入光纤复合地线的钢绞线；所述opgw绝缘支撑安装在杆塔的塔顶，用于将光纤复合地线沿杆塔顶部绝缘引下并接入所述续接器或余缆架。

按上述方案，所述续接器包括上下两个熔接单元和内部预置有光纤段的隔离绝缘子，所述两个熔接单元分别与所述隔离绝缘子的两端相连，所述隔离绝缘子内部的光纤段两端分别伸入上下两个熔接单元内侧，所述两个熔接单元上分别安装有固定夹具，所述固定夹具用于固定光纤复合地线，并将光纤复合地线的光纤引入到熔接单元内部，以便和所述绝缘子内部的光纤段熔接，同时，所述固定夹具带有输出端子，所述输出端子与光纤复合地线的钢绞线相连，钢绞线和电能转换器连接。

按上述方案，所述续接器下部的熔接单元的底面设有绝缘底座，续接器通过绝缘底座安装在杆塔上。

按上述方案，所述光纤复合地线在固定夹具内部被剥离出光纤和钢绞线，剥离出的光纤进入熔接单元，并与所述隔离绝缘子内部预置的光纤段两端熔接，实现光路接续；被剥离的钢绞线与固定夹具上的输出端子相连接，输出端子与电能转换器相连接，电能转换器串入到光纤复合地线中(实现电路的续接)。

按上述方案，所述电能转换器包括与熔接单元相连的输入端子、用于防止雷击破坏的保护电路、用于电能转换的电力电子电路、用于电能储存的蓄电池、用于为其他装置供能的航空插头、用于接收信号的天线、用于控制装置运行的处理器以及可控接地装置，所述输入端子与固定夹具的输出端子相连接，保护电路一端连接输入端子、另一端连接电力电子电路，电力电子电路与蓄电池、航空插头连接，处理器同时与电力电子电路、天线、可控接地装置连接，保护电路与电力电子电路串联入光纤复合地线中。

本发明的工作原理：续接器用于续接光纤复合地线内光纤，余缆架上用于缠绕多余的光纤复合地线，opgw绝缘支撑用于将光纤复合地线(opgw)从杆塔顶沿杆塔绝缘引下以便方便接入续接器或余缆架。使用时，将分段处两侧的光纤复合地线内部的光纤通过续接器进行续接，电能转换器则通过续接器串入到光纤复合地线中，将光纤复合地线中的时变的电流转换为稳定的电流输出供在线监测装置使用，保护电路用于防止雷击破坏，电力电子电路用于电能转换，将光纤复合地线中的实时变化的电流转换为稳定的电流为蓄电池充电并通过航空插头为其他装置供电，天线接收信号，处理器通过天线接收到的信号(控制指令)控制可控接地装置的状态以及电力电子电路的输出，可控接地装置分别控制两端光纤复合地线的接地，有接地与不接地两种状态。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、通过本发明可以替代原有的光纤续接装置实现光纤复合地线(opgw)的光纤续接，降低opgw的电能损耗，解决目前逐塔接地的opgw存在较大的电能损耗的问题；

2、同时该装置能够利用串入opgw的电能转换器从地线中获取电能，为安装在杆塔上的在线监测装置供电，由于已经架设的输电线路的地线电流是只与导线电流相关，因此装置的蓄电池无需频繁充放电，具有较高的使用寿命，解决目前安装在铁塔上的在线监测装置缺乏高稳定性，长寿命的供电电源的问题；

3、采用可控接地装置分别控制两端光纤复合地线的接地，有接地与不接地两种状态，通过该装置可以控制分段处opgw的接地方式。

附图说明

图1是本发明实施例架空地线取能系统的使用状态图；

图2是本发明架空地线取能装置的使用状态图；

图3是本发明续接器的结构图；

图4是本发明电能转换器的结构图；

图中，1-控制总站，2-架空地线取能装置，3-光纤复合地线，4-杆塔，5-续接器，6-电能转换器，7-余缆架，8-opgw绝缘支撑，9-熔接单元，10-光纤段，11-隔离绝缘子，12-固定夹具，13-光纤，14-输出端子，15-钢绞线，16-绝缘底座，17-输入端子，18-保护电路，19-电力电子电路，20-蓄电池，21-航空插头，22-天线，23-处理器，24-可控接地装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明一种架空地线取能系统的结构和原理做进一步的说明：

在实施中，光纤复合地线3中的电流与实际输电线路的地线电磁感应电压以及自阻抗相关，其中电磁感应电压(单位v)为：

式中：l为两基杆塔4之间的档距，ia为导线电流，a为∠120°，d1a为光纤复合地线3与a相导线的距离，d1b为光纤复合地线3与b相导线的距离，d1c为光纤复合地线3与c相导线的距离。

光纤复合地线3的自阻抗z0(单位ω)为：

式中：r为光纤复合地线3的电阻，ρ为大地电阻率，f为电流频率，re为光纤复合地线3的半径。

不考虑接地时，光纤复合地线3的电流即为两者的商。此电流与输电线路相电流大小相关，同时与导地线之间的距离以及输电线路杆塔4接地电阻等因素相关，因此可以利用这一电磁感应电压为在线监测装置供电。

将架空地线串入到光纤复合地线3中，其等效电路参数即等效电压等效阻抗ze为：

式中：r0为杆塔4的接地电阻，

电能转换器6为阻性负载时，最大取能功率pm(单位w)为：

为利用该原理从地线光纤复合地线3抽取电能，需要将架空地线取能装置2串联到光纤复合地线3中。

如图1所示，本发明提供一种架空地线取能系统，该系统包括控制总站1以及多个架空地线取能装置2。控制总站1可以监测并控制架空地线取能装置2的工作状态(包含架空地线取能装置2安装处光纤复合地线3的接地方式)，同时可以通过控制架空地线取能装置2来降低光纤复合地线3的电能损耗。

如图2所示，本发明架空地线取能装置一般安装于光纤复合地线(opgw)3续接分段处，包括用于续接光纤复合地线3内光纤13的续接器5、串入光纤复合地线3钢绞线15的电能转换器6和用于收集光纤复合地线3的余缆架7，续接器5与余缆架7均具有绝缘结构，可绝缘安装在杆塔4上，电能转换器6安装在续接器5上；还具有多个opgw绝缘支撑8，opgw绝缘支撑8将光纤复合地线3沿杆塔4顶部绝缘引下以方便接入续接器5或余缆架7。

如图2所示，分段处两侧的光纤复合地线3从塔顶被多个opgw绝缘支撑8引下后接入绝缘安装在杆塔4上的续接器5中，并在续接器5中实现光路续接，过长的光纤复合地线3则缠绕在余缆架7上。

如图3所示，续接器5包括上下两个熔接单元9和内部预置有光纤段10的隔离绝缘子11，两个熔接单元9分别与隔离绝缘子11的两端相连，隔离绝缘子11内部的光纤段10分别伸入上下两个熔接单元9内侧，两个熔接单元9上分别安装有固定夹具12，固定夹具12用于固定光纤复合地线3，并将光纤复合地线3的光纤13引入到熔接单元9内部，以便和隔离绝缘子11内部的光纤段10熔接，同时，固定夹具12带有输出端子14，输出端子14与光纤复合地线3的钢绞线15相连，用于和电能转换器6连接，熔接单元9底面具有绝缘底座16，续接器5通过绝缘底座16安装在杆塔4上。

如图3所示：本发明使用时，将续接分段处两侧的光纤复合地线3内部的光纤13通过续接器5进行续接，光纤复合地线3在固定夹具12内部被剥离，剥离出的光纤13进入熔接单元9，在的熔接单元9中，剥离出的光纤13与隔离绝缘子11内部预置的光纤段10两端熔接，实现光路接续；被剥离的钢绞线15与固定夹具12上的输出端子14相连接，固定夹具12上的输出端子14与电能转换器6中的输入端子17相连接，将电能转换器6串入到光纤复合地线3中，实现电路的续接，电能转换器6将光纤复合地线3中的时变的电流转换为稳定的电流输出供在线监测装置使用。

如图4所示：电能转换器6包括与熔接单元9相连的输入端子17，用于防止雷击等破坏的保护电路18、用于电能转换的电力电子电路19，用于电能储存的蓄电池20、用于为其他装置供能的航空插头21，用于接收信号的天线22、用于控制装置运行的处理器23、以及可控接地装置24。输入端子17与固定夹具12上的输出端子14相连接，将电力电子电路19串联入光纤复合地线3，电力电子电路19能够将光纤复合地线3中的实时变化的电流转换为稳定的电流为蓄电池20供电并通过航空插头21为其他装置供电，处理器23可以接收来自天线22的控制指令，控制可控接地装置24的状态以及电力电子电路19的输出，可控接地装置24可分别控制两端光纤复合地线3的接地，有接地与不接地两种状态，当可控接地装置24接地时，等效电路参数如式(3)，当可控接地装置24不接地时，等效电路参数变为：

由式(5)与式(3)对比可知，可控接地装置24增大了等效电路参数，可以获得更大的取能功率。

在实施中，架空地线取能装置2相当于在光纤复合地线3串入了可控负载(由控制总站1控制)，因此，可以通过控制负载的增大来降低光纤复合地线3上的电流，来达到减小地线损耗的目的。

在实施中，架空地线取能装置的安装需要在光纤复合地线3上产生一个断口，以便将电能转换器6串入到光纤复合地线3中，同时完成光纤复合地线3的接续，因此，对于现有线路，该装置可用于替代原有的光纤续接装置，实施中，仅需要对将原有的光纤续接装置替换掉，并将光纤续接装置所在杆塔4的光纤复合地线3的支撑结构换成opgw绝缘支撑8即可；对于设计中的新线路，在设计时即应考虑到输电线路在线监测装置，并设置相应的架空地线取能装置2，可以降低施工的工作量。

在实施中，架空地线取能装置2的安装需要遵循以下策略：

(1)架空地线取能装置2避免安装在输电线路两端杆塔4上。

(2)架空地线取能装置2应避免安装在线路换相处。

(3)架空地线取能装置2应安装于较大的档距处，同时可以通过控制安装处杆塔4上光纤复合地线3的接地情况，来等效改变档距以获得更大的取能功率。

(4)架空地线取能装置2安装处杆塔4接地电阻不宜太小。

(5)安装多个架空地线取能装置2时，架空地线取能装置2之间会相互影响导致最大取能功率降低，因此需要根据取能功率的要求合理选择安装距离，一般应使两架空地线取能装置2距离十基杆塔4。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。