一种高压架空输电线路上地线感应取电装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，包括取电电源、多级铁塔和架设在多级铁塔上的两根架空地线；其中，一根架空地线逐塔接地的方式与每个铁塔连接；另一根架空地线分段绝缘单点接地形成取电地线段；所述的取电电源一端连接取电地线段的地线绝缘端，另一端连接铁塔接地，取电电源将接取电地线段上的感应电能转换成在电能给线监测系统供电。这种供电方式连续性好，不会受到气象条件的影响，与太阳能或风能相比，可大大减小储能蓄电池的容量。降低了在线监测系统的整体成本，提高其稳定性和可靠性，可以实现低成本高可靠性地解决在线监测设备的供电问题。
【专利说明】
一种高压架空输电线路上地线感应取电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于高压供电电源技术领域，涉及一种从高压架空输电线路地线上的感应取电电源，尤其是一种高压架空输电线路上地线感应取电装置。
【【背景技术】】
[0002]随着电力电网系统的不断扩大，高压输电线路在线监测系统已成为“智能输电线路”建设的重要组成部分。然而在线监测设备通常安装在户外高压铁铁塔上，由于无低压电网的供电，因此，具备一个稳定可靠的供电电源是在线监测设备首先必须解决的问题，它直接关系在线监测系统运行的稳定性和可靠性。目前，在线监测系统的供电方式主要是蓄电池加太阳能或太阳能、风能互补供电。这类供电方式的主要缺点是；受到气象条件的影响大，在良好的气象条件下，电源能满足供电要求，但在线路故障易发(监测系统用电量增大)，且气象条件恶劣(低温、履冰、阴雨天或光照不足等)条件下，电源无法保证在线监测系统的长时间正常运行。为解决这一问题，往往是增大太阳能电池板或风力发电机的功率，同时加大蓄电池的容量，这样又会使体积增大，成本大大增加，也给在线监测装置的安装增加了困难。
[0003]地线取电原理
[0004]高压架空输电线路上的地线(避雷线)是为输电线路防雷而架设的，在线路正常运行时，地线上会产生一定的感应电压。当地线与地线或地线与大地之间存在电流通道时会形成感应电流。因此，若将地线“逐塔接地”，就会造成一定程度的环流损耗，而为了降低线路损耗，通常将地线通过一个小间隙接地，线路正常运行时，避雷线对地绝缘，消除环流损耗，在架空地线遭受雷击时，间隙被击穿，相当地线被接地达到防雷目的。架空地线绝缘后，其感应电压与绝缘地线的长度及线路负荷电流的大小成正比，地线绝缘段过长，感应电压会很高，导致线路正常运行时，也会引起间隙放电或绝缘子被击穿。
【【实用新型内容】】
[0005]本实用新型的目的在于解决现有在线监测设备供电技术的不足，提供一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，这种供电方式连续性好，不会受到气象条件的影响，与太阳能或风能相比，可大大减小储能蓄电池的容量。降低了在线监测系统的整体成本，提高其稳定性和可靠性，可以实现低成本高可靠性地解决在线监测设备的供电问题。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]—种高压架空输电线路上地线感应取电装置，包括取电电源、多级铁塔和架设在多级铁塔上的两根架空地线;其中，一根架空以地线逐塔接地的方式与每个铁塔连接;另一根架空地线分段绝缘单点接地形成取电地线段;所述的取电电源一端连接取电地线段的地线绝缘端，另一端连接铁塔的接地端，取电电源将取电地线段上的感应电能转换成电能给在线监测系统供电。
[0008]所述取电电源包括连接器、电压变换器、整流滤波器及输出电压调理电路;所述连接器将地线绝缘端上的电压通过电抗器引入电压检测和控制单元和无触点开关，电压检测和控制单元控制无触点开关，无触点开关输出端与电压变换器初级输入相连，电压变换器的次级输出端通过整流滤波器获得直流电压，再经过稳压电路输出连接电压调理电路，电压调理电路输出电能；电压检测和控制单元与电压变换器的初级输出端均连接铁塔接地，整流滤波器低压接地。
[0009]还包括与电抗器输出端连接的避雷器，避雷器连接铁塔接地。
[0010]还包括与无触点开关输出端连接的瞬态过压保护电路，瞬态过压保护电路连接铁塔接地。
[0011]还包括与整流滤波器输出端连接的过压保护器，过压保护器接地。
[0012]还包括与稳压电路连接的蓄电池，蓄电池连接电压调理电路;蓄电池接地。
[0013]所述稳压电路由宽输入升降压开关稳压单元组成，输入电压范围为8V-100V。
[0014]所述接取电地线段的长度为I?3km。
[0015]相对于现有技术，本实用新型具有如下技术效果:
[0016]本实用新型取电电源，利用地线(避雷线)上存在的感应电压通过取电装置获取电能，地线分段绝缘单点接地，当地线一端接地，另一端绝缘时，在地线的绝缘端仍会存在一定的感应电压，取电电源的输入，一端连接取电地线的绝缘端，另一端接铁塔地，而地线取电正是在此获取电源，以便利用。这样既消除了环流损耗，又避免了绝缘段感应电压过高带来的危害。本实用新型从架空输电线路上防雷地线的感应取电，则是利用了输电线路的损耗，只要输电线路正常运行时，就能获取一定功率的电源。能够为高压架空输电线路上的各种在线监测设备或蓄电池供电，解决了太阳能或风能供电方式在长期无光无风(弱光弱风)存在的问题，供电连续性好，不受气象条件的影响，可有效地减小储能蓄电池的容量，降低了在线监测系统的整体成本，提高系统电源的稳定性和可靠性，具有较好经济效益，将是未来在线监测系统最有效的供电方式。
[0017]进一步，取电电源包括连接器、无触点开关、电压变换器、整流滤波器和输出电压调理电路，连接器将地线绝缘端的电压通过电抗器引入取电装置的输入，电压变换器的次级输出通过整流滤波器获得直流电压，直流电压在经过宽输入升降压开关稳压单元，将不稳地的直流电源转换成一个稳定的直流电压，开关稳压单元的输出连接输出电压调理电路，电压调理输出的电压为一连续、稳定和可靠的直流电源。电抗器连接于取电地线的绝缘端到取电装置的输入之间，能够限制输入浪涌电流。
[0018]进一步，初级电压检测和控制单元输入电压检测和控制，有效解决了输入过电压时，后级电路的保护问题。
[0019]进一步，无触点开关由固态继电器组成，具有高耐压、大电流、开关速度快及控制功耗低等优点。
[0020]进一步，电压变换器的构成，实现取电装置输入高压边和后级低压边的隔离和交流的高效传输。
[0021]进一步，取电装置内带有蓄电池，进一步提高输出电源的连续性和可靠性。输出电压调理电路，可以使地线取电输出电源与蓄电池同时向负载供电，也可独立供电；其中任一出现故障时，不影响另一通路的供电。【【附图说明】】
[0022]图1为本实用新型地线结构及取电装置连接示意图。
[0023]图2为本实用新型地线取电装置的原理框图。
[0024]其中，I为连接器;2为电抗器;3为避雷器;4为输入电压检测和控制单元;5为无触点开关;6为瞬态过压保护电路;7为电压变换器;8为整流滤波器;9为过压保护器;10为稳压电路；11为储能蓄电池；12为电压调理电路；100为地线取电装置;200为取电地线段;201绝缘子;202为地线绝缘端;203为接地端。
【【具体实施方式】】
[0025]下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
[0026]本实用新型高压架空输电线路上的地线取电装置，可以应用在架空输电线路地线取电在线监测系统上，所述的地线取电装置包括取电电源100、多级铁塔和架设在多级铁塔上的两根平行的架空防雷地线；其中一根架空防雷地线采用OPGW地线，且实行逐塔接地的方式与每个铁塔连接;另一根架空防雷地线采用分段绝缘单点接地，包括多个取电地线段200，每段长度I?3km。取电地线段200—端连接取电电源100，另一端连接铁塔的接地端203。
[0027]地线系统将架空绝缘地线上的感应电能，转换成在线监测系统所需要的供电电源。该供电电源适合各类在线监测系统，包括气象参数、导线电流及温度、导线舞动、导线覆冰等监测，也可以为摄像机，照相机等观测设备供电。
[0028]所述的取电电源利用地线(避雷线)上存在的感应电压通过取电装置获取电能，取电电源装置100—端连接取电地线段200的绝缘端202，另一端连接铁塔上，包括连接器1、电抗器2、避雷器3、电压检测和控制单元4、无触点开关5、瞬态过压保护电路6、电压变换器7、整流滤波器8、过压保护器9、宽输入稳压电路10、储能蓄电池11及输出电压调理电路12组成。
[0029]连接器I将地线绝缘端202的电压通过电抗器2引入取电装置100的输入，取电装置100的输入并接避雷器3和输入电压检测和控制单元4，避雷器具有防雷击作用，输入电压检测和控制单元4控制无触点开关5将输入端与电压变换器7初级相连，瞬态过压保护电路6用于后级电路过压保护，电压变换器7的次级输出通过整流滤波器8获得直流电压，直流电压在经过宽输入稳压电路10，将不稳地的直流电源转换成一个稳定的直流电压，稳压电路10的输出连接蓄电池11和电压调理电路12，电压调理电路12输出的电压为一连续、稳定和可靠的直流电源。为架高压架空输电在线监测设备提供所需要的电源。
[0030]所述的连接器I用于将地线系统100的高压输入端与地线绝缘端相连接；
[0031]所述的电抗器2用于限制地线上的瞬态浪涌电流，以保护对后级电路的冲击；
[0032]所述的避雷器3用于后级电路的雷击保护，既不能影响架空地线的防雷效果，又要确保取电装置的安全运行。
[0033]所述的输入电压检测和控制4用于自动检测地线输入的电压，当电输入的电压高于设定值时，输出控制无触点开关5断开后级电路，以保护后级电压变换器；当电输入的电压低于设定值以下时输出控制无触点开关5接通后级电路。确保在输电线路出现故障，地线感应电压过高时后级电路的安全。有效解决了输入过电压时，后级电路的保护问题。
[0034]所述的无触点开关5由固态继电器组成，具有高耐压、大电流、开关速度快及控制功耗低等优点。
[0035]所述的瞬态过压保护电路6，用于后级电路抗干扰会瞬态交流过压保护。
[0036]所述的电压变换器7，用于高效电压变换及高压、低压隔离。实现取电装置输入高压边和后级低压边的隔离和交流的高效传输。
[0037]所述的整流滤波器8，用于将交流电压变换成平滑的直流电。
[0038]所述的过压保护器9，用于后级稳压电路的直流过压保护。
[0039]所述的稳压电路10，为宽输入升降压开关稳压器，可实现输入电压在8V-100V范围内，输出为固定的稳定电压值，如14.5V或其它电压值。
[0040]所述的储能蓄电池11，用于提高输出电源的连续性和可靠性。当输电线路导线电流较大时，取电功率大，取电电源除了给负载供电外，将多余的电能给蓄电池充电；当导线电流过小或停电时，蓄电池放电，保证负载供电的连续性。
[0041]所述的输出电压调理电路12，可以使地线取电输出电源与蓄电池同时向负载供电，也可独立供电。其中任一出现故障时，不影响另一通路的供电，从而提高了供电电源的可靠性。
[0042]取电装置是根据感应电压特点而设计，具有以下特点:
[0043]I)由于绝缘地线上的感应电压与输电线路上的负荷电流的大小成正比，其变化范围极大，输入电压会在几伏、几十伏到几百伏之间变化，该取电装置保证在任何条件下，都能正常工作，并提供稳定可靠的电源输出。
[0044]2)当输电线路出现故障时(如其中有一相短路)，地线上感应的瞬态电压将是正常电压的几倍，取电装置设计有可靠的瞬态过电压和过电流保护。
[0045]3)输电线路架空地线系统是安装在架空地线上，极易遭雷击。因此地线系统具有架空地线的防雷效果，还能确保取电装置本身的安全运行。
[0046]地线系统针对以上特点而设计，电路原理框图如2所示，包括连接器1、电抗器2、避雷器3、输入电压检测和控制输出4、无触点开关5、瞬态过压保护电路6、电压变换器7、整流滤波器8、过压保护器9、宽输入稳压电路10、储能蓄电池11及输出电压调理电路12等组成。
[0047]尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。
【主权项】
1.一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，其特征在于，包括取电电源(100 )、多级铁塔和架设在多级铁塔上的两根架空地线;其中，一根架空地线以逐塔接地的方式与每个铁塔连接；另一根架空地线分段绝缘单点接地形成取电地线段(200);所述的取电电源(100)—端连接取电地线段(200)的地线绝缘端(202)，另一端连接铁塔的接地端(203)，取电电源(100)将取电地线段(200)上的感应电能转换成电能给在线监测系统供电。2.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，所述取电电源(100)包括连接器(1)、电压变换器(7)、整流滤波器(8)及输出电压调理电路(12);所述连接器(I)将地线绝缘端(202)上的电压通过电抗器(2)引入电压检测和控制单元(4)和无触点开关(5)，电压检测和控制单元(4)控制无触点开关(5)，无触点开关(5)输出端与电压变换器(7)初级输入相连，电压变换器(7)的次级输出端通过整流滤波器(8)获得直流电压，再经过稳压电路(10)输出连接电压调理电路(12)，电压调理电路(12)输出电能；电压检测和控制单元(4)与电压变换器(7)的初级输出端均连接铁塔接地，整流滤波器(8)低压接地。3.根据权利要求2所述的一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，还包括与电抗器(2)输出端连接的避雷器(3)，避雷器(3)连接铁塔接地。4.根据权利要求2所述的一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，还包括与无触点开关(5)输出端连接的瞬态过压保护电路(6)，瞬态过压保护电路(6)连接铁塔接地。5.根据权利要求2所述的一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，还包括与整流滤波器(8)输出端连接的过压保护器(9)，过压保护器(9)接地。6.根据权利要求2所述的一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，还包括与稳压电路(10)连接的蓄电池(11)，蓄电池(11)连接电压调理电路(12);蓄电池(11)接地。7.根据权利要求2所述的一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，所述稳压电路(10)由宽输入升降压开关稳压单兀组成，输入电压范围为8V-100V。8.根据权利要求1所述的一种高压架空输电线路上地线感应取电装置，所述取电地线段(200)的长度为I?3km。
【文档编号】H02H9/04GK205647040SQ201620450015
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】沈延峰, 张彬, 陈昱成, 李杰义, 刘明生, 刘旭涛, 张寅虎
【申请人】国家电网公司, 国网陕西省电力公司安康供电公司