基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统的制作方法

本实用新型涉及高压输电线路在线监测技术领域，尤其涉及一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统。

背景技术：

我国的输电线路在地理上跨度大，分布范围广，并常经过一些自然条件恶劣的地区，为保障输电线路的运行安全，需要有人员周期性的对线路进行巡检。随着技术的发展，在线监测设备在该领域得到了广泛应用，节省了大量的人力物力，受高压输电线路本身的环境影响以及成本限制，在高压输电线路周围，不可能再与平常电压变换一样采用变压器来进行高压到低压的变换，因此，输电线路上的供电设备市电的应用受到限制，在线监测设备本身的持续可靠供电问题一直没有得到非常妥善的解决。目前，在实际应用中，在能量收集端多是利用太阳能或者风能的形式来收集自然界中的能量，但是该种方式均易受天气等随机因数的影响，在光照或者风力较弱的情况下，收集到的能量有限，输出功率变化较大，因此在负载前端，均需要配置储能电池作为补充电源，以实现对负载的持续供电，但是蓄电池的充放电次数有限，需要定期更换，维护成本高，且在极端天气以及长期阴雨情况下，电能耗尽后无法得到及时的补充，将会影响在线监测装置的正常工作。

显然，现有技术中对于高压输电线路上的在线监测设备的供能的缺点主要是供电可靠性不足，在供电距离，供电功率及效率，供电的稳定性与可靠性，供电成本等方面均存在一定的问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例公开了一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统，用于解决现有技术中对于高压输电线路上的在线监测设备的供能方法所存在的供电可靠性不足、易受天气等随机因数的影响的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统，包括：

CT取能线圈、电能变换器、发射线圈谐振器、接收线圈谐振器、整流器、可充电电池、在线监测设备；

CT取能线圈套于输电线路上，CT取能线圈与电能变换器、发射线圈谐振器依次连接，发射线圈谐振器水平固定设置于输电线路的跳线套管上方；

接收线圈谐振器与发射线圈谐振器感应连接，用于接收发射线圈谐振器发射到空气介质中的高频能量；

接收线圈谐振器还与整流器、可充电电池、在线监测设备依次连接。

可选地，电能变换器为AC/AC高频电能变换器，整流器为AC/DC整流器。

可选地，接收线圈谐振器悬挂固定于杆塔塔架上。

可选地，接收线圈谐振器与发射线圈谐振器轴向正面相对。

可选地，发射线圈谐振器与接收线圈谐振器的振动频率相同。

可选地，发射线圈谐振器与接收线圈谐振器均连接有自适应频率控制器。

可选地，发射线圈谐振器与接收线圈谐振器设计为引流线相互贴合的形状。

可选地，发射线圈谐振器与接收线圈谐振器以平面螺旋或垂直螺旋的方式设计为矩形或圆形的形状。

可选地，电能变换器固定于输电线路的跳线套管上方。

可选地，整流器固定安装于杆塔塔架上。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供了一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统，包括：CT取能线圈、电能变换器、发射线圈谐振器、接收线圈谐振器、整流器、可充电电池、在线监测设备；CT取能线圈套于输电线路上，CT取能线圈与电能变换器、发射线圈谐振器依次连接，发射线圈谐振器水平固定设置于输电线路的跳线套管上方；接收线圈谐振器与发射线圈谐振器感应连接，用于接收发射线圈谐振器发射到空气介质中的高频能量；接收线圈谐振器还与整流器、可充电电池、在线监测设备依次连接。本实施例中通过将CT取能线圈套于输电线路上用于以近距离电磁感应的方式将高压输电线中的能量感应到CT二次侧，并采用发射线圈谐振器和接收线圈谐振器两者结合的磁共振耦合的方式进行电能的传输，最后将电能传输至稳定可靠的可充电电池中进行储存，并对在线监测设备进行供能，使得在供电距离方面可以满足一般线路需求，且磁共振耦合的方式可以减少能量的对外辐射，提高无线能量的传输效率，并且，由于在线监测设备的功率不高，经磁共振耦合传输给负载的功率可以满足在线监测设备对功率的要求；此外，在整个无线能量传输系统中，虽是高压取电，但在母线电流比较小时，取到的能量可能不足以传递足够的功率，而备用的可充电电池即可发挥其作用进行供能，相比于新能源，可充电电池的充放电频率大大降低，使用寿命延长，整个能量无线传输单元可进行模块封装，受周围多变气候环境的影响小，供电可靠稳定性高，另外，基于跳线的取能以及线圈安装方式给整个系统的实际工程应用提供了更加适用的办法，利用了跳线的走线以及位置及空间等特点，将发射线圈谐振器固定于跳线套管的上方，在户外条件下，水平放置的方式更加稳定可靠，并且不占用空间资源，同时方便固定电能变换器，通过与跳线相连接的拉杆来承重，使整个下拉部分结构以及承重非常稳定，线圈尺寸的可扩展性以及安装的可靠稳定性以及便利性可使整个系统的应用范围得到延展，为其从传统的110KV、220KV线路到更高电压等级线路的应用提供了可能；解决了现有技术中对于高压输电线路上的在线监测设备的供能方法所存在的供电可靠性不足、易受天气等随机因数的影响的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种高压在线监测设备的供能系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种高压在线监测设备的供能系统于高压杆塔上的安装示意图；

图3为本实用新型实施例中提供的跳线铝制套管俯视图；

图4为本实用新型实施例中提供的线圈谐振器的俯视图。

图示说明：1、CT取能线圈，2、电能变换器，3、发射线圈固定装置，4、发射线圈谐振器，5、接收线圈谐振器，6、整流器，7、可充电电池，8在线监测设备，9、接收线圈固定装置。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统，用于解决现有技术中对于高压输电线路上的在线监测设备的供能方法所存在的供电可靠性不足、易受天气等随机因数的影响的技术问题。

请参阅图1，本实用新型实施例中提供的一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统的一个实施例包括：

CT取能线圈1、电能变换器2、发射线圈谐振器4、接收线圈谐振器5、整流器6、可充电电池7、在线监测设备8；

CT取能线圈1套于输电线路上，CT取能线圈1与电能变换器2、发射线圈谐振器4依次连接，发射线圈谐振器4水平固定设置于输电线路的跳线套管上方；

接收线圈谐振器5与发射线圈谐振器4感应连接，用于接收发射线圈谐振器4发射到空气介质中的高频能量；

接收线圈谐振器5还与整流器6、可充电电池7、在线监测设备8依次连接。

进一步地，电能变换器2为AC/AC高频电能变换器，整流器6为AC/DC整流器。

进一步地，接收线圈谐振器5悬挂固定于杆塔塔架上，且接收线圈谐振器5与发射线圈谐振器4轴向正面相对。

进一步地，发射线圈谐振器4与接收线圈谐振器5的振动频率相同。

进一步地，发射线圈谐振器4与接收线圈谐振器5均连接有自适应频率控制器。

进一步地，发射线圈谐振器4与接收线圈谐振器5设计为引流线相互贴合的形状。

进一步地，发射线圈谐振器4与接收线圈谐振器5以平面螺旋或垂直螺旋的方式设计为矩形或圆形的形状。

进一步地，电能变换器2固定于输电线路的跳线套管上方。

进一步地，整流器6固定安装于杆塔塔架上。

以上为对于本实用新型实施例提供的一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统的结构的详细描述，以下将结合具体的应用场景以具体的例子对本实用新型实施例提供的一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统的原理及安装应用场景进行详细的说明。

近十年来，中距离磁共振耦合无线电能传输技术的发展十分迅速，理论及实践证明其可以实现在米级范围内的中等功率的能量传输。与传统的供电方式相比，无线电能传输脱离了导线对电流的引导作用，通过电磁感应以及高频谐振电路，直接将能量从电源端发送给负载使用，这种能量就地利用的方式能极大的减少高压输电线上的供电成本，同时可提高在线监测设备供电的可靠性。而高压输电线上的在线监测设备其绝缘距离通常为米级，功率为几十毫瓦至数十瓦之间，因此，无线电能传输的方式理论上可以实现能量的供给要求。

无线电能传输的基本结构主要由三个部分组成，即电能输入单元，电能传输单元，电能输出单元。其工作原理如下：首先将CT取能线圈1套在输电线路上，以近距离电磁感应的方式将高压输电线中的能量感应到CT二次侧，作为能量源；再将该能量通过一个电能变换器2，具体的可以为AC/AC高频电能变换器，将二次侧感应出的交流电变换成具有高频率的交流电，然后再通过一个发射线圈谐振器4将高频的能量以磁场的方式发射到空气介质当中；在接收端，通过一个与发射线圈谐振器4同频率的接收线圈谐振器5接收空气当中的磁场能量，并在线圈当中感应出高频交流电，从而形成负载端的电源，该高频交流电需要经过AC/DC变换，即通过整流器6的电能变换，以直流的方式将能量输送给可充电电池7，然后再稳定地给负载供电。

其中，线圈谐振器能够跨越空气介质相互交换能量的关键就是要保证两个线圈谐振器的振动频率一致，具体的可以采用自适应频率控制器来控制实现。在空气介质当中，能量只会在共振物体之间相互交换，而与非共振物体之间的能量交换非常少，因此，该方式就保证了能量传输的有效性。在线圈谐振器设计之初，要保证线圈谐振器本身的尺寸要能与传输的距离相当或者更大，以实现较高的能量传输效率。由于该磁共振无线电能传输的方式本身就具有在高压线路上的电位隔离作用，可以保证高低压侧电气上的安全绝缘。

现有的绝大多数高压输电线路在线监测设备均是放置于杆塔上，以方便安装固定，并利用杆塔承接重量，减少对导线的重力负荷。将能量以无线的形式从输电线路端跨越绝缘距离输送到低压端，除了要保证良好的电气绝缘，还需要保证良好的能量传输的功率。因此线圈的大小很大程度上受到传能距离的影响，当线圈较大时，在高压线路上找到一个合适的线圈安装位置，即满足功能需求，绝缘要求，又能实现美观，简易等要求，并不十分容易，因此需要综合考虑。塔架结构多种多样，通常对于有跳线的塔架，为防止跳线产生风偏等问题，线路跳线一般被间隔棒与铝制套管固定，同时通过连接在杆塔上的绝缘拉杆将跳线承重转移到杆塔上面，增强了跳线的承重能力。跳线较宽可搭载较大尺寸线圈，从而为增加无线能量的传输功率以及效率提供了条件。

请参阅图2，为本实用新型实施例提供的一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统在高压杆塔上的安装示意图。

其中，CT取能线圈1套于输电线路上，CT取能线圈1的大小不受限制，可大可小，只要满足取能要求即可，与其连接的电能变换器2固定安装于与其邻近的跳线铝制套管上方，并封装起来以防止自然气候的破坏，而与电能变换器2连接的发射线圈谐振器4则同样的由发射线圈固定装置3固定安装于与其邻近的跳线铝制套管上方，且发射线圈谐振器4水平放置，使得放置更加稳定可靠且不占用空间资源。其中，跳线铝制套管俯视图如图3所示。相对于当前的一些设计方案：将CT取能线圈放在杆塔引流线引流的最始端，电流互感器从导线取得能量后，电能变换器以及线圈安装并固定在输电线上。此种方案增加了导线本身的受力，而且装置的长期稳定性存在一定的问题；再者，当线路电压等级增大，线圈的尺寸必须相应的增加，若安装在导线上，线圈只能向上增加尺寸，不利于导线的安全防雷，同时该方法亦不美观。

此外，接收线圈谐振器5由接收线圈固定装置9悬挂固定于杆塔塔架上，且接收线圈谐振器5与发射线圈谐振器4轴向正面相对，线圈谐振器(接收线圈谐振器5与发射线圈谐振器4)的尺寸可以设计得较大以满足能量传输的需求，而不会受到高压线路上空间大小的限制。线圈谐振器可以拉长，可以放宽，同时可以适当弯曲以与引流线的弯曲幅度相贴合，即两者设计为引流线相互贴合的形状，为径向扩展线圈尺寸提供了空间；向上呈现凹形的线圈还能集中磁力线，相比平面线圈，还能达到聚磁效果。此外，发射线圈谐振器4与接收线圈谐振器5以平面螺旋或垂直螺旋的方式设计为矩形或圆形的形状，其中对于螺旋的方式及其本身所形成的形状并不仅限于平面螺旋或垂直螺旋的方式、矩形或圆形的形状，可按具体要求进行改变。如图4所示，为线圈谐振器的俯视图。

此外，整流器6、可充电电池7、在线监测设备8等均安装设置于杆塔塔架上，由杆塔进行承重，减少对导线的重力负荷。

本实用新型中提供了一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统，基于跳线取能的磁共振耦合无线电能传输方式在供电可靠性方面大大提高，与传统方式相比，该无线供能的方式相当于常见的UPS电源，能够给负载提供可靠稳定持续的能量，且备用电池只有在母线电流很小，CT取能线圈取不到足够能量时才启用，相比与太阳能供电，该方案成本低，可靠性高，安装方便，同时可极大的减少蓄电池的充放电次数，增加蓄电池寿命，可减少后期设备的维护工作量，因此，整个系统可以运行较长时间，极大地减少了系统的后期维修以及电池更换的费用；另外，基于跳线的取能以及线圈安装方式给整个系统的实际工程应用提供了更加适用的办法，利用了跳线的走线以及位置及空间等特点，将发射线圈谐振器固定于跳线铝管的上方，在户外条件下，水平放置的方式更加稳定可靠，并且不占用空间资源，同时方便固定电能变换器，通过与跳线相连接的拉杆来承重，使整个下拉部分结构以及承重非常稳定，线圈尺寸的可扩展性以及安装的可靠稳定性以及便利性可使整个系统的应用范围得到延展，为其从传统的110KV、220KV线路到更高电压等级线路的应用提供了可能；充分利用了无线传能技术以及跳线本身具有的空间位置优势，来解决在线监测设备的可靠供电问题，使整个系统在理论上可行，同时在现场施工方面，也有很强的可行性，使整个系统各模块位置分布稳定可靠兼顾美观。

以上对本实用新型所提供的一种基于高压输电线路跳线取能的在线监测设备的供能系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。