高压输电线路在线监测设备供电技术发展综述

国网江苏电力设计咨询有限公司 韩 文

0 引言

随着经济社会不断发展，大容量、远距离电能传输是解决我国能源资源分布与电力需求空间上不匹配的有效途径。高压输电线路是连接各大区域电网的坚强骨架，对电网安全、高效、可靠运行意义重大。但是，由于输电距离远，线路所处环境恶劣，运行条件严酷等原因，使得对高压输电线路在线监测设备的高效、可靠供电是目前亟待解决的问题。

1 高压输电线路在线监测设备发展现状

输电线路在线监测设备的作用是对输电线路的运行工况进行全方位监测，降低输电线路瘫痪风险，及时反馈监测信息，对可能出现的问题做到早发现，早处理。目前我国高压输电线路在线监测设备主要有以下五种：1）覆冰监测；2）线路舞动与风偏监测；3）雷电监测；4）绝缘子污秽监测；5）杆塔倾斜监测[1]。如图1。

图1 高压输电线路在线监测设备

（1）覆冰监测

自从2008年南方雪灾之后，国家电网及南方电网要求在运110kv及以上输电线路必须装设覆冰在线监测设备。覆冰不仅对输电线路的输电稳定性产生影响，也会增加杆塔应力，严重情况下甚至导致杆塔坍塌。目前覆冰在线监测设备的供电稳定性，数字化，通讯抗干扰等性能还需以提高。

（2）线路舞动与风偏监测

线路舞动会引起导线磨损或者与临近导线、地面建筑物、树木等发生接触导致电网短路事故发生。目前线路舞动与风偏监测设备的主要问题是精度不高。

（3）雷电监测

雷击是对输电线路最为致命危害之一。上个世纪八十年代我国引入了雷电在线跟踪监测设备，但是目前国产设备的精度以及准确性有待提高。

（4）绝缘子污秽监测

绝缘子泄露电流检测是污秽监测中最为传统的方法，但灵敏度受周围环境影响较大。近年来，光学污秽监测系统得到广泛应用，该装置依靠激光和涂覆污秽物的石英玻璃芯组成，适用范围广，灵敏度高。

（5）杆塔倾斜监测

根据最新报道，2016年投运的准东—皖南特高压直流±1100KV线路的输电距离长达3324km，这标志着我国大区域电网输送距离进入3000公里时代。高压输电线路长距离输电不可避免要经过地质不稳定的沙土、盐土、冻土、沼泽等地区，因此地质变化导致的杆塔倾斜或偏移时有发生。地质不稳定地区交通不便，监测设备的信息不能实施返回，因此杆塔倾斜监测设备和其他设备一样，它的精度无法保证。

研究发现阻碍输电线路在线设备性能进一步提升的主要原因是供电问题。

2 高压输电线路在线监测设备供电方式

目前，输电线路在线监测设备已经广泛应用于110kv以上输电线路，其传统的供电方式主要包括：UPS、电池组、直流稳压电源等，上述供电方式需要频繁地维护，例如电池供电寿命短，需要定期检测更换，维护复杂，成本高，除此以外高压输电线路在线检监测设备的供电方式还包括[1]：

（1）太阳能供电

如图2为整套太阳能在线监测装置供电系统，主要包括太阳能阵列、PWM、蓄电池、充—放电控制器、在线监测设备等5个部分。蓄电池的主要功能是保证供电系统能够连续稳定输出[2]。

图2 太阳能供电系统结构图

太阳能供电的优点是无污染，无噪声，不需要与高压侧接触，不存在绝缘问题，成本低，但是由于天气、地域问题难以实现全年不间断供电，其次无法保证电池组输出最大功率。

（2）激光供电

早在1992年ABB公司就研制出一款有源光纤电流传感器，该传感器可以有效的避免高低压侧的绝缘问题，为激光供电系统的发展奠定基础。激光发生装置安装于低压侧，光纤将激光传递至高压侧得光能接收装置，再传递至转换装置中，最后通过蓄电池对监测装置进行供电。激光供电系统的优点是无需考虑高压侧的绝缘问题，系统稳定，但缺点包括激光转换装置结构复杂，光纤易脆化，光电转换材料效率低，整套装置成本高等，这些问题使得该技术发展步伐缓慢。

（3）超声波或微波供电

该装置的工作原理是在源端获取初始能量，主要是电能，通过电声转化模块将电能转化为高频声能或者微波能，用共振频率相同的谐振天线作为发射和接受单元，最后接受单元通过高频整流与稳压单元输出稳定直流，为检测装置供电。这种供电方式最大的问题是效率低下，其次容易受到现场电磁环境的干扰。因此这种供电方式还有待进一步发展。

（4）电容分压式取能

该种取能方式的优点是取能稳定但是缺点也很大，取能单元和整流单元之间的过电压保护以及电气隔离，其次电容板的电容值受到周围环境的影响较大，取能功率有限，因此该种方法应用较少。

（5）电流互感器实时取能

输电线路周围的交变电磁场可以为取能提供另外一个方法—感生电动势取能。只需将互感器卡接在高压线路端即可以实现取能，再通过整流及DC/DC变换最终实现对在线设备供电。这种方式是目前最有效也是研究最为广泛的一种供电方式，然而这种方法也有缺点一方面当线路电流较小时，电流互感器无法获得足够能量，装置无法正常工作，另一方面当出现过电流冲击时会损坏低压侧设备。

3 结论

上述供电方式都要面对一个问题就是无法从高压端获得能量直接对低压端的杆塔设备供电，例如摄像头，最主要的原因是传输距离短无法满足绝缘要求。为了克服上述缺点，提高的供电距离和可靠性采用磁耦合谐振式无线电能传输技术成为目前学术界的研究热点，也是未来高压输电线路在线监测设备供电技术的发展方向。

[1]王维.高压输电线路在线监测设备无线供能关键技术研究及系统优化设计[D].东南大学,2017.

[2]朱成喜,韩小新,于冬梅,邢绍邦.电力线路监测装置太阳能光伏供电系统研究[J].机电信息,2013(36):132-134.