架空线感应取能方式的原理及特点

当前国内外高压架空线路在线监测设备取能主要采用“储能原件+太阳能板”或通过直接从架空输电线路获得电能的方式实现供电。
典型的交流高压架空输电线路取能,主要采用感应取能原理,从带电线路周边的准静电场、涡旋电场或磁场完成电能获取,各取能方式原理及特点如下。

1 静电场感应取能

静电场取能主要利用带电导线周边的静电场强度以导线为中心向周边衰减分布的特性,沿着静电场强度递减的方向布放取电电极,由于取电电极间存在电场强度差,连接有电位差的电极,就可以得到电势差,达到取能的目的。
受架空线路的构造制约,当前静电感应取能多是利用绝缘地线或对分段地线绝缘化改造来实现静电感应取能。静电感应获取的电压等级较高(可达10kV以上),经转换后可以向特殊负荷(如偏远地区负荷,过江铁塔灯光装置)供电。受材料及工艺的限制,静电感应存在取能功率有限、取能装置体积较大的缺点,且因架空线路地线绝缘子容易放电,该取能法的应用较为受限。

2 涡旋电场感应取能

当架空线路导线中有电流通过时,会在导线周边空间产生交变磁场,该磁场在导线周边空间内任意面积不为零的交链回路内均可激发出涡旋电场,由涡旋电场在该回路内激发的感应电动势就是涡旋感应电动势。闭合回路可以是杆塔金具、大地、架空地线等线路本体固有结构。
当前国内外针对涡旋感应取能的方式多在双地线均逐塔接地的线路结构上实现,在双地线中串联接入取能负载或将取能CT串接入双地线,形成地线与大地或地线与地线闭合回路实现取能。涡旋电场感应取能需对地线进行改造,取能功率可根据需要通过延长地线回路档距实现调节,实施方法较为简单。

3 导线电磁感应取能

导线电磁感应取能,是一种直接利用架空线路导线周边存在的交变磁场实现取能的方式。通过环绕在带电导线周围的取能CT磁芯对导线周边空间磁场进行约束,在取能CT二次侧缠绕闭合导线及取能负载,可实现 “电—磁—电”的转换。该取能方法安装实施非常简单易行,具有取能功率大、受雷电影响小等特点,但只能对非地电位装置供电(即用电装置不能接地),对于需要地电位供电的装置,还需采用其他方式取能。

4 地线电磁感应取能

与导线电磁感应取能方法类似,地线电磁感应取能就是利用地线电流周边存在的交变磁场实现取能。地线通常为逐塔接地的OPGW光缆,在逐塔接地地线回路中接入取能CT,利用地线电流感应取能,实现“电—磁—电”的转换。由于地线感应电流较小(10A以下),该取能方式获得的功率有限,一般在1W左右。

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