感应自取电源支撑输电线路避雷器远程在线监测系统探讨

感应自取电源支撑输电线路避雷器远程在线监测系统探讨

王海燕

（惠州供电局516001）

摘要：为了解决输电线路避雷器监测问题，本文提出远程在线监测系统研究，选取系统支撑部分感应自取电源作为核心研究内容，通过合理选取铁芯与线圈匝数，调节能源分配方案，控制输出直流电压，利用超级电容器供电，从而为系统提供电源支撑。测试结果表明，此电源设计方案符合系统稳定运行要求，有助于避雷器监测工作开展。

关键词：感应取电；远程在线监测；输电线路避雷器

为了避免输电线路遭受雷击无法正常运行，我国研发了避雷器，利用此装置躲避雷击[1]。由于避雷器长时间在室外工作，容易遭受外界环境因素影响，导致装置损坏，降低避雷功效。针对此问题，目前主要采取现场勘察法，通过人工检测查看避雷线路是否发生异常，如果发现异常，立即采取处理措施[2]。由于人工检测方法容易遗漏线路问题，急需设计一套智能化在线监测系统，本文将对此展开研究。

一、输电线路避雷器运行及监测研究

1、输电线路避雷器运行情况

目前，一些刚刚布设的输电线路避雷器运行比较稳定，在定期检查中，很少出现异常。但是一些布设已久的避雷器，其输电线路老化严重，部分电路开启一段时间后温度升高，长期使用容易出现短路、断路等情况，影响避雷器使用[3]。据调查，我国大部分输电线路避雷器均出现过线路温度升高引发安全问题情况，这对避雷器的研发应用造成了严重影响。

2、当前输电线路避雷器在线监测的缺陷

（1）全电流测量技术

当避雷器正常运行时，容性分量高于阻性电流分量，占据全电流比例在10%～15%之间，导致整体线路的阻性增加了1倍左右，影响了全电流变化[4]。测量结果表明，线路全电流变化在5%以下，致使避雷器内部性能监测效果较差。因此，当前采用的全电流测量技术不满足在线监测要求。

（2）电压测量技术

在避雷器上安装电压测量装置，因测量到的电压变化幅度超出了5%，对全电流数值测量造成影响，测量幅度也在5%以上，淹没了阻性电流变化影响分析。

（3）避雷器内部元件监控技术

当前安装在避雷器内部的元件监控装置容易受外部环境因素影响，很有可能劣化，导致避雷器热崩溃，引发安全问题[5]。

（4）氧化芯片本体质量不达标准

在同流负载情况下，避雷器氧化芯片本体容易损坏，导致质量下降，损坏率大约为3.7%，必须改善电源内部结构，提高安全性能。

3、输电线路避雷器远程在线监测系统研究的必要性

从当前输电线路避雷器运行情况来看，虽然采取了一些监测措施，但是应用效果不佳，不仅在安全监测上存在遗漏情况，并且安全性能较低，部分材料选取、装置布设容易阻碍线路监测，导致测量结果变化幅度较大，影响了准确判断，不利于避雷器安全监测工作的开展[6]。而在线技术是一项不受时间地点限制，且全面化的智能监测技术，可以弥补人工监测的不足。因此，设计一套在线监测系统显得尤为重要，而感应自取电源是支撑整个系统运行的重要模块，所以，本文在提出系统总体设计方案的同时，以感应自取电源设计为核心，提出具体研究方案。

二、系统总体方案设计

目前，大部分避雷器本体温度测量以非接触式测量仪器为主，测量温度范围为71～199℃，测量精度为1.5℃，并配备信息采集装置，形成在线监测系统，便于避雷器运行信息的采集。由于此系统需要长期在野外运行，采用太阳能供电，遇到阴雨天气无法为系统用电。另外，从供电安全角度来分析，只有为系统提供等电位的电源才能够保证系统处于安全环境运行。而感应取能供电依据电磁感应工作原理，采取整流、稳压等一系列处理，能够为线路提供稳定电源。因此，本系统将选取感应取能供电，为系统正常运行提供支撑。

三、电源设计

1、电源铁芯与线圈匝数的选取

对于电源铁芯的选取，按照减小启动电流要求，通过提高初始电导率达到标准。通过对比硅钢片与新型纳米晶磁材料性能、价格、结构等多项指标，选取新型纳米晶磁材料作为电源铁芯制作材料。此材料初始磁导率增加了40倍，符合电源装置制备要求。为了满足电源结构尺寸大小要求，设置铁芯截面为25mm30mm，裁剪为半圆结构，以满足电缆套装需求。

另外，线圈匝数对电源供电影响较大。本文根据电磁学理论，计算最小启动电流值和线圈匝数，分析两者关系，并对实际负载和后续电路进行测量，根据测量结果确定线圈匝数380砸，在其外部缠绕漆包铜线，避免漏电。

2、电源电压保护与能源调控

当输电线路遭受雷电冲击时，容易出现线路电流瞬间过大导致电路受损情况，为了避免出现此类问题，本电源添加了TVS瞬变抑制二极管，用于抑制感应线圈输出电压对线路造成冲击。此器件在线路中的使用，是根据供电电压能源需求，对线路功率进行调控，避免线路击穿情况发生。当线路电压较高时，通过释放部分能量，降低功率避免线路击穿；当线路电压较低时，不会出现击穿现象，在小电流供电条件下运行即可。

3、输出直流电压稳定控制

由于感应电压在接受调控过程中，容易受到外界因素影响，电流和电压波动较大，为了保证稳定供电，必须采取一些控制措施。本文利用DC-DC模块控制输出直流电流，通过调节电流输出范围和电压输出范围，提高转换效率，实现稳定供电。由于DC-DC模块电流电压，控制变换消耗功率较大，使得供电电路功耗降低，增加输出总功率，以此达到降低启动电流目的，可以有效避免击穿情况发生，实现电压稳定控制。

4、电源电容的选取

目前，常用的传统静电电容和蓄电池电容，虽然容量较大，但是空间有限，随着输电电路供电需求的增加，储备的电能无法满足供电需求，并且工作温度范围较小，使用寿命较短。而超级电容器刚好可以弥补其不足，释放能量速度较快，在短时间内即可完成充电。因此，本文选取超级电容器作为核心装置构建电源。

四、电源测试

输电线路避雷器远程监控系统的供电要求电流范围10～1000A，线圈温度不高于15℃，DC-DC输出电压在12V左右，启动电流10A，输出功率在200mW以上。按照此标准对本文设计的电源性能进行测试，得到结果如表1所示。

表1电源性能测试结果

通过观察表1中的测试结果可知，本文设计的单元可以有效支撑在线监测系统运行。

总结

本文针对传统输电线路避雷器监测存在的不足，提出在线监测系统研究的必要性，而此系统需要感应自取电源的支撑，因此，本文以感应自取电源作为重点研究内容进行设计研究。测试结果表明，该电源设计方案满足电流、温度、输出电压、启动电源、输出功率等多项指标控制要求。

参考文献：

[1]钟丹田，高强，张军阳，等.特高压交流金属氧化物避雷器在线监测装置研制[J].电瓷避雷器，2018，284（04）：128-131+135.

[2]李彦锋，卯卫斌，张晋杨，等.基于高海拔磁耦合取能和无线自组网的四无地区视频监控系统的研究与应用[J].电子世界，2019，560（02）：11-13.

[3]钟丹田，高强，张军阳，等.特高压交流金属氧化物避雷器在线监测装置研制[J].电瓷避雷器，2018，284（04）：128-131+135.

[4]万帅，张伟，陈家宏，等.一种新型110kV输电线路雷击闪络限制器的研制[J].高压电器，2017（04）：191-197.

[5]郭昆丽，宋晓菲，王建波，等.基于PSCAD的某输电线路耐雷水平的仿真研究[J].计算机与数字工程，2017（03）：144-148.