輸電線路架空避雷線線損能量利用系統(tǒng)及計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高壓輸電線路領(lǐng)域，具體設(shè)及一種輸電線路架空避雷線線損能量利用 系統(tǒng)及計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 建設(shè)智能電網(wǎng)是電力系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢(shì)，其中輸電線路的智能化建設(shè)是電力系 統(tǒng)的重要組成部分。在輸電線路智能化建設(shè)過程中首先要面臨的問題就是如何在高壓高電 磁場(chǎng)環(huán)境下給智能化設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。現(xiàn)有的供電方式例如太陽(yáng)能加蓄電池，太陽(yáng)能 與風(fēng)能混合充電，高壓相線上的感應(yīng)取電方式等，均存在供能穩(wěn)定性差，維護(hù)成本高，施工 安裝難度大等問題，不能滿足目前的發(fā)展需求，那么制作一種穩(wěn)定性高、免維護(hù)且低電位安 裝的供電裝置就十分有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種輸電線路架空避雷線線損能量利用系統(tǒng)及 計(jì)算方法，將避雷線上的線損能量利用起來為輸電線路的智能化提供低電位安裝的安全電 能，并且定量的將線損能量計(jì)算出來，根據(jù)負(fù)載類型進(jìn)行合理的利用。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:一種輸電線路架空避雷線線損 能量利用系統(tǒng)，其特征在于:令2條避雷線為第一避雷線和第二避雷線，其中第一避雷線直 接與輸電線路上的每根桿塔連接，第二避雷線分別與第一桿塔直接連接、與第飾干塔之間串 接能量提取裝置、與其它桿塔之間通過帶放電間隙的絕緣子連接，使得第一避雷線、第一桿 塔、第二避雷線、能量提取裝置、第N桿塔構(gòu)成線損能量利用回路;所述的能量提取裝置包括 變壓器，變壓器的初級(jí)線圈與第二避雷線串聯(lián)，變壓器的次級(jí)線圈輸出電壓給負(fù)載。
[0005] 按上述方案，所述的能量提取裝置設(shè)有外部結(jié)構(gòu)防雷保護(hù)模塊與內(nèi)部電路鏡像防 雷保護(hù)模塊。
[0006] 按上述方案，所述的能量提取裝置還包括與變壓器次級(jí)線圈連接的整流濾波電 路、電源管理電路、大功率緩沖輸出模塊、內(nèi)部多級(jí)防雷保護(hù)模塊和用于提供負(fù)載所需電壓 的DC/DC模塊。
[0007] 按上述方案，所述的能量提取裝置還包括充電電路和充電電池。
[000引一種輸電線路架空避雷線線損能量利用系統(tǒng)的線損能量計(jì)算方法，其特征在于： 它包括W下步驟：
[0009] S1、建立空間坐標(biāo)系，其中鐵塔與大地的焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，鐵塔所在平面的水平方 向?yàn)閄軸，鐵塔所在平面的豎直方向?yàn)閥軸，Z軸與=相導(dǎo)線延伸方向平行；
[0010] S2、計(jì)算靜磁場(chǎng)；
[0011] S3、根據(jù)避雷線和=相導(dǎo)線在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，W及相電流的有效值，分別計(jì) 算=相導(dǎo)線的相電流向量值；
[0012] S4、根據(jù)S相導(dǎo)線的位置和相電流向量值，分別求S相導(dǎo)線對(duì)線損能量利用回路 構(gòu)成的平面產(chǎn)生的磁通量，然后相加得到各相導(dǎo)線產(chǎn)生的總磁通量；
[0013] S5、根據(jù)各相導(dǎo)線產(chǎn)生的總磁通量，及角頻率，得到正弦狀態(tài)下單位長(zhǎng)度的感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì);再根據(jù)第一、第二避雷線的長(zhǎng)度，得到線損能量利用回路的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；
[0014] S6、根據(jù)第一、第二避雷線的長(zhǎng)度及每米內(nèi)阻，得到線損能量利用回路的內(nèi)阻，根 據(jù)線損能量利用回路的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，得到線損能量利用回路的總功率。
[0015] 按上述方法，它還包括W下步驟:所述的負(fù)載為滑動(dòng)變阻器，通過在調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻 器的過程中測(cè)試滑動(dòng)變阻器兩端的電壓和電流，獲得本線損能量利用系統(tǒng)的伏安特性。
[0016] 按上述方法，它還包括W下步驟:通過改變第一桿塔和第N桿塔之間的距離、及相 應(yīng)的線損能量利用回路中第一避雷線、第二避雷線的電阻數(shù)據(jù)，得出不同的線損能量利用 回路中的功率，根據(jù)負(fù)載所需要的功率范圍選擇對(duì)應(yīng)的線損能量利用回路，對(duì)輸電線路進(jìn) 行改造。
[0017] 本發(fā)明的有益效果為:通過采用本發(fā)明系統(tǒng)，能夠?qū)⒈芾拙€的線損能量利用起來 為輸電線路的智能化提供低電位安裝的安全電能，從而使得安裝人員在對(duì)輸電線路進(jìn)行改 造和安裝能量提取裝置時(shí)不會(huì)有觸電的傷害，將運(yùn)些線損能量提供給視頻系統(tǒng)、信號(hào)傳輸 系統(tǒng)等智能化設(shè)備，不會(huì)對(duì)高壓輸電線路的傳輸造成影響和干擾;另外，本發(fā)明方法定量的 將線損能量計(jì)算出來，根據(jù)負(fù)載類型進(jìn)行合理的選擇桿塔之間的長(zhǎng)度，形成符合負(fù)載功率 需要的線損能量利用回路。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的等效電路圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的電氣拓?fù)鋱D。
[0021] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的負(fù)載的伏安曲線圖。
[0022] 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例中外部結(jié)構(gòu)防雷保護(hù)模塊的絕緣端子結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中外部結(jié)構(gòu)防雷保護(hù)模塊的間隙調(diào)節(jié)端子結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖中：1-第一桿塔，2-第飾干塔，3-第二避雷線，4-第一避雷線，5-帶放電間隙的絕 緣子，6-絕緣端子，7-連接柱，8-間隙調(diào)節(jié)端子，8-1 -滑動(dòng)槽。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0026] 輸電線路的架空避雷線長(zhǎng)距離平行于相導(dǎo)線上方，通過桿塔形成閉環(huán)空間。相導(dǎo) 線上的交變電流會(huì)在空間形成交變磁場(chǎng)，從避雷線上等效看去，磁場(chǎng)會(huì)切割一個(gè)空間閉合 平面，根據(jù)麥克斯韋原理，架空避雷線上會(huì)感生電動(dòng)勢(shì)，最終形成電流。對(duì)于只有單根架空 避雷線(單地單接），且在每個(gè)擋距直接接地的線路，電磁感應(yīng)電流通過避雷線和大地形成 環(huán)流，造成電能損耗AEDid。而對(duì)于雙架空避雷線，且兩邊直接接地的線路(雙地雙接），除了 上述大地環(huán)流的電能損耗之外，還有存在通過兩根避雷線之間的空中環(huán)流，造成電能損耗 A Ed化。
[0027] 我們運(yùn)里提到的電能損耗，就是本文中提到的架空避雷線上的線損。對(duì)于目前的 電網(wǎng)輸電線路上，在條件允許的情況下，一般都采用單點(diǎn)接地方案，即"雙地單接"，目的就 是為了降低線損。運(yùn)時(shí)，損耗就和"單地單接"一樣，只有A EDid。
[00%] W上說明避雷線確實(shí)存在感應(yīng)能量，那么運(yùn)個(gè)能量在實(shí)際環(huán)境下能體現(xiàn)出多大， 又是通過怎樣的辦法去提取運(yùn)樣的能量最終為我們所用是本專利申請(qǐng)闡述的重點(diǎn)。
[0029] 本發(fā)明提供一種輸電線路架空避雷線線損能量利用系統(tǒng)，如圖1所示，令2條避雷 線為第一避雷線4和第二避雷線3,其中第一避雷線4直接與輸電線路上的每根桿塔連接，第 二避雷線3分別與第一桿塔1直接連接、與第N桿塔2之間串接能量提取裝置、與其它桿塔之 間通過帶放電間隙的絕緣子5連接，使得第一避雷線4、第一桿塔1、第二避雷線3、能量提取 裝置、第飾干塔2構(gòu)成線損能量利用回路;所述的能量提取裝置包括變壓器，變壓器的初級(jí)線 圈與第二避雷線3串聯(lián)，變壓器的次級(jí)線圈輸出的電壓經(jīng)過整理后與負(fù)載連接，如圖3所示。
[0030] 優(yōu)選的，所述的能量提取裝置設(shè)有外部結(jié)構(gòu)防雷保護(hù)模塊與內(nèi)部電路鏡像防雷保 護(hù)模塊，用于抑制雷擊時(shí)的大電流沖擊。其中外部結(jié)構(gòu)防雷保護(hù)模塊如圖5和圖6所示，它包 括設(shè)置在變壓器初級(jí)線圈兩端各一個(gè)的絕緣端子6,絕緣端子的底部通過帶通孔的連接柱7 連接有間隙調(diào)節(jié)端子8,間隙調(diào)節(jié)端子8通過滑動(dòng)槽8-1滑動(dòng)，從而調(diào)節(jié)兩個(gè)間隙調(diào)節(jié)端子8 之間的距離。實(shí)際輸電線路上，架空避雷線與桿塔間往往安裝了帶放電間隙的絕緣子。在避 雷線遭受雷擊時(shí)可通過空氣間隙與鐵塔形成泄能回路，將能量泄放到大地起保護(hù)作用。我 們?cè)谀芰刻崛⊙b置輸入端口設(shè)計(jì)了一套空氣間隙可調(diào)節(jié)的防雷保護(hù)措施，通過滑動(dòng)并固定 帶滑動(dòng)槽的間隙調(diào)節(jié)端子8,控制輸入端口（即變壓器初級(jí)線圈兩端)處的空氣間隙，在電源 遭受雷擊時(shí)，首先通過空氣放電到大地，將大部分能量經(jīng)外部鐵塔泄放，然后再進(jìn)入電源內(nèi) 部通過防雷器等防雷保護(hù)措施進(jìn)行再次防雷處理，直擊雷產(chǎn)生的大沖擊電流在進(jìn)入電源設(shè) 備前得到有效的衰減。在內(nèi)部電路中，采用鏡像保護(hù)處理，視輸出端在感應(yīng)雷擊的一瞬間也 為一個(gè)輸入端口，在電路設(shè)計(jì)中將實(shí)際的電源輸入端和輸出端的多重防雷保護(hù)設(shè)計(jì)做鏡像 設(shè)計(jì)處理，有效保障能量提取裝置的可靠工作，同時(shí)保證了供給負(fù)載的電壓是一個(gè)低殘壓 的直流輸出，不至于損壞負(fù)載設(shè)備。
[0031] 進(jìn)一步優(yōu)選的，所述的能量提取裝置還包括與變壓器次級(jí)線圈連接的整流濾波電 路和用于提供負(fù)載所需電壓的DC/DC模塊。所述的能量提取裝置還可W包括充電電路和充 電電池。經(jīng)過隔離變壓器輸入至整理濾波模塊，經(jīng)過BOOST-腳CK電路對(duì)電源進(jìn)行控制，同時(shí) 配備充電模塊可供外部電池充電，最后經(jīng)過DC/D對(duì)莫塊輸出負(fù)載所需的直流電壓。裝備內(nèi)部 還具備實(shí)時(shí)采樣供能，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，可通過GSM通信模塊反饋所需的數(shù)據(jù)。
[0032] 上述輸電線路架空避雷線線損能量利用系統(tǒng)的線損能量計(jì)算方法，包括W下步 驟：
[0033] S1、建立空間坐標(biāo)系，其中鐵塔與大地的焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，鐵塔所在平面的水平方 向?yàn)閄軸，鐵塔所在平面的豎直方向?yàn)閥軸，Z軸與=相導(dǎo)線延伸方向平行；
[0034] S2、計(jì)算靜磁場(chǎng)；
[0035] S3、根據(jù)避雷線和=相導(dǎo)線在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，W及相電流的有效值，分別計(jì) 算=相導(dǎo)線的相電流向量值；
[0036] S4、根據(jù)S相導(dǎo)線的位置和相電流向量值，分別求S相導(dǎo)線對(duì)線損能量利用回路 構(gòu)成的平面產(chǎn)生的磁通量，然后相加得到各相導(dǎo)線產(chǎn)生的總磁通量；
[0037] S5、根據(jù)各相導(dǎo)線產(chǎn)生的總磁通量，及角頻率，得到正弦狀態(tài)下單位長(zhǎng)度的感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì);再根據(jù)第一、第二避雷線的長(zhǎng)度，得到線損能量利用回路的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；
[0038] S6、根據(jù)第一、第二避雷線的長(zhǎng)度及每米內(nèi)阻，得到線損能量利用回路的內(nèi)阻，根 據(jù)線損能量利用回路的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻，得到線損能量利用回路的總功率。
[0039] W某220KV輸電線路為例，先通過仿真軟件模擬一個(gè)輸電線路實(shí)際狀態(tài)，根據(jù)幾個(gè) 關(guān)鍵的線路參數(shù)計(jì)算出避雷線與鐵塔形成的閉合回路上產(chǎn)生的功率大小，通過測(cè)試伏安特 性得出架空避雷線的等效模型。
[0040] 3.1MATLAB仿真架空避雷線上的線損能