基于放电法的高压电场感应取能技术

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1、第３９卷第８期２０１５年４月２５日Vol．３９No．８Apr．２５,２０１５DOI:１０．７５００/AEPS２０１４１００２００２基于放电法的高压电场感应取能技术骆一萍１,曾翔君１,雷永平１,杨熠鑫２,詹国红２(１．西安交通大学电气工程学院,陕西省西安市７１００４９;２．国网宁夏电力公司银川供电局,宁夏回族自治区银川市７５００１１)摘要:在高压电力线上安装的在线测量装置需要持续可靠的电能供应,提出了一种新的通过感应高压电场来获得能量的电源技术.这种技术的主要思想是通过安装在电力线与大地之间的一个金属极板来获得恒定的位移电流,使之向一个小容量的取能电容充电,进而通过一个放电电路将能量转移到一个大

2、容量的储能电容上,当存储的能量达到一定水平,则提供给后端的测量装置.由于电力线的电压是稳定的,因此这种供电方式较少受到负载和环境的影响.文中详细介绍了放电法电场感应取能技术的主要原理和优化设计方法,并将之应用于一种隔离开关触头温度在线测量和无线传输装置中,该系统已经在１１０kV变电站中成功挂网运行,从而验证了技术的有效性.关键词:隔离开关;触头温度在线测量;供电电源;电场感应技术０引言需要持续进行,可以采用间歇的工作方式,因此也可以采用间歇式的供电方式,即先储能再利用.考虑随着电力系统自动化和智能电网的发展,对电到电力线的电压是很稳定的,因此可以通过感应高力设备的一些工况参数(例如温度和应力等

3、)的实时压电场来取能.这种方式供电稳定,受环境因素影检测或者对线路状态(例如结冰和结垢等)情况进行响小,不需要蓄电池,寿命长,目前受到了研究界的实时监测日益重要.但是这些在线测量装置一般悬普遍重视.但是直接通过电场感应获得的能量是很浮在高压电力线上,因此如何为其提供电源成为一低的,且充电时间长,电源平均功率低.针对这个缺个技术难点.目前的供电方式分为两种:自主取能点,本文提出了一种新的基于放电法原理的高压感和传输供电.传输供电方式主要是通过光纤或微波应电场取能技术,大大提高了平均功率.等介质从地面将能量传输给在线测量装置,但是这[１?３]种供能方式的主要缺点是造价昂贵.自主取能１放电法电场感应

4、取能技术原理的主要技术方案包括以下几种:①电池供电,这种方电场感应取能的基本原理是利用高压电力线的式能量供应稳定,但是缺点是需要定时停电更换电空间位移电流给电容充电,利用电容的储能来为后池,而电力系统是不允许频繁停电的;②电流线圈供续测量装置供电.为了提高位移电流,往往需要在电,该方案主要利用安装在电力线上的电流线圈,通电力线上安装一个金属感应板(有时也直接利用测过互感原理从负荷电流中取能,但是电力线中的负量装置的外壳来充当感应极板).目前常规的直接荷电流是不断变化的,因此这种供电方式供能不稳定[４?５];③太阳能和风能供电,其基本原理是通过太电场感应取能技术的原理如图１所示.*3阳能电池板

5、或小风机来供能,该技术通常配合蓄电池一起使用,以应对夜晚或无风时发生的供能不D1D2Idc[６?８]足,但是这种供电方式受环境因素影响大,遇到CsUs极端天气(例如大风、阴雨、尘垢等)会影响安全和供Uac电稳定性,另外,蓄电池的寿命有限,且不能承受较D3D4低环境温度.FIacCm由于对温度和应力等参数进行在线测量往往不图１直接电场感应取能原理收稿日期:２０１４Ｇ１０Ｇ０２;修回日期:２０１４Ｇ１１Ｇ０９.Fig．１Principlediagramofdirectenergyacquisition国家自然科学基金资助项目(５１４７７１３４).byelectric?fieldinduc

6、tionhttp://www．aepsＧinfo．com１１３２０１５,３９(８)?研制与开发?图中:虚线框表示金属感应极板,它对地之间存电压降低为储能电容Cs所需要的低电压,同时将在一个等效电容Cm,该电容的大小取决于极板等效Cg产生的放电电流增大N倍来为Cs快速充电.面积A以及对地距离L.假设电力线的对地电压相比于位移电流对电容的充电时间,电容放电过程有效值为Uac,则Cm中将流过有效值为Iac的交流所经历的时间可以忽略.位移电流.此电流通过二极管D１至D４组成的整与图１的方案相比较,如果要求在储能电容Cs流桥被整流成直流电流Idc并对储能电容Cs进行充上获得相同的能量E,假设整个电路是理

7、想的,没有电.假设一个在线测量装置每次工作需要的总能量损耗,并且Cs上的初始电压为零,Cg放电过程能够为E,则在Cs上获得该能量需要达到的充电终值电将其能量全部向Cs释放,没有残余电压,则根据能压Us可通过式(１)计算.量守恒定理,取能电容Cg上需要的充电电压Ug可２由式(４)得到:CsUs２EE＝⇒Us＝(１)２２CsCgUg２EE＝⇒Ug＝(４)把Cs充电到Us需要的时间t１为:２Cg而利用同