输电线路架空避雷线线损能量利用系统及计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高压输电线路领域，具体设及一种输电线路架空避雷线线损能量利用 系统及计算方法。
【背景技术】
[0002] 建设智能电网是电力系统未来的发展趋势，其中输电线路的智能化建设是电力系 统的重要组成部分。在输电线路智能化建设过程中首先要面临的问题就是如何在高压高电 磁场环境下给智能化设备提供稳定的电源。现有的供电方式例如太阳能加蓄电池，太阳能 与风能混合充电，高压相线上的感应取电方式等，均存在供能稳定性差，维护成本高，施工 安装难度大等问题，不能满足目前的发展需求，那么制作一种稳定性高、免维护且低电位安 装的供电装置就十分有必要。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是:提供一种输电线路架空避雷线线损能量利用系统及 计算方法，将避雷线上的线损能量利用起来为输电线路的智能化提供低电位安装的安全电 能，并且定量的将线损能量计算出来，根据负载类型进行合理的利用。
[0004] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为:一种输电线路架空避雷线线损 能量利用系统，其特征在于:令2条避雷线为第一避雷线和第二避雷线，其中第一避雷线直 接与输电线路上的每根杆塔连接，第二避雷线分别与第一杆塔直接连接、与第饰干塔之间串 接能量提取装置、与其它杆塔之间通过带放电间隙的绝缘子连接，使得第一避雷线、第一杆 塔、第二避雷线、能量提取装置、第N杆塔构成线损能量利用回路;所述的能量提取装置包括 变压器，变压器的初级线圈与第二避雷线串联，变压器的次级线圈输出电压给负载。
[0005] 按上述方案，所述的能量提取装置设有外部结构防雷保护模块与内部电路镜像防 雷保护模块。
[0006] 按上述方案，所述的能量提取装置还包括与变压器次级线圈连接的整流滤波电 路、电源管理电路、大功率缓冲输出模块、内部多级防雷保护模块和用于提供负载所需电压 的DC/DC模块。
[0007] 按上述方案，所述的能量提取装置还包括充电电路和充电电池。
[000引一种输电线路架空避雷线线损能量利用系统的线损能量计算方法，其特征在于： 它包括W下步骤：
[0009] S1、建立空间坐标系，其中铁塔与大地的焦点为坐标原点，铁塔所在平面的水平方 向为X轴，铁塔所在平面的竖直方向为y轴，Z轴与=相导线延伸方向平行；
[0010] S2、计算静磁场；
[0011] S3、根据避雷线和=相导线在直角坐标系中的坐标，W及相电流的有效值，分别计 算=相导线的相电流向量值；
[0012] S4、根据S相导线的位置和相电流向量值，分别求S相导线对线损能量利用回路 构成的平面产生的磁通量，然后相加得到各相导线产生的总磁通量；
[0013] S5、根据各相导线产生的总磁通量，及角频率，得到正弦状态下单位长度的感应电 动势;再根据第一、第二避雷线的长度，得到线损能量利用回路的总感应电动势；
[0014] S6、根据第一、第二避雷线的长度及每米内阻，得到线损能量利用回路的内阻，根 据线损能量利用回路的总感应电动势和内阻，得到线损能量利用回路的总功率。
[0015] 按上述方法，它还包括W下步骤:所述的负载为滑动变阻器，通过在调节滑动变阻 器的过程中测试滑动变阻器两端的电压和电流，获得本线损能量利用系统的伏安特性。
[0016] 按上述方法，它还包括W下步骤:通过改变第一杆塔和第N杆塔之间的距离、及相 应的线损能量利用回路中第一避雷线、第二避雷线的电阻数据，得出不同的线损能量利用 回路中的功率，根据负载所需要的功率范围选择对应的线损能量利用回路，对输电线路进 行改造。
[0017] 本发明的有益效果为:通过采用本发明系统，能够将避雷线的线损能量利用起来 为输电线路的智能化提供低电位安装的安全电能，从而使得安装人员在对输电线路进行改 造和安装能量提取装置时不会有触电的伤害，将运些线损能量提供给视频系统、信号传输 系统等智能化设备，不会对高压输电线路的传输造成影响和干扰;另外，本发明方法定量的 将线损能量计算出来，根据负载类型进行合理的选择杆塔之间的长度，形成符合负载功率 需要的线损能量利用回路。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明一实施例的结构示意图。
[0019] 图2为本发明一实施例的等效电路图。
[0020] 图3为本发明一实施例的电气拓扑图。
[0021] 图4为本发明一实施例的负载的伏安曲线图。
[0022] 图5为本发明一实施例中外部结构防雷保护模块的绝缘端子结构图。
[0023] 图6为本发明一实施例中外部结构防雷保护模块的间隙调节端子结构图。
[0024] 图中：1-第一杆塔，2-第饰干塔，3-第二避雷线，4-第一避雷线，5-带放电间隙的绝 缘子，6-绝缘端子，7-连接柱，8-间隙调节端子，8-1 -滑动槽。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0026] 输电线路的架空避雷线长距离平行于相导线上方，通过杆塔形成闭环空间。相导 线上的交变电流会在空间形成交变磁场，从避雷线上等效看去，磁场会切割一个空间闭合 平面，根据麦克斯韦原理，架空避雷线上会感生电动势，最终形成电流。对于只有单根架空 避雷线(单地单接），且在每个挡距直接接地的线路，电磁感应电流通过避雷线和大地形成 环流，造成电能损耗AEDid。而对于双架空避雷线，且两边直接接地的线路(双地双接），除了 上述大地环流的电能损耗之外，还有存在通过两根避雷线之间的空中环流，造成电能损耗 A Ed化。
[0027] 我们运里提到的电能损耗，就是本文中提到的架空避雷线上的线损。对于目前的 电网输电线路上，在条件允许的情况下，一般都采用单点接地方案，即"双地单接"，目的就 是为了降低线损。运时，损耗就和"单地单接"一样，只有A EDid。
[00%] W上说明避雷线确实存在感应能量，那么运个能量在实际环境下能体现出多大， 又是通过怎样的办法去提取运样的能量最终为我们所用是本专利申请阐述的重点。
[0029] 本发明提供一种输电线路架空避雷线线损能量利用系统，如图1所示，令2条避雷 线为第一避雷线4和第二避雷线3,其中第一避雷线4直接与输电线路上的每根杆塔连接，第 二避雷线3分别与第一杆塔1直接连接、与第N杆塔2之间串接能量提取装置、与其它杆塔之 间通过带放电间隙的绝缘子5连接，使得第一避雷线4、第一杆塔1、第二避雷线3、能量提取 装置、第饰干塔2构成线损能量利用回路;所述的能量提取装置包括变压器，变压器的初级线 圈与第二避雷线3串联，变压器的次级线圈输出的电压经过整理后与负载连接，如图3所示。
[0030] 优选的，所述的能量提取装置设有外部结构防雷保护模块与内部电路镜像防雷保 护模块，用于抑制雷击时的大电流冲击。其中外部结构防雷保护模块如图5和图6所示，它包 括设置在变压器初级线圈两端各一个的绝缘端子6,绝缘端子的底部通过带通孔的连接柱7 连接有间隙调节端子8,间隙调节端子8通过滑动槽8-1滑动，从而调节两个间隙调节端子8 之间的距离。实际输电线路上，架空避雷线与杆塔间往往安装了带放电间隙的绝缘子。在避 雷线遭受雷击时可通过空气间隙与铁塔形成泄能回路，将能量泄放到大地起保护作用。我 们在能量提取装置输入端口设计了一套空气间隙可调节的防雷保护措施，通过滑动并固定 带滑动槽的间隙调节端子8,控制输入端口（即变压器初级线圈两端)处的空气间隙，在电源 遭受雷击时，首先通过空气放电到大地，将大部分能量经外部铁塔泄放，然后再进入电源内 部通过防雷器等防雷保护措施进行再次防雷处理，直击雷产生的大冲击电流在进入电源设 备前得到有效的衰减。在内部电路中，采用镜像保护处理，视输出端在感应雷击的一瞬间也 为一个输入端口，在电路设计中将实际的电源输入端和输出端的多重防雷保护设计做镜像 设计处理，有效保障能量提取装置的可靠工作，同时保证了供给负载的电压是一个低残压 的直流输出，不至于损坏负载设备。
[0031] 进一步优选的，所述的能量提取装置还包括与变压器次级线圈连接的整流滤波电 路和用于提供负载所需电压的DC/DC模块。所述的能量提取装置还可W包括充电电路和充 电电池。经过隔离变压器输入至整理滤波模块，经过BOOST-脚CK电路对电源进行控制，同时 配备充电模块可供外部电池充电，最后经过DC/D对莫块输出负载所需的直流电压。装备内部 还具备实时采样供能，对数据进行存储，可通过GSM通信模块反馈所需的数据。
[0032] 上述输电线路架空避雷线线损能量利用系统的线损能量计算方法，包括W下步 骤：
[0033] S1、建立空间坐标系，其中铁塔与大地的焦点为坐标原点，铁塔所在平面的水平方 向为X轴，铁塔所在平面的竖直方向为y轴，Z轴与=相导线延伸方向平行；
[0034] S2、计算静磁场；
[0035] S3、根据避雷线和=相导线在直角坐标系中的坐标，W及相电流的有效值，分别计 算=相导线的相电流向量值；
[0036] S4、根据S相导线的位置和相电流向量值，分别求S相导线对线损能量利用回路 构成的平面产生的磁通量，然后相加得到各相导线产生的总磁通量；
[0037] S5、根据各相导线产生的总磁通量，及角频率，得到正弦状态下单位长度的感应电 动势;再根据第一、第二避雷线的长度，得到线损能量利用回路的总感应电动势；
[0038] S6、根据第一、第二避雷线的长度及每米内阻，得到线损能量利用回路的内阻，根 据线损能量利用回路的总感应电动势和内阻，得到线损能量利用回路的总功率。
[0039] W某220KV输电线路为例，先通过仿真软件模拟一个输电线路实际状态，根据几个 关键的线路参数计算出避雷线与铁塔形成的闭合回路上产生的功率大小，通过测试伏安特 性得出架空避雷线的等效模型。
[0040] 3.1MATLAB仿真架空避雷线上的线损能