摘 要

高压输电线路是电力系统的重要组成部分，而这些输电线路大多架设在距离市区较远的郊外，不便对其进行检测和维护，这就对监控装置的持续运行性能提出了较高的要求。为了保证监控装置的持续运行，首先要解决的就是监控装置的供电问题。在对蓄电池供电，激光供电，太阳能板和感应取电方式进行了对比分析后，本设计选择了感应取电方式来实现对监控装置的供电。并讨论了电流互感器的输出功率与其负载之间的关系，电流互感器在不同状态下一次侧与二次侧电流的关系，铁芯材料对电流互感器性能的影响。对感应取电装置进行优化选择，并给出了电压和功率的计算方式。根据本次设计的参数要求，建立了一个以电流互感器为基础的高压线路感应取电模型。

关键词：高压输电线路，电流互感器，感应取电

Abstract

The high voltage power lines plays an important role in electric system. However, those lines are usually installed far away from cities. It is inconvenient to test and maintain them. This situation has put emphasis on duration of monitors. And in order to solve this problem, this paper have to settle the power supplies for them. This article analyzed the strengths and weaknesses of storage battery, laser, solar energy and fetching electricity from magnetic field. And we finally chose to fetch electricity from magnetic field for monitoring equipment. We focused on the relationship between the output power of CT and the resistance of the load, the relationship between the current of the primary side and the secondary side, the influence that the material has upon the property of CT. Finally, we designed the whole system based on CT and decided the details of it.

Keywords: High Voltage Line, CT, fetching electricity from magnetic file

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 蓄电池供电 2

1.2.2 激光供电 2

1.2.3 太阳能供电 2

1.2.4 感应取电 2

1.2.5 感应取电发展现状 3

1.3 课题目标及本设计主要内容 3

第2章 感应取电电源的理论分析 4

2.1 电磁感应原理 4

2.2 电流互感器（CT）原理 5

2.3 感应取能分析 6

2.4 本章小结 7

第3章 方案设计 9

3.1 取能部分设计 9

3.1.1 软磁材料的发展 9

3.1.2 铁芯材料介绍 10

3.1.3 铁芯材料选择 11

3.1.4 铁芯尺寸选择 11

3.1.5 二次侧匝数选择 12

3.2 整流滤波部分设计 13

3.2.1 整流部分 13

3.2.2 滤波部分 14

3.3 稳压部分设计 15

3.4 后备电源与控制部分 16

3.4.1 储能电池选择 16

3.4.3 DC-DC升压模块 17

3.4.2 控制部分 17

3.5 本章小结 18

第4章 总结 20

参考文献 21

致 谢 22

第1章 绪论

研究背景及意义

随着社会的不断发展，经济的快速飞跃，生产生活中对电的需求量越来越大。现代电力技术的发展呈现出两种主要的趋势：1、发电机组和发电厂的容量不断增大；2、互联电力系统和大型的联合电力系统不断扩建。发电站在通过水力、火力、风力等能源产生电能后，并不是只讲这些电能提供给发电站附近的居民和工厂使用，还需要向一些很远的地方传输，将这些电能统一输送到国家电网中。这些电能都是以较高电压的形式在输电线路中传送的，这些电能在达到目的地，经过变电站降压处理以后方可供给给用电者使用，所以高压输电线路的负荷也呈现增大的趋势。对于电力系统而言，高压输电线路是其重要组成部分，它搭建起了供电者与用电者之前的桥梁。如果高压输电线路出现问题，我们的整个电力系统都将陷入瘫痪。与普通的低压输电线路相比，这些高压输电线路具有一些独有的特点：1、对运行稳定性要求极高。高压输电线路上输电的负荷极大，并且在电力系统中占有极重要的地位。一旦输电线路发生故障，将造成巨大的经济损失。2、输电线路往往架设了很长的距离，难以管理。3、高压输电线路常常处于野外复杂的地理环境中，受到地形、天气等因素的影响很大，这也提高了维护难度。

目前，提高高压输电线路传输质量的重点集中在了对输电线路状态的监测上。然而，高压输电线路大多架设在离市区很远的郊外，如果采用人工监测维护的方式，当输电线路发生故障时，就无法保证输电线路能够得到及时的维护^[1]。在此种情况下，远程监测设备就显得尤为重要。安装在输电线路周围的监测设备能够帮助工作人员随时监测输电线路的工作状态，及时发现输电线路出现的问题。而为了解决监测设备的长期连续性运行，设备的供电问题亟待解决。

首先，高压输电线路布局十分广阔，要使监测设备能基本覆盖到整个输电线路网络，需要数量极大的设备，因而对这些监测设备进行供电的工作量也很庞大。此外，高压输电线路一般都架设在野外，离市区较远，自然环境非常复杂，还会经常遇到雨雪雷电等恶劣天气，对供电设备的抗干扰性能和自动续航性能较高^[2]。最后，在高压输电线路周围高电压高磁场的环境下，进行人工作业不仅难度很大，而且还存在很大的安全隐患，这也要求电源具有续航能力较长的要求。

常用的供电方式有：蓄电池供电，激光供电，太阳能板和感应取电^[2]。这四种供电方式各有其特点，接下来将对此四种方式进行分析比较，以找到为本文中监测设备供电的最佳方式。

1.2 国内外研究现状

近些年，除了一些传统供电方式以外，无线供电技术由于具有高安全性、高可靠性、低成本、环境友好等优点，得到了大幅度的快速发展。国内外越来越多的学者和公司开始关注和研究非接触式电能传输技术。

1.2.1 蓄电池供电

蓄电池供电的原理是将化学能转化为电能，采用蓄电池供电的优势是良好的稳定性。蓄电池作为一种传统的供电方式，在低功耗的情况下仍然被广泛使用，但在大功率场合下使用时，使用寿命较短，需要人工进行定期维护和更换。由于高压输电线路多在偏远的郊外，要对蓄电池进行更换将浪费大量的人力物力。此外，在高空、高电压的环境下作业，危险系数较高，因此在本设计中，不宜采用蓄电池进行供电。

1.2.2 激光供电

激光供电方式是利用激光二极管电源在低压侧产生光能，然后经光纤将光能传输到高压侧，再通过光功率转换和DC-DC变换器后，来为监测装置的电源提供电能。激光供能具有稳定性好，绝缘好，噪声低，不易受电磁场的干扰的优点。但激光供能有一定的不足之处，周围环境温度的改变常常会影响激光光源的输出功率和发光波长，必须采取温度补偿的措施，来使光源有稳定功率的输出；另外，激光供能的光电转换效率低，传输的功率不高，要求高压侧的电路设计耗能少，增加了电路设计的难度；要想获得大功率的激光供能，就要使用大功率的激光发生器，但却提高了成本；而且二极管在大电流的运行条件下使用寿命较短。

1.2.3 太阳能供电

太阳能电池工作的原理是将光能转换为电能来使用，适合在光照充足的情况下使用。采用太阳能电池板进行供电具有清洁环保，无需人工定期维护等优点。所以太阳能电池在生产生活中已经得到了比较广泛的应用，技术已经较为成熟。然而，太阳能电池板光电转换效率低，要提供足够大功率的电能使设备工作，往往需要很大面积的太阳能电池板来进行光电转换。另外太阳能电池板受光照限制较大，在遇到阴雨天气时，电池可能会无法产生足够大功率的电能来满足设备的正常运行。

1.2.4 感应取电

根据电磁感应原理，变换的磁场在一定条件下是可以产生电能并被我们利用的。当高压输电线路中的传输电流发生变化时，在其周围产生了高强度的变化的电磁场，这使得感应取电成为可能。我们可以将输电线路周围的磁能转化为电能来为高压输电线路周围的设备提供能源保障。感应取电方式可以满足本设计的参数要求，同时还具有稳定性高，可持续性强，环保的优点，不会受到诸如光照不足，恶劣天气等因素的影响。

但在采用感应取电方式时，需要解决如下的几个问题：1、要保证在高压输电线路上电流发生一定范围内的变化时，感应取电装置的输出功率和输出电压保持在一个稳定的值，不会发生较大的波动。2、要保证空载及满载时输出的电流满足设计的参数要求。

1.2.5 感应取电发展现状

由于感应供电系统的优良性能，它目前已经在交通运输及生物医学等领域得到了应用。

在交通运输领域，传统的电动车在充电时常常采用插头与插座连接的方式，但这种方式具有带电体裸露，易发生触电事故，易产生电火花，接触不良等缺点。感应充电技术则可以克服上述的困难。日本大幅株式会社研制的电动汽车、无电平自动运货车等设备已经成功实现了感应式充电的一些设想。新西兰奥克兰大学所属的奇思公司开发的一种高速公路发光分道猫眼系统也是感应输电技术一种成功应用。

在生物医学领域，美国匹茨堡大学生物工程系和电气工程系的研究人员提出了一种适用于医用传感器和植入式医疗设备的可调频无线供能系统。

1.3 课题目标及本设计主要内容

本设计是基于电流互感器，提出的一种为高压输电线路周围的监测设备进行无间断稳定供电的方法。从而减小维护高压输电线路正常工作的工作量。全文的组织结构如下：

第一章主要对研究感应取电装置的意义和必要性进行了介绍，详细阐述了目前国内外对于感应取电技术的研究和应用，比较了目前常用的几种供电方式，如：蓄电池供电、激光供电、太阳能供电、感应取电的优劣。由于高压输电线路周围具有高强度的电磁场，并且通常处于偏远的郊外，综合考虑各种因素之后，感应供电技术成为了为在线输电系统监测设备供电的最佳技术。

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