在线监测装置供电技术中高压电气设备的运用

在线监测装置供电技术中高压电气设备的运用

孙晓鹏

（山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿山东烟台261400）

摘要：本文阐述了在线监测装置供电技术中高压电气设备相关理论，分析了在线监测装置供电技术中高压电气设备的运用，旨在促进在线监测装置供电技术的完善更新，为我国电力工程持续发展做出贡献。

关键词：在线监测装置；供电技术；高压电气设备；运用

引言

随着我社会经济的发展，城市化进程加快，人们对电力的需求逐渐增加，供电技术也在不断的更新和升级，以提升电力系统运行的安全性保障人们的日常生活安全。电气工程不断发展，在线监测装置供电技术中高压电气设备的运用也逐渐引起人们的广泛关注。本文对在线监测装置高压电设备供电的技术进行分析，为电力系统健康发展提供参考。

1.在线监测装置供电技术中高压电气设备概述

高压电气设备在电力系统中具有重要的作用，电气设备的安全性能会受电压、电流、设备故障等因素影响。高压电气设备在线监测装置的主要构成部分是电子电路，电子电路的可靠供电电源是装置稳定运行的必要条件。但是在许多高压电气设备中出于对安装位置和对地绝缘等因素的考虑，低压侧电子电源不能直接供给高压侧电子电源，因此高压电气设备的供电是在线监测装置的关键问题。

2.在线监测装置供电技术中高压电气设备的运用

2.1从被测系统外部取源

2.1.1干电池供电

采用干电池供电安装方便、成本低、结构简单，但是由于电池能量无法再生，更换频率较高，干电池供电的局限性较大，仅仅适用于电路微功耗、测量点数少、测量装置休眠时间长、电池方便更换的条件。本文就以ZigBee协议的无线传感器网络节点的干电池性能进行分析，发现当数据采集周期为2-500s之间时，普通镍氢电池为无线传感器网络节点正常供电的时间一般为10天。为了减少电池的更换频率，就要采取有效方式延长电池的使用寿命：

（1）选择容量较大的干电池。

（2）对在线监测装置的部分零件进行微功耗设计，达到节约电能的目的。

2.1.2太阳能供电

太阳能电池能够有效利用自然能源进行持续不断的供电，改善了干电池不可再生的缺点。其供电过程大致为：太阳能被太阳能电池板吸收，然后进入蓄电池进行储藏，通过电压变换器转换成标准电压为在线监测装置供电。蓄电池的作用主要是在太阳光不稳定以及夜间无太阳光的情况下也能持续供电。

根据干电池与蓄电池的放电特性，可以有效整合太阳能电池板、干电池和蓄电池，结合能源管理策略设计出适用于低自然能量环境的可充电传感器网络节点，防止蓄电池被多次反复充电而损耗寿命。太阳能供电能够支持大功率电器，但由于要接收太阳光仅适用于户外。

2.1.3人造光源供电

为了解决太阳能不能进行室内供电的问题，产生了人造光源供电的方法。低压侧单片机控制人造光源，高压侧控制太阳能电池，必要时连通人造光源为高压侧供电并且通过电流检测装置以防发生故障。太阳能电池产生的低电压通过电压变换器转换为在线监测装置需要的电压。需要重点注意的是，要选取合适的光源才能满足电源供电率的需求。一般选择光谱与太阳光十分接近的氙气灯和白炽灯作为光源来提升太阳能电池能量转换效率。人造光源结构简单、成本较低，稳定可控，但是低压侧的光源和高压侧的太阳能电池之间要求一定距离的直线光通道，不能适用于空间狭小结构复杂的条件。

2.1.4激光供电

激光供电是以光的形式通过光纤传输、实现高低压之间电气隔离，此方式的优点是不易受电磁干扰影响、电压波纹较小，输出功率较稳定、噪音小。其供电方式主要是，低压侧的半导体激光发生器发出的激光通过光纤传输到高压侧，激光能量通过高压侧的光电转换器件转换成电能为高压侧的电子电路供电。

但是激光供电技术由于会受到激光输出功率和光电转换率的影响所提供的能量有限。并且大功率激光器价格很高，由于激光二极管的工作时间的限制，长时间在电流较大的环境中工作容易导致其工作寿命快速降低。

2.2.5无线电能传输供电

以下对无线电传输技术中的磁感应和微波两种方式进行介绍。

（1）微波方式具有能量传输效率高的优点，其工作方式是将低压侧电能通过微波发生器转换成微波运输至高压侧。但是微波传输需要大功率的微波源，并且对定向天线的性能具有较高要求，同时微波可能会影响检测设备的正常运行。对于部分问题若加以改进将会具有很高的利用价值。

（2）磁感应方式是利用法拉第电磁感应定律，空气中的发射线圈感应磁场，接收线圈通过磁场感应电动势来产生电能。但是由于空气磁阻大，磁感应方式的传输效率很低，并且距离越长传输效果越差，但是距离太短又会导致高低压之间不能绝缘。

2.2从被测系统内部取源

2.2.1电流互感器供电

电流互感器供电是利用安装在高压母线上的电流互感器二次侧线圈来供电，利用暂态保护模块避免短路电流过大而对后续电路造成较大的冲击导致电路损坏。它能对稳压模块的输入电压限制在规定范围内从而防止高压造成芯片烧坏。由于电网负荷出现微小的波动，就会使母线电流在几安到几千安之间变化，电流互感器供电在技术上存在困难，如果母线电流过小，不能对在线监测装置提供足够电压，如果母线电流过大，互感器二次侧会产生额外的功率产生很大热量烧坏电路。需要对这两个问题采取措施进行解决，不然会损坏电源后续电路。

2.2.2电磁谐振供电

电流互感器供电具有体积庞大、不便安装的缺点，因此为了克服这一困难可以用磁铁构造压电振子来收集能量，因为磁铁能够在交流大电流磁场中来回振动，利用这一特点制作一个磁场能量收集装置。将一个磁铁固定在陶瓷压电材料的一端用来感应母线电流产生的磁场，磁铁在磁场中产生振动。在装置后接上合适的电容以获得稳定的电压，对间歇性工作的无线传感器电源进行试验。通过试验发现这样的构造装置虽然产生的功率较低但是能够支持无线传感器间歇性工作。

2.2.3电容分压供电

被测系统的电流大小会磁场能量产生很大影响，并且被测系统在空载时无法获得来自磁场的能量。而电场能量收集不会受负荷影响，其从高压交流系统获取低压交流电，经过整流和稳压过程为在线监测装置提供电源。传统的高压电容器的容量更大，因此能获取较高的能量。但是容易导致电容击穿。虽然利用极板之间的电容收集电场能量能够解决电气隔离问题，但是收集的能量较低不足以支持装置运行。可以通过对平板式集能电极的板厚度和面积、板间距等参数进行计算分析，确定输出电压和电容储能与极板参数之间的关系，就可以设计一个球形集能转换器来从电场各个方向收集能量。

2.2.4温差发电供电

温差发电就是基于塞贝克效应利用热电材料将热能转换成电能。高压电气设备中的内部和外部都存在高温热源，温差发电能够为在线监测装置提供电源。以PN型半导体材料为例，利用P型半导体较强的激发作用，将高温端的空穴电子扩散到低温端，进而形成电势差通过串联的多个PN材料获取高压。利用电力设备和外界的温度差进行发电，采用温差发电模块和超级电容储能为在线监测装置供电。

3.结束语

近年来我国对于高压电气设备的应用技术研究逐渐深入，通过专家试验许多新型技术和电气装置被提出。本文就几种主要的供电技术进行阐述，但是不同的供电技术具有不同的特点，都存在一定程度的局限性。无线电能传输技术在近年得到良好的发展，是一种人们相对较认可的电能传输方式，在某些领域也相继有应用成功的经验，其拥有供电功率大、转换效率高、使用寿命长的优点，值得进一步探究以取得更大技术突破以满足在线监测装置的供电需求。

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