架空輸配電線路是傳輸電能的重要基礎設施。為及時掌握線路的運行狀態(tài)，保障電網(wǎng)可靠穩(wěn)定運行，電網(wǎng)企業(yè)在線路本體及桿塔上安裝了大量傳感器、攝像頭和通信網(wǎng)關等裝置。這些裝置不僅能讓供電員工實時查看線路的情況，還能幫助快速精準定位故障。
輸配電線路監(jiān)測裝置感知、處理信息及通信過程均需消耗電能。供電的穩(wěn)定性直接影響監(jiān)測裝置的運行穩(wěn)定性。
“監(jiān)測裝置供電主要采用‘光伏板+蓄電池’、電流互感器取電等方式?！比舨捎谩肮夥?/span>+蓄電池”方式，相關設備體積和重量較大，不易安裝，需定期維護或更換，且供電效果受天氣因素影響較大，難以滿足監(jiān)測裝置長時間、免維護運行需求。若采用電流互感器取電方式，雖然有結(jié)構(gòu)簡單、供電可靠性高等優(yōu)點，但電流互感器安裝于線路本體，處于高電位側(cè)，由于絕緣防護要求，只能為部署于線路本體的監(jiān)測裝置供電，無法直接為處于地電位的桿塔側(cè)監(jiān)測裝置供電。
為了尋找一種更可靠的輸配電線路桿塔側(cè)監(jiān)測裝置供電方式，自22年起，國網(wǎng)智研院與江西電科院、西南交通大學組建聯(lián)合攻關團隊，依托國家電網(wǎng)公司科技項目開展數(shù)字化監(jiān)測裝置供電技術方面的研究。
一、產(chǎn)品概述（YDQC交直流高壓試驗變壓器操作十分方便）
是在同類產(chǎn)品YDJ（G）型高壓試驗變壓器的基礎上，按試驗變壓器國家標準ZBK41006—89要求，經(jīng)改進后生產(chǎn)的一種新型產(chǎn)品，本系列產(chǎn)品具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、使用方便等特點。實用于電力、工礦、科研等部門，對各種高壓電氣設備、電氣元件、絕緣材料進行工頻耐壓試驗和直流泄漏試驗，是高壓試驗中必不可少的儀器。
二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（YDQC交直流高壓試驗變壓器操作十分方便）
鐵芯為單框式。線圈采用同芯圓筒多層塔式結(jié)構(gòu)，初級低壓繞組繞在鐵芯上，次級高壓繞組繞在低壓繞組外側(cè)，這種同軸布置減少了繞組間的藕合損耗。高壓硅堆用特殊工藝封裝在套管內(nèi)，產(chǎn)品的外殼制成與器芯配合較佳的八角形結(jié)構(gòu)，整體外型美觀大方。其內(nèi)外部結(jié)構(gòu)見圖1。
產(chǎn)品型號含義
1-均壓球；2-硅堆短路桿；3-高壓套管；4-油閥；5-殼體；6、7-調(diào)整電壓輸入a、x端子；8、9-儀表測量E、F端子；10-高壓尾X端子；11-變壓器外殼接地端；12-高壓輸出A端子；13-高壓整流硅堆；14-內(nèi)部均壓環(huán)；15-變壓器鐵芯；16-初級低壓繞組；17-測量儀表繞組；18-二次級高壓繞組；19-變壓器油。
三、工作原理（YDQC交直流高壓試驗變壓器操作十分方便）
為單相變壓器，聯(lián)結(jié)組標號II。單臺高壓試驗變壓器的工作過程，用交流220V（10KVA以上為380V）電壓接入電源控制箱（臺），經(jīng)電源控制箱（臺）內(nèi)自藕調(diào)壓器（50KVA以上調(diào)壓器外附）調(diào)節(jié)0~200V（10KVA以上0~400V）電壓至試驗變壓器的初級繞組，根據(jù)電磁感應原理，在試驗變壓器高壓繞組可獲得試驗所需的高電壓。其工作原理圖見圖2所示。
1、單臺高壓試驗變壓器工作原理示意圖
圖2 ：單臺高壓試驗變壓器工作原理示意圖
在試驗變壓器中：a、x為低壓輸入端；A、X 為高壓輸出端；E、F為儀表測量端。
2、單臺交直流兩用型高壓試驗變壓器工作原理見圖3。圖中所示：高壓套管內(nèi)裝有高壓硅堆，串接在高壓回路中作高壓整流，以獲得直流高電壓。當用一短路桿將高壓硅堆短接時，可獲得交流高電壓，其狀態(tài)為交流輸出；反之在抽出短路桿時，其狀態(tài)為直流輸出。
3、三臺高壓試驗變壓器串激獲得更高電壓原理見圖4，串激高壓試驗變壓器有很大的優(yōu)越性，因為整個試驗裝置由多個單臺串激式試驗變壓器組成，單臺試驗變壓器有著體積小、重量輕、便于運輸?shù)奶攸c，它既可以串接成高出幾倍的單臺試驗變壓器輸出電壓組合使用，又可以分開單獨使用。整套試驗裝置投資小、經(jīng)濟實惠。圖3所示：在三臺串激式試驗變壓器串激使用中，單臺試驗變壓器B1、B2、B3的輸出電壓都是U，第1、二級的試驗變壓器內(nèi)部都有一個激磁繞組，分別為A1、C1 和A2、C2。當控制電壓加在第1級試驗變壓器B1的初級繞組a1、x1上，激磁繞組A1、C1給予試驗變壓器B2初級繞組供電，第2級試驗變壓器B2的激磁繞組A2、C2給試驗變壓器B3的初級繞組供電。由于第1級試驗變壓器B1的高壓尾及殼體接地，第2、三級的試驗變壓器B2和B3對地有絕緣支架的隔離，這樣試驗變壓器B1、B2、B3對地輸出電壓分別為1U、2U、3U。
圖3：三臺高壓試驗變壓器串激工作原理示意圖
B1、B2、B3- 串激式高壓變壓器；1U、2U、3U-各級對地電壓；
PV- 高壓示值表（KV）； ZJ1、ZJ2-絕緣支架。
“近年來，輸配電線路監(jiān)測裝置的供電穩(wěn)定性問題受到國內(nèi)外相關科研機構(gòu)的廣泛關注。針對桿塔側(cè)監(jiān)測裝置供電，主要的兩條技術路線分別是環(huán)境微能量收集和無線能量傳輸?！?/span>
環(huán)境微能量收集方案聚焦電場與磁場能量收集，受桿塔側(cè)環(huán)境能量強度與取能效率的影響，可供給電能較為微弱，主要面向的是監(jiān)測溫度、電流等的毫瓦級功耗傳感器。而無線能量傳輸方案可供給電能較為充足，不僅可為毫瓦級功耗傳感器供電，還可為攝像頭、微氣象監(jiān)測裝置等瓦級功耗傳感器供電。無線能量傳輸具有免布線的優(yōu)勢，可實現(xiàn)高低電位隔離供電。因此，攻關團隊決定采用無線傳能技術，將從線路側(cè)電流互感器獲取的電能傳輸至桿塔側(cè)，為桿塔側(cè)監(jiān)測裝置全天候可靠供電。
目前，無線傳能技術主要包括射頻、激光和磁諧振幾種方式。射頻發(fā)射天線和激光器體積較大，不適于掛載在線路本體上。“磁諧振無線傳能技術理論上可實現(xiàn)小型化的瓦級隔離供電，是理想的高低電位隔離供電解決方案?！贝胖C振無線傳能技術利用自然界中廣泛存在的諧振現(xiàn)象，通過耦合諧振來傳遞能量。這種方式具有無輻射、可靠性高的優(yōu)勢。但在滿足輸配電線路絕緣距離與傳能設備小尺寸要求的前提下，如果采用傳統(tǒng)的兩級磁諧振傳能方式，傳能效率和傳能功率均較低。
為提升傳能效率和傳能功率，攻關團隊經(jīng)研究探討后采用了多級磁諧振中繼無線傳能技術，提出了多級磁諧振模塊無線傳能系統(tǒng)很好的參數(shù)設計與控制方法，實現(xiàn)能量的逐級傳遞。這樣避免了兩級磁諧振模塊間距離過大而引起的功率損失問題，達到了高效率的瓦級能量無線傳輸效果。
接下來，攻關團隊需要解決的問題是如何在不改變線路電場分布特性的情況下，實現(xiàn)磁諧振模塊在線路與桿塔間的固定。他們將多級磁諧振無線傳能系統(tǒng)與復合絕緣子一體化設計，提出把該系統(tǒng)嵌入絕緣子的動態(tài)調(diào)諧與絕緣保障方法，使絕緣子的每一個傘裙成為1級磁諧振模塊，解決了跨越高電位與地電位的多模塊部署問題。
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