本發(fā)明涉及高壓輸電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)互通，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制復(fù)雜程度越來越高，高壓輸電線路作為電能遠(yuǎn)距離傳遞的重要通道，其運(yùn)行安全直接關(guān)系到電廠生產(chǎn)出來的電能能否被負(fù)荷順利接收，而一般高壓輸電線路所處戶外環(huán)境復(fù)雜，所跨地域大，氣候多變，輸電線路中的絕緣子，避雷器等固件的故障，都可能會(huì)引發(fā)大面積的停電，造成很大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提早發(fā)現(xiàn)故障并預(yù)警，可有效避免停電故障的發(fā)生。

目前，各式各樣的架空線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在線運(yùn)行，主要包括在線故障診斷，預(yù)警，狀態(tài)檢修以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估四個(gè)方面，如視頻監(jiān)測(cè)儀，桿塔傾斜監(jiān)測(cè)儀，導(dǎo)線風(fēng)偏監(jiān)測(cè)儀，氣象監(jiān)測(cè)儀等。其供電主要方式有：新能源(如太陽能，風(fēng)能)供電，電壓/電流互感器在線取能，超聲波，無線供電等。這些現(xiàn)有的供電方式，供電可靠性不足。

因此，尋找一種供電穩(wěn)定性高的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法及裝置成為本技術(shù)領(lǐng)域人員所研究的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法及裝置，用于解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供電可靠性不足，在供電距離，供電功率及效率，供電的穩(wěn)定性與可靠性，供電成本等方面存在或多或少的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法，包括：

高壓線路取能線圈在線獲取交流電；

激光器啟動(dòng)控制，將所述交流電的第一電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽?/p>

激光器通過光纖將光能傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換電池，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娔埽?/p>

由光能轉(zhuǎn)變的第二電能輸出到在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

可選地，激光器啟動(dòng)控制，將所述交流電的第一電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽芫唧w包括：

交流電經(jīng)過變流裝置，在激光器的控制下，將第一電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋?/p>

可選地，所述光能為光電轉(zhuǎn)換電池吸收峰對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光。

可選地，激光器通過光纖將光能傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換電池，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娔芫唧w包括；

激光器發(fā)出的光能再經(jīng)發(fā)射天線進(jìn)行集中，由光纖定向?qū)⒐饽軅鬏數(shù)焦怆娹D(zhuǎn)換電池，再經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換電池將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娔堋?/p>

可選地，由光能轉(zhuǎn)變的第二電能輸出到在線監(jiān)測(cè)設(shè)備具體包括；

由光能轉(zhuǎn)變的第二電能需要依次經(jīng)過整流器、DC/DC變換器，輸出到在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

可選地，還包括：

由光能轉(zhuǎn)變的第二電能輸出到蓄能電池。

可選地，由光能轉(zhuǎn)變的第二電能輸出到蓄能電池具體包括；

由光能轉(zhuǎn)變的第二電能需要依次經(jīng)過整流器、DC/DC變換器，輸出到包括有充電保護(hù)單元的蓄能電池。

可選地，所述激光器為光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器。

可選地，所述光纖包括單模光纖和雙模光纖。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能裝置，包括：

電能輸入單元，用于將高壓線路取能線圈在線獲取的交流電輸入到激光器；激光器啟動(dòng)控制，將所述交流電的第一電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽?/p>

電能傳輸單元，用于利用光纖傳輸由激光器輸出的光能到光電轉(zhuǎn)換電池，光電轉(zhuǎn)換電池將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娔埽?/p>

電能輸出單元，用于輸出由光能轉(zhuǎn)變的第二電能到蓄能電池和在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法及裝置，其中一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法，包括：高壓線路取能線圈在線獲取交流電；激光器啟動(dòng)控制，將所述交流電的第一電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?；激光器通過光纖將光能傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換電池，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娔埽挥晒饽苻D(zhuǎn)變的第二電能輸出到在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。本實(shí)施例中的基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法，由于采用光纖進(jìn)行傳輸，供能穩(wěn)定，能量衰減少，傳輸效率高，受周圍環(huán)境影響小，降低后期維修的效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法的一個(gè)實(shí)施的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法的另一個(gè)實(shí)施的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法的另一個(gè)實(shí)施例的供能流程拓?fù)鋱D；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法另一個(gè)實(shí)施例在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法另一個(gè)實(shí)施例在線監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝示意圖；

圖示說明：1均壓環(huán)；2絕緣子傘裙；3玻璃纖維纏繞管；4內(nèi)屏蔽層；5光纖；6導(dǎo)電桿；7激光控制發(fā)射器；8電能變換器；9SF6氣體；10光電池；11電能變換器。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供電可靠性不足，在供電距離，供電功率及效率，供電的穩(wěn)定性與可靠性，供電成本等方面存在或多或少的問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法的一個(gè)實(shí)施例包括：

本發(fā)明中的光纖為能量的傳輸介質(zhì)，當(dāng)激光發(fā)射端選用光纖耦合輸出型的激光器時(shí)，光纖就可以成為光路的傳輸通道，能量以光的形式傳輸至能量接收端，該能量傳輸形式安全穩(wěn)定，具有抗電磁干擾的能力，若放在密閉環(huán)境中，整個(gè)系統(tǒng)可以完全免受多變的外界氣候環(huán)境干擾，延長(zhǎng)光纖的使用壽命。

101、高壓線路取能線圈在線獲取交流電。

102、激光器啟動(dòng)控制，將交流電的第一電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽?/p>

本實(shí)施例中，在能量的發(fā)射端，交流電經(jīng)過穩(wěn)壓和整流，在激光控制器的作用下，通過光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器將電能高效地轉(zhuǎn)換為光能。

103、激光器通過光纖將光能傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換電池，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娔埽?/p>

本實(shí)施例中，激光器發(fā)出的光束再經(jīng)發(fā)射天線進(jìn)行集中，由光纖定向?qū)⒐饽苕溄拥浇邮斩?，再?jīng)由光電池完成光與電的轉(zhuǎn)換；本實(shí)施例中的光纖選擇的標(biāo)準(zhǔn)，即100mW以下的功率可以采用單模光纖，傳輸距離可達(dá)數(shù)十公里，并可以借助于線路上已有的單模光纖來實(shí)現(xiàn)信號(hào)與能量的同步傳遞；雙模光纖可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大功率的能量傳遞；將光纖嵌入到復(fù)合絕緣子中，保護(hù)了光纖，同時(shí)光纖導(dǎo)光不導(dǎo)電，有較好的抗電磁干擾的能力；

104、由光能轉(zhuǎn)變的第二電能輸出到在線監(jiān)測(cè)設(shè)備；

本實(shí)施例中，光電轉(zhuǎn)換后，需要經(jīng)過電壓變換，一路直接供給在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

上述是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法的主要步驟進(jìn)行詳細(xì)的描述，下面將以另一個(gè)實(shí)施例對(duì)本方法進(jìn)行更加詳細(xì)的描述，請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法的另一個(gè)實(shí)施例包括：

201、高壓線路取能線圈在線獲取交流電。

202、交流電經(jīng)過變流裝置，在激光器的控制下，將交流電的第一電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽堋?/p>

203、激光器發(fā)出的光能再經(jīng)發(fā)射天線進(jìn)行集中，由光纖定向?qū)⒐饽軅鬏數(shù)焦怆娹D(zhuǎn)換電池，再經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換電池將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娔堋?/p>

2041、由光能轉(zhuǎn)變的第二電能需要依次經(jīng)過整流器、DC/DC變換器，輸出到在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

2042、由光能轉(zhuǎn)變的第二電能需要依次經(jīng)過整流器、DC/DC變換器，輸出到包括有充電保護(hù)單元的蓄能電池。

上述是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法的步驟進(jìn)行更加具體的描述，下面將以另一個(gè)實(shí)施例對(duì)一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能裝置進(jìn)行詳細(xì)的描述，請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能裝置的一個(gè)實(shí)施例包括：

該裝置主要由三個(gè)部分組成，即電能輸入單元，電能傳輸單元，電能輸出單元。電能輸入單元主要是電源，經(jīng)過激光器驅(qū)動(dòng)控制電路，再到激光器的發(fā)射天線，由光纖傳輸至能量的接收端，由光電轉(zhuǎn)換器將光能轉(zhuǎn)換成電能，再經(jīng)過電能的變換，即整流穩(wěn)壓后，輸出給負(fù)載端使用。

電能輸入單元，用于將高壓線路取能線圈在線獲取的交流電輸入到激光器；激光器啟動(dòng)控制，將所述交流電的第一電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽?/p>

電能傳輸單元，用于利用光纖傳輸由激光器輸出的光能到光電轉(zhuǎn)換電池，光電轉(zhuǎn)換電池將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙娔埽?/p>

電能輸出單元，用于輸出由光能轉(zhuǎn)變的第二電能到蓄能電池和在線監(jiān)測(cè)設(shè)備。

上述是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能裝置進(jìn)行詳細(xì)的描述，下面將以一個(gè)實(shí)施例對(duì)基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法的供能流程進(jìn)行詳細(xì)的介紹，請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法中的供能流程的一個(gè)實(shí)施例包括：

與傳統(tǒng)激光供電相比，基于光纖的供電方案具有較大的優(yōu)勢(shì)。電源采用的是高壓線路取能線圈在線取能的方式，在能量的發(fā)射端，交流電經(jīng)過穩(wěn)壓和整流，在激光控制器的作用下，通過光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器將電能高效地轉(zhuǎn)換為光能，提供接收端光電池吸收峰對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的激光，激光器發(fā)出的光束再經(jīng)發(fā)射天線進(jìn)行集中，由光纖定向?qū)⒐饽苕溄拥浇邮斩?，再?jīng)由光電池完成光與電的轉(zhuǎn)換；光電轉(zhuǎn)換后，需要經(jīng)過電壓變換，一路直接供給在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，一路經(jīng)過蓄電池的充電保護(hù)單元，輸出到儲(chǔ)能電池，作能量的備用。

從能量的轉(zhuǎn)換效率上來看，若系統(tǒng)發(fā)射端接收到的功率為P₁，發(fā)射端能量傳遞效率為η₁(包括電光轉(zhuǎn)換與發(fā)射天線的發(fā)射效率)，光纖的能量傳輸效率是η₂，接收端能量傳遞效率是η₃(包括天線的接收效率與光電池的轉(zhuǎn)換效率)，接收到的功率為P₂，則在忽略大功率半導(dǎo)體器件損耗的情況下，整個(gè)系統(tǒng)的能量傳輸效率可以表示為：

因此，為提高能量的傳輸效率，必須要對(duì)經(jīng)上各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇高效的器件，優(yōu)化的控制方法。選擇光電能量轉(zhuǎn)換效率高的太陽能電池以及與之對(duì)應(yīng)的激光波長(zhǎng)段進(jìn)能能量的傳遞，會(huì)大大增加能量的利用率；另外，可選擇光纖耦合輸出的半導(dǎo)體激光器，因其電光轉(zhuǎn)換效率高(可達(dá)到70％左右)，體積小，重量輕，成本低；接收端可采用GaAs光電能量轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到50％，高的轉(zhuǎn)換效率可以降低對(duì)發(fā)射功率的要求。另外，為了提高激光器的能量轉(zhuǎn)換效率，減少其本身的損耗，提高其穩(wěn)定性與可靠性，需要對(duì)其溫度進(jìn)行監(jiān)控，通過調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)良好的溫度特性；在光纖的選擇上，考慮到供電需求與供電距離，可以根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)裝置采用不同的光纖：?jiǎn)文９饫w可以傳送100mW以下的功率，傳輸距離可以達(dá)到數(shù)十公里以上，同時(shí)，可以利用架空輸電線路上已有的單模通信光纖作為能量的傳輸介質(zhì)，以節(jié)省材料成本；雙模光纖可以傳送更大的功率，傳輸距離相對(duì)單模光纖較短，因此，可以因地制宜，在考慮系統(tǒng)成本等因數(shù)的情況下，選擇最合適的光纖來傳遞能量。

為了保證對(duì)設(shè)備的可靠持續(xù)供電，在本系統(tǒng)中，同樣采用了一路備用電源，接收端接到的能量通過電能變換輸出給負(fù)載的同時(shí)，也輸出給蓄電池儲(chǔ)能。與傳統(tǒng)太陽能+蓄電池的方式相比，蓄電池的使用壽命可以得到很大的延長(zhǎng)，太陽能光伏電池只有在白天或者光線足的情況下工作，而在晚上或者其它光線不足的天氣，需要蓄電池來提供能量。而在本發(fā)明中，蓄電池只有在激光供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能工作時(shí)，才會(huì)起動(dòng)備用電源，因此，其使用頻率大大降低，因此，整個(gè)系統(tǒng)的供電可靠性得到提高，后期維修，更換電池的成本會(huì)大大降低。

上述是對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法中的供能流程進(jìn)行詳細(xì)的描述，下面將以另一個(gè)實(shí)施例對(duì)本方法中的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備及安裝方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，請(qǐng)參閱圖5和圖6，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法中在線監(jiān)測(cè)設(shè)備及安裝方法的一個(gè)實(shí)施例包括：

架空輸電線路在線監(jiān)測(cè)裝置，大部分是安裝在鐵塔上，小部分直接懸掛在輸電線上。對(duì)于安裝于鐵塔上的監(jiān)測(cè)設(shè)備，本發(fā)明提出一種新型的光纖傳能的輸送方式。如圖5所示，當(dāng)電源端由線圈取能的方式取得電能后，經(jīng)過電能變換，啟動(dòng)激光器將電能轉(zhuǎn)換為光能之后，耦合到光纖當(dāng)中，光纖直接通過絕緣子的內(nèi)部，再到接收端的光電池，將光能轉(zhuǎn)換為電能，電能變換后，輸出給蓄電池和負(fù)載使用。光纖導(dǎo)光不導(dǎo)電，具有較好的抗外界電磁干擾的作用，并且，因不會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)，也不會(huì)對(duì)絕緣子的絕緣性能產(chǎn)生影響，同時(shí)，絕緣子的內(nèi)部密閉空間對(duì)光纖起到保護(hù)的作用，能夠減少因外界條件變化而產(chǎn)生的額外能量損耗。

圖6給出了整個(gè)系統(tǒng)在桿塔上的安裝示意圖，電能由取能線圈取到能量，經(jīng)處理后由光纖從高壓線路傳送到桿塔上的接收端，再經(jīng)電壓處理等環(huán)節(jié)傳送到在線監(jiān)測(cè)裝置，供其使用。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明提供一種基于光纖的高壓在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供能方法及裝置的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。