王永浩 張小華 湯偉

引言

在線采集、監(jiān)測(cè)與控制設(shè)備是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，而輸電線路由于分部廣、供電距離長(zhǎng)[1]，導(dǎo)致在線設(shè)備的控制電源布置困難，供電可靠性難以保證[2-4]。文獻(xiàn)中利用高壓輸電線路的強(qiáng)電磁環(huán)境，利用磁電轉(zhuǎn)換對(duì)在線設(shè)備進(jìn)行供電，一方面可降低電源布置成本，另一方面可保證在線設(shè)備供電可靠性，對(duì)于提高輸電線路自動(dòng)化水平具有重要意義。

1、最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BTmax計(jì)算

交流輸電線路感應(yīng)磁場(chǎng)為工頻磁場(chǎng)，所以線圈在BTmax處有最大感應(yīng)電流[5]，這樣，求取BTmax及其坐標(biāo)對(duì)于研究感應(yīng)電流大小極為重要。

1.1.1帶弧垂導(dǎo)線的等效

不影響算法精度，將帶弧垂導(dǎo)線等效成多個(gè)載流線段進(jìn)行計(jì)算。為減小計(jì)算量，利用每檔對(duì)稱的特點(diǎn)，對(duì)O點(diǎn)和T點(diǎn)附近BT的計(jì)算分別建模[6]。等效模型如圖1所示。

圖1 兩種計(jì)算方式下導(dǎo)線弧垂的分段等效

1.1.2模擬電流的計(jì)算

由畢奧—薩伐爾定律計(jì)算得到電流元Idy在任意點(diǎn)P產(chǎn)生的磁位為

（1）

積分即得到有限長(zhǎng)載流導(dǎo)線在P點(diǎn)產(chǎn)生的磁位。再對(duì)所有載流導(dǎo)線的磁位進(jìn)行疊加可得P點(diǎn)磁位為

（2）

進(jìn)而得到模擬電流I1～I(xiàn)42的求解矩陣

（3）

1.2求取最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BTmax

在得到所有的模擬電流后，利用疊加原理計(jì)算得到任意點(diǎn)Q（x，y，z）處的磁感應(yīng)強(qiáng)度BT為

（4）

得到任意點(diǎn)的次感應(yīng)強(qiáng)度BT后，即可得到最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BTmax及其坐標(biāo)。

2、輸電線路模型搭建

文中使用SES公司開(kāi)發(fā)的CDEGS軟件包進(jìn)行輸電線路模型的建立，如圖2。

圖2 輸電線路仿真模型

3、仿真計(jì)算

3.1無(wú)源設(shè)備形狀對(duì)感應(yīng)電流的影響

將線圈中心固定在BTmax的坐標(biāo)位置處，對(duì)正3～36邊形線圈中感應(yīng)電流的變化情況進(jìn)行研究，得到感應(yīng)電流I與線圈邊數(shù)n的關(guān)系如圖3。

圖3 感應(yīng)電流I與線圈邊數(shù)n的關(guān)系

3.2線圈匝數(shù)的影響

保持線圈中心位置不變，在11≤x≤13范圍內(nèi)建立軸線YOZ平面的N匝標(biāo)準(zhǔn)線圈。I與N的關(guān)系如圖4。（最大匝數(shù)為26匝）

圖4 感應(yīng)電流I與匝數(shù)N的關(guān)系

3.3匝間相對(duì)位置的影響

對(duì)線圈中每匝所在位置的磁感方向進(jìn)行計(jì)算，并使每匝與對(duì)應(yīng)位置的磁感方向垂直，得到BT方向角見(jiàn)表1。

表1 線圈位置與BT方向的關(guān)系

按照對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度，將每匝都建立在與BT垂直的方向上，得到N匝異形線圈。

對(duì)優(yōu)化得到的異形多匝線圈進(jìn)行仿真得到感應(yīng)電流I2= 0.71A，與標(biāo)準(zhǔn)線圈相比較，功率增量和增量百分比η分別為

（6）

結(jié)論

文章研究了線圈半徑、電阻率、邊數(shù)與匝數(shù)及相鄰匝間的相對(duì)位置對(duì)感應(yīng)電流的影響，通過(guò)討論可以得到，對(duì)于直線檔輸電線路周邊產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，面積S一定時(shí)，無(wú)源設(shè)備越趨于圓形、線圈的匝數(shù)越多則可得到越大的感應(yīng)能量，而在S、R、r、n、N一定時(shí)，通過(guò)改變?cè)验g的相對(duì)位置對(duì)感應(yīng)能量的取得也有很大的影響。這對(duì)于指導(dǎo)如何在直線檔輸電線路中利用無(wú)源設(shè)備取得最大的感應(yīng)電能具有較大的實(shí)際意義。

作者簡(jiǎn)介

第一作者：王永浩，1976年生，男，湖北嘉魚(yú)人，2008年6月畢業(yè)于湖北大學(xué)文學(xué)院漢語(yǔ)言文學(xué)專業(yè)，本科，副高級(jí)政工師。