1 引言
目前，国内在输电线路在线监测系统的研究大多局限于对总体方案的设计，具体的开发应用较少。这主要是因为要开发这样一套系统涉及到许多技术难题，包括测温精度、通讯可靠行、制定合适的通讯协议、终端设备供电和终端设备抗电磁干扰能力等。高压输电线的电磁环境比较恶劣，会对电子设备形成强大的电磁干扰，因此测温终端需要有很强的抗干扰能力。由于测温终端设备需要挂在输电线接点上，在这样的接点上不能挂接过大过重的物件，这就要求设备需要有较小的体积。输电线分布在野外，而且输电线接点较多，安装维护比较麻烦，给测温终端供电的电源要能持续稳定的提供能量，另外测温终端还需要能在不工作的时候保持较低的功耗，以保证电池能够维持设备长期工作，不能频繁更换设备电池。
自供能技术是通过收集周围环境中各种形式的能量，将其转换为电能，再为传感器等电子设备提供稳定、安全、理论上无寿命限制的供电技术。随着科技的进步，人们对绿色能源的需求不断提高。高压交流输电线路周围具有丰富的电磁场环境，这为电磁场自供能技术的应用提供了先决条件。
2 高压电场能转换成电能的原理
输电线路带有高压交流电时，会在其周围生产交变的电场。且电压越高电场强度就越强。在高压输电线路周围的空间里，距离越近的地方，电场强度越强，反之电场强度越弱。因此，在高压输电线路周围的空间里，不同的地方存在电场强度梯度差（即跨步电压），可以利用这个能量给电子元器件提供电能。
对于高压输电线路电场取能技术来说，其核心工作单元为耦合取能装置部分，即通过取能装置使得高压输电线路产生的高压电场能为耦合取能电源装置的负载端提供电能，从而实现高压电场能转换成电能的过程。
3 微功耗温度传感器设计
要实现将电场能转换成电能，重要的一点是要形成电场强度梯度差。因此，为了能得到一个有足够强度的电场强度梯度差，必须设计一种物理空间结构，在这个物理空间结构中，获得一定的电场强度，并形成足够强度的电场强度梯度差。
本文研制开发在高压电场感应取电条件下的微功耗温度传感器共分为两个部分：电场能集能转换器和电能调理电路。前者利用静电感应将输电线路周围空间电场能转换为电能，通过整流、滤波和稳压等电能调理电路处理后给在线监测传感装置进行供能。
电场能集能转换器能决定外界电场条件下的电能转换能力，是整个自供能装置的基础。但电集能转换器所得到的电能是由外界电场所决定的，其输出电压质量通常并不能满足在线监测装置传感器的供电要求，必须经过电能调理电路整流、稳压等后方能为负载所用。实际集能转换器可收集的空间电场能较少，此外电能调理电路以及集能转换器自身皆存在一定损耗，因此电能调理电路单元设计的关键在于满足基本要求的前提下尽可能的降低元器件的损耗以及提高其传输效率。
将电场能转换成电能，除了要有一个有效的物理空间结构外，还需要有一个巧妙的、高效的电子电路。本文设计一个在多层PCB上将电场强度梯度差转换成电能的电子电路。该电路上将包含电能转换单元、充放电单元、过电压冲击保护单元、电能储存单元。不仅如此，由于温度监测、数据采样、数据处理、无线数据发送等各单元电路中的芯片工作电压不尽相同，因此，在该PCB上还需设计电源电路。
本文研制基于高压电场供电的高压输电线路及导流板在线监测装置，该装置集成了温度监测、数据采样、数据计算、无线数据发送与接收电路设计与开发，从而形成一个真正的无源无线测温传感器。
4 基于高压电场感应取电的输电线路在线测温系统设计
4.1输电线路在线监测系统架构
基于高压电场感应取电的输电线路在线测温系统采用4层网络架构，从底层往上包括：1）传感芯片与数据采集器；2）总线网关；3）监控中心；4）主站。
l 传感器与数据采集器：最底层是分布放置的温度传感器，传感器和待测点直接接触；数据采集器给传感器发送问询信号，温度监测结果返回到数据采集器，从而完成温度数据采集。
l 总线网关：网关通常以一个监控房间为单元，采用一个网关接8个数据采集器的方式。数据采集器通过485协议和网关连接，从而在网关完成多数据采集器的温度信息汇集。
l 监控中心：在监控中心进行输电线路及导流板温度监测数据的汇集，计算机上按照温度监控客户端软件，该软件对总线网关数据进行汇总分析，同时向上级主站上传数据。
l 跨区主站：针对不同监控中心实现温度数据收集、分析等。在主站安装温度监控服务器端软件，针对监控中心上传数据进行建立数据库系统和分析平台，该平台可以通过网络进行远程管理。
4.2监测系统功能
基于高压电场感应取电的输电线路在线测温系统的主要功能包括各温度传感器设备、温度监测各项参数设置、温度信息的远程获取、综合查询分析以及温度预测告警等。根据实际情况，这些应用功能可以作为电力自动化系统的一个功能模块存在（将温度信息通过标准数据接口接入电力自动化系统），也可以单独作为一套电力设备温度监测的主站系统。
5 应用效果
基于高压电场感应取电的输电线路在线测温系统在国网开封供电公司进行了实际应用。通过全面收集和长期积累动态增容、过载性试验及大负荷区段的输电线路重点区域的实时温度资料，为输电线路在设计、运行、维护等方面提供大量真实基础数据。该系统可以替代和辅助巡检人员完成输电线路的巡检工作，通过使用电力综合在线监测装置，能够为高压输电线路提供更全面的数据采集平台，使电网运行的状况更便于识别，以便为后续检修工作的开展提供较好的引导，使高压输电线路监测系统运行的稳定性与质量性得以保障，对提高线路安全运行、线路信息化管理水平和电网经济效益具有重要意义。
6 结束语
本文设计研制出基于高压电场供电的高压输电线路及导流板在线温度监测装置，基于高压电场感应取电的无源无线测温传感器克服了目前产品的缺点，该方法是将高压输电线或者引流板处的高压电场转换成电能，并制作成一体化温度传感器，对高压输电线及引流板进行温度在线测量，最后采用无线方法将测量数据传输出去。该方法无需电源，长期稳定工作，无需人工操作。
基于高压电场供电的高压输电线路及导流板在线温度监测装置的推广应用，能够高效的发现系统故障，规避风险，提高防灾调度运行能力。
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