1 引言
输电线路在线监测是指安装在输电线路设备上可实时记录表征设备运行状态特征量的测量、传输和诊断系统，是实现输电线路状态检修的重要手段。通过对输电线路状态监测参数的分析，可及时判断输电线路故障并提出事故预警方案，便于及时采取措施，降低输电线路事故发生的可能性。
输电线路在线监测技术在得到快速发展和应用的同时，经实践表明，电源问题已成为制约其发展的瓶颈。由于采集信号的传感器以及信号发送单元等都在架空输电线路周围，电源工作在野外，需要长期免维护，普通电源无法满足其稳定性和可靠性的高要求。因此开发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，将其用于输电线路在线监测与故障诊断，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，具有重要的探索意义和实用价值。
2 基于电场感应的自取能技术
带电体带有高压交流电时，会在其周围生产交变的电场。且电压越高电场强度就越强。在带电体周围的空间里，距离带电体越近的地方，电场强度越强，反之电场强度越弱。因此，在带电体周围的空间里，不同的地方存在电场强度梯度差。这个电场强度梯度差可以将行走的水牛电击致死（即跨步电压），则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。
从高压电场取能装置的功能来看，可以把取能装置等效为变压器，它的取能侧由交流电流进行控制。同时为了简化计算，取能侧设定为只有 1 匝绕组。故可得出取能装置空载等效模型如图1所示。
图1 取能装置等效空载模型
根据变压器有关理论，在取能端输入的交流电流为正弦时，取能装置负载端所感应的电压有效值为
式中：E2为取能装置在取能端输入电流为正弦时，负载端感应电动势的有效值；f 为频率，此处为 50Hz；N2为取能装置负载端的匝数；Ф为磁通量，根据电磁学理论可知：
式中：B 为取能装置当中的磁感应强度；S 为铁芯的有效截面积；λ 为铁芯叠片系数。由安培环路定律可得到：
式中：H为磁感应强度 B 所对应的磁场强度，一般情况下有 
BH ；l 为装置当中磁路的平均长度；IE为取能装置的励磁电流。因为此时取能装置负载端并未连接任何负载，同时又由于取能装置是直接连接于架空地线上，所以取能装置的励磁电流 IE可以近似为架空地线上的电流 I1 ；μ0为真空磁导率常数；μr为装置材料的相对磁导率系数。
3 基于温度监测数据的输电线载流量计算方法
稳态和暂态运行下高压输电线载流量的计算方法是高压输电线路导线温度在线监测系统的理论基础。
（1）稳态运行时载流量计算方法
对导线载流量有影响因素有导线类型、导线吸热系数和辐射系数、导线截面积、电阻、导线允许最高温度、环境气象条件日照强度、环境温度、风速等。导线在没有电流通过时,其温度与周围介质相等当流经电流时,导线内部将产生热量,其中一部分散失到四周,引起周围介质的温升,另一部分使导线自身温度升高。热量的分布是一个动态平衡的过程,当从一个平衡状态过渡到另一个新的平衡状态后,导线自身温度到达稳态温度。热平衡方程如公式（2-4）所示
式中Pr——导线的辐射散热，W/m；
Pc——导线的对流散热，W/m；
Ps——导线的日照吸热，W/m；
I2RT——电流产生的热量,RT为工作温度下的导体单位长度交流电阻
。
根据上式可分析得出导线稳态运行达到允许温升是的载流量的计算公式如下：
（2）暂态运行时载流量计算方法
导线从传输一个电流值使导体温度处于稳态过渡到传输另一个电流值到达另一个稳态需要一个过程,即暂态过程。稳态运行是指导线在施加连续恒定负荷条件下其发热处于稳定状态,而暂态运行则是指从一个热稳态过渡到另一个热稳态的过程。由导线暂态运行时的温度变化导出载流量计算公式,对研究导线的实际运行有着重要意义。
影响导线暂态运行载流量计算的因素除了导线本身结构和气象条件外,还要考虑施加负荷的方式（短时负荷、周期性断续负荷）和负荷持续时间。
短时过负荷电流由式（2-6）给出：
上式中，In——导线额定电流，A；
I0——在施加短时负荷前的电流，A；
x——预负荷系数，x=I0/In；
t——短时负荷运行时间，min；
t——导线热时间常数，min。
4 输电线路及导流板在线监测系统
4.1 系统原理及基本结构
本系统可分为前端无线测温装置与数据监控终端，后端数据管理软件，后台软件基于B/S架构，遵循模块化编程思想，便于数据查看和功能扩展。系统结构示意图如下图所示：
图1 系统组成示意图
4.2 智能测温装置
本测温装置是能够在强电磁场、大电流及高温下长期稳定工作的无源无线温度传感器。采用超低功耗设计、微电磁能量收集技术，无需电池、射频通讯、CRC校验等技术，具有绿色环保、免维护、电气隔离彻底、安装方便、抗干扰能力强、工作可靠、体积小巧等特点，能很好的解决高空、高电压状态下的温度测量问题。实时将采集到的温度通过射频通讯，传输到监控终端上，实现不间断的、准确的自动化监测。
根据电学原理（法拉第法则），对电磁场进行割切，就会感应出电荷，现在的电磁场是按工频作正弦规律变化的，对以一定方式放置在此电磁场内的金属导体就会存在割切，就会感应产生电能，这就是感应取能的基本原理。本文研究的输电线路和线夹温度探测部分由于安装在导线上和线夹连接处，无法采用市电或太阳能供电，所以就采用感应取能方式解决探测部分的供电问题。
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。热电阻的测温原理与热电偶的测温原理不同的是，热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。
4.3 无线传输技术
本文设计的输电线路在线监测系统温度探测部分到数据处理部分采用433M/2.4G/Zigbee传输，而数据处理部分到数据管理系统采用4G传输，通过两种通信方式的结合，有效保障数据的实时、稳定传输。
4.4 数据管理系统
前端数据经过压缩处理传输到数据管理平台，数据管理平台可实时反馈前端温度数据情况，并通过文字、图片和曲线的形式显示出来，同时还可设置告警阈值，当超过预先设置的数值可进行本地告警。
后台服务可部署在监控中心机房、私有云端服务器或能提供固定IP的PC上。监控服务运行后，通过Internet获得数据监控终端数据，对线夹温度等状态参数进行数据存储、显示、统计报表并结合环境温度等参数进行分析，完成多参数预警功能。
5结束语
输电线路在长期运行中，由于缺陷、故障较多，而目前电网检修运行方式无法有效实现提前预判设备故障，状态检修工作实施困难，以致易出现因线路某一个接点故障扩大为范围故障，存在较大的线路安全运行隐患和供电可靠性。
本文针对高压输电线路及导流板在线温度监测装置的研制技术展开研究，实现了对输电线路导线温度的实时在线监测。根据输电线路及导流板在线温度监测装置的温度检测实时数据，为电网公司全面把握输电线路运行性能提供科学指导，为电网公司在调度运行优化提供技术支撑。本系统的应用对及时发现电力设备故障隐患、预防供电事故、保证安全供电起到了很好的作用，可靠性、安全性高，具有良好的实用推广价值。
参考文献：
[1] 熊兰，何友忠，宋道军，等．输变电线路在线监测设备供电电源的设计［J］．高电压技术，2010，36（9）：2252－2257．
[2]陈强，李庆民，丛浩熹，等．高压开关设备触头温度监测技术研究进展［J］．高压电器，2015，51（9）：146－153．
[3]张露．电力电缆测温系统取能电源设计研究［D］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012．
[4]程志明，孙辉，孟子玉，等．自取能自触发式晶闸管过压保护电路［J］．电气传动2020,50（1）：100－103．