高压输电线路共享资源分析及共享铁塔供电技术方案探讨

高压输电线路共享资源分析及共享铁塔供电技术方案探讨

李鑫

山陕西省电力设计院 陕西 西安 710054

摘要：共享经济最早由美国德克萨斯州立大学社会学教授MarcusFelson和伊利诺伊大学社会学教授JoelSpaeth于1978年提出，一般是指以获得一定报酬为主要目的，基于陌生人之间且存在物品使用权暂时转移的一种新的经济模式。共享经济主要包括一个由第三方创建的、以信息技术为基础的市场平台，这个第三方可以是商业机构、组织或者政府。个体借助这些平台交换闲置物品，分享自己的知识经验，或者向企业、某个创新项目筹集资金等，这也是共享经济的最大特点———淡化所有权，突出使用权。近年来，共享经济在我国的发展如火如荼。从最初的交通、空间、物流仓储领域到如今的教育、基础设施、城市建设等领域，共享经济已经逐渐渗透到社会的方方面面，为国民经济的发展开创了新的增长点。

关键词：输电线路资源共享；可共享属性；电源属性

引言

铁塔是架空输电线路的最基本组成元件之一，220kV线路架线工程投资占本体投资约35%左右，110kV线路架线工程投资占本体投资约30%左右，它对线路的输送容量、传输性能、环境保护，以及基础、绝缘子和金具等各方面的技术经济指标起着决定性影响。而通信铁塔则是无线通信系统的重要组成部分，一般把通讯天线安置到最高点以增加服务半径，以达到理想的通信效果，通信天线必须由通讯塔来增加高度，通信塔在通信网络中起了重要作用。

1输电线路铁塔电源属性及取电技术

电的用处十分广泛，方便快捷地获得稳定优质的电源是非常重要的。然而，受种种条件限制，优质电源并不容易获得，尤其是远离城乡的山野间。而电力铁塔作为输电线路的支撑，往往沿路、沿河等在山野间分布，因此输电线路铁塔具有极佳的电源属性，可以直接从其承载的输电线路导地线上取电。现有输电线路直接取电主要有以下4种方式：（1）静电感应取电在高压架空线路的导线周围分布着由线路电荷感生出的库伦电场，库伦电场沿电场方向是存在电位差的，若能够通过负载连接空间中不同电位的两点，则可以实现取电。（2）电流互感器取电交流输电线路周围的磁场可以认为仅由导线中的电流产生，是准静态磁场。由电磁感应定律可知，工频时变磁场与线圈交链，线圈两端可以产生感生电动势，方向符合右手螺旋定则，将负载接入线圈两端即可实现取电。磁芯与线圈部分共同组成母线式TA（电流互感器）或罗氏线圈。（3）地线涡旋电场取电交流输电线路导线周围的磁场除了能够与外接取电线圈产生交链之外，还可以与地线所构成的回路构成交链，在时变磁场的作用下，同样会产生感应电动势，从而可以外接负载取电。导线电流产生的磁场分别与铁塔-OPGW（光纤复合架空地线）-铁塔构成的回路和地线-OPGW构成的回路交链，分别在环路1和环路2产生电流。在环路1中，通过将负载串接入OPGW中，可以实现取电。由于OPGW是连续的，一般只能在光缆接续处接入负载。上述3种取电方式的共同特点是功率小，仅能满足一些线路监测装备的用电需求；而且由于输电线路一般输送高电压，上述取电方式并不适合为低压设备供电。因此如何输出低压大功率优质电能便成为一个难题，只有解决了这个难题，才能充分利用铁塔的电源属性。（4）功率型单相变压器取电文献介绍了一种特殊设计的变压器———功率型单相变压器。该变压器可直接连接高压线路，输出大功率低压电，从而为设备供电，并具有铁磁谐振抗扰性优异、对过电压不敏感、浪涌电流低和防爆性能优异等特点。更为关键的是，该变压器输出功率最高可达167kW。该变压器一般应用在各种变电站，可以提供额外的设备用电，取代了一般的变压器和柴油发电机，适用于那些无法连接到配电网的偏远变电站，例如在一些领土广阔并且人口密集度比较低的国家，利用这种变压器是非常方便的。另一种典型应用是为远程工业用户（如矿井、泵站等）供电，在这种情况下，通过建立一个轻量级的站点，就可以确保一个经济、稳定和可靠的电源供应。若将该变压器直接应用于高压输电线路，便完全可以依托电力铁塔，成为一个可辐射周边地区的可靠电源，不仅可以为架设于电力铁塔上的大功率设备供电，还可以在路边建立充电桩，充分共享线路的电源属性。结合现有输电线路直接取电方法及上述功率型单相变压器直接取电方法，电力铁塔的电源属性可以得到充分利用。

2“共享铁塔”的实现及应用

电力铁塔上架设5G通信基站能够充分共享铁塔的地理位置属性、支架属性、防雷接地属性，但基站的大功率供电问题急需解决。共享电力铁塔上5G基站的供电方式需要满足电源输出功率不受电网电流波动和环境变化的影响，并能够保证稳定的电能输出，还要尽量做到体积小、重量轻、安全环保和易于安装。本文以5G有源天线单元供电电压需求48V、整座5G基站功率需求6kW为例，若考虑4家5G通信运营商（移动、联通、电信、广电）同时架设，每家运营商设置3副天线，且保留一定的功率裕量，则取电方案需满足80kW的供电功率需求。国家电网输电铁塔遍布全国，在运架空输电线路940000km、杆塔291万基，尤其在东部地区，分布密度较高，同时中国铁塔在运通信基站近250万座，而且未来5G基站数量将是4G的数倍，国家电网拥有巨大规模的杆塔资源，相当一部分可满足通信设备挂载要求。“共享铁塔”不仅能满足5G网络部署要求，加速电信网络广覆盖、快覆盖，有利于国有资产保值增值和放大功能，有效减少新增通信铁塔占用土地资源，符合绿色发展、协调发展理念，具有良好的经济和社会效益。

3“共享铁塔”应用实例

电力塔与通信基础设施共享在国外已有多起成功运行的案列，以国外案例为例，看看这些合体基站。在日本，与电力公司共享铁塔已成为运营商的重大战略之一，不久前，日本新诞生的第四大移动运营商“乐天移动通信”过高调宣布与电力公司深度合作，以加速新建网络部署，提高资本投资效率.当共享铁塔位于配电网供电半径之外时，将大功率单相变压器从高压输电线路直接取电方式以及光伏和蓄电池组合供电进行并联，共同为基站供电。单相变压器直接从线路取电作为主要电源为通信基站供电；光伏与蓄电池的组合作为后备电源为基站供电。两者优势互补，可以保证整座基站稳定用电。

结语

近年来随着电网完善发展，输电线路形成了纵横相交、分布广泛、层次分明的电网通道，这种布局为通信运营商提供了便利的电力杆塔资源。通过在铁塔上挂载传感器、气象检测仪、监控摄像头、户外广告等，实现一塔多用、社会化共享。典型业务有环境监测、气象监测、平安监控、路灯照明等，典型行业包括环保、地震、公安、农/林业、气象、军队、海事、铁路、民航、广电网络等。电力塔和通信塔开放共享，将对推动电力和通信基础设施协调发展带来数项重大利好:利用密布全国的电力杆塔用于通信建设，可促进电信网络广覆盖、快覆盖，有力支撑“网络强国”战略实施，支撑4G网络覆盖和5G网络部署；推动形成电力和通信企业共建共享合作模式，可以促进电网企业盘活资源，提高效益，有利于国有资产保值增值和放大功能；有效减少新增通信铁塔基站占用土地资源，将为践行绿色发展、协调发展理念树立样板。

参考文献

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[2]侯长林.共享经济的商业模式研究[D].郑州：中原工学院，2018.

[3]高琦.我国共享经济的发展和培育现状及问题研究[J].辽宁行政学院学报，2018，20（6）:39-44.