高压架空输电线路是电力系统的动脉,为保证其安全运行,需要对其实施在线监测以及时反映运行状况。如何为在线监测设备提供安全可靠的电源是保证有效监测的核心问题。目前输电线路在线监测的设备电源多通过采集太阳能供电,易受天气等因素影响,输出功率变化较大,需要蓄电池配合为负载供电。蓄电池寿命受到充放电次数限制,需要定期更换,维护成本高,且在极端气象条件如长期阴雨情况下,其存储电能耗尽后将无法得到及时补充。因此,如何为在线监测设备提供稳定、可靠的电源,已经成为制约输电线路在线监测技术发展的瓶颈之一。本文针对交流输电线路杆塔侧空间电场能采集方法开展研究,包括电容分压式电场能采集方法,空间电场能谐振采集方法,并开展电场能采集实验及交流输电线路杆塔侧电场能采集方法的应用研究,主要研究内容如下:(1)以500kV双回干字型输电杆塔为对象,建立了杆塔空间电场分布仿真分析模型,研究杆塔空间内电场分布情况,探索分析电场能采集器的最佳安装位置。针对上下极板具有不同宽度、上极板分割且不同间隔情况下的平行板电容器,研究边缘效应对其电容值的影响,并利用边缘效应提出了栅状电场能采集器的设计结构。(2)提出交流输电线路杆塔侧电场能分压式采集方法,建立电容分压式电场能采集的静电场求解模型和电路分析模型,分析电场能采集器与导线之间寄生电容值以及负载阻值对电场能采集效果的影响。从理论分析、电路仿真及实验研究论证开关在电场能采集中作用的局限性,并设计了瞬时能量释放电路实现电容分压式电场能采集,实现了对负载间歇供电。(3)提出交流输电线路杆塔侧电场能谐振式采集方法,建立杆塔侧电场能谐振采集电路模型,推导了采集功率表达式及功率极值的条件,提出用谐振系数定义电场能谐振采集系统的工作状态,以反映其谐振程度。理论分析了空间电场谐振换能器励磁阻抗随电压变化特性,给出了谐振换能器励磁阻抗在原边承受不同电压时的线性插值算法。对谐振换能器开展了优化设计,给出了包括铁心材料选择、尺寸设计、空载损耗控制,绕组匝电势及匝数计算、绕组分布电容限制的设计方法。(4)设计了空间电场能谐振采集实验平台,并试制了空间电场谐振换能器,实验验证了谐振换能器励磁阻抗变化特性,负载功率因数对功率采集的影响,对比分析采集功率的实验值与理论计算值的偏差,引入修正系数ρ对模型功率表达式进行了修正。实验对比了栅状电场能采集器与平板采集器的采集效果,实验中发现流经谐振换能器原边电流的FFT变换后只存在奇次项谐波,建立了薄层电容分析模型分析了该实验现象的机理。(5)提出基于杆塔侧电场能采集的输电线路在线监测装置电源方案,包括空间电场谐振换能器额定电压选择和并列运行条件,谐振换能器过电压防护,基于超级电容的电场能存储和释放方法;实验研究了电晕放电、环境温度对电场能采集影响。