УСТРОЙСТВО ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
TECHNICAL STATE ON-LINE MONITORING DEVICE FOR HIGH-VOLTAGE TRANSMISSION LINES

Изобретение относится к техническому обслуживанию высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) и может быть использовано для определения пролетов ЛЭП с местом обрыва или замыкания проводов ЛЭП на землю, а так же определения пролетов ЛЭП с обледенением и налипанием на них снега.
Известно устройство для контроля электроэнергетических систем (RU 2143165, МПК H02J 13/00, G01R 15/06, 1999), которое содержит подключенный к высоковольтной сети высоковольтный измерительный модуль, включающий в себя магнитно-связанный с высоковольтной сетью пассивный преобразователь сетевого тока с резисторной нагрузкой и/или электрически связанный с высоковольтной сетью пассивный преобразователь сетевого напряжения. Высоковольтный измерительный модуль дополнительно содержит блок вторичного электропитания с периодически заменяемым аккумулятором, включающий выпрямительный мост, стабилитрон и диод, к которому подключены магнитно-связанный с высоковольтной сетью низковольтный питающий трансформатор тока и/или электрически связанный с высоковольтной сетью и включенный в цепь пассивного преобразователя сетевого напряжения низковольтный питающий трансформатор напряжения, активный преобразователь сигналов измерительной информации на основе микропроцессора, соединенный с пассивным преобразователем сетевого тока и/или пассивным преобразователем сетевого напряжения и блоком вторичного электропитания и имеющий радиочастотный и/или оптический выходы для преобразованных сигналов измерительной информации.
Недостатками устройства являются использование низковольтного питающего трансформатора напряжения с заземленным выводом, что увеличивает стоимость устройства и понижает надежность его функционирования, необходимость создания и эксплуатации системы высокочастотной связи для передачи на пункт сбора измерительной информации, а также использование периодически заменяемых аккумуляторов в блоке питания.
Задачей изобретения является создание простого и надежного устройства, обеспечивающего оперативное и достаточно точное определение места обрыва высоковольтных линий электропередач, их состояния и характеристик.
Технический результат - повышение точности и надежности устройства, повышение его информативности.
Технический результат достигается за счет того, что устройство мониторинга технического состояния высоковольтной линии электропередачи содержит по меньшей мере один акселерометр, установленный на каждой фазе линии электропередачи между двумя опорами, снабженный блоком питания и связанный с микропроцессором, соединенным с приемопередатчиком, предназначенным для связи с диспетчерским пультом.
Частным существенным признаком является то, что устройство снабжено датчиком температуры и датчиком влажности, каждый из которых связан с соответствующим дополнительным входом микропроцессора, формирующего информацию о начале образованиия льда на проводах.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
на фиг.1 - общий вид размещения акселерометров и датчиков температуры и влажности,
на фиг.2 - общий вид размещения акселерометров (А) и случай обрыва провода,
на фиг.3 - блок-схема устройства,
на фиг.4 - примеры выполнения акселерометра с емкостным датчиком ускорения,
на фиг.5 - примеры выполнения акселерометра с пьезоэлектрическим датчиком ускорения,
на фиг.6 - пример выполнения блока питания для электронной схемы устройства.
Предлагаемое устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных линий электропередач предназначено для мониторинга состояния высоковольтных линий от 1000 В до 750 кВ.
Для оперативного определения места обрыва высоковольтных линий электропередач в каждом пролете ЛЭП между опорами 4 (Фиг.1 и 2) на проводах фаз А, В и С закрепляются датчики положения провода - акселерометры 3 (Фиг.2). Каждому акселерометру присваивается свой адрес, определяющий место положения пролета 1 (Фиг.1) ЛЭП и его координаты в условных единицах или в формате системы GPS или Глонасс.
Принцип работы электронной схемы устройства (Фиг.3) заключается в следующем.
Выходные сигналы от датчика ускорения (акселерометра, например, MMA3202D) 8 (Фиг.3) поступают на соответствующие входы управляющего процессора 5 (Фиг.3), например микропроцессора Atmega 2560-16AU, где информация обрабатывается и поступает в приемопередатчик 6 (Фиг.3) и далее по радиоканалу последовательно от блока к блоку передается на пульт диспетчера 2 (Фиг.1).
Для замера температуры и определения начала налипания снега или образования льда на проводах при температурах близких к 0°С служат термодатчик 11 (Фиг.3) (например, HEL776-A-T-1) 8, электронная схема замера температуры 10 (Фиг.3) и датчик влажности 9 (Фиг.3) (например, датчик дождя TSW01). Информация о начале образования льда на проводах также обрабатывается управляющим микропроцессором 5 (Фиг.3) и далее передается на пульт диспетчера 2 (Фиг.1)
Выходные сигналы от датчика ускорения (акселерометра) 8 (Фиг.3), пропорциональные амплитуде раскачивания проводов, поступают на соответствующие входы микропроцессора 5 (Фиг.3). В микропроцессоре сигналы сравниваются с заложенными заранее в программу величинами в соответствии с установленным алгоритмом. Например, если механическое воздействие на провод вызывает по оси X колебание проводов до какой-то величины N см, то микропроцессор выдает на пульт управления диспетчера команду о нормальных амплитудах. Если эти амплитуды больше заданного значения N+n см, то выдается команда о завышенных амплитудах с указанием адреса пролета ЛЭП и т.д. Если происходит обрыв проводов ((Фиг.2) или их провисание по оси Y, то по такому же принципу микропроцессор 5 (Фиг.3) передает на пульт диспетчера информацию о происшедшем событии. Например, если температура окружающей среды находится в пределах 0°C и датчик влажности 9 (Фиг.3) фиксирует наличие осадков (дождь, снег, туман), и при этом имеет место провисание проводов, то это говорит о возможном налипании снега на проводах или их обледенении, что и передается на пульт диспетчера 2 (Фиг.1).
При обрыве провода (Фиг.2) фиксируется резкое изменение угла наклона провода и также передается информация на пульт диспетчера 2 (Фиг.1), независимо от температуры окружающей среды и наличия осадков.
Питание электронных схем осуществляется от блока питания 7 (Фиг.3).
Датчики ускорений 8 (Фиг.3) преобразуют приложенное к датчику статическое или динамическое ускорение в какой-ибо электрический сигнал или электрический параметр (С, Uвых). Примером таких датчиков могут служить емкостные и пьезоэлектрические датчики ускорений (Фиг.4 и Фиг.5). При воздействии ускорения на емкостной датчик (Фиг.4) происходит смещение чувствительного элемента за счет инерции массы (m) 13 (Фиг.4), что приводит к соответствующему изменению емкости конденсаторов C1 и C2 12 (Фиг.4) емкостного датчика ускорения, а также за счет смещения массы (m) 15 (Фиг.5) происходит изгиб пьезоэлемента 14 и изменение выходного напряжения Uвых пьезоэлектрического датчика.
Далее выходные сигналы датчиков преобразуются микропроцессорными устройствами и могут применяться для определения наклона, движения, вибрации, удара и других параметров, необходимых для контроля состояния тех или иных объектов, в том числе и проводов ЛЭП.
При обрыве одного или даже двух проводов и прекращении работы устройств положения передача информации на пульт диспетчера 2 (Фиг.1) от других акселерометров продолжает поступать через приемопередатчики, работающие на оставшихся фазах.
Питание электронной схемы устройства осуществляется блоком питания (Фиг.6), который работает при протекании тока по проводам ЛЭП. Пример выполнения блока питания представлен на Фиг.6. На высоковольтный провод ЛЭП 16 (Фиг.6) устанавливается магнитопровод 17 (Фиг.6) с катушкой трансформатора 18 (Фиг.6), первичной обмоткой которого является высоковольтный провод 16 (Фиг.6), а вторичной катушка трансформатора 14 (Фиг.6). При протекании тока по высоковольтному проводу на вторичной обмотке трансформатора наводится ЭДС, достаточная для питания электронных схем. При больших значениях тока, протекающего по высоковольтному проводу 16 (Фиг.6), магнитопровод 17 (Фиг.6) трансформатора насыщается, а напряжение на вторичной обмотке увеличивается незначительно.
В случае обрыва линий электропередач блок питания 7 (Фиг.3) способен обеспечить передачу информации в течение некоторого времени, используя накопленный конденсаторами большой емкости заряд энергии, при этом батареек или аккумуляторов для питания устройства в процессе эксплуатации не требуется (применение батареек возможно только в процессе наладки).
Таким образом, предлагаемое устройство мониторинга технического состояния высоковольтной линии электропередачи может контролировать и передавать информацию на пульт диспетчера по следующим параметрам и возможным событиям:
оперативное определение места обрыва высоковольтных линий электропередач в каждом пролете и на каждой фазе проводов А, В и С;
- определение величины раскачивания проводов при воздействии на них ветра;
- определение пролетов ЛЭП с обледенением и налипанием на них снега;
- определение места механического воздействия на провода, вызванного падением на них деревьев и других предметов;
- контроль температуры проводов ЛЭП, вызванной изменением токовых нагрузок в системе, а также разогрева проводов, вызванного токами при борьбе с обледенением и налипанием на них снега:
- оределение места короткого замыкания (КЗ) проводов и его характеристика (КЗ фазы на землю, междуфазное КЗ и.т.д.);
- определение других величин механических воздействий на провода ЛЭП, вызванных природными явлениями.