ИЗОЛЯТОР С МОДУЛЕМ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
INSULATOR WITH OVERHEAD POWER LINE REMOTE MONITORING MODULE

Изобретение относится к электротехнике, в частности к конструкциям высоковольтных изоляторов, применяемых в условиях высоких механических нагрузок в высоковольтных линиях электропередач.
Известен изолятор, содержащий цилиндрический несущий стержень с коническими хвостовиками, оконцеватели и втулки, на которые дополнительно установлены муфты, внутренние поверхности муфт и втулок выполнены в виде усеченных конусов, которые соединены с коническими хвостовиками стержня и обращены большими основаниями к концам стержня (Патент РФ №2115183, МПК Н01В 17/00, опубл. 10.07.1998 г.).
Недостаток устройства состоит в отсутствии возможности мониторинга воздушной линии электропередач и передачи данных для принятия оперативных решений.
Известен изолятор, содержащий механопрочный стержень из полимера, охваченный защитной оболочкой и армированный металлическими токонесущими оконцевателями, выполненными в форме стакана (Патент РФ №2262760, МПК Н01В 17/02, опубл. 20.10.2005).
Недостаток известного устройства состоит в отсутствии возможности мониторинга воздушной линии электропередач при обледенении проводов, «пляске» и обрыве проводов, что снижает функциональные возможности устройства.
Известен изолятор, содержащий изоляционный стержень, облицованный трекингозащитными ребрами, установленными на его внешней цилиндрической поверхности, на торцах изоляционного стержня установлены оконцеватели в виде кольца, состоящего из двух дуг, соединенных прямолинейными участками, на дуге кольца каждого оконцевателя изнутри установлены верхняя и нижняя металлические накладки (Патент РФ №2320042, МПК Н01В 17/02, опубл. 20.03.2008).
Недостаток устройства состоит в отсутствии функциональных возможностей обеспечения мониторинга воздушной линии электропередач и оперативной передачи данных при обледенении, «пляске» и вибрации проводов.
Наиболее близким является устройство, содержащее тензометрический датчик измерения усилия в вертикальной плоскости, последовательно соединенные разъемный трансформатор, установленный на проводе воздушной линии электропередач, выпрямитель питания, ограничитель напряжения, сглаживающий фильтр, стабилизатор питания, задатчик наибольшего допустимого значения тока в проводе воздушной линии через первый вход блока сравнения допустимого значения тока соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач, выпрямитель питания соединен со вторым входом блока сравнения допустимого значения тока входом блока памяти переменных, выход которого соединен с блоком передачи данных по сети сотовой и радиосвязи и антенной, задатчики наибольшей и наименьшей допустимых механических нагрузок через первые входы первого и второго блоков сравнения механической нагрузки соединены с блоком инициализации аварийных и циклических передач, задатчик циклов передач соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач, выход которого соединен с блоком передачи данных по сети сотовой и радиосвязи с антенной (Патент РФ №2713472, МПК Н01В 17/02, опубл. 05.02.2020).
Недостаток устройства состоит в отсутствии функциональных возможностей фиксации проявления частоты колебаний провода, соответствующей наличию обледенения, фиксации «пляски» и вибрации провода с оценкой интегрированной накопленной усталости в проводе с передачей рассчитанных параметров в диспетчерский пункт электросетевой компании.
Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей фиксации проявления частоты колебаний провода, соответствующей наличию обледенения, фиксации «пляски» и вибрации провода с оценкой интегрированной накопленной усталости в проводе и передачей рассчитанных параметров в диспетчерский пункт электросетевой компании.
Указанный технический результат достигается тем, что в изолятор с модулем дистанционного мониторинга воздушной линии электропередач, содержащий тензометрический датчик измерения усилия в вертикальной плоскости, последовательно соединенные разъемный трансформатор, установленный на проводе воздушной линии электропередач, выпрямитель питания, ограничитель напряжения, сглаживающий фильтр, стабилизатор питания, задатчик наибольшего допустимого значения тока в проводе воздушной линии через первый вход блока сравнения допустимого значения тока соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач, выпрямитель питания соединен со вторым входом блока сравнения допустимого значения тока входом блока памяти переменных, выход которого соединен с блоком передачи данных по сети сотовой и радиосвязи и антенной, задатчики наибольшей и наименьшей допустимых механических нагрузок через первые входы первого и второго блоков сравнения механической нагрузки соединены с блоком инициализации аварийных и циклических передач, задатчик циклов передач соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач, выход которого соединен с блоком передачи данных по сети сотовой и радиосвязи с антенной дополнительно введены блок выделения постоянной составляющей механической нагрузки на изолятор, блок фильтрации колебаний провода при обледенении, блок выделения «пляски» провода, блок выделения вибрации провода, первые, вторые и третьи выпрямители и блоки сглаживания, задатчик определения обледенения провода, задатчик определения «пляски» провода, задатчик определения вибрации провода, блоки сравнения обледенения провода, «пляски» провода, вибрации провода, первый, второй, третий и четвертый масштабирующие усилители, сумматор обледенения, интегральный задатчик обледенения, интегральный блок сравнения обледенения, интегратор «пляски» провода, интегратор вибрации провода, память накопленной усталости при «пляске» провода, память накопленной усталости при вибрации провода, сумматор накопленной усталости, таймер сброса интеграторов, блок настроек частот обледенения, «пляски» и вибрации проводов, выход тензометрического датчика измерения усилия в вертикальной плоскости соединен со входами блоков выделения постоянной составляющей механической нагрузки на изолятор, фильтрации колебаний провода при обледенении, выделения «пляски» провода и выделения вибрации провода, выход блока выделения постоянной составляющей механической нагрузки на изолятор соединен с вторыми входами первого и второго блоков сравнения механической нагрузки, входом блока памяти переменных и через первый масштабирующий усилитель с входом сумматора обледенения, выход блока фильтрации колебаний провода при обледенении через первые выпрямитель и блок сглаживания соединен с входом блока памяти переменных, вторым входом блока сравнения обледенения провода и через второй масштабирующий усилитель с входом сумматора обледенения, задатчик определения обледенения провода через первый вход блока сравнения обледенения провода соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач, выход сумматора обледенения через второй вход интегрального блока сравнения обледенения соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач, интегральный задатчик обледенения соединен с первым входом интегрального блока сравнения обледенения, выход блока выделения «пляски» провода через вторые выпрямитель и блок сглаживания соединен с входом блока памяти переменных, вторым входом блок сравнения «пляски» провода и входом интегратора «пляски» провода, задатчик определения «пляски» провода через первый вход блок сравнения «пляски» провода соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач, выход блока выделения вибрации провода через третьи выпрямитель и блок сглаживания соединен с входом блока памяти переменных, вторым входом блока сравнения вибрации провода и входом интегратора вибрации провода, задатчик определения вибрации провода через первый вход блок сравнения вибрации провода соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач, выход интегратора «пляски» провода через память накопленной усталости при «пляске» провода соединен с входами блока памяти переменных и третьего масштабирующего усилителя, выход интегратора вибрации провода через память накопленной усталости при вибрации провода соединен с входами блока памяти переменных и четвертого масштабирующего усилителя, выходы третьего и четвертого масштабирующих усилителей соединены с входами сумматора накопленной усталости, выход которого соединен с входом блока памяти переменных, выход таймера сброса интеграторов соединен с входами сброса интеграторов «пляски» и вибрации провода, вход блока настроек частот обледенения, «пляски» и вибрации соединен с выходом блока памяти переменных, а выходы соединены с входами коррекции частот блоков фильтрации колебаний провода при обледенении, выделения «пляски» и вибрации провода соответственно.
На фигуре приведена структура модуля дистанционного мониторинга изолятора воздушной линии электропередач.
Изолятор с модулем дистанционного мониторинга воздушной линии электропередач, содержит тензометрический датчик 1 измерения усилия в вертикальной плоскости, последовательно соединенные разъемный трансформатор 2, установленный на проводе воздушной линии электропередач, выпрямитель питания 3, ограничитель напряжения 4, сглаживающий фильтр 5, стабилизатор питания 6.
Задатчик наибольшего допустимого значения тока 7 в проводе воздушной линии через первый вход блока сравнения допустимого значения тока 8 соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач 9.
Выпрямитель питания 3 соединен со вторым входом блока сравнения допустимого значения тока 8 и входом блока памяти переменных 10, выход которого соединен с блоком передачи данных по сети сотовой и радиосвязи Пи антенной 12.
Задатчики наибольшей 13 и наименьшей 14 допустимых механических нагрузок через первые входы первого 15 и второго 16 блоков сравнения механической нагрузки соединены с блоком инициализации аварийных и циклических передач 9.
Задатчик циклов передач 17 соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач 9, выход которого соединен с блоком передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 с антенной 12.
Введены блок выделения постоянной составляющей 18 механической нагрузки на изолятор, блок фильтрации колебаний провода при обледенении 19, блок выделения «пляски» 20 провода, блок выделения вибрации 21 провода, первый 22, второй 23 и третий 24 выпрямители, первый 25, второй 26 и третий 27 блоки сглаживания, задатчик определения обледенения 28 провода, задатчик определения «пляски» 29 провода, задатчик определения вибрации 30 провода, блоки сравнения обледенения 31 провода, «пляски» 32 провода, вибрации 33 провода, первый 34, второй 35, третий 36 и четвертый 37 масштабирующие усилители, сумматор обледенения 38, интегральный задатчик обледенения 39, интегральный блок сравнения обледенения 40, интегратор «пляски» 41 провода, интегратор вибрации 42 провода, память накопленной усталости при «пляске» 43 провода, память накопленной усталости при вибрации 44 провода, сумматор накопленной усталости 45, таймер сброса 46 интеграторов и блок настроек частот 47 обледенения, «пляски» и вибрации.
Выход тензометрического датчика 8 измерения усилия в вертикальной плоскости изолятора соединен со входами блоков выделения постоянной составляющей 18 механической нагрузки на изолятор, фильтрации колебаний провода при обледенении 19, выделения «пляски» 20 провода и выделения вибрации 21 провода.
Выход блока выделения постоянной составляющей 18 механической нагрузки на изолятор соединен с вторыми входами первого 15 и второго 16 блоков сравнения механической нагрузки, входом блока памяти переменных 10 и через первый 34 масштабирующий усилитель с входом сумматора обледенения 38.
Выход блока фильтрации колебаний провода при обледенении 19 через первые выпрямитель 22 и блок сглаживания 25 соединен с входом блока памяти переменных 10, вторым входом блока сравнения обледенения 31 провода и через второй 35 масштабирующий усилитель с входом сумматора обледенения 38.
Задатчик определения обледенения 28 провода через первый вход блока сравнения обледенения 31 провода соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач 9, выход сумматора обледенения 38 через второй вход интегрального блока сравнения обледенения 40 соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач 9, интегральный задатчик обледенения 39 соединен с первым входом интегрального блока сравнения обледенения 40.
Выход блока выделения «пляски» 20 провода через вторые выпрямитель 23 и блок сглаживания 26 соединен с входом блока памяти переменных 10, вторым входом блока сравнения «пляски» 32 провода и входом интегратора «пляски» 41 провода.
Задатчик определения «пляски» 29 провода через первый вход блока сравнения «пляски» 32 провода соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач 9.
Выход блока выделения вибрации 21 провода через третьи выпрямитель 24 и блок сглаживания 27 соединен с входом блока памяти переменных 10, вторым входом блока сравнения вибрации 33 провода и входом интегратора вибрации 42 провода.
Задатчик определения вибрации 30 провода через первый вход блока сравнения вибрации 33 провода соединен с блоком инициализации аварийных и циклических передач 9.
Выход интегратора «пляски» 41 провода через память накопленной усталости при «пляске» 43 провода соединен с входами блока памяти переменных 10 и третьего 36 масштабирующего усилителя.
Выход интегратора вибрации 42 провода через память накопленной усталости при вибрации 44 провода соединен с входами блока памяти переменных 10 и четвертого 37 масштабирующего усилителя.
Выходы третьего 36 и четвертого 37 масштабирующих усилителей соединены с входами сумматора накопленной усталости 45, выход которого соединен с входом блока памяти переменных 10.
Выход таймера сброса 46 интеграторов соединен с входами сброса интеграторов «пляски» 41 и вибрации 42 провода.
Вход блока настроек частот 47 обледенения, «пляски» и вибрации соединен с выходом блока памяти переменных 10, а выходы соединены с входами коррекции частот блоков фильтрации колебаний провода при обледенении 19, выделения «пляски» 20 и вибрации 21 провода соответственно.
Устройство работает следующим образом.
В нижней части изолятора под «юбкой» размещаются элементы модуля дистанционного мониторинга изоляторов воздушной линии электропередач, элементы могут быть залиты силиконовой смесью, обеспечивающей герметизацию и механическую защиту составляющих элементов модуля дистанционного мониторинга.
Питание модуля дистанционного мониторинга изоляторов воздушной линии электропередач осуществляется посредством энергии, вырабатываемой разъемным трансформатором 2, расположенном непосредственно на токонесущем проводе за счет протекания тока в проводе воздушной линии электропередач. Напряжение питания через выпрямитель 3, ограничитель напряжения 4 и сглаживающий фильтр 35 подается на стабилизатор питания 6 модуля дистанционного мониторинга изоляторов воздушной линии электропередач.
Измерение усилия в вертикальной плоскости в изолятор производится тензометрическим датчиком 1, закрепленным под «юбкой» изолятора арматурой крепления изолятора и провода. При объединении изоляторов в гирлянды, изолятор с модулем дистанционного мониторинга изоляторов воздушной линии электропередач устанавливается внизу гирлянды.
Сигнал, вырабатываемый тензометрическим датчиком 1 усилия в вертикальной плоскости на изолятор, передается на блок выделения постоянной составляющей 18 механической нагрузки на изолятор, блок фильтрации колебаний провода при обледенении 19, блок выделения «пляски» 20 провода и блок выделения вибрации 21 провода.
Посредством блока настроек частот 47 обледенения, «пляски» и вибрации производится по данным диспетчерского пункта электросетевой компании (на фигуре не показан) настройка в зависимости от ветровой нагрузки в текущей момент времени блока фильтрации колебаний провода при обледенении 19, блока выделения «пляски» 20 провода и блока выделения вибрации 21 провода через входы коррекции частот блоков.
Частоты колебаний провода при обледенении, «пляске» и вибрации различны и зависят от постоянных параметров конструкции пролета (длина пролета, сечение провода и другие параметры) и переменных параметров (направление и скорость ветра относительно провода ВЛ, температуры окружающего воздуха, наличия обледенения провода).
От диспетчерского пункта электросетевой компании через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 с антенной 12 и блок памяти переменных 10 в блок настроек частот 47 обледенения, «пляски» и вибрации заносятся данные по настройке частотных диапазонов блоков фильтрации колебаний провода при обледенении 19, выделения «пляски» 20 и вибрации 21 провода в зависимости от текущих значений направления и скорости ветра относительно провода и температуры окружающего воздуха.
В результате блок фильтрации колебаний провода при обледенении 19 настраивается на выделение частот, характерных процессу обледенения провода, блок выделения «пляски» 20 провода настраивается на выделение частот, характерных процессу «пляски» провода, блок выделения вибрации 21 провода настраивается на выделение частот, характерных процессу вибрации провода в условиях ветровой нагрузки и температуры в реальном масштабе времени.
В случае обледенения провода воздушной линии электропередач на выходе блока фильтрации колебаний провода при обледенении 19 формируется сигнал, пропорциональной уровню обледенения, который выпрямляется на первом 22 выпрямителе и сглаживается на первом 25 блоке сглаживания. Полученный сигнал подается на блок памяти переменных 10 и сравнивается на блоке сравнения обледенения 31 провода с установленным на задатчике определения обледенения 28 провода допустимым значением и, в случае превышения, на выходе блока сравнения обледенения 31 провода вырабатывается сигнал превышения допустимого значения, который через блок инициализации аварийных и циклических передач 9 инициализирует придачу данных из блока памяти переменных 10 через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 и антенной 12 на диспетчерский пункт электросетевой компании.
Так же в случае обледенения провода сигнал на выходе блока выделения постоянной составляющей 18 механической нагрузки на изолятор возрастает, подается на блок памяти переменных 10 и сравнивается на первом 15 блоке сравнения механической нагрузки с установленным на задатчике наибольшей 13 допустимой механической нагрузкой и, в случае превышения, на выходе первого 15 блока сравнения вырабатывается сигнал превышения допустимого значения, который через блок инициализации аварийных и циклических передач 9 инициализирует придачу данных из блока памяти переменных 10 через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 и антенной 12 на диспетчерский пункт электросетевой компании.
Для повышения достоверности сигнала обледенения провода воздушной линии электропередач на сумматоре обледенения 38 учитываются два сигнала, характеризующие процесс обледенения, причем для каждого из этих сигналов используется соответствующий весовой коэффициент, определяемый первым 34 и вторым 35 масштабирующими усилителями.
Сигнал с выхода сумматора обледенения 38 провода сравнивается на интегральном блоке сравнения обледенения 40 с установленным на интегральном задатчике обледенения 39 наибольшим допустимым значением и, в случае превышения, на выходе интегрального блока сравнения обледенения 40 вырабатывается сигнал превышения допустимого значения, который через блок инициализации аварийных и циклических передач 9 инициализирует придачу данных из блока памяти переменных 10 через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 и антенной 12 на диспетчерский пункт электросетевой компании.
В случае «пляски» провода воздушной линии электропередач на выходе блока выделения «пляски» 20 провода формируется сигнал, который выпрямляется на втором 23 выпрямителе и сглаживается на втором 26 блоке сглаживания. Полученный сигнал подается на блок памяти переменных 10 и сравнивается на блоке сравнения «пляски» 32 провода с установленным на задатчике определения «пляски» 29 провода наибольшим допустимым значением и, в случае превышения, на выходе блока сравнения «пляски» 32 провода вырабатывается сигнал превышения допустимого значения, который через блок инициализации аварийных и циклических передач 9 инициализирует придачу данных из блока памяти переменных 10 через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 и антенной 12 на диспетчерский пункт электросетевой компании.
При вибрации провода воздушной линии электропередач на выходе блока выделения вибрации 21 провода формируется сигнал, который выпрямляется на третьем 24 выпрямителе и сглаживается на третьем 27 блоке сглаживания. Полученный сигнал подается на блок памяти переменных 10 и сравнивается на блоке сравнения вибрации 33 провода с установленным на задатчике определения вибрации 30 провода наибольшим допустимым значением и, в случае превышения, на выходе блока сравнения вибрации 33 провода вырабатывается сигнал превышения допустимого значения, который через блок инициализации аварийных и циклических передач 9 инициализирует придачу данных из блока памяти переменных 10 через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 и антенной 12 на диспетчерский пункт электросетевой компании.
Износ провода, вызываемый «пляской» и вибрацией оценивается посредством интеграторов «пляски» 41 и вибрации 42 провода.
Сигнал, пропорциональный «пляске» провода, интегрируется по времени на интеграторе «пляски» 41 провода, записывается в память накопленной усталости при «пляске» 43 провода и передается в блок памяти переменных 10.
Сигнал, пропорциональный вибрации провода, интегрируется по времени на интеграторе вибрации 42 провода, записывается в память накопленной усталости при вибрации 44 и передается в блок памяти переменных 10. Таймер сброса 46 интеграторов обеспечивает сброс интеграторов и перезапись сигналов с интеграторов «пляски» 41 и вибрации 42 в память накопленной усталости при «пляске» 43 провода и память накопленной усталости при вибрации 44 провода соответственно.
Сигналы накопленной усталости при «пляске» и вибрации провода через третий и четвертый масштабирующие усилители суммируются на сумматоре накопленной усталости 45 провода и результирующий сигнал накопленной усталости через блок памяти переменных 10, через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 с антенной 12 передается на диспетчерский пункт электросетевой компании.
В случае обрыва провода величина сигнала на выходе блока выделения постоянной составляющей 18 механической нагрузки на изолятор резко снижается, подается на блок памяти переменных 10 и сравнивается на втором 16 блоке сравнения механической нагрузки с установленной на задатчике наименьшей 14 допустимой механической нагрузкой и, в случае уменьшения ниже допустимой, на выходе второго 16 блока сравнения вырабатывается сигнал снижения допустимого значения, который через блок инициализации аварийных и циклических передач 9 инициализирует придачу данных из блока памяти переменных 10 через блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 с антенной 12 на диспетчерский пункт электросетевой компании.
Мониторинг величины тока в проводе воздушной линии электропередач производится разъемным трансформатором 2, установленном на проводе воздушной линии электропередач, и выпрямителем питания 3. Данные мониторинга величины тока поступают на блок памяти переменных 10 для передачи в диспетчерский пункт электросетевой компании посредством блока передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 с антенной 12.
При нахождении величина тока в допустимых пределах, блок сравнения допустимого значения тока 8 в проводе воздушной линии не срабатывает и блок инициализации аварийных и циклических передач 9 не формирует сигнал инициализации передачи данных. Величина тока в проводе воздушной линии в этом случае находится в допустимых пределах.
При превышении величины тока (например, при коротких замыканиях или недопустимых значениях нагрузки), значение на выходе выпрямителя питания 3 возрастает и превышает значение, установленное задатчиком наибольшего допустимого значения тока 7 в проводе воздушной линии. Блок сравнения допустимого значения тока 8 в проводе воздушной линии срабатывает и через блок инициализации аварийных и циклических передач 9 инициирует передачу данных через блок памяти переменных 10, блок передачи данных по сети сотовой и радиосвязи 11 с антенной 12 в диспетчерский пункт электросетевой компании.
Задатчик циклов передач 17 через определенные временные периоды обеспечивает запуск блока инициализации аварийных и циклических передач 9 для передачи накопленных в блоке памяти переменных 10 данных в диспетчерский пункт электросетевой компании.
Такое техническое решение обеспечивает мониторинг воздушной линии электропередач, обнаружение повышенной нагрузки на изолятор и проявление частоты колебаний провода, соответствующей наличию обледенения, фиксацию «пляски» и вибрации провода с оценкой интегрированной накопленной усталости в проводе и передачу рассчитанных параметров в диспетчерский пункт электросетевой компании.