УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ФУНДАМЕНТОВ ОПОР ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
DEVICE FOR REMOTE MONITORING OF FOUNDATIONS OF OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINES

Изобретение относится к фундаментам и основаниям для отдельных опор, мачт и фундаментам опор воздушных линий электропередач.
Известно устройство грибовидного железобетонного фундамента анкерно-угловой опоры воздушной линии электропередач, содержащее опорную плиту, наклонную стойку с арматурой и металлический оголовок на вершине наклонной стойки, металлический оголовок снабжен арматурными стержнями, которые состыкованы внахлестку с арматурой наклонной стойки (RU 191769, МПК E02D 27/42, 21.08.2019, Бюл. №24).
Недостаток устройства состоит в отсутствии мониторинга состояния фундаментов опор линий электропередач в реальном времени.
Известно устройство фундамента, содержащее опорную плиту и установленную на ней стойку, соединенную с опорной плитой, стойка имеет две крепежные пластины, выступающие горизонтально с двух сторон относительно стойки, при этом опорная плита в центральной части имеет возвышение в форме усеченной пирамиды, стойка выполнена прямой или наклонной из железобетона (RU 181319, МПК E02D 27/42, 10.07.2018, Бюл. №19).
Недостаток устройства состоит в отсутствии стационарного мониторинга реального состояния фундаментов опор линий электропередач, что снижает надежность электроснабжения.
Известно устройство железобетонного фундамента для опор воздушных линий электропередачи, содержащее опорную плиту и вертикально расположенную на ней стойку, выполненную в виде параллелепипеда, верхняя часть выполнена из бетона, морозостойкость и водонепроницаемость которого выше морозостойкости и водонепроницаемости бетона, из которого выполнена остальная часть стойки (RU 2304665, МПК E02D 27/42, 20.08.2007, Бюл. №23).
Недостаток устройства состоит в отсутствии стационарного мониторинга состояния фундаментов опор линий электропередач для своевременного обнаружения потери прочности бетона, что приводит к возможному проявлению предаварийных и аварийных ситуаций.
Наиболее близким является устройство фундамента опоры линии электропередач, включающее опорную плиту и расположенную на ней стойку с защитным слоем бетона, величина защитного слоя бетона имеет переменную величину и изменяется в зависимости от условий эксплуатации бетона по высоте стойки (RU 2451136, МПК E02D 27/42, 20.05.2012, Бюл. №14).
Недостаток устройства состоит в отсутствии стационарного мониторинга реального состояния фундаментов опор линий электропередач для своевременного обнаружения потери прочности бетона, что приводит к возможному проявлению предаварийных и аварийных ситуаций и снижению надежности электроснабжения.
Задачей изобретения является предупреждение проявления возможных предаварийных и аварийных ситуаций посредством мониторинга реального состояния фундаментов и своевременного обнаружения потери прочности бетона фундаментов опор линий электропередач.
Технический результат - повышение надежности энергоснабжения посредством предупреждения возможных предаварийных и аварийных ситуаций на основе мониторинга реального состояния фундаментов и своевременного обнаружения потери прочности бетона фундаментов опор линий электропередач.
Технический результат достигается тем, что в устройство фундаментов опор воздушных линий электропередач, включающее опорную плиту и расположенную на ней стойку с защитным слоем бетона, величина защитного слоя бетона имеет переменную величину и изменяется в зависимости от условий эксплуатации бетона по высоте стойки дополнительно введены излучатели колебаний переменной частоты, излучатели ударного типа и датчики фиксации возбуждаемых колебаний, коммутатор излучателей переменной частоты, коммутатор датчиков фиксации возбуждаемых колебаний, перестраиваемый генератор излучаемых частот, усилитель сигналов, полосовые фильтры, корректор частоты настройки полосовых фильтров, перемножители, блок памяти текущих значений исследуемых параметров, блок памяти параметров, замеренных на новом фундаменте, блоки сравнения отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, блоки фиксации превышения допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, задатчик допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, блок предупреждения превышения допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, таймер, генератор управляющих импульсов, управляющий регистр, контроллер и блок связи с диспетчерским пунктом, причем излучатели ударного типа выполнены малогабаритными и закреплены непосредственно при изготовлении в бетоне верхней части стойки фундамента, излучатели колебаний переменной частоты и датчики фиксации возбуждаемых колебаний выполнены на основе малогабаритных элементов микропроцессорной техники и закреплены непосредственно при изготовлении в защитном слое бетона равномерно по высоте стойки фундамента, выходы датчиков фиксации возбуждаемых колебаний через коммутатор датчиков фиксации возбуждаемых колебаний и усилитель соединены с сигнальными входами полосовых фильтров, управляющие входы которых соединены с выходом корректора частоты настройки полосовых фильтров, выходы полосовых фильтров через объединенные входы перемножителей соединены с входами блока памяти текущих значений исследуемых параметров, первые входы блоков сравнения отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте соединены с выходами блока памяти текущих значений исследуемых параметров, а вторые входы - с выходами блока памяти параметров, замеренных на новом фундаменте, выходы блоков сравнения соединены с первыми входами блоков фиксации превышения допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, вторые входы которых соединены с выходами задатчика допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, выходы блоков фиксации превышения допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте через блок предупреждения превышения допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот соединены с входом контроллера, таймер через генератор управляющих импульсов соединен с информационным входом управляющего регистра, первый выход управляющего регистра соединен с входом управления излучателем ударного типа, второй выход- с управляющим входом коммутатора излучателей переменной частоты, третий выход- через перестраиваемый генератор излучаемых частот соединен с сигнальным входом коммутатора излучателей переменной частоты, четвертый выход-с управляющим входом коммутатора датчиков фиксации возбуждаемых колебаний, выходы коммутатора излучателей переменной частоты соединены с входами излучателей колебаний переменной частоты, выходы контроллера соединены с входами блока памяти параметров, замеренных на новом фундаменте, задатчика допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, корректора частоты настройки полосовых фильтров, таймера, генератора управляющих импульсов и входом сброса управляющего регистра, выход блока памяти текущих значений исследуемых параметров соединен с входом контроллера, контроллер соединен с блоком связи с диспетчерским пунктом.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 - общий вид размещения элементов устройства дистанционного мониторинга фундаментов опор воздушных линий электропередач;
на фиг. 2 - структура устройства дистанционного мониторинга фундаментов опор воздушных линий электропередач;
на фиг. 3 - фотографии элементов устройства дистанционного мониторинга фундаментов опор воздушных линий электропередач.
Устройство дистанционного мониторинга фундаментов опор воздушных линий электропередач содержит опорную плиту 1 и расположенную на ней стойку 2 с защитным слоем 3 бетона, величина защитного слоя бетона имеет переменную величину и изменяется в зависимости от условий эксплуатации бетона по высоте стойки, излучатели колебаний 4 переменной частоты, излучатели ударного 5 типа и датчики фиксации 6 возбуждаемых колебаний, встроенные в защитный слой 3 бетона, коммутатор излучателей 7 переменной частоты, коммутатор датчиков 8 фиксации возбуждаемых колебаний, перестраиваемый генератор 9 излучаемых частот, усилитель 10 сигналов, полосовые фильтры 11, корректор частоты настройки 12 полосовых фильтров, перемножители 13, блок памяти текущих значений 14 исследуемых параметров, блок памяти параметров 15, замеренных на новом фундаменте, блоки сравнения 16 отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, блоки фиксации превышения 17 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, задатчик 18 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, блок предупреждения 19 превышения допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, таймер 20, генератор управляющих импульсов 21, управляющий регистр 22, контроллер 23 и блок связи 24 с диспетчерским пунктом.
Излучатели ударного 5 типа выполнены малогабаритными и закреплены непосредственно при изготовлении в бетоне верхней части стойки 2 фундамента, излучатели колебаний 4 переменной частоты и датчики фиксации 6 возбуждаемых колебаний выполнены на основе малогабаритных элементов микропроцессорной техники и закреплены непосредственно при изготовлении в защитном слое 3 бетона равномерно по высоте стойки 2 фундамента.
Выходы датчиков фиксации 6 возбуждаемых колебаний через коммутатор датчиков 8 фиксации возбуждаемых колебаний и усилитель 10 сигналов соединены с сигнальными входами полосовых фильтров 11, управляющие входы которых соединены с выходом корректора частоты настройки 12 полосовых фильтров.
Выходы полосовых фильтров 11 через объединенные входы перемножителей 13 соединены с входами блока памяти текущих значений 14 исследуемых параметров.
Первые входы блоков сравнения 16 отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте соединены с выходами блока памяти текущих значений 14 исследуемых параметров, а вторые входы- с выходами блока памяти параметров 15, замеренных на новом фундаменте.
Выходы блоков сравнения 16 соединены с первыми входами блоков фиксации превышения 17 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, вторые входы которых соединены с выходами задатчика 18 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте.
Выходы блоков фиксации превышения 17 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте через блок предупреждения 19 превышения допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот соединены с входом контроллера 23.
Таймер 20 через генератор управляющих импульсов 21 соединен с информационным входом управляющего регистра 22.
Первый выход управляющего регистра 22 соединен с входом управления излучателя ударного 5 типа, второй выход- с управляющим входом коммутатора излучателей 7 переменной частоты, третий выход - через перестраиваемый генератор 9 излучаемых частот соединен с сигнальным входом коммутатора излучателей 7 переменной частоты, четвертый выход- с управляющим входом коммутатора датчиков 8 фиксации возбуждаемых колебаний.
Выходы коммутатора излучателей 7 переменной частоты соединены с входами излучателей колебаний 4 переменной частоты.
Выходы контроллера 23 соединены с входами блока памяти параметров 15, замеренных на новом фундаменте, задатчика 18 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, корректора частоты настройки 12 полосовых фильтров, таймера 20, генератора управляющих импульсов 21 и входом сброса управляющего регистра 22.
Выход блока памяти текущих значений 14 исследуемых параметров соединен с входом контроллера 23.
Контроллер 23 соединен с блоком связи 24 с диспетчерским пунктом.
Устройство дистанционного мониторинга фундаментов опор воздушных линий электропередач работает следующим образом.
После установки фундамента и завершении работ по монтажу опоры воздушной линии электропередач по сигналу диспетчерского пункта через блок связи 24 с диспетчерским пунктом на контроллер 23 подается сигнал первоначального мониторинга смонтированного нового фундамента опоры. По этому сигналу контроллер 23 вырабатывает управляющее воздействие на управляющий регистр 22 и запускает генератор управляющих импульсов 21. Под действием управляющих импульсов управляющий регистр 22 реализует следующую последовательность действий.
Управляющий регистр 22 вырабатывает сигнал запуска излучателя ударного 5 типа, который вырабатывает ударное воздействие на поверхность фундамента. В результате в фундаменте распространяется звуковая волна, которая принимается датчиками фиксации 6 возбуждаемых колебаний, встроенными в защитный слой 3 бетона.
Коммутатор датчиков 8 фиксации возбуждаемых колебаний подключает первый датчик фиксации 6 возбуждаемых колебаний через усилитель 10 сигналов к полосовым фильтрам 11.
В результате на выходах полосовых фильтров 11 выделяются гармонические колебания, соответствующие настройкам частот полосовых фильтров 11. Производится разложение сигнала первого датчика фиксации 6 возбуждаемых колебаний в спектральной плоскости по частотам настроек полосовых фильтров 11. Сигналы от полосовых фильтров поступают на перемножители 13, предназначенные для выделения сигналов, пропорциональных мощностям отклика, зафиксированного датчиком фиксации 6 возбуждаемых колебаний. Полученные сигналы записываются в блок памяти текущих значений 14 исследуемых параметров.
В результате в блоке памяти текущих значений 14 исследуемых параметров сохраняется частотный спектр сигнала, принятого первым датчиком фиксации 6 возбуждаемых колебаний при ударном воздействии первого излучателя ударного 5 типа.
Аналогичная процедура повторяется последовательно для всех датчиков фиксации 6 возбуждаемых колебаний при ударном воздействии всех излучателей ударного 5 типа. При этом одновременно переменяется один из излучателей ударного 5 типа и один из датчиков фиксации 6 возбуждаемых колебаний. Все данные по каждому ударному воздействию на фундамент записываются в блок памяти текущих значений 14 исследуемых параметров.
Затем управляющий регистр 22 вырабатывает сигнал запуска одного из излучателей колебаний 4 переменной частоты, частота которого устанавливается перестраиваемым генератором 9 излучаемых частот.
Выбор излучателя колебаний 4 переменной частоты производится коммутатором излучателей 7 переменной частоты по сигналу управляющего регистра 22.
Излучатель колебаний 4 переменной частоты вырабатывает воздействие на фундамент установленной частоты. В результате в фундаменте распространяется звуковая волна, которая принимается датчиками фиксации 6 возбуждаемых колебаний. Коммутатор датчиков 8 фиксации возбуждаемых колебаний подключает первый датчик фиксации 6 возбуждаемых колебаний через усилитель 10 сигналов к полосовым фильтрам 11.
В результате на выходах полосовых фильтров 11 выделяются гармонические колебания, соответствующие настройкам частот полосовых фильтров 11, производится разложение сигнала первого датчика фиксации 6 возбуждаемых колебаний в спектральной плоскости по частотам настроек полосовых фильтров 11. Сигналы от полосовых фильтров через перемножители 13 записываются в блок памяти текущих значений 14 исследуемых параметров.
В результате в блоке памяти текущих значений 14 исследуемых параметров сохраняется частотный спектр сигнала, принятого первым датчиком фиксации 6 возбуждаемых колебаний при воздействии излучателя колебаний 4 переменной частоты.
Аналогичная процедура повторяется последовательно для всех датчиков фиксации 6 возбуждаемых колебаний при воздействии всех излучателей колебаний 4 переменной частоты. При этом одновременно переменяется один из излучателей колебаний 4 переменной частоты и один из датчиков фиксации 6 возбуждаемых колебаний. Все данные по каждому воздействию излучателей колебаний 4 переменной на фундамент записываются в блок памяти текущих значений 14 исследуемых параметров.
Таким образом в блоке памяти текущих значений 14 исследуемых параметров формируется акустическая тень нового смонтированного фундамента и опоры воздушной линии электропередач.
Данные, характеризующие акустические параметры бетона нового смонтированного фундамента из блока памяти текущих значений 14 исследуемых параметров через контроллер 23 переписываются в блок памяти параметров 15, замеренных на новом фундаменте.
Одновременно контроллер 23 через блок связи 24 с диспетчерским пунктом передает данные, характеризующие акустические параметры бетона нового фундамента в базу данных диспетчерского пункта.
Таким образом в блоке памяти параметров 15, замеренных на новом фундаменте сохраняются данные, характеризующие акустические параметры бетона нового фундамента, которые соответствуют требованиям, предъявляемым к его прочности и целостности.
Со временем прочность бетона снижается, проявляются трещины, как поверхностные, так и внутренние. Акустические данные меняются.
Для проведения дистанционного мониторинга фундамента опоры воздушных линий электропередач диспетчерский пункт формирует запрос, который через блок связи 24 с диспетчерским пунктом поступает на контроллер 23. По запросу контроллер 23 вырабатывает сигнал управления и подает на управляющий регистр 22.
В результате управляющий регистр 22 запускает процедуру, аналогичную представленной процедуре съема данных акустических параметров бетона фундамента опоры воздушных линий электропередач.
При этом поочередно формируются воздействия от излучателей ударного 5 типа и излучателей колебаний 4 переменной частоты на бетон фундамента опоры. Отклики воздействий замеряются датчиками фиксации 6 возбуждаемых колебаний последовательно через коммутатор датчиков 8 фиксации возбуждаемых колебаний и усилитель 10 сигналов подаются на полосовые фильтры 11.
На выходах полосовых фильтров 11 выделяются гармонические колебания, характеризующие спектр по частотам настроек полосовых фильтров 11. Сигналы от полосовых фильтров через перемножители 13 записываются в блок памяти текущих значений 14 исследуемых параметров.
В результате в блоке памяти текущих значений 14 исследуемых параметров сохраняются частотные спектры сигналов дистанционного мониторинга фундамента опоры непосредственно во время мониторинга.
Таким образом в блоке памяти текущих значений 14 исследуемых параметров формируется акустическая тень текущего состояния бетона фундамента непосредственно в момент измерения с учетом временного снижения прочности бетона, появления поверхностных и внутренних трещин, пустот и других нарушений прочности бетона.
Данные блока памяти текущих значений 14 исследуемых параметров сравниваются с данными блока памяти параметров 15, замеренных на новом фундаменте посредством блоков сравнения 16 отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте.
На выходах блоков сравнения 16 отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, формируются сигналы рассогласования между соответствующими параметрами нового фундамента и текущими параметрами фундамента во время его мониторинга через установленный период времени.
Сигналы рассогласования с выходов блоков сравнения 16 отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, подаются на первые входы блоков фиксации превышения 17 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте. На вторые входы блоков фиксации превышения 17 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, подаются сигналы уставки от задатчика 18 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте. Значения сигналов уставки определяются величиной допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте.
В случае, если сигналы рассогласования с выходов блоков сравнения 16 отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, не превышают значений сигналов уставки, сигналы предупреждения не вырабатываются.
В случае, если сигналы рассогласования с выходов блоков сравнения 16 отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, превышают значения сигналов уставки, срабатывает блок предупреждения 19 превышения допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте, вырабатывается сигнал предупреждения, который через контроллер 23 и блок связи 24 с диспетчерским пунктом подается на диспетчерский пункт для принятия управляющих решений.
Величина уставок задается диспетчерским пунктом через блок связи 24 с диспетчерским пунктом и контроллер 23 и записывается в задатчик 18 допустимого отклонения амплитуд текущих наиболее информативных частот от значений, замеренных на новом фундаменте.
Изменение частот полосовых фильтров 11 производится корректором частоты настройки 12 полосовых фильтров через контроллер 23 и блок связи 24 с диспетчерским пунктом.
Процесс дистанционного мониторинга фундаментов опор воздушных линий электропередач запускается диспетчерским пунктом через блок связи 24 с диспетчерским пунктом и контроллер 23 посредством запуска управляющего цикла генератора управляющих импульсов 21.
Так же предусмотрена возможность запуска процесса дистанционного мониторинга фундаментов опор через определенные периоды времени посредством таймера 20, запускающего управляющий цикл генератора управляющих импульсов 21.
Периоды времени запуска процесса дистанционного мониторинга фундаментов опор устанавливаются через контроллер 23 и блок связи 24 с диспетчерским пунктом.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение надежности энергоснабжения посредством предупреждения возможных предаварийных и аварийных ситуаций на основе мониторинга реального состояния фундаментов и своевременного обнаружения потери прочности бетона фундаментов опор линий электропередач.