УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ВИДА ПОВРЕЖДЕНИЯ НА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Предлагаемое устройство относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам определения места повреждения (ОМП) воздушных линий электропередачи (ВЛЭП).
Известно устройство для определения места повреждения, содержащее указатель коротких замыканий (КЗ), это устройство содержит Т-образный магнитопровод с обмотками для регистрации токов КЗ в трех фазах. При превышении тока относительно текущего порогового значения срабатывает реле и, соответственно, срабатывает визуальный указатель. Регистрация аварийного положения может осуществляться визуально или с помощью беспроводного канала связи (Кузнецов, А.П. Определение мест повреждения на воздушных линиях электропередачи / А.П.Кузнецов.- М.: Энергоатомиздат, 1989. - 90 с.).
Недостатком этого устройства является то, что оно регистрирует только КЗ, но не регистрирует обрыв, который тоже является аварийным режимом, хотя и не столь опасным как КЗ. Недостатками также является сложность монтажа, эксплуатация и ремонт этого устройства, поскольку он находится в зоне треугольника, образованного линейными проводами трехфазных систем.
Наиболее близким устройством по технической сущности является устройство для определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью (патент на полезную модель №57018 кл. G01R 31/08, 2006), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации сети, средства обработки сигналов и средство обработки и отображения информации, где средство, для обработки сигналов состоит из фильтра напряжения нулевой последовательности, выход которого соединен со входом фильтра напряжения, первый выход которого соединен со входом первого компаратора, второй выход - с первым входом фазочувствительного выпрямителя, фильтра тока нулевой последовательности, выход которого соединен со входом фазочувствительного выпрямителя, первый выход которого соединен со входом второго компаратора, а второй выход соединен со вторым входом фазочувствительного выпрямителя, выход которого соединен, со входом одновибратора, выход которого соединен с первым входом средства анализа и отображения информации в качестве которого использована ЭВМ, второй и третий входы которого соединены с выходами первого и второго компараторов, при этом в качестве средств для снятия первичной информации использованы датчики напряжения и датчики тока для каждой фазы.
Недостатком этого устройства является то, что датчики токов и напряжений устанавливаются непосредственно у линейных проводов трехфазных систем, что затрудняет монтаж, эксплуатацию и ремонт. Устройство содержит сложную схему обработки информации и в то же время не позволяет определить вид повреждения (только наличие КЗ). Кроме того, существенным недостатком этого устройства является низкая точность, обусловленная следующими факторами:
1) ток КЗ и его максимальное значение зависит от сопротивления заземления и от сопротивления почвы в зоне контакта;
2) скорость распространения импульса также не является постоянной и зависит от многих факторов (от температуры, влажности, погодных условий и т.д.).
Если топология сети имеет древообразную структуру, то этот способ не позволяет определить ветвь, в которой произошла авария. Кроме того, сопротивления в местах разветвлений также оказывает влияние на форму функции переходного процесса и соответственно на точность определения расстояния. В данном устройстве не предусмотрена возможность передачи аварийной информации на дальние расстояния, что отрицательно сказывается на оперативности определения места повреждения ВЛЭП и его устранения.
В этой связи важной задачей является создание устройства для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи, позволяющее не только зафиксировать место повреждения с заданными быстродействием и точностью, но и вид аварийного режима (обрыв или короткое замыкание). Данное устройство должно обладать простотой в монтаже и эксплуатации, получать и обрабатывать более полную информацию об аварийном режиме и передавать данную информацию на диспетчерский пункт по беспроводным каналам связи.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение оперативности и точности определения вида аварийного режима на ВЛЭП, а также упрощение установки и обслуживания данного устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации, средства обработки сигналов и средства обработки информации, где средство для снятия первичной информации выполнено в виде датчика магнитного поля и датчика электрического поля, закрепленных на опоре ВЛЭП, где в свою очередь датчик магнитного поля выполнен в виде катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником, регистрирующей суммарную магнитную индукцию, а датчик электрического поля - в виде конденсатора, регистрирующего суммарную напряженность; при этом средство обработки сигналов выполнено в виде двух блоков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и порогового устройства, ко входам блоков подключены датчики магнитного и электрического поля, а выходы блоков соединены со входами средства обработки информации, выполненном в виде блока логического сравнения, содержащего в себе данные об аварийных режимах ВЛЭП, и дополнительно содержит средство передачи информации, выполненное в виде GSM/GPRS модема, соединенного со средством обработки информации.
Таким образом, устройство с помощью двух датчиков регистрирует изменение электромагнитного поля вокруг ВЛЭП и по результатам контроля определяет вид аварийного режима. В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа отсутствует необходимость установки датчиков тока и напряжения устройства непосредственно к токоведущим проводам ВЛЭП. Кроме того, предлагаемое устройство содержит два датчика, а не шесть как прототип.
Указанные отличия позволяют получить полную информацию об аварийном режиме, что в свою очередь позволяет существенно повысить оперативность и точность определения вида аварийного режима на ВЛЭП, которые приведены в таблице. Также указанные отличия позволяют упростить установку и обслуживание предлагаемого устройства.
ТаблицаИдентификационные признаки режимов работы энергетической сети
Режим сети
Регистрируемое напряжение
Регистрируемый ток
Нормальный режим
<img file="00000002.tif" he="7" wi="72" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000003.tif" he="7" wi="31" img-content="undefined" img-format="tif" />
Аварийные режимы
До места аварии
После места аварии
До места аварии
После места аварии
Обрыв одной фазы
<img file="00000004.tif" he="6" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000005.tif" he="6" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000006.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
Обрыв двух фаз
<img file="00000008.tif" he="6" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000009.tif" he="6" wi="22" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
Обрыв всех фаз
<img file="00000008.tif" he="6" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000010.tif" he="6" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000011.tif" he="6" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000012.tif" he="6" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
Короткое замыкание одной фазы
<img file="00000013.tif" he="6" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000013.tif" he="6" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
Короткое замыкание двух фаз
<img file="00000014.tif" he="6" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000013.tif" he="6" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
Короткое замыкание трех фаз
<img file="00000015.tif" he="6" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000016.tif" he="6" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000007.tif" he="6" wi="21" img-content="undefined" img-format="tif" />
<img file="00000017.tif" he="6" wi="19" img-content="undefined" img-format="tif" />
a
b
c
m
На фиг. представлена принципиальная схема данного устройства. Устройство содержит средство для снятия первичной информации, в состав которого входит датчик 1, регистрирующий суммарную напряженность электрического поля Е и представляющий собой конденсатор емкостью С, состоящий из двух пластин, установленных горизонтально, и датчик 2, регистрирующий суммарную индукцию магнитного поля В и представляющий собой катушку с ферромагнитным сердечником индуктивностью L, ось которой установлена горизонтально и перпендикулярно проводам линии с токами i, i, i. Выходы датчиков 1 и 2 соединены со средством обработки сигналов 3, которое выполнено в виде двух блоков 4 и 5, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя 6 и порогового устройства 7 и усилителя 8 и порогового устройства 9. Уровни напряжений срабатывания пороговых устройств 7 и 9 настраиваются в соответствии с таблицей. Пороговое устройство, представляет собой многоуровневый триггер Шмитта. При изменении напряжения и на входе датчика 1 от нулевого уровня до максимального - U, поочередно срабатывает пороговое устройство 7.
Аналогично работает пороговое устройство 9. Выходы пороговых устройств 7 и 9 соединены с входами средства обработки информации 10, который представляет собой блок логического сравнения, предварительно настраиваемый по таблице. Выход блока логического сравнения соединен со средством передачи информации 11, выполненном в виде GSM/GPRS модема, который предназначен для передачи информации на диспетчерский пункт.
Устройство определения места положения и вида повреждения на ВЛЭП работает следующим образом.
Если линии электропередачи находятся в нормальном режиме, то соответствующие сигналы u и e с датчиков 1 и 2 поступают на усилители 6 и 8, затем на пороговые устройства 7 и 9. Коэффициенты усиления усилителей предварительно устанавливаются в зависимости от расстояния от проводов до устройства и режимов ВЛЭП. Сигналы с пороговых устройств поступают на блок логического сравнения 10, который вырабатывает сигнал, соответствующий нормальному режиму. Этот сигнал не инсценирует передачу информации от средства передачи информации 11 на диспетчерский пункт. Если происходит аварийный режим (например, замыкание одной фазы на землю), то соответственно изменяются сигналы u и e на выходах датчиков 1 и 2, которые регистрируют суммарные электрические и магнитные составляющие электромагнитного поля проводов линии. Регистрируемое датчиком 1 электрическое поле пропорционально сумме напряжений фаз, а регистрируемое датчиком 2 магнитное поле пропорционально сумме линейных токов. В соответствии с таблицей изменяются сигналы на выходах усилителей 6 и 8, что вызывает срабатывание пороговых устройств 7 и 9 по напряжению и току соответственно, и на выходе пороговых устройств вырабатываются комбинации двоичных сигналов, соответствующие именно этому аварийному режиму. С помощью средства обработки информации 10 эта комбинация преобразуется в единичный сигнал, соответствующий определенному аварийному режиму (к примеру, замыкания одной фазы на землю). Этот сигнал инициирует работу модема 11, который передает информацию на диспетчерский пункт о месте и виде повреждения.
Таким образом, устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушных линиях электропередачи позволяет повысить оперативность и точность определения вида аварийного режима на ВЛЭП и представляет собой сравнительно простую конструкция для установки и эксплуатации.