УСТРОЙСТВО ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для фиксации обрыва или короткого замыкания (КЗ) проводов линий электропередачи (ЛЭП) на землю, определения пролетов ЛЭП с обледенением и налипанием на них снега, с последующей их локализацией, и снижения трудозатрат при монтаже и демонтаже устройств.
Прототипом является устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), позволяющее получить информацию с указанием адреса пролета ЛЭП о начале налипания снега или образования льда на проводах ЛЭП, об амплитудах раскачивания проводов или обрыве провода (Патент RU №2574063, МПК H02J 13/00, 01.2006).
Известное устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ЛЭП содержит установленные на каждой фазе ЛЭП между двумя опорами по меньшей мере один датчик ускорения, которому присваивается свой адрес, определяющий его координаты и местоположение пролета ЛЭП, датчик температуры и датчик влажности, связанные со входами микропроцессора, в котором на основе сигналов от упомянутых датчиков формируется информация с указанием адреса пролета ЛЭП о начале налипания снега или образования льда на проводах ЛЭП, об амплитудах раскачивания проводов или обрыве провода, при этом выход микропроцессора соединен с приемопередатчиком, предназначенным для связи с диспетчерским пультом, а питание электронных схем устройства осуществляется блоком питания, выполненным в виде магнитопровода, установленного на высоковольтном проводе ЛЭП, служащем первичной обмоткой трансформатора, который снабжен вторичной обмоткой трансформатора, подающей питание на электронную схему устройства.
Основным недостатком прототипа является низкая точность измерения провиса провода, узкий спектр решаемых задач, большое количество устройств, необходимых для мониторинга, а также значительные трудозатраты при их монтаже и демонтаже. Это обусловлено тем, что при установке устройства и его замене необходимо присваивать датчику ускорения адрес, которому будут соответствовать его координаты и местоположение пролета ЛЭП и вносить эти данные в базу данных. Кроме того, для определения обрыва провода или короткого замыкания необходима установка данного устройства на каждый фазный провод ЛЭП, в каждом пролете.
Задачей полезной модели является разработка устройства оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ЛЭП, в котором устранены недостатки прототипа.
Техническим результатом является повышение точности измерения провиса провода, расширение эксплуатационных возможностей и снижение количества устройств, необходимых для мониторинга, а также трудозатрат при их монтаже и демонтаже.
Технический результат достигается тем, что устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), устанавливаемое на фазном проводе ЛЭП между двумя опорами и содержащее первый датчик ускорения, датчик температуры и датчик влажности, связанные со входами микропроцессора, в котором на основе сигналов от упомянутых датчиков формируется информация с указанием адреса пролета ЛЭП о начале налипания снега или образования льда на проводах ЛЭП, об амплитудах раскачивания проводов или обрыве провода, при этом микропроцессор соединен с приемопередатчиком, предназначенным для связи с диспетчерским пультом, а электроснабжение указанных датчиков, микропроцессора и приемопередатчика производится блоком питания, осуществляющим отбор энергии с магнитной составляющей электромагнитного поля фазного провода, согласно настоящей полезной модели, дополнительно содержит второй датчик ускорения, датчик тока, модуль навигации (ГЛОНАСС/GPS), соединенные с микропроцессором и блоком питания, и накопитель электроэнергии, также соединенный с блоком питания.
Второй датчик ускорения устройства выполнен в виде 3-х осевого акселерометра.
Устройство установлено с возможностью мониторинга не менее двух пролетов ЛЭП, при этом приемопередатчик выполнен с рабочей дальностью действия не менее 600 метров на открытой местности.
Устройство осуществляет связь согласно протоколу ZigBee.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано расположение предлагаемого устройства на ЛЭП, а на фиг. 2 изображена его структурная блок-схема.
На чертежах цифрами обозначены:
1 - устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ЛЭП;
2 - фазный провод ЛЭП;
3 - первый датчик ускорения (2-х осевой акселерометр);
4 - датчик температуры;
5 - датчик влажности;
6 - микропроцессор;
7 - приемопередатчик;
8 - диспетчерский пульт;
9 - электронная схема устройства;
10 - блок питания;
11 - второй датчик ускорения (3-х осевой акселерометр);
12 - датчик тока;
13 - модуль навигации (ГЛОНАСС/GPS);
14 - накопитель электроэнергии (например, аккумуляторная батарея).
Устройство 1 оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ЛЭП, устанавливаемое на фазном проводе 2 ЛЭП (Фиг. 1) между двумя опорами содержит (Фиг. 2) датчик 3 ускорения, датчик 4 температуры и датчик 5 влажности, связанные со входами микропроцессора 6, в котором на основе сигналов от упомянутых датчиков формируется информация с указанием адреса пролета ЛЭП о начале налипания снега или образования льда на проводах ЛЭП, об амплитудах раскачивания проводов или обрыве провода, при этом микропроцессор 6 соединен с приемопередатчиком 7, предназначенным для связи с диспетчерским пультом 8, а электроснабжение датчиков 3, 4, 5, микропроцессора 6 и приемопередатчика 7 осуществляется блоком 10 питания, осуществляющим отбор энергии с магнитной составляющей электромагнитного поля фазного провода 1.
Отличием предлагаемого устройства 1 оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ЛЭП является то, что оно дополнительно содержит второй датчик 11 ускорения, датчик 12 тока, модуль 13 навигации (ГЛОНАСС/GPS), соединенные с микропроцессором 6 и блоком 10 питания, и накопитель 14 электроэнергии, также соединенный с блоком 10 питания.
Второй датчик 11 ускорения устройства 1 выполнен в виде 3-х осевого акселерометра.
Устройство 1 установлено с возможностью мониторинга не менее двух пролетов ЛЭП, при этом приемопередатчик 7 выполнен с рабочей дальностью действия не менее 600 метров на открытой местности..
Устройство 1 осуществляет связь согласно протоколу ZigBee.
Устройство 1 оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ЛЭП работает следующим образом.
С помощью модуля 13 навигации (ГЛОНАСС/GPS) определяется местоположение пролета ЛЭП и его координаты в условных единицах или в формате системы ГЛОНАСС или GPS. Для оперативного определения места гололедообразования, обрыва или КЗ высоковольтных ЛЭП на одном из фазных проводов, через пролет ЛЭП между опорами, закрепляют устройства 1 оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ЛЭП (фиг. 1). Для замера температуры и определения начала налипания снега или гололедообразования на проводах служат датчик 4 температуры и датчик 5 влажности. Информация о начале гололедообразования на проводах также обрабатывается управляющим микропроцессором 6 и далее передается на диспетчерский пульт 8.
Для более точного определения провиса фазного провода 2 и для надежности в устройстве можно использовать два типа датчиков ускорения: 3-х осевой акселерометр 11 определяет вектор g ускорения свободного падения в пространстве; 2-х осевой акселерометр 3 определяет проекцию вектора g на плоскость провода 2 (плоскость образована осью акселерометра 3, направленной вдоль провода 2, и осью - перпендикулярной нормали к земле). Выходные сигналы от датчиков ускорения 3 и 11 (акселерометров) поступают на соответствующие входы управляющего микропроцессора 6, где информация обрабатывается и поступает в приемопередатчик 7, и далее по радиоканалу последовательно от блока к блоку передается на диспетчерский пульт 8. Применение 3-х осевого акселерометра 11 позволяет нам определить угол, на который повернулось устройство 1, закрепленное на проводе 2, относительно горизонта, а значит скорректировать показания с 2- хосевого акселерометра 3, увеличив точность определения как провиса провода 2, так и его колебаний в стороны.
Выходные сигналы от датчиков ускорения (акселерометров) 3 и 11, пропорциональные амплитуде раскачивания фазного провода 2, поступают на соответствующие входы микропроцессора 6. В микропроцессоре 6 сигналы сравниваются с заложенными заранее в программу величинами в соответствии с заданным алгоритмом. Например, если механическое воздействие на фазный провод 2 вызывает по оси X колебание проводов до какой-то величины N см, то микропроцессор 6 выдает на диспетчерский пульт 8 команду о нормальных амплитудах. Если эти амплитуды больше заданного значения N+n см, то выдается команда о завышенных амплитудах с указанием местоположения пролета ЛЭП в ГЛОНАСС/GPS координатах. Если происходит обрыв фазного провода 2 или его провисание по оси Y, то по такому же принципу микропроцессор 6 передает на диспетчерский пульт 8 информацию о происшедшем событии. Например, если температура окружающей среды находится в пределах 0°С и датчик 5 влажности фиксирует наличие осадков (дождь, снег, туман), и при этом имеет место провисание провода 2, то это говорит о возможном налипании снега на проводах или их обледенении, что и передается на диспетчерский пульт 8.
При обрыве провода 2 фиксируется резкое изменение угла наклона провода и также передается информация на диспетчерский пульт 8, независимо от температуры окружающей среды и наличия осадков.
Кроме того, установленные датчики 12 измерения силы тока позволяют определять не только обрыв провода 2, но и КЗ при том, что данные аварийные ситуации могут произойти на фазных проводах диагностируемой ЛЭП, не оборудованных данным устройством 1, за счет регистрации изменения силы тока в рабочем фазном проводе 2.
Благодаря использованию модуля 13 навигации обеспечивается снижение трудозатрат при осуществлении монтажа новых устройств и замене старых устройств.
Устройство может отличаться тем, что оно установлено с возможностью мониторинга не менее двух пролетов ЛЭП за счет приемопередатчика 7, обладающего рабочей дальностью действия не менее 600 метров на открытой местности.
Устройство может отличаться тем, что при выходе из строя одного из устройств 1 передача информации на диспетчерский пульт 8 будет продолжена от других устройств через оставшиеся работающие приемопередатчики 7 согласно протоколу Zigbee.
Питание электронной схемы 9 устройства 1 осуществляется от блока 10 питания и по ней подводится к микропроцессору 6, приемопередатчику 7, модулю 13 навигации и датчикам (первый датчик 3 ускорения, датчик 4 температуры, датчик 5 влажности, второй датчик 11 ускорения и датчик 12 тока). При этом устройство 1 дополнительно содержит накопитель 14 электроэнергии. Благодаря блоку 10 питания осуществляется отбор энергии с электромагнитного поля вокруг фазного провода 2. Далее данная электроэнергия идет на электроснабжение электронной схемы 9 устройства 1 и подзарядку накопителя 14 электроэнергии. Энергия, запасенная в накопителе 14, в дальнейшем может быть использована для электроснабжения электронной схемы 9 устройства 1 при перебоях с электропитанием, обеспечивая передачу информации в течение некоторого времени, используя накопленный заряд энергии.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обладает большей точностью измерения провиса провода, требует установки значительно меньшего количества устройств на ЛЭП, позволяет снизить трудозатраты при монтаже и демонтаже устройств, а также контролировать и передавать информацию на диспетчерский пульт по следующим параметрам и возможным событиям:
- оперативное определение места обрыва или КЗ высоковольтных ЛЭП в каждом пролете и на каждой фазе проводов А, В и С благодаря измерению величины силы тока в фазном проводе, на котором установлено устройство;
- определение величины раскачивания проводов при воздействии на них ветра;
- определение пролетов ЛЭП с налипанием на них снега и контроль гололедообразования;
- определение места механического воздействия на провода;
- 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:
- определение места короткого замыкания проводов;
- определение других величин механических воздействий на провода ЛЭП, вызванных природными явлениями.