СИСТЕМА ОХРАНЫ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ
SYSTEM OF SECURITY PROTECTION OF OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINES

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам тревожной сигнализации, предназначенным для обнаружения нарушителей, проникающих в зоны размещения опор воздушных линий электропередач (ВЛЭП) и вызывающих срабатывания средств тревожной сигнализации (датчиков) по факту обнаружения актов терроризма, вандализма или хищения металла. Опоры ВЛЭП являются наиболее уязвимыми частями ВЛЭП как потенциальных объектов для проведения террористических акций и преступных посягательств, поэтому охрана магистралей ВЛЭП является актуальной задачей.
Известна «Радиотехническая информационная система», описанная в патенте RU №2302078, МПК H04B 3/54, H04B 7/00, опубл. 2007 г. и содержащая установленные на опорах ВЛЭП пассивные ретрансляторы для приема и передачи информации на наземное радиотехническое оборудование, блоки питания которого подключены к ВЛЭП через устройства отбора электроэнергии.
Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутой системы являются: установленные на опорах ВЛЭП ретрансляторы, предназначенные для передачи информации от опоры к опоре, и блоки питания, подключенные к ВЛЭП через устройства отбора электроэнергии.
Недостатком системы является отсутствие возможности охраны протяженных магистралей ВЛЭП от противоправных посягательств из-за отсутствия в составе системы технических средств тревожной сигнализации (датчиков) и средств видеоконтроля.
Известна «Система мониторинга окружающей среды», описанная в патенте RU №2276393, МПК G01W 1/00, опубл. 2006 г. В системе метеооборудование с датчиками установлено на опорах ВЛЭП, а для передачи информации в персональный компьютер метеоцентра на опорах ВЛЭП смонтирована система сотовой связи с антеннами сотовой связи и приемопередающим устройством сотовой станции.
Сходными существенными признаками заявленной и вышеуказанной системы являются: возможность размещения приемопередающих устройств радиосвязи на опорах ВЛЭП, а также использование персонального компьютера в центральном пункте контроля для сбора и обработки информации.
Недостатком системы является отсутствие возможности охраны протяженных магистралей ВЛЭП от противоправных посягательств из-за отсутствия в составе системы технических средств тревожной сигнализации (датчиков) и средств видеоконтроля.
Известно «Устройство дистанционного мониторинга состояния провода воздушной линии электропередачи», описанное в патенте на полезную модель RU №115582, опубл. 2012 г. Устройство содержит датчик температуры провода и датчик тока провода, а также средство беспроводной передачи данных наземному терминалу. Блок питания устройства выполнен в виде аккумуляторной батареи, зарядка которой осуществляется от модуля солнечных батарей и/или от устройства отбора мощности от провода.
Сходными существенными признаками являются: возможность беспроводной передачи информации от датчиков наземному терминалу (радиомодему), а также блок питания, выполненный в виде аккумуляторной батареи, зарядка которой осуществляется от модуля солнечных батарей и/или от устройства отбора энергии от ВЛЭП.
Недостатком устройства является отсутствие возможности охраны протяженных магистралей ВЛЭП от противоправных посягательств из-за отсутствия в составе системы технических средств тревожной сигнализации (датчиков) и средств видеоконтроля.
Известно «Устройство защиты объекта», описанное в патенте RU №2326444, МПК G08B 15/00, опубл. 2008 г. Устройство содержит электронное устройство охранной сигнализации с возможностью автоматического распознавания «свой-чужой» и мобильные устройства системы «свой-чужой», снабженные автономными источниками питания. К электронному устройству охранной сигнализации подключен, по крайней мере, один датчик. Мобильное устройство системы «свой-чужой» содержит приемопередатчик с приемопередающей антенной, которые позволяют осуществлять связь по радиоканалу с электронным устройством охранной сигнализации. Датчик охранной сигнализации регистрирует появление соответствующих сигналов при приближении к охраняемому объекту нарушителя. Устройство может быть применено для охраны различных объектов, в том числе для охраны опор линии электропередачи.
Сходными существенными признаками являются: электронное устройство охранной сигнализации и мобильные устройства системы, снабженные автономными источниками питания и содержащие приемопередатчики с приемопередающими антеннами.
Недостатком устройства является отсутствие возможности охраны протяженных магистралей ВЛЭП с видеорегистрацией противоправных актов и с указанием места совершения акта.
Известно «Устройство защиты линии электропередачи», описанное в патенте RU №2359382, МПК G08 15/00, H02G 7/16, опубл. 2009 г. Устройство содержит электронное устройство охранной сигнализации, выполненное в виде герметичного блока, и датчик с возможностью регистрации субъектов или объектов (нарушителей), находящихся на опоре линии электропередач. Электронное устройство охранной сигнализации выполнено с возможностью формирования радиосигналов тревоги, которые могут быть приняты и обработаны в едином центре охраны линий электропередач района. Электропитание узлов устройства может осуществляться от самой линии электропередачи с использованием устройства отбора электроэнергии.
Сходными существенными признаками являются: электронное устройство охранной сигнализации, датчик, возможность формирования радиосигналов тревоги с передачей на центральный пост охраны.
Недостатком устройства является отсутствие возможности охраны протяженных магистралей ВЛЭП с видеорегистрацией противоправных актов и с указанием места совершения акта.
Все упомянутые недостатки частично устраняются в другой, наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению, известной периметровой системе обнаружения вторжения «Perimeter system for detecting intruders», описанной в патенте US №6664894, МПК G08B 13/00, опубл. 2003 г.
Один из вариантов системы содержит: центральный пульт управления (PC), группу линейных пунктов охраны или блоков электронных (С), подключенных к центральному пульту управления с помощью радиоканала связи, к каждому линейному пункту охраны подключена группа датчиков (Figure 3). Датчики в каждой из групп могут быть сейсмическими, акустическими или комбинированными. В каждой группе датчики последовательно расположены на местности и объединены с помощью проводной линии связи, образуя, таким образом, протяженный рубеж охраны.
Данная система обеспечивает формирование сигнала тревоги при преодолении нарушителем любого участка рубежа охраны с размещенной на нем группы датчиков. Сигнал тревоги формируется в линейном пункте охраны (С) с номером (адресом) этого участка и передается на центральный пульт управления (PC) с помощью радиоканала связи.
Общими существенными признаками с заявляемым решением являются: центральный пульт управления и множество линейных пунктов охраны, подключенных к центральному пульту управления с помощью радиоканала связи, к каждому линейному пункту охраны подключена группа датчиков.
Недостатком устройства является отсутствие возможности охраны протяженных магистралей ВЛЭП с видеорегистрацией противоправных актов.
Целью настоящего изобретения является обеспечение охраны протяженных магистралей ВЛЭП с выявлением тревожных ситуаций, с видеорегистрацией противоправных актов и с указанием мест их совершения.
Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют обеспечить охрану протяженных магистралей ВЛЭП с выявлением тревожных ситуаций, с видеорегистрацией противоправных актов и с указанием мест их совершения.
Обеспечение охраны протяженных магистралей ВЛЭП с выявлением тревожных ситуаций, с видеорегистрацией противоправных актов и с указанием мест их совершения достигнуто в предложенной системе охраны ВЛЭП, которая содержит центральный пульт управления с персональным компьютером, группу линейных пунктов охраны (общее число n), подключенных к центральному пульту управления с помощью радиоканала связи, к каждому линейному пункту охраны с помощью первой проводной линии связи подключена первая группа датчиков (общее число m), центральный пульт управления содержит первый радиомодем с первой приемопередающей антенной; каждый линейный пункт охраны размещен вблизи или непосредственно на опоре ВЛЭП и содержит первый аккумуляторный источник питания и второй радиомодем со второй приемопередающей антенной, к первому входу/выходу второго радиомодема подключена первая проводная линия связи с первой группой датчиков, к второму входу/выходу второго радиомодема с помощью второй проводной линии связи подключена группа видеокамер (общее число s), третий вход/выход второго радиомодема предназначен для приема сигналов телеметрии и для управления внешними устройствами, первый аккумуляторный источник питания предназначен для электропитания второго радиомодема, первой группы датчиков и группы видеокамер; в состав системы введены группа мобильных пультов контроля (общее число f) и группа выносных пунктов охраны (общее число j), которые подключены к центральному пульту управления с помощью радиоканала связи; каждый мобильный пульт контроля содержит третий радиомодем с третьей приемопередающей антенной, переносной компьютер, вход/выход которого подключен к входу/выходу третьего радиомодема, и второй аккумуляторный источник питания, предназначенный для электропитания третьего радиомодема; каждый выносной пункт охраны содержит четвертый радиомодем с четвертой приемопередающей антенной, вторую группу датчиков (общее число i), которые подключены с помощью третьей проводной линии связи к входу/выходу четвертого радиомодема, и третий аккумуляторный источник питания, предназначенный для электропитания четвертого радиомодема и второй группы датчиков; первый, второй и третий аккумуляторные источники питания имеют входы для подзарядки от внешних солнечных батарей или устройств отбора энергии от ВЛЭП.
Сущность изобретения поясняется фиг.1-2, на которых изображено следующее.
На фиг.1 приведена структурная схема системы охраны ВЛЭП, где введены обозначения: центральный пульт управления - 1 с персональным компьютером - 2, группа линейных пунктов охраны (общее число n) - 3, радиоканал связи - 4, первая проводная линия связи - 5, первая группа датчиков (общее число m) - 6, первый радиомодем - 7 с первой приемопередающей антенной - 8, опоры ВЛЭП - 9, первый аккумуляторный источник питания - 10, второй радиомодем - 11 с второй приемопередающей антенной - 12, вторая проводная линия связи - 13, группа видеокамер (общее число s) - 14, третий вход/выход второго радиомодема - 15, группа мобильных пультов контроля (общее число f) - 16, группа выносных пунктов охраны (общее число j) - 17, третий радиомодем - 18 с третьей приемопередающей антенной - 19, переносной компьютер - 20, второй аккумуляторный источник питания - 21, четвертый радиомодем - 22 с четвертой приемопередающей антенной - 23, вторая группа датчиков (общее число i) - 24, третья проводная линия связи - 25, третий аккумуляторный источник питания - 26, вход для подзарядки от внешних солнечных батарей или устройств отбора энергии от ВЛЭП - 27.
На фиг.2 приведен вариант плана оборудования системой охраны ВЛЭП протяженной магистрали ВЛЭП. Опоры магистрали ВЛЭП условно пронумерованы. Стрелками указано направление ретрансляции передаваемой информации от опоры к опоре по радиоканалу связи 4 на центральный пульт управления 1. На фиг.2 также условно обозначены городская зона, горная дорога и овраг.
Предложенная система (фиг.1) работает следующим образом. При организации охраны протяженной магистрали ВЛЭП (например, протяженностью 100 км) вся магистраль будет иметь большое количество опор 9 (например, до 200 опор). На опорах 9 ВЛЭП, подлежащих охране, устанавливаются линейные пункты охраны 3 (общее число n). Следует отметить, что линейные пункты охраны 3 необязательно должны устанавливаться на каждой из опор 9, а должны устанавливаться лишь по мере необходимости их охраны из условий расположения опор ВЛЭП, оценки угроз совершения противоправных актов, возможного ущерба от их последствий, а также от выделяемых финансовых ресурсов на обеспечение охранных мероприятий.
Каждый линейный пункт охраны 3 формирует номер (адрес) «своей» опоры. Множество линейных пунктов охраны 3, имеющих свои номера (адреса), подключаются к центральному пульту управления 1 посредством радиоканала связи 4. Качество и высокая надежность передачи информации в системе обеспечиваются применением самонастраивающегося радиоканала связи 4 с автоматическим выбором маршрута передачи информации исходя из расположения опор ВЛЭП на местности или ухудшения условий распространения радиоволн.
При проникновении нарушителя в зону обнаружения первой группы датчиков 6 (общее число m), установленных вблизи опоры 9 или непосредственно на опоре 9, будут сформированы сигналы тревоги, которые поступают на первый вход/выход второго радиомодема 11 линейного пункта охраны 3 посредством первой проводной линии связи 5. Второй радиомодем 11 формирует «свой» номер (адрес) опоры и передает с помощью второй приемопередающей антенны 12 сигналы тревоги совместно с номером (адресом) опоры в центральный пульт управления 1 посредством радиоканала связи 4. Эти сигналы посредством первой приемопередающей антенны 8 принимаются первым радиомодемом 7 и передаются в персональный компьютер 2. Таким образом, центральный пульт управления 1 фиксирует факт проникновения нарушителя в зону расположения опоры ВЛЭП в определенном месте участка магистрали с указанием номера (адреса) опоры.
Первая группа датчиков 6 может быть выполнена с использованием различных физических принципов действия. Они могут быть сейсмическими, радиоволновыми, радиолучевыми, инфракрасными, магнитометрическими, вибрационными и т.п. Возможны комбинации разных принципов действия в одном датчике 6. Первая группа датчиков 6 может быть настроена на обнаружение человека-нарушителя или на обнаружение более крупных объектов, таких как легковые и грузовые автомобили, гусеничный и гужевой транспорт.
По сигналам тревоги в автоматическом режиме или по команде оператора с центрального пульта управления 1 может быть включена группа видеокамер 14 (общее число s), которая подключена с помощью второй проводной линии связи 13 ко второму входу/выходу второго радиомодема 11. Группа видеокамер 14 предназначена для передачи видеоизображения в зоне расположения видеокамер на центральный пульт управления 1. Переданная видеоинформация необходима для принятия решения по возникшей угрозе. Просмотр видеоинформации осуществляется на графическом дисплее персонального компьютера 2. После отработки тревожной ситуации и ликвидации угрозы видеокамеры 14 могут быть выключены. Тревога с адресом (номером) опоры и полученная видеоинформация сохраняются в памяти персонального компьютера 2 центрального пульта управления 1. Для обеспечения видеорегистрации в ночное время суток группа видеокамер 14 может быть оснащена ИК-прожекторами или может быть выполнена с использованием инфракрасного принципа действия (по аналогии с тепловизорами). Зона видеонаблюдения группы видеокамер 14 имеет форму и размеры, обеспечивающие видеорегистрацию нарушителя в зоне обнаружения первой группы датчиков 6.
При значительной удаленности определенного линейного пункта охраны 3 от центрального пульта управления 1 в системе предусмотрен режим ретрансляции информации (сигналов тревоги и видеоинформации) от опоры к опоре по радиоканалу связи 4 вплоть до оконечного пункта - центрального пульта управления 1. На фиг.2, к примеру, стрелками показано направление ретрансляции информации при возникновении тревожной ситуации вблизи опоры №3.
Следует отметить, что наиболее актуальна задача охраны опор ВЛЭП в загородной и удаленной от населенных пунктов местности (горные районы, леса, овраги, ущелья и т.п.). В городской зоне, где противоправные акты маловероятны, необходимость охраны опор ВЛЭП значительно уменьшается. На фиг.2 условно показано, что опоры с номерами 1, 2, 4, 5, 13, 14 и 15, находящие в городской зоне, не охраняются системой, тогда как остальные опоры, находящиеся, например, в горной местности, подлежат охране. Опору №3, расположенную, например, в густом городском парке, желательно обеспечить охраной.
В состав системы включена группа мобильных пультов контроля 16 (общее число f), предназначенных для оперативной настройки и проверки оператором состояния системы, просмотра видеоизображений, а также для работы групп быстрого реагирования. Каждый мобильный пульт контроля 16 содержит третий радиомодем 18, который посредством третьей приемопередающей антенны 19 подключен к центральному пульту управления 1 с помощью радиоканала связи 4. Для оперативного взаимодействия с системой в составе мобильного пульта контроля имеется переносной компьютер 20, который подключен к третьему радиомодему 18. В качестве переносного компьютера 20 может быть использован ноутбук, планшетный компьютер, смартфон, коммуникатор и т.п. На фиг.2, например, изображены два мобильных пульта контроля 16, расположенных в определенный момент времени вдоль магистрали ВЛЭП.
Для необходимости обеспечения охраны ВЛЭП на подступах к местам расположения опор в состав системы включена группа выносных пунктов охраны 17 (общее число j), каждый из которых содержит четвертый радиомодем 22, который посредством четвертой приемопередающей антенны 23 подключен к центральному пульту управления 1 с помощью радиоканала связи 4. К четвертому радиомодему 22 с помощью третьей проводной линии связи 25 подключена вторая группа датчиков 24 (общее число i), которые размещаются на главных подступах к магистрали ВЛЭП (дорогах, тропах, оврагах и т.п.) в труднодоступных местах, удаленных от населенных пунктов, то есть в местах наиболее вероятного осуществления возможных противоправных актов. Вторая группа датчиков 24 может быть также выполнена с использованием различных физических принципов действия. Они могут быть сейсмическими, радиоволновыми, радиолучевыми, инфракрасными, магнитометрическими, вибрационными и т.п. Возможны комбинации разных принципов действия в одном датчике 24. Вторая группа датчиков 24 может быть настроена на обнаружение человека-нарушителя или на обнаружение более крупных объектов, таких как легковые и грузовые автомобили, гусеничный и гужевой транспорт. На фиг.2 изображены, например, три группы выносных пунктов охраны 17, размещенных вблизи горной дороги и оврага.
Дополнительно система может быть использована для передачи (ретрансляции) телеметрической информации технических служб на центральный пульт управления 1. Для этих целей в каждом линейном пункте охраны 3 предусмотрен третий вход/выход 15 второго радиомодема 11, к которому могут быть подключены датчики телеметрии. Обычно в качестве датчиков телеметрии для магистралей ВЛЭП применяются датчики определения температуры провода, тока в проводе и т.п. Третий вход/выход 15 второго радиомодема 11 может быть использован также для управления внешними устройствами, в качестве которых могут быть заградительные огни, устанавливаемые на верхних консолях опор ВЛЭП, а также световая и/или звуковая сигнализация сигналов тревоги (например, сирена).
В линейных пунктах охраны 3, в мобильных пультах контроля 16 и в выносных пунктах охраны 17 для электропитания используются соответственно первый 10, второй 21 и третий 26 аккумуляторные источники питания. Эти источники питания являются энергонезависимыми и необслуживаемыми для обеспечения выполнения функций системы как в рабочем состоянии магистрали ВЛЭП, так и при повреждениях ВЛЭП или при проведении работ на ВЛЭП с отключением передачи электроэнергии. Охрана ВЛЭП должна проводиться и на этапе строительства ВЛЭП (последовательного возведения опор ВЛЭП) при отсутствии высоковольтного напряжения. Для каждого из указанных аккумуляторных источников питания предусмотрен вход 27 для возможности подзарядки от внешних солнечных батарей или устройств отбора электроэнергии от ВЛЭП.
Действующие лабораторные макеты системы подвергались всесезонным испытаниям в течение одного года. Была подтверждена устойчивая работоспособность действующих лабораторных макетов по обнаружению нарушителей в зоне размещения опор ВЛЭП и передаче сигналов тревоги с видеорегистрацией нарушителей на центральном пульте управления.
Введенные в известную систему дополнительные признаки и функциональные связи позволяют придать предлагаемой системе новые существенные свойства.