УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ПРОВОДА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Заявляемая полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована для дистанционного непрерывного в реальном масштабе времени мониторинга состояния провода воздушной линии, далее - ВЛ, электропередачи, а также грозозащитного троса, и контроля их параметров.
В настоящее время известны устройства, используемые в системах для дистанционного контроля состояния провода и/или контроля его параметров в воздушных линиях электропередачи, [1], [2], [3].
Известно устройство [1] для контроля электроэнергетических систем, содержащее корпус, снабженный средством крепления на проводе линии электропередачи, и размещенные в корпусе блок питания и измерительно-передающий модуль, состоящий из блока управления, блока получения и преобразования сигналов состояния провода, блока связи и передачи данных. При этом выход блока получения и преобразования сигналов состояния провода подключен к входу блока связи и передачи данных. Данное устройство работает как автономный элемент системы мониторинга состояния проводов воздушной линии электропередачи в режиме реального времени, обеспечивая передачу данных по каналам специализированной системы технологической информации, созданной на основе принципов высокочастотной связи по проводам ВЛ, с помощью высоковольтных модулей присоединения.
Недостатком устройства [1] является то, что для его функционирования в системе мониторинга требуется дополнительно создавать специализированные технологические средства передачи данных, которые в свою очередь имеют низкую скорость передачи. Этот недостаток обусловлен тем, что размещенному на проводе ВЛ, в качестве автономного устройства, измерительному элементу системы мониторинга для осуществления функций связи с пунктом сбора измеренной информации, необходимы внешние средства реализации высокочастотной связи с элементами высоковольтной гальванической развязки с потенциалом ВЛ. Передача данных по проводам ВЛ обусловлена низкой скоростью передачи.
Известно устройство [2] для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи, содержащее корпус, снабженный средством крепления на проводе линии электропередачи, и размещенные в корпусе блок питания, блок обработки, к которому подключен датчик температуры провода и средство беспроводной передачи данных наземному терминалу. При этом контроль температуры осуществляется непосредственно в месте крепления корпуса к проводу ВЛ.
Недостатком устройства [2] является наличие влияния на достоверность измерения температуры провода теплоотвода, создаваемого самим корпусом устройства в месте контроля температуры. Это условие также приводит к инерционности измерительной системы, не способной отслеживать быстрые изменения температуры провода.
Известно устройство [3] дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи, содержащее блок питания, ультразвуковой или лазерный дальномер, средство беспроводной передачи данных наземному терминалу и блок обработки, к которому подключены датчик температуры провода, датчик тока и сигнализатор гололедных отложений. Устройство [3] выполнено с возможностью установки на проводе воздушной линии электропередачи, при этом датчик температуры провода расположен непосредственно в месте крепления устройства к проводу. В качестве датчика тока провода применен измерительный трансформатор, позволяющий контролировать переменный ток в проводе. Данное устройство [3] является ближайшим аналогом-прототипом.
Недостатком устройства [3], прототипа, является низкая точность измерения температуры провода, связанная с внесением погрешности в контролируемое значение температуры теплоотвода, создаваемой корпусом самого устройства. Этот факт одновременно приводит к инерционности измерительной системы, не способной отслеживать быстрые изменения температуры провода. Контроль температуры провода в представленном устройстве не учитывает влияние внешней температуры. Также применение трансформатора, в качестве измерителя тока, ограничивает измерение постоянных токов, используемых в системах плавки гололеда.
Целью заявляемого устройства является устранение указанных недостатков, повышение достоверности и полноты контроля параметров состояния провода воздушной линии электропередачи.
Общие признаки заявляемой полезной модели с прототипом заключаются в том что, что устройство, выполненное с возможностью его установки на проводе воздушной линии электропередачи, содержит датчик тока провода и датчик температуры провода, средство беспроводной передачи данных наземному терминалу, которые подключены к блоку обработки информации. Устройство содержит блок питания, выполненный в виде аккумуляторной батареи, зарядка которой осуществляется от модуля солнечных батарей и/или от устройства отбора мощности от провода воздушной линии электропередачи, через зарядное устройство.
Указанная цель достигается тем, что зарядное устройство соединено с блоком обработки информации и аккумуляторной батареей, имеющей связи со всеми блоками устройства. Блок обработки информации выполнен с возможностью управления устройством в целом. Введен датчик температуры воздуха, который соединен с блоком обработки информации. Датчик температуры воздуха, расположенный в физической близости от места подключения устройства, позволяет производить дифференцированную оценку изменения температуры провода за счет тока в проводе: рабочего и тока плавки гололеда. Датчик температуры провода размещен в отдельном корпусе, изготовленном из материала, имеющего минимальную теплопроводность, установленном отдельно от корпуса устройства. Датчик тока провода реализован, в виде магнитопровода, в разрез которого установлен датчик Холла.
Таким образом, соединение общеизвестных признаков с вновь введенными признаками позволяет достигнуть заданного технического результата. Введение датчика температуры воздуха повышает достоверность контроля и исключает ошибки из-за влияния изменения температуры окружающей среды. Выполнение датчика температуры провода в отдельном корпусе и место его установки обеспечивают снижение паразитного влияния теплоотвода на корпус устройства. Реализация датчика тока провода на эффекте Холла позволяет производить контроль как переменного, так и постоянного тока в проводе. Технические результаты, полученные за счет введения вышеуказанных признаков, направлены на получение общего результата - повышение достоверности и полноты контроля параметров состояния провода воздушной линии электропередачи.
На фигуре изображена структурная схема заявляемого устройства. Устройство дистанционного мониторинга состояния провода воздушной линии электропередачи содержит блок обработки информации 1 - Блок обр., к которому подключены датчик тока провода 2 - ДТока, датчик температуры провода 3 - ДТП, датчик температуры воздуха 4 - ДТВ и средство беспроводной передачи данных наземному терминалу 5 - Ср.пер. Электрическое питание всех составных частей устройства осуществляется от аккумуляторной батареи 6 - Акк., которая заряжается зарядным устройством 7 - ЗУ, зарядный ток, которого формируется модулем солнечных батарей 8 - МСБ и/или устройством отбора мощности от провода 9 - УОМ.
Работа предлагаемого устройства.
При подаче запроса с наземного терминала на контроль параметров состояния провода воздушной линии электропередачи (температуры провода, температуры воздуха и тока в проводе), сигнал поступает на средство беспроводной передачи данных 5, детектируется и в виде цифрового сигнала поступает на блок обработки информации 1. Блок обработки информации 1 производит последовательный опрос подключенных к нему датчиков тока 2, температуры провода 3, температуры воздуха 4. Получая от каждого датчика 2, 3 и 4 физические значения контролируемых параметров, блок обработки информации 1 формирует ответную цифровую посылку и передает ее через средство беспроводной передачи данных 5 наземному терминалу. Для обеспечения автономного питания всех элементов устройства, модуль солнечных батарей 8 и/или устройство отбора мощности от провода 9, вырабатывает зарядный ток для аккумуляторной батареи 6. Величина зарядного тока регулируется зарядным устройством 7, соединенным с блоком обработки информации 1, в зависимости от текущего уровня зарядки аккумуляторной батареи 6.
Пример реализации полезной модели может быть следующим:
В блоке обработки информации 1, в качестве микропроцессора, применен микроконтроллер PIC16F688, производства фирмы Microchip.Проходной датчик тока в проводе 2, выполнен в виде магнитопровода, в разрез которого установлен датчик Холла, типа SS49E, фирмы Honeywell, подключенного через операционный усилитель, типа AD8571, фирмы Analog Devices, к АЦП микроконтроллера PIC16F688, производства фирмы Microchip.Датчик температуры провода 3, конструктивно реализован в термозащитном кожухе, снижающем влияние температуры окружающего воздуха на измерения, и выполнен на базе микросхемы TMP100NA, производства фирмы Texas Instruments. Датчик температуры воздуха 4, конструктивно реализован в защитном кожухе, снижающем влияние атмосферных осадков и ветра на измерения, и выполнен на базе микросхемы TMP100NA, производства фирмы Texas Instruments. Средство беспроводной передачи данных 5 наземному терминалу - это модем связи, типа Спектр 4330ЕМ, производства ООО «Ратеос», или GSM модуль MC55i, производства фирмы Siemens, с штыревой антенной диапазона частот 433,92 мГц или стандарта GSM соответственно. В качестве аккумуляторной батареи 6 применен аккумулятор А506/ 6,5 S, производства фирмы Sonnenschein.
Зарядное устройство 7 реализовано на микросхеме LM1084IT-ADJ, производства фирмы National Semiconductor - для обеспечения режима струйной зарядки и на микросхеме IPS511G, производства фирмы International Rectifier - для обеспечения режима прямого заряда. Модуль солнечных батарей 8 - это элемент MSW 12-24, производства фирмы Solur Wind. Устройство отбора мощности от провода 9 реализовано на основе проходного трансформатора, роль первичной обмотки которого выполняет проходящий через него провод ВЛ, а вторичная обмотка через диодный мост подключена к зарядному устройству 7.
Используемые источники информации:
1. Патент РФ на изобретение «Устройство для контроля электроэнергетических систем» №2143165, пр. 29.05.1998, МПК H02J 13/00, G01R 15/06.
2. Патент РФ на изобретение «Устройство для дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи» №2222858, пр. 31.10.2002, МПК H02J 13/00.
3. Патент РФ на полезную модель «Устройство дистанционного контроля состояния провода воздушной линии электропередачи» №95913, пр. 24.03.2010, МПК H02G 7/16.