УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Полезная модель относится к технике для обнаружения повреждений в линиях электропередач (ЛЭП) и предназначено для измерения расстояния до места повреждения, а также выделения поврежденного ответвления в разветвленной электрической сети.
Известно устройство для определения места повреждения линий электропередачи и связи [заявка RU 200612389 1/28, 03.07.2006, опубл. Б.и. №1 10.01.2008 г.], содержащее вычислительный блок и связанные с ним генератор зондирующих импульсов, приемник и блок индикации, при этом оно содержит управляемый переключатель с каналом управления от вычислительного блока, выполненный с возможностью подключения к линии электропередачи или связи, при этом по меньшей мере один выход генератора зондирующих импульсов и один вход приемника связаны с указанным переключателем. Устройство осуществляет посыл в линию зондирующих импульсов напряжения от генератора при согласовании выходного сопротивления последнего с волновым сопротивлением линии в соответствии с заданным диапазоном волновых сопротивлений и требуемой точностью согласования, прием отраженных импульсов, определение места повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, далее излучает дополнительные зондирующие импульсы напряжения, мгновенные значения напряжения которых получены одной или суммой нескольких гармонических составляющих, принимает отраженные дополнительные импульсы в моменты времени, соответствующие предварительно определенному месту повреждения, подвергает принятые отраженные дополнительные импульсы спектральному анализу, а информацию о месте повреждения уточняет по значениям фазочастотных спектров.
Недостатком данного устройства является невозможность отыскания повреждения в разветвленной электрической сети.
В качестве прототипа выбрано устройство для определения места повреждения линий электропередач и связи [Патент RU 2269789, 27.09.2004, опубл. Б.и. №4 10.02.2006 г.], содержащее генератор зондирующих импульсов с блоком управляемого выходного сопротивления, второй вход и второй выход которого являются соответственно вторым входом и вторым выходом генератора, связанным с линией, вычислительный блок, второй выход которого соединен с вторым входом генератора, приемник, первым входом связанный с первым выходом генератора зондирующих импульсов, а входом/выходом - с входом/выходом вычислительного блока, и блок индикации, входом подключенный к третьему
выходу вычислительного блока, при этом в генератор зондирующих импульсов дополнительно введены последовательно соединенные блок памяти, цифроаналоговый преобразователь и усилитель мощности, при этом вход блока памяти является первым входом генератора зондирующих импульсов и соединен с первым выходом вычислительного блока, а выход усилителя мощности является первым выходом генератора и одновременно подключен к входу блока управляемого выходного сопротивления, приемник дополнительно содержит фильтр нижних частот, а второй выход генератора зондирующих импульсов дополнительно подключен ко второму входу приемника. Устройство реализует способ, основанный на определении временной задержки отраженного от места повреждения импульса относительно зондирующего импульса. При этом зондирующий импульс подвергают время-частотной модуляции, а отраженный импульс - соответствующей демодуляции, фильтрации и спектральному анализу. Информацию о временной задержке определяют по значениям получаемых амплитудно-частотных спектров.
Недостатком известного устройства-прототипа также является невозможность отыскания повреждения в разветвленной электрической сети.
Задачей полезной модели являлось создание устройства, позволяющего точно и однозначно определить место повреждения распределительных сетей при любой конфигурации линии электропередачи.
Указанная задача решается устройством для определения мест повреждения линий электропередач распределительных сетей, содержащим генератор зондирующих импульсов с блоком управляемого выходного сопротивления, второй вход и второй выход которого являются соответственно вторым входом и вторым выходом генератора, связанным с линией, вычислительный блок, второй вход которого соединен со вторым входом генератора, приемник, первым входом связанный с первым выходом генератора зондирующих импульсов, а входом/выходом с входом/выходом вычислительного блока, блок индикации, входом подключенный к третьему выходу вычислительного блока, входящие в генератор зондирующих импульсов последовательно соединенные блок памяти, цифроаналоговый преобразователь и усилитель мощности, при этом вход блока памяти является первым входом генератора зондирующих импульсов и соединен первым выходом вычислительного блока, выход усилителя мощности является первым выходом генератора и одновременно подключен к входу блока управляемого выходного сопротивления, второй выход генератора зондирующих импульсов подключен ко второму входу приемника, для которого, согласно предложения, дополнительно введены фильтры, согласованные с зондирующими импульсами и подключенные к шинам подстанций каждого из ответвлений линии распределительной сети.
На фиг. изображен пример структурной схемы устройства для определения места повреждения линий электропередач распределительной сети.
Устройство содержит генератор зондирующих импульсов 1, состоящий из блока управляемого выходного сопротивления 2, блока памяти 3, цифроаналогового преобразователя 4 и усилителя мощности 5, приемник 6, вычислительный блок 7 (например, микро ЭВМ), блок индикации 8, фильтры 9, согласованные с зондирующими сигналами.
Первый выход генератора 1, которым является выход усилителя мощности 5, соединен с первым входом приемника 6, выход усилителя мощности 5 связан также с входом блока управляемого выходного сопротивления 2, второй выход генератора 1 связан с линией и одновременно - со вторым входом приемника 6. Первый вход генератора 1 является одновременно входом блока памяти 3, соединен с первым выходом вычислительного блока 7, а второй выход генератора 1, являющийся одновременно вторым входом блока управляемого выходного сопротивления 2, соединен со вторым выходом вычислительного блока 7. Вычислительный блок 7 входом/выходом связан с входом/выходом приемника 6, а третьим выходом - с входом блока индикации 8. Фильтры 9, согласованные с зондирующими сигналами, подключены к шинам подстанций каждого из ответвлений линии распределительной сети.
Устройство работает следующим образом.
При первом зондировании работа устройства для определения мест повреждения ЛЭП распределительных сетей аналогична прототипу. Следует отметить, что дискретно-кодированный сигнал линейной ступенчатой частотной модуляцией эквивалентен ЛЧМ (линейно частотно модулированному) импульсу [Ч.Кук, М.Бернфельд. Радиолокационные сигналы. Пер. с англ. Под ред. B.C.Кельзона. - М.: Мзд-во «Советское радио», 1971. стр.289-300], на примере которого иллюстрируется работа устройства прототипа [RU 2269789, 27.09.2004, опубл. Б.И. №4, 10.02.2006].
В начале измерений перед определением места повреждения (ОМП) осуществляется согласование выходного сопротивления генератора зондирующих импульсов 1 (фиг.1) с волновым сопротивлением линии, подключенной к выходу блока управляемого выходного сопротивления 2. Режим согласования устанавливают вычислительным блоком 7 в соответствии с заданным диапазоном волновых сопротивлений и требуемой точностью согласования.
После завершения процесса согласования выходного сопротивления генератора 1 в вычислительном блоке производится расчет цифровых кодов мгновенных значений дискретно-кодированного сигнала заданной длительности. Цифровые коды с выхода 1 вычислительного блока поступают в блок памяти 3 генератора зондирующих импульсов 1,
где записываются и хранятся. Под воздействием управляющих сигналов с первого выхода вычислительного блока отсчеты зондирующего сигнала поступают на цифроаналоговый преобразователь 4 и далее на усилитель мощности 5, на выходе которого формируется заданный зондирующий импульс.
Проходя через блок управляемого выходного сопротивления 2, с его выхода зондирующий импульс поступает в линию, а выхода усилителя мощности 5 на первый вход приемника 6 и является опорным при последующей демодуляции отраженного импульса.
В случае зеркального отражения от места повреждения (например, места короткого замыкания ЛЭП) на вход 2 приемника 6 отраженный импульс поступит с временной задержкой по отношению к излученному импульсу. Процесс демодулирования принимаемого колебания в приемнике 6 с помощью опорного сигнала генератора зондирующих импульсов 1 преобразует информацию о месте повреждения, заложенную во времени задержки, в информацию, выраженную в частоте низкочастотной составляющей напряжения приемника 6. После аналого-цифрового преобразования отсчеты принятого сигнала через вход/выход поступают в вычислительный блок 7. Реализация процедур цифрового спектрального анализа позволяет получить оценки амплитудно-частотного спектра, по отсчетам которого можно судить о месте повреждения.
В результате выполнения отмеченных процедур измеряется расстояние до места повреждения, однако в случае разветвленной распределительной электрической сети (например, фиг.1), определение места повреждения производится неоднозначно. Определить конкретное ответвление (отпайку) в котором произошло повреждение при однократном зондировании, зачастую не представляется возможным.
Решить проблему неоднозначности позволяет применение ортогональных (независимых) дискретно-кодированных сигналов с частотной или фазовой модуляцией (манипуляцией) с последующей согласованной фильтрацией.
При этом на концах ответвлений (отпаек) устанавливаются фильтры 9, согласованные с определенным видом зондирующего импульса (дискретно-кодированного сигнала). Например, фильтры 9 могут устанавливаться на шинах ответвительных (отпаячных) подстанций. Количество отдельных типов (видов) зондирующих сигналов устанавливается, исходя из количества отпаек (ответвлений) и фаз анализируемой линии электропередачи распределительной сети. Каждый из дискретно-кодированных сигналов (зондирующих импульсов) ориентирован на отдельную отпайку (ответвление) и отдельную фазу распределительной сети. С каждым из дискретно-кодированных сигналов (зондирующих импульсов) согласован только один из фильтров 9.
Один из вариантов установки на ЛЭП согласованных фильтров 9 может быть основан на схемном решении, когда согласованный фильтр устанавливается через высокочастотные конденсаторы между отдельными фазами в конце отпайки (ответвления) ЛЭП. Тогда излучение зондирующего импульса (дискретно-кодированного сигнала) проводится в фазу, к которой через высокочастотный конденсатор подключен вход фильтра 9, а прием отфильтрованного сигнала производится от фазы, к которой через высокочастотный конденсатор подключен выход согласованного фильтра 9. Схемные решения согласованных фильтров 9 для дискретно-кодированных сигналов можно найти, например, в [Ч.Кук, М.Бернфельд. Радиолокационные сигналы. Пер. с англ. Под ред. B.C.Кельзона. - М.: Мзд-во «Советское радио», 1971. стр.302-307].
При последовательном излучении дискретно-кодированных сигналов (зондирующих импульсов) согласованная фильтрация конкретного зондирующего импульса будет осуществляться только на отдельной фазе отдельной отпайки (ответвлении), поэтому отфильтрованный отраженный сигнал будет поступать только с фазы этого ответвления (отпайки). Осуществляя такое последовательное зондирование, можно контролировать состояние фаз ответвлений (отпаек), так как при повреждении ЛЭП (например, однофазном замыкании на землю, междуфазном замыкании и др.) согласованной фильтрации в конце отпайки (ответвлении) происходить не будет. В таком случае на вход приемника 6 будет поступать сигнал, не прошедший согласованную фильтрацию. Таким образом, признак отсутствия на входе приемника 6 дискретно-кодированного сигнала, прошедшего согласованную фильтрацию, может характеризовать повреждение отдельной фазы анализируемой отпайки.
В качестве альтернативного варианта согласованного фильтра 9 может быть рассмотрен фильтр-пробка, например, который обеспечивает максимальный коэффициент отражения для составляющих, входящих в дискретно-кодированный сигнал.