СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРОВОДОВ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
TEMPERATURE CONTROL METHOD FOR WIRES OF POWER TRANSMISSION LINES

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для непрерывного контроля температуры проводов линий электропередачи.
Известен контактный способ контроля температуры провода, использующий зависимость от температуры электрического сопротивления металлов, сплавов, полупроводников или электродвижущей силы термоэлектрических пар (Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин. 5-е изд. - Л.: Энергия, 1975; Специальные термометры с термопреобразователями сопротивления / Е.И. Фандеев, Г.А. Лущаев, В.А. Карчков. - М.: Энергоатомиздат, 1987).
Недостатком контактного способа является то, что он требует непосредственного контакта первичного термопреобразователя с объектом контроля, находящимся под высоким напряжением, а это затрудняет передачу информации к вторичному измерительному прибору, находящемуся на потенциале земли.
Известен бесконтактный способ контроля температуры провода, использующий зависимость от температуры интенсивности теплового излучения (Низкотемпературные пирометры с тепловыми приемниками излучения /Е.И. Фандеев, Б.В. Васильев, А.П. Бараненко, В.М. Горбачев. -М.: Энергоатомиздат, 1993). Он не требует специального канала передачи информации с высокого напряжения на потенциал земли, так как сигнал передается через промежуточную среду, но его недостатком является практическая непригодность для контроля температуры провода воздушной линии электропередачи, особенно в зимних условиях из-за влияния природных факторов (снег, туман, дождь) на поглощение теплового излучения провода промежуточной средой.
Известен косвенный способ контроля температуры провода путем ее вычисления с помощью математической модели процесса нагрева провода по факторам, влияющим на тепловой баланс провода: тока провода, температуры окружающей среды, скорости ветра (Петрова Т.Е., Фигурнов Е.П. Защита от перегрузки по току проводов воздушных линий электропередачи. - Электричество, 1991, N8, с.29-34).
Недостатком этого способа является низкая точность из-за влияния на температуру провода неконтролируемых факторов: направления ветра, влажности воздуха, степени турбулизации воздушного потока, прозрачности атмосферы, мощности солнечного излучения и т.п.
Наиболее близким техническим решением является способ контроля температуры провода, закрепленного с двух сторон, который использовался ранее в приборах тепловой системы (Электрические и магнитные измерения. Под ред. Е.Г. Шрамкова. - Л.-М., 1937, с.134-135),
Способ основан на измерении температурного линейного расширения нагреваемого электрическим током провода, которое пропорционально приращению температуры: ΔL=L-Lo=k·Lo·(T-To)=k·Lo·ΔT, где k - температурный коэффициент линейного расширения провода, Lo - длина провода при начальной температуре То, Т - текущая температура.
Недостатком указанного способа являются ограниченные эксплуатационные возможности, препятствующие его прямому использованию для контроля температуры провода воздушной линии электропередачи, из-за существенной зависимости удлинения провода не только от изменения температуры, но и от изменения механических нагрузок на провод - гололедной и ветровой.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения непрерывного контроля температуры проводов линий электропередачи, что позволит увеличить пропускную способность линий электропередачи, позволит проводить контролируемую плавку гололеда на проводах линии.
Технический результат достигается тем, что в способе контроля температуры проводов линий электропередачи с использованием температурного коэффициента α активного сопротивления проводов, согласно изобретению измеряют напряжение и ток в первом местоположении на линии электропередачи, измеряют напряжение и ток во втором местоположении на линии электропередачи, при этом измеренные напряжения и токи в первом и втором местоположениях синхронизированы по времени с возможностью совместной обработки указанных измерений напряжений и токов, по измеренным напряжениям и токам в первом и втором местоположениях определяют полное сопротивление линии электропередачи между первым и вторым местоположениями, из определенного полного сопротивления линии при температуре To проводов линии электропередачи определяют активное сопротивление Ro линии электропередачи между первым и вторым местоположениями, определяют текущее активное сопротивление R линии электропередачи между первым и вторым местоположениями, и по известному температурному коэффициенту α активного сопротивления проводов линии определяют текущую температуру T проводов линии электропередачи по формуле T=To+(R-Ro)/(α·Ro).
Таким образом, технический результат достигается тем, что из определенного полного сопротивления линии электропередачи выделяется активное сопротивление проводов линии и дифференциальным методом определяется температура проводов линии электропередачи, используя тот факт, что активное сопротивление проводов линии электропередачи зависит от температуры данных проводов.
Предложенное техническое решение поясняется чертежом, на котором изображена схема измерения параметров линии электропередачи в соответствии с предлагаемым способом.
Измерение параметров линии, схема которого изображена на фиг.1, происходит следующим образом. Линия электропередачи соединяет пункты 1 и 2. На данной линии измеряют напряжение и ток в первом местоположении 3 на линии электропередачи, измеряют напряжение и ток во втором местоположении 4 на линии электропередачи. При этом измеренные напряжения и токи в первом 3 и втором 4 местоположениях синхронизированы по времени для того, чтобы можно было совместно обрабатывать измеренные в пунктах 3 и 4 данные. Измеренные напряжения и токи в первом 3 и втором 4 местоположениях передаются в центральный пункт 5, где из полученных данных определяется полное сопротивление Z линии электропередачи между пунктами 3 и 4. При температуре To проводов линии электропередачи, из определенного полного сопротивления Z линии определяют активное сопротивление Ro линии электропередачи между первым 3 и вторым 4 местоположениями. В дальнейшем, определяют текущее активное сопротивление R линии электропередачи между первым 3 и вторым 4 местоположениями, и по известному температурному коэффициенту α активного сопротивления проводов линии определяют текущую температуру T проводов линии электропередачи по формуле T=To+(R-Ro)/(α·Ro).
-3
Температурный коэффициент α активного сопротивления проводов линии задает фирма-изготовитель проводов линии электропередачи. В энергетике в основном используют сталь-алюминиевые провода, в которых основной вклад в активное сопротивление вносит алюминиевые жилы провода, и температурный коэффициент α сопротивления алюминия равен 4.30·10 (1/Кельвин). В результате, при изменении температуры провода на 1 градус сопротивление линии изменится на (R-Ro)/Ro~0,4%. Эта величина сравнима с точностью измерения токов и напряжений в линии электропередачи порядка 0,2%. Поэтому можно ожидать, что предлагаемый способ контроля температуры проводов линий электропередачи позволит непрерывно определять температуру проводов с точностью в несколько градусов.
Достоинством данного способа является также то, что не требуется устанавливать дополнительного оборудования на линии электропередачи, не требуется непосредственный контакт с высоковольтными проводами линии электропередачи.
-6
-3
Стоит рассмотреть влияние температурного линейного расширения нагреваемого электрическим током провода, которое пропорционально приращению температуры: ΔL=L-Lo=k·Lo·(T-To)=k·Lo·ΔT, где k -температурный коэффициент линейного расширения провода. При изменении линейных размеров проводов линии электропередачи происходит изменение реактивного сопротивления линии, что также можно использовать для определения температуры проводов линии. Для алюминия коэффициент линейного расширения k=22.2·10 (1/Кельвин), что значительно меньше температурного коэффициента сопротивления алюминия α=4.30·10 (1/Кельвин). Следует учесть конструкцию проводов линий электропередачи: это скрученный жгут из многих отдельных проводников. Кроме этого, на геометрию проводов линий электропередачи сильно влияет ветер. Все это приводит к тому, что реактивное сопротивление линии не информативно для определения температуры проводов линии электропередачи.
Таким образом, по сравнению с ближайшим аналогом, предлагаемый способ контроля температуры проводов линий электропередачи имеет значительные преимущества за счет обеспечения непрерывного контроля температуры проводов линий электропередачи, что позволит увеличить пропускную способность линий электропередачи, позволит проводить контролируемую плавку гололеда на проводах линии.