УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ И ВИДА ПОВРЕЖДЕНИЯ НА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Предлагаемое устройство относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам определения места повреждения (ОМП) воздушных линий электропередачи (ВЛЭП).
Известно устройство для определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью (патент на полезную модель №57018 кл. G01R 31/08, 2006), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации сети, которое содержит датчики напряжения и датчики тока для каждой фазы, средства обработки сигналов, которое состоит из фильтра напряжения нулевой последовательности, фильтра тока нулевой последовательности, двух компараторов, фазочувствительного выпрямителя и одновибратора, и средства отображения информации.
Недостатком этого устройства является то, что датчики токов и напряжений устанавливаются непосредственно у линейных проводов трехфазных систем, что затрудняет монтаж, эксплуатацию и ремонт. Устройство содержит сложную схему обработки информации и в то же время позволяет определить только наличие короткого замыкания (КЗ), но не вид повреждения. Кроме того, существенным недостатком этого устройства является низкая точность определения места повреждения, обусловленная следующими факторами:
1) ток КЗ и его максимальное значение зависит от сопротивления заземления и от сопротивления почвы в зоне контакта;
2) скорость распространения импульса также не является постоянной и зависит от многих факторов (от температуры, влажности, погодных условий и т.д.).
Если топология сети имеет древообразную структуру, то этот способ не позволяет определить ветвь, в которой произошла авария. Кроме того, сопротивления в местах разветвлений также оказывает влияние на форму функции переходного процесса и соответственно на точность определения расстояния. В данном устройстве не предусмотрена возможность передачи аварийной информации на дальние расстояния, что отрицательно сказывается на оперативности определения места повреждения ВЛЭП и его устранения.
Наиболее близким устройством по технической сущности является устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи (патент на полезную модель №100632 кл. G01R 31/08, 2010), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации, средства обработки сигналов, средства обработки информации и средства передачи информации, где средство для снятия первичной информации выполнено в виде датчика магнитного поля и датчика электрического поля, закрепленных на опоре ВЛЭП, регистрирующее суммарную магнитную индукцию и суммарную напряженность; средство обработки сигналов выполнено в виде двух блоков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и порогового устройства; средство обработки информации, выполнено в виде блока логического сравнения; средство передачи информации, выполнено в виде GSM/GPRS модема.
Недостатком этого устройства является то, что пороговые значения устанавливаются по приведенной таблице, которая составлена для идеальных случаев. В этой таблице не учтены влияния электромагнитных полей земли, окружающей среды, опоры ВЛЭП, а также расстояние между проводами ВЛЭП и расстояние от ВЛЭП до координаты установки датчиков. Поэтому данное устройство имеет ограниченную точность определения местоположения и вида аварии. Также недостатком данного устройства является сложность определения режима обрыва трех фаз, т.к. в этом случае нулевая последовательность равно нулю также как и при исправной работе трех фаз. Также в логической схеме данного устройства все переменные независимы (не учитывается их взаимное влияние).
В этой связи важной задачей является создание устройства, позволяющего расширить набор контролируемых параметров аварийного режима ВЛЭП и исключающего любую неоднозначность в распознавании вида аварии.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности определения местоположения и вида повреждения на ВЛЭП.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения местоположения и вида повреждения на (ВЛЭП), состоит из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации, выполненном в виде датчика магнитного поля - катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником и датчика электрического поля конденсатора, средства обработки сигналов, содержащее набор усилителей, средства обработки информации и средства передачи информации, выполненном в виде GSM/GPRS модема, где средство для снятия первичной информации дополнительно содержит датчик тока КЗ по опоре ВЛЭП, выполненный в виде катушки индуктивности с замкнутым вокруг опоры ВЛЭП ферромагнитным проводом, второй датчик электрического поля, установленный с угловым смещением относительно первого датчика по окружности, плоскость которой перпендикулярна проводам ВЛЭП, а ее центр совпадает с центром окружности, проходящей через центры поперечных сечений трех проводов ВЛЭП, а средство обработки сигналов дополнительно содержит блок определения сдвига фаз сигналов двумя входами соединенный с соответствующими выходами усилителей датчиков электрического поля, при этом средство обработки информации выполнено в виде нейрокомпьютера, обученного на распознавание и классификацию аварийных режимов и соединенного с входом средства передачи информации.
Таким образом, дополнительное введение в средство для: снятия первичной информации датчика электрического поля и датчика тока КЗ по опоре ВЛЭП, и дополнительное введение в средство обработки сигналов блока определения сдвига фаз сигналов позволяет существенно увеличить количество информации, необходимой для принятия решения о месте и виде аварии. В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа средство обработки информации выполнено в виде нейрокомпьютера, который работает с нечеткой информацией, учитывает взаимосвязь информационных сигналов, имеет способность к обучению для конкретного объекта (ВЛЭП).
Указанные отличия позволяют существенно повысить точность определения места и вида повреждения на ВЛЭП.:
На фиг. представлена блок-схема устройства.
Устройство содержит средство для снятия первичной информации, в состав которого входят два датчика электрического поля 1 и 2, регистрирующие суммарную напряженность электрического поля Е и представляющие собой конденсаторы емкостью С. Первый датчик электрического поля 1 установлен на опоре, а второй датчик электрического поля 2 установлен с угловым смещением ср относительно первого датчика по окружности, плоскость которой перпендикулярна проводам ВЛЭП, а ее центр совпадает с центром окружности, проходящей через центры поперечных сечений трех проводов ВЛЭП. Устройство для снятия первичной информации также содержит датчик магнитного поля 3, регистрирующий индукцию магнитного поля В и представляющий собой катушку индуктивности с ферромагнитным сердечником. Датчик магнитного поля 3 регистрирует суммарную индукцию магнитного поля ВЛЭП и установлен таким образом, что его ось совпадает с окружностью, на которой установлены датчики электрического поля 1 и 2. Кроме того, устройство для снятия первичной информации содержит датчик тока КЗ по опоре ВЛЭП 4, регистрирующий магнитное поле тока КЗ по опоре ВЛЭП и выполненный в виде катушки индуктивности с замкнутым вокруг опоры ВЛЭП ферромагнитным проводом. Выходы датчиков 1, 2, 3, 4 соединены со входами средства обработки сигналов 5, содержащее набор усилителей 6, 7, 8, 9 и блок определения сдвига фаз сигналов 10. Выходы датчиков 1, 2, 3, 4 соединены соответственно с входами усилителей 6, 7, 8, 9. Выходы усилителей датчиков электрического поля 6 и 7 соединены с входами блока определения сдвига фаз сигналов 10. Выходы усилителей 6, 7, 8, 9 и выход блока определения сдвига фаз сигналов 10 соединены с входами средства обработки информации 11, выполненном в виде нейрокомпьютера, обученного на распознавание и классификацию аварийных режимов, а выход средства обработки информации 11 соединен с входом средства передачи информации 12, выполненного в виде GSM/GPRS модема.
Устройство работает следующим образом: Если ВЛЭП находится в нормальном режиме, то соответствующие сигналы u и е с датчика электрического поля 1 и датчика магнитного поля 3 поступают на усилители 6 и 8, а затем на средство обработки информации 11. Сигнал с датчика электрического поля 2 поступает на усилитель 7, а сигналы с: выхода усилителей 6 и 7 поступают на блок определения сдвига фаз сигналов 10. При нормальном режиме вектор электрического поля вращается с угловой скоростью ω=2πf относительно центра окружности, проходящей через три провода ВЛЭП. Сигналы датчиков электрического поля 1 и 2 отличаются сдвигом фаз φ, определяющимся угловым смещением, и соответственно в этом режиме с выхода блока определения сдвига фаз сигналов 10 поступает дополнительный сигнал на вход средства обработки информации 11. Блок определения сдвига фаз сигналов 10 позволяет различить два аварийных режима: режим нормального функционирования ВЛЭП и режим полного отключения сети. Поскольку в трехфазной системе режим нормальной работы, при котором суммы токов и напряжений приблизительно равны, и режим полного отсутствия тока в проводах отличаются незначительно, то при некоторых случайных факторах информационные сигналы на выходе средства обработки информации 11 могут быть равными. Сигнал со средства обработки информации 11 в нормальном режиме не инициирует передачу информации от средства передачи информации 12 на диспетчерский пункт. Если происходит аварийный режим (например, замыкание одной фазы по опоре на землю), то соответственно изменяются сигналы u и е на выходах датчика электрического поля 1 и датчика магнитного поля 3. Кроме того, в этом случае отсутствует сигнал на выходе блока определения сдвига фаз сигналов 10 и возникает дополнительный сигнал от датчика тока КЗ по опоре ВЛЭП 4, который через усилитель 9 средства обработки сигналов 5 поступает на средство обработки информации 11. При работе двух фаз вектор электрического поля пульсирует, но не вращается и его значение максимально по направлению осей проводов двух фаз (Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах: Пер. с англ. - М.: Издательство иностранной литературы, 1955). Поэтому по сигналам с усилителей 6 и 7 можно определить фазу, в которой произошел обрыв. Таким образом, средство обработки информации использует дополнительную информацию о сдвиге фаз сигналов от блока 10 и о токе КЗ по опоре ВЛЭП от датчика 4.
Таким образом, устройство позволяет повысить точность определения местоположения и вида повреждения на ВЛЭП.