СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯ НА УЧАСТКЕ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF MONITORING ICING ON OVERHEAD TRANSMISSION LINE SECTION (VERSIONS)

Область техники.
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено для обнаружения опасных гололедных образований на проводах воздушных линий электропередачи (ВЛ).
Уровень техники
Своевременное обнаружение начала гололедообразования и оценка характера гололедных отложений на различных участках провода ВЛ является одним из важных условий обеспечения надежной работы как собственно провода, так и ВЛ, подверженной гололедообразованию, в целом. Контроль гололедообразования на проводах ВЛ должен избирательно обнаруживать образование гололеда, мокрого снега или изморози на поверхности провода и не реагировать на другие воздействия - ветер, осадки в форме дождя, изменение тяжения и стрел провеса провода под влиянием перепада температуры окружающей среды или изменения температуры самого провода.
Результаты контроля могут быть использованы для принятия решения о необходимости выполнения организационных и технических мероприятий по предотвращению недопустимых деформаций или повреждений провода в результате воздействия гололедных нагрузок, превышающих расчетный уровень, определенный проектом ВЛ. Такими мероприятиями могут быть: профилактический прогрев проводов (посредством увеличения токовой нагрузки), плавка гололеда, удаление гололеда, мокрого снега или изморози с применением механических средств.
Известен способ контроля гололедообразования на участке ВЛ, характеризующийся размещением передатчика и приемника в противоположных концах контролируемого участка, огражденного высокочастотными (ВЧ) заградителями, и посылкой от передатчика в провод ВЛ зондирующих сигналов, принимаемых приемником [1].
ВЧ-заградители установлены, как правило, на высоковольтных подстанциях в составе систем технологической ВЧ-связи. Участки ВЛ между подстанциями имеют большую протяженность. Поэтому согласно [1] для локализации гололедообразования в каждом гололедоопасном пролете контролируемого участка ВЛ устанавливают механический датчик гололедной нагрузки с режекторным фильтром, частота настройки которого смещается при увеличении веса гололедных отложений на проводе. При этом режекторные фильтры настраивают на различные частоты, от передатчика посылают в провод ВЛ набор зондирующих сигналов соответствующих частот, разделяют их по частоте на приеме и по разностям амплитуд четных и нечетных частот судят о гололедообразовании в соответствующем пролете ВЛ.
Недостаток способа [1] - необходимость зондировать весь протяженный участок провода ВЛ, огражденный ВЧ-заградителями, и локализовывать на нем места гололедообразования путем установки механических датчиков и фильтров в гололедоопасных пролетах контролируемого участка ВЛ.
Известен способ контроля гололедообразования на проводах ВЛ, характеризующийся тем, что контролируемый участок провода ограждают с двух сторон ВЧ-заградителями, размещают на одном конце контролируемого участка ВЛ передатчик и приемник, посылают зондирующий сигнал от передатчика в провод ВЛ и отсчитывают задержку поступления в приемник сигнала, отраженного от ВЧ заградителя на противоположном конце контролируемого участка ВЛ. О появлении гололеда на контролируемом участке судят по изменению задержки отраженного сигнала, вызванному появлением гололеда [2]. Этот способ выбран в качестве прототипа. Возможность высокоточного отсчета задержки между моментом посылки зондирующего сигнала и моментом приема отраженного сигнала в способе-прототипе обеспечивается благодаря тому, что передатчик и приемник размещены на одном конце контролируемого участка ВЛ и фактически образуют одно устройство - приемопередатчик с общей системой синхронизации, вырабатывающей единые для передатчика и приемника метки времени.
Недостатком способа [2], выбранного в ткачестве прототипа, является необходимость ограждения контролируемых участков провода ВЧ-заградителями. Указанный недостаток усугубляется тем, что в случае включения дополнительного ВЧ-заградителя в провод ВЛ, по которому осуществляется технологическая ВЧ-связь, требуется дополнительное оборудование для пропуска сигналов ВЧ-связи в обход заградителя.
Во избежание этого недостатка в описании к патенту на способ [2] предлагается при контроле гололеда использовать для осуществления этого способа ранее установленные на ВЛ заградители систем ВЧ-связи. Однако в этом случае контролируемый участок будет, как правило, совпадать с длиной ВЛ между подстанциями, поскольку оборудование ВЧ связи, включая заградители, размещается, как правило, на подстанциях. На ВЛ и в особенности на протяженных ВЛ, трасса которых проходит в сложных орографических условиях (сложный рельеф местности, чередование участков, открытых и закрытых для гололедонесущих воздушных потоков), обычной является значительная неравномерность гололедообразования вдоль ВЛ. На одних участках протяженных ВЛ гололедные отложения могут иметь значительную плотность и толщину, на других - отложения могут быть рыхлыми с малой толщиной гололеда или мокрого снега, на третьих - гололедные отложения на проводах могут полностью отсутствовать. В результате при контроле по способу-прототипу будет получена лишь усредненная оценка гололедообразования на ВЛ между подстанциями, не позволяющая выявить аварийно опасное гололедообразование на отдельных коротких участках ВЛ и вовремя принять адекватные меры по его устранению.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения - повышение эффективности контроля гололедообразования на проводах ВЛ в сложных орографических, климатических и метеорологических условиях путем устранения указанного недостатка прототипа.
Технический результат изобретения - возможность эффективно контролировать гололедообразование на произвольно выбранных участках ВЛ без необходимости ограждать контролируемые участки ВЧ-заградителями.
Предметом изобретения является способ контроля гололедообразования на участке воздушной линии, который может быть реализован в двух вариантах, каждый из которых обеспечивает получение указанного технического результата.
Первый вариант способа характеризуется тем, что на одном конце контролируемого участка размещают передатчик, а на другом - приемник, синхронизуют их от сигналов спутниковой навигационной системы, посылают зондирующий сигнал от передатчика в провод воздушной линии электропередачи, отсчитывают задержку поступления зондирующего сигнала в приемник, сравнивают с отсчитанной задержкой контрольное значение задержки и по результатам сравнения судят о гололедообразовании на контролируемом участке.
Второй вариант способа характеризуется тем, что размещают на первом конце контролируемого участка первый передатчик и первый приемник, а на втором конце контролируемого участка - второй передатчик и второй приемник, от первого передатчика посылают в провод воздушной линии электропередачи первый зондирующий сигнал, от второго передатчика посылают в провод воздушной линии электропередачи второй зондирующий сигнал с фиксированной задержкой от момента поступления первого зондирующего сигнала во второй приемник, отсчитывают задержку от посылки первого зондирующего сигнала до поступления второго зондирующего сигнала в первый приемник, сравнивают с отсчитанной задержкой контрольное значение задержки и по результатам сравнения судят о гололедообразовании на контролируемом участке.
Изобретение имеет развития и уточнения, которые для обоих вариантов способа состоят в том, что:
- посылают зондирующие сигналы и отсчитывают задержку, по меньшей мере, дважды и для сравнения с задержкой, отчитанной позднее, в качестве контрольного значения используют значение задержки, отсчитанной ранее;
- с отсчитанной задержкой сравнивают, по меньшей мере, два контрольных значения задержки и по результатам сравнения судят о наличии и характере гололедообразования на контролируемом участке;
- данные об отсчитанной задержке или о результате сравнения передают на пункт сбора информации, например, через сеть беспроводной связи, в качестве которой используют сеть мобильной телефонии общего пользования;
- в качестве зондирующих сигналов используют кодированные шумоподобные сигналы;
- передатчики и приемники размещают на проводе воздушной линии электропередачи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует осуществление способа по первому варианту, фиг.2 - по второму варианту.
Осуществление изобретения с учетом его развития и уточнений
На чертежах показаны:
1 - контролируемый участок ВЛ;
2 и 3 - передатчики зондирующих сигналов;
4 и 5 - приемники зондирующих сигналов;
6 и 7 - средства присоединения к проводу ВЛ;
8 и 9 - приемники сигналов, несущих метки точного времени, от спутниковых навигационных систем, например, от систем GPS или ГЛОНАСС (приемники меток времени);
10 и 11 - блоки управления и обработки сигналов, выполненные, например, на основе программируемых микропроцессоров;
12 и 13 - средства передачи данных, например через сеть мобильной телефонии общего пользования;
14 и 15 - источники питания, например в виде аккумулятора, снабженного средством подзарядки от тока контролируемой ВЛ (как показано на фигурах) и/или от солнечной батареи.
При осуществлении способа по первому варианту (см. фиг.1) на одном конце участка 1 размещен передатчик 2 зондирующих сигналов, а на другом - приемник 5 зондирующих сигналов. На обоих концах участка 1 имеются приемники меток времени: на одном конце - приемник 8, а на другом - приемник 9. Передатчик 2 и приемник 8 подключены по соответствующим интерфейсам к блоку 10, а приемник 5 и приемник 9 - к блоку 11. Выход передатчика 2 и вход приемника 5 подсоединены к проводу ВЛ на противоположных концах участка 1 с помощью средств 6 и 7 соответственно. Приемники 8 и 9 снабжены антеннами и способны принимать сигналы, по меньшей мере, от одной спутниковой навигационной системы.
Комплекс (система) оборудования, показанного на фиг.1, функционирует по первому варианту способа следующим образом.
Блок 10 обрабатывает поступающие через приемник 8 сигналы с метками точного времени и в заранее установленные моменты (например, в начале каждой минуты) периодически выдает в передатчик 2 команду на посылку зондирующего сигнала в провод ВЛ через средство присоединения 6. Зондирующий сигнал с задержкой, равной времени его распространения по проводу участка 1, через средство присоединения 7 поступает в приемник 5, подключенный к блоку 11. Блок 11, подобно блоку 10, обрабатывает поступающие через приемник 9 сигналы с метками точного времени и в те же самые заранее установленные моменты (например, в начале каждой минуты) начинает отсчет задержки. В момент приема зондирующего сигнала приемником 5 блок 11 фиксирует результат отсчета задержки. Отсчитанная задержка соответствует (с учетом аппаратурных задержек) времени распространения зондирующего сигнала с одного конца контролируемого участка 1 на другой.
С целью резервирования и унификации оборудования при реализации первого варианта способа возможно дополнительное размещение в противоположных концах контролируемого участка 1 и подключение так, как показано пунктиром на фиг.1, приемника 4 и передатчика 3 зондирующих сигналов. В этом случае для осуществления способа можно будет использовать однотипные устройства, содержащие приемопередатчики зондирующих сигналов.
При осуществлении способа по второму варианту размещение передатчика и приемника зондирующих сигналов с каждой стороны контролируемого участка является необходимым.
В этом случае, иллюстрируемом фиг.2, на первом конце контролируемого участка 1 размещены первый передатчик 2 с первым приемником 4, а на втором конце участка 1 - второй передатчик 3 с вторым приемником 5. Выходы передатчиков 2, 3 и входы приемников 4, и 5 присоединены к проводу ВЛ с помощью средств присоединения 6 и 7. Передатчик 2 и приемник 4 подключены по соответствующим интерфейсам к блоку 10. При этом варианте способа нет необходимости в использовании приемников сигналов, несущих метки точного времени.
Комплекс (система) оборудования, показанного на фиг.2, функционирует по второму варианту способа следующим образом.
Блок 10 с заданной периодичностью выдает в передатчик 2 команду на посылку первого зондирующего сигнала в провод ВЛ через средство присоединения 6 и начинает отсчет задержки. С задержкой, равной времени распространения по проводу участка 1, первый зондирующий сигнал через средство присоединения 7 поступает во второй приемник 5. Приемник 5, приняв первый зондирующий сигнал от передатчика 2, запускает передатчик 3, который в свою очередь выдает второй зондирующий сигнал в провод ВЛ через средство присоединения 7. Второй зондирующий сигнал также с задержкой, равной времени его распространения по проводу участка 1, поступает через средство присоединения 6 и приемник 4 в блок 10, который, получив второй зондирующий сигнал, фиксирует результат отсчета задержки. Отсчитанная задержка соответствует (с учетом аппаратурных задержек) времени распространения зондирующих сигналов по контролируемому участку 1 провода туда и обратно.
Таким образом, при осуществлении способа по любому его варианту отсчитанная задержка за вычетом аппаратурных задержек пропорциональна времени распространения зондирующего сигнала по проводу контролируемого участка 1. При возникновении и развитии гололедных образований на проводе время распространения увеличивается (см. например [2] и [3]), что позволяет судить по отсчитанному времени о появлении, наличии и характере гололеда на контролируемом участке провода.
О гололедообразовании на участке 1 судят путем сравнения контрольного значения задержки с отсчитанным. В качестве контрольного значения может использоваться фиксированная (рассчитанная заранее) величина или значение задержки, отсчитанной на выбранный интервал времени (например, на десять минут) ранее. Для получения информации не только о наличии гололедообразований на проводе ВЛ, но и их характере (например, о плотности или весе) с отсчитанной задержкой сравнивают два или более контрольных значения.
Данные, полученные в результате отсчета задержки (например, значение отсчитанной задержки или разность сравниваемых значений задержки), могут использоваться непосредственно для сигнализации о гололеде (например, при наземном размещении оборудования) и/или передаваться на пункт сбора информации (например, на диспетчерский пункт энергосистемы). При размещении оборудования непосредственно на проводе ВЛ передача может осуществляться по сети беспроводной связи, в качестве которой целесообразно использовать сеть мобильной телефонии общего пользования, в зоне покрытия которой находится контролируемый участок провода ВЛ. Соответствующие средства 12 (фиг.2) и 13 (фиг.1) передачи данных, подключенные к блокам 10 и 11, показаны на чертежах пунктиром.
Выполнение средств 12 и 13 передачи данных с возможностью принимать команды может быть использовано для того, чтобы инициировать посылку зондирующего сигнала и отсчет задержки не периодически, а по команде с пункта сбора информации, поступающей в блоки 10 и 11 через сеть беспроводной связи и средства 12 и 13. В этом случае при реализации первого варианта способа (см. фиг.1) к блоку 10 также должно быть подключено средство 12.
Для защиты от помех и для различения сигналов, зондирующих различные участки провода одной ВЛ, применимы известные методы разделения сигналов (каналов) по времени, частоте, форме, коду или их комбинации. Кодовое разделение с использованием шумоподобных сигналов является предпочтительным.
Выполнение средств 6 и 7 зависит от выбранного варианта размещения передатчика 2 и приемника 5. На фиг.1 и 2 показано размещение передатчиков и приемников непосредственно на проводе ВЛ (предпочтительное осуществление изобретения), хотя возможно их наземное размещение (по аналогии с прототипом). При наземном размещении средства 6 и 7 должны (подобно средствам для присоединения аппаратуры ВЧ связи к проводам ВЛ) обеспечивать высоковольтную развязку потенциалов, а при размещении на проводе ВЛ эта функция исключается и конструкция средств 6, 7 существенно упрощается.
Источники информации
1. Патент РФ №2250545, МПК H02G 7/16, 2004 г.
2. Патент РФ №2287883, МПК H02G 7/16, 2006 г.
3. Н.В.Костенко, Л.С.Перельман, Ю.П.Шкарин. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. М., Энергия, 1973 г.