СПОСОБ АЭРОДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD FOR AERODIAGNOSTICS OF HIGH-VOLTAGE POWER TRANSMISSION LINE

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для локации дефектов в изоляции воздушных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП): дефектов монтажа проводов и арматуры, набросов на провода и т.д.
Известен способ диагностики высоковольтной воздушной линии электропередачи, основанный на измерении интенсивности электромагнитного излучения в видимой части спектра (Овсянников А.Г., Левичев В.Ю., Сибиряков В.Г. Электронно-оптический дефектоскоп «Филин-3» // Приборы и техника эксперимента. - 1987, №2). Для этого в темное время суток измеряют интенсивность свечения, создаваемого короной на дефектной изоляции высоковольтной линии электропередачи, и сопоставляют с интенсивностью свечения на неповрежденной изоляции. Недостаток такого способа - трудоемкость диагностики, требующая обхода всей линии электропередачи, а также необходимость выполнения измерений в темное время суток.
.
Известен также способ диагностики высоковольтной воздушной линии электропередачи (принятый в качестве прототипа), который осуществляется путем вдольтрассового облета линии электропередачи беспилотным летательным аппаратом (БЛА) с измерительной аппаратурой, измеряющей (и записывающей) интенсивность электромагнитного излучения (высокочастотных импульсов) в области частот от сотен кГц до десятков МГц путем вдольтрассового облета линий электропередачи (Патент 2421746 (от 10.02.2010),МПК G01R 31/08Способ диагностики высоковольтной линии электропередачи / Качесов В.Е., Лебедев Д.Е.// БИ №17, 2011). Диагностика и локация повреждений (дефектов) выполняется путем сопоставления (временной привязки) осциллограммы интенсивности электромагнитного высокочастотного излучения с одновременно записываемыми в портативный компьютер географическими координатами ЛЭП, получаемыми с помощью GPS- или ГЛОНАСС-навигации. Для измерения напряженности электрического поля ЛЭП, которое используется для пилотирования БЛА, применяются датчики, которые формируют сигнал, поступающий с обкладок электрического конденсатора (находящегося в электрическом поле ЛЭП). В случае диагностирования ВЛ при высокой влажности воздуха чувствительность датчиков падает, они могут вносить заметную погрешность измерения электрического поля ЛЭП из-за появления между измерительными электродами конденсаторов значительной активной проводимости. Последнее ограничивает надежную навигацию БЛА во влажной воздушной среде, что является недостатком этого способа. Кроме того, датчики электрического поля, находящиеся на концах крыльев, для минимизации искажения электрического поля должны иметь гальваническую развязку с измерительными цепями управления беспилотным летательным аппаратом, что усложняет его конструкцию.
Таким образом, анализ современного состояния уровня техники показывает, что задачей изобретения является создание более надежного способа навигации беспилотного летательного аппарата в условиях влажной окружающей воздушной среды.
H
I
H
H
I
H
H
I
I
H
H
I
I
H
H
H
H
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
л
л.изм
п.изм
баз
л
л.изм
л
баз
п
п.изм
л
баз
ср
п
л
0
ср
0
ср
0
п
л
ср
Эта задача достигается тем, что в известном способе диагностики высоковольтной воздушной линии электропередачи, основанном на регистрации электрических высокочастотных импульсов вблизи линии электропередачи с помощью измерительной аппаратуры (электромагнитного датчика и подключенного к нему цифрового запоминающего осциллографа) путем вдольтрассового облета линии электропередачи, измерительную аппаратуру перемещают вдоль трассы линии с помощью автоматически управляемого маломерного беспилотного летательного аппарата (БЛА). Для управления беспилотным летательным аппаратом измеряют напряженность магнитного поля линии () с помощью электромагнитных датчиков, расположенных на концах крыльев БЛА, нормируют ее по отношению к току в линии (). Для этого на одном из концов линии измеряют ток, кодируют его значение и вводят эту информацию в высокочастотный канал связи, организованный по фазному проводу или грозозащитному тросу диагностируемой линии электропередачи. На борту летательного аппарата с помощью радиоприемника принимают высокочастотный сигнал, декодируют его, и получают текущее значение тока линии. Измеренные действующие значения напряженности магнитного поля на левом () и правом () концах крыльев нормируют по отношению к некоторому заданному базисному току линии () =/, =/, вычисляют среднее значение напряженности магнитного поля =(+)/2 и сравнивают его с наперед заданным значением , определяющим вертикальное положение летательного аппарата относительно проводов линии электропередачи. При пилотировании БЛА под проводами линии электропередачи и выполнении условия <посредством системы автоматического пилотирования, находящейся на БЛА, воздействуют на руль высоты и увеличивают ее (т.е. уменьшают расстояние от провода до БЛА), при >высоту уменьшают (увеличивают расстояние от провода до БЛА). Вдольтрассовое положение БЛА автоматически поддерживают, воздействуя на киль на основе разности измеренных напряженностей магнитного поля (Δ=-): при положительном значении Δ воздействуют на киль и смещают БЛА вправо, при отрицательном значении Δ направляют летательный аппарат влево. В случае пилотирования БЛА над проводами линии электропередачи и изменении  и Δ действуют соответственно на руль высоты и киль БЛА обратным образом по отношению к способу пилотирования БЛА под проводами линии электропередачи. Измерительную информацию, поступающую от цифрового осциллографа, и текущие координаты БЛА, получаемые во время полета посредством GPS- или ГЛОНАСС-навигаторов, записывают в долговременную память портативного компьютера, расположенного на БЛА.
На фиг.1 показаны провода линии электропередачи (1), кривые равной напряженности магнитного поля (2) и области (3) и (5) возможного расположения автоматически управляемого маломерного БЛА (4) в процессе диагностического облета высоковольтной воздушной ЛЭП; на фиг.2 - пример трассы ЛЭП (1) с прямолинейными участками I и II и участками (пунктирные стрелки), где управление БЛА (2) выполняется в ручном (радиоуправляемом) режиме.
H
Н
Н
0
л
ср
ср
Способ осуществляется следующим образом. На БЛА устанавливают измерительную аппаратуру: электромагнитный датчик высокочастотного излучения и цифровой осциллограф и радиоприемник, GPS- или ГЛОНАСС-навигаторы, на концах крыльев устанавливают датчики (устройства) измерения магнитного поля линии промышленной частоты. На одном из концов линии измеряют ток, кодируют его и вводят эту информацию в высокочастотный канал связи, организованный (по фазным проводам или тросам) на диагностируемой линии электропередачи. С помощью устройства радиоуправления (в ручном режиме) располагают БЛА под или над проводами воздушной ЛЭП, выполненной на опорах портального типа, и по радиоканалу включают устройство автоматического пилотирования, задавая расстояние до провода (высоту полета S) величиной напряженности магнитного поля . Измеренное на концах крыльев значение напряженности магнитного поля нормируют по отношению к току линии I. Если в процессе облета ЛЭП беспилотный летательный аппарат располагают под проводами ЛЭП, то при уменьшении в процессе полета средней (по двум датчикам) напряженности магнитного поля  вырабатывается сигнал, воздействующий на руль высоты и приводящий к ее увеличению относительно земли (т.е. к уменьшению расстояния от летательного аппарата до провода). Увеличение средней напряженности поля , наоборот, используют для уменьшения высоты полета (увеличения  расстояния до проводов).
Н
Н
Н
Н>
Н<
п
л
При расположении летательного аппарата под проводами (в областях 3 - фиг.1) напряженность магнитного поля, измеряемая на концах крыльев, имеет одинаковое значение, и система автоматического пилотирования не воздействует на киль летательного аппарата. При превышении напряженности поля, измеряемой на конце правого (по отношению к направлению движения) крыла БЛА (), над напряженностью на конце левого крыла , разностное значение Δ положительно (Δ0), и вырабатывается сигнал, воздействующий на киль и заставляющий выполнять смещение БЛА вправо. Когда Δ0, вырабатывается сигнал для смещения БЛА влево. Таким образом, БЛА в полете находится (автоматически пилотируется) в области 3 (фиг.1).
Н
Н
ср
В случае пилотирования БЛА над проводами ЛЭП (в зоне 5 - фиг.1)  воздействуют на руль высоты и киль БЛА обратным образом по отношению к случаю пилотирования под проводами ЛЭП: при снижении  воздействуют на руль высоты и уменьшают ее; при Δ>0 вырабатывают сигнал и воздействуют на киль для смещения БЛА влево.
Полет БЛА вдоль участков, где направление линии мало отличается от прямолинейного, выполняется в полностью автоматическом режиме. На участках, где линия резко изменяет свое направление от прямолинейного и у системы автоматического управления недостаточна чувствительность, для верного изменения траектории полета БЛА оператор, находящийся на участке резкого изменения направления линии, отключает по радиоуправляемому устройству систему автопилотирования и выполняет перевод БЛА в требуемую зону полета (3) или (5) в ручном (радиоуправляемом) режиме (фиг.2 - пунктирные стрелки), после чего повторно включает систему автопилотирования. На конечном участке диагностируемой линии электропередачи посредством устройства радиоуправления БЛА переводят в ручной режим управления и выполняют его посадку на ровную площадку.
S
Н
Н
Н
S
Н
Н
Н<
0
ср
0
Пример. В соответствии с фиг.1 вертикальное положение летательного аппарата - приблизительно на расстоянии =5 метров ниже центрального провода ЛЭП задают значением напряженности магнитного поля, равным ≅2 А/м (при токе в линии 100 А). При увеличении в процессе автопилотирования напряженности магнитного поля  относительно заданного выше значения  вырабатывается сигнал управления, воздействующий на руль высоты для уменьшения высоты полета БЛА (т.е. для увеличения расстояния ). При горизонтальном смещении БЛА относительно центрального провода на расстояние 1 м разность напряженностей магнитного поля Δ (измеренная на высоте ~5 м ниже центрального провода) составляет ~0,5 А/м. При смещении БЛА влево на 1 м (Δ>0) посредством системы автоматического пилотирования воздействуют на киль и направляют БЛА вправо; при смещении БЛА вправо (Δ0) и БЛА направляют влево.
Пилотирование БЛА в области 5 (над проводами ЛЭП - фиг.1) выполняют, воздействуя на руль высоты и киль обратным образом по отношению к случаю пилотирования в областях 3 (под проводами ЛЭП).
Таким образом, места дефектов на линии электропередачи, локально создающие коронный или поверхностный разряды, т.е. инициирующие высокочастотное электромагнитное излучение, определяются посредством несложной и нетрудоемкой аэродиагностики с помощью маломерного недорогого беспилотного летательного аппарата с надежной системой навигации, в том числе при облете диагностируемого объекта в воздушном пространстве с повышенной влажностью.