СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯТОРОВ В ТРУДНОДОСТУПНЫХ УЧАСТКАХ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR MONITORING THE CONDITION OF INSULATORS IN HARD-TO-REACH SECTIONS OF A POWER LINE AND A SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для контроля состояния изоляторов воздушной линии электропередачи и их радиочастотной идентификации.
Известно устройство и система контроля параметров состояния оборудования (Патент RU 2608790 МПК G01D 3/00 (2006.01), G01D 9/00 (2006.01), G01H 1/00 (2006.01), G01K 1/00 (2006.01), опубл. 24.01.2017, бюл. №5) - многофункциональное устройство для контроля параметров состояния оборудования содержит корпус, органы взаимодействия, управляющий процессор, разъем питания, соединенный с аккумулятором, RFID считыватель, Bluetooth модуль, тепловизор, соединенный с видеокамерой, и виброметр. Управляющий процессор выполнен с возможностью инициирования операций считывания RFID метки оборудования, извлечения информации из RFID метки, передачи информации на мобильное устройство обходчика, активации тепловизора или виброметра, получения параметров состояния проверяемого оборудования, передачи информации о полученных параметрах состояния оборудования на мобильное устройство обходчика.
Недостатком известного устройства и системы контроля параметров состояния оборудования является то, что установленная RFID-метка применяется только для идентификации оборудования, на который она прикреплена, при этом количество информации ограничивается индивидуальным кодом метки, на котором строится ввод данных от различных приборов, прикрепленных к многофункциональному устройству посредством штекера. Кроме того, многофункциональное устройство с заменяющимися приборами (тепловизор или виброметр) и мобильное устройство обходчика представляют из себя набор отдельных приборов и устройств, каждый из которых имеет индивидуальные технические параметры и условия эксплуатации. Многофункциональное устройство не желательно применять при большой влажности и при низкой температуре. Для удобства обслуживания устройства понадобятся специальные подставки и/или приспособления для сборки элементов в единое устройство и перенастройки программы с учетом подключаемого оборудования.
Известен способ непрерывного мониторинга состояния контактной сети рельсового транспорта (Патент 2701887, опубл. 02.10.2019, бюл. №28, МПК B61K 9/08, В60М 1/12), заключающийся в том, что непрерывно собирают информацию с датчиков подвески анкерного участка контактной сети, обрабатывают информацию, определяют возможное наличие аварийной ситуации и оповещают персонал о выявленной аварийной ситуации на мобильные устройства оперативного персонала, который обслуживает анкерный участок. Данный способ многоэлементный, в него входят включающие блоки сбора (и передачи) информации, локальные серверы, промежуточные серверы, центральный сервер, блок обеспечения обработки информации и др. с помощью которых информация поступает и обрабатывается непрерывно.
Недостатком данного многоэлементного способа является сложность практической реализации, заключающаяся в том, что для каждого блока и датчика требуются дополнительные источники питания, обеспечивающие их работу, а в случае отключения питания одного или нескольких элементов системы может произойти ложное оповещение персонала об аварийной ситуации, приводящее к дополнительным затратам для выезда оперативной бригады на устранение аварийной ситуации. Кроме самого диагностируемого оборудования контактной сети и рельсового транспорта необходимо диагностировать и проверять множество присоединенных к ним датчиков, находящиеся в сложных условиях эксплуатации, а также периодически осуществлять техническое обслуживание блоков сбора, обработки и хранения информации, что требует дополнительного времени, трудовых и финансовых ресурсов.
Наиболее близким по технической сущности к заявленным способу и системе является способ распознавания неисправного изолятора (Патент RU 2542674 С1, МПК G06K 9/03, опубл. 20.02.2015, бюл. №5) и описанная в нем система. Способ распознавания неисправного изолятора заключается в том, что модернизируют пассивную RFID-метку путем исключения из стандартной схемы RFID-метки токопроводящей линии антенны, расположенной параллельно микросхеме, создают базу данных по контролируемому участку, пикетаж, номер опоры с изоляторами, идентифицируют каждый изолятор путем прикрепления к нему модернизированной пассивной RFID-метки, присваивают индивидуальный код чипу ее микросхемы, а на передвижное транспортное средство устанавливают считыватель, содержащий приемно-передающее устройство и антенну, подсоединяют считыватель к компьютеру с соответствующим программным обеспечением, перемещают транспортное средство по контролируемому участку, непрерывно подают от считывателя через передающее устройство и антенну широкополосный зондирующий сигнал в сторону изоляторов с RFID-метками, принимают антенной и приемным устройством считывателя ответный сигнал от RFID-меток, определяют количество не ответивших RFID-меток, обрабатывают результаты с помощью программного обеспечения, определяют местоположение поврежденных изоляторов, полученные данные выводят на монитор компьютера и передают на диспетчерский пункт.
Недостатком этого способа является то, что не всегда есть возможность передвигаться на транспортном средстве вдоль линии электропередачи, так как дорожное полотно может находиться дальше доступного для считывания расстояния. Кроме того, для подачи непрерывно зондирующего сигнала от считывателя требуется постоянный источник электрической энергии большой емкости.
Технической задачей изобретения является создание технического решения, позволяющего путем маркировки и автоматизированного контроля вести учет изоляторов, определять диэлектрическое состояние изоляторов и местоположения изоляторов на опоре воздушной линии электропередачи, включая труднодоступные места.
Технический результат - повышение функциональных возможностей контроля диэлектрического состояния изоляторов.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата разработаны способ и система контроля состояния изоляторов в труднодоступных участках линии электропередачи.
В способе контроля состояния изоляторов в труднодоступных участках линии электропередачи, включающем установку пассивной RFID-метки на изолятор, подачу зондирующего сигнала от считывателя через передающее устройство и антенну в сторону изоляторов с модернизированными пассивными RFID-метками, принятие антенной и приемным устройством считывателя ответного сигнала от RFID-меток, создание базы данных, содержащей данные по контролируемому участку, номер опоры с изоляторами, идентификацию каждого изолятора путем прикрепления к нему модернизированной пассивной RFID-метки, присваивание индивидуального кода чипу RFID-метки, обработку результатов с помощью программного обеспечения, определение местоположения поврежденных изоляторов, передачу данных на диспетчерский пункт, согласно изобретению, считыватель переносят к опоре линии электропередачи контролируемого участка, после включения считывателя антенну направляют в сторону каждого изолятора опоры линии электропередачи, на экране считывателя получают количество исправных / неисправных изоляторов, далее при нажатии на экране на номер опоры появляется изображение опоры с расположением на ней исправных / неисправных изоляторов, после чего сохраняют полученные данные в виде файла, который передают по беспроводной связи или флешкарте в базу данных контролируемого участка линии электропередачи, для дальнейшего контроля участка линии электропередачи описанные действия повторяют с последующими опорами.
В системе контроля состояния изоляторов в труднодоступных участках линии электропередачи, содержащей считыватель с приемо-передающим устройством и антенной, модернизированную метку, состоящую из корпуса, антенны метки, чипа, и программного обеспечения, согласно изобретению, считыватель выполнен переносным и содержит радиомодуль, к которому присоединена коаксиальным кабелем наружная приемо-передающая антенна с диаграммой направленности от 15° до 180° для снижения потерь передаваемой энергии, планшет или смартфон с программным обеспечением, позволяющим осуществлять учет изоляторов, ввод данных по расположению изоляторов на опорах участка линии электропередачи, получение и хранение информации по количеству исправных и неисправных изоляторов, позволяющим регулировать выходную мощность радиомодуля, повышающий преобразователь напряжения из 3,7 В в 5 В для удержания уровня напряжения в радиомодуле, модуль микроконтроллера с программным обеспечением, алгоритм которого обеспечивает управление повышающим преобразователем и связь планшета или смартфона с радиомодулем по беспроводной связи, аккумуляторы, обеспечивающие питание и считывателя, и планшета или смартфона, контроллер заряда аккумулятора, при этом планшет или смартфон связаны с модулем беспроводной связи, кроме того в модернизированной RFID-метке установлен, по меньшей мере один шунт с задаваемой шириной токопроводящего слоя по току от 0,1 А до 50 А.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан контроль RFID-меток установленных на изолятор считывателем, на фиг.2 представлена структурная схема переносного считывателя.
На фиг.1 показан контроль считывателем RFID-меток установленных на изолятор, изображены модернизированные RFID-метки 1, закрепленные на изоляторы 2, считыватель 3 с приемо-передающей антенной 4, зондирующий сигнал 6, ответный сигнал 7, обходчик 5 и опора 8 воздушной линии электропередачи.
Сущность способа контроля состояния изоляторов в труднодоступных участках линии электропередачи заключается в том, что пассивную RFID-метку 1 (фиг.1-2) устанавливают на изолятор 2 (фиг.1) в качестве индикатора для определения диэлектрического состояния изолятора 2 и его идентификации. Во время обхода или осмотра воздушной линии электропередачи обходчик 5 (фиг.1) подходит к опоре 8 контролируемого участка, подключает считыватель 3, направляет приемо-передающую антенну 4 в сторону каждого изолятора 2 воздушной линии электропередачи. Считыватель 3 (фиг.1) излучает зондирующий сигнал 6 (фиг.2) и принимает ответные сигналы 7 от RFID-меток 1 (фиг.1-2), закрепленных на изоляторах 2 (фиг.1). Полученные ответные сигналы 7 (фиг.1-2) модернизированных RFID-меток 1 фиксируются считывателем 3 (фиг.1), на экране которого отображается количество исправных / неисправных изоляторов 2. При нажатии на экране на номер опоры 8 (фиг.2) появляется изображение опоры 8 с расположением на ней исправных / неисправных изоляторов 2 (фиг.1). Результаты контроля состояния изоляторов 2 (фиг.1) обходчик 5 сохраняет в виде файла на считывателе 3, а также передает в диспетчерскую, ответственному руководителю и на сервер с базой данных по контролируемому участку. Ответственный руководитель анализирует полученные результаты отчета, сравнивает со сведениями хранящимися на сервере и определяет действия по дальнейшему техническому обслуживанию контролируемого участка и расположенных на опорах 8 изоляторов 2 (фиг.1-2).
На фиг.2 показана структурная схема, поясняющая работу системы контроля состояния изоляторов в труднодоступных участках. Основными составляющими системы являются изоляторы 2 (фиг.1) с модернизированными RFID-метками 1 (фиг.1-2) и переносной считыватель 3 с приемо-передающей антенной 4 (фиг.1-2). Переносной считыватель 3 (фиг.1) с наружной приемо-передающей антенной 4 (фиг.1-2) состоит из модуля микроконтроллера 9 (фиг.2), радиомодуля 10, модуля беспроводного питания 11 с планарной антенной 12, для беспроводной связи с планшетом или смартфоном 13, повышающего преобразователя 14, аккумуляторов 15, контроллера заряда аккумулятора 16 и ключа 17 (фиг.2).
Ограниченный диапазон диаграммы направленности от 15° до 180° наружной приемо-передающая антенны 4 (фиг.1-2) снижает потери передаваемой энергии от радиомодуля 10 (фиг.2) в сторону модернизированных RFID-меток 2 (фиг.1-2), что усиливает как зондирующий сигнал 6, так и ответные сигналы 7 и позволяет увеличить дальность регистрации метки 1 (фиг.1-2). Приемо-передающая антенна 4 (фиг.1-2) соединена коаксиальным кабелем с радиомодулем 10 (фиг.2).
Радиомодуль 10 (фиг.2) излучает электромагнитную энергию в диапазоне частот от 865 МГц до 868 МГц и от 902 МГц до 928 МГц, принимает и декодирует ответный сигнал 7 (фиг.1) RFID-метки 1 (фиг.1-2) в том же диапазоне частот. Если ответный сигнал 7 (фиг.1) от модернизировааной RFID-метки 1 (фиг.1-2) поступил на радиомодуль 10 (фиг.2), то считается, что изолятор 2 (фиг.1) исправен, если ответный сигнал 7 отсутствует - изолятор 2 неисправен.
Модулем микроконтроллера 9 (фиг.2) осуществляется управление радиомодулем 10, управление повышающим преобразователем 14 и связь планшета или смартфона 13 с модулем беспроводной связи 11 посредством планарной антенны 12.
Питание радиомодуля 10 (фиг.2), модуля контроллера 9, модуля беспроводной связи 11, а также планшета или смартфона 13 осуществляется аккумуляторами 15. Съемные аккумуляторы 15 (фиг.2) можно заменить в полевых условиях или подзарядить от сети через контроллер заряда 16. Уровень заряда аккумуляторов 15 (фиг.2) считывателя 3 (фиг.1) изображается на экране планшета или смартфона 13 (фиг.2). С помощью кнопки включения считывателя 3 (фиг.1), которая управляется ключом 17 (фиг.2) замыкается цепь питания, считыватель 3 (фиг.1) включается. Алгоритм модуля микроконтроллера 9 обеспечивает управление повышающим преобразователем 14, который повышает уровень напряжения в цепи питания от 3,7 В до 5 В (фиг.2). Данная функция обеспечивает устойчивость работы всей системы и отдельных ее элементов, так в случае постепенной разрядки аккумуляторов 15 величина напряжения в цепи 5 В поддерживается повышающим преобразователем 14, что обеспечивает удержание радиомодулем 10 (фиг.2) необходимой мощности для создания зондирующего сигнала 6 (фиг.1) и принятия ответных сигналов 7 от RFID-меток 1 (фиг.1-2), контролирующих диэлектрическое состояние изоляторов 2 (фиг.1).
Программное обеспечение, установленное на планшете или смартфоне 13 (фиг.2), осуществляет учет изоляторов 2 (фиг.1) с встроенной RFID-меткой 1 (фиг.1 -2), ввод, вывод и сохранение данных по изоляторам 2 (фиг.1), их места установки на опоре 8 воздушной линии электропередачи, определяет количество исправных / неисправных изоляторов 2 (фиг.1) на каждой опоре 8 (фиг.1) с изображением исправных / неисправных изоляторов на экране считывателя 3 (фиг.1). Изображение с точным указанием опоры 8 и места расположения на ней неисправных изоляторов 2 (фиг.1) минимизирует время для устранения неисправности. В программном обеспечении предусмотрено регулирование мощности радиомодуля 10 (фиг.2) для удобства ввода данных и контроля во время эксплуатации. Так, например, задавая минимальную мощность, удобно вводить в планшет или смартфон 13 (фиг.2) технические данные и присваивать каждой метке 1 (фиг.1-2), имеющей свой уникальный код, определенное наименование, например, по месту положения изолятора 2 на опоре 8 (фиг.1). При этом другие RFID-метки 1 (фиг.1-2) пассивны и не (фиг.2) технические данные и присваивать каждой метке 1 (фиг.1-2), имеющей свой уникальный код, определенное наименование, например, по месту положения изолятора 2 на опоре 8 (фиг.1). При этом другие RFID-метки 1 (фиг.1-2) пассивны и не создают ответного сигнала 7 (фиг.1-2) вне зоны действия считывателя 3 (фиг.1), что позволит кодировать индивидуально каждую RFID-метку 1 в ограниченном пространстве. В случае увеличения мощности радиомодуля 10 (фиг.2), зона действия считывателя 3 (фиг.1) увеличивается, это приводит к увеличению дальности регистрации RFID-меток 1 (фиг.1-2) считывателем 3 (фиг.1) и получению ответных сигналов 7 (фиг.1-2) не от одной, а от нескольких близко расположенных RFID-меток 1 (фиг.1-2) в чью сторону была направлена приемо-передающая антенна 4 (фиг.1-2) считывателя 3 (фиг.1).
Понятие исправный или неисправный изолятор 2 (фиг.1) в программном обеспечении определяется ответным сигналом 7 (фиг.1-2) со стороны контролируемых изоляторов 2 (фиг.1). Модернизируемая RFID-метка 1 (фиг.1-2) пробивается и не отвечает на зондирующие сигналы 6 считывателя 3 (фиг.1), только при прохождении через нее тока заданной величины, который создается при снижении диэлектрических свойств изолятора 2 (фиг.1). Если величина тока не превысила допустимые значения, RFID-метка 1 (фиг.1-2) отправляет ответный сигнал 7, что фиксируется считывателем 3 (фиг.1). По заданной величине тока рассчитывается и выбирается сечение шунта RFID-метки 1 (фиг.1-2). Так, например, для обнаружения предотказного состояния изолятора 2 (фиг.1) выбирают RFID-метку 1 (фиг.1-2) с меньшим сечением по току от ОДА. Если целью является обнаружение пробитого изолятора 2 (фиг.1), то RFID-метку 1 (фиг.1-2) подбирают по величине однофазного тока замыкания на землю, который зависит от схемы питания внешнего электроснабжения и параметров участка линии электропередачи, уставок релейных защит питающей трансформаторной подстанции. Так, например, в системе с изолированной и компенсированной нейтралью трансформатора сечение шунта подбирается Система контроля состояния изоляторов в труднодоступных участках работает следующим образом. Оператор 5 включает считыватель 3 (фиг.1) с приемо-передающей антенной 4 (фиг.1-2), что приводит к замыканию ключа 17 (фиг.2) и питанию радиомодуля 10, блока микропроцессора 9 и блока беспроводной связи от аккумуляторов 15. При получении питания блок микроконтроллера 9 (фиг.2) запускает радиомодуль 10, который создает зондирующий сигнал 6 (фиг.1-2), приемо-передающая антенна 4 усиливает зондирующий сигнал 6, оператор 5 (фиг.1) направляет антенну в сторону изолятора 2 (фиг.1) на котором крепится RFID-метка 1 (фиг.1-2). RFID-метка (фиг.1-2), принимая зондирующий сигнал 6 от считывателя 3 (фиг.1), создает ответный сигнал 7 (фиг.1-2), который принимается радиомодулем 10 (фиг.2) через приемо-передающую антенну 3 (фиг.1-2). Кодированный ответный сигнал 7 (фиг.1-2) от радиомодуля 10 (фиг.1), благодаря алгоритму управления блока микроконтроллера 9, передается через блок беспроводной связи 11 и коаксиальную антенну 12 на планшет или смартфон 13 (фиг.2) в котором установлено программное обеспечение. Кодированный ответный сигнал 7 (фиг.1-2) обрабатывается и отображается на экране планшета или смартфона 13 (фиг.2) как исправный изолятор 2 (фиг.1). Программное обеспечение позволяет оператору 5 увидеть на экране изображение контролируемой опоры 8 (фиг.1) со всеми расположенными на ней изоляторами 2. При направлении приемо-передающей антенны 4 (фиг.1-2) считывателя 3 (фиг.1) оператором 5 в сторону следующего изолятора 2 с RFTD-меткой 1 (фиг.1-2) алгоритм повторяется. В случае пробоя RFID-метки 1 (фиг.1-2) током, превышающим допустимые значения, RFID-метка 1 (фиг.1-2) не сможет создать ответный сигнал 7, на экране планшета или смартфона 13 (фиг.2) этот изолятор 2 (фиг.1) отобразится как неисправный. Таким образом, подходя к последующей опоре, оператор 5 (фиг.1) последовательно собирает сведения о состоянии изоляторов 2 контролируемого участка линии электропередачи. После прохождения оператором 5 (фиг.1) контролируемого участка формируется файл, который сохраняется оператором 5 на планшете, фаблете или смартфоне образом, подходя к последующей опоре, оператор 5 (фиг.1) последовательно собирает сведения о состоянии изоляторов 2 контролируемого участка линии электропередачи. После прохождения оператором 5 (фиг.1) контролируемого участка формируется файл, который сохраняется оператором 5 на планшете, фаблете или смартфоне 13 (фиг.2) в виде отчета. Отчет по результатам контроля состояния изоляторов заносится в журнал обходов / осмотров контролируемого участка. Полученные сведения в виде файла с отчетом передаются по проводной или беспроводной связи, или с помощью флешкарты ответственному руководителю, диспетчеру и на сервер с базой данных по контролируемому участку.
Данный способ и система могут применятся не только в трудно доступных участках воздушной линии электропередачи, но и по всей длине пути участка, а также для изоляторов и изолирующих конструкций высоковольтного оборудования тяговых и трансформаторных подстанций, комплектных устройств, постов секционирования.
Таким образом, создание способа контроля состояния изоляторов в труднодоступных участках и системы для его осуществления позволяет расширить функциональные возможности контроля состояния изоляторов, установленных на опорах воздушных линий электропередачи, находящихся в стороне от дорожного пути, и труднодоступных участках. Введение в метку шунта заданного сечения позволит выбрать величину тока срабатывания RFID-метки, применяемой в качестве индикатора, определяя пробой и предотказное состояние изоляторов. В случае аварийной ситуации минимизируется время нахождения пробитого изолятора. При обходе выявляются дефектные изоляторы, благодаря чему принимаются решения по восстановлению изоляции и предупреждению аварийных ситуации в системе электроснабжения. Данный способ бесконтактен, безопасен, полученные результаты можно применять для анализа состояния, планирования работ по техническому обслуживанию и ремонту изоляторов и изолирующих конструкций, применяемых в системе электроснабжения.