СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОЯВЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ И ПОВРЕЖДЕНИЙ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD OF DETERMINING PLACES OF INHOMOGENEITIES AND DAMAGE OF POWER TRANSMISSION LINES

Предлагаемый способ относится к электроизмерительной технике и может быть использован для определения расстояний до вновь появившихся неоднородностей и мест повреждения воздушных линий (ВЛ) электропередачи. Способ ориентирован на обнаружение малозаметных неоднородностей, при этом контролируемая ВЛ может находиться под рабочим напряжением.
Известен способ (Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоиздат, 1982, стр. 206), который заключается в создании зондирующих импульсов между двумя жилами кабеля, при этом импульсы, отраженные от симметричных неоднородностей, взаимно компенсируют друг друга. Отражения от несимметричных повреждений фиксируются на индикаторе прибора.
В данном способе осуществляется визуальный анализ рефлектограммы, что вносит субъективный фактор при обнаружении мест повреждений и появившихся неоднородностей. Кроме этого, данный способ применим, когда имеются в наличии минимум две жилы кабеля, причем одна из них не должна быть повреждена, что приводит к ограничению области применения.
Х
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления (Пат. РФ 2400765, 2008 г., МПК G01R 31/11). Способ заключается в посылке в линию зондирующих импульсов напряжения с время-частотной модуляцией от генератора и приеме отраженных импульсов. При этом фиксируют массив демодулированных отраженных сигналов, полученных с неповрежденной линии, в качестве образцовой рефлектограммы в виде электронного образа линии. Для обнаружения повреждения находят разность между каждой вновь снятой рефлектограммой, то есть текущей и образцовой рефлектограммой. Вывод о повреждении линии делают при наличии разностных сигналов. Затем подвергают разностный сигнал автокорреляционной обработке и спектральному анализу. Далее определяют частоту F, соответствующую координате повреждения, и расстояние до места повреждения по реперным точкам.
В данном способе вывод о повреждении линии делают при наличии разностных сигналов между текущей рефлектограммой и образцовой рефлектограммой, однако разностный сигнал может появляться из-за воздействия различных случайных факторов. К таким факторам относятся шум в измерительном тракте рефлектометрического устройства, воздействие ветра на опоры и на сами линии, грозовые явления, разряды на ВЛ, работа высокочастотных трактов связи, движущийся возле ВЛ транспорт и др. Составляющая шума на рефлектограмме, которая связана с флуктуациями неоднородностей волнового сопротивления ВЛ, в разных точках рефлектограммы различна. Например, если ВЛ проходит вблизи транспортной линии, то точки рефлектограммы, соответствующие этому месту, будут подвержены большему шуму. В способе-прототипе предполагается, что существует некоторое пороговое значение. Если разностный сигнал не превысил это пороговое значение, то повреждений или неоднородностей нет. При реализации данного способа пользователь вынужден эмпирическим путем определять это пороговое значение. Очевидно, что пороговое значение должно быть существенно больше, чем шум в любой точке рефлектограммы. Так, например, если шум в одной точке на порядок больше чем шум в остальных точках, то пороговое значение должно быть больше чем шум в этой одной точке. При этом возможна ситуация, когда возникает существенная неоднородность, приводящая к существенному разностному сигналу в соответствующей точке рефлектограммы, но этот разностный сигнал меньше порогового значения. В этом случае факт наличия неоднородности фиксироваться не будет.
Таким образом, описанный в прототипе способ дает плохую чувствительность рефлектометрического устройства, если в разных точках рефлектограммы уровень шума разный.
Задача предлагаемого технического решения заключается в повышении чувствительности рефлектометрического устройства.
Для этого в предлагаемом способе в испытуемую линию посылают зондирующие импульсы напряжения, принимают отраженные сигналы, запоминают образцовую рефлектограмму, полученную с неповрежденной линии. При этом для получения образцовой рефлектограммы многократно в испытуемую линию посылают зондирующие импульсы напряжения, принимают отраженные сигналы, для каждой точки рефлектограммы производят усреднение и только после этого запоминают образцовую рефлектограмму. На стадии формирования образцовой рефлектограммы для каждой точки рефлектограммы находят среднеквадратичное отклонение, умножают его на константу, выбираемую с учетом правила трех сигм, при этом получают массив пороговых значении, которые являются пороговыми значениями, предназначенными для каждой соответствующей точки рефлектограммы. Массив пороговых значений записывают. Снимают текущую рефлектограмму, затем находят разностную рефлектограмму, значения в каждой точке которой получается как разность по модулю значения текущей рефлектограммы и соответствующего значения образцовой рефлектограммы. Значения в каждой точке разностной рефлектограммы сравнивают с соответствующим пороговым значением из массива пороговых значений. Вывод о повреждении или появлении неоднородности в ВЛ делают в том случае, если значение в какой-либо точке разностной рефлектограммы превысило соответствующее пороговое значение. Вычисление расстояния до появившейся неоднородности или места повреждения выполняется по номеру первой точки разностной рефлектограммы, значение в которой превысило пороговое значение.
При снятии рефлектограмм на результаты измерений влияет шум, при этом измеряемые значения имеют случайную составляющую. Как известно, случайную величину можно охарактеризовать математическим ожиданием и среднеквадратичным отклонением. При получении экспериментальных значений случайной величины х с количеством опытов N→∞ математическое ожидание М(х) определяется как среднее арифметическое этих значений по формуле:
i
где х - значение случайной величины на /-ом опыте;
i - номер опыта.
Среднеквадратичное отклонение а определяется по формуле:
Существует известное правило трех сигм (3⋅σ), в соответствии с которым все значения нормально распределенной случайной величины лежат в интервале
[М{х)-3⋅σ; М(х)+3⋅σ]
с вероятностью 99,7%.
При ограниченном количестве экспериментальных значений используют оценки среднеквадратичного отклонения и математического ожидания, которые также вычисляются по формулам (1) и (2).
i
На стадии формирования образцовой рефлектограммы производят N зондирований ВЛ и получают N рефлектограмм. Результатом зондирования является двумерный массив, имеющий N строк, каждая i-я строка является результатом i-го зондирования. Количество столбцов массива равно количеству измеренных значений рефлектограммы (точек рефлектограммы). Значение в каждой точке образцовой рефлектограммы вычисляется с помощью формулы (1), причем i - это номер зондирования, x - это значения из столбца массива.
На стадии формирования образцовой рефлектограммы вычисляется массив пороговых значений. Он состоит из такого же количества значений, что и образцовая рефлектограмма. Каждое значение этого массива вычисляется следующим образом. Вычисляется оценка среднеквадратичного отклонения по формуле (2), полученное значение умножается на константу, выбираемую с учетом правила трех сигм. Следует отметить, что вычисленное значение всегда положительное.
Выбор конкретного значения константы зависит от алгоритма работы рефлектометрического устройства. Например, если обнаружение неоднородности приводит к включению тревоги, то константу необходимо выбирать более 3, например, 4. Если рефлектометрическое устройство должно фиксировать и анализировать появляющиеся неоднородности, то константу можно выбирать менее 3. В самом общем случае можно считать, что эта константа может быть в пределах от 1,5 до 6, так как значение 1,5 в два раза меньше 3, а значение 6 в два раза больше 3.
На стадии текущей работы, то есть при контроле ВЛ, периодически снимается текущая рефлектограмма, вычисляется разностная рефлектограмма. Разностная рефлектограмма проверяется с помощью массива пороговых значений. Если какое-либо значение разностной рефлектограммы превысило соответствующее пороговое значение, то делается вывод о появлении неоднородности или повреждения.
Вычисление расстояния до появившейся неоднородности или места повреждения выполняется по номеру т первой точки на разностной рефлектограмме, значение в которой превысило пороговое значение.
Образцовая, текущая и разностная рефлектограммы имеют одинаковый шаг дискретизации по времени Δt. Расстояние до появившейся неоднородности или места повреждения вычисляется по формуле:
где  - расстояние до искомого места появившейся неоднородности или повреждения; V - скорость распространения электромагнитных волн в испытуемой ВЛ.
Последующие за точкой с номером m точки разностной рефлектограммы, в которых значение превысило пороговое значение, игнорируются, так как их появление связано с изменениями текущей рефлектограммы, вызванными появившейся неоднородностью или повреждением.
Таким образом, за счет использования пороговых значений для каждой точки рефлектограммы, повышается общая чувствительность рефлектометрического устройства.
Сформировав таким образом образцовую рефлектограмму и массив пороговых значений, можно в автоматическом режиме осуществлять контроль ВЛ рефлектометрическим устройством. Так как для каждой точки рефлектограммы имеется свое пороговое значение, чувствительность контроля будет максимально возможной для каждой точки. Это приводит к общему повышению чувствительности рефлектометрического устройства.