Модуль для мониторинга технического состояния провода линии электропередач (ЛЭП) и состояния окружающей его среды

Полезная модель относится к контролю (мониторингу) объектов электроэнергетики и предназначена для получения данных о состоянии проводов и охранной зоны ЛЭП, предварительной обработки полученных данных и передачи на пункт сбора информации энергосистемы.
Результаты мониторинга могут быть использованы для оценки состояния проводов и охранной зоны ЛЭП, раннего обнаружения факторов, влияющих на безопасность эксплуатации линии и своевременного принятия необходимых мер для обеспечения надежной и безопасной работы линии.
Из уровня техники известно устройство для дистанционного контроля состояния провода и охранной зоны воздушной линии электропередачи, содержащее корпус, снабженный средствами крепления на проводе линии электропередачи, и размещенные в корпусе блок питания, блок обработки данных и подключенные к нему блок контроля состояния провода, блок контроля пожарного состояния охранной зоны и блок беспроводной передачи данных удаленному терминалу диспетчера энергосистемы, при этом блок контроля пожарного состояния охранной зоны снабжен датчиком задымления атмосферы и датчиком содержания продуктов горения в атмосфере (RU 112534 U1, 10.01.2012).
Устройство выполнено в виде модуля, корпус которого выполнен монолитным в виде торпеды и имеет средства крепления корпуса на проводе.
Недостатком данного устройства является неудобство обслуживания и низкая надежность работы устройства, поскольку модуль не сможет на протяжении длительного времени качественно выполнять свои функции (снимать и передавать достоверную информацию с датчиков), т.к. в корпусе будет накапливаться влага, что негативно отразится на работе устройства.
Техническим результатом предложенной полезной модели является устранение указанных недостатков, повышение удобства обслуживания и надежности работы устройства за счет создания устанавливаемого непосредственно на проводе модуля, в разъемном корпусе которого будут созданы условия для отвода накопившейся влаги от элементов модуля, расположенных в корпусе.
Указанный технический результат достигается в модуле для мониторинга технического состояния провода линии электропередач (ЛЭП) и окружающей его среды, содержащем выполненный с возможностью установки на проводе линии электропередачи корпус с размещенными в его полости и связанными с входами микропроцессора датчиками контроля состояния провода, датчиками состояния окружающей среды в зоне расположения провода и блоком питания для электронных схем модуля, микропроцессор выполнен с возможностью передачи данных через приемопередатчик от датчиков на сервер, корпус выполнен разъемным сферическим с центральным отверстием для размещения провода и состоит из двух соединенных между собой полусфер, с возможностью установки их на проводе линии электропередач одна под другой, при этом, по меньшей мере, часть нижней полусферы выполнена перфорированной.
Кроме того, модуль может содержать связанный с микропроцессором блок для навигации для определения реального географического положения модуля.
Кроме того, определение реального географического положения модуля может осуществляться в системе ГЛОНАСС.
Кроме того, определение реального географического положения модуля может осуществляться в системе GPS.
Кроме того, модуль может содержать блок для передачи сигнала SOS.
Кроме того, датчики состояния провода могут включать, по меньшей мере, один датчик ускорений, датчик температуры провода, датчик токовой нагрузки провода.
Кроме того, датчики состояния окружающей среды могут включать, по меньшей мере, один датчик температуры, по меньшей мере, один датчик влажности, по меньшей мере, один датчик атмосферного давления, датчик дыма, датчик звука, по меньшей мере, один датчик загрязнения воздуха, датчик радиации.
Кроме того, микропроцессор может быть выполнен с возможностью формирования на основе сигналов от упомянутых датчиков информации с указанием адреса пролета ЛЭП, на котором установлен модуль.
Кроме того, модуль может иметь клиентское программное обеспечение, выполненное с возможностью опроса каждого датчика модуля и передачи полученных данных на сервер и опроса ближайших модулей для выявления доступных для передачи показаний.
Кроме того, блок питания электронных схем модуля может быть выполнен в виде магнитопровода, выполненного с возможностью установки на проводе ЛЭП, служащем первичной обмоткой трансформатора, который снабжен вторичной обмоткой трансформатора, подающей питание на электронные схемы модуля.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами, где на фиг. 1 изображен модуль для мониторинга технического состояния провода ЛЭП, общий вид; на фиг. 2 - сечение модуля; на фиг. 3 изображена установка модулей на проводах ЛЭП, общий вид; на фиг. 4 изображена блок - схема модуля.
Каждый из модулей является самостоятельным, конструктивно цельным устройством и может работать как автономно, так и может быть встроен в ряд аналогичных модулей в устройстве для мониторинга технического состояния линий электропередач (УМТС ЛЭП). В последнем случае на проводах линии 1 электропередачи установлены связанные с сервером 2, расположенным в диспетчерском центре, модули 3. Каждый из модулей 3 установлен между двумя опорами 4.
Модуль 3 содержит корпус 5, в полости которого размещены связанные с входами микропроцессора 6 следующие датчики:
- датчик 7 ускорений (акселерометр) для контроля состояния провода;
- датчик 8 температуры окружающей среды;
- датчик 9 влажности;
- датчик 10 атмосферного давления;
- датчик 11 температуры провода;
- датчик 12 токовой нагрузки провода;
- датчик 13 дыма;
- датчик 14 звука;
- датчик 15 загрязнения воздуха;
- датчик 16 радиации.
Модуль содержит связанный с микропроцессором 6 блок 17 для навигации для определения реального географического положения модуля, например в системе ГЛОНАСС и/или в системе GPS.
Модуль 3 сдержит блок 18, который позволяет подключать мобильные устройства граждан по средствам беспроводной связи для передачи сигнала SOS.
Выход микропроцессора 6 соединен с приемопередатчиком 19, предназначенным для связи с сервером 2.
Микропроцессор 6 выполнен с возможностью формирования на основе сигналов от датчиков информации с указанием адреса модуля 3 (пролета ЛЭП). Микропроцессор 6 формирует следующую информацию:
- об электротехническом состоянии системы, например, о состоянии проводов;
- о погодных условиях и состоянии атмосферы, в частности, о начале налипания снега или образования льда на проводах ЛЭП;
- об амплитудах раскачивания проводов или обрыве провода;
- об образовании задымленности;
- о состоянии качества воздуха;
- о норме радиации;
- об уровне шума с определением типа звука.
Питание электронных схем модуля 3 осуществляется блоком питания, который выполнен в виде магнитопровода 20 с возможностью установки на проводе ЛЭП 1, служащем первичной обмоткой трансформатора, который снабжен вторичной обмоткой трансформатора, подающей питание на электронные схемы устройства модуля 3.
УМТС ЛЭП имеет установленное в микропроцессоре модуля клиентское программное обеспечение и серверное программное обеспечение.
Клиентское программное обеспечение выполнено с возможностью опроса каждого датчика модуля 3, передачи полученных данных на сервер 2, опроса ближайших модулей 3 для выявления доступных для передачи показаний.
Модуль 3 может быть установлен, по меньшей мере, на одной фазе линии электропередачи.
Корпус 5 модуля 3 выполнен сферическим с центральным отверстием для размещения провода 1, состоит из двух соединенных между собой и установленных одна под другой на проводе ЛЭП полусфер - верхней полусферы 21 и нижней перфорированной полусферы 22.
Модуль 3 выполнен с возможностью автономной независимой его работы и передачи на сервер 2 сигнала каждого из датчиков модуля 3.
Устройство работает следующим образом.
Корпус 5 модуля 3 устанавливают на проводе 1 в одном из пролетов ЛЭП.
Датчик 7 ускорений (акселерометр) определяет положение провода 1. Выходные сигналы от датчика 7 ускорений поступают на соответствующие входы микропроцессора 6, где информация обрабатывается и поступает в приемопередатчик 19 и далее по каналу связи на сервер 2.
В микропроцессоре 6 сигналы сравниваются с заложенными заранее в программу величинами в соответствии с установленным алгоритмом. Например, если механическое воздействие на провод не превышает допустимой величины, то микропроцессор 6 через приемопередающее устройство (приемопередатчик 19) передает на сервер информацию о нормальных амплитудах. Если эти амплитуды больше заданного значения, то выдается команда о завышенных амплитудах с указанием адреса модуля 3 (пролета ЛЭП) и т.д. Если происходит обрыв проводов или их провисание, то микропроцессор 6 передает информацию о происшедшем событии на сервер. При обрыве провода 1 фиксируется резкое изменение угла наклона провода 1 и также передается информация на сервер.
Сигналы с датчика 8 температуры окружающей среды и датчика 9 влажности в соответствии с заложенными заранее в программу величинами и в соответствии с установленным алгоритмом также фиксируют наличие осадков (дождь, снег, туман). Если при этом имеет место провисание проводов, то это говорит о возможном налипании снега на проводах или их обледенении, что и передается на сервер 2 диспетчерского центра.
Датчик 10 определяет атмосферное давление.
Измеряя текущее барометрическое давление можно определить высоту положения датчика (модуля) над уровнем моря. Атмосферное давление, кроме высоты, зависит еще от многих факторов. Поэтому измерения, проведенные, например, в различных погодных условиях будут давать разный результат. Обычно используются средние значения давления, определенные для сухой погоды с переменной облачностью.
Датчики 10 давления позволяют определять не только высоту над уровнем моря, но и позволяют прогнозировать погоду. Изменение давления предшествует смене погодных условий. Соответственно показания датчика давления, снимаемые в течение некоторого периода времени, могут являться основой погодных прогнозов.
Направление изменения давления соответствует изменению погоды. Так понижение атмосферного давления обычно происходит перед ухудшением погоды, а повышение предшествует улучшению.
При наличии большого количества водяного пара в атмосфере, давление должно быть низким. При этом большое количество влаги, как правило, свидетельствует о наличии облачности и возможности выпадения осадков. И наоборот, сухой воздух имеет более высокую массу, что приводит к увеличению давления. Снижение влаги в атмосфере становится признаком наступления хорошей погоды.
Сигналы с датчика 10 атмосферного давления также в соответствии с заложенными заранее в программу величинами и в соответствии с установленным алгоритмом измеряют атмосферное давление и его отклонение от заданных величин.
Изменение атмосферного давления достаточно медленный процесс, поэтому измерения проводят через заданные оператором интервалы времени (например, 2-3 часа). Сравнение начальных и конечных показаний на нескольких интервалах позволит определить, что происходит с давлением: рост или падение. На основании этих данных и формируется прогноз на ближайшие часы.
При этом точность прогнозов значительно повышается за счет одновременных измерений сигналов с датчика 8 температуры окружающей среды и датчика 9 влажности.
Беспроводные датчики 11 предназначены для контактного измерения температуры проводов ЛЭП и являются одними из главных элементов системы мониторинга. Датчики 11 используют в качестве элемента системы мониторинга для контроля электротехнических параметров.
Датчики 11 монтируются непосредственно на проводах ЛЭП.
Сигналы с датчика 11 температуры провода также в соответствии с заложенными заранее в программу величинами и в соответствии с установленным алгоритмом фиксируют температуру провода и ее отклонение от максимально допустимой величины, позволяя путем выдачи соответствующих команд предотвратить их перегрев, сохранить механическую прочность провода длительное время. Это позволит также избежать критического провисания и обрыва провода.
Диагностическая информативность работы всей системы мониторинга повышается при совместном использовании различных датчиков, в частности датчик температуры, влажности окружающей среды и атмосферного давления.
Датчик 12 осуществляет измерение токовой нагрузки провода и также используется в качестве одного из главных элементов системы мониторинга для контроля электротехнических параметров.
Воздействие факторов окружающей среды (температура, дождь, ветер) приводят к охлаждению провода, что может привести к повышению токовой нагрузки провода.
Токовая перегрузка - это аварийный пожароопасный режим, при котором по элементу электросети проходит ток, превышающий номинальное значение, на которое рассчитан данный элемент (провод, кабель, устройство электрозащиты). В результате этого данный элемент электросети перегревается и в нем происходят различного рода изменения.
Сигналы с датчика 12 токовой нагрузки провода также в соответствии с заложенными заранее в программу величинами и в соответствии с установленным алгоритмом измеряют величину тока в проводе и его отклонение от заданных величин, позволяя путем выдачи соответствующих команд защитить провод от токовых перегрузок.
Датчик 13 дыма реагирует на изменение внешних факторов, позволяя обнаруживать признаки начинающегося пожара, формируя сигнал тревоги (звуковой, световой, комбинированный и т.д.)
Сигналы с датчика 13 дыма также в соответствии с заложенными заранее в программу величинами и в соответствии с установленным алгоритмом обнаруживают задымленность путем контроля изменений физических параметров окружающей среды, вызванных возгоранием, позволяя путем выдачи соответствующих команд уведомить обсуживающий персонал.
Датчик 14 звука получает сигнал о наличии в охраняемой зоне посторонних шумов и присутствия, например, человека. Сигналы с датчика 14 звука также в соответствии с заложенными заранее в программу величинами и в соответствии с установленным алгоритмом фиксируют резкие звуковые сигналы и путем преобразования звуковых колебаний в колебания электрического тока выдает соответствующую команду уведомить обсуживающий персонал.
Проверка качества атмосферы необходима в охранной зоне ЛЭП как для работы ЛЭП, так и ее обслуживания.
Датчики 15 загрязнения воздуха в соответствии с их программой реагируют на различные типы патогенных веществ и вредных примесей (например, содержание свинца, диоксида серы, углекислого газа, ртути и т.д.), осуществляя контроль качества атмосферы в охранной зоне ЛЭП. Сигналы с датчика 15 загрязнения воздуха также в соответствии с заложенными заранее в программу величинами и в соответствии с установленным алгоритмом определяют концентрацию вредных примесей в атмосфере, позволяя путем выдачи соответствующих команд уведомить обсуживающий персонал о нарушении предельно допустимой концентрации вредных примесей и опасности состояния воздуха.
Датчики 15 радиации осуществляют оперативный мониторинг состояния радиационной обстановки в охранной зоне ЛЭП.
В случае превышения нормы радиации, путем выдачи соответствующих команд происходит уведомление обсуживающего персонала.
Измерение и передача данных с датчиков происходит в соответствии с установленным программой для определенного датчика интервалом.
Программное обеспечение (ПО) производит опрос каждого датчика в месте установки модуля 3 и передает полученные данные на сервер 2. Также ПО проверяет доступность следующего модуля 3, установленного в цепочке.
В случае, если следующий модуль 3 недоступен, клиентское ПО производит опрос ближайших доступных модулей цепочки. Передача информации возобновляется в автоматическом режиме, через ближайший доступный модуль 3. Таким образом, передача показаний не прекращается. А информация о вышедшем из строя модуле 3 передается на сервер 2 ответственному диспетчеру. Сервер 2 получает данные со всех датчиков каждого модуля 3, агрегирует их, а также производит анализ и сверку полученных данных с допустимыми параметрами для каждого датчика модуля.
В случае отклонения от нормы, диспетчер получает соответствующее уведомление. Также серверное ПО позволяет визуализировать (например, на экране монитора диспетчера) состояние ЛЭП и видеть показания всех датчиков с каждого модуля, привязанного к месту установки, в реальном времени.
Блок 18 модуля позволяет подключать мобильные устройства граждан по средствам беспроводной связи для передачи сигнала SOS. После подключения внешнего устройства к модулю 3, микропроцессор формирует сигнал SOS, который автоматически передается на сервер в диспетчерскую. Сигнал содержит геоданные модуля, с которого поступил сигнал SOS.
Определение реального географического положения модуля происходит путем применения спутниковых технологий позиционирования (ГЛОНАСС, GPS), либо технологий мобильных сетей за счет блока 17.
Размещение оборудования для мониторинга состояния провода и состояния окружающей его среды в установленной на проводе разъемном сферическом корпусе с перфорацией в нижней его полусфере позволит избежать скопления влаги за счет ее стекания и испарения со стенок корпуса.
Полезная модель позволит повысить удобство обслуживания и надежность работы устройства (модуля), т.е. продолжительность выполнения устройством своих рабочих функций, за счет создания устанавливаемого непосредственно на проводе модуля, в разъемном корпусе которого будут созданы условия для отвода накопившейся влаги от элементов модуля, расположенных в корпусе.