УСТРОЙСТВО МОНИТОРИНГА ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Предлагаемое техническое решение относится к области измерительной техники, а именно, к измерению магнитных и электрических величин и в частности к определению местоположения повреждений в разветвленных воздушных линиях электропередачи (ВЛЭП).
Известна полезная модель устройства для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередач, наиболее сходная с предлагаемой полезной моделью, имеющая 3 варианта исполнения (патент РФ 126144, G01R 31/08, опубл. 2012). Согласно первому варианту исполнения предлагаемой полезной модели известное устройство для определения местоположения и вида повреждений воздушной линии электропередачи дополнительно снабжено средством индикации, электрически связанным со средством обработки информации, средством фильтрации для каждого датчика электрического поля, выполненным в виде полосового фильтра, настроенного на промышленную частоту, средством усиления, выполненным в виде узкополосного усилителя промышленной частоты, и автономным блоком питания, электрически связанным со средством обработки информации и выполненным в виде основного источника питания. Пластины датчиков электрического поля выполнены из диэлектрика, металлизированного медью, расположены на расстоянии одна от другой, предпочтительно, равном 10-20 см., и ориентированы параллельно проводам ВЛЭП, а датчики магнитного поля, выполнены в виде резонансных контуров, настроенных на промышленную частоту, содержащих катушки индуктивности с сердечниками, выполненными из термостабильного материала и расположенными в плоскости, перпендикулярной проводам ВЛЭП с возможностью измерения суммарного магнитного поля от всех проводов ВЛЭП, причем устройство содержит, предпочтительно, 2-3 датчика электрического поля и 2-3 датчика магнитного поля. Средство передачи информации во всех вариантах исполнения выполнено в виде радиопередающего модуля. Центральный блок устройства крепится на опору ВЛЭП. Датчики магнитного и электрического поля для оценки тока и напряжения в ВЛЭП выполнены выносными и крепятся на 3 фазных провода ВЛЭП.
Согласно второму варианту исполнения предлагаемой полезной модели устройство содержит по меньшей мере один датчик электрического и по меньшей мере один датчик магнитного поля, закрепленные непосредственно на каждом проводе ВЛЭП, причем датчики электрического поля выполнены в виде изоляторов, подвешенных на каждом проводе ВЛЭП, а датчики магнитного поля выполнены в виде резонансных контуров, настроенных на промышленную частоту, содержащих катушки индуктивности с сердечниками, выполненными из термостабильного материала, и расположенными по одному под каждым изолятором в плоскости, перпендикулярной проводам ВЛЭП, с возможностью измерения магнитного поля от каждого из проводов ВЛЭП, причем устройство содержит по меньшей мере три электрических датчика и по меньшей мере три магнитных датчика.
Согласно третьему варианту предлагаемой полезной модели устройство содержит по одному датчику электрического поля и по одному датчику магнитного поля, закрепленным непосредственно на каждом проводе ВЛЭП и объединенным в единый измерительный блок каждого провода ВЛЭП, причем устройство включает по меньшей мере три измерительных блока, а каждый измерительный блок включает свой дополнительный автономный источник питания и свое средство передачи информации в виде беспроводного средства радиосвязи, выполненного с возможностью осуществления радиосвязи со средством обработки информации, а каждый датчик магнитного поля выполнен в виде тороидальной катушки с разъемным сердечником, изготовленным из термостабильного материала и надетым на каждый провод ВЛЭП, и каждый датчик электрического поля выполнен в виде пластины из диэлектрика, металлизированного медью, охватывающей провод ВЛЭП в плоскости его поперечного сечения по меньшей мере с трех сторон. /Патент РФ 126144, G01R 31/08, опубл. 2012 г. /
Выше указанное известное устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи предназначено для повышения оперативности и точности определения вида аварийного режима на ВЛЭП.
Известная полезная модель устройства состоит из трех независимых измерительных блоков, которые по отдельности устанавливаются на каждый фазный провод и центрального блока обработки информации. В третьем варианте известной полезной модели измерительные блоки являются независимыми отдельными модулями, что может снизить надежность устройства вследствие большого количества независимых модулей. В третьем варианте известной полезной модели измерительные блоки связываются с блоком обработки информации по радиоканалу, что может снизить надежность функционирования вследствие использования радиоканала как основного средства передачи информации между модулями. Наличие нескольких независимых модулей в составе одного устройства усложняет его эксплуатацию из-за необходимости отдельной их установки и обслуживания. Связь по радиоканалу является дополнительным источником энергопотребления, а следовательно отрицательно влияет на время автономной работы устройства и уменьшает межсервисный интервал.
Принципы работы известной полезной модели требуют использования информации о физических процессах во всех трех фазных проводах ВЛЭП, что снижает достоверность определения типа и места повреждения при выходе из строя хотя бы одного из измерительных модулей или потери связи с ним.
Принципы работы и конструкция известной полезной модели позволяют определять факт однофазного короткого замыкания на землю и не позволяет определять местоположение замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью.
Задача предлагаемого технического решения состоит в повышении точности определения местоположения и вида повреждений в разветвленной воздушной линии электропередачи и уменьшения времени поиска повреждений.
Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата в устройстве мониторинга параметров воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), состоящем из последовательно соединенных между собой средства для снятия первичной информации в виде датчиков магнитного поля и датчиков электрического поля, средства фильтрации для каждого датчика магнитного поля и для каждого датчика электрического поля, выполненных в виде фильтра низких частот с полосой пропускания, включающей промышленную частоту, средства усиления, средства обработки информации, средства индикации, электрически связанного со средством обработки информации, автономным блоком питания, электрически связанным со средством обработки информации и выполненным в виде основного источника питания, например литиевой батареи с подключенным к нему стабилизатором напряжения, при этом средство для снятия первичной информации выполнено в виде по меньшей мере одного датчика магнитного поля и по меньшей мере одного датчика электрического поля, подключенных к средству усиления, каждый датчик магнитного поля выполнен в виде катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником, каждый датчик электрического поля является датчиком емкостного типа. Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что устройство выполнено целиком закрепленным непосредственно на фазном проводе ВЛЭП и функционирующим независимо от других устройств или средств измерения.
Устройство может быть снабжено дополнительным источником питания в составе автономного блока питания, выполненным в виде катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником П-образной или U-образной формы, мощность, наводимая в катушке от токов в ВЛЭП, может быть использована для дополнительного питания устройства.
Устройство может быть снабжено дополнительным источником питания в составе автономного блока питания, выполненным в виде батареи фотоэлементов, которая может быть использована для дополнительного питания устройства.
Устройство может быть снабжено дополнительными средствами фильтрации высших гармоник промышленной частоты для анализа свободной составляющей тока и напряжения при повреждениях в ВЛЭП работающими параллельно со средствами фильтрации настроенными на промышленную частоту, сигнал с которых подается на отдельный канал средства обработки информации через отдельные средства усиления сигналов.
Устройство использует цифровые алгоритмы обработки информации с датчиков, позволяющие распознавать междуфазные замыкания и однофазные замыкания на землю, в том числе и в сетях с изолированной нейтралью, и определять факт нахождения замыкания в зоне реагирования устройства для увеличения точности определения места повреждения ВЛЭП.
Устройство мониторинга воздушной линии электропередачи (ВЛЭП) представленное на Рис. 1 содержит минимум по одному датчику магнитного 1 и минимум одному датчику электрического 2 поля закрепленных на фиксированном расстоянии от фазного провода ВЛЭП 3. Датчики магнитного 1 и электрического 2 поля гальванически связаны с блоками фильтрации 4 и 5 выполненных в виде фильтров низких частот с полосой пропускания включающей промышленную частоту сети. Так датчик магнитного поля 1 связан с блоком фильтрации низких частот с полосой пропускания включающей промышленную частоту 4, а датчик электрического поля связан с блоком фильтрации выполненным в виде фильтра низких частот с полосой пропускания включающей промышленную частоту 5. Таким образом, каждый датчик связан со своим отдельным блоком фильтрации.
Каждый блок фильтрации, выполненный в виде фильтра низких частот с полосой пропускания, включающей промышленную частоту 4 и 5, связаны с отдельными блоками усиления 6 и 7. Так блок фильтрации 4 связан с блоком усиления 6, а блок 5 связан с блоком усиления 7.
Сигналы с блоков усиления 6 и 7 подаются на аналоговые входы блока обработки информации 8. Блок обработки информации 8 накапливает информацию о текущем и предшествующих режимах работы ВЛЭП и на основе этих данных, согласно специальным алгоритмам, производит анализ текущего режима и типа повреждения ВЛЭП при его наличии. При выявлении аварийного режима ВЛЭП блок обработки информации подает соответствующий типу аварийного режима (повреждения) управляющий сигнал на блок индикации 9 активируя его определенный режим работы.
Для коррекции данных с датчиков магнитного и электрического поля 1 и 2 могут быть использованы данные с датчика температуры 10, подключенного к блоку обработки информации 8.
Питание устройства производится от автономного источника питания 11, в состав которого входит стабилизатор напряжения 12 и батарея 13, предположительно литиевая. Для продления срока автономного функционирования устройства без обслуживания в состав автономного блока питания могут входить дополнительные источники мощности помимо литиевой батареи. Дополнительными источниками мощности могут быть батарея фотоэлементов 14, подключенная к входу стабилизатора напряжения 12 и катушка индуктивности 15 с П-образным или U-образным ферромагнитным сердечником, подключенная к входу стабилизатора напряжения и индуктивно связанная с проводом ВЛЭП 3.
Датчики магнитного 1 и электрического 2 поля могут быть гальванически связаны с блоками фильтрации 16 и 17 настроенными на высшие гармоники промышленной частоты сети, обусловленные свободной составляющей переходного процесса при повреждении ВЛЭП. Так датчик магнитного поля 1 связан с блоком фильтрации настроенным на высшие гармоники промышленной частоты сети 16, а датчик электрического поля 2 связан с блоком фильтрации настроенным на высшие гармоники промышленной частоты сети 17. Таким образом, каждый датчик связан со своим отдельным блоком фильтрации настроенным на высшие гармоники промышленной частоты сети.
Каждый блок фильтрации настроенный на высшие гармоники промышленной частоты сети 16 и 17 связан с отдельными блоками усиления 18 и 19. Так блок фильтрации 16 связан с блоком усиления 18, а блок 17 связан с блоком усиления 19. Сигналы с блоков усиления 18 и 19 подаются на аналоговые входы блока обработки информации 8, где происходит их соответствующая обработка с целью установления режима работы ВЛЭП.
Техническим результатом является повышение точности определения местоположения и вида повреждений на воздушных линиях электропередач. Достигается более точное определение факта и места однофазных замыканий на землю в разветвленных сетях с различными способами заземления нейтрали, в том числе, в сетях с изолированной нейтралью. Заявленные технические особенности способствуют уменьшению времени поиска повреждений на разветвленных воздушных линиях электропередач.