Устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных линий электропередачи

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для фиксации высокочастотных (ВЧ) электромагнитных импульсов (ЭМИ) от коммутационных, грозовых, коронных и частичных разрядов, обрывов и коротких замыканий (КЗ), для выявления обрыва или КЗ проводов высоковольтных воздушных линий электропередачи (ВЛ) на землю, в том числе однофазных замыканий на землю (ОЗЗ), выявления пролетов ВЛ с обледенением и налипанием на них снега, определения типа гололедно-изморозевых отложений, а также точки десублимации и получения информации об амплитудах раскачивания проводов, определения пролетов ВЛ с дефектами, с последующей их локализацией, и снижения трудозатрат при монтаже и демонтаже устройств.
Прототипом является устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ, позволяющее получить информацию об обрыве или коротком замыкании проводов линий электропередачи на землю, определить пролеты ВЛ с обледенением и налипанием на них снега, с последующей их локализацией, и снижения трудозатрат при монтаже и демонтаже устройств (Патент RU №166411, МПК G01R 29/00).
Известное устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ содержит установленные на фазном проводе ВЛ между двумя опорами первый датчик ускорения, датчик температуры и датчик влажности, второй датчик ускорения, датчик тока, модуль навигации (ГЛОНАСС/GPS), связанные со входами микропроцессора, в котором на основе сигналов от упомянутых датчиков формируется информация о состоянии ВЛ с указанием адреса пролета ВЛ, при этом выход микропроцессора соединен с приемопередатчиком, предназначенным для связи с диспетчерским пультом, а электроснабжение датчиков, модуля навигации, микропроцессора и приемопередатчика, установленных на электронной схеме устройства, осуществляется от блока питания, выполненного в виде магнитопровода, установленного на высоковольтном проводе ВЛ, служащем первичной обмоткой трансформатора, который снабжен вторичной обмоткой трансформатора, подающей питание на электронную схему устройства, причем с блоком питания соединен накопитель электроэнергии.
Основными недостатками прототипа являются отсутствие возможности фиксации ВЧ ЭМИ от коммутационных, грозовых, коронных и частичных разрядов, а также использование блока питания, снимаемая мощность с которого зависит от величины силы тока в прэводе. Это обусловлено тем, что устройство не способно регистрировать ВЧ ЭМИ, а блок питания производит отбор мощности лишь с магнитной составляющей электромагнитного поля.
Задачей полезной модели является разработка устройства оперативного. мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ, в котором устранены недостатки прототипа.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет реализации возможности регистрации ВЧ ЭМИ, а также реализации возможности отбора i мощности блоком питания с электростатической составляющей электромагнитного поля.
Технический результат достигается тем, что устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ, устанавливаемое на фазном проводе ВЛ между двумя опорами и содержащее первый датчик ускорения, первый датчик температуры и датчик влажности, второй датчик ускорения, датчик тока, модуль навигации (ГЛОНАСС/GPS), связанные со входами микропроцессора, в котором на основе сигналов от упомянутых датчиков формируется информация с указанием адреса пролета ВЛ об обрыве или КЗ, в том числе ОЗЗ, проводов ВЛ на землю, об обледенении и налипании на них снега, об амплитудах раскачивания проводов, о пролетах ВЛ с дефектами, при этом выход микропроцессора соединен с приемопередатчиком, предназначенным для связи с диспетчерским пультом, а электроснабжение датчиков, модуля навигации, микропроцессора и приемопередатчика, установленных на электронной схеме устройства осуществляется от блока питания, выполненного в виде магнитопровода, установленного на высоковольтном проводе ВЛ, служащем первичной обмоткой трансформатора, который снабжен вторичной обмоткой трансформатора, подающей питание на электронную схему устройства, причем с блоком питания также соединен и накопитель электроэнергии, согласно настоящей полезной модели, дополнительно содержит второй датчик температуры, модуль регистрации ВЧ ЭМИ, соединенные с микропроцессором и блоком питания.
При этом блок питания выполнен с возможностью отбора мощности с электростатической составляющей электромагнитного поля.
Модуль регистрации ВЧ ЭМИ представляет собой магнитную антенну с ферритовым сердечником с возможностью регистрации фронта и частоты ВЧ ЭМИ, а также времени их прохождения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена его структурная блок-схема.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - первый датчик ускорения (двухосевой акселерометр);
2 - первый датчик температуры;
3 - датчик влажности;
4 - второй датчик ускорения (трехосевой акселерометр);
5 - датчик тока;
6 - модуль навигации (ГЛОНАСС/GPS);
7 - микропроцессор;
8 - приемопередатчик;
9 - электронная схема устройства;
10 - блок питания;
11 - накопитель электроэнергии (например, аккумуляторная батарея);
12 - модуль регистрации ВЧ ЭМИ;
13 - второй датчик температуры.
Устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ, устанавливаемое на фазном проводе ВЛ между двумя опорами и содержащее первый датчик ускорения 1, первый датчик температуры 2 и датчик влажности 3, второй датчик ускорения 4, датчик тока 5, модуль навигации (ГЛОНАСС/GPS) 6, связанные со входами микропроцессора 7, в котором на основе сигналов от упомянутых датчиков формируется информация с указанием адреса пролета ВЛ об обрыве или КЗ, в том числе ОЗЗ, проводов ВЛ на землю, об обледенении и налипании на них снега, об амплитудах раскачивания проводов, о пролетах ВЛ с дефектами, при этом выход микропроцессора 7 соединен с приемопередатчиком 8, предназначенным для связи с диспетчерским пультом, а электроснабжение датчиков 1, 2, 3, 4, 5, модуля навигации 6, микропроцессора 7 и приемопередатчика 8, установленных на электронной схеме 9 устройства, осуществляется от блока питания 10, выполненного в виде магнитопровода, установленного на высоковольтном проводе ВЛ, служащем первичной обмоткой трансформатора, который снабжен вторичной обмоткой трансформатора, подающей питание на электронную схему 9 устройства, причем с блоком питания 10 также соединен и накопитель 11 электроэнергии.
Отличием предлагаемого устройства оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ является то, что оно дополнительно содержит модуль регистрации ВЧ ЭМИ 12, второй датчик температуры 13, соединенные с микропроцессором 7 и блоком питания 10.
Модуль регистрации ВЧ ЭМИ 12 представляет собой магнитную антенну с ферритовым сердечником с возможностью регистрации фронта и частоты ВЧ ЭМИ, а также времени их прохождения.
Все составные части устройства оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ находятся в конструктивном единстве, т.е. соединение осуществлено спайкой.
Устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ работает следующим образом.
С помощью модуля навигации (ГЛОНАСС/GPS) 6 определяются сигналы точного времени, а также место положение пролета ВЛ и его координаты в условных единицах или в формате системы ГЛОНАСС или GPS. Кроме того, модуль навигации (ГЛОНАСС/GPS) 6 обеспечивает снижение трудозатрат при осуществлении монтажа новых устройств и замене старых устройств.
Для оперативного определения места гололедообразования, обрыва или КЗ высоковольтных ВЛ, в том числе ОЗЗ на одном из фазных проводов, через пролет ВЛ между опорами, закрепляют устройства оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ. Для замера температуры и определения начала налипания снега или гололедообразования на проводах служат первый датчик температуры 2, второй датчик температуры 13 и датчик влажности 3. Информация о начале гололедообразования на проводах также обрабатывается управляющим микропроцессором 7 и далее передается на диспетчерский пульт.
Для более точного определения провиса фазного провода и для надежности в устройстве могут использоваться два типа датчиков ускорения: трехосевой акселерометр 4 определяет вектор g ускорения свободного падения в пространстве; двухосевой акселерометр 1 определяет проекцию ' вектора g на плоскость провода (плоскость образована осью акселерометра 1, направленной вдоль провода, и осью - перпендикулярной нормали к земле). Выходные сигналы от датчиков ускорения 1 и 4 (акселерометров) поступают на соответствующие входы управляющего микропроцессора 7, где информация обрабатывается и поступает в приемопередатчик 8, и далее по радиоканалу последовательно от блока к блоку передается на диспетчерский пульт. Применение трехосевого акселерометра 4 позволяет определить угол, на который повернулось устройство оперативного мониторинга, закрепленное на проводе, относительно горизонта, а значит скорректировать показания с двухосевого акселерометра 1, увеличив точность определения как провиса провода, так и его колебаний в стороны.
Выходные сигналы от датчиков ускорения (акселерометров) 1 и 4, пропорциональные амплитуде раскачивания фазного провода, поступают на соответствующие входы микропроцессора 7 В микропроцессоре 7 сигналы сравниваются с заложенными заранее в программу величинами в соответствии с заданным алгоритмом. Например, если механическое воздействие на фазный провод вызывает по оси X колебание проводов до какой-то величины N см, то микропроцессор 7 выдает на диспетчерский пульт команду о нормальных амплитудах. Если эти амплитуды больше заданного значения N+n см, то выдается команда о завышенных амплитудах с указанием местоположения пролета ВЛ в ГЛОНАСС/GPS координатах. Если происходит обрыв фазного провода шаг его провисание по оси Y, то по такому же принципу микропроцессор 7 передает на диспетчерский пульт информацию о произошедшем событии. Например, если температура окружающей среды находится в пределах 0°С и датчик влажности 3 фиксирует наличие осадков (дождь, снег, туман), и при этом имеет место. провисание провода, то это говорит о возможном налипании снега на проводах или их обледенении, что и передается на диспетчерский пульт.
При обрыве провода фиксируется резкое изменение угла наклона провода и также передается информация на диспетчерский пульт, независимо от температуры окружающей среды и наличия осадков.
Установленный датчик тока 5 позволяет определять не только обрыв провода, но и КЗ, в том числе ОЗЗ, при том, что данные аварийные ситуации могут произойти на фазных проводах диагностируемой ВЛ, не оборудованных данным устройством, за счет регистрации изменения силы тока в рабочем фазном проводе, а также отслеживания фронта силы тока путем осциллографирования входных сигналов с привязкой к сигналам точного времени от модуля навигации (ГЛОНАСС/GPS) 6.
Устройство имеет возможность мониторинга не менее двух пролетов. ВЛ за счет приемопередатчика 8, обладающего рабочей дальностью действия не менее 600 метров на открытой местности.
При выходе из строя одного из устройств мониторинга технического состояния ВЛ передача информации на диспетчерский пульт будет продолжена от других устройств через оставшиеся работающие приемопередатчики 8 согласно протоколу Zigbee.
Модуль регистрации ВЧ ЭМИ 12 представляет собой магнитную антенну с ферритовым сердечником, с возможностью регистрации фронта и частоты ВЧ ЭМИ, а также времени их прохождения. Это позволяет фиксировать ВЧ ЭМИ от коммутационных, грозовых, коронных и частичных разрядов, обрыва или КЗ, в том числе ОЗЗ, проводов ВЛ и отслеживать их распространение по ВЛ, а также осуществлять локализацию пролетов ВЛ с дефектами.
Устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ может отличаться тем, что блок питания выполнен с возможностью отбора мощности с электростатической составляющей электромагнитного поля для работы на линиях 110 кВ и выше. Благодаря этому, питание устройства оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных ВЛ может осуществляться от провода с большой величиной силы тока и не зависит от изменения величины силы тока в проводе, так как на величину отбираемой мощности преимущественно влияет только напряжение ВЛ.
Питание электронной схемы 9 устройства осуществляется от блока питания 10 и по ней подводится к микропроцессору 7, приемопередатчику 8, модулю навигации 6, датчикам (первый датчик ускорения 1, первый датчик температуры 2, второй датчик температуры 13, датчик влажности 3, второй датчик ускорения 4 и датчик тока 5) и модулю регистрации ВЧ ЭМИ 12. Благодаря блоку питания 10 осуществляется отбор энергии с электромагнитного поля вокруг фазного провода. Далее данная электроэнергия идет на электроснабжение электронной схемы 9 устройства и подзарядку накопителя электроэнергии 11. Энергия, запасенная в накопителе 11, в дальнейшем может быть использована для электроснабжения электронной схемы 9 устройства при перебоях с электропитанием, обеспечивая передачу информации в течение некоторого времени, используя накопленный заряд энергии.
Таким образом, предлагаемая полезная модель имеет более широкие возможности по питанию от электромагнитных полей ВЛ, а также обладает возможностью регистрации ВЧ ЭМИ и позволяет контролировать и передавать информацию на диспетчерский пульт по следующим параметрам. и возможным событиям:
- оперативное определение места обрыва или КЗ, в том числе ОЗЗ, высоковольтных ВЛ в каждом пролете и на каждой фазе проводов А, В и С;
- определение величины раскачивания проводов при воздействии на них ветра;
- определение пролетов ВЛ с налипанием на них снега и контроль гололедообразования с возможностью определения типа гололедно-изморозевых отложений;
- определение места механического воздействия на провода;
- контроль температуры окружающей среды;
- контроль температуры проводов ВЛ, вызванной изменением токовых нагрузок в системе, а также разогрева проводов, вызванного токами при борьбе с обледенением и налипанием на них снега;
- определение точки десублимации;
- определение места короткого замыкания проводов;
- определение других величин механических воздействий на провода ВЛ, вызванных природными явлениями;
- фиксация ВЧ ЭМИ от коммутационных, грозовых, коронных и частичных разрядов, обрыва или КЗ, в том числе ОЗЗ проводов ВЛ;
- локализация пролетов ВЛ с дефектами.