СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ГОЛОЛЕДА НА ПРОВОДАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD FOR DETECTING ICE ON WIRES OF OVERHEAD ELECTRIC LINES

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для обнаружения гололеда на проводах линии электропередачи.
Известно устройство для обнаружения гололедных образований на проводах и грозозащитных тросах линий электропередачи (Патент RU №2227953 C1, H02G 7/16, 27.04.2004), содержащее двухчастотные передатчик и приемник с двумя входными фильтрами и двумя усилителями, отличающееся тем, что передатчик и приемник установлены на одном конце линейного тракта, при этом передатчик содержит усилитель мощности, выход которого соединен с устройством присоединения, которое, в свою очередь, подключено к линейному тракту, а вход соединен с выходом формирователя зондирующих радиоимпульсов, который соединен с цепями управления длительностью и частотой заполнения радиоимпульса устройства ввода-вывода, причем каждый зондирующий радиоимпульс состоит из двух различных частот заполнения, переходящих одна в другую без разрыва фазы, а устройство присоединения через коммутатор приема-передачи подключено к входам первого и второго входных фильтров, выходы которых подключены ко входам соответствующих усилителей, выходы усилителей подключены к входам первого и второго согласованных фильтров, выходы которых соединены со входами первого и второго амплитудных детекторов, подключенных к входам первого и второго пиковых детекторов соответственно, причем выходы первого и второго пиковых детекторов подключены к первому и второму входам каналов обработки сигналов первой и второй частот заполнения устройства ввода-вывода, которое через двунаправленную магистраль обмена данными соединено с персональным компьютером.
f1
f2
f1
f2
В данном устройстве радиоимпульсы, принятые в интервале Δt' и имеющие отношение изменения амплитуд частот заполнения f1 и f2 Δα/Δα<g, считаются отраженными от ближней границы гололедных образований, а радиоимпульсы, принятые в интервале Δt'' и имеющие отношение изменения уровней Δα/Δα>g, считаются отраженными от дальней границы. По разности времени приема радиоимпульсов, отраженных от границ неоднородности, определяется протяженность гололедных образований.
Заметим, что гололедные отложения создают малую неоднородность на линии электропередачи, границы гололедных отложений размыты (происходит плавное нарастание толщины гололедных отложений на границах зоны обледенения) - все это не позволяет зафиксировать отражения от границ гололедных отложений. Поэтому способ, который используется в данном устройстве, физически нереализуем.
Известен способ обнаружения образования гололеда на проводах линии электропередачи, включающий локацию участка провода зондирующими импульсами и контроль параметра, связанного с изменением условий их распространения по участку провода при появлении гололеда (Патент RU №2287883 C1, H02G 7/16, 15.04.2005). Отличием способа является то, что участок провода ограничивают высокочастотными заградителями, в качестве контрольного параметра принимают время распространения зондирующих импульсов от начала ограниченного участка провода до его конца и обратно, определяют среднее значение температуры этого участка провода, а о появлении гололеда судят по изменению времени распространения зондирующих импульсов, вызванному появлением гололеда, с учетом влияния на контролируемый параметр температурного изменения длины участка провода.
Недостатком данного метода обнаружения гололеда является то, что энергия отраженного импульса мала - за счет потерь энергии при отражении от конца линии, и за счет потерь при двойном пробеге по линии электропередачи (туда и обратно), и в данном методе не определяются отдельно длина и толщина гололедных отложений.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи (Патент RU №2456728 C1, H02G 7/16, 10.03.2011), включающий передачу по линии электропередачи высокочастотного сигнала от начала линии до конца линии и контроль параметра, связанного с изменением условий распространения высокочастотного сигнала по линии электропередачи при появлении гололеда, отличающийся тем, что передают непрерывный синусоидальный высокочастотный сигнал, четверть длины волны λ высокочастотного сигнала кратна длине L линии электропередачи, резонансные условия L=n·λ/4 поддерживают фазовой автоподстройкой частоты F высокочастотного сигнала, используя разность фаз между током и напряжением высокочастотного сигнала в начале линии, в качестве контрольного параметра принимают время распространения высокочастотного сигнала от начала линии до конца линии, которое вычисляют из частоты F высокочастотного сигнала, определяют среднее значение температуры этого участка провода, а о появлении гололеда судят по изменению времени распространения высокочастотного сигнала, вызванного появлением гололеда, с учетом влияния на контролируемый параметр температурного изменения длины участка провода.
Недостатком известного способа-прототипа являются ограниченные технологические возможности из-за отсутствия возможности определить участок провода воздушной линии, на котором присутствуют гололедные образования, а также вычислить длину и толщину стенки гололедной муфты на данном участке.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей путем обеспечения возможности определить участок провода воздушной линии, на котором присутствуют гололедные образования, а также вычислить длину и толщину стенки гололедной муфты на данном участке.
Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения гололеда на проводах воздушных линий электропередачи, включающем передачу от начала линии до конца линии электропередачи высокочастотного сигнала и контроль параметров, связанных с изменением условий распространения этого сигнала по участку провода при появлении гололеда, в качестве контрольных параметров принимают затухание высокочастотного сигнала при распространении по проводам воздушной линии, а о появлении гололеда судят по увеличению затухания высокочастотного сигнала, вызванного появлением гололеда, согласно настоящему изобретению, контроль затухания высокочастотного сигнала производят с помощью специальных датчиков, расположенных на опорах воздушной линии, с определенными длинами проводов линии между датчиками, и для каждого участка линии между двумя датчиками, ограничивающими этот участок, определяют увеличение затухания высокочастотного сигнала, вызванного появлением гололеда, и с учетом длины проводов линии между двумя датчиками определяют толщину гололедной муфты на данном участке.
Благодаря этому можно определить участок провода воздушной линии электропередачи, на котором произошло образование гололеда, а также вычислить длину и толщину стенки гололедной муфты на данном участке.
Таким образом, практическая ценность данного способа обусловлена тем, что появляется возможность определять не только длину и толщину гололедных образований, но и участок провода воздушной линии, на котором появились гололедные образования. Кроме этого, установленная на высоковольтных воздушных линиях электропередачи высокочастотная аппаратура связи использует в своей работе передачу от одного конца линии на другой конец линии высокочастотного сигнала, который можно использовать в работе предлагаемого способа.
Возможность определения не только длины и толщины гололедных образований, но и участок провода воздушной линии, на котором появились гололедные образования, повышает надежность обнаружения появления гололеда, что позволит своевременно произвести плавку гололедных отложений и предотвратит повреждение воздушной линии электропередачи.
При передаче по воздушной линии электропередачи высокочастотного сигнала, несмотря на присоединение генератора сигнала к одному проводу (схема провод - земля), в передаче сигнала от одного конца линии к другому в той или иной мере участвуют все ее провода. При этом отношение модулей напряжения высокочастотного сигнала в начале участка и в конце участка, при отсутствии гололедно-изморозевых отложений (ГИО) на воздушной линии, является неизменной величиной и показывает величину коэффициента затухания высокочастотного сигнала на данном участке. Появление на проводах воздушной линии ГИО вызывает существенное увеличение коэффициента затухания высокочастотного сигнала на данном участке.
Это объясняется, главным образом, потерями электромагнитной энергии в слое гололеда или изморози. При прочих равных условиях, увеличение коэффициентов затухания зависит от толщины ГИО, диаметра провода линии и от того, расщеплена или нет фаза линии. Это изменение тем больше, чем больше толщина ГИО, чем меньше диаметр провода линии и максимально для линии без расщепления фаз [Высокочастотные тракты каналов связи по линиям электропередачи / Шкарин Ю.П. - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2001]. По факту увеличения затухания на данном участке линии судят о наличии ГИО, и по известной длине проводов линии этого участка, из величины увеличения затухания на данном участке (по сравнению с нормальным режимом без ГИО) определяют толщину стенки гололедной муфты.
Предлагаемый способ иллюстрируют чертежи: на фиг.1 показано изменение затухания высокочастотного сигнала при наличии гололедных отложений на участке провода B-C, на фиг.2 представлен пример практической реализации предлагаемого способа.
На фиг.1 показана воздушная линия электропередачи 1 с расположенными на ней датчиками 2, которые делят линию на четыре участка - A-B, B-C, C-D и D-E. Данные датчики позволяют измерить амплитуду высокочастотного сигнала и передать измеренное значение посредством GSM связи на приемный пункт, где производится расчет затухания α высокочастотного сигнала на каждом из участков, который равен отношению модулей амплитуды высокочастотного сигнала в начале Uнач участка и в конце участка Uкон:α=20*lg(Uнач/Uкон), где величина α в децибеллах.
При отсутствии ГИО коэффициент затухания α3 на участках A-B, B-C, C-D и D-E неизменен (для простоты показаны одинаковые затухания на участках). Коэффициент затухания при отсутствии ГИО обозначим как α0.
Образование ГИО на участке провода B-C и отсутствие ГИО на других участках не изменит величины затухания α4 на участках A-B, C-D и D-E, но приведет к увеличению затухания α5 на участке B-C. Коэффициент затухания при наличии ГИО обозначим как α1.
По разности Δα величин затухания без ГИО α0 и с ГИО α1 Δα=(α1-α0) определяют толщину гололедной муфты на участке B-C, с учетом длины проводов линии между двумя датчиками участка B-C.
Пример практической реализации способа иллюстрирует фиг.2, где показано расположение датчиков 2 на опорах 6 воздушной линии электропередачи 1.
Измерение амплитуды высокочастотного сигнала U не представляет технической трудности и производится с помощью высокочастотного емкостного датчика, в качестве первичной обкладки которого служит провод линии электропередачи. При этом частоты промышленной частоты 50 Гц и частоты высокочастотных сигналов, лежащие в интервале (50 кГц-1000 кГц), отличаются в тысячу и более раз, что позволяет легко измерять высокочастотные сигналы на фоне токов промышленной частоты.
Работу датчика иллюстрирует фиг.3 и фиг.4. На заземленной опоре 6 (фиг.3) закреплен датчик 2, имеющий антенну электрического поля 8, которая просто представляет собой металлический проводник, расположенный на максимально близком безопасном расстоянии к проводам линии 1. Провода линии 1 (фиг.4) и антенна датчика 8 образуют конденсатор 9 C. Антенна 8 через индуктивность 10 L заземлена 11 на опору. Падение напряжения на индуктивности 10 усиливается усилителем 12, на входе которого получаем напряжение 13, пропорциональное высокочастотному напряжению проводов 1 относительно земли.
При этом конденсатор 9 и индуктивность 10 образуют фильтр верхних частот, эффективно пропускающий высокие частоты, на которых работает предлагаемый метод, и не пропускает частоты промышленной частоты 50 Гц.
В предлагаемом способе датчики амплитуды высокочастотного сигнала располагают на воздушной линии электропередачи таким образом, чтобы ГИО закрывали полностью хотя бы один участок между двумя датчиками. Кроме этого, при расположении датчиков вдоль линии электропередачи учитывают вероятность появления гололеда на различных участках линии.
Реализация предложенного способа позволит определить участок провода воздушной линии электропередачи, на котором произошло образование гололедных отложений, а также вычислить длину и толщину гололедной муфты, что позволит своевременно произвести плавку гололедных отложений и предотвратит повреждение воздушной линии электропередачи.