СПОСОБ ВРЕМЯ-ЧАСТОТНОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И СВЯЗИ
METHOD FOR TIME-FREQUENCY REFLECTOMETRY OF POWER TRANSMISSION AND COMMUNICATION LINES

Изобретение относится к электроизмерительной технике и средствам диагностирования, может быть применено для определения мест повреждений кабельных и воздушных линий электропередачи и связи.
Известен способ определения места повреждения линий электропередачи и связи [Патент RU2269789, G01R 31/11], заключающийся в посылке в линию зондирующих импульсов напряжения от генератора при согласовании выходного сопротивления последнего с волновым сопротивлением линии в соответствии с заданным диапазоном волновых сопротивлении и требуемой точностью согласования, приеме отраженных импульсов, определении места повреждения во временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, зондирующие импульсы напряжения подвергают время - частотной модуляции, а отраженные импульсы соответствующей демодуляции, фильтрации и спектральному анализу, причем информацию о временной задержке отраженных импульсов относительно зондирующих и местах повреждений определяют по значениям получаемых амплитудно-частотных спектров.
Недостатком способа является низкая точность определения мест повреждений, вызванная диспергирующими свойствами кабельных и воздушных линий.
Наиболее близким техническим решением к предполагаемому изобретению является способ время-частотной рефлектометрии [Патент US 2006/0097730, G01R 31/11, опубл. 11.05.2006], заключающийся в посылке в линию импульсов с время - частотной модуляцией, приеме отраженных время-частотно модулированных импульсов, определении места повреждения линии по временной задержке между излучаемыми и принимаемыми импульсами, повышением точности при определении места повреждения линии путем корректировки временной задержки с учетом модуляционных характеристик излучаемых импульсов, а также характеристик кабеля (провода) линии по распространению модулированных сигналов.
Это способ и осуществляющее его устройство имеет низкую точность измерения расстояния до повреждения.
Задачей изобретения являлось повышение точности измерения расстояния до места повреждения.
Указанная задача решается способом время-частотной рефлектометрии линий электропередачи и связи, заключающимся в посылке в линию импульсов с время-частотной модуляцией, приеме отраженных импульсов с время-частотной модуляцией, определении места повреждения линии по временной задержке между излучаемыми и принимаемыми импульсами, повышении точности при определении места повреждения линии путем корректировки временной задержки, при котором, согласно предложению, для повышения точности определения места повреждения дополнительно излучают импульсы с противоположным законом время-частотной модуляции, а корректировку временной задержки производят вычислением среднего арифметического результатов измерений для импульсов с противоположными законами модуляции.
Сущность изобретения состоит в применении для рефлектометрии зондирующих сигналов с разным наклоном модуляционных характеристик (противоположным законом время-частотной модуляции), позволяющих исключить ошибки определения мест повреждений (ОМП), вызванные диспергирующими свойствами линий (кабельных или воздушных).
Алгоритм рефлектометрии с учетом частотно-временных зависимостей излучаемых сигналов, изложенный в способе-прототипе, предлагает проведение некоторых обязательных процедур. К таким процедурам прежде всего относятся:
- оценивание физических и электрических особенностей линии (кабеля, провода, конструктивного исполнения…);
- калибровка результатов ОМП линии с учетом предварительных оценок по проектным данным, а также по результатам натурных испытаний, использующим искажения формы отраженных сигналов;
0
- коррекция результатов ОМП по данным предварительных натурных испытаний с учетом построенных зависимостей ошибок рефлектометрии и для разных характеристических параметров сигнала (полосы α, девиации (скорости нарастания) частоты β, несущей частоты ω) и линии.
Однако параметры линий (особенно) воздушных существенно меняются при изменении условий внешней среды. Например, для воздушных линий электропередачи (ЛЭП) к существенным изменяющимся условиям внешней среды, влияющим на реактивное сопротивление ЛЭП и, соответственно, их диспергирующие свойства, следует отнести температуру, влажность и осадки. При этом изменения температуры окружающей среды сказываются на изменении стрелы провеса провода в пролетах ЛЭП, а следовательно на характер распределенного емкостного сопротивления линии. На распределенное емкостное сопротивление влияют изменения влажности (диэлектрической проницаемости) воздуха.
Выпадение осадков на одном из участков ЛЭП сказывается на сопротивлении земли (грунта) этого участка, а также на величине общего реактивного сопротивления ЛЭП.
В способе-прототипе отсутствуют технические решения, направленные на введение компенсации ошибок ОМП, вызванных изменяющимися реактивными параметрами (диспергирующими свойствами) линий. Поэтому способ-прототип обладает ошибками, вызванными быстрыми изменениями внешней среды.
Однако для получения корректных результатов ОМП нет необходимости в исследовании диспергирующих характеристик линий и формирования соответствующих зависимостей.
Воспользуемся принципами обработки сложных модулированных сигналов при решении радиолокационных задач в условиях скоростной ошибки [Теоретические основы радиолокации / Под ред. Ширмана Я.Д. Учеб. пособие для вузов.- М.: Изд-во «Советское радио», 1970, стр.397]. Скоростная ошибка по дальности в задачах радиолокации - возникает воздействие доплеровского сдвига по частоте отраженных от движущихся воздушных целей ЛЧМ сигналов, влияющего на результаты измерения дальности. Одним из способов компенсации скоростной ошибки является излучение сигналов с взаимно противоположенной девиацией (наклоном модуляционной характеристики). При этом для одного из сигналов скоростная ошибка имеет, например, положительный знак, а для другого - отрицательный. Среднее арифметическое результатов измерения расстояния до цели для двух указанных сигналов приводит к взаимной компенсации ошибок и получению требуемого точного результата.
Аналогичные эффекты имеют место при реализации время-частотных измерений в условиях диспергирующей среды линии (например, ЛЭП). В частности, компенсацию ошибок ОМП в условиях затухания высокочастотных составляющих ЛЧМ сигнала с колокольной огибающей иллюстрирует чертеж. На чертеже и в последующих формульных зависимостях выбраны обозначения, принятые в способе-прототипе [Патент US 2006/0097730, G01R 31/11, опубл. 11.05.2006]. При этом для ЛЧМ сигнала с положительной девиацией (нарастанием) частоты имеем время распространения сигнала
u(x)1
t=td-δt,
а для ЛЧМ сигнала с отрицательной девиацией (убыванием) частоты -
u(x)2
t=td+δt.
u{x)1
u(x)2
Очевидно, что сложение t и t даст требуемый результат
Таким образом, применение в качестве зондирующих ЛЧМ сигналов с разным наклоном модуляционных характеристик позволяет исключить ошибки ОМП, вызванные диспергирующими свойствами линии.
Предлагаемый способ особенно эффективен для распределительных кабельных сетей, где ошибки ОМП ЛЭП приводят к значительным финансовым, трудовым и временным затратам.
Он может быть реализован на основе различных технических средств, например на базе устройства, рассматриваемого в способе-прототипе, с включением (интегрированием) компонентов (элементов), ответственных за излучение импульсов с противоположными законами модуляции, согласованную обработку отдельных импульсов и вычисление среднего арифметического [Патент US2006/0097730, G01R 31/11, опубл. 11.05.2006].
В заключении отметим, что предлагаемый способ обладает более высокой точностью, поскольку компенсация ошибок ОМП, связанных с изменениями внешней среды, происходит автоматически в течение временного интервала, соизмеримого с периодом излучения модулированных импульсов. В способе-прототипе компенсация таких ошибок не предусмотрена.