СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ С БОЛЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
METHOD OF DETERMINING POINT OF DAMAGE ON ELECTRIC POWER LINES WITH LARGE AMOUNT OF DISCONTINUITY

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения расстояний до мест повреждения и неоднородностей линий электропередачи.
Известен способ (Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 188), который заключается в следующем. В линию подаются зондирующие импульсы. Отражаясь от мест повреждения и неоднородностей, отраженные импульсы (сигналы) поступают в приемно-регулирующее устройство, потом в измерительное устройство. Фиксируется интервал времени между зондирующим и отраженным от места повреждения импульсом. Этот интервал времени пропорционален расстоянию от начала линии до места повреждения.
В данном способе не учитывается затухание сигналов в испытуемой линии. Как следствие, реализация способа дает низкую чувствительность к повреждениям при большой протяженности испытуемой линии.
Известен способ (АС СССР 185405, МПК G01R H02D), основанный на измерении времени между моментом посылки в линию зондирующего импульса и моментом прихода импульса, отраженного от места повреждения. Отраженные импульсы подвергают усилению, непрерывно меняющемуся во времени по закону, обратному закону изменения затухания импульсов в линии.
Известен способ, описанный в руководстве по эксплуатации прибора ИРК-ПРО (Кабельный прибор ИРК-ПРО Гамма. Руководство по эксплуатации. Тверь. Электронный ресурс. Режим доступа http://www.svpribor.ru/docs/26a4ab9e.pdf). С помощью функции «Затухание» имеется возможность задания компенсации затухания сигналов в испытуемой линии. Для компенсации используется функциональный усилитель.
Известен также способ, применяемый в приборе ЛИДА (Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоиздат, 1982, с. 212), (Аржанников Е.А., Чухин A.M. Методы и приборы определения места короткого замыкания на линиях: Учебное пособие/ Ивановский государственный энергетический университет Иваново, 1998, стр. 65). В способе используется усиление отраженных импульсов по закону, обратному закону их затухания в линии.
Перечисленные выше три способа имеют недостаток, связанный с тем, что невозможно точно определить закон, по которому необходимо изменять коэффициент усиления, чтобы отраженные импульсы не выходили за пределы динамического диапазона измерительного устройства, особенно при большом количестве неоднородностей испытуемой линии. Поэтому при реализации описанных выше способов будет ограниченная чувствительность.
X
X
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ, описанный в патенте РФ 2400765, МПК G01R 31/11. Способ заключается в посылке в линию зондирующих импульсов напряжения с время-частотной модуляцией от генератора и приеме отраженных импульсов. При этом фиксируют массив демодулированных отраженных сигналов, полученных с неповрежденной линии, в виде электронного образа линии. Для обнаружения повреждения отраженные демодулированные импульсы от естественных неоднородностей и неоднородностей, возникших при повреждении линии, вычитают из демодулированных импульсов, записанных в электронном образе линии. Вывод о повреждении линии делают при наличии разностных сигналов. Затем подвергают разностный сигнал автокорреляционной обработке и спектральному анализу. Определяют частоту F, соответствующую координате повреждения, и расстояние до места повреждения по частоте F и реперным точкам.
В данном способе, во время приема отраженных сигналов входное устройство, то есть предварительный усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), настраиваются таким образом, чтобы отраженные сигналы с самой большой амплитудой не превышали выбранного предела измерения. При этом отраженные сигналы, имеющие малую амплитуду, измеряются с большой погрешностью или вовсе не измеряются, если амплитуда меньше разрешающей способности при выбранном пределе измерения. Таким образом, данный способ имеет низкую чувствительность и низкую разрешающую способность.
Задача предлагаемого технического решения заключается в увеличении чувствительности к локальным небольшим ухудшениям сопротивления изоляции или участкам с гололедообразованием на линиях с большой протяженностью.
Для этого в предлагаемом способе в неповрежденную испытуемую линию посылают зондирующие импульсы напряжения, принимают отраженные сигналы, запоминают их в виде образцовой рефлектограммы. Для определения места повреждения или появившихся неоднородностей на испытуемой линии снимают текущую рефлектограмму, содержащую отраженные сигналы от естественных неоднородностей и неоднородностей, возникших при повреждении линии. Затем текущую рефлектограмму вычитают из образцовой рефлектограммы. Вывод о повреждении линии делают при наличии разностных сигналов. Причем образцовая рефлектограмма, полученная с неповрежденной линии, а также текущая рефлектограмма, полученная с поврежденной линии, представляют собой значения напряжения, полученные через шаг дискретизации по времени, записанные в массив образцовой рефлектограммы и массив текущей рефлектограммы. Массивы хранятся в ячейках памяти в формате с плавающей запятой. Весь измерительный интервал времени разбивается на некоторое количество частичных интервалов времени в зависимости от требуемой точности обнаружения мест повреждения, кратных шагу дискретизации по времени. Перед каждым измерительным циклом получения образцовой рефлектограммы и текущей рефлектограммы производят оценку оптимальных коэффициентов передачи входного устройства для каждого частичного интервала времени. Для этого, установив минимальный коэффициент передачи входного устройства, получают промежуточную рефлектограмму, для чего посылают в линию зондирующий импульс, принимают отраженные сигналы, записывают их в промежуточный массив, анализируя значения промежуточного массива для каждого частичного интервала времени, выбирают максимальный коэффициент передачи входного устройства, при котором максимальное значение напряжения на частичном интервале не превышает предел измерения. В процессе получения образцовой рефлектограммы и текущих рефлектограмм для каждого частичного интервала времени устанавливают выбранный коэффициент передачи входного устройства с помощью быстродействующих переключателей, обеспечивающих переключение в промежутках времени между аналого-цифровыми преобразованиями. Значения для массива образцовой рефлектограммы и массива текущей рефлектограммы вычисляют с учетом устанавливаемых коэффициентов передачи входного устройства для каждого частичного интервала времени.
На чертеже приведена схема устройства, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ.
Устройство содержит формирователь зондирующих импульсов 1 (ФЗИ), фильтр присоединения 2 (ФП), конденсатор связи 3 (КС), входное устройство 4, блок памяти 5, аналого-цифровой преобразователь 6 (АЦП), микро-ЭВМ 7, блок синхронизации 8. Фильтр присоединения 2 соединен с «землей» и через конденсатор связи 3 соединен с испытуемой линией 9, а также связан с выходом формирователя зондирующих импульсов 1 и с аналоговым входом входного устройства 4, выход которого соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя 6. Выход аналого-цифрового преобразователя 6 соединен с входом микро-ЭВМ 7, выходы которой соединены с входом блока синхронизации 8 и с входом записи данных блока памяти 5. Выходы блока синхронизации 8 соединены с входом формирователя зондирующих импульсов 1, с входом выбора номера частичного интервала блока памяти 5 и с входом синхронизации аналого-цифрового преобразователя 6. Выход блока памяти 5 соединен с управляющим входом входного устройства 4.
Формирователь зондирующих импульсов 1 периодически формирует зондирующие импульсы, которые поступают через фильтр присоединения 2 и через конденсатор связи 3 в испытуемую линию 9. Отраженные сигналы через конденсатор связи 3 и фильтр присоединения 2 поступают на вход входного устройства 4. Во входном устройстве 4 происходит нормирование сигнала, то есть усиление или ослабление сигнала, а также согласование его входного сопротивления с выходным сопротивлением фильтра присоединения 2. Коэффициент передачи входного устройства устанавливается в соответствии с кодом управления, который поступает от блока памяти 5 на входное устройство 4. Коды управления записываются в блок памяти 5 от микро-ЭВМ 7. Нормированный сигнал с входного устройства 4 поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 6. Аналого-цифровой преобразователь 6 преобразует входной аналоговый сигнал в цифровые двоичные коды, поступающие на вход микро-ЭВМ 7. Шаг дискретизации Δt аналого-цифрового преобразования определяется требуемой разрешающей способностью по обнаружению места повреждения испытуемой линии. В процессе работы АЦП 6 шаг дискретизации Δt обеспечивается синхронизирующим сигналом, который поступает от блока синхронизации 8 на вход синхронизации АЦП 6. Полученная рефлектограмма запоминается в памяти микро-ЭВМ 7.
Поступающие от аналого-цифрового преобразователя 6 двоичные коды, пропорциональные входному аналоговому сигналу, подвергаются обработке в микро-ЭВМ 7.
0
1
2
N-1
Определение места повреждения осуществляется следующим образом. Первоначально, когда испытуемая линия 9 не имеет повреждений, устанавливается минимальный коэффициент передачи входного устройства 4, и получается первая промежуточная рефлектограмма. Для этого формируется зондирующий импульс, получаются отраженные сигналы, в результате получается первый промежуточный массив данных UT1[i] (i=0, 1, 2…N-1), соответствующих моментам времени t, t, t…t, где N - общее количество полученных значений. Этот массив соответствует естественным неоднородностям испытуемой линии 9.
m
m
С помощью первого промежуточного массива UT1[i] определяются оптимальные коэффициенты передачи для входного устройства 4 с учетом динамических диапазонов при различных коэффициентах передачи входного устройства 4. Весь измерительный интервал времени T разбивается на М частичных интервалов времени ΔT, кратных шагу дискретизации по времени Δt. Затем происходит анализ значений напряжения внутри каждого частичного интервала ΔT. Для этого используются значения, записанные в первый промежуточный массив UT1[i]. Оптимальным коэффициентом передачи входного устройства 4 считается максимально возможный коэффициент, при котором его максимальное выходное напряжение не превышает предел измерения АЦП 6.
m,
Выбор коэффициентов передачи происходит в микро-ЭВМ 7. Выбрав коэффициенты передачи входного устройства 4 для каждого частичного интервала времени ΔТ значения коэффициентов передачи из микро-ЭВМ 7 записываются в блок памяти 5.
m
m-1
m
После выбора коэффициентов передачи, когда испытуемая линия 9 не имеет повреждений, снимается образцовая рефлектограмма. Для этого формируется зондирующий импульс, в процессе приема отраженных сигналов на каждом частичном интервале времени ΔT устанавливается выбранный коэффициент передачи, для этого от блока памяти 5 код управления поступает на вход входного устройства 4. Смена кода происходит в тот момент, когда АЦП 6 закончил очередное преобразование (последнее на предыдущем частичном интервале ΔT), но еще не начал следующее преобразование (первое на очередном частичном интервале ΔT). Для этого переключатели, осуществляющие переключение коэффициента передачи входного устройства 4, должны обладать высоким быстродействием. Например, если шаг дискретизации по времени Δt=100 нс, время преобразования АЦП 6 составляет 50 нc, то переключатели должны иметь время переключения значительно меньше 50 нc, например 10 нc. Причем, сразу по окончании аналого-цифрового преобразования должна поступить команда на переключение, 10 нc будет происходить переключение, а в течение оставшихся 40 нc будут заканчиваться переходные процессы во входном устройстве. Современная компонентная база позволяет обеспечить указанные параметры времени.
ацп
ву
Получаемые от АЦП 6 коды К записываются в образцовый массив U0[i], соответствующий образцовой рефлектограмме, с учетом установленного коэффициента передачи входного устройства 4. Например, если коэффициент передачи входного устройства был равен, К=0,5, то записываемое в массив U0[i] значение должно быть увеличено в 2 раза:
.
Образцовый массив U0[i] должен состоять из значений, записанных в формате с плавающей запятой (float, Real). При этом как большие, так и малые значения, будут иметь высокую точность представления.
m
m
После того, как получен образцовый массив U0[i], можно производить определение места повреждения или мониторинг испытуемой линии 9. При этом вся процедура повторяется. Сначала создается зондирующий импульс при минимальном коэффициенте передачи входного устройства 4, получается второй промежуточный массив UT2[i]. Анализируя значения, записанные во втором промежуточном массиве UT2[i], выбираются оптимальные коэффициенты передачи для частичных интервалов ΔT. Затем снова создается зондирующий импульс и для каждого частичного интервала ΔT устанавливается свой коэффициент передачи входного устройства 4, в результате получается текущий массив U1[i].
п
Место повреждения или место появления неоднородности определяют анализируя разность массивов U1[i] и U0[i], соответствующих текущей и образцовой рефлектограммам. При отсутствии повреждения, разности будут практически равны нулю при любых значениях i. При появлении повреждения или новой неоднородности, появятся значения, отличные от нуля. Причем значения, отличные от нуля, будут вычислены с высокой точностью. По номерам i этих значений можно вычислить расстояние до места повреждения.
Вычисление расстояния до места повреждения или неоднородности выполняется по времени задержки от момента зондирования испытуемой линии 9 до момента появления отраженного импульса (сигнала). При этом используется формула:
,
где  - расстояние до искомого повреждения;
V - скорость распространения электромагнитных волн в испытуемой линии 9;
3
t - время задержки отраженного от повреждения импульса (сигнала) относительно зондирующего.
3
п
Время t определяют по номеру значения i, соответствующему амплитуде отраженного от повреждения импульса, в массиве U1[i] и по известному шагу квантования Δt:
Предложенный способ позволяет повысить чувствительность в десятки раз по сравнению с прототипом. Без применения меняющегося коэффициента передачи на рефлектограмме около 90% занимают значения, близкие к нулю. Усилив эти сигналы, например, в 100 раз можно в 100 раз повысить чувствительность на этих участках. Это же самое приводит к повышению разрешающей способности в 100 раз.
Таким образом, технический результат заключается в повышении чувствительности и разрешающей способности определения повреждений линий электропередачи, а также в выявлении новых неоднородностей на них, в том числе и мест гололедообразования.