СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОПОЛОГИИ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
METHOD FOR DETERMINING THE TOPOLOGY OF OVERHEAD POWER TRANSMISSION LINES

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения топологии воздушных линий электропередачи (ЛЭП), то есть определения наличия ответвлений, расстояний до присоединений, длин ответвлений.
Известен способ ОМП (а.с. №2319972 С1 от 20.03.2008 «Способ определения наличия дефектов проводов и кабелей в сегментах сетей с разветвленной топологией»), заключающийся в том, что ведущее оконечное оборудование осуществляет одновременно локационное зондирование и измерение фазы несущей, принятой от ведомого оконечного оборудования, данные заносят в память микроЭВМ, измеренное значение фазы и форму рефлектограммы сравнивают с предыдущими значениями и в случае изменения значения фазы или формы рефлектограммы определяют наличие или отсутствие повреждения в зондируемом сегменте.
Недостатками этого способа являются: требование точной синхронизации ведомых устройств с ведущим устройством при измерении фазы несущей; необходимость их постоянного совмещения хранителей времени; сложность измерения фазы сигнала с необходимой точностью из-за высокого уровня помех в сетях электропередачи. Кроме этого, способ позволяет определять повреждения в конкретных сегментах, при этом не определяется общая топология сети.
Известен способ определения местоположения повреждений в сетях с разветвленной топологией (заявка №2008151219/28 от 23.12.2008), включающий сканирование сети по участкам с помощью ведомых устройств и последовательное локационное зондирование поврежденных сегментов, полученных на основе данных сканирования. Основным недостатком данного способа является то, что для определения топологии сети необходимо устанавливать ведомые устройства вдоль всей ЛЭП, что в конечном итоге удорожает и усложняет реализацию данного способа.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является 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, импульсы поступают в приемно-регулирующее устройство, потом в измерительное устройство для анализа рефлектограммы. Фиксируется интервал времени между зондирующим и отраженным от места повреждения импульсом. Этот интервал времени пропорционален расстоянию от начала линии до места повреждения. Данный способ дает неоднозначные результаты при определении мест повреждения разветвленных ЛЭП, а также не позволяет определить топологию ЛЭП.
Задача предлагаемого технического решения заключается в расширении функциональных возможностей, заключающихся в определении топологии ЛЭП. Способ позволяет определять наличие ответвлений, расстояния до присоединений, длины ответвлений.
Для этого в предлагаемом способе в линию подаются зондирующие импульсы. Отражаясь от неоднородностей, импульсы поступают в приемно-регулирующее устройство, потом в измерительное устройство для анализа рефлектограммы. В отличие от прототипа, анализ рефлектограммы производится следующим образом. Анализируется частота следования отраженных импульсов. Используя начальный участок рефлектограммы, определяется значение частоты следования отраженных импульсов, соответствующее неоднородностям неразветвленной линии. Определяется наличие ответвления по скачкообразному увеличению частоты следования отраженных импульсов. Уточняется место присоединения ответвления по наличию импульса отрицательной полярности на рефлектограмме. Место конца ответвления определяется по скачкообразному уменьшению частоты следования отраженных импульсов. Длина ответвления определяется по уточненному месту присоединения и месту конца ответвления.
На фиг. 1 приведен пример топологии ЛЭП с одним ответвлением;
на фиг. 2 приведена рефлекторграмма, соответствующая этому примеру ЛЭП;
на фиг. 3 приведен пример ЛЭП с несколькими ответвлениями;
на фиг. 4 приведена рефлектограмма, соответствующая ЛЭП, приведенной на фиг. 3.
Рассмотрим предлагаемый способ на следующем примере. В воздушных ЛЭП опоры располагаются на приблизительно равных расстояниях. За счет резкого изменения геометрии линий в местах опор и наличия элементов крепления провода появляются изменения волнового сопротивления линии. Современные средства рефлектометрии позволяют достоверно обнаруживать такие неоднородности.
При посылке в линию зондирующего импульса в местах неоднородностей возникают отраженные импульсы небольшой амплитуды. Частота следования отраженных импульсов зависит от расстояний между опорами. Если ЛЭП не имеет ответвлений, то частота следования отраженных импульсов на протяжении рефлектограммы обратнопропорциональна расстоянию между неоднородностями волнового сопротивления.
1
2
В случае, если ЛЭП имеет ответвления, то отраженные импульсы будут возникать также и в ответвлениях. В результате на некотором участке рефлектограммы будут присутствовать импульсы, имеющие большую частоту следования. Рассмотрим ЛЭП с одним ответвлением (фиг. 1). После посылки зондирующего импульса из точки А сначала будут появляться отраженные импульсы, соответствующие неоднородностям участка А-Б с частотой следования ƒ (фиг. 2). На участке Б-В будут присутствовать импульсы с частотой следования ƒ, соответствующие неоднородностям ответвления Б-В и неоднородностям участка Б-В’.
1
2
1
Если расстояния между неоднородностями на участке Б-В такие же, что и на участке Б-В’, то частота следования отраженных импульсов будет в два раза выше, чем частота ƒ. На реальных рефлектограммах частота ƒ всегда существенно выше, чем частота ƒ.
2
3
3
1
1
По окончании отраженных импульсов с частотой следования ƒ участка Б-В (фиг. 2) будут появляться отраженные импульсы, соответствующие участку В-Г с частотой следования ƒ. Частота ƒ будет равна частоте ƒ, а на реальной рефлектограмме близка к частоте ƒ.
1
2
2
1
3
3
2
4
4
3
5
5
4
6
6
5
7
7
6
7
1
1
Рассмотрим случай, когда ЛЭП имеет несколько ответвлений (фиг. 3). На участке А-Б рефлектограммы (фиг. 4) частота следования отраженных импульсов равна ƒ, на участке Б-Г частота следования отраженных импульсов равна ƒ, причем ƒ>ƒ, так как началось ответвление Б-В. Начало ответвления соответствует отрицательному импульсу в точке Б. На участке Г-В имеются отраженные импульсы, соответствующие основной линии и двум ответвлениям. Частота следования этих отраженных импульсов равна ƒ, причем ƒ>ƒ, так как начался участок Г-В" ответвления Г-Е. Начало ответвления соответствует отрицательному импульсу в точке Г. На участке В-Д рефлектограммы (фиг. 4) частота следования отраженных импульсов равна ƒ, причем ƒ<ƒ, так как закончилось ответвление Б-В. Эти импульсы соответствуют участку В’-Д’ основной линии и участку В"-Д ответвления Г-Е. На участке Д-Е рефлектограммы частота следования отраженных импульсов равна ƒ, причем ƒ>ƒ, так как началось ответвление Д-Ж. Начало ответвления соответствует отрицательному импульсу в точке Д рефлектограммы. На участке Е-Ж рефлектограммы частота следования отраженных импульсов будет равна ƒ, причем ƒ<ƒ, так как закончилось ответвление Г-Е. На участке Ж-З рефлектограммы частота следования отраженных импульсов будет равна ƒ, причем ƒ<ƒ, так как закончилось ответвление Д-Ж. Частота ƒ будет равна частоте ƒ, а на реальной рефлектограмме близка к частоте ƒ.
В общем случае наличие ответвления определяется по наличию на рефлектограмме участка с повышенной частотой следования отраженных импульсов.
В месте присоединения ответвления уменьшается волновое сопротивление, что приводит к возникновению отраженного импульса отрицательной полярности. Место присоединения определяется по наличию отрицательного импульса, после которого начинаются отраженные импульсы с увеличенной частотой следования, с использованием формулы
где  - расстояние до присоединения;
V - скорость распространения электромагнитных волн в испытуемой линии;
3
τ - время задержки отраженного от места присоединения ответвления импульса относительно зондирующего.
1
2
Длина ответвления, например, на ЛЭП фиг. 1 определяется по двум точкам рефлектограммы фиг. 2: первой точке t, которой соответствует импульс отрицательной полярности, и второй точке t, после которой частота следования отраженных импульсов скачкообразно уменьшается. Длина ответвления  определяется по формуле
Таким образом, технический результат заключается в том, что с помощью рефлектограммы, полученной с одного конца ЛЭП, появляется возможность определения топологии ЛЭП.
Способ может использоваться для определения целостности проводов ЛЭП после аварий для обнаружения несанкционированных подключений, а также как часть способа определения места повреждения в ЛЭП с разветвленной топологией.