СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕННЫХ УЧАСТКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Российский патент 1998 года по МПК G01R31/08 

Система определения поврежденных участков электрических сетей предназначена для оперативного определения поврежденных участков электрических сетей и восстановления электроснабжения потребителей. Вместе с тем система позволяет осуществлять телеуправление и телесигнализацию состояния масляных выключателей и других элементов управления электрических сетей.

В настоящее время работа по поиску неисправного кабеля и включению напряжения потребителям проводится следующим образом. Диспетчер электросети по телефонным звонкам абонентов об отсутствии напряжения оценивает ситуацию и при большом районе отключений направляет аварийную бригаду проконтролировать состояние масляных выключателей направления. Затем начинается поиск неисправного участка с целью отключения его, чтобы запитать потребителей на остальных, исправных питающих кабелях, после чего определяется причина неисправности и принимаются меры по ее устранению или переключению на резервные кабели. При этом поиск неисправности производится путем деления кабельной сети на примерно равные участки и подачи на них питающего напряжения с целью определения неисправного участка кабельной сети. Затем путем последующего деления неисправного участка уменьшается зона неисправности, определяется возможность запитки потребителей через резервные кабели.

Такой поиск неисправности имеет следующие недостатки:
проводится неоднократное включение кабельной сети в режиме перегрузки и короткого замыкания, что приводит часто к повреждению исправных кабелей;
коммутационное оборудование подстанций работает при этом в критических режимах, что может вызвать выход его из строя;
имеет место повышенная опасность проведения переключений для персонала оперативно-выездных бригад, когда производится включение кабелей и оборудования подстанций на заведомо неисправную цепь;
возникновение дополнительных неисправностей из-за попыток включения в режимах перегрузок и коротких замыканий увеличивает зону неисправности и приводит к дополнительным потерям времени и материальных ресурсов на восстановление электропитания потребителей.

Известно устройство для определения участка поврежденной воздушной линии электропередач (патент Японии N 5058510, кл. G 01 R 31/08). В этом техническом решении токовый сигнал повреждения с каждого участка передается на центральную станцию по световоду, для каждого участка по силе и фазе тока определяется индекс, указывающий на возможное повреждение, далее информация передается на операционный блок, тот по схеме вычисляет максимальное значение функции для закорачивания на землю и определяет короткое замыкание. Сравнивая на компараторе между собой эти значения определяют наибольший максимум - это поврежденный участок.

Данная система предназначена для воздушных линий, при этом требуется прокладка по линиям световодов. Система обслуживает одну линию.

Однако в условиях подземных кабельных сетей в существующей городской застройке и отсутствия комплексных волоконно-оптических сетей в городах нашей страны реализация данного решения представляется очень дорогостоящим мероприятием с затратами примерно равными стоимости прокладки самих кабельных сетей.

Известна также передающая система для определения поврежденного участка в линии электропередачи (патент Японии N 5056827, кл. G 01 R, 31/08 - прототип). Вдоль воздушной линии электропередач последовательно соединяют передатчики токовых сигналов повреждения, протекающих в линиях заземления и обнаруживаемых датчиками. Передатчики определяют абсолютные значения токов и фаз и передают их от одного передатчика к другому.

Данная система может быть использована на воздушных линиях электропередач, имеющих определенное направление, и не пригодна для подземных кабельных сетей в городской черте, где кабельная сеть очень разветвлена, имеются частые пересечения и параллельные прокладки.

Задачей изобретения является оперативный поиск поврежденных участков электрических кабельных сетей без выезда оперативной бригады на линию, а также исключение аварийных ситуаций при поиске неисправного кабеля и уменьшение опасности проведения работ.

Данная задача решается тем, что в систему определения поврежденных участков электрических сетей, содержащую элементы управления оборудованием, датчики состояния оборудования, указатели прохождения токов короткого замыкания, передатчики и приемники на периферийном блоке и блок индикации и управления с мнемосхемой, а также приемник и передатчик на центральном пульте управления, в периферийный блок подстанции введены шифраторы опроса датчиков состояния и сигнала аварии, узел сигналов опроса и управления, а в центральный пульт управления введены формирователи сигнала опроса состояния и сигналов телеуправления, кроме того, и в периферийный блок подстанции и в центральный пульт управления соответственно введены декодеры сигналов, мажоритарные устройства выделения достоверного сигнала, преобразователи последовательного кода в параллельный и обратно, формирователи мажоритарного сигнала, фильтры модулирующих сигналов, схемы согласования с передатчиками, при этом в периферийном блоке подстанций выходы датчиков состояния оборудования и указателей прохождения тока короткого замыкания соединены с входом шифратора опроса датчиков состояния оборудования, а второй выход датчиков состояния оборудования - с входом шифратора сигнала аварии, выходы шифраторов подключены к входу преобразователя параллельного кода в последовательный, выход которого через последовательно соединенные формирователь мажоритарного сигнала и схему согласования с передатчиком связан с входом передатчика, а выход приемника через последовательно соединенные фильтр модулирующих сигналов, преобразователь последовательного кода в параллельный, мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала, декодер сигналов и узел сигналов опроса и управления соединены с входами элементов управления оборудования и датчиков состояния оборудования, на центральном пульте управления выход приемника через последовательно соединенные фильтр модулирующих сигналов, преобразователь последовательного кода в параллельный, мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала, декодер сигналов подключен к входу блока индикации и управления, один выход которого соответственно подключен к последовательно соединенным формирователю команды опроса датчиков состояния, преобразователю параллельного кода в последовательный, формирователю мажоритарного сигнала и схеме согласования с передатчиком и к входу передатчика, при этом второй вход блока индикации и управления через формирователь сигналов телеуправления соединен с вторым входом преобразователя параллельного кода в последовательный.

На чертеже изображена схема предлагаемой системы определения поврежденных участков электрических сетей, где 1 - указатели прохождения токов короткого замыкания, 2 - датчики состояния оборудования, 3 - элементы управления оборудованием, 4 - шифратор опроса датчиков состояния, 5,24 - преобразователи параллельного кода в последовательный, 6,25 - формирователи мажоритарного сигнала, 7,26 - схемы согласования с передатчиком, 8,27 - передатчики, 9 - шифратор сигнала аварии, 10,16 - приемники, 11,17 - фильтры модулирующих сигналов, 12,18 - преобразователи последовательного кода в параллельный, 13,19 - мажоритарные устройства выделения достоверного сигнала, 14 - узел сигналов опроса и управления, 15,20 - декодеры сигналов, 21 - блок индикации и управления, 22 - мнемосхема, 23 - формирователь команды опроса датчиков состояния, 28 - формирователь сигналов телеуправления.

Система определения поврежденных участков электрических сетей содержит элементы управления оборудованием 3, датчики состояния оборудования 2, указатели прохождения токов короткого замыкания 1, передатчики 8 и приемники 10 на периферийном блоке и блок индикации и управления 21 с мнемосхемой 22, а также приемник 16 и передатчик 27 на центральном пульте управления. В периферийный блок подстанции введены шифраторы опроса датчиков состояния 4 и сигнала аварии 9, узел сигналов опроса и управления 14, а в центральный пульт управления введены формирователи команд опроса состояния 23 и сигналов телеуправления 28. Кроме того, и в периферийный блок подстанции и в центральный пульт управления соответственно введены декодеры сигналов 15 и 20, мажоритарные устройства выделения достоверного сигнала 13 и 19, преобразователи последовательного кода в параллельный и обратно 12, 18, 5, 24, формирователи мажоритарного сигнала 13 и 25, фильтры модулирующих сигналов 11 и 17, схемы согласования с передатчиками 7 и 26. При этом в периферийном блоке подстанций выходы датчиков состояния оборудования 2 и указателей прохождения тока короткого замыкания 1 соединены с входом шифратора опроса датчиков состояния оборудования 4, а второй выход датчиков состояния оборудования 2 - с входом шифратора сигнала аварии 9, выходы шифраторов 4 и 9 подключены к входу преобразователя параллельного кода в последовательный 5, выход которого через последовательно соединенные формирователь мажоритарного сигнала 6 и схему согласования с передатчиком 7 - связан с входом передатчика 7, а выход приемника через последовательно соединенные фильтр модулирующих сигналов 11, преобразователь последовательного кода в параллельный 12, мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала 13, декодер сигналов 15 и узел сигналов опроса и управления 14 соединен с входами элементов управления оборудования 3 и датчиков состояния оборудования 2. На центральном пульте управления выход приемника 16 через последовательно соединенные фильтр модулирующих сигналов 17, преобразователь последовательного кода в параллельный 18, мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала 19, декодер сигналов 20 подключен к входу блока индикации и управления 21, один выход которого соответственно подключен к последовательно соединенным формирователю команды опроса датчиков состояния 23, преобразователю параллельного кода в последовательный 24, формирователю мажоритарного сигнала 25 и схеме согласования с передатчиком 26 и к входу передатчика 27, при этом второй вход блока индикации 21 и управления через формирователь сигналов телеуправления 28 соединен с вторым входом преобразователя параллельного кода в последовательный 24.

Работу системы рассмотрим в последовательности поступления сигнала аварии и определения поврежденного участка кабельной сети.

При отключении масляного выключателя на подстанции и возникновении перегрузок сигнал с датчика состояния оборудования 2 поступает на шифратор сигнала аварии 9, где формируется сигнал в параллельном коде, поступающий в преобразователь параллельного кода в последовательную комбинацию импульсов 5. Сформированный последовательный кодовый сигнал поступает на вход формирователя мажоритарного сигнала 6 и, пройдя через схему согласования с передатчиком 7, преобразуется в последовательность частотно-модулированных сигналов, подводимых УКВ передатчиком 8 к антенне и излучаемых в пространство.

Сигнал аварии принимается приемником 16 центральной радиостанции, установленной в диспетчерской электросети, и попадает на фильтр модулирующих сигналов 17, выделяющий сигналы с модулирующей частотой для данной системы. Последовательность импульсов, выделенная фильтром поступает в преобразователь последовательного кода в параллельный 18 и далее на мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала 19. Сигнал, прошедший мажоритарное устройство 19 попадает на декодер сигналов 20. С него сигналы попадают в блок индикации и управления 21 и далее на мнемосхему 22 кабельных сетей.

Диспетчер электросети, приняв сигнал аварии, запускает опрос прохождения токов коротких замыканий по цепочке кабелей, работающих от этого масляного выключателя. При этом блок управления формирует команды опроса датчиков состояний 23. Сигналы опроса в параллельном коде поступают через преобразователь параллельного кода в последовательный 24 и далее на формирователь мажоритарного сигнала 25. Мажоритарная последовательность сигналов опроса подается через схему согласования с передатчиком 26 на передатчик 27 центральной радиостанции. Передатчик излучает в антенну сигналы последовательного опроса.

Сигналы опроса, принятые приемником 10 периферийного блока и выделенные фильтром модулирующих сигналов 11 попадают на преобразователь последовательного кода в параллельный 12 и через мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала 13 на декодер сигналов 15. Декодер сигналов 15 выделяет сигнал опроса конкретного указателя прохождения токов короткого замыкания и через узел сигналов опроса и управления 14 подает их на указатели прохождения токов короткого замыкания 1 и включает датчики состояния оборудования.

Сигнал состояния указателя прохождения токов короткого замыкания 1 поступает на шифратор опроса датчиков состояния 4, далее через преобразователь параллельного кода в последовательный 5 и формирователь мажоритарного сигнала 6 подается на схему согласования с передатчиком 7 и далее на передатчик 8. Передатчик 8 передает в антенну и излучает в пространство сигналы состояния указателей прохождения токов короткого замыкания и датчиков состояния оборудования.

Сигналы состояния указателей прохождения токов короткого замыкания, принятые приемником центрального пульта управления, выделяются фильтром модулирующих сигналов 17. Выделенный сигнал в последовательном коде поступает на преобразователь последовательного кода в параллельный 18 и далее через мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала 19 на декодер сигналов 20. С него сигнал выходит на блок индикации и управления 21 и мнемосхему 22 кабельных сетей.

По индикации на мнемосхеме диспетчер определяет поврежденный кабель и принимает решение о быстром обеспечении электропитания абонентов.

Периферийные блоки устанавливаемые на подстанциях, позволяют контролировать прохождение токов короткого замыкания по кабелям с помощью указателей прохождения тока короткого замыкания и передавать информацию по запросу на центральный комплекс по радиоканалу. Вместе с тем периферийный блок позволяет контролировать состояние масляных выключателей и осуществлять их телеуправление.

Комплекс аппаратуры устанавливаемой в диспетчерской электросети, позволяет контролировать состояние и определять поврежденный участок кабельной сети по прохождению токов коротких замыканий и перегрузок, принимать аварийный сигнал при возникновении перегрузок или коротких замыканий и отключении масляных выключателей. Диспетчер электросети может провести опрос состояния масляных выключателей и осуществить их телеуправление (включение и выключение). Информация о прохождении токов короткого замыкания, состоянии масляных выключателей и оборудования отражается на лицевой панели центрального пульта управления и мнемосхеме высоковольтных кабельных сетей.

Связь периферийных блоков и комплекса аппаратуры в диспетчерской осуществляется по радиоканалу. При этом используется центральная радиостанция электросети и приемопередатчики, периферийных блоков.

Предложенная система позволяет получить сообщение об отключении сразу по его возникновении, получить информацию о прохождении токов короткого замыкания по кабельной сети и определить неисправный кабель без выезда аварийной бригады, исключить создаваемые аварийные ситуации при поиске неисправного кабеля, уменьшить опасность проводимых работ, сократить время ввода системы и стоимость за счет использования радиоканала и исключения физических линий связи.

Предложенная система может быть реализована на выпускаемых промышленностью схемах и блоках.

Фильтры модулирующих сигналов 11,17 могут быть выполнены на логических элементах микросхемы К561ЛА7 путем введения избирательной обратной связи реализованной на LC-контуре и обеспечивающей непосредственное получение логических уровней сигналов КМОП-логики.

Преобразователи последовательного кода в параллельный 12,18, например, могут быть выполнены на четырехразрядных статических регистрах сдвига микросхемы К176ИР2.

Мажоритарные устройства выделения достоверного сигнала 13,19, например, могут быть реализованы на счетчиках микросхемы К561ИЕ10 путем подсчета совпадения достоверного количества импульсов по каждому двоичному разряду и выдачи при совпадении параллельного двоичного кода.

Декодеры сигналов 15,20 могут быть выполнены на дешифраторах 4•10 микросхем К176ИД1 и позволяют получить адрес в десятичном коде и вывод его на блок индикации и управления в пульте управления 21 или на узел сигналов опроса и управления 14 в периферийном блоке.

Формирователь команды опроса датчиков состояния 23, формирователь сигналов телеуправления 28 могут быть реализованы на двоично-десятичных реверсивных счетчиках К561ИЕ.

Преобразователи параллельного кода в последовательный 5,24 могут быть реализованы на четырехразрядном универсальном регистре сдвига К561ИР3.

Формирователи мажоритарного сигнала 6,25 могут быть, например, реализованы на двоичном счетчике К651ИЕ10 путем подсчета количества серий адресов.

Схемы согласования с передатчиком 2,26, могут быть выполнены на биполярных транзисторных ключах.

Узел сигналов опроса и управления 14 может быть выполнен на дистанционных переключателях - поляризованных реле РПС-45 и реле постоянного тока РЭС-49.

Шифратор опроса датчиков состояния 4 может быть выполнен на счетчиках К561ИЕ10 с дешифраторами 4•10 К176ИД1.

Шифратор сигнала аварии 9 может быть выполнен на D-триггерах с установкой "1" и "0" К561ТМ2.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для оперативного определения поврежденных участков электрических сетей и восстановления электроснабжения потребителей. Система содержит элементы управления оборудованием, датчики состояния оборудования, указатели прохождения токов короткого замыкания, передатчик и приемник на периферийном блоке, блок индикации и управления с мнемосхемой, а также приемник и передатчик на центральном пульте управления. В периферийный блок подстанции системы введены шифраторы опроса датчиков состояния и сигнала аварии, узел сигналов опроса и управления, а в центральный пульт управления введены формирователи сигнала опроса состояния и сигналов телеуправления. В периферийный блок подстанции и в центральный пульт управления, кроме того, введены декодеры сигналов, мажоритарные устройства выделения достоверного сигнала, преобразователи последовательного кода в параллельный и обратно, формирователи мажоритарного сигнала, фильтры модулирующих сигналов, схемы согласования с передатчиками. 1 ил.

Система определения поврежденных участков электрических сетей, содержащая элементы управления оборудованием, датчики состояния оборудования, указатели прохождения токов короткого замыкания, передатчик и приемник на периферийном блоке и блок индикации и управления мнемосхемой, а также приемник и передатчик на центральном пульте управления, отличающаяся тем, что в периферийный блок подстанции введены шифраторы опроса датчиков состояния и сигнала аварии, узел сигналов опроса и управления, а в центральный пульт управления введены формирователи сигнала опроса датчиков состояния и сигналов телеуправления, кроме того, в периферийный блок подстанции и в центральный пульт управления соответственно введены декодеры сигналов, мажоритарные устройства выделения достоверного сигнала, преобразователи последовательного кода в параллельный и обратно, формирователи мажоритарного сигнала, фильтры модулирующих сигналов, схемы согласования с передатчиками, при этом в периферийном блоке подстанций выходы датчиков состояния оборудования и указателей прохождения тока короткого замыкания соединены с входом шифратора опроса датчиков состояния оборудования, а второй выход датчиков состояния оборудования - с входом шифратора сигнала аварии, выходы шифраторов подключены к входу преобразователя параллельного кода в последовательный, выход которого через последовательно соединенные формирователь мажоритарного сигнала и схему согласования с передатчиком связан с входом передатчика, а выход приемника через последовательно соединенные фильтр модулирующих сигналов, преобразователь последовательного кода в параллельный, мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала, декодер сигналов и узел сигналов опроса и управления соединены с входами элементов управления оборудования и датчиков состояния оборудования и указателями прохождения токов короткого замыкания, на центральном пульте управления выход приемника через последовательно соединенные фильтр модулирующих сигналов, преобразователь последовательного кода в параллельный, мажоритарное устройство выделения достоверного сигнала, декодер сигналов подключен к входу блока индикации и управления, один выход которого соответственно подключен к последовательно соединенным формирователю команды опроса датчиков состояния, преобразователю параллельного кода в последовательный, формирователю мажoритарного сигнала и схеме согласования с передатчиком и к входу передатчика, при этом второй выход блока индикации и управления через формирователь сигналов телеуправления соединен с вторым входом преобразователя параллельного кода в последовательный.