УСТРОЙСТВО ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ ГОЛОЛЁДНО-ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК НА ПРОВОД ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2005 года по МПК H02G7/16 H04B3/54 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено для телеизмерения величин гололедно-ветровых нагрузок на провод воздушной линии электропередачи, используемых для своевременной плавки гололедно-изморозевых и снеговых отложений на проводах линии.

Уровень техники.

Известна система передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на проводах [1]. В этой системе по проводу линии электропередачи передается измерительный ВЧ-сигнал одной частоты от передатчика, находящегося в начале линии, к приемнику, расположенному в конце линии. На проводе в гололедоопасных местах (точках контроля) установлены релейные датчики гололеда. Согласно описанию если нагрузка отложений на провод в точке контроля не превысила весового порога, установленного в датчике, то он не срабатывает и практически никакого влияния на уровень ВЧ-сигнала на входе приемника не оказывает. Если же хотя бы на одном из датчиков будет превышен весовой порог, то этот датчик срабатывает и вносит значительные затухания в ВЧ-сигнал, что и фиксирует приемное устройство срабатывает сигнализатор и выдается команда на плавку гололеда. Такая система принципиально имеет высокую вероятность ложных срабатываний или пропуска опасных гололедно-ветровых нагрузок, т.к. в этой системе не учитывается существенное влияние на уровень ВЧ-сигнала на входе приемника изменения метеорологических параметров и изменения режимов работы линии (нагрузок) и не учитывается зависимость порога срабатывания датчиков от изменяющихся вида отложений, направления и скорости ветра.

Влияние нестабильности параметров линии на работу устройства [1] устранено в устройстве для дистанционной сигнализации гололедных образований на проводах линий электропередачи [2], содержащем сигнальный блок, двухчастотный передатчик, соединенный через контролируемую линию электропередачи с двухканальным приемником, состоящим из двух входных фильтров, двух усилителей, блока сравнения, порогового блока, элемента И. В соответствии с описанием в случаях, когда на проводах образуются отложения с максимально допустимой толщиной, соотношение величин снижения уровней сигналов двух частот достигает установленного уровня и в пороговом устройстве фиксируется достижение определенного уровня ослабления сигнала второй частоты, блок сравнения формирует сигнал, и сигнализатор выдает команду на включение системы плавки отложений.

Недостаток этого аналога заключается в том, что в соответствии с принципом работы, он срабатывает по некоторому обобщенному параметру, зависящему от массы, вида и распределения отложений по линии, и не позволяет локализовать участки отложений на линии и не измеряет промежуточные значения нагрузок отложений на провод, в то время как получение такой информации является главным функциональным назначением таких систем.

Одним из устройств, которое определяет место нахождения отложений на проводе линии электропередачи и измеряет величину гололедно-ветровых нагрузок, обусловленных этими отложениями, является устройство для контроля уровня гололедно-ветровой нагрузки на проводах воздушных линий электропередачи, выбранное в качестве прототипа [3]. Это устройство содержит провод, оборудованный системами присоединения и концевыми заградителями, датчик гололедной нагрузки с плунжером, управляемый плунжером четырехполюсник (полосовой фильтр в виде колебательного контура, включенный в провод линии электропередачи), два генератора синусоидальных частот, два полосовых фильтра, два амплитудных детектора, дифференциальный измеритель амплитуд. Устройство непрерывно измеряет величину гололедно-ветровой нагрузки на провод в месте установки датчика, фиксируя в дифференциальном измерителе амплитуд изменение относительного уровня амплитуд двух близких по величине частот в резонансном последовательно включенном в провод контуре четырехполюсника, которое появляется при перестройке резонансной частоты полосового фильтра плунжером датчика под действием гололедно-ветровой нагрузки, действующей на него.

Недостаток прототипа заключается в том, что это устройство измеряет величину гололедно-ветровой нагрузки на провод линии только в одном месте, там, где установлен датчик, и принципиально не может измерять величину гололедно-ветровой нагрузки в двух и более местах одной линии. Этот принципиальный недостаток прототипа обусловлен тем, что невозможно последовательно включить более чем один четырехполюсник, т.к. полосовой фильтр (резонансный контур) каждого введенного четырехполюсника не пропустит “через себя” “не свою” пару частот. Если же в прототипе проводить расширение полос пропускания полосовых фильтров четырехполюсников, последовательно включенных в линию, то это приведет к влиянию полосовых фильтров четырехполюсников на амплитуды не “своих” пар частот и, в конечном счете, вызовет искажение результатов измерений.

Задача изобретения - создать устройство, позволяющее принципиально неограниченно увеличивать количество локальных участков одновременного и непрерывного измерения величин гололедно-ветровых нагрузок на провод воздушной линии электропередачи вплоть до каждого пролета линии.

Поставленная цель достигается заменой полосового фильтра, включенного последовательно в провод линии, на режекторные фильтры, включенные параллельно линии и заземлителю. Эти замены потребовали и соответствующего увеличения количества пар зондирующих частот для опроса каждого датчика гололедно-ветровой нагрузки и, соответственно, увеличения количества элементов выработки и обработки этих частот.

Раскрытие изобретения.

Предметом изобретения является устройство телеизмерения гололедно-ветровых нагрузок на провод воздушной линии электропередачи, оборудованный концевыми линейными заградителями и системами присоединения, содержащее два генератора близких по частоте синусоидальных сигналов, выходы которых соединены с первой системой присоединения, два полосовых фильтра соответствующих частот, входы которых подключены ко второй системе присоединения, датчик гололедно-ветровой нагрузки, установленный в гололедоопасном месте линии и механически прикрепленный с одной стороны к траверсе опоры ВЛ, а с другой стороны - к проводу, и через свой плунжер, соединенный с управляемым элементом фильтра, два амплитудных детектора, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего полосового фильтра, а выход полосового фильтра подключен к соответствующему входу дифференциально-сравнивающего устройства, отличающееся согласно изобретению тем, что введены 2n-2 генераторов близких по частоте синусоидальных сигналов, n-1 датчиков гололедно-ветровой нагрузки с плунжерами, n режекторных фильтров, 2n-2 полосовых фильтров, 2n-2 амплитудных детекторов и n-1 дифференциально-сравнивающих устройств, причем выход каждого введенного генератора подключен к первой системе присоединения, а ко второй системе присоединения подключен вход каждого из 2n-2 полосовых фильтров, выход каждого из 2n-2 полосовых фильтров соединен с входом соответствующего амплитудного детектора, выходы которых попарно подключены к входам соответствующего из n-1 дифференциально-сравнивающего устройства; каждый из n-1 датчиков гололедно-ветровой нагрузки, установленный в гололедоопасном месте линии и механически прикрепленный с одной стороны к траверсе опоры ВЛ, а с другой стороны к проводу, через свой плунжер соединен с управляемым элементом соответствующего режекторного фильтра из n режекторных фильтров, сигнальный вход каждого из n режекторных фильтров подключен параллельно к проводу, а его выход соединен с заземлителем.

Указанная совокупность признаков позволяет решить задачу изобретения - предложенное устройство одновременно и непрерывно измеряет величину гололедно-ветровой нагрузки на провод воздушной линии электропередачи на каждом контролируемом пролете линии.

Следует отметить, что эта совокупность признаков не является суммой технических решений, известных из аналога и прототипа, т.к. содержит отличительные от прототипа признаки, отсутствующие в аналоге. Действительно, хотя в прототипе (как и в заявленном устройстве) имеются провод воздушной линии электропередачи, оборудованный концевыми линейными заградителями и системами присоединения, генераторы синусоидальных сигналов, датчик гололедно-ветровых нагрузок с плунжером, полосовые фильтры, амплитудные детекторы и дифференциально-сравнивающее устройство, оно измеряет величину гололедно-ветровой нагрузки только в одном месте линии, там, где установлен датчик гололедно-ветровой нагрузки с управляемым четырехполюсником, т.к. последовательное включение четырехполюсника в провод линии исключает возможность включения дополнительных четырехполюсников, без исключения их взаимного влияния на результаты измерения.

Описание осуществления изобретения.

Осуществление изобретения поясняется тремя чертежами на фиг.1, 2 и 3, где представлены функциональная схема предлагаемого устройства (фиг.1), взаимное положение амплитудно-частотных характеристик провода с режекторными фильтрами и частотного спектра зондирующих сигналов (а) относительно амплитудно-частотных характеристик полосовых фильтров (б) при отсутствии гололедно-ветровых нагрузок на всех контролируемых участках линии (фиг.2) и взаимное положение амплитудно-частотных характеристик провода с режекторными фильтрами и частотного спектра зондирующих сигналов (а) относительно амплитудно-частотных характеристик полосовых фильтров (б) при действии гололедно-ветровой нагрузки только на первый контролируемый участок линии (фиг.3).

Устройство телеизмерения гололедно-ветровых нагрузок на проводе воздушной линии электропередачи (фиг.1), оборудованном концевыми линейными заградителями 1 и системами присоединения 2, содержит 2n генераторов 3 синусоидальных сигналов с выходными частотами f₁, f₂, f₃, f₄,..., f_2n-1, f_2n, n датчиков гололедно-ветровой нагрузки с плунжерами 4, n режекторных фильтров 5, 2n полосовых фильтров 6, настроенных соответственно на пропускание частот f₁, f₂, f₃, f₄,..., f_2n-1, f_2n от генераторов 3, 2n амплитудных детекторов 7, формирующих выходные напряжения U₁, U₂, U₃, U₄,..., U_2n-1, U_2n, и n дифференциально-сравнивающих устройств 8, формирующих выходные сигналы G₁, G₂,..., G_n, пропорциональные соответствующим величинам гололедно-ветровых нагрузок, действующих на каждом контролируемом пролете воздушной линии электропередачи.

Устройство работает следующим образом.

Генераторы частот 3 (фиг.1) вырабатывают последовательность синусоидальных сигналов f₁, f₂, f₃, f₄,..., f_2n-1, f_2n, которые через систему присоединения 2 поступают в провод линии и распространяются по нему. На противоположном конце линии через систему присоединения 2 эта последовательность частот поступает на 2n полосовых фильтров 6, каждый из которых настроен на соответствующую частоту из последовательности f₁, f₂, f₃, f₄,..., f_2n-1, f_2n. С выхода каждого полосового фильтра 6 сигнал детектируется соответствующим амплитудным детектором 7. С выхода соответствующих амплитудных детекторов 7 напряжения U₁, U₂, U₃, U₄,...,,..., U_2n-1, U_2n попарно поступают на входы соответствующих диффернциально сравнивающих устройств 8 и сравниваются в них по величине. В результате сравнения на выходах дифференциально сравнивающих устройств 8 формируются напряжения G₁, G₂,...,G_n, величины которых пропорциональны разности амплитуд пар частот f₁ и f₂, f₃ и f₄,..., f_2n-1 и f_2n.

В случае отсутствия гололедно-ветровой нагрузки на всех контролируемых пролетах линии плунжеры датчиков гололедно-ветровой нагрузки устанавливают полосы режекции соответствующих режекторных фильтров РФ₁, РФ₂,..., РФ_n (фиг.2) симметрично относительно частот f_ср.1=(f₁+f₂)/2, f_сp.2=(f₃+f₄Л)/2,..., f_ср.n=(f_2n-1+f_2n)/2 соответствующих пар генераторов, благодаря чему пары частот f₁ и f₂ для первого датчика, f₃ и f₄ - для второго и т.д. с одинаковым ослаблением проходят соответствующий режекторный фильтр РФ₁, РФ₂,..., РФ_n и далее всю остальную линии, систему присоединения, выделяются соответствующими параллельными полосовыми фильтрами ПФ₁, ПФ₂, ПФ₃, ПФ₄,..., ПФ_2n-1, ПФ_2n и поступают с равными амплитудами на амплитудные детекторы. При равенстве амплитуд пар частот f₁, и f₂ для первого датчика, f₃ и f₄ - для второго и т.д. амплитудные детекторы сформируют равные выходные напряжения U₁=U₂, U₃=U₄,..., U_2n-1=U_2n и соответственно дифференциально-сравнивающие устройства, выдадут выходные напряжения G₁, G₂,..., G_n, равные нулю, что соответствует нулевой гололедно-ветровой нагрузке на всех контролируемых пролетах линии.

При появлении гололедно-ветровой нагрузки, например, на первом контролируемом пролете линии первый датчик перестраивает пропорциональным перемещением плунжера полосу режекции первого режекторного фильтра PФ₁ ближе к частоте f₂, что приводит к увеличению ослабления амплитуды U₂ частоты f₂ в этом фильтре на величину ΔU₂, пропорциональную действующему значению гололедно-ветровой нагрузки на провод этого пролета (фиг.3). При этом при смещение полосы режекции РФ₁ амплитуда U₁ нечетной частоты f₁ не меняется. Следовательно, уменьшение амплитуды U₂ частоты f₂ приведет к тому, что первое дифференциально-сравнивающее устройство выдаст напряжение G₁, пропорциональное величине текущего значения гололедно-ветровой нагрузки, на провод первого контролируемого пролета. Устройство работает аналогично при действии гололедно-ветровых нагрузок на любой другой контролируемый пролет линии электропередачи.

При воздействии гололедно-ветровых нагрузок одновременно на несколько контролируемых пролетов линии амплитуды соответствующих четных частот меняются независимо друг от друга и независимо друг от друга преобразуются в сигнал на выходе дифференциально-сравнивающего устройства, пропорциональный гололедно-ветровой нагрузке на эти пролеты.

Так как все климатические воздействия и изменения режимов работы линии электропередачи оказывают практически одинаковые влияния на величины затухания двух близких по частоте сигналов и сравнение их амплитуд производится дифференциально (относительно друг друга), то указанные влияния практически не сказываются на точности измерений и устройство измеряет только величины гололедно-ветровых нагрузок на провод контролируемых пролетов воздушной линии электропередачи.

Использование в устройстве дифференциального сравнения также исключает влияние на результаты измерений гололедно-ветровых нагрузок естественного затухания в проводе воздушной линии электропередачи, в том числе и вызываемого отложениями на всей линии.

Предлагаемое устройство позволяет принципиально неограниченно увеличивать количество локальных участков измерения гололедно-ветровых нагрузок на провод воздушной линии электропередачи, что было невозможно в известных устройствах телеизмерения гололедно-ветровых нагрузок на провод воздушной линии электропередачи.

Источники информации

1. Патент на изобретение №2129334, МПК 6 Н 04 В 3/54, 1997.

2. Авт. свид. СССР №748615, МПК Н 02 G 7/16, 1980.

3. Авт. свид. СССР №773808, МПК Н 02 G 7/16, 1980.

Использование для дистанционного измерения гололедно-ветровых нагрузок на провод. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства. В устройстве в контролируемый провод поступает набор зондирующих синусоидальных сигналов. В сигнализаторах, установленных в местах контроля гололедно-ветровых нагрузок, линейные перемещения штоков под действием суммарной нагрузки веса отложений и ветра преобразуются с помощью режекторных фильтров в пропорциональное уменьшение амплитуд сигналов четных частот, в то время как амплитуды нечетных частот каждой пары в этих режекторных фильтрах не изменяются. Уменьшение амплитуд четных частот в дифференциально сравнивающем устройстве преобразуется в сигнал, амплитуда которого пропорциональна весу отложений в соответствующих пролетах линии, на которых установлены датчики. 3 ил.

Устройство телеизмерения гололедно-ветровых нагрузок на провод воздушной линии электропередачи, оборудованный концевыми линейными заградителями и системами присоединения, содержащее два генератора близких по частоте синусоидальных сигналов, выходы которых соединены с первой системой присоединения, два полосовых фильтра соответствующих частот, входы которых подключены ко второй системе присоединения, датчик гололедно-ветровой нагрузки, установленный в гололедоопасном месте и механически прикрепленный с одной стороны к траверсе опоры ВЛ, а с другой стороны - к проводу и через свой плунжер соединенный с управляемым элементом фильтра, два амплитудных детектора, вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего полосового фильтра, а выход подключен к соответствующему входу дифференциально-сравнивающего устройства, отличающееся тем, что введены 2n-2 генераторов близких по частоте синусоидальных сигналов, n-1 датчиков гололедно-ветровой нагрузки с плунжерами, n режекторных фильтров, 2n-2 полосовых фильтров, 2n-2 амплитудных детекторов и n-1 дифференциально-сравнивающих устройств, причем выход каждого генератора из 2n-2 генераторов подключен к первой системе присоединения, а ко второй системе присоединения подключен вход каждого из 2n-2 полосовых фильтров, выход каждого из 2n-2 полосовых фильтров соединен с входом соответствующего амплитудного детектора, выходы которых попарно подключены к входам соответствующего из n-1 дифференциально-сравнивающего устройства; каждый из n-1 датчиков гололедно-ветровой нагрузки, установленный в гололедоопасном месте и механически прикрепленный с одной стороны к траверсе опоры ВЛ, а с другой стороны к проводу, через свой плунжер соединен с управляемым элементом соответствующего режекторного фильтра из n режекторных фильтров, сигнальный вход каждого из n режекторных фильтров подключен параллельно к проводу, а его выход соединен с заземлителем.