УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ НА ПРОВОДЕ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПРОЛЕТА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2007 года по МПК H02G7/16 H04B3/54 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного непрерывного в реальном масштабе времени обнаружения на проводе (фазном проводе или грозозащитном тросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи отложений всех возможных видов (гололедных, снеговых, изморозевых и их смесей) при мониторинге воздушных линий электропередачи для проведения своевременной плавки отложений на проводах (тросах) линии, предотвращающей аварии на таких линиях из-за механических перегрузок ее элементов. Устройство может также использоваться для получения статистической информации при составлении карт районирования по гололедным и ветровым нагрузкам.

Уровень техники

Известен визуальный способ обнаружения отложений на проводах воздушной линии электропередачи. Недостатками визуального способа являются: во-первых, то, что он требует непосредственного присутствия наблюдателя в месте контроля отложений, во-вторых, практически не реализуем в условиях плохой видимости и, в-третьих, точность способа из-за визуальной оценки ("на глаз") принципиально не высока.

Известны также инструментальные параметрические способы обнаружения отложений на проводах, основанные на измерении: массы отложений (гравитационный способ); приращения затухания высокочастотных (ВЧ) непрерывных зондирующих сигналов при прохождении их в проводе ВЛ электропередачи за счет поглощения поверхностного электромагнитного ВЧ-поля в неидеальном диэлектрике отложений; временной задержки импульсных сигналов отраженных от муфт отложений относительно зондирующего импульса и отношения амплитуд этих отраженных импульсов; увеличения аэродинамического сопротивления провода ветровому потоку (ветровому давлению) из-за увеличения его диаметра на толщину отложений [1-4].

При реализации обнаружения отложений по приращению затухания ВЧ непрерывных зондирующих сигналов практически невозможно заранее однозначно установить требуемую величину оптимального порога приращения затухания, т.к. величина приращения затухания в разы отличается для разных видов отложений и разных видов распределений отложений вдоль провода. И кроме самих отложений на затухание зондирующих ВЧ-сигналов в проводе в той же мере воздействуют случайные изменения режимов работы ВЛ и изменение метеопараметров, особенно влажности воздуха. Невозможность установки оптимальной величины порога приращения затухания ведет к тому, что при появлении одних видов отложений на проводе они будут обнаруживаться своевременно, а при других видах отложений они будут обнаруживаться поздно или вообще могут быть не обнаружены, т.е. суммарная вероятность правильного обнаружения всех возможных видов отложений будет низкой. Если же величину порога приращения затухания выбрать малой, то любые небольшие приращения затухания, не связанные с появлением отложений, будут вызывать появления ложного сигнала обнаружения отложений на проводе, т.е. вероятность ложной тревоги возрастет.

Аналогичные трудности определения оптимальной величины порога обнаружения отложений имеют место и при импульсном зондировании провода ВЛ. При этом добавляется также трудно регистрируемое и учитываемое влияние волновых процессов в линиях передачи сигналов на параметры отраженных импульсных сигналов, обусловленное наличием отпаек от ВЛ и изменениями режимов работы нагрузки на них.

Принципиально наиболее просто задача выбора оптимальной величины порога обнаружения отложений на проводе (а следовательно, и стабилизации характеристик обнаружения) решается при реализации аэродинамического способа обнаружения отложений, т.к. в первом приближении лобовое сопротивление ветровому потоку (ветровое давление) при фиксированной форме отложений (как правило, цилиндрической) определяется площадью поперечного сечения - диаметром отложений. Но определяющим недостатком аэродинамического способа обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета ВЛ, сужающим сферу его применения, является то, что при отсутствии ветра устройство, реализующее его, не работает.

Наиболее разработан и практически используется гравитационный способ обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета ВЛ, реализуемый посредством измерения гололедной и гололедно-ветровой нагрузок на провод и последующего сравнения измеренных величин с наперед заданными величинами ожидаемых пороговых нагрузок (значимых гололедных и гололедно-ветровых, опасных, допустимых нагрузок и т.д.). Однако удельный вес отложений колеблется в пределах от 0,1 до 0,9 г/см³, следовательно, и порог обнаружения (весовая уставка) для стабилизации вероятности правильного обнаружения должна заранее подстраиваться - изменяться в 9 раз, иначе будет происходить пропуск обнаружения или выдаваться ложные тревоги. Кроме отмеченной задачи выбора оптимальной величины порога обнаружения, существенным недостатком устройств, реализующих этот способ обнаружения, является то, что известные устройства не разделяют гололедно-ветровую нагрузку на провод на составляющие гололедную и ветровую нагрузки, что, в конечном счете, также ухудшает характеристики обнаружения, т.к. соотношение между этими составляющими зависит от вида отложений, вида распределения отложений и длины промежуточного пролета.

Известно устройство для измерения отдельно гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи, основанное на вычислении гололедной и ветровой нагрузок по измеренным величинам гололедно-ветровой нагрузки и угла отклонения гирлянды изоляторов с проводом под действием ветра, измеряемого с помощью трансформаторных датчиков [5]. Главным недостатком такого устройства является то, что оно автоматически не обнаруживает появление отложений на проводе, т.к. в нем нет порогового (сравнивающего) элемента и нет формирователя порога. Кроме того, это устройство принципиально не работает в случае отсутствия тока нагрузки в фазном проводе, подвешенном на гирлянде изоляторов с силоизмерительным датчиком, а также в случае плавки отложений на проводах постоянным током, т.к. ЭДС в трансформаторном датчике угла появляется при наличии переменного электромагнитного поля, вызванного переменным током фазного провода.

Известно устройство для измерения отдельно гололедной, ветровой и гололедно-ветровой нагрузок с контролем направления ветра на воздушных линиях электропередачи [6]. Оно содержит три силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен между траверсой П-образной опоры и верхним концом соответствующей гирлянды изоляторов с фазным проводом. Нижний конец средней гирлянды изоляторов закреплен с двух сторон горизонтальными шарнирными изоляционными распорками в растяжку к обеим стойкам опоры, а концы правой и левой гирлянд изоляторов прикреплены соответственно слева и справа к стойкам опоры такими же изоляционными распорками. При ветре слева или справа отклоняется соответственно по ветру левая или правая гирлянда изоляторов с фазным проводом и тогда ее силоизмерительный датчик измеряет гололедно-ветровую нагрузку, в то время как средняя гирлянда не отклоняется и ее датчик измеряет только гололедную нагрузку. По величинам гололедно-ветровой и гололедной нагрузок нелинейные преобразователи вычисляют фактическую ветровую нагрузку, которая вместе с фактической гололедной нагрузкой отображается измерительными приборами. Определяющим недостатком этого устройства является то, что в нем, несмотря на реализованное измерение отдельно фактических гололедной, ветровой и гололедно-ветровой нагрузок, оно автоматически не производит обнаружение отложений на проводе промежуточного пролета по величинам этих нагрузок, из-за отсутствия в нем порогового устройства и формирователя порогов. Кроме того, это устройство имеет ограниченную область применения - только на фазных проводах промежуточных пролетов одноцепных линий с двухстоечными П-образными опорами.

Известно более совершенное по принципу действия и по конструкции устройство телеизмерения гололедной нагрузки на фазных проводах (грозотросах) воздушной линии электропередачи [7], которое может применяться на проводах и тросах промежуточных пролетов многоцепных линий с любыми типами опор, выбранное в качестве прототипа. Прототип содержит канал (устройство) телепередачи, коммутатор и два пружинных весовых датчика с контактными группами весовой уставки на подвижной оси датчика. Каждый датчик подвешен подвижно между траверсой опоры и верхним концом соответствующей гирлянды изоляторов, нижние концы обеих гирлянд изоляторов соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску провода. Этот обнаружитель выдает сигнал наличия отложений при достижении определенного веса отложений на проводе, посредством замыкания группы контактов в момент прохождения проводом нижней точки при колебании провода под действием ветра в плоскости, перпендикулярной линии визирования пролета. Определяющим недостатком такого устройства является то, что оно при сильном равномерном ветре может вообще никогда не выдать сигнал обнаружения отложений, т.к. будет постоянно находиться в отклоненном (не вертикальном) положении и группы контактов не будут замкнуты. Кроме того, и при малом удельном весе отложений группа контактов не будет замыкаться и, следовательно, не будет выдаваться сигнал обнаружения отложений, т.е. будет происходить пропуск наличия отложений на проводе (тросе). При малой весовой уставке в датчиках рост вероятности ложной тревоги будет опережать рост вероятности правильного обнаружения, т.к. любое случайное превышение сигналом порога, не связанное с появлением отложений (из-за переменного ветра), будет вызывать появление сигнала обнаружения. Следовательно, рассматриваемое устройство имеет низкую вероятность правильного обнаружения отложений всех возможных видов.

Сущность изобретения

Целями изобретения является разработка устройства автоматического обнаружения отложений всех возможных видов (гололедных, снеговых, изморозевых и их смесей) на фазном проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи со стабилизацией вероятности правильного обнаружения отложений и стабилизацией вероятности ложной тревоги независимо от удельного веса этих отложений и от соотношений гололедных и ветровых нагрузок на провод (трос) в устройстве с фиксированным порогом.

Поставленные цели достигаются тем, что устройство обнаружения отложений на фазном проводе (грозотросе) промежуточного пролета линии электропередачи с фиксированным весовым порогом одновременно измеряет гравитационную гололедную нагрузку и фактическую ветровую нагрузку на провод с отложениями или без них, создаваемую этим ветром, а также относительное направление и скорость ветра; посредством сравнения измеренной гололедной нагрузки с фиксированным весовым порогом обеспечивается приемлемая вероятность правильного обнаружения отложений с большим удельным весом, в то время как отложения с малым удельным весом этим пороговым устройством могут быть не обнаружены. Обнаружение отложений с малым удельным весом обеспечивается сравнением фактической измеренной ветровой нагрузки на провод с текущей расчетной ветровой нагрузкой на этот же провод без отложений, вычисленной по измеренным скорости и относительному направлению ветра. При этом, если фактическая измеренная ветровая нагрузка больше расчетной (с уставкой по ветру), то принимается решение о наличии отложений на проводе, а если фактическая ветровая нагрузка равна или меньше и расчетной (с уставкой по ветру), то принимается решение об отсутствии отложений на проводе.

В устройство обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, использующее известную V-образную подвеску провода к траверсе опоры через последовательно соединенные силоизмерительные датчики и гирлянды изоляторов, дополнительно введены измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра и элементы, реализующие обработку сигналов с четырех датчиков и сравнение полученных величин с порогами для принятия решения о наличии или отсутствии отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи. Введенные два измерителя вместе с известными датчиками и дополнительные элементы обработки позволили вычислять фактические измеренные гололедно-ветровую, гололедную и ветровую нагрузки на провод с отложениями или без них, рассчитывать текущее значение ветровой нагрузки на этот же провод без отложений, сравнивать величины гололедной нагрузки с фиксированным весовым порогом и фактические измеренные с расчетными ветровыми нагрузками между собой и по результатам сравнений вырабатывать решение о наличии или отсутствии отложений на проводе промежуточного пролета (грозотросе) воздушной линии электропередачи.

Заявляемое устройство обеспечивает непрерывное автоматическое в реальном масштабе времени телеизмерение фактических гололедно-ветровых, гололедных и ветровых нагрузок на провод (грозотрос) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи с отложениями или без них и телеизмерение ветровой нагрузки на этот же провод без отложений на линиях с любыми рабочими напряжениями на любых типах опор для автоматического обнаружения появления всех возможных видов отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи.

Раскрытие изобретения

Предметом изобретения является устройство обнаружения отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи.

Устройство обнаружения отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, содержащее устройство телепередачи и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов, нижние концы обеих гирлянд изоляторов соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску, к которой прикреплен провод, верхние концы датчиков крепятся к траверсе опоры на расстоянии друг от друга, равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя с V-образной подвеской равносторонний треугольник, отличающееся согласно изобретению тем, что дополнительно введены измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра, четыре функциональных преобразователя, формирователь порога, два пороговых элемента и логический элемент ИЛИ, при этом первый и второй силоизмерительные датчики, измерители скорости ветра и относительного направления ветра соответственно подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам устройства телепередачи, первый и второй выходы устройства телепередачи подключены параллельно к соответствующим входам первого и второго функциональных преобразователей, к выходу первого функционального преобразователя подключен первый вход третьего функционального преобразователя, на выход второго функционального преобразователя подключен второй вход третьего функционального преобразователя и первый вход первого порогового элемента, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, к второму входам первого порогового элемента подключен выход формирователя порога, третий и четвертый выходы устройства телепередачи подключены соответственно к первому и второму входу четвертого функционального преобразователя, выход третьего и выход четвертого функциональных преобразователей подключены соответственно к первому и второму входам второго порогового элемента, выход которого подключен ко второму входу логического элемента ИЛИ, первый и второй выходы логического элемента "ИЛИ" являются соответственно первым и вторым выходами устройства.

Указанная совокупность признаков позволяет достичь целей изобретения - устройство обнаружения отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи автоматически одновременно и непрерывно измеряет тяжение в гирляндах V-образной подвески провода, относительное направление и скорость ветра, на основании которых рассчитывает величины фактических гололедной и ветровой нагрузок на провод с отложениями или без них и ветровую нагрузку на этот же провод без отложений, сравнивает величину гололедной нагрузки с фиксированным весовым порогом и фактическую ветровую нагрузку с расчетной ветровой нагрузкой на провод без отложений (с уставкой по ветру) и в случаях превышения весового порога и (или) превышения фактической ветровой нагрузки расчетной без отложений (с уставкой по ветру) вырабатывается решение о наличии отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи. Если же весовой порог не превышен и фактическая ветровая нагрузка равна или меньше расчетной с уставкой, то вырабатывается решение об отсутствии отложений на проводе (грозотросе).

Следует отметить, что автоматические устройства обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, которые одновременно и непрерывно измеряют тяжение датчиков в гирляндах V-образной подвески провода, относительное направление и скорость ветра и на их основании рассчитывают фактические гололедную и ветровую нагрузки на провод с отложениями или без них, а также ветровую нагрузку на провод без отложений, сравнивают величину гололедной нагрузки с фиксированным порогом и фактическую ветровую нагрузку с расчетной ветровой нагрузкой на провод без отложений (с уставкой по ветру) и по результатам сравнений вырабатывают решение о наличии или отсутствии отложений на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, заявителям не известны.

Вместе с тем, заявляемое устройство содержит совокупность признаков, не являющуюся суммой технических решений, известных из аналогов и прототипа, т.к. содержит отличительные от прототипа признаки, отсутствующие также и в аналогах. Действительно, ни в одном из известных устройств для измерения фактической гололедной, гололедно-ветровой и ветровой нагрузок на провод промежуточного пролета с отложениями или без них не содержатся измерители относительного направления ветра и скорости ветра и по выходным сигналов этих измерителей не вычисляется ветровая нагрузка на провод без отложений, эта нагрузка не сравнивается с фактической ветровой нагрузкой, вычисленная гололедная нагрузка не сравнивается с фиксированным весовым порогом, и результаты сравнений не объединяются в виде выходного сигнала устройства на элементе "ИЛИ" для выработки решения о наличии или отсутствии отложений на проводе.

Описание устройства

Описание устройства обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи поясняется фиг.1 - 6. На фиг.1 показана функциональная схема устройства, на фиг.2 - векторные диаграммы работы силоизмерительных датчиков в V-образной подвеске провода при четырех основных возможных вариантах нагрузок на провод промежуточного пролета, на фиг.3-6 показаны соответственно схемы первого, второго, четвертого и третьего функциональных преобразователей, реализующих вычисления по величинам нагрузок N₁ и N₂ на каждый из двух силоизмерительных датчиков, гололедно-ветровой N_сум (фиг.3), суммарной гололедной с весом провода и крепежной арматуры V (фиг.4), вычисления по скорости W и относительному направлению (азимуту) ветра β ветровой нагрузки на провод без отложений Р_в(р) (с уставкой по ветру ΔР_в(р)) (фиг.5) и фактической ветровой нагрузки Р_в(ф) (фиг.6).

На фиг.1 показана схема размещения измерителя направления ветра 1 и измерителя скорости ветра 2 на нижней траверсе 22 одностоечной промежуточной опоры 21, схема подвески силоизмерительных датчиков 3 и 4 на нижней траверсе 22 с гирляндами изоляторов 23 и 24, поддерживающих фазный провод 25, и функциональная схема собственно самого устройства обнаружения отложений. Устройство содержит измеритель относительного направления ветра 1, измеритель скорости ветра 2, два силоизмерительных датчика 3 и 4, четырехканальное устройство телепередачи 5, четыре функциональных преобразователя 6, 7, 9 и 10, формирователь порога 8, два пороговых элемента 11 и 12 и логический элемент ИЛИ 13.

На фиг.3 представлена схема первого функционального преобразователя 6, имеющего два входа N₁ и N₂ и включающего в себя четыре умножителя 14, формирователь 15 постоянной величины 2 cosγ, два сумматора 16 и элемента извлечения квадратного корня 17.

На фиг.4 приведена схема второго функционального преобразователя 7, имеющего два входа N₁ и N₂ и состоящего из сумматора 16, формирователя 18 постоянной величины sinγ и умножителя 14.

На фиг.5 приведена схема четвертого функционального преобразователя 9, имеющего два входа β и W и состоящего из формирователя 19 сигнала переменной величины sin²β из входного сигнала β, двух умножителей 14 и формирователя 20 постоянной величины множителя К.

На фиг.6 показана схема третьего функционального преобразователя 10 и векторная диаграмма его работы. Этот преобразователь имеет два входа N_сум и V и состоит из двух умножителей 14, сумматора 16 и элемента извлечения квадратного корня 17. На векторной диаграмме фиг.6, как и на других листах описания заявки и чертежей, обозначено: V₀ - вес двух гирлянд изоляторов с проводом промежуточного пролета и крепежной арматуры, V' - вес отложений на этом проводе, V - суммарный вес двух гирлянд изоляторов с крепежной арматурой, проводом промежуточного пролета и с отложениями на нем, Р_В(ф) - фактическая ветровая нагрузка, Р_В(р) - расчетная ветровая нагрузка на провод без отложений (с уставкой по ветру ΔР_В(р)) (ΔР_В(р) - уставка превышения фактической ветровой нагрузки расчетной для оптимального обнаружения отложений на проводе по аэродинамическому сопротивлению): и N_сум - суммарная гололедно-ветровая нагрузка на провод с весом двух гирлянд изоляторов, крепежной арматуры и провода промежуточного пролета.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с принципом действия в устройстве одновременно и в согласованном взаимодействии работают 2 канала измерения: канал измерения фактических гололедной и ветровой нагрузок на провод с отложениями или без них и канал измерения ветровой нагрузки на провод без отложений. Второй канал принципиально не работает, если не работает первый канал. При описании работы устройства рассмотрим работу этих двух каналов последовательно друг за другом, а затем в их взаимодействии друг с другом, которое позволяет достичь цели изобретения.

Силовая нагрузка на провод промежуточного пролета и, следовательно, на V-образную подвеску в общем случае состоит из трех составляющих: V₀, V' и Р_В(ф). Действуют эти три составляющие независимо друг от друга, и V₀ не может быть равной нулю. Учитывая эти обстоятельства, принципиально возможны шесть вариантов силовой нагрузки на V-образную подвеску провода, два последних из которых отличаются только противоположным направлением ветра, поэтому рассмотрим только четыре основных варианта, представленных на фиг.2.

Первый вариант - отложений на проводе нет V'=0, ветра нет Р_В(ф)=0, и, следовательно, датчики 3 и 4 воспринимают вес двух гирлянд изоляторов 23 и 24 с соответствующей крепежной арматурой вместе с весом провода 25 промежуточного пролета V₀, выходные сигналы датчиков 3 и 4 равны между собой N₁=N₂, V=V₀, N_сум=V₀ (фиг.2, а).

Во втором варианте - отложения на проводе есть V'>0, ветра нет Р_В(ф)=0, к V₀ добавляется вес отложений V', сигналы с датчиков 3 и 4 равны между собой, и больше по величине, чем в первом варианте нагрузки N'=N'₂>N₁=N₂, V=V₀+V', N_сум=V₀+V' (фиг.2, б).

При третьем варианте - отложений на проводе нет V'=0, есть ветер, например, слева направо P_В(ф)>0, к V₀ перпендикулярно добавляется ветровая нагрузка Р_В(ф), выходные сигналы датчиков 3 и 4 не равны между собой N₁>N₂, V=V₀, (фиг.2, в). В случае, если ветер дует справа налево, векторная диаграмма будет представлять собой зеркальное отображение фиг.2,в и на ней только векторы N₁ и N₂ поменяются местами.

При четвертом варианте - есть отложения на проводе V'>0 и есть ветер, например, слева направо Р_В(ф)>0, к V₀ добавляется вес отложений на проводе V' и ветровая нагрузка Р_В(ф), перпендикулярная гололедной, сигналы с датчиков 3 и 4 не равны между собой N₁>N₂, V=V₀+V', (фиг.2,г). В случае, если ветер дует справа налево, то векторная диаграмма будет представлять собой зеркальное отображение фиг.2, г и на ней только вектора N₁ и N₂ поменяются местами.

Более подробно рассмотрим работу предлагаемого устройства при одновременном воздействии ветра и отложений на провод по четвертому варианту (фиг.2,г), а для остальных трех вариантов силовых нагрузок отметим только изменения в его работе, обусловленные отсутствием тех или иных составляющих нагрузки.

Предположим, что на провод 25 с отложениями на нем с некоторой силой воздействует (дует) ветер слева направо поперек оси визирования воздушной линии электропередачи, как показано на фиг.2,г. Сигналы датчиков N₁>N₂ (и наоборот, если ветер дует справа налево, то N₁<N₂) в виде напряжений или токов соответственно через отдельные первый и второй каналы устройства телепередачи 5 поступают параллельно на соответствующие входы функциональных преобразователей 6 и 7. Первый функциональный преобразователь 6 (фиг.3) по входным сигналам N₁ и N₂ вычисляет величину гололедно-ветровой нагрузки N_сум, по выражению . В нем угол γ=180°-α, а угол α - это угол между осями гирлянд изоляторов в месте их соединения и крепления к ним провода. Второй функциональный преобразователь 7 (фиг.4) по входным сигналам N₁ и N₂ вычисляет величину V по выражению V=(N₁+N₂)×sinγ. Сигнал гололедно-ветровой нагрузки N_сум с выхода первого функционального преобразователя 6 (фиг.1) поступает на первый вход третьего функционального преобразователя 10. Сигнал V=V'+V₀ с выхода второго функционального преобразователя 7 поступает на второй вход третьего функционального преобразователя 10 и на первый вход первого порогового элемента 11, на второй вход которого поступает сигнал V₀+ΔV с выхода формирователя порога 8. Выход первого порогового элемента 11 соединен с первым входом логического элемента ИЛИ 13. Третий функциональный преобразователь 10 (фиг.6) вычисляет величину фактической ветровой нагрузки на провод по выражению , которая с выхода третьего функционального преобразователя 10 (фиг.1) поступает на первый вход второго порогового элемента 12. Одновременно с этим под действием ветра измеритель относительного направления ветра 1 и измеритель скорости ветра 2 вырабатывают соответствующие сигналы β и W, которые через отдельные четвертый и третий каналы устройства телепередачи 5 поступают соответственно на второй и первый вход четвертого функционального преобразователя 9. Функциональный преобразователь 9 (фиг.7) рассчитывает ветровую нагрузку на провод промежуточного пролета без отложений Р_В(р) (с уставкой ΔP_в(р)) по выражению P_В(р)=sin²β×W×K=Р_в(ф)+ΔP_в(р), где К - коэффициент пропорциональности для конкретного провода с сечением F, длиной L. Сигнал Р_В(р)=Р_в(р)+ΔР_в(р) с выхода четвертого функционального преобразователя 9 (фиг.1) поступает на второй вход второго порогового устройства 12, где сравнивается с Р_В(ф). Результат сравнения с выхода второго порогового устройства 12 поступает на второй вход логического элемента ИЛИ 13.

В рассматриваемом варианте нагрузки при высоком удельном весе отложений на проводе V'>0 величина V=V₀+V' на первом входе первого порогового элемента 11 будет больше, чем V₀+ΔV (при соответствующем выборе уставки обнаружения ΔV), пороговый элемент 11 сформирует сигнал превышения, который через логический элемент 13 будет выдаваться в качестве сигнала "Есть отложения". Уставка ΔV - оптимальная величина, выбранная исходя из заданной вероятности обнаружения отложений с высоким удельным весом. А канал обнаружения по ветровому давлению в этом случае наиболее вероятно не сработает, т.к. диаметр муфт отложений с высоким удельным весом (чистого гололеда) при заданном весе будет значительно меньше, чем диаметр муфт инея, изморози или их смесей. В случае, если имеются отложения на проводе с малым удельным весом, весовой обнаружитель наиболее вероятно не сработает, а канал обнаружения по ветровому давлению наиболее вероятно сработает, т.к. Р_В(ф)>Р_В(р) на величину не меньше, чем уставка ΔР_В(р). Это объясняется тем, что за счет увеличения площади сечения провода на толщину отложений перпендикулярного ветровому потоку (ветровому давлению) возрастает пропорционально увеличению диаметра отложений, что приводит к увеличению силы аэродинамического сопротивления этому ветру - увеличению фактической ветровой нагрузки на провод Р_В(ф), которая при наличии отложений на проводе всегда будет больше, чем величина рассчитываемой ветровой нагрузки на этот же провод без отложений Р_В(р) с учетом уставки ΔР_В(р). Следовательно, сигнал Р_В(ф) при наличии отложений на проводе больше по величине, чем сигнал Р_В(р)+ΔР_В(р), и второй пороговый элемент 12, сравнив их между собой по величине, сформирует сигнал наличия отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, который через второй вход логического элемента ИЛИ 13 в виде сигнала "Есть отложения" появится на выходе устройства.

При третьем варианте нагрузки - отложений на проводе нет V'=0, но есть боковой ветер слева направо Р_В(ф)>0, функциональный преобразователь 6 сформирует нагрузку на провод промежуточного пролета , преобразователь 7 вычислит V=V₀, которая не превысит V=V₀+ΔV на первом пороговом элементе 11, и он не выдаст сигнал обнаружения отложений на проводе, преобразователь 10 вычислит , функциональный преобразователь 9 вычислит Р_В(р)+ΔР_в(р), которая в этом случае будет меньше Р_в(ф), и поэтому второй пороговой элемент 12 не выдаст сигнала обнаружения отложений на проводе. Следовательно, на выходе элемента ИЛИ 13 будет сигнал «Нет отложений».

При втором варианте нагрузки - есть отложения на проводе V'>0, бокового ветра нет, N₁=N₂, N_сум=V=V₀+V', преобразователь 9 вычислит величину Р_В(р)+ΔP_В(р)>0, а преобразователь 10 вычислит величину Р_В(ф)=0, второй пороговой элемент 12 сигнала обнаружения не выдаст, преобразователь 7 вычислит V=V'+V₀, которая в случае высокого удельного веса отложений превысит уставку V₀+ΔV на первом пороговом элементе 11, и сформируется сигнал обнаружения отложений на проводе. Если же удельный вес отложений будет небольшой, то и весовой канал не обнаружит отложения на проводе - произойдет пропуск обнаружения отложений.

При первом варианте нагрузки - нет отложений и нет ветра, соответственно ни на одном из пороговых элементов превышения сравниваемых сигналов не будет, сформируется правильное решение «Нет отложений» и соответственно на выходе устройства ложного сигнала обнаружения отложений не будет.

Таким образом, за счет введения и использования двух некоррелированных между собой порогов удается существенно повысить вероятность обнаружения отложений на проводе с малыми удельными плотностями при несущественном увеличении вероятности ложного обнаружения отложений.

Следует заметить, что в предлагаемом устройстве обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи вероятность обнаружения всех возможных видов отложений будет, при прочих равных условиях, возрастать за счет увеличения вероятности правильного обнаружения отложений с малыми удельными плотностями (которые пропущены весовым каналом обнаружения) аэродинамическим каналом при незначительном увеличении вероятности ложного обнаружения.

Четырехвходовое устройство телепередачи 5 (фиг.1) может быть реализован в виде одного общего канала телепередачи с временным уплотнением, имеющего входной коммутатор с четырьмя входами от измерителей и датчиков 1, 2, 3 и 4, общий канал телепередачи, устройство выборки и хранения с четырьмя отдельными выходами на функциональные преобразователи 6, 7, 9 и формирователь синхронизирующих импульсов, обеспечивающий поочередное соединение первого входа только с первым выходом, второго входа только со вторым и т.д.

Если заявляемое устройство использовать для обнаружения отложений на грозозащитном тросе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, то в самом устройстве нужно изменить только значение коэффициента К и уставку V₀+ΔV и грозотрос 26 закрепить на V-образную подвеску с силоизмерительными датчиками, аналогичную рассмотренной для фазного провода, как показано на фиг.1, слева вверху.

Так как все остальные климатические воздействия (температура, давление, влажность и т.д.) и изменения режимов работы воздушной линии электропередачи оказывают практически одинаковое влияние на силоизмерительные датчики и используется общее устройство телепередачи, а сравнение сигналов датчиков производится дифференциально (относительно друг друга), то перечисленные воздействия практически не влияют на точность измерений и устройство для всех типов опор воздушных линий электропередачи дистанционно автоматически непрерывно в реальном масштабе времени на промежуточном пролете производит обнаружение всех возможных видов отложений, в том числе и с малыми удельными плотностями на проводе (грозотросе) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №1173473, МПК Н 02 G 7/16, 1985.

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

3. Авт. свид. СССР №603034, МПК Н 02 G 7/16, 1978.

4. Заявка на изобретение №2004117685/09(019083) от 10.06.2004.

5. Патент на изобретение РФ №2145758, МПК Н 02 G 7/16, 2000.

6. Патент на изобретение РФ №2212744, МПК Н 02 G 7/16, 2003.

7. Авт. свид. СССР №519806, МПК Н 02 G 7/16, 1976.

Использование: при мониторинге воздушных линий электропередачи для проведения своевременной плавки отложений на проводах (тросах). Технический результат заключается в автоматизации процесса обнаружения гололедно-снеговых и изморозевых отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи при малых удельных плотностях этих отложений. Устройство обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи содержит устройство телепередачи, два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов, нижние концы обеих гирлянд изоляторов соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску, к которой прикреплен провод, верхние концы датчиков крепятся к траверсе опоры на расстоянии друг от друга, равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя с V-образной подвеской равносторонний треугольник, измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра, четыре функциональных преобразователя, формирователь порога, два пороговых элемента и логический элемент ИЛИ. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, содержащее устройство телепередачи и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов, нижние концы обеих гирлянд изоляторов соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску, к которой прикреплен провод, верхние концы датчиков крепятся к траверсе опоры на расстоянии друг от друга, равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя с V-образной подвеской равносторонний треугольник, отличающееся тем, что дополнительно введены измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра, четыре функциональных преобразователя, формирователь порога, два пороговых элемента и логический элемент ИЛИ, при этом первый и второй силоизмерительные датчики, измерители скорости ветра и относительного направления ветра соответственно подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам устройства телепередачи, первый и второй выходы устройства телепередачи подключены параллельно к соответствующим входам первого функционального преобразователя, вычисляющего величину суммарной гололедно-ветровой нагрузки на провод, и второго функционального преобразователя, вычисляющего суммарный вес двух гирлянд изоляторов с крепежной арматурой, проводом промежуточного пролета и с отложениями на нем, к выходу первого функционального преобразователя подключен первый вход третьего функционального преобразователя, вычисляющего величину фактической ветровой нагрузки на провод, на выход второго функционального преобразователя подключен второй вход третьего функционального преобразователя и первый вход первого порогового элемента, выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, к второму входу первого порогового элемента подключен выход формирователя порога, третий и четвертый выходы устройства телепередачи подключены соответственно к первому и второму входам четвертого функционального преобразователя, вычисляющего ветровую нагрузку на провод промежуточного пролета без отложений, выход третьего и выход четвертого функциональных преобразователей подключены соответственно к первому и второму входам второго порогового элемента, выход которого подключен к второму входу логического элемента «ИЛИ», первый и второй выходы логического элемента ИЛИ являются соответственно первым и вторым выходами устройства.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхние концы силоизмерительных датчиков крепятся к траверсе опоры на расстоянии друг от друга, не равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя с V-образной подвеской равнобедренный треугольник.