СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОТЛОЖЕНИЙ НА ПРОВОДЕ АНКЕРНОГО ПРОЛЕТА ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК H02G7/16 H04B3/54 

Способ обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линий электропередачи и устройство для его осуществления.

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

Уровень техники.

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

Известны также инструментальные параметрические способы обнаружения и измерения параметров 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; приращения волнового коэффициента затухания в полуволновом вибраторе, образованном короткозамкнутыми проводами расщепленной фазы, за счет 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 в устройстве для обнаружения отложений на расщепленных фазных проводах линий электропередачи, использующем полуволновый вибратор как измеритель волнового затухания, вызываемого отложениями, т.к. затухание в полуволновом вибраторе увеличивается только под действием появляющихся отложений в пределах участка провода, составляющего вибратор. Существенным недостатком такого устройства является сложность технической реализации и небольшой линейный размер контролируемого участка линии (для длины волны 3 км контролируемый участок то же 3 км).

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 пороговых нагрузок (значимых гололедных и гололедно-ветровых, опасных, допустимых нагрузок и т.д.). Главным недостатком устройств, реализующих этот способ обнаружения, является то, что каждое устройство может обнаруживать отложения только «на своем» промежуточном пролете. Кроме того, известные устройства не разделяют гололедно-ветровую нагрузку на провод на составляющие гололедную и ветровую нагрузки, а соотношение между этими составляющими зависит от вида отложений, вида распределения отложений и длины промежуточного пролета.

Для промежуточного пролета воздушной линии электропередачи известно устройство для измерения отдельно гололедной и ветровой нагрузок, основанное на вычислении гололедной и ветровой нагрузок по измеренным величинам гололедно-ветровой нагрузки, и угла отклонения гирлянды изоляторов с проводом под действием ветра 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 (задающего элемента). 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 трансформаторе появляется при наличии переменного магнитного поля, вызванного переменным током.

Также для промежуточного пролета воздушной линии электропередачи 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 всегда 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) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи [7], которое может применяться на проводах и тросах промежуточных пролетов многоцепных линий с любыми типами опор, выбранное в качестве прототипа для устройства обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, реализующего заявляемый способ обнаружения отложений. Прототип содержит канал (устройство) телепередачи, коммутатор и два пружинных весовых датчика с контактными группами весовой уставки на подвижной оси датчика, на которой подвешен провод. 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 (невертикальном) 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, несвязанное с появлением отложений (из-за переменного ветра), будет вызывать появление сигнала обнаружения. Следовательно, рассматриваемое устройство имеет низкую вероятность правильного обнаружения отложений всех возможных видов на промежуточном пролете воздушной линии электропередачи.

Следует подчеркнуть, что все рассмотренные выше способы и устройства реализуют обнаружение на проводе (грозотросе) только одного промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, что существенно снижает возможности применения их для контроля всей линии, включающей в себя, как правило, сотни - тысячи промежуточных пролетов.

Сущность изобретения.

Целями изобретения является разработка способа автоматического обнаружения появления гололедных, снеговых, изморозевых отложений и их смесей на проводе (фазном проводе или грозозащитном тросе) всего анкерного пролета или любого промежуточного пролета или любых сочетаний промежуточных пролетов в пределах контролируемого анкерного пролета воздушной линии электропередачи и разработка устройства для его осуществления.

Поставленные цели достигаются тем, что в соответствии с заявляемым способом на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи в начале и в конце анкерного пролета одновременно измеряют тяжения натяжных гирлянд провода, а также измеряют тяжения обеих гирлянд Л-образной подвески провода среднего (любого) промежуточного пролета в этом же анкерном. По тяжениям гирлянд Л-образной подвески рассчитывают весовую нагрузку на нее, тяжения натяжных гирлянд и тяжения гирлянд Л-образной подвески провода попарно сравнивают между собой и, если хотя бы для одной пары они не равны, то принимают окончательное решение о наличии отложений на проводе. При равенстве тяжений каждой пары для принятия окончательного решения для Л-образной подвески сравнивают рассчитанную весовую нагрузку с суммарным весом изоляторов, крепежной арматуры и провода среднего (любого) промежуточного пролета, при этом, если рассчитанная весовая нагрузка превышает этот суммарный вес, то принимают решение о наличии отложений на проводе, а если рассчитанная весовая нагрузка равна этому суммарному весу, то принимают решение об отсутствии отложений на проводе анкерного пролета.

В устройстве для осуществления заявляемого способа обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, использующем известные устройство телепередачи и крепление двух силоизмерительных датчиков с соответствующими гирляндами изоляторов к траверсе опоры, эти силоизмерительные датчики с гирляндами изоляторов соединены в виде равносторонней Л-образной подвески провода и дополнительно введены два датчика тяжения натяжных гирлянд изоляторов, каждый из которых установлен соответственно в начале и в конце анкерного пролета между гирляндой изоляторов и телом анкерной опоры, а также элементы, реализующие дифференциальную обработку сигналов со всех четырех датчиков и сравнения результатов обработки с установленными порогами обнаружения отложений на проводе. Введенные дополнительные датчики тяжений натяжных гирлянд вместе с известными датчиками, включенными в Л-образную подвеску, и дополнительные элементы обработки позволяют вычислить гравитационную (весовую) нагрузку на поддерживающую гирлянду провода промежуточного пролета и вычислить дифференциальные разности тяжений натяжных гирлянд провода анкерного пролета и тяжений обеих гирлянд Л-образной подвески провода, вычисленные величины сравнить с соответствующими порогами и, по результатам сравнения, выработать решение о наличии отложений на проводе анкерного пролета, если они больше соответствующих порогов или об отсутствии отложений на проводе, если они равны или меньше порогов.

Заявляемое устройство, реализуя заявляемый способ обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, обеспечивает непрерывное автоматическое в реальном масштабе времени телеизмерение тяжений натяжных гирлянд провода и тяжений обеих гирлянд Л-образной подвески провода среднего (любого) промежуточного пролета воздушной линии электропередачи с любыми рабочими напряжениями, на любых типах опор для автоматического обнаружения появления отложений на проводе (фазном проводе или грозозащитном тросе) любого количества промежуточных пролетов, входящих в контролируемый анкерный пролет.

Раскрытие изобретения.

Предметом изобретения является способ обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи и устройство для его осуществления.

Способ обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, заключающийся в том, что одновременно в начале и в конце анкерного пролета измеряют тяжения натяжных гирлянд провода и тяжения обеих гирлянд Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета, по тяжениям гирлянд Л-образной подвески рассчитывается весовая нагрузка на нее, тяжения натяжных гирлянд и тяжения гирлянд Л-образной подвески провода попарно сравниваются между собой и если хотя бы для одной пары они не равны, то принимают окончательное решение о наличии отложений на проводе, а при равенстве тяжений каждой пары для принятия окончательного решения сравнивают рассчитанную весовую нагрузку с суммарным весом изоляторов, крепежной арматуры Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета, при этом, если рассчитанная весовая нагрузка превышает этот суммарный вес, то принимают решение о наличии отложений на проводе, а если рассчитанная весовая нагрузка равна этому суммарному весу, то принимают решение об отсутствии отложений на проводе анкерного пролета.

Устройство обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, осуществляющее заявляемый способ, содержащее устройство телепередачи и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов среднего промежуточного пролета, отличающееся согласно изобретению тем, что дополнительно введены два датчика тяжений натяжных гирлянд, каждый из которых установлен соответственно в начале и в конце анкерного пролета между гирляндой изоляторов и телом анкерной опоры, два устройства телепередачи, функциональный преобразователь, два сумматора, три формирователя порогов, три пороговых устройства и элемент "ИЛИ", при этом в промежуточном пролете верхние концы обоих датчиков закреплены шарнирно в одной точке траверсы, а нижние концы гирлянд изоляторов закрепляются на проводе на расстоянии друг от друга, равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя таким образом Л-образную подвеску в виде равностороннего треугольника, датчик тяжения в начале анкерного пролета через третье устройство телепередачи подключен ко второму входу второго сумматора, датчик тяжения в конце анкерного пролета через второе устройство телепередачи соединен с первым входом второго сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего порогового устройства, второй вход третьего порогового устройства соединен с выходом третьего формирователя порогов, выход третьего порогового устройства соединен с третьим входом элемента "ИЛИ", первый и второй силоизмерительные датчики Л-образной подвески провода подключены соответственно ко второму и первому входам первого устройства телепередачи, первый и второй выходы которого подключены параллельно к соответствующим входам функционального преобразователя и первого сумматора, выход функционального преобразователя соединен с первым входом первого порогового устройства, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя порога, выход первого порогового устройства соединен с первым входом элемента "ИЛИ", второй вход элемента "ИЛИ" соединен с выходом второго порогового устройства, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а второй вход второго порогового устройства соединен с выходом второго формирователя порога, первый и второй выходы элемента "ИЛИ" являются выходами устройства.

Указанная совокупность признаков позволяет достичь целей изобретения в соответствии с заявляемым способом обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, устройство для его осуществления автоматически, одновременно и непрерывно измеряет тяжения натяжных гирлянд провода анкерного пролета и тяжения обеих гирлянд Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета, по тяжениям гирлянд Л-образной подвески рассчитывает весовую нагрузку на нее, тяжения натяжных гирлянд и тяжения гирлянд Л-образной подвески провода попарно сравнивает между собой и если хотя бы для одной пары они не равны, то принимает окончательное решение о наличии отложений на проводе, а при равенстве тяжений каждой пары для принятия окончательного решения сравнивает рассчитанную весовую нагрузку с суммарным весом изоляторов, крепежной арматуры Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета, при этом, если рассчитанная весовая нагрузка превышает этот суммарный вес, то принимает решение о наличии отложений на проводе, а если рассчитанная весовая нагрузка равна этому суммарному весу, то принимает решение об отсутствии отложений на проводе анкерного пролета.

Следует отметить, что заявляемый способ обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, заключающийся в одновременном измерении величин текущих тяжений обеих натяжных гирлянд провода анкерного пролета и тяжений обеих гирлянд Л-образной подвески провода среднего (любого) промежуточного пролета, в вычислении по тяжениям гирлянд Л-образной подвески весовой нагрузки на нее, в попарном сравнении тяжения натяжных гирлянд и тяжения гирлянд Л-образной подвески провода между собой и принятии окончательного решения о наличии отложений на проводе при неравенстве этих тяжений, а при равенстве этих тяжений для принятия окончательного решения о наличии отложений в сравнении рассчитанной весовой нагрузки с суммарным весом изоляторов, крепежной арматуры Л-образной подвески провода среднего (любого) промежуточного пролета и принятии решения о наличии отложений на проводе, если рассчитанная весовая нагрузка превышает этот суммарный вес, и принятии решения об отсутствии отложений на проводе анкерного пролета, если рассчитанная весовая нагрузка равна этому суммарному весу, заявителям не известен.

Заявителям также неизвестны и устройства, осуществляющие обнаружение отложений на проводе анкерного пролета.

Вместе с тем, устройство для реализации заявляемого способа обнаружения отложений на проводе анкерного пролета 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, не в одном из известных устройств для измерения гололедной нагрузки на провод промежуточного пролета не содержатся два датчика тяжения натяжных гирлянд провода и по их выходным сигналам не вычисляется дифференциальная разность тяжений, эта разность не сравнивается с порогом для принятия решения о наличии или отсутствии отложений на проводе. Кроме того, в известных устройствах для принятия решения о наличии или отсутствии отложений на проводе промежуточного пролета не применяется Л-образная подвеска и измеренные тяжения Л-образной подвески не сравниваются между собой и вычисленное значение гололедной нагрузки на провод не сравнивается с порогом, соответствующим суммарному весу изолятора, крепежной арматуры и пролета провода без отложений.

Описание устройства для осуществления способа.

Описание устройства для осуществления заявляемого способа обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи поясняется шестью чертежами, представленными на фиг.1 - 6. На фиг.1 показана функциональная схема устройства; на фиг.2 - векторные диаграммы сил, измеряемых датчиками тяжения натяжных гирлянд провода, при четырех вариантах нагрузки на провод анкерного пролета: а) отсутствие ветра (Р_в(ф)=0) и отложений на проводе (V'=0) (N₁=N₄, ΔN=0), б) наличие ветра (Р_в(ф)>0) и отсутствие отложений на проводе (V'=0) (N₁=N4, ΔN=0), в) отсутствие ветра (P_в(ф)=0) и наличие отложений (V'>0), асимметрично распределенных с правым уклоном (справа больше, чем слева по всему анкерному пролету) (N₁<N₄, ΔN>0), г) наличие ветра (P_в(ф)>0) и наличие отложений (V'>0), асимметрично распределенных с левым уклоном (N₁<N₄, ΔN>0); на фиг.3 представлены векторные диаграммы сил, измеряемых датчиками тяжения 2 и 3 в Л-образной подвеске провода при трех вариантах нагрузки на провод контролируемого промежуточного пролета в предположении воздействия на провод перпендикулярного равномерного ветра: а) нет отложений (V'=0) (N₂=N₃, ΔН=0, V=V₂+V₃), б) есть локальные отложения на проводе (V'>0) только правой половины анкерного пролета (N₂<N₃, ΔН>0, V=V₂+V₃), в) есть локальные отложения на приводе (V'>0) только левой половины анкерного пролета (N₂>N₃, ΔН>0, V=V₂+V₃); на фиг.4 показана схема функционального преобразователя, реализующего вычисления по нагрузкам N₃ и N₂ на каждый датчик тяжения в Л-образной подвеске провода промежуточного пролета значений нагрузки отложений с весом двух изоляторов, крепежной арматуры и провода V; на фиг.5 приведены соответственно распределения отложений на проводе контролируемого (A_j-A_j+1) и смежных с ним (A_j-1-A_j, А_j+1-А_j+2) анкерных пролетов и схемы работы контролируемого анкерного пролета: а) при симметричных локальных отложениях, б) при смещении локальных отложений на один промежуточный пролет вправо; на фиг.6 более подробно представлены распределения «мощности» отложений G_отл и соответствующие им распределение тяжений провода (T₁÷T₆, ) в трех смежных анкерных пролетах с фиг.5а; на фиг.6а - для анкерного пролета A_j-A_j+1; на фиг.6б - для пролета A_j-1-A_j, на фиг.6в - для пролета A_j+1-А_j+2.

На фиг.1 сверху показана схема размещения датчиков тяжений 1 и 4, измеряющих тяжения натяжных гирлянд изоляторов 24 и 25 между анкерными опорами 21 и 23, схема Л-образной подвески датчиков тяжения 2 и 3 на траверсе промежуточной опоры 22 с гирляндами изоляторов 26 и 27, поддерживающих фазный провод 28. Ниже на фиг.1 приведена функциональная схема собственно самого устройства обнаружения отложений на проводе анкерного пролета, содержащая два датчика тяжения натяжных гирлянд 1 и 4, два датчика тяжения изоляторов Л-образной подвески 2 и 3, три устройства телепередачи 5, 6 и 7, функциональный преобразователь 8, два сумматора 9 и 10, формирователь порога V₀ 11, формирователь порога 12, формирователь порога ΔN₀ 13, три пороговых устройства 14, 15 и 16 и логический элемент "ИЛИ" 17.

На векторных диаграммах фиг.2, как и на других листах описания заявки и чертежей, обозначено для анкерного пролета: N₀(t₀) - первоначальное (исходное, монтажное) тяжение провода при исходной температуре провода (принято t₀=20 град.С), ΔN(Δt) - приращение тяжения провода из-за уменьшения температуры провода относительно исходной (при увеличении температуры провода направление этого вектора изменится на противоположное), ΔN(P_в(ф)) - приращение тяжения провода вследствии действия на него перпендикулярной составляющей ветра, ΔN(V') - приращение тяжения провода под действием веса отложений.

На векторных диаграммах фиг.3, как и на других листах описания заявки и чертежей, обозначено для промежуточного пролета: V₀ - вес двух гирлянд изоляторов с проводом промежуточного пролета и крепежной арматурой, V' - вес отложений на этом проводе, V - суммарный вес двух гирлянд изоляторов с крепежной арматуры, проводом промежуточного пролета и с отложениями на нем, ΔН - приращение горизонтального тяжения провода, вызванное асимметрией отложений по анкерному пролету, N_сум - суммарная нагрузка на провод с весом двух гирлянд изоляторов, крепежной арматуры и провода промежуточного пролета с отложениями V' или без них.

На фиг.4 приведена схема функционального преобразователя 8, имеющего два входа N₃ и N₂, состоящего из сумматора 18, формирователя 19 постоянной величины sinγ и перемножителя 20.

Устройство работает следующим образом.

В соответствии с принципом действия по заявляемому способу обнаружения отложений на проводе анкерного пролета, в устройстве одновременно и независимо друг от друга работают 2 канала обнаружения отложений на проводе, выходы которых объединены элементом «ИЛИ», являющимся общим выходом устройства обнаружения. Первый канал обнаружения отложений срабатывает при превышении текущей дифференциальной разностью тяжений натяжных гирлянд провода анкерного пролета ее исходной начальной величины, а второй канал обнаружения срабатывает при превышении текущей дифференциальной разностью тяжений гирлянд Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета ее исходной начальной величины, а также при превышении текущей величиной гравитационной (весовой) нагрузки на Л-образную подвеску провода среднего промежуточного пролета суммарного веса изоляторов, крепежной арматуры и провода без отложений. Основным способом обнаружения отложений является обнаружение отложений по дифференциальным разностям тяжений натяжных гирлянд провода в начале и конце анкерного пролета и тяжений изоляторов Л-образной подвески среднего промежуточного пролета, т.к. эти разности появляются при появлении на проводе любого промежуточного пролета или сочетания промежуточных пролетов в анкерном всех возможных видов отложений с асимметрией относительно среднего промежуточного пролета. Под асимметрией отложений относительно среднего промежуточного пролета понимается несовпадение оси симметрии отложений (которые, как правило, симметричны) относительно оси симметрии среднего промежуточного пролета (оси симметрии анкерного пролета) - вероятность такого несовпадения практически равна 1. При работе устройства по этому основному способу обнаружения отложений обе дифференциальные разности (или хотя бы одна) превысят установленные в пороговых устройствах пороги (начальные величины дифференциальных разностей тяжений) и устройство выдаст окончательное решение - "Есть отложения". Также возможно, что сработает и пороговое устройство превышения порога начальной весовой нагрузки в среднем промежуточном пролете. И только в случае симметричных распределений локальных и фронтальных отложений на проводе промежуточных пролетов относительно оси среднего промежуточного пролета эти дифференциальные каналы обнаружения, в соответствии с принципами их работы, сформируют предварительное решение - "Нет отложений", т.к. дифференциальная разность тяжений провода в начале и в конце анкерного пролета и дифференциальная разность тяжений изоляторов Л-образной подвески не изменятся относительно исходных. Но, в этом случае, из-за того, что максимальная весовая нагрузка отложений обязательно окажется в среднем промежуточном пролете, с большой вероятностью произойдет превышение порога начальной весовой нагрузки и устройство выдаст окончательное решение - "Есть отложения".

При описании работы устройства рассмотрим работу обоих каналов обнаружения одновременно по двум наиболее характерным видам распределений отложений на проводе анкерных пролетов воздушной линии электропередачи, представленным на фиг.5 и 6, между которыми находятся все возможные виды распределений отложений.

В устройстве текущая силовая нагрузка уравновешивания замкнутой механической системы анкерного пролета, действующая на провод при любом количестве промежуточных пролетов в анкерном, в общем случае состоит из суммы четырех пар, составляющих N₀(t₀), ΔN(Δt), ΔN(P_в(ф)), ΔN(V') (фиг.2) (возможна также и составляющая непарной исходной асимметрии). Действует каждая пара сил независимо друг от друга, силы каждой пары направлены всегда в противоположные стороны, при этом исходные тяжения провода в начале и конце анкерного пролета N₀ (t₀) могут быть не равны друг другу и не могут быть равны нулю, пара сил ΔN(P_в(ф)) равны всегда между собой (при любом направлении и скорости ветра). Под действием появляющихся на проводе анкерного пролета фронтальных несимметричных или симметричных отложений, у которых ось симметрии не совпадает с осью симметрии среднего промежуточного пролета, возникает дополнительная асимметрия в распределении сил - ΔN(V'), что ведет к дополнительной относительно исходной асимметрии тяжения провода во всем анкерном пролете, проявляющейся в изменении тяжения провода в начале и конце анкерного пролета на датчиках тяжения 1 и 4. Эта асимметрия ими будет зафиксирована в виде изменения абсолютных значений выходных сигналов N₁ и N₄ и в виде разности изменения этих сигналов ΔN=N₄-N₁ относительно исходной. Одновременно, асимметрия отложений будет фиксироваться датчиками тяжения поддерживающих гирлянд 2 и 3 Л-образной подвески провода среднего контролируемого промежуточного пролета ΔN¹=N₃-N₂, векторные диаграммы для которых подобны представленным на фиг.3б и фиг.3в, но у которых оба вектора N₂ и N₃ увеличиваются, но неодинаково относительно друг друга.

Предположим, что симметричные фронтальные отложения имеют смещение вправо относительного среднего промежуточного пролета (фиг.5б) или имеет место, асимметричное распределение отложений по промежуточным пролетам контролируемого анкерного с правым уклоном (фиг.6б). Для этих двух вариантов распределение сил, измеренных датчиками, будет иметь вид, представленный на фиг.2в, и тогда сигнал N₁<N₄. Сигналы N₁ и N₄ через соответствующие каналы телепередачи 7 и 6 поступают на сумматор 10 (фиг.1), работающий в режиме вычитателя, в котором формируется сигнал ΔN разности величин входных сигналов N₁ и N₄ по модулю. Сигнал ΔN с выхода сумматора 10 поступает на первый вход третьего порогового устройства 16, на второй вход которого подается сигнал ΔN₀ (порог обнаружения) с третьего формирователя порогов 13.

Величина сигнала ΔN₀ определяется исходным равенством или возможным неравенством тяжений N₀(t₀) на концах анкерного пролета, при этом, если имеет место исходное равенство, то ΔN₀=0, а при неравенстве - ΔN₀ выбирается по величине исходной разности ΔN₀(t₀). Так как, в двух рассмотренных вариантах распределения отложений произошло одновременное увеличение N₁ и N₄ и увеличение разницы ΔN=N₄ - N₁ из-за асимметрии ΔN(V'), то третье пороговое устройство 16, сравнивая ΔN и ΔN₀, сформирует сигнал превышения ΔN над ΔN₀ - и через элемент "ИЛИ" 17 выдаст сигнал "Есть отложения". Одновременно с формированием дифференциальной разности тяжений натяжных гирлянд ΔN=N₄-N₁ в среднем промежуточном пролете анкерного пролета сформируется тоже дифференциальная разность тяжений гирлянд Л-образной подвески провода ΔN¹=N₃-N₂ (фиг.3в), которая будет небольшой по величине из-за небольшой разницы веса отложений на проводе 3-его и 4-го промежуточных пролетов (фиг.5а). Эта разница ΔN¹ на втором пороговом элементе 15 наиболее вероятно не превысит порог и не выдаст через элемент "ИЛИ" 17 сигнала "Есть отложения". Кроме того, по сигналам N₃ и N₂ функциональный преобразователь 8 вычислит гололедную нагрузку V, которая с определенной вероятностью может превысить порог V₀ на первом пороговом устройстве 14 и элемент "ИЛИ" 17 выдаст сигнал "Есть отложения". Таким же образом работает устройство и при аналогичных фронтальных асимметричных отложениях и смещении симметричных отложений влево по анкерному пролету (фиг.6в и 3б).

При локальных отложениях на проводе анкерного пролета, занимающих 1-2 промежуточных пролета, в случае нахождения этих отложений в пределах 1-2 промежуточных пролетов от начала или конца анкерного пролета они будут восприниматься датчиками 1 и 4 и обрабатываться устройством также как и фронтальные асимметричные отложения. А в случае, когда локальные отложения находятся симметрично относительно среднего контролируемого промежуточного пролета, то дифференциальные разности тяжений натяжных гирлянд в начале и конце анкерного пролета ΔN и тяжений гирлянд Л-образной подвески провода ΔN¹ мало изменятся относительно своих исходных значений и пороги ΔN₀ и на втором пороговом элементе 15 и на третьем пороговом элементе 16 не будут превышены. Но функциональный преобразователь 8 вычислит гололедную нагрузку V, которая наиболее вероятно превысит порог V₀ на первом пороговом устройстве 14 и элемент "ИЛИ" 17 выдаст сигнал "Есть отложения".

В случае, когда локальные отложения находятся слева или справа относительно среднего контролируемого промежуточного пролета в смежных пролетах, то дифференциальная разность тяжений натяжных гирлянд в начале и конце анкерного пролета ΔN будет не большой и наиболее вероятно не превысит порог, а дифференциальная разность тяжений гирлянд Л-образной подвески провода ΔN¹ наиболее вероятно превысит порог на втором пороговом устройстве 15 и сформируется сигнал «Есть отложения» по второму входу элемента «ИЛИ» 17. Одновременно функциональный преобразователь 8 вычислит гололедную нагрузку V, которая наиболее вероятно превысит порог V₀ на первом пороговом устройстве 14 и, следовательно, через первый вход элемента "ИЛИ" 17 будет также выдан сигнал "Есть отложения".

Функциональный преобразователь 8, функциональная схема которого приведена на фиг.4, по величинам входных сигналов N₃ и N₂ вычисляет суммарную нагрузку V по выражению V=(N₃+N₂)×sinγ, где угол γ=180°-α, а угол α - это угол между осями гирлянд изоляторов в месте их соединения и крепления к траверсе (фиг.3), который в принципе может быть любым. Но, при угле α=60° Л-образная подвеска представляет собой равносторонний треугольник и чувствительность обоих датчиков тяжения 2 и 3 по горизонтальным Н₂, Н₃ и вертикальным V₂, V₃ составляющим будет одинаковой и максимальной. Для равностороннего и равнобедренного треугольника выражение для вычисления суммарной нагрузки V не изменится.

Принятая в описании способа и устройства симметрия анкерного пролета относительно контролируемого среднего промежуточного пролета упростило приведенные пояснения, но принципиально способ и устройство не изменится, если контролировать не средний промежуточный пролет, а любой другой в пределах анкерного. Такое изменение ведет только к замене начальных величин исходного механического баланса сил анкерного пролета - V₀, , ΔN₀.

Если заявляемое устройство использовать для обнаружения отложений на грозозащитном тросе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, то нужно средний (любой) промежуточный пролет грозотроса закрепить на Л-образную подвеску с датчиками тяжения, аналогичную рассмотренной для фазного провода и в начале и конце анкерного пролета в натяжных гирляндах грозотроса установить датчики тяжения, как показано на фиг.1 вверху.

Следует заметить, что заявляемый способ обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, как и устройство для его осуществления, позволяет решить задачу дистанционного автоматического обнаружения всех возможных видов отложений на проводе (фазном проводе или грозотросе) анкерного пролета при любом распределении отложений в пределах анкерного пролета с большей вероятностью, чем при использовании известных способов и устройств.

Так как все остальные климатические воздействия (температура, давление, влажность и т.д.) и изменения режимов работы воздушной линии электропередачи оказывают практически одинаковое влияние на гирлянды изоляторов, датчики тяжения, устройства телепередачи, а сравнение сигналов датчиков производится дифференциально (относительно друг друга), то перечисленные воздействия практически не влияют на точность измерений и устройство автоматически непрерывно в реальном масштабе времени на контролируемом анкерном пролете производит обнаружение появления отложений на проводе (грозотросе) любого промежуточного пролета, входящего в этот анкерный.

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. Авт. свид. СССР №1083276, МПК Н 02 G 7/16, 1984.

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.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного обнаружения в реальном масштабе времени на проводе (фазном проводе или грозозащитном тросе) анкерного пролета воздушной линии электропередачи гололедных, снеговых и изморозевых отложений и их смесей при мониторинге воздушных линий электропередачи для проведения своевременной плавки отложений. Технический результат заключается в возможности обнаружения отложений и их смесей на проводе всего анкерного пролета или любого промежуточного пролета, а также в повышении точности измерений. Для этого в способе одновременно в начале и в конце анкерного пролета измеряют тяжения натяжных гирлянд провода и тяжения обеих гирлянд Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета, по тяжениям гирлянд Л-образной подвески рассчитывается весовая нагрузка на нее, тяжения натяжных гирлянд и тяжения гирлянд Л-образной подвески провода попарно сравниваются между собой и, если хотя бы для одной пары они не равны, то принимают окончательное решение о наличии отложений на проводе, а при равенстве тяжений каждой пары для принятия окончательного решения сравнивают рассчитанную весовую нагрузку с суммарным весом изоляторов, крепежной арматуры Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета, при этом, если рассчитанная весовая нагрузка превышает этот суммарный вес, то принимают решение о наличии отложений на проводе, а если рассчитанная весовая нагрузка равна этому суммарному весу, то принимают решение об отсутствии отложений на проводе анкерного пролета. Устройство содержит три устройства телепередачи, два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов среднего промежуточного пролета, два датчика тяжений натяжных гирлянд, каждый из которых установлен соответственно в начале и в конце анкерного пролета между гирляндой изоляторов и телом анкерной опоры, функциональный преобразователь, два сумматора, три формирователя порогов, три пороговых устройства и элемент "ИЛИ". 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, заключающийся в том, что одновременно в начале и в конце анкерного пролета измеряют тяжения натяжных гирлянд провода и тяжения обеих гирлянд Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета, по тяжениям гирлянд Л-образной подвески рассчитывается весовая нагрузка на нее, тяжения натяжных гирлянд и тяжения гирлянд Л-образной подвески провода попарно сравниваются между собой, и если хотя бы для одной пары они не равны, то принимают окончательное решение о наличии отложений на проводе, а при равенстве тяжений каждой пары для принятия окончательного решения сравнивают рассчитанную весовую нагрузку с суммарным весом изоляторов, крепежной арматуры Л-образной подвески провода среднего промежуточного пролета, при этом если рассчитанная весовая нагрузка превышает этот суммарный вес, то принимают решение о наличии отложений на проводе, а если рассчитанная весовая нагрузка равна этому суммарному весу, то принимают решение об отсутствии отложений на проводе анкерного пролета.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первоначальные тяжения обеих натяжных гирлянд провода и тяжения гирлянд Л-образной подвески провода не равны между собой - отличаются друг от друга на некоторую первоначальную разницу; при попарном сравнении величин тяжений окончательное решение о наличии отложений на проводе принимают, если хотя бы для одной пары разница текущих тяжений больше первоначальной разницы тяжений, и если разница текущих тяжений обеих пар равна первоначальной разнице, то принимается предварительное решение о отсутствии отложений на проводе.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что Л-образная подвеска провода может находиться на любом промежуточном пролете контролируемого анкерного.4. Устройство обнаружения отложений на проводе анкерного пролета воздушной линии электропередачи, содержащее устройство телепередачи и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов среднего промежуточного пролета, отличающееся тем, что дополнительно введены два датчика тяжений натяжных гирлянд, каждый из которых установлен соответственно в начале и в конце анкерного пролета между гирляндой изоляторов и телом анкерной опоры, два устройства телепередачи, функциональный преобразователь, два сумматора, три формирователя порогов, три пороговых устройства и элемент "ИЛИ", при этом в промежуточном пролете верхние концы обоих датчиков закреплены шарнирно в одной точке траверсы, а нижние концы гирлянд изоляторов закрепляются на проводе на расстоянии друг от друга, равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя таким образом Л-образную подвеску в виде равностороннего треугольника, датчик тяжения в начале анкерного пролета через третье устройство телепередачи подключен ко второму входу второго сумматора, датчик тяжения в конце анкерного пролета через второе устройство телепередачи соединен с первым входом второго сумматора, выход которого подключен к первому входу третьего порогового устройства, второй вход третьего порогового устройства соединен с выходом третьего формирователя порога, выход третьего порогового устройства соединен с третьим входом элемента "ИЛИ", первый и второй силоизмерительные датчики Л-образной подвески провода подключены соответственно ко второму и первому входам первого устройства телепередачи, первый и второй выходы которого подключены параллельно к соответствующим входам функционального преобразователя и первого сумматора, выход функционального преобразователя соединен с первым входом первого порогового устройства, второй вход которого подключен к выходу первого формирователя порога, выход первого порогового устройства соединен с первым входом элемента "ИЛИ", второй вход элемента "ИЛИ" соединен с выходом второго порогового устройства, первый вход которого соединен с выходом первого сумматора, а второй вход второго порогового устройства соединен с выходом второго формирователя порога, первый и второй выходы элемента "ИЛИ" являются выходами устройства.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что нижние концы гирлянд изоляторов Л-образной подвески крепятся к проводу на расстоянии друг от друга, не равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя равнобедренный треугольник.