УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ВЫБОРОЧНЫМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ КОММУНИКАЦИОННОЙ СХЕМЫ НАПРАВЛЕННЫХ АНТЕНН С МАЛЫМИ ПОТЕРЯМИ Российский патент 2015 года по МПК G01R31/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, которое обеспечивает коммуникацию в дальней зоне без применения разветвителя (распределителя) за счет размещения направленных антенн для беспроводной связи, например связи при помощи системы глобального позиционирования (GPS), мобильной связи, беспроводной локальной вычислительной сети (БЛВС) для связи между узлами, сети ZigBee и т.п., с целью их использования по меньшей мере в двух направлениях в устройстве контроля, которое устанавливается на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии и может выборочно переключать коммуникационную схему с учетом характеристик канала, повреждения линии и т.п., тем самым обеспечивая возможность передачи и приема контрольной информации с высокой степенью надежности даже в плохих условиях окружающей среды.

Уровень техники

В линии передачи и распределения электроэнергии используется провод линии передачи и распределения электроэнергии для ответвления, что позволяет передавать электроэнергию, вырабатываемую на электростанции, на подстанцию или к потребителю, опору линии электропередачи (ЛЭП), представляющую собой конструкцию, способную поддерживать провод линии передачи и распределения электроэнергии, изолятор, устройство заземления и т.п. Такая линия передачи и распределения электроэнергии оснащается устройством контроля и диагностики, которое позволяет измерять, контролировать и диагностировать состояние возбуждения линии передачи и распределения электроэнергии или состояние окружающей среды при помощи предусмотренного в нем датчика, а также выполнять передачу и прием данных по отношению к операционной системе верхнего уровня при помощи проводной/беспроводной связи. Устройство контроля и диагностики, используемое для воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, может также называться системой контроля оборудования передачи электроэнергии, устройством контроля линии передачи электроэнергии, устройством контроля и диагностики линии передачи электроэнергии, интеллектуальным датчиком передачи электроэнергии, датчиком электроэнергии, шариковым датчиком, тороидом линии передачи электроэнергии и т.п.

Устройство контроля и диагностики не может использовать проводную коммуникационную схему из-за наличия освещения, сильного давления ветра и вибрации на высоте от нескольких метров над землей до максимального значения 100 м и больше непосредственной установки на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии со сверхвысоким напряжением от 22 кВ до 765 кВ, при котором температура линии передачи электроэнергии возрастает до максимума +260 градусов в зависимости от нагрузки при передаче электроэнергии, и ограничения на условия установки, состоящего в том, что максимальное расстояние между устройствами контроля и диагностики составляет 1 км. Вследствие этого применяются различные технологии беспроводной связи.

Например, в традиционном устройстве контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии применяется схема размещения направленных антенн для промышленного, научного и медицинского (ПНМ) диапазонов частот 2,4 ГГц, например, выделяемого для беспроводной локальной вычислительной сети (БЛВС), которые обращены в различных направлениях с обеих сторон, и передачи или приема информации от другого устройства или к другому устройству при помощи распределителя электроэнергии (разветвителя). Однако в указанной традиционной схеме, когда сигнал, принимаемый от антенны, проходит через распределитель электроэнергии (разветвитель), происходит ослабление его мощности на 3 дБ и, таким образом, осуществляется прием ослабленного сигнала. Когда выходной электрический сигнал проходит от передающего модуля беспроводной связи через распределитель электроэнергии и, таким образом, передается на силовой фидер антенны, мощность передачи снижается на 3 дБ. Вследствие этого расстояние передачи уменьшается в два раза. Кроме того, если возникает эксплуатационная проблема, такая как увеличение трафика, обусловленное характеристиками канала БЛВС, невозможность захвата канала и т.п., либо происходит аварийный перерыв в энергоснабжении или повреждение линии, связь может быть приостановлена в связи с отсутствием заменяемых средств связи. Соответственно, может ухудшаться надежность.

Раскрытие изобретения

Техническая цель

Настоящее изобретение предназначено для решения упомянутых выше проблем и, таким образом, предлагает устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, которое обеспечивает коммуникацию в дальней зоне без применения разветвителя (распределителя) за счет размещения направленных антенн для беспроводной связи, например беспроводной локальной вычислительной сети (БЛВС) для связи между узлами, сети ZigBee и т.п., с целью их использования по меньшей мере в двух направлениях, и может выборочно переключать коммуникационную схему с учетом характеристик канала (невозможность захвата канала при увеличении трафика, мощность принятого сигнала, битовая ошибка и т.д.), неисправности на линии (аварийный перерыв в энергоснабжении, повреждение линии и т.д.) и т.п., тем самым обеспечивая возможность передачи и приема контрольной информации с высокой степенью надежности даже в плохих условиях окружающей среды.

Настоящее изобретение предлагает также устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, которое, в частности при возникновении аварийного перерыва в энергоснабжении, может переключать коммуникационную схему между узлами со схемы БЛВС, такой как беспроводной Интернет (WiFi), на схему ближней беспроводной связи, такую как ZigBee, используя энергию из устройства для накопления энергии, которая заранее накапливается при помощи линии передачи и распределения электроэнергии, и может работать в соответствии с алгоритмом использования минимальной мощности, поддерживая тем самым высокий уровень надежности.

Техническое решение

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения предлагается устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, установленное на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии и включающее корпус, через который проходит линия передачи и распределения электроэнергии, и боковую часть, которая закрывает оба конца корпуса, через который проходит линия передачи и распределения электроэнергии, при этом корпус включает: модуль системы глобального позиционирования (GPS), выполненный с возможностью генерирования информации системы GPS за счет осуществления связи со спутником системы GPS при помощи набора разнесенных в пространстве антенн, образованных на боковой части; сенсорный модуль, выполненный с возможностью сбора информации о состоянии возбуждения линии передачи и распределения электроэнергии или состоянии окружающей среды; первый беспроводной модуль, второй беспроводной модуль и антенный коммутатор, выполненный с возможностью осуществления связи с другим устройством контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, установленным на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, при помощи набора направленных антенн, образованных на боковой части; и управляющий блок, выполненный с возможностью управления переключением антенного коммутатора для подключения набора направленных антенн к первому беспроводному модулю, когда работает первый беспроводной модуль, и для подключения набора направленных антенн ко второму беспроводному модулю, когда работает второй беспроводной модуль. Управляющий блок передает контрольную информацию, включая информацию о состоянии и информацию системы GPS, при помощи набора направленных антенн, которые подключены к первому беспроводному модулю или второму беспроводному модулю.

Сенсорный модуль может включать инфракрасную (ИК) камеру для получения изображения, отражающего состояние деградации линии передачи и распределения электроэнергии или изолятора, установленного на линии, либо цифровую камеру для получения изображения, отражающего состояние линии передачи и распределения электроэнергии или окружающего участка. Информация об изображении, фиксируемом камерой, может включаться в контрольную информацию.

Первый беспроводной модуль может представлять собой модуль для обработки радиочастотного (РЧ) сигнала и данных коммуникационной схемы беспроводного Интернета (WiFi), при этом второй беспроводной модуль может представлять собой модуль для обработки РЧ-сигнала и данных коммуникационной схемы ZigBee, Bluetooth или коммуникации в ближней зоне (КБЗ).

Устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии может также включать модуль мобильной связи с разнесенным приемом, выполненный с возможностью передачи контрольной информации операционной системе по сети Интернет за счет осуществления связи с базовой станцией мобильной связи при помощи набора вторых разнесенных в пространстве антенн, образованных на боковой части.

Модуль мобильной связи может использоваться выборочно с учетом условий установки устройства контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии. Альтернативно, можно выборочно использовать первый или второй беспроводной модуль, управляя переключением антенного коммутатора.

Если значение, полученное путем анализа мощности радиосигнала, принятого при помощи набора направленных антенн, объема трафика или битовой ошибки, меньше или равно заданному эталонному значению, управляющий блок может приостановить работу первого или второго беспроводного модуля и запустить другой беспроводной модуль.

Устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии может также включать устройство электропитания, выполненное с возможностью подачи питания на устройство контроля за счет самогенерации в магнитоиндукционном трансформаторе тока, использующем магнитопровод, который устанавливается на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии бесконтактным способом.

Устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии может также включать аккумуляторную батарею или суперконденсатор, выполненную(ый) с возможностью хранения заданного количества электроэнергии за счет электроэнергии, подаваемой на воздушную линию передачи и распределения электроэнергии. При возникновении неисправности на линии устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии может работать при помощи электроэнергии аккумуляторной батареи или суперконденсатора, при этом управляющий блок может подключить второй беспроводной модуль, работающий с использованием относительно небольшого количества электроэнергии по сравнению с первым беспроводным модулем.

При возникновении неисправности на линии управляющий блок может включать в контрольную информацию частичную информацию, предварительно выбранную из информации о состоянии возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, информации о состоянии окружающей среды и информации об изображении, зафиксированном камерой, при этом управляющий блок может передавать эту частичную информацию при помощи второго беспроводного модуля, работающего с использованием относительно небольшого количества электроэнергии по сравнению с первым беспроводным модулем.

Информация о состоянии возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии может включать информацию о токе возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, температуре линии или токе, протекающем в поврежденной линии. Информация о состоянии окружающей среды может включать информацию о наклоне воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, кручении линии, направлении ветра, скорости ветра, доступе к деревьям, лесном пожаре, атмосферной температуре или влажности.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается способ контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии при помощи устройства контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, устанавливаемого на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии и включающего корпус, через который проходит воздушная линия передачи и распределения электроэнергии, и боковую часть, которая закрывает оба конца корпуса, через который проходит воздушная линия передачи и распределения электроэнергии, при этом способ контроля в корпусе включает следующие шаги: генерируют с использованием модуля GPS информацию системы GPS за счет осуществления связи со спутником системы GPS при помощи набора разнесенных в пространстве антенн, образованных на боковой части; собирают с использованием сенсорного модуля информацию о состоянии возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии или состоянии окружающей среды; управляют переключением антенного коммутатора для подключения набора направленных антенн к первому беспроводному модулю, когда работает первый беспроводной модуль, и для подключения набора направленных антенн ко второму беспроводному модулю, когда работает второй беспроводной модуль, с целью осуществления связи с другим устройством контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, установленным на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, при помощи набора направленных антенн, образованных на боковой части. Контрольная информация, включая информацию о состоянии и информацию системы GPS, передается при помощи набора направленных антенн, которые подключены к первому беспроводному модулю или второму беспроводному модулю.

Технический результат

Устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения позволяет повысить надежность передачи контрольной информации путем выборочного переключения коммуникационной схемы с учетом характеристик канала (невозможность захвата канала при увеличении трафика, мощность принятого сигнала, битовая ошибка и т.д.), неисправности линии (аварийный перерыв в энергоснабжении, повреждение линии и т.д.) и т.п., а также увеличить радиопокрытие за счет подходящей конфигурации коммутатора и беспроводного модуля связи без использования разветвителя (распределителя) и, вследствие этого, снижения потерь при распределении электроэнергии, которые возникают лишь на двух антеннах, до уровня 0,5 дБ или меньше, и за счет увеличения расстояния передачи в два раза или более по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Кроме того, в случае возникновения неисправности на линии, такой как аварийный перерыв в энергоснабжении или повреждение линии, имеется возможность сохранять высокую надежность в отношении временного или постоянного повреждения линии или устройства путем переключения коммуникационной схемы между узлами со схемы беспроводной локальной вычислительной сети (БЛВС), такой как беспроводной Интернет (WiFi), на схему ближней беспроводной связи, такую как ZigBee, с использованием энергии из устройства для накопления энергии, которая заранее накапливается при помощи линии передачи и распределения электроэнергии, и работы в соответствии с алгоритмом использования минимальной мощности.

Краткое описание графических материалов

На ФИГ.1 представлена схема, изображающая устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ.2A представлен перспективный вид устройства контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ.2B представлен вид источника питания устройства контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

На ФИГ.3 представлена схема, изображающая окружающую среду, в которой устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения устанавливается на линии передачи электроэнергии между опорами линии электропередачи.

На ФИГ.4 представлена схема, изображающая функциональную взаимосвязь между антенным коммутатором и модулем беспроводной локальной вычислительной сети (БЛВС)/модулем ZigBee в устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Осуществление изобретения

Ниже примеры вариантов осуществления настоящего изобретения будут представлены со ссылкой на прилагаемые чертежи и приведенные описания, однако настоящее изобретение не ограничивается ими и не сводится к ним.

На ФИГ.1 представлена схема, изображающая устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Как видно из ФИГ.1, устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения включает управляющий блок 110, память 111, источник питания 112, сенсорный модуль 113, модуль системы глобального позиционирования (GPS) 120, антенны GPS 121 и 122, модуль мобильной связи 130, антенны мобильной связи 131 и 132, антенный коммутатор 140, антенны ближней беспроводной связи 141 и 142, модуль беспроводной локальной вычислительной сети (БЛВС) 150 и модуль сети ZigBee 160, которые предусматриваются в кожухе, изготовленном из определенного материала (например, алюминий используется для корпуса, пластмасса используется для крышки, расположенной с обеих сторон и т.д.) и выполненном таким образом, чтобы через него проходила линия передачи и распределения электроэнергии, как показано на ФИГ.2A. Схема, в состав которой входят управляющий блок 110, память 111, источник питания 112, сенсорный модуль 113, модуль GPS 120, модуль мобильной связи 130, антенный коммутатор 140, модуль БЛВС 150, модуль ZigBee 160 и т.п., может быть соответствующим образом расположена в металлическом (например, алюминиевом) корпусе, через который проходит линия передачи и распределения электроэнергии. Антенны, такие как антенны GPS 121 и 122, антенны мобильной связи 131 и 132 и антенны ближней беспроводной связи 141 и 142, могут быть предусмотрены внутри боковых частей, выполненных из пластмассового материала, покрывающего оба конца корпуса, через который проходит линия, с использованием операций заливки или осаждения. Альтернативно, антенны могут быть изготовлены литьем под давлением и, таким образом, вставлены внутрь (например, двукратное литье крышки и антенны). В настоящем варианте осуществления указано, что количество каждого из таких элементов, как антенны GPS 121 и 122, антенны мобильной связи 131 и 132 и антенны ближней беспроводной связи 141 и 142, равно двум, однако оно не ограничивается этим значением и, таким образом, при необходимости может быть установлено больше трех элементов каждого вида. Как показано на ФИГ.3, предусматривается, что через устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии проходит линия передачи и распределения электроэнергии, которая поддерживается опорой линии электропередачи, в целях ответвления, что позволяет передавать электроэнергию, вырабатываемую на электростанции, на подстанцию или к потребителю. Устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии устанавливают на заданных расстояниях, чтобы обеспечить возможность ближней беспроводной связи, такой как БЛВС (например, WiFi), ZigBee, Bluetooth, коммуникация в ближней зоне (КБЗ) и т.п., с другим узлом (другим устройством контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии).

Источник электропитания 112 включает самогенерирующее устройство электропитания типа магнитоиндукционного трансформатора тока, выполненное с возможностью выработки и обеспечения электроэнергии для работы устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, на основе наведенной ЭДС (электродвижущей силы), которая генерируется при помощи самогенерации с использованием принципа электромагнитной индукции в магнитопроводе (обмотке), установленном на линии передачи и распределения электроэнергии внутри устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии бесконтактным способом. Как показано на ФИГ.2B, в самогенерирующем устройстве электропитания типа магнитоиндукционного трансформатора тока наведенное магнитное поле возникает в направлении, ортогональном направлению потока мощности вдоль тока линии передачи и распределения электроэнергии, на которую подается электропитание. Под действием наведенного магнитного поля наведенная ЭДС снова генерируется в ортогональном направлении при помощи магнитопровода. Линии передачи и распределения электроэнергии служат в качестве первичной обмотки, а магнитопровод кольцевого типа, охватывающий линию передачи и распределения электроэнергии внутри контрольного устройства 100 бесконтактным способом, служит в качестве вторичной обмотки. Здесь величина и направление наведенной ЭДС, генерируемой во вторичной обмотке под действием электромагнитной индукции, определяются законом Фарадея и законом Ленца. Для повышения эффективности генерации наведенной ЭДС, как показано на ФИГ.2B, каждый из по меньшей мере двух магнитопроводов, охватывающих линию бесконтактным способом, может быть разделен для придания ему полукруглой формы, а затем собран с учетом воздушного зазора, расположенного с заданными интервалами. Источник электропитания 112 может включать аккумуляторную батарею или суперконденсатор, выполненную(ый) с возможностью хранения заданного количества электроэнергии за счет электроэнергии, подаваемой на воздушную линию передачи и распределения электроэнергии, с целью подачи электропитания для работы устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, даже если бы подача электроэнергии на линию передачи и распределения электроэнергии была прекращена. Благодаря предварительному сохранению в аккумуляторной батарее или суперконденсаторе заданного количества электроэнергии, которое вырабатывается полупостоянным самогенерирующим устройством электропитания типа магнитоиндукционного трансформатора тока, когда электропитание подается на линию передачи и распределения электроэнергии, источник электропитания 112 может подавать питание на устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии при помощи аккумуляторной батареи или суперконденсатора в течение заданного периода времени, когда возникает неисправность на линии.

Управляющий блок 110 полностью управляет работой устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии и, таким образом, может управлять устройством контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, передавая в реальном времени (например, в случае возникновения события, при котором контрольная информация удовлетворяет заданному условию, такому как заданное значение) контрольную информацию (или контрольную информацию, принятую от другого узла), включающую информацию о состоянии возбуждения (например, о токе возбуждения, температуре линии, токе, протекающем в поврежденной линии, и т.д.) линии передачи и распределения электроэнергии или состоянии окружающей среды (например, о наклоне линии, кручении линии, направлении/скорости ветра, доступе к деревьям, пожаре, таком как лесной пожар, атмосферной температуре или влажности и т.д.), которую воспринимает и собирает сенсорный модуль 113, информацию об изображении, зафиксированном камерой (цифровой камерой, инфракрасной (ИК) камерой и т.д.) и информацию системы GPS, генерируемую модулем GPS 120, или временно сохраняя контрольную информацию в памяти 111 и передавая сохраненную контрольную информацию другому узлу или системе верхнего уровня, такой как операционная система, по сети Интернет при помощи соответствующего модуля через заданные интервалы путем выбора коммуникационной схемы, задаваемой вручную (например, управляемой дистанционно при помощи операционной системы по сети Интернет) или коммуникационной схемы, запрашиваемой автоматически (например, по результатам анализа качества связи может быть выбрана коммуникационная схема, у которой качество связи выше заданного эталонного значения). Например, контрольная информация может передаваться на соответствующую антенну при помощи модуля мобильной связи 130, модуля БЛВС 150 или модуля ZigBee 160, исходя из установочного положения устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии.

В памяти 111 могут храниться различные типы установочных значений или программ для работы устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, при этом она может также включать постоянное запоминающее устройство (ROM, read only memory), память с произвольным доступом (RAM, random access memory), флэш-ПЗУ и тому подобные виды памяти для хранения и чтения контрольной информации.

Сенсорный модуль 113 может включать различные типы датчиков, чтобы воспринимать состояние возбуждения (например, ток возбуждения, температура линии, ток, протекающий в поврежденной линии, и т.д.) линии передачи и распределения электроэнергии или состояние окружающей среды (например, наклон линии, кручение линии, направление/скорость ветра, доступ к деревьям, пожар, такой как лесной пожар, атмосферная температура, влажность (например, дожди и снегопады) и т.д.). Кроме того, для анализа в реальном времени неисправной работы оборудования, такого как линия передачи и распределения электроэнергии, установленный на линии изолятор и т.п., и для проверки состояния линии передачи и распределения электроэнергии или окружающего участка при помощи изображения сенсорный модуль 113 может включать цифровую камеру с использованием формирователя изображений на основе прибора с зарядовой связью (CCD) или комплементарного металлооксидного проводника (КМОП), которая жестко устанавливается или монтируется с возможностью вращения в ответ на команду управления, передаваемую при помощи модуля мобильной связи 130 или модуля беспроводной связи, такого как модуль GPS 150 и модуль ZigBee 160 в соответствии с дистанционным управлением операционной системой по сети Интернет, или ИК-камеру для фиксации теплового изображения. Например, для фиксации изображения, отражающего состояние деградации линии передачи и распределения электроэнергии, изолятора, установленного на линии и т.д., по меньшей мере одна ИК-камера может быть установлена на крышке, расположенной на левой и правой боковых частях. Кроме того, для фиксации состояния линии передачи и распределения электроэнергии или окружающего участка в нижней части корпуса может располагаться по меньшей мере одна цифровая камера.

Модуль GPS 120 осуществляет связь со спутником системы GPS при помощи антенн GPS 121 и 122, которые расположены сверху на верхней оконечной части (соответствуя верхней стороне верхней оконечной части) крышки боковой стороны устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии для нацеливания на спутник GPS и, таким образом, обеспечивает информацию системы GPS, включая информацию о текущем положении (например, широте, долготе, высоте и т.д.) и текущем времени. Модуль GPS 120 позволяет улучшить качество приема сигналов спутника путем измерения сигналов, принятых от антенн GPS 121 и 122, которые представляют собой разнесенные антенны, и объединения разнесенных сигналов в соответствии со способом их обработки и, кроме того, позволяет повысить передаваемую мощность путем передачи необходимых сигналов при помощи двух антенн.

Модуль мобильной связи 130 выполняет основную функцию передачи данных системе верхнего уровня, такой как операционная система. Модуль мобильной связи 130 передает и принимает необходимые данные на/от базовой станции мобильной связи при помощи антенн мобильной связи 131 и 132, которые расположены снизу на нижней концевой части (соответствуя нижней стороне всей боковой части/нижней концевой части) крышки боковой стороны устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии для нацеливания на базовую станцию мобильной связи, установленную на земле. Модуль мобильной связи 130 позволяет улучшить качество приема сигналов, принятых от базовой станции мобильной связи, путем измерения сигналов, принятых от антенн мобильной связи 131 и 132, которые представляют собой разнесенные антенны, и объединения разнесенных сигналов в соответствии со способом их обработки и, кроме того, позволяет повысить передаваемую мощность путем передачи необходимых сигналов при помощи двух антенн.

Схема мобильной связи модуля мобильной связи 130 может включать любой вид связи по беспроводной глобальной сети (WWAN, wireless wide area network), такой как многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA, code division multiple access), широкополосный CDMA (WCDMA), система персональной связи (PCS, personal communication system), глобальная система мобильной связи (GSM, global system for mobile communications), стандарт «долгосрочное развитие» (LTE, long term evolution) и беспроводной Интернет (такой как высокоскоростная технология передачи данных WiBro), например. При приеме беспроводного сигнала соответствующей коммуникационной схемы при помощи антенн мобильной связи 131 и 132 модуль мобильной связи 130 может преобразовать частоту принятого сигнала с понижением до частоты модулирующего сигнала, а затем выполнить сжатие и канальное декодирование модулирующего сигнала. При передаче требуемого сигнала модуль мобильной связи 130 может выполнить расширение спектра и канальное кодирование передаваемых данных, преобразование частоты данных с повышением до частоты беспроводного сигнала, а затем передать беспроводной сигнал на базовую станцию мобильной связи при помощи антенн мобильной связи 131 и 132. Благодаря упомянутой выше обработке, выполняемой модулем мобильной связи 130, собранную контрольную информацию (включая, например, информацию о состоянии и информацию системы GPS) можно передавать на базовую станцию мобильной связи и, в конечном счете, передавать системе верхнего уровня, такой как операционная система, представляющей собой конечный адресат, по сети Интернет.

Необходимо отметить, что собранная контрольная информация (включая, например, информацию о состоянии и информацию системы GPS) может передаваться при помощи соответствующих антенн 131 и 132, подключенных к модулю мобильной связи 130, управляющим блоком 110. Однако в случае, когда устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии устанавливается на линии передачи и распределения электроэнергии в таком районе, как горная местность, морское побережье или пустыня, где поблизости не установлена базовая станция мобильной связи и вследствие этого осуществление мобильной связи невозможно, управляющий блок 110 может выбирать модуль БЛВС 150 или модуль ZigBee 160 и управлять переключением антенного коммутатора 140. Таким образом, управляющий блок 110 может управлять соответствующим выбранным модулем, передавая контрольную информацию (включая, например, информацию о состоянии и информацию системы GPS) на другой узел (другое устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии) при помощи антенн ближней беспроводной связи 141 и 142, чтобы соответствующий узел или другой узел мог передать контрольную информацию системе верхнего уровня, такой как операционная система, по сети Интернет.

Например, набор соседних узлов (устройств контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии) может работать как кластер в форме самоорганизующейся сети. Когда каждый ведомый узел передает контрольную информацию (включая, например, информацию о состоянии и информацию системы GPS) другому ведомому узлу или ведущему узлу, ведущий узел может собирать передаваемую контрольную информацию и передавать собранную контрольную информацию системе верхнего уровня, такой как операционная система, по сети Интернет, подключенной к нему, в реальном времени или через заданные интервалы.

Здесь модуль БЛВС 150 может осуществлять связь по протоколу WiFi. Модуль ZigBee 160 представлен только для примера и, таким образом, может быть заменен другим модулем, выполненным с возможностью осуществления связи по любому протоколу, относящемуся к ближней беспроводной связи, такому как протокол Bluetooth и КБЗ.

На ФИГ.4 представлена схема, изображающая функциональную взаимосвязь между антенным коммутатором 140 и модулем беспроводной локальной вычислительной сети (БЛВС)/модулем ZigBee 160 в устройстве контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Как видно из ФИГ.4, антенный коммутатор 140 включает первый коммутатор 145 и второй коммутатор 146. Модуль БЛВС 150 включает первый РЧ-модуль 151, второй РЧ-модуль 152 и блок обработки сигналов 153. Модуль ZigBee 160 включает первый РЧ-модуль 161, второй РЧ-модуль 162 и блок обработки сигналов 163.

Антенны ближней беспроводной связи 141 и 142 представляют собой направленные антенны с высоким коэффициентом усиления и могут быть расположены в нижней оконечной части (соответствующей середине всей боковой части) крышки боковой части устройства контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии для нацеливания в левом и правом направлениях на другие узлы, расположенные на линии в различных направлениях. Расстояние между узлами может достигать сотен метров и более, что позволяет гарантировать качество передачи данных на максимальном расстоянии 800 м при скорости 10 Мбайт/с или выше. Кроме того, поскольку требуется передача данных на большое расстояние, антенны ближней беспроводной связи 141 и 142 обращены в разных направлениях и расположены симметрично с левой и правой стороны.

Антенны ближней беспроводной связи 141 и 142, нацеленные в разных направлениях, подключены по отдельности к центральным контактным точкам первого коммутатора 145 и второго коммутатора 146 антенного коммутатора 140 соответственно. Первый коммутатор 145 и второй коммутатор 146 антенного коммутатора 140 представляют собой коммутаторы (переключатели) с низкими потерями в пределах 0,5 дБ. Управляющий блок 110 задает переключение на модуль БЛВС 150 или модуль ZigBee 160, анализируя сигналы, принимаемые при помощи антенн ближней беспроводной связи 141 и 142. Используя антенный коммутатор 140, выполненный, как описано выше, можно достичь двукратной компенсации мощности и удвоенного кпд электропередачи по сравнению с вариантом, когда используется какой-либо существующий разветвитель (распределитель). Кроме того, можно обеспечить удвоенные расстояние передачи и пропускную способность/качество по сравнению с предшествующим уровнем техники.

При изменении характеристик канала (невозможность захвата канала при увеличении трафика, мощность принятого сигнала, битовая ошибка и т.д.) или возникновении неисправности на линии (аварийный перерыв в энергоснабжении, повреждение линии и т.д.) управляющий блок 110 может осуществлять управление переключением антенного коммутатора 140 с целью подключения к первому РЧ-модулю 151 и второму РЧ-модулю 152 модуля БЛВС 150, антенн ближней беспроводной связи 141 и 142, которые подключаются соответственно к первому коммутатору 145 и второму коммутатору 146. Альтернативно, управляющий блок 110 может управлять переключением антенного коммутатора 140 с целью подключения антенн ближней беспроводной связи 141 и 142 к первому РЧ-модулю 161 и второму РЧ-модулю 162 модуля ZigBee 160 соответственно.

Например, в состоянии, при котором антенны ближней беспроводной связи 141 и 142 подключены к первому РЧ-модулю 151 и второму РЧ-модулю 152 модуля БЛВС 150 соответственно, каждый из них, т.е. первый РЧ-модуль 151 и второй РЧ-модуль 152, может для получения модулирующего сигнала демодулировать радиосигнал WiFi частотой 2,4 ГГц, принимаемый от каждой из соответствующих антенн. Блок обработки сигналов 153 может обрабатывать демодулированный модулирующий сигнал и, тем самым, восстанавливать цифровые данные соответствующего протокола WiFi. В данном примере, в результате анализа качества связи с учетом мощности принятого радиосигнала (например, индикатора мощности принятого сигнала (RSSI, received signal strength indicator)), объема трафика на основе цифровых данных, битовой ошибки и т.д., когда качество связи ниже или равно заданному эталонному значению, управляющий блок 110 приостанавливает работу модуля БЛВС 150 и управляет переключением коммутаторов 145 и 146 антенного коммутатора 140 с целью подключения антенн ближней беспроводной связи 141 и 142 к первому РЧ-модулю 161 и второму РЧ-модулю 162 модуля ZigBee 160. Когда качество связи поддерживается на уровне выше заданного эталонного значения, управляющий блок 110 может управлять контрольной информацией (включая, например, информацию о состоянии и информацию системы GPS), которая должна быть передана на другой узел (другое устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии), передавая ее на модуль БЛВС 150. Радиосигналы, которые модулируются первым РЧ-модулем 151 и вторым РЧ-модулем 152 путем обработки сигналов, например, кодирования в модуле обработки сигналов 153, могут передаваться при помощи антенн ближней беспроводной связи 141 и 142 соответственно.

Аналогичным образом, в состоянии, при котором антенны ближней беспроводной связи 141 и 142 подключены к первому РЧ-модулю 161 и второму РЧ-модулю 162 модуля ZigBee 160 соответственно, каждый из них, т.е. первый РЧ-модуль 161 и второй РЧ-модуль 162, может для получения модулирующего сигнала демодулировать радиосигнал WiFi частотой 2,4 ГГц, принимаемый от каждой из соответствующих антенн. Блок обработки сигналов 163 может обрабатывать демодулированный модулирующий сигнал и, тем самым, восстанавливать цифровые данные соответствующего протокола ZigBee. В данном примере, в результате анализа качества связи с учетом мощности принятого радиосигнала (например, индикатора мощности принятого сигнала (RSSI, received signal strength indicator)), объема трафика на основе цифровых данных, битовой ошибки и т.д., когда качество связи ниже или равно заданному эталонному значению, управляющий блок 110 приостанавливает работу модуля ZigBee 160 и управляет переключением коммутаторов 145 и 146 антенного коммутатора 140 с целью подключения антенн ближней беспроводной связи 141 и 142 к первому РЧ-модулю 151 и второму РЧ-модулю 152 модуля БЛВС 150. Когда качество связи поддерживается на уровне выше заданного эталонного значения, управляющий блок 110 может управлять контрольной информацией (включая, например, информацию о состоянии и информацию системы GPS), которая должна быть передана на другой узел (другое устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии), передавая ее на модуль ZigBee 160. Радиосигналы, которые модулируются первым РЧ-модулем 161 и вторым РЧ-модулем 162 путем обработки сигналов, например кодирования в модуле обработки сигналов 163, могут передаваться при помощи антенн ближней беспроводной связи 141 и 142 соответственно.

Как описано выше, управляющий блок 110 может управлять переключением антенного коммутатора 140 таким образом, чтобы коммуникационная схема (WiFi/ZigBee), имеющая относительно высокое качество, могла быть выбрана и, соответственно, могла полностью управлять работой модуля БЛВС 150 и модуля ZigBee 160.

Здесь, в случае состояния неисправности на линии, при котором подача электропитания приостанавливается из-за аварийного перерыва в энергоснабжении или повреждения линии, устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии может работать, используя энергию аккумуляторной батареи или суперконденсатора, которая заранее накапливается источником питания 112 при помощи линии передачи и распределения электроэнергии. При этом управляющий блок 110 может управлять коммутаторами 145 и 146 антенного коммутатора 140, чтобы, таким образом, поддерживать соответствующее соединение между антеннами ближней беспроводной связи 141 и 142 и первым РЧ-модулем 161 и вторым РЧ-модулем 162 модуля ZigBee 160. Это обусловлено тем, что для работы модуля ZigBee 160 используется относительно небольшое количество энергии по сравнению с количеством энергии, используемой для модуля БЛВС 150. Чтобы снизить потребление энергии, управляющий блок 110 может управлять контрольной информацией (включая, например, информацию о состоянии и информацию системы GPS), которая должна быть передана на другой узел (другое устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии) с использованием модуля ZigBee 160 и, таким образом, управлять только минимальным объемом передаваемой информации, необходимой для проверки участка операционной системой. Например, управляющий блок 110 может включать в контрольную информацию только частичную информацию, выбранную (выбор может быть предварительно задан) из информации о состоянии, таком как состояние возбуждения (например, о токе возбуждения, температуре линии, токе, протекающем в поврежденной линии, и т.д.) линии передачи и распределения электроэнергии или состояние окружающей среды (например, о наклоне линии, кручении линии, направлении/скорости ветра, доступе к деревьям, пожаре, таком как лесной пожар, атмосферной температуре или влажности и т.д.), воспринимаемой сенсорным модулем 113, информацию (состояние деградации изолятора, линии и т.д.) об изображении, зафиксированном камерой, и, таким образом, обеспечивать передачу контрольной информации, включающей частичную информацию, при помощи модуля ZigBee 160.

Как описано выше, управляющий блок 110 может управлять переключением антенного коммутатора 140 и выборочно задавать работу модуля БЛВС 150 или модуля ZigBee 160. Указанное управление может осуществляться дистанционно при помощи операционной системы. Например, оператор, который контролирует операционную систему, может проверять состояние неисправной работы модуля БЛВС 150 или модуля ZigBee 160, неисправность на линии и т.п. на основе контрольной информации, а также может вводить команду управления и передавать эту команду управления на управляющий блок 110. В ответ на команду управления управляющий блок 110 может выборочно использовать модуль БЛВС 150 или модуль ZigBee 160 и, соответственно, управлять переключением коммутаторов 145 и 146 для передачи контрольной информации при помощи соответствующих антенн ближней беспроводной связи 141 и 142. Благодаря этому, хотя устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, установленное в районе с плохими условиями окружающей среды, например в горах, не может работать безотказно, при этом нетрудно осуществить техническое обслуживание, что позволяет поддерживать высокий уровень надежности.

Как описано выше, устройство контроля 100 воздушной линии передачи и распределения электроэнергии в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения позволяет повысить надежность путем переключения антенного коммутатора 140 таким образом, что коммуникационная схема переключается с учетом характеристик канала (невозможность захвата канала при увеличении трафика, мощность принятого сигнала, битовая ошибка и т.д.), неисправности линии (аварийный перерыв в энергоснабжении, повреждение линии и т.д.) и т.п., а также позволяет увеличить радиопокрытие за счет подходящей конфигурации антенного коммутатора 140 и беспроводного модуля связи, такого как модуль БЛВС 150 и модуль ZigBee 160 без использования разветвителя (распределителя), и, вследствие этого, снижения потерь при распределении электроэнергии, которые возникают лишь на двух антеннах, например, таких как антенны ближней беспроводной связи 141 и 142, до уровня 0,5 дБ или меньше, и за счет увеличения расстояния передачи в два раза или более по сравнению с предшествующим уровнем техники. Кроме того, в случае возникновения неисправности линии, такой как аварийный перерыв в энергоснабжении или повреждение линии, имеется возможность сохранять высокую надежность в отношении временного или постоянного повреждения линии или устройства путем переключения коммуникационной схемы между узлами со схемы БЛВС, такой как WiFi, на схему ближней беспроводной связи, такую как ZigBee (или Bluetooth, КБЗ и т.д.), с использованием энергии из устройства для накопления энергии (аккумуляторной батареи, суперконденсатора и т.д.), которая заранее накапливается при помощи линии передачи и распределения электроэнергии, и работы в соответствии с алгоритмом использования минимальной мощности.

Хотя в данной заявке были представлены и описаны несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, последнее не ограничивается описанными вариантами. Напротив, специалистам понятно, что в эти варианты осуществления могут быть внесены изменения без отступления от принципов и существа изобретения, объем которого определяется формулой изобретения и эквивалентами ее элементов.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам контроля воздушных линий электропередач. Устройство содержит корпус, через который проходит линия электропередачи, и боковую часть, которая закрывает оба конца корпуса. При этом корпус содержит модуль GPS, взаимодействующий со спутником при помощи разнесенных в пространстве антенн, образованных на боковой части, а также модуль датчиков состояния воздушной линии или состояния окружающей среды. Также устройство содержит первый и второй беспроводные модули и антенный коммутатор, выполненный с возможностью осуществления связи с другим устройством контроля, управляющий блок, обеспечивающий переключение антенного коммутатора для подключения к антеннам первого или второго беспроводных модулей. Управляющий блок выполнен с возможностью передачи при помощи направленных антенн контрольной информации, включающей в себя информацию о состоянии линии и информацию системы GPS. Устройство также содержит инфракрасную или цифровую камеру, модуль мобильной связи, запоминающее устройство, блок электропитания, выполненный в виде аккумулятора или суперконденсатора. В качестве радиомодулей могут использоваться модули на базе технологий ZigBee, WiFi, Bluetooth. Технический результат - повышение надежности передачи информации, снижение потерь энергопитания. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, устанавливаемое на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии и включающее корпус, через который проходит воздушная линия передачи и распределения электроэнергии, и боковую часть, которая закрывает оба конца корпуса, через который проходит воздушная линия передачи и распределения электроэнергии, при этом корпус включает:
модуль системы глобального позиционирования (GPS) для генерирования информации системы GPS за счет осуществления связи со спутником системы GPS при помощи разнесенных в пространстве антенн, образованных на боковой части;
сенсорный модуль, выполненный с возможностью сбора информации о состоянии возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии или состоянии окружающей среды;
первый беспроводной модуль, второй беспроводной модуль и антенный коммутатор, выполненный с возможностью осуществления связи с другим устройством контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, установленным на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, при помощи направленных антенн, образованных на боковой части; и
управляющий блок, выполненный с возможностью управления переключением антенного коммутатора для подключения направленных антенн к первому беспроводному модулю, когда работает первый беспроводной модуль, и для подключения направленных антенн ко второму беспроводному модулю, когда работает второй беспроводной модуль,
причем управляющий блок передает контрольную информацию, включающую информацию о состоянии и информацию системы GPS при помощи направленных антенн, которые подключены к первому беспроводному модулю или второму беспроводному модулю.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сенсорный модуль включает инфракрасную (ИК) камеру для получения изображения, отражающего состояние деградации линии передачи и распределения электроэнергии или изолятора, установленного на линии, либо цифровую камеру для получения изображения, отражающего состояние линии передачи и распределения электроэнергии или окружающего участка, причем информация об изображении, фиксируемом камерой, включена в контрольную информацию.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый беспроводной модуль представляет собой модуль для обработки радиочастотного (РЧ) сигнала и данных коммуникационной схемы беспроводного Интернета (WiFi), а второй беспроводной модуль представляет собой модуль для обработки РЧ-сигнала и данных коммуникационной схемы ZigBee, Bluetooth или коммуникации в ближней зоне (КБЗ).

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что включает модуль мобильной связи с разнесенным приемом, выполненный с возможностью передачи контрольной информации операционной системе по сети Интернет за счет осуществления связи с базовой станцией мобильной связи при помощи набора вторых разнесенных в пространстве антенн, образованных на боковой части.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что модуль мобильной связи используется выборочно с учетом условий установки устройства контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии либо первый беспроводной модуль или второй беспроводной модуль используется выборочно за счет управления переключением антенного коммутатора.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что если значение, полученное путем анализа мощности радиосигнала, принятого при помощи набора направленных антенн, объема трафика или битовой ошибки, меньше или равно заданному эталонному значению, управляющий блок приостанавливает работу первого или второго беспроводного модуля и запускает другой беспроводной модуль.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что включает устройство электропитания, выполненное с возможностью подачи питания на устройство контроля за счет самогенерации в магнитоиндукционном трансформаторе тока, использующем магнитопровод, который устанавливается на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии бесконтактным способом.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что включает аккумуляторную батарею или суперконденсатор, выполненные с возможностью хранения заданного количества электроэнергии за счет электроэнергии, подаваемой на воздушную линию передачи и распределения электроэнергии, причем при возникновении неисправности на линии, устройство контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии работает при помощи электроэнергии аккумуляторной батареи или суперконденсатора, при этом управляющий блок подключает второй беспроводной модуль, работающий с использованием относительно небольшого количества электроэнергии по сравнению с первым беспроводным модулем.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что при возникновении неисправности на линии управляющий блок включает в контрольную информацию частичную информацию, предварительно выбранную из информации о состоянии возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, информации о состоянии окружающей среды и информации об изображении, зафиксированном камерой, при этом управляющий блок передает эту частичную информацию при помощи второго беспроводного модуля, работающего с использованием относительно небольшого количества электроэнергии по сравнению с первым беспроводным модулем.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что информация о состоянии возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии включает информацию о токе возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, температуре линии или токе, протекающем в поврежденной линии, и информация о состоянии окружающей среды включает информацию о наклоне воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, кручении линии, направлении ветра, скорости ветра, доступе к деревьям, лесном пожаре, атмосферной температуре или влажности.

11. Способ контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии при помощи устройства контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, устанавливаемого на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии и включающего корпус, через который проходит воздушная линия передачи и распределения электроэнергии, и боковую часть, которая закрывает оба конца корпуса, через который проходит воздушная линия передачи и распределения электроэнергии, включающий следующие шаги:
генерируют с использованием модуля GPS информацию системы GPS за счет осуществления связи со спутником системы GPS при помощи разнесенных в пространстве антенн, образованных на боковой части;
собирают с использованием сенсорного модуля информацию о состоянии возбуждения воздушной линии передачи и распределения электроэнергии или состоянии окружающей среды; и
управляют переключением антенного коммутатора для подключения направленных антенн к первому беспроводному модулю, когда работает первый беспроводной модуль, и для подключения направленных антенн ко второму беспроводному модулю, когда работает второй беспроводной модуль, с целью осуществления связи с другим устройством контроля воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, установленным на воздушной линии передачи и распределения электроэнергии, при помощи направленных антенн, образованных на боковой части,
причем контрольную информацию, включающую информацию о состоянии и информацию системы GPS, передают при помощи направленных антенн, которые подключены к первому беспроводному модулю или второму беспроводному модулю.