СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОЯВЛЕНИЯ ГОЛОЛЕДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ПРОВОДАХ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2017 года по МПК H02G7/16 

Область техники

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для обнаружения и определения места появления гололедных отложений на проводах линии электропередачи, угрожающих возникновением аварии.

Уровень техники

Аналогом является способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи, включающий локацию участка провода зондирующими импульсами и контроль параметра, связанного с изменением условий их распространения по участку провода при появлении гололеда (Казадаев А.П., Лившиц А.Л., Рудакова P.M. О датчиках гололеда для воздушных линий электропередачи. Материалы II Всесоюзного совещания «Плавка гололеда на воздушных линиях электропередачи». Уфа, 1975, с. 165-174).

В данном способе с помощью приемного устройства производят фиксацию импульсного сигнала, частично отраженного от ближней границы гололедного отложения, а в качестве контрольного параметра используют время распространения зондирующих импульсов от начала участка провода до ближней границы гололедного отложения и обратно.

Однако в реальности толщина гололедных отложений вдоль провода изменяется плавно. Это обуславливает медленное нарастание амплитуды отраженного импульса, что затрудняет или даже делает невозможным его выделение среди помех. Когда провод равномерно покрыт гололедом по всей длине, то ближняя граница исчезает и, следовательно, исчезает отраженный импульс.

Кроме того, в данном способе очень высоки требования к чувствительности и помехозащищенности приемного устройства отраженных импульсов.

Прототипом является способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи (патент RU 2287883 C1, МПК H02G 7/16, опубликован 20.11.2006).

При применении способа-прототипа осуществляют локацию участка провода зондирующими импульсами и контроль параметра, связанного с изменением скорости их распространения по участку провода при появлении гололедных отложений, ограничивают участок провода высокочастотными заградителями, а в качестве контрольного параметра принимают время распространения зондирующих импульсов от начала ограниченного участка провода до его конца и обратно, затем определяют среднее значение температуры этого участка провода, о появлении гололеда судят по изменению времени распространения зондирующих импульсов, вызванному появлением гололедных отложений, с учетом влияния на контролируемый параметр температурного изменения длины ограниченного участка провода.

Способ-прототип реализуется с помощью устройства, которое содержит генератор зондирующих импульсов и приемник отраженных импульсов, которые подключены через систему присоединения к контролируемому участку провода линии электропередачи. Этот участок провода ограничен широкополосными высокочастотными заградителями, установленными в его начале и конце. К выходу приемника подключен вход блока измерения времени, выход которого соединен со входом вычислительного устройства. Выход вычислительного устройства подключен к сигнализатору образования гололедных отложений.

Устройство, используемое в способе-прототипе, работает следующим образом. Зондирующие импульсы от генератора через систему присоединения поступают в начало контролируемого участка провода линии электропередачи. Эти импульсы распространяются вдоль участка и отражаются от заградителя, установленного на его конце. Отраженные импульсы возвращаются к началу участка линии и через систему присоединения поступают на вход приемника, где фильтруются и усиливаются, а затем поступают в блок измерения времени и в вычислительное устройство, где производится определение эталонного времени распространения t₀ зондирующих импульсов от начала контролируемого участка провода до его конца и обратно в отсутствии гололедных отложений.

Время распространения t отраженного импульса зависит от длины участка и скорости распространения импульсного сигнала при отсутствии или при наличии гололедного отложения. При равномерном отложении гололеда его масса на длинных участках линии будет больше, чем на коротких. Поэтому с целью сравнения величин гололедных масс на линиях разной длины будем использовать их погонные значения, приходящиеся на единицу длины линии, которые оцениваются через величину погонных запаздываний зондирующих импульсов при наличии гололедных отложений.

При появлении гололедного отложения скорость распространения отраженного импульсного сигнала снижается за счет увеличения погонной емкости участка провода. При этом увеличивается текущее время распространения t отраженного импульса по сравнению с его значением t₀, измеренным в отсутствие гололеда, появляется запаздывание на величину Δt, т.е. Δt=t-t₀, которое определяется в вычислительном устройстве и при превышении погонным значением Δt пороговой величины Δt_0порог выдается команда на срабатывание сигнализатора образования гололедных отложений.

Гололедные отложения распределяются по длине линии не равномерно. Но значения гололедных отложений, обнаруживаемых локационным зондированием на основе измерения запаздывания Δt отраженного импульса, являются интегральными и характеризует в среднем гололедные отложения по всей длине линии электропередачи.

Поэтому недостатком прототипа является то, что локационным методом невозможно отличить наличие небольшого по толщине гололедного отложения на большой длине воздушной линии от опасной концентрации льда на отдельных ее участках. Это может быть причиной недостоверной информации о реальной угрозе обрыва проводов под действием гололедных отложений, образовавшихся на отдельных участках линии электропередачи, которые могут привести к аварии.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка способа обнаружения и определения места появления гололеда на проводах линии электропередачи, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.

Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей локационной диагностики состояния линий электропередачи путем определения участков проводов линии электропередачи, где появились гололедные отложения, и выявлением участков, где погонные отложения гололеда будут наибольшими и могут привести к обрыву проводов в пролете линии.

Осуществление изобретения

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения и определения места появления гололедных отложений на проводах линии электропередачи, включающем ее импульсное локационное зондирование, согласно настоящему изобретению линию разделяют с учетом ее конфигурации имеющимися на ней естественными локационными неоднородностями на отдельные маркированные участки, фиксируют в виде электронных образов линии в энергонезависимой памяти массив маркированных эталонных рефлектограмм с определенными сочетаниями погонных запаздываний отраженных от неоднородностей импульсов при возможном нахождении гололедных отложений на различных маркированных участках линии, а для нахождения участков с появившимися гололедными отложениями сравнивают текущие рефлектограммы с гололедными отложениями с исходной эталонной рефлектограммой без гололедных отложений, определяют при этом для текущей рефлектограммы сочетания маркированных запаздываний отраженных импульсов при прохождении ими маркированных участков линии, затем сравнивают их с сочетаниями маркированных запаздываний эталонных рефлектограмм с гололедными отложениями, по их совпадению выделяют участки линии с появившимися гололедными отложениями и определяют сравнением среди них участок с наибольшими погонными гололедными отложениями по измерениям наибольшего времени погонного запаздывания отраженных импульсов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема определения локационным методом местоположений гололедных отложений на участках линии электропередачи, поясняющая предлагаемый способ обнаружения и определения места появления гололеда на проводах линии электропередачи, на фиг. 2 и фиг. 3 показаны примеры конкретного осуществления предлагаемого способа (на фиг. 2 - пример обнаружения гололедного отложения на участке линии 110 кВ «Кутлу Букаш-Нырты» с ответвлением на подстанцию «Ишкурма», а на фиг. 3 - пример обнаружения гололедного отложения на участке линии 110 кВ «Кутлу Букаш-Камская» с обходом подстанции «Рыбная Слобода»).

Способ обнаружения и определения места появления гололеда на проводах линии электропередачи включает в себя импульсное локационное зондирование линии АГ электропередачи с помощью рефлектометра (фиг. 1).

Отличием предлагаемого способа является то, что вначале линию АГ электропередачи разделяют имеющимися на ней естественными локационными неоднородностями А, Б, В, Г (реперными точками) на отдельные маркированные участки АБ, БВ, БГ. Фиксируют электронный образ исходной эталонной рефлектограммы линии АГ в отсутствие гололедных отложений (фиг. 1,б). Затем фиксируют в виде электронных образов линии электропередачи АГ массив эталонных рефлектограмм (например: фиг. 1, в, фиг. 1, г, фиг. 1, д, фиг. 1, е, фиг. 1, ж) с возможными сочетаниями запаздываний Δt импульсов, отраженных от находящихся в конце участка неоднородностей Б, В, Г при возможном появлении гололедных отложений на различных участках линии. Для нахождения участков с появившимися гололедными отложениями сравнивают текущие рефлектограммы с гололедными отложениями (текущие рефлектограммы на фиг. 1 условно не показаны) с эталонными рефлектограммами (например: фиг. 1, в, фиг. 1, г, фиг. 1, д, фиг. 1, е, фиг. 1, ж). По совпадению маркированных сочетаний запаздываний текущих рефлектограмм с гололедными отложениями с маркированными сочетаниями запаздываний эталонных рефлектограмм выделяют участки линии с наличием гололедных отложений (например, участок АБ на фиг. 1, в, или участок БВ на фиг. 1, г, или участок БГ на фиг. 1, г, или участки АБ и БГ на фиг. 1, е, или участки АБ, БВ, БГ на фиг. 1, ж). Далее определяют сравнением среди выделенных участков участок с наибольшими гололедными отложениями по измерениям наибольшего времени погонного запаздывания отраженных импульсов на этом участке.

Таким образом, технический результат в предлагаемом способе обнаружения и определения местоположения участка с наибольшим гололедным отложением на линии электропередачи, способным создать аварийную ситуацию, достигается путем разделения всей длины линии реперными точками на отдельные участки и определения величины гололедных отложений на каждом из них отдельно через измерения увеличения времени погонного запаздывания отраженных импульсов.

При этом зондируемая линия электропередачи разделяется на участки с помощью имеющихся на ней естественных неоднородностей волнового сопротивления линии, каковыми являются места присоединения ответвлений, кабельных вставок, высокочастотных обходов, высокочастотных заградителей, а также концы линий и ответвлений. Неоднородности в линии электропередачи могут порождаться также транспозицией проводов и наличием анкерных опор. При необходимости на линии электропередачи могут быть установлены искусственные неоднородности в виде узкополосных высокочастотных заградителей.

Места присоединения этих неоднородностей маркируются реперными точками, от которых отражаются соответственно маркированные зондирующие локационные импульсы. В соответствии с конфигурацией линии каждому маркированному участку линии при наличии на нем гололедных отложений соответствует определенное однозначное сочетание запаздываний Δt отраженных маркированных импульсов на рефлектограмме. Массив таких рефлектограмм в виде электронных образов записывается в блок энергонезависимой памяти вычислительного устройства (на чертеже условно не показан).

Благодаря реперным точкам линия делится на маркируемые участки, от границ которых на рефлектометр приходят соответственно маркированные отраженные импульсы. По времени прихода маркированного импульса t₀ при отсутствии гололедного отложения можно установить место на линии, от которого он отразился, и, следовательно, определить пройденный им путь. Если на этом пути, т.е. на участке линии, образовалось гололедное отложение, то время распространения импульса t увеличивается и появляется дополнительное запаздывание во времени Δt=t-t₀, которое достоверно измеряется рефлектометром и его наличие является признаком появления гололедного отложения на данном участке.

При образовании гололедных отложений на маркированных участках линии на рефлектограммах появляются запаздывания Δt соответствующих маркированных импульсов с определенным сочетанием, путем сравнения полученных сочетаний запаздываний с возможными сочетаниями, предварительно занесенными в блок памяти, выявляются маркированные участки с гололедными отложениями, затем среди них путем сравнения выделяется участок с наибольшими гололедными отложениями, по которому устанавливается степень угрозы возникновения аварии на линии электропередачи.

Появление запаздывания Δt отраженных импульсов является индикатором появления гололедных отложений, а величина запаздывания Δt характеризует их массу.

Результаты зондирования участков линии анализируются в вычислительном устройстве.

Рассмотрим, как пример, на модели линии, состоящей из отрезков кабелей и имеющей одно ответвление, алгоритм идентификации при локационном зондировании местонахождения некоторых участков линии с «гололедом», который имитируется добавлением отрезка кабеля. Схема такой линии представлена на фиг. 1, а, соответствующая ей рефлектограмма при отсутствии «гололеда» изображена на фиг. 1, б.

В исходном состоянии импульсы отражаются в точке Б с отрицательной полярностью (место присоединения ответвления), в точке В с положительной полярностью (разомкнутый конец ответвления - холостой ход XX) и в точке Г тоже с положительной полярностью (разомкнутый конец линии - холостой ход XX).

При появлении «гололеда» на участке АБ все три отраженных импульса - Б, В и Г - испытывают дополнительное запаздывание Δt₁ (фиг. 1, в), при этом

Появление «гололеда» на ответвлении БВ обуславливает запаздывание импульса В на величину Δt₂ (фиг. 1, г), при этом

Появление «гололеда» на участке БГ вызывает запаздывание импульса Г на величину Δt₃ (фиг. 1, д), при этом

Появление «гололеда» на участках АБ и БГ вызывает запаздывания импульса Б на величину Δt₁, импульса В на величину Δt₂=Δt₁, импульса Г на величину Δt₁+Δt₃ (фиг. 1, е), при этом

Появление «гололеда» на участках АБ, БВ и БГ вызывает запаздывания импульса Б на величину Δt₁, импульса В на величину Δt₁+Δt₂, импульса Г на величину Δt₁+Δt₃ (фиг. 1, ж), при этом

Решая обратную задачу, путем сравнения регистрируемой текущей рефлектограммы, имеющей определенные сочетания запаздываний Δt₁, Δt₂ и Δt₃, с эталонными маркированными рефлектограммами, записанными в блок памяти, можно однозначно определить местонахождение на линии маркированного участка с появившимся гололедом.

Подобный логический анализ может быть применен для определения местоположения гололедных отложений и на линиях с более сложной конфигурацией.

Для уменьшения размеров контролируемых маркированных участков с целью повышения точности определения местоположения гололедных отложений на линии электропередачи можно установить дополнительные узкополосные высокочастотные заградители, которые отражают только часть энергии зондирующего импульса, пропуская остальную часть через себя в линию.

Проверка действенности предлагаемого способа обнаружения и определения места появления гололедных отложений на проводах линии электропередачи была осуществлена на действующих линиях электропередачи Татарстана напряжением 110 кВ «Кутлу Букаш-Нырты» с ответвлением (фиг. 2) и «Кутлу Букаш-Камская» с высокочастотным обходом (фиг. 3) путем их локационного зондирования с помощью рефлектометра (локатора) РЕЙС-205.

На фиг. 2, а представлена схема действующей линии электропередачи «Кутлу Букаш-Нырты» длиной 37800 м с ответвлением на подстанцию «Икшурма» на расстоянии 14000 м от начала линии, длина ответвления составляет 7600 м. Импульсный сигнал А локатора поступает в линию электропередачи АГ через высокочастотный кабель (ВК), фильтр присоединения (ФП) и конденсатор связи (КС) при наличии высокочастотного заградителя (ВЗ). В начале линии (реперная точка А) на рефлектограмме (фиг. 2, б) виден квазитреугольный зондирующий импульс А с затухающими колебаниями сигнала, которые обусловлены переходным процессом при прохождении импульса через фильтр присоединения.

На эталонной рефлектограмме (фиг. 2, б) на расстоянии 14000 м на фоне помех виден импульс Б, отраженный от места присоединения ответвления на подстанцию «Икшурма» (реперная точка Б). На расстоянии 21600 м от начала линии виден импульс В, отраженный от высокочастотного заградителя в конце ответвления (реперная точка В). На расстоянии 37800 м виден импульс Г, отразившийся от конца линии (реперная точка Г). На текущей рефлектограмме (фиг. 2, в) появился сдвиг импульса Г на величину Δt. Это появление свидетельствует о появлении гололедного отложения на участке БГ линии, а величина Δt характеризует его массу.

На фиг. 3, а представлена схема действующей линии электропередачи «Кутлу Букаш-Камская» длиной 71300 м с высокочастотным обходом подстанции «Рыбная Слобода» на расстоянии 400000 м от начала линии.

На эталонной рефлектограмме (фиг. 3, б) в начале линии виден импульс А (реперная точка А), на расстоянии 40000 м от начала линии виден импульс Б (реперная точка Б), являющийся суммой двух импульсов Б1 и Б2, отраженных соответственно высокочастотными заградителями в начале обхода (точка Б1) и в конце обхода (точка Б2) после прохождения через фильтры присоединения и конденсаторы связи. В конце линии виден импульс В, отразившийся от высокочастотного заградителя (реперная точка В). Импульс, отразившийся от точки В на текущей рефлектограмме (фиг. 3, в), имеет сдвиг на величину Δt, что свидетельствует о появлении на реперном участке БВ линии гололедного отложения, при этом величина Δt характеризует его массу.

Проведенные испытания показывают, что предлагаемый способ обнаружения и определения места появления гололеда на проводах линии электропередачи позволяет надежно и достоверно обнаруживать участки линии электропередачи с образовавшимися на них гололедными отложениями и оценивать их массу.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит расширить технологические возможности локационной диагностики состояния линий электропередачи путем определения участков проводов линий электропередачи с наличием гололедных отложений и выявлением участков, где отложения гололеда могут привести к обрыву проводов линии. Предлагаемый способ приведет к повышению надежности обнаружения появления гололеда, детализации величины гололедных отложений на различных участках линии, даст возможность выявления участка с наибольшим гололедным отложением, позволит установить по нему реальную степень угрозы обрыва проводов, даст возможность своевременно провести предупредительную плавку гололедных отложений или профилактический нагрев проводов во избежание гололедообразования и предотвратить возникновение аварии в виде обрыва проводов и поломки опор линий электропередачи.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - расширение технологических возможностей локационной диагностики состояния линий электропередачи путем определения участков проводов линий электропередачи с наличием гололедных отложений и выявлением участков с наибольшими отложениями, которые могут привести к обрыву проводов линии. Согласно способу обнаружения и определения места появления гололедных отложений на проводах линии электропередачи, включающему ее импульсное локационное зондирование, линию разделяют имеющимися на ней естественными локационными неоднородностями на отдельные маркированные участки. Фиксируют в виде электронных образов линии массив эталонных рефлектограмм с сочетаниями запаздывания отраженных от неоднородностей импульсов при возможном нахождении гололедных отложений на маркированных участках линии. Для нахождения участков с гололедными отложениями сравнивают текущие рефлектограммы с гололедными отложениями с эталонными рефлектограммами, по их совпадению выделяют участки линии с наличием гололедных отложений. Определяют сравнением среди них участок с наибольшими гололедными отложениями по измерениям наибольшего времени погонного запаздывания отраженных импульсов. 3 ил.

Способ обнаружения и определения места появления гололедных отложений на проводах линии электропередачи, включающий ее импульсное локационное зондирование, отличающийся тем, что линию разделяют имеющимися на ней естественными локационными неоднородностями на отдельные маркированные участки, фиксируют в виде электронных образов линии массив эталонных рефлектограмм с сочетаниями запаздываний отраженных от неоднородностей линии импульсов при возможном нахождении гололедных отложений на различных маркированных участках линии, а для нахождения участков с появившимися гололедными отложениями сравнивают текущие рефлектограммы с гололедными отложениями с эталонными маркированными рефлектограммами, по их совпадению выделяют участки линии с наличием гололедных отложений и определяют среди них сравнением участок с наибольшими гололедными отложениями по измерениям наибольшего времени погонного запаздывания отраженных импульсов.