СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ГОЛОЛЕДНО-ИЗМОРОЗЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ПРОВОДАХ И ГРОЗОЗАЩИТНЫХ ТРОСАХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 110-220 кВ Российский патент 2021 года по МПК H02G7/16 

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для мониторинга гололедно-изморозевых отложений на проводах и грозозащитных тросах воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ.

Известно устройство определения гололеда на проводах воздушной линии электропередачи, согласно которому измеряют тензометрическим датчиком продольные растягивающие усилия, приложенные к проводу, измеряют температуру провода, измеренные значения передают на центральный пункт по радиоканалу или по оптоволокну, в качестве упругого элемента тензометрического датчика измерения продольных растягивающих усилий, приложенных к проводу, используют отрезок контролируемого провода воздушной линии электропередачи, и о наличии гололеда судят по величинам продольных растягивающих усилий, приложенных к проводу, с учетом поправки на температуру провода, при этом питание осуществляют с помощью трансформатора – трансреактора, где в качестве первичной обмотки используют сам контролируемый провод, по которому протекает рабочий ток, а вторичная обмотка в качестве источника напряжения подключена к нагрузке (Патент RU №2461942, МПК H02G 7/16, опубл. 20.09.2012).

Наиболее близким заявленному техническому решению по совокупности существенных признаков является устройство мониторинга гололедно-изморозевых отложений на грозозащитных тросах воздушных линий в питающих электрических сетях напряжением 110-220 кВ, состоящее из сенсора измерения угла продольного отклонения грозозащитного троса и сенсора измерения поперечного угла отклонения грозозащитного троса, сенсора измерения температуры грозозащитного троса, средства обработки сигналов, средства обработки информации и средства передачи информации, причем средство передачи информации содержит интерфейс, соединенный с трансивером для передачи данных, а средство обработки сигналов соединено со средством обработки информации, которое соединено с блоком питания на основе гибких солнечных панелей, соединенным в свою очередь с цифровым сигнальным процессором (Патент RU 2707393, МПК H02G 7/16, опубл. 26.11.2019).

Недостатком аналога и прототипа является необходимость физического подключения к линиям электропередачи через измерительные трансформаторы средств обработки и передачи информации устройств мониторинга состояния грозозащитного троса по причине отсутствия рабочих токов в грозозащитном тросе и слабого электрического поля близ него, обуславливаемого токоведущими проводами линии электропередачи.

Другим недостатком прототипа является использование солнечных панелей для питания и радиоканала передачи данных, подверженных влиянию помех вследствие наличия в непосредственной близости токоведущих проводов линии электропередачи.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков аналога и прототипа.

Техническим результатом является выявление гололедно-изморозевых отложений на грозозащитных тросах и токонесущих проводах воздушных линий электропередачи путем установки функционально связанных модулей мониторинга состояния грозозащитного троса и провода, имеющих общий источник питания и общее устройство дистанционной передачи информации.

Технический результат достигается тем, что устройство мониторинга гололедно-изморозевых отложений на грозозащитных тросах воздушных линий напряжением 110-220 кВ является составным элементом общего комплекса мониторинга гололедно-изморозевых отложений на токонесущих проводах и грозозащитных тросах, состоящего из двух модулей мониторинга, один из которых размещен на токоведущем проводе и включает в себя сенсор для снятия первичной информации о значении продольного угла провеса провода и сенсор для снятия первичной информации о значении поперечного отклонения провода воздушной линии электропередачи, средства обработки сигналов, средство передачи информации и блок питания, другой из которых размещен на грозозащитном тросе и включает в себя сенсор для снятия первичной информации о значении продольного угла провеса грозозащитного троса и сенсор для снятия первичной информации о значении поперечного отклонения грозозащитного троса воздушной линии электропередачи, средства обработки сигналов, отличающееся тем, что выполнено функциональное совмещение питания модулей мониторинга и передачи информации данных мониторинга путем питания сенсоров и цифровых устройств обработки сигналов модуля мониторинга, размещаемого на грозозащитном тросе, по питающему каналу оптического кабеля от блока питания модуля мониторинга, размещаемого на токопроводящем проводе, а информация от средства обработки сигналов модуля мониторинга, размещаемого на грозозащитном тросе, по информационному каналу оптического кабеля поступает на средство дистанционной передачи информации модуля мониторинга, размещаемого на токопроводящем проводе воздушной линии электропередачи.

Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения не известна из уровня техники, следовательно, оно соответствует условиям патентоспособности (новизна, изобретательский уровень).

Сущность заявляемого устройства поясняется рисунком, где на фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема предлагаемого устройства.

На фиг. 1 цифрами обозначены:

1 - Модуль мониторинга состояния токоведущего провода;

2 - Модуль мониторинга состояния грозозащитного троса;

3 - Сенсор состояния токоведущего провода (измерение угла наклона и поперечного отклонения токоведущего провода, температура токоведущего провода);

4 - Средство обработки сигналов (аналогово-цифровой преобразователь и цифровой сигнальный процессор);

5 - Средство передачи информации (трансивер);

6 - Оптический преобразователь;

7 - Блок питания;

8 - Оптоэлектронный преобразователь (преобразователь оптической информации в электрический сигнал);

9 - Сенсор состояния грозозащитного троса (измерение угла наклона и поперечного отклонения грозозащитного троса, температура троса);

10 - Средство обработки сигналов (аналогово-цифровой преобразователь и цифровой сигнальный процессор);

11 - Оптоэлектронный преобразователь мощности (преобразователь мощности оптического сигнала в электрическую мощность);

12 - Оптический преобразователь (преобразователь электрического сигнала в оптический сигнал);

13 - Питающий канал оптического кабеля;

14 - Информационный канал оптического кабеля;

15 - Приемник сигналов.

Крепление модуля мониторинга состояния токоведущего провода предлагаемого устройства и модуля мониторинга состояния грозозащитного троса осуществляется соответственно непосредственно к токопроводящему проводу и к грозозащитному тросу с применением жесткой фиксации. Заявляемое устройство работает следующим образом. При отсутствии гололеда на грозозащитном тросе или на токопроводящем проводе воздушной линии электропередачи значение угла провеса находится на минимальном уровне. При появлении гололедно-изморозевых отложений источником информации о наличии дополнительной механической нагрузки служат датчики измерения значения угла провеса грозозащитного троса/провода в сенсорах 3 и 9. Для разделения нагрузки от веса гололедно-изморозевых отложений и давления от ветра в сенсорах 3 и 9 служат датчики поперечного отклонения грозозащитного троса/провода. Также в сенсорах 3 и 9 размещены датчики контроля температуры соответственно токопроводящего провода и грозозащитного троса. Значения углов и температуры от сенсоров 3 и 9 в виде аналогового электрического поступают на аналогово-цифровые преобразователи средств обработки сигналов соответственно 4 и 10, которые осуществляют ее перевод в цифровой вид. Цифровые сигнальные процессоры средства обработки информации 4 и 10 служат для накопления информации и отправки ее через беспроводное средство передачи информации 5 на приемник сигналов 15. Для непосредственного питания сенсоров 3 и средств, 4, 5 служит блок питания 7. Питание сенсоров 9 и средства 10 осуществляют по оптическому кабелю, соединяющему модули 1 и 2, который содержит питающий канал оптического кабеля 13 и информационный канал оптического кабеля 14. Оптический преобразователь 6 модуля 1 трансформирует электрическую мощность оптического носителя, оптический сигнал по питающему каналу оптического кабеля 13 поступает в модуль 2, где оптоэлектронный преобразователь мощности 11 трансформирует его обратно в электрическую мощность. Информация о состоянии троса в виде электрических сигналов поступает из средства обработки информации 10 в виде цифровых сигналов в оптический преобразователь 12, откуда оптический сигнал по информационному каналу оптического кабеля 14 поступает на вход оптоэлектронного преобразователя 8 модуля 1. Со своего выхода оптико-электронный преобразователь 8 отправляет электрические сигналы о состоянии токоведущего провода и грозозащитного троса беспроводным образом на приемник сигналов 15, он связан с сервером, который программными средствами распознает величину механической нагрузки на токоведущий провод и грозозащитный трос.

Заявленное техническое решение соответствует требованиям промышленной применимости и может быть изготовлено на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий и прошло апробацию на объекте филиала АО «Сетевая компания» Бугульминские электрические сети.

Использование: в области электротехники для мониторинга гололедообразований на грозозащитных тросах и токопроводящих проводах воздушных линий электропередачи электрических сетей напряжением 110-220 кВ. Технический результат – устранение помех при выявлении гололедно-изморозевых отложений на грозозащитном тросе и токоведущем проводе воздушной линии электропередачи. Согласно изобретению система состоит из двух модулей мониторинга, один из которых размещен на токоведущем проводе, а другой на грозозащитном тросе. В модуле мониторинга состояния провода, размещаемом на токоведущем проводе, размещается общий блок питания, используемый и для питания модуля мониторинга состояния грозозащитного троса по питающему каналу оптического кабеля. Информация, снимаемая с сенсоров модуля мониторинга, размещенного на грозозащитном тросе, по информационному каналу оптического кабеля поступает на средства дистанционной передачи информации, находящиеся в модуле мониторинга состояния провода, размещаемом на токоведущем проводе. 1 ил.

Система мониторинга гололедно-изморозевых отложений на грозозащитных тросах и токоведущих проводах воздушных линий электропередачи напряжением 110-220 кВ, состоящая из двух модулей мониторинга, один из которых размещен на токоведущем проводе и включает в себя сенсор для снятия первичной информации о значении продольного угла провеса провода и сенсор для снятия первичной информации о значении поперечного отклонения провода воздушной линии электропередачи, средства обработки сигналов, средство дистанционной передачи информации и блок питания, второй модуль мониторинга размещен на грозозащитном тросе и включает в себя сенсор для снятия первичной информации о значении продольного угла провеса грозозащитного троса и сенсор для снятия первичной информации о значении поперечного отклонения грозозащитного троса воздушной линии электропередачи, средства обработки сигналов, отличающаяся тем, что выполнено функциональное совмещение питания модулей мониторинга и передачи информации данных мониторинга путем питания сенсоров и цифровых устройств обработки сигналов модуля мониторинга, размещаемого на грозозащитном тросе, по питающему каналу оптического кабеля от блока питания модуля мониторинга, размещаемого на токопроводящем проводе, а информация от средства обработки сигналов модуля мониторинга, размещаемого на грозозащитном тросе, по информационному каналу оптического кабеля поступает на средство дистанционной передачи информации модуля мониторинга, размещаемого на токопроводящем проводе воздушной линии электропередачи.