Устройство для мониторинга состояния линии электропередачи Российский патент 2022 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к устройствам автономной спутниковой передачи данных и может быть применено для получения данных о состоянии линий электропередачи, расположенных на удаленных и труднодоступных локациях, и может быть использовано в энергетической отрасли промышленности.

В качестве прототипа выбрано устройство для мониторинга состояния линии электропередачи, содержащее средство крепления на линии электропередачи, электрически соединенные: источник питания, модуль беспроводной связи, состоящий из приемопередатчика и антенны, контроллер управления, и датчик напряженности электромагнитного поля вокруг линии электропередачи, при этом приемопередатчик обеспечивает двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 450 до 470 МГц, а антенна выполнена параболической и снабжена приводом [US2004056771, дата публикации: 25.03.2004 г., МПК: G01N 27/00; G08B 21/14; G08B 21/16].

Недостатком прототипа является нестабильные сигнал и, соответственно, скорость обмена данными между устройством для мониторинга состояния линии электропередачи и удаленным сервером центра мониторинга при неблагоприятных погодных условиях и высоких перепадах рельефа местности, из-за диапазона частот, при котором модулем беспроводной связи осуществляется двусторонняя связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников, вследствие чего возможна утрата контроля над самим устройством, а также потеря пакетов с данными, передаваемыми датчиком напряженности электромагнитного поля, что существенно повышает риск несвоевременного уведомления оператора центра мониторинга о возникновении неисправности на линии электропередачи и существенным образом ухудшает эксплуатационные характеристики устройства для мониторинга состояния линии электропередачи.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости улучшения эксплуатационных характеристик устройства для мониторинга состояния линии электропередачи.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении стабильности сигнала двусторонней связи приемопередатчика с ретрансляторами низкоорбитальных спутников.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Устройство для мониторинга состояния линии электропередачи содержит средство крепления на линии электропередачи, электрически соединенные: источник питания, модуль беспроводной связи, состоящий из приемопередатчика и антенны, и обеспечивающий двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников, контроллер управления и интерфейс для подключения датчика состояния линии электропередачи. В отличие от прототипа приемопередатчик обеспечивает двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 300 до 450 МГц, а антенна обеспечивает ширину диаграммы горизонтальной направленности в 360°.

Устройство для мониторинга состояния линии электропередачи (ЛЭП) обеспечивает возможность получения различного рода информации с удаленных от муниципальных центров ЛЭП и ее передачи с использованием ретранслятора низкоорбитального спутника.

Средство крепления на линии электропередачи обеспечивает возможность фиксации устройства на элементах конструкции ЛЭП и может быть представлено кронштейном, обжимным элементом, распоркой и др. Средство крепления может быть зафиксировано на корпусе устройства или наоборот, отдельные компоненты устройства могут быть зафиксированы на средстве крепления.

Источник питания подключен к контроллеру и может быть представлен в виде источника возобновляемой энергии, который в зависимости от места установки док-станции может использовать энергию солнца, воды или ветра. Это устройство может быть представлено в виде элемента, взаимодействующего с источником возобновляемой энергии, и элемента, преобразующего полученную от источника энергию в электрическую. Например, устройство может быть представлено в виде лопасти или лопаточного колеса и генератора, либо в виде фотоэлектрической панели. Также в качестве источника питания может быть представлена линия электропередачи. Для подключения к ней устройство может быть снабжено специализированным интерфейсом. Также в качестве источника питания может быть представлена аккумуляторная батарея.

В наиболее предпочтительном варианте, обеспечивающем постоянно высокую стабильность сигнала двусторонней связи с ретрансляторами низкоорбитальных спутников, обеспечиваемого модулем беспроводной связи источник питания может быть представлен в виде суперконденсатора, обладающего малой деградацией и имеющего малую зависимость от состояния окружающей среды. При этом дополнительно суперконденсатор может быть снабжен контроллером заряда, обеспечивающим возможность перераспределения электрической энергии суперконденсатора к потребителям электрической энергии устройства, что также повышает стабильность двусторонней связи с ретрансляторами низкоорбитальных спутников.

Контроллер обеспечивает преобразование данных, полученных от интерфейса для подключения датчика состояния линии электропередачи, в цифровой сигнал, для чего используется необходимое количество электрической энергии от источника питания. Преобразование данных контроллером обеспечивается посредством импульсно-кодовой модуляции. Наиболее распространенными видами модуляции являются фазовая манипуляция и квадратурная амплитудная модуляция.

Интерфейс для подключения датчика состояния линии электропередачи обеспечивает возможность электрического соединения датчика с контроллером. Интерфейс может быть расположен на корпусе или внутри корпуса устройства и может быть представлен в виде интерфейсной платы, розетки, электрического соединителя с проводом и пр. При этом для обеспечения универсальности устройства интерфейс может быть USART и/или USB.

Датчик состояния линии электропередачи обеспечивает возможность получения данных о техническом состоянии ЛЭП, в том числе о величине напряженности электромагнитного поля вокруг ЛЭП, пространственном положении элементов ЛЭП, климатических условиях вокруг ЛЭП и пр. Датчик может быть выполнен съемным или несъемным, для чего интерфейс может иметь соответствующею конструкцию.

Модуль беспроводной связи состоит из приемопередатчика и подключенной к нему антенны. Приемопередатчик подключен к контроллеру и обеспечивает двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 300 до 450 МГц для передачи данных от датчика состояния ЛЭП и приема управляющих сигналов. Указанный диапазон обеспечивает повышение стабильности сигнала двусторонней связи приемопередатчика с ретрансляторами низкоорбитальных спутников при неблагоприятных погодных условиях, в том числе сильном снегопаде или дожде и высоких перепадах рельефа местности, помехах от ветвей деревьев. При этом выход частоты за нижнюю или верхнюю границу диапазона влечет за собой кратковременные потери сигнала при неблагоприятных погодных условиях и высоких перепадах рельефа местности, ухудшая его стабильность. Дополнительно, для повышения стабильности сигнала двусторонней связи приемопередатчика с ретрансляторами низкоорбитальных спутников скорость передачи данных может быть ограничена диапазоном от 100 до 50 000 байт в час.

Антенна обеспечивает ширину диаграммы горизонтальной направленности в 360°, что повышает стабильность сигнала двусторонней связи приемопередатчика с ретрансляторами низкоорбитальных спутников при любом их пространственном положении относительно устройства, а также обеспечивает стабильный сигнал двусторонней связи приемопередатчика с их ретрансляторами. Такая функция может обеспечиваться за счет конструктивных особенностей антенны, которая для этого может быть выполнена спиральной или в виде плоской решетки. Антенна может быть расположена внутри или снаружи корпуса или может быть смонтирована на одной плате с приемопередатчиком.

Устройство может содержать корпус, внутри или снаружи которого могут быть смонтированы компоненты устройства. Корпус может быть выполнен влагозащищенным и иметь элементы для установки источника данных, представленные вырезами, выемками или углублениями, которые расположены таким образом, чтобы при установке источника данных обеспечивался надежный контакт со средством электрического подключения.

Электрическое подключение компонентов устройства друг к другу преимущественно представлено в виде проводов или кабелей или контактных дорожек в случае монтажа компонентов на печатной плате, либо может быть представлено в виде проводов или кабелей в случае раздельного монтажа компонентов.

Изобретение может быть выполнено из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Изобретение характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что приемопередатчик обеспечивает двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 300 до 450 МГц, при этом антенна обеспечивает ширину диаграммы горизонтальной направленности в 360°, что совокупно позволяет обмениваться данными с ретрансляторами низкоорбитальных спутников при неблагоприятных погодных условиях, в том числе сильном снегопаде или дожде и высоких перепадах рельефа местности, помехах от ветвей деревьев, а также при любом положении низкоорбитального спутника относительно устройства.

Благодаря этому обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении стабильности сигнала двусторонней связи приемопередатчика с ретрансляторами низкоорбитальных спутников, тем самым улучшая эксплуатационные характеристики устройства для мониторинга состояния линии электропередачи.

Изобретение обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «новизна».

Из уровня техники известно устройство для мониторинга состояния линии электропередачи, приемопередатчик которого обеспечивает двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 450 до 470 МГц.

Однако из уровня техники не известно устройство для мониторинга состояния линии электропередачи, у которого одновременно приемопередатчик обеспечивает двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 300 до 450 МГц, а антенна обеспечивает ширину диаграммы горизонтальной направленности в 360°. Такая конструкция модуля беспроводной связи обеспечивает стабильный сигнал двусторонней связи приемопередатчика с ретрансляторами низкоорбитальных спутников при установке устройства в труднодоступных и удаленных от региональных центров районов в любых погодных условиях и при высоких перепадах рельефа местности, помехах от ветвей деревьев. Ввиду этого изобретение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется следующими фигурами.

Фиг.1 - устройство для мониторинга состояния линии электропередачи, закрепленное на опоре, изометрия.

Фиг.2 - компоненты устройства для мониторинга состояния линии электропередачи, расположенные внутри корпуса, изометрия.

Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути изобретения ниже представлен вариант его осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящее изобретение ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.

Устройство для мониторинга состояния линии электропередачи содержит корпус 1 и цилиндрическую спиральную антенну 2, обеспечивающую ширину диаграммы горизонтальной направленности в 360°. При этом снаружи корпуса 1 расположены фотоэлектрические панели 3.

Внутри корпуса 1 закреплены: контроллер 4 управления, суперконденсатор 5 с контроллером 6 заряда, интерфейсная плата 7 со смонтированным на ней датчиком 8 напряженности электромагнитного поля вокруг линии электропередачи и модуль беспроводной связи, содержащий приемопередатчик 9, обеспечивающий двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 300 до 450 МГц и передачу данных со скоростью от 100 до 50 000 байт в час.

Фотоэлектрическая панель 3 подключена к контроллеру 6 заряда суперконденсатора; контроллер 6 заряда суперконденсатора подключен к суперконденсатору 5 с возможностью передачи и получения электрической энергии; подключен к контроллеру 4 управления с возможностью обмена данными; подключен к контроллеру 4 управления с возможностью передачи электрической энергии.

Контроллер 4 управления подключен к интерфейсной плате 7 с возможностью обмена данными; подключен к интерфейсной плате 7 с возможностью передачи электрической энергии.

Интерфейсная плата 7 выполнена с возможностью передачи электрической энергии на датчик 8 напряженности электромагнитного поля вокруг линии электропередачи; выполнена с возможностью получения данных от датчика 8.

Приемопередатчик 9 подключен к контроллеру 4 управления с возможностью обмена данными; подключен к контроллеру 4 управления с возможностью получения электрической энергии; подключен к антенне 2 с возможностью передачи и получения электрического сигнала.

Корпус 1, антенна 2 и фотоэлектрические панели 3 закреплены на опоре линии электропередачи посредством кронштейна 10.

Изобретение работает следующим образом.

Датчик 8 напряженности электромагнитного поля вокруг линии электропередачи получает питание от интерфейсной платы 7 и передает данные на нее. В процессе получения данных от датчика 8 осуществляется их передача в приемопередатчик 9, формирующий сигнал от 300 до 450 МГц, и передающий данные со скоростью от 100 до 50 000 байт в час посредством антенны 2, на удаленный сервер посредством ретранслятора низкоорбитального спутника. При этом в процессе передачи данных наблюдается устойчивый сигнал и стабильная скорость передачи данных от датчика 8 на удаленный сервер при любых метеоусловиях или условиях местности, а география беспрепятственно организуемого мониторинга состояния линий электропередачи расширяется более чем на 50%.

Устройство позволяет получать данные о состоянии линий электропередачи из любых географических точек, в отдаленных районах, без покрытия GSM и прочих наземных сетей связи, а также без необходимости контроля и оценки уровней сигнала GSM. При этом упрощается выбор локации установки устройства, поскольку исключается необходимость оценки условий местности и возможных погодных условий, препятствующих передаче данных.

При изменении конфигурации оборудования, в частности, при использовании параболической спутниковой антенны и установке приемопередатчика на частоты до 290 и свыше 455 МГц наблюдается ухудшение сигнала и потеря пакетов с данными, полученными от датчика 8 при мониторинге состояния ЛЭП, расположенной в горной местности при неблагоприятных погодных условиях, в частности при выпадении снега.

Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в повышении стабильности сигнала двусторонней связи приемопередатчика с ретрансляторами низкоорбитальных спутников, тем самым улучшая эксплуатационные характеристики устройства для мониторинга состояния линии электропередачи.

Изобретение относится к контролю состояния линий электропередачи, расположенных на удаленных и труднодоступных локациях. Сущность: устройство для мониторинга состояния линии электропередачи содержит средство крепления на линии электропередачи, электрически соединенные источник питания, модуль беспроводной связи, состоящий из приемопередатчика и антенны и обеспечивающий двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников, контроллер управления и интерфейс для подключения датчика состояния линии электропередачи. Приемопередатчик обеспечивает двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 300 до 450 МГц. Антенна обеспечивает ширину диаграммы горизонтальной направленности в 360°. Технический результат: повышение стабильности сигнала двусторонней связи приемопередатчика с ретрансляторами низкоорбитальных спутников при любом их положении относительно устройства и при неблагоприятных погодных условиях, высоких перепадах рельефа местности, помехах от ветвей деревьев. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для мониторинга состояния линии электропередачи, содержащее средство крепления на линии электропередачи, электрически соединенные: источник питания, модуль беспроводной связи, состоящий из приемопередатчика и антенны, и обеспечивающий двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников, контроллер управления и интерфейс для подключения датчика состояния линии электропередачи, отличающееся тем, что приемопередатчик обеспечивает двустороннюю связь через ретрансляторы низкоорбитальных спутников на частотах от 300 до 450 МГц, при этом антенна обеспечивает ширину диаграммы горизонтальной направленности в 360°.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приемопередатчик обеспечивает передачу данных со скоростью от 100 до 50 000 байт в час.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что антенна выполнена спиральной или в виде плоской решетки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник питания представлен в виде суперконденсатора.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что интерфейс для подключения датчика состояния линии электропередачи может быть USART или USB.