УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИКИ И ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2023 года по МПК G01R31/08 H02J13/00 

Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к вопросам мониторинга, диагностики и защиты воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), позволяющее контролировать техническое состояние изоляторов, опор, проводов для класса напряжения 6-35 кВ, с целью диагностирования элементов ВЛЭП и определения всех возможных видов повреждений ВЛЭП, а также определения их места в сети с заземленной нейтралью и изолированной нейтралью.

Известна полезная модель [Пат. №150207 РФ, МПК H02J 13/00; Терминал контроля технического состояния опор воздушной линии электропередачи / Механошин К.Б., Богданова О.И., Черчик С.В.], суть которой заключается в том, что терминалом осуществляется контроль технического состояния опор воздушной линии электропередачи, содержащего тензодатчики и датчики положения - смещения и наклона. Передача информации о наличии повреждения или отклонения происходит по оптоволоконной линии.

Однако данное устройство не предназначено для поиска места короткого замыкания, обрыва провода и однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), также передача информации не подходит для сетей без волоконно-оптической линии связи, что характерно для производственных линий и линий в сельской местности.

Известна также полезная модель [Пат. № 204710 РФ, МПК H01C 3/00, H01C 3/00; Конструкция шунта для диагностики опорных и штырьевых изоляторов воздушной линии электропередач / Терещенко Н.А., Мирошник В.Ю., Поляков Д.А., Никитин К.И.], суть которой заключается в том, что между изолятором и траверсой устанавливается резистивный высокоомный шунт. При больших токах утечки изолятора с этого шунта снимается падение напряжения достаточное для срабатывания диагностического устройства. Однако по такому признаку невозможно определить место короткого замыкания или ОЗЗ.

Наиболее близким по технической сущности, реализованным в устройстве (прототипом) [Пат. № 2722526 РФ, МПК G01R 31/08; Способ определения места однофазного замыкания в сети с изолированной нейтралью / Никитин К.И., Еленев А.В., Мирошник В.Ю., Поляков Д.А.], является способ, основанный на том, что фиксируют место повреждения на опоре. При повреждении изоляции и возникновении однофазного замыкания на опоре срабатывает указатель, и устройство передает номер поврежденной опоры с помощью сотового оператора, или на беспилотный аппарат, или на транспортное средство с приемником-передатчиком, передвигающимся вдоль ВЛЭП. Однако устройство не предназначено для комплексного контроля линий и состояния опоры: не имеет функции определения места короткого замыкания, обрыва провода, падения провода и ОЗЗ, отсутствует контроль за креном и разрушением целостности конструкции опоры.

Технической задачей изобретения является осуществление комплексной системы диагностики состояния опор и защиты воздушной линии электропередачи (фиг. 1).

Поставленная задача достигается тем, что в рассечку фазных проводов включены резистивные низкоомные шунты, к которым подключены аналого-цифровые преобразователи с приемником-передатчиком, питаемые от солнечных элементов, датчики контроля целостности подземной и надземной частей стойки опоры, состоящие из двух зубчатых сегментов, охватывающих опору, с одной стороны сцепленные шарнирно шпилькой, с другой стороны сцепленные пружиной, с этой же стороны на одном сегменте закреплен магнит, на другом – геркон, выводы которого соединены с терминалом опоры.

В связи с этим устройство может определять:

- место одно-, двух- и трехфазного коротких замыканий;

- место ОЗЗ в сети с изолированной нейтралью;

- опору, на которой произошло падение фазного провода на траверсу;

- опору, на которой произошло критическое ухудшение состояния изолятора;

- нарушение целостности подземной и надземной части стойки опоры;

- возникновение критической деформации стойки опоры или траверсы;

- возникновение критического смещения и наклона стойки опоры.

На фиг. 1 показаны: 1 – стойка опоры воздушной линии, 2 – траверса опоры, 3 – изолятор; 4 – провод; 5 – заземление траверсы; 6 –терминал опоры, содержащий устройство контроля состояния опор, воздушной линии, приемник-передатчик, 7 – резистивный высокоомный шунт; 8 – резистивный низкоомный шунт; 9 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с приемником-передатчиком; 10 – трансформатор тока; 11 – датчики контроля целостности подземной и надземной частей стойки опоры; 12 – тензодатчики опоры; 13 – тензодатчики траверсы; 14 – солнечные электрические элементы; 15 – диспетчерский пункт.

Вся информация обрабатывается терминалом 6 опоры 1, сигнал может быть передан любым способом: через спутниковый канал связи, через сотового оператора, через транспортное средство с приемником-передатчиком, объезжающее данную ВЛЭП или по радиоканалу от опоры к опоре до диспетчерского пункта.

На фиг. 2 отображен увеличенный фрагмент системы шунт и аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

На фиг. 3 представлена эпюра распределения токов нулевой последовательности при ОЗЗ.

На фиг. 4 показан датчик контроля целостности подземной и надземной частей стойки опоры.

Устройство при различных режимах работы сети работает следующим образом.

В нормальном режиме датчики не фиксируют сигналы, на шунтах напряжения меньше критических значений, терминалы не срабатывают, находясь в ждущем режиме, никаких действий не происходит.

Режим работы при коротком замыкании на ВЛЭП. При возникновении короткого замыкания на воздушных линиях электропередач в диспетчерском пункте 15 срабатывают соответствующие защиты и посылается сигнал запроса на ближайший терминал 6 опоры 1 ВЛЭП, который в первую очередь пересылает этот сигнал на терминал следующей опоры.

Во вторую очередь терминал 6 посылает сигнал на свои фазные приемники-передатчики и АЦП 9 (фиг. 2). Так как при протекании тока КЗ через резистивный низкоомный шунт 8 появляется падение напряжения пропорциональное измеряемому току. После запроса терминала 6 сигнал с резистивного низкоомного шунта 8 отцифровывается АЦП 9 и передается на свой терминал 6 опоры 1 по радиоканалу. Таким образом, сигнал считывают терминалы всех опор и передают от опоры к опоре в диспетчерский пункт 15. Из анализа сигналов будет определена опора за местом КЗ, у которой токи в фазах будут равны нулю или рабочим величинам.

Таким образом, мониторинг места короткого замыкания и (или) обрыва провода будет определен на диспетчерском пункте 15 благодаря программно-аппаратному комплексу.

При падении провода на землю возникает ОЗЗ, в диспетчерском пункте 15 срабатывают соответствующие защиты и посылается сигнал запроса на ближайший терминал 6 опоры 1 ВЛЭП. После принятия сигнала на опоре 1 его терминал 6 посылает сигнал приемникам АЦП 9, которые отцифровывают сигналы падений напряжений на резистивных низкоомных шунтах 8 каждой фазы. Затем передатчики АЦП 9 передают по радиоканалу в центральный терминал 6 величины фаз. В терминале 6 производится сложение и вычисление тока нулевой последовательности 3I₀ в соответствии с методом симметричных составляющих трехфазной системы:

I_A + I_B + I_C = 3I₀

Такой сигнал вычисляется на терминах 6 всех опор 1 и последовательно от каждого терминала 6 соответствующей опоры 1 от опоры к опоре посылается в диспетчерский пункт 15.

На фиг. 3 показана эпюра, которую формирует программно-аппаратный комплекс. Она соответствует распределению токов нулевой последовательности вдоль ВЛЭП, на которой нетрудно определить место ОЗЗ. В сети, питаемой генератором (обмоткой трансформатора) 20, на неповрежденных линиях 16 и 17 токи будут увеличиваться от конца к началу, на поврежденной линии 18 ток будет увеличиваться от начала линии до места ОЗЗ, а затем к концу линии будет уменьшаться. Таким образом, несложно определить место ОЗЗ 19 по токам нулевой последовательности, протекаемым через резистивные низкоомные шунты 8, и присланным от каждой опоры ВЛЭП в диспетчерском пункте 15 с помощью программно-аппаратного комплекса.

При падении провода 4 на траверсу 2 возникает ОЗЗ, поскольку траверса заземлена. На заземлении 5 установлен трансформатор тока 10, во вторичной обмотке которого протекает ток, превышающий выставленную уставку в терминале 6, который срабатывает и посылает сигнал в диспетчерский пункт 15 о номере поврежденной опоры.

При ухудшении состояния изолятора уменьшается его сопротивление, что сопровождается увеличенным током утечки. В таком режиме увеличивается падение напряжения на резистивном высокоомном шунте. Данный сигнал поступает по проводнику от этого шунта в терминал 6. Если ток утечки больше критической величины, терминал посылает сигнал в диспетчерский пункт 15 о критическом предпробойном состоянии изолятора данной опоры 1.

Контроль за целостностью стойки опоры 1 осуществляется посредством датчиков 11 контроля целостности подземной и надземной частей стойки опоры 1, срабатывающих при разрушении стойки опоры 1.

На фиг. 4 показан датчик контроля целостности подземной и надземной частей стойки опоры, который состоит из двух зубчатых сегментов 22, охватывающих бетонную или деревянную опору 21. С одного конца зубчатые сегменты 22 сцеплены шарнирно шпилькой 23, с другого конца сцеплены пружиной 24 и на этих же концах на одном сегменте закреплен магнит 26, на другом – геркон 25, выводы которого соединены с терминалом 6 опоры 1. Когда опора разрушается, ее структура размягчается, зубчатые сегменты 22 въедаются в опору под действием пружины 24. Концы зубчатых сегментов 22 сближаются, расстояние между магнитом 26 и герконом 25 уменьшается. При величине расстояния между ними меньше критической под действием магнитного поля магнита 26 геркон 25 замыкает контакты, которые подключены к терминалу 6. Терминал 6 срабатывает и подает сигнал о разрушении стойки опоры 1 через терминалы других опор в диспетчерский пункт 15.

При недопустимой деформации стойки опоры 1 (или траверсы 2) в тензодатчиках 12 (или тензодатчиках 13) возникает сигнал, который поступает в терминал 6. Терминал 6 срабатывает и подает сигнал о возникшей деформации стойки опоры 1 через терминалы других опор в диспетчерский пункт 15.

При возникновении крена на опоре 1 срабатывает датчик положения, установленный в терминале 6 опоры. Сигнал о крене сравнивается с заданными уставками и при больше критической величины терминал 6 срабатывает и подает сигнал о крене и отклонении стойки опоры 1 через терминалы других опор в диспетчерский пункт 15.

Технический результат данного устройства позволяет диагностировать элементы ВЛЭП и определить все возможные виды повреждений ВЛЭП, а также определить их место в сети с заземленной нейтралью и изолированной нейтралью.

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности к контрольно-измерительной технике и релейной защите, а также к дистанционным методам неразрушающего контроля, для контроля состояния опор и воздушных линий электропередач. Технический результат: диагностика всех элементов опоры ВЛЭП и точное определение места повреждений. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляется защита от коротких замыканий, однофазного замыкания на землю; мониторинг и диагностика целостности изоляторов, падения провода на траверсу опоры, целостности конструкции и крена от допустимого отклонения положения стойки опоры. При срабатывании устройства информация о состоянии поврежденной опоры передается посредством радиоканала вдоль линии на диспетчерский пункт, где эта информация считывается и анализируется программным комплексом. 4 ил.

Устройство диагностики и защиты воздушной линии электропередачи, содержащее терминал с приемником-передатчиком, на каждой опоре, трансформатор тока, установленный на заземляющем спуске траверсы и подключенный к терминалу, резистивные высокоомные шунты, установленные между фазными изоляторами ВЛЭП и траверсами, и подключенные к терминалу, тензодатчики деформации опоры и траверсы, также подключенные к терминалу, отличающееся тем, что в рассечку фазных проводов включены резистивные низкоомные шунты, к которым подключены аналого-цифровые преобразователи с приемником-передатчиком, питаемые от солнечных элементов, датчики контроля целостности подземной и надземной частей стойки опоры, состоящие из двух зубчатых сегментов, охватывающих опору, с одной стороны сцепленные шарнирно шпилькой, с другой стороны сцепленные пружиной, с этой же стороны на одном сегменте закреплен магнит, на другом – геркон, выводы которого соединены с терминалом опоры.