УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 2025 года по МПК G01R31/08 H02J13/00 

Изобретение относится к дистанционному контролю (мониторингу) объектов электроэнергетики и предназначено для получения данных о состоянии проводов ЛЭП, предварительной обработки полученных данных и их передачи на пункт сбора информации энергосистемы.

Результаты мониторинга могут быть использованы для оценки состояния проводов ЛЭП, раннего обнаружения факторов, влияющих на безопасность эксплуатации линии, и своевременного принятия необходимых мер для обеспечения надежной и безопасной работы линии.

Из уровня техники известно устройство для мониторинга технического состояния линий электропередачи (ЛЭП), состояния охранной зоны ЛЭП и модуль для мониторинга технического состояния провода линии ЛЭП и его охранной зоны, принятое за прототип, устройство содержит установленные на линии электропередачи между двумя опорами модули, в корпусе модуля размещены датчики: датчик температуры провода, датчик атмосферного давления, датчик ускорений, датчики погодных условий окружающей среды, включающие, по меньшей мере, один датчик температуры и, по меньшей мере, один датчик влажности, датчики связаны с микропроцессором, который соединен с приемопередатчиком для связи с сервером, устройство имеет клиентское программное обеспечение (ПО), установленное в микропроцессоре модуля, и серверное ПО, клиентское ПО выполнено с возможностью опроса каждого датчика модуля, передачи полученных данных на сервер, опроса ближайших модулей для выявления доступных модулей в цепочке для передачи показаний вышедшего из строя модуля на сервер через другие доступные модули (RU 2752002 С2, 03.09.2019).

Недостатком данного устройства является контроль состояния ЛЭП только в одной точке, в которой установлено данное устройство.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение информативности устройства, а именно контроль состояния всей длины ЛЭП.

Указанный технический результат достигается с помощью устройства для локационного мониторинга технического состояния линий электропередачи (ЛЭП), установленного на фазном проводе 1 линии электропередачи, между двумя опорами линии, и связанного с сервером, устройство содержит герметичный корпус 2, с размещенными в его полости микропроцессором, рефлектометром 3, приемопередатчиком и блоком питания, при этом рефлектометр 3 генерирует зондирующие импульсные сигналы, и принимает сигналы, которые формируются после подачи на фазный провод 1 зондирующего импульсного сигнала, соединенный со всеми блоками устройства микропроцессор, на основе сигналов от рефлектометра 3 формирует рефлектограмму, в которую записывает сигналы, отраженные от неоднородностей на длине линии электропередачи, и сигнал, отраженный от конца линии электропередачи, приемопередатчик предназначен для связи с сервером посредством радиоканала, а питание всех электронных схем устройства осуществляется блоком питания, дополнительно рефлектометр 3 подключается первым своим высокочастотным выводом к фазному проводу воздушной линии электропередачи 1, вторым своим высокочастотным выводом подключается к началу линии связи 4, противоположный конец линии связи 4 подключается к одному выводу нагрузочного сопротивления 5, второй вывод нагрузочного сопротивления 5 подключается к фазному проводу воздушной линии электропередачи 1, при этом линия связи 4 располагается вдоль фазного провода воздушной линии электропередачи 1, на некотором расстоянии 6 от фазного провода воздушной линии электропередачи 1, устройство имеет клиентское программное обеспечение, установленное в микропроцессоре устройства, и серверное программное обеспечение, клиентское программное обеспечение выполнено с возможностью передачи рефлектограмм на сервер, и получения команд управления от сервера, кроме того на фазном проводе 1, между точками подключения рефлектометра 3 и нагрузочного сопротивления 5 к фазному проводу 1, размещается блок 11 из одного или нескольких замкнутых вокруг фазного провода 1 высокочастотных сердечников, а блок питания 9 подключен к обмотке 12, намотанной вокруг всех высокочастотных сердечников блока 11.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами, где на фиг. 1 изображено устройство для локационного мониторинга технического состояния линий электропередачи (первая часть блоков); на фиг. 2 изображена блок-схема устройства для локационного мониторинга технического состояния линий электропередачи (вторая часть блоков).

Устройство, установленное на фазном проводе 1 линии электропередачи, между двумя опорами линии, и связанное с сервером, содержит:

- герметичный корпус 2;

- рефлектометр 3;

- линию связи 4;

- нагрузочное сопротивление 5;

- микропроцессор 8;

- блок питания 9;

- приемопередатчик 10;

- блок 11, состоящий из одного или нескольких замкнутых вокруг фазного провода 1 высокочастотных сердечников;

- обмотку 12, намотанную вокруг всех высокочастотных сердечников блока 11.

Также на фиг. 1 указаны:

- расстояние 6, на которое линия связи 4 отстоит от фазного провода 1;

- длина 7 линии связи 4.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлены две возможные реализации предлагаемого устройства:

• фиг. 1 - устройство без блока 11, состоящее из одного или нескольких замкнутых вокруг фазного провода 1 высокочастотных сердечников,

• фиг. 2 - устройство с блоком 11, состоящее из одного или нескольких замкнутых вокруг фазного провода 1 высокочастотных сердечников, при этом длина 7 линии связи 4 и нагрузочное сопротивление 5 равны нулю.

При реализации предлагаемого устройства возможны любые его промежуточные состояния: с блоком 11 из одного или нескольких замкнутых вокруг фазного провода 1 высокочастотных сердечников, причем длина 7 линии связи 4 и нагрузочное сопротивление 5 могут быть не равны нулю.

Устройство для локационного мониторинга технического состояния линий электропередачи работает следующим образом.

Соединенный со всеми блоками устройства микропроцессор 8 управляет работой всех блоков устройства:

• на основе сигналов от рефлектометра 3 формирует рефлектограмму, в которую записывает сигналы, отраженные от неоднородностей на длине линии электропередачи, и сигнал, отраженный от конца линии электропередачи,

• используя приемопередатчик 10, который предназначен для связи с сервером посредством радиоканала, отправляет на сервер информацию о состоянии устройства,

• отправляет на сервер измеренные рефлектограммы,

• получает от сервера команды управления.

Рефлектометр 3, под управлением микропроцессора 8, генерирует зондирующие импульсные сигналы и принимает сигналы, которые формируются после подачи на фазный провод 1 зондирующего импульсного сигнала.

Подключение выходов рефлектометра 3 к фазному проводу 1 выполняется следующим образом:

• подключается первым своим высокочастотным выводом к фазному проводу воздушной линии электропередачи 1,

• вторым своим высокочастотным выводом подключается к началу линии связи 4,

• противоположный конец линии связи 4 подключается к одному выводу нагрузочного сопротивления 5,

• второй вывод нагрузочного сопротивления 5 подключается к фазному проводу воздушной линии электропередачи 1.

Такое подключение рефлектометра 3 к фазному проводу 1 работает как направленный ответвитель [Направленный ответвитель. Материал из Википедии - свободной энциклопедии. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%/oB0%D0%BF%Dl%80%D0%B0% D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%D0%BE %D1%82%D0%B2%D0%B5%D1%82%DQ%B2%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C]:

• при достаточной длине 7 линии связи 4 и при величине нагрузочного сопротивления 5, равного волновому сопротивлению линии связи 4, зондирующие импульсные сигналы рефлектометра 3 распространяются, в основном, в направлении от устройства в сторону линии связи 4,

• при этом рефлектометр 3 принимает, в основном, сигналы, пришедшие со стороны ЛЭП, в которой располагается линия связи 4 (справа на фиг. 1), и слабее принимает сигналы от противоположной стороны ЛЭП,

• волновое сопротивление линии связи 4 определяется расстоянием 6, на которое линия связи 4 отстоит от фазного провода 1, формой и размерами проводника линии связи 4, диаметром фазного провода 1.

Для увеличения эффективности работы рефлектометра 3, а именно увеличения генерируемых в фазном проводе 1 импульсных сигналов и увеличения амплитуды принимаемых сигналов, отраженных от неоднородностей на длине линии электропередачи, и сигнала, отраженного от конца линии электропередачи, предлагается в некоторых вариантах устройства устанавливать на фазный провод аналог стандартного ВЧ-заградителя:

• на фазном проводе 1, между точками подключения рефлектометра 3 и нагрузочного сопротивления 5 к фазному проводу 1, размещать блок 11 из одного или нескольких замкнутых вокруг фазного провода 1 высокочастотных сердечников, при этом фазный провод 1, проходящий сквозь все высокочастотные сердечники блока 11, образует некоторую индуктивность L.

Индуктивность L тороидальной катушки определяется формулой:

где: L - индуктивность в Гн, μ, μ₀ - относительная магнитная проницаемость μ высокочастотных сердечников блока 11 и магнитная постоянная в системе СИ, N - количество витков катушки, S - площадь сечения высокочастотных сердечников блока 11, - длина магнитной пути высокочастотных сердечников блока 11, все размеры - в метрах.

Для высокочастотных сердечников блока 11 с относительной магнитной проницаемостью μ=1000, сечением S=2*2 см² и длиной магнитного пути , индуктивность одного высокочастотного сердечника из блока 11, для фазного провода с N=1, получаем L≈4 микрогенри. Пусть длительность генерируемых рефлектометром 3 в фазном проводе 1 импульсных сигналов порядка τ≈1 микросекунды, соответственно, эффективная частота импульсных сигналов F=1/(2τ)≈500 кГц. На этих частотах сопротивление, которое окажет индуктивность L одного высокочастотного сердечника из блока 11, будет равно: X_L=2πF*L≈12 Ом. В то же время, для промышленной частоты 50 Гц это сопротивление будет на четыре порядка меньше, порядка Х₅₀=1,2 мОм.

Питание всех электронных схем устройства осуществляется блоком питания 9, который подключен к обмотке 12, намотанной вокруг всех высокочастотных сердечников блока 11. Блок питания 9 начинает работать (выдавать достаточную мощность) при токах фазного провода 1 I=5 ампер, при таком токе на сопротивлении Х₅₀ будет падение напряжения U=6 мВ. При установке четырех высокочастотных сердечников в блоке 11 (как изображено на фиг. 2), общее падение напряжения будет U=24 мВ. Если обмотка 12 в блоке 11 будет иметь 100 витков, тогда на блок питания 9 уже при токах фазного провода 1 I=5 ампер будет приходить напряжение 2,4 В, что вполне достаточно для работы блока питания 9.

Ток фазного провода 1 создает вокруг провода 1 магнитное поле, которое может насыщать высокочастотные сердечники блока 11. Это явление, для предлагаемого устройства, имеет как положительные, так и отрицательные стороны.

Индукция магнитного поля в материале сердечника:

Для тока фазного провода 1 I=100 А, r=0,02 м - расстояние от оси провода до сердечника, получаем индукцию магнитного поля порядка В~1 Тесла. Если учесть, что индукция насыщения для ферритовых сердечников Bs~0,3 (Ni-Zn) - 0,5 (Mn-Zn) Тесла, видно, что при таких токах и параметрах сердечника, материал сердечника будет насыщаться.

Рассмотрим влияние насыщения на рефлектометр и блок питания.

• Рефлектометр 3 должен работать при ненасыщенных сердечниках, поэтому привязываем момент подачи зондирующего импульса рефлектометра 3 к переходу через ноль тока I фазного провода 1. Сам момент перехода через ноль тока I фазного провода 1 определяется из напряжения обмотки 12, намотанной вокруг всех высокочастотных сердечников блока 11, к которой присоединен блок питания 9.

• Блок питания 9 начинает работать (выдавать мощность) при токах фазного провода 1 I=5 ампер и выше. Но ток I фазного провода 1 может достигать сотен и тысяч ампер. Поэтому насыщение сердечника при больших токах I фазного провода 1 будет полезно для блока питания: при насыщении сердечника уменьшается относительная магнитная проницаемость сердечника μ, что приведет к более слабому росту индукции магнитного поля В, при росте тока I фазного провода, соответственно, выходная ЭДС, которая пропорциональна индукции магнитного поля В, обмотки 12, намотанной вокруг всех высокочастотных сердечников блока 11, будет слабее расти с ростом тока I в фазном проводе 1.

Изобретение позволит повысить информативность и надежность эксплуатации ЛЭП, предотвратить аварийные и чрезвычайные ситуации за счет создания устройства для мониторинга ЛЭП, позволяющего в режиме реального времени собирать более широкий с высокой диагностической информативностью спектр факторов мониторинга (за счет обнаружения любых неоднородностей на всей длине ЛЭП), предоставлять наиболее полную комплексную информацию о состоянии проводов ЛЭП. В конечном итоге это приведет к снижению затрат на содержание и эксплуатацию ЛЭП.

Изобретение относится к электротехнике, а именно дистанционному контролю (мониторингу) объектов электроэнергетики, и предназначено для получения данных о состоянии проводов ЛЭП, предварительной обработки полученных данных и передачи их на пункт сбора информации энергосистемы. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение информативности устройства, а именно контроль состояния проводов по всей длине ЛЭП. Указанный технический результат достигается с помощью устройства для локационного мониторинга технического состояния линий электропередач (ЛЭП), установленного на фазном проводе (1) линии электропередачи, между двумя опорами линии, и связанного с сервером. Устройство содержит герметичный корпус (2) с размещенными в его полости микропроцессором, рефлектометром (3), приемопередатчиком и блоком питания. Рефлектометр (3) генерирует зондирующие импульсные сигналы и принимает сигналы, которые формируются после подачи на фазный провод (1) зондирующего импульсного сигнала. Микропроцессор на основе сигналов от рефлектометра (3) формирует рефлектограмму, в которую записывает сигналы, отраженные от неоднородностей на протяжении (длине) линии электропередачи, и сигнал, отраженный от конца линии электропередачи. Приемопередатчик предназначен для связи с сервером посредством радиоканала. Питание всех электронных схем устройства осуществляется блоком питания. Рефлектометр (3) подключается первым своим высокочастотным выводом к фазному проводу воздушной линии электропередачи (1), вторым своим высокочастотным выводом подключается к началу линии связи (4), противоположный конец линии связи (4) подключается к одному выводу нагрузочного сопротивления (5), второй вывод нагрузочного сопротивления (5) подключается к фазному проводу воздушной линии электропередачи (1). Линия связи (4) располагается вдоль фазного провода воздушной линии электропередачи (1), на расстоянии (6) от фазного провода воздушной линии электропередачи (1). Устройство имеет клиентское и серверное программные обеспечения, установленные в микропроцессоре устройства. Клиентское программное обеспечение выполнено с возможностью передачи рефлектограмм на сервер и получения команд управления от сервера. На фазном проводе (1), между точками подключения рефлектометра (3) и нагрузочного сопротивления (5) к фазному проводу (1), размещается блок (11) из одного или нескольких замкнутых вокруг фазного провода (1) высокочастотных сердечников. Блок питания (9) подключен к обмотке (12), намотанной вокруг всех высокочастотных сердечников блока (11). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для локационного мониторинга технического состояния линий электропередачи, установленное на фазном проводе линии электропередачи, между двумя опорами линии, и связанное с сервером, содержащее герметичный корпус с размещенными в его полости рефлектометром, который генерирует зондирующие импульсные сигналы и принимает сигналы, которые формируются после подачи на фазный провод зондирующего импульсного сигнала, микропроцессором, который соединен со всеми блоками устройства и на основе сигналов от рефлектометра формирует рефлектограмму, в которую записывает сигналы, отраженные от неоднородностей на длине линии электропередачи, и сигнал, отраженный от конца линии электропередачи, приемопередатчиком, предназначенным для связи с сервером посредством радиоканала и блоком питания, с помощью которого осуществляется питание всех электронных схем устройства, отличающееся тем, что рефлектометр подключается первым своим высокочастотным выводом к фазному проводу воздушной линии электропередачи, вторым своим высокочастотным выводом - к началу линии связи, противоположный конец линии связи подключается к одному выводу нагрузочного сопротивления, второй вывод нагрузочного сопротивления подключается к фазному проводу воздушной линии электропередачи, при этом линия связи располагается вдоль фазного провода воздушной линии электропередачи на расстоянии от фазного провода воздушной линии электропередачи, при этом устройство имеет клиентское программное обеспечение, установленное в микропроцессоре устройства и выполненное с возможностью передачи рефлектограмм на сервер и получения команд управления от сервера, и серверное программное обеспечение.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на фазном проводе, между точками подключения рефлектометра и нагрузочного сопротивления к фазному проводу, размещается блок из одного или нескольких замкнутых вокруг фазного провода высокочастотных сердечников, а блок питания подключен к обмотке, намотанной вокруг всех высокочастотных сердечников блока.