Способ определения места повреждения линий электропередач и связи Советский патент 1991 года по МПК G01R31/11 G01R31/08 

Изобретение относится к импульсной технике и электроизмерениям и может быть использовано для определения места повреждения с большим переходным сопротивлением в линиях электропередачи и связи.

Целью изобретения является достижение заданной чувствительности при определении повреждений с высоким переходным сопротивлением путем выделения дополнительного п-ступен- чатого преобразования вычитание- усиление мгновенных значений напря

жения импульсной характеристики при многократном зондировании линии до воздействия на линию дестабилизирующего фактора, такого же п-ступен- чатого преобразования импульсной характеристики после воздействия дестабилизирующего фактора и вычитания запоминаемых усредненных результатов этих преобразований до и после воздействия дестабилизирующего фактора, а также тем, что количество ступеней п и коэффициент усиления k ступени преобразования вычитание-усиление

О

оо оо ю

СЛ

15

20

25

выбирают из условия обеспечения заанной чувствительности.

На Лиг.1 представлено устройство для реализации предлагаемого спосо- ,- а; на фиг.2 представлена графическая зависимость последовательной трехтупенчатой трансформации импульсной характеристики вычитание-усиление до воздействия дестабилизирующего напря- ю ения для задержек t4, t, tj, tfc; на фиг.З представлена трансформированная импульсная характеристика для этих же задержек после воздействия дестабилизирующего напряжения; на фиг.k представлена разностная аналоговая импульсная характеристика на экране индикатора.

Повреждение соответствует задержке линии t.

Сущность способа основана на многократном зондировании линии импульсами напряжения, приеме отраженных импульсов, запоминании значений напряжения с шиний для каждого зна- чения временной задержки, воздействии на изоляцию линии дестабилизирующим фактором, вычитании значений напряжений с линии, соответствующих одинаковым значениям временной задержки относительно момента зондирования, при этом мгновенные значения напряжения для каждого значения временной задержки преобразуют в ряд напряжений посредством п-ступенчатого последовательного преобразования вычитание-усиление в течение п+1 циклов, выходное напряжение п-й ступени п+1 цикла для каждого времени задержки усредняют и запоминают его усредненное значение; после воздействия дестабилизирующего фактора мгновенное значение для каждого времени задержки преобразуют в ряд напряжений посредством п-ступенчатого преобразования вычитание-усиление, вычитая из входного напряжения каждой ступени преобразования ранее записанные в память напряжения для каждой ступени до воздействия дестабилизирующего фактора и .усиливая результаты вычитания в каждой ступени в k раз, выходное напряжение n-й ступени для каждого значения времени задери; ки усредняют и запоминают его усредненное значение.

Запоминаемые усредненные результаты n-ступенчатого преобразования до и после воздействия дестабилизи-30

35

40

45

50

55

5

0

5

0

5

0

5

0

5

рующего фактора для одинаковых задержек вычитают и определяют место повреждения по времени задержки появления ненулевого результата вычитания

Количество ступеней п и коэффициент усиления k ступени преобразования вычитание-усиление выбирают из условия обеспечения заданной чувствительности.

Устройство, реализующее данный способ, содержит генератор 1 зондирующих импульсов, устройство 2 выборки мгновенного значения напряжения для каждого времени задержки, п-ступен- чатый преобразователь 3 мгновенных значений напряжений вычитание-усиление, схему k усреднения, аналого- цифровой преобразователя 5 (АЦП), ми- микроЭВМ 6, блок 7 памяти, цифроана- логовые преобразователи 8-10 напряжений, индикатор 11, коммутатор 12, источник 13 дестабилизирующего напряжения.

При этом первая выходная шина микроЭВМ 6 подключена соответственно к генератору 1 зондирующих импульсов, устройству 2 выборки мгновенных значений напряжения, к третьим входам n-ступенчатого преобразователя 3, вторая шина управления микро- ЭВМ 6 подключена к блоку 7 памяти и индикатору 11, двунаправленная шина связывает микроЭВМ и блок 7 памяти однонаправленными шинами, блок 7 памяти связан с цифроаналоговыми преобразователями 8-10 напряжений, выходы которых подключены к входам (п-ступеням) n-ступенчатого преобразователя 3, выход генератора 1 зондирующих импульсов подключен к первому входу коммутатора 12 и входу устройства 2 выборки мгновенного ,значения напряжения, выход которого подключен к первому входу первой ступени n-ступенчэтого преобразователя, у которого выход каждой предыдущей, начиная с первой, ступени соединен с первым входом последующей, а выход n-й ступени, являющейся выходом n-ступенчатого преобразователя 3, соединен с входом схемы 4 усреднения выход которой подключен к входу ана- лого-цифрового преобразователя 5, выход АЦП 5 однонаправленной шиной соединен с микроЭВМ 6, второй вход коммутатора 12 подключен к выходу источника 13 дестабилизирующего

S1

напряжения, выход коммутатора 12 подключен к контролируемой линии.

Устройство работает следующим образом.

Генератор зондирующих импульсов 1 через коммутатор 12 посылает зондирующие импульсы в линию.

Устройство Я выборки мгновенного значения напряжения для каждого для каждого времени задержки, устанавливаемого микроЭВМ 6, преобразует мгновенное значение в пропорциональное ему постоянное напряжение. Это напряжение поступает на первый вход первой ступени n-ступенчатого преоб

разователя 3 вычитание-усиление. Работа n-ступенчатого преобразователя 3 производится в п+1 циклов после каждого зондирования линии для каждого времени задержки.

В первом цикле напряжение ,(t1 поступает на первый вход п-ступенчатого преобразователя и проходит без изменения на выхол п-ступенчатого преобразователя, так как при этом мик роЭВМ устанавливает на всех вторых его входах напряжения каждой ступени U t - U D.J ии О, а коэффициент усиления каждой ступени равным еди- , нице.

имчн чеРез схему k усреднения проходит без изменения на аналого-цифровой преобразователь 5- МикроЭВМ 6 направляет код M3H1(tj) -в первый массив блока 7 памяти - МЗН.

I

Во втором цикле измерения код МЗН

из первого массива памяти M(t ) по сигналу разрешения микроЭВМ 6 поступает в первый цифроаналоговый пре- образователь (ЦАП) 8, причем на его N входов (N-разрядов) поступает код М4 - т, где т - число единиц младшего разряда.

Выходное напряжение ЦАП И

М.( - т ,Т -гд- ипр поступает на второй

вход первой ступени преобразования вычитание-усиление. Сигналом с микроЭВМ устанавливается усиление первой ступени, равное k. При поступлении на первый вход первой ступени напряжения в ней производится вычитание напряжений Мдлзий и запоми наемого

..M«Unp тУдр

Г р + Я

(Ц

WH2

M-OJnp ) +

,

также усиление i,1 k UUWlH k + m. k Unp P

Через остальные ступени n-ступенчатого преобразователя и схему усреднения величина &,-k проходит без изменения в АЦП 5, преобразуется в цифровой код Mz (t ) и через мультиплек0

сор микроЭВМ 6 поступает во второй массив блока 7 памяти A, k(t,) для каждого времени задержки A, k.

В третьем цикле измерения для каждого времени задержки по сигналу разрешения микроЭВМ 6 коды М и М из первого и второго массивов блока 7 памяти МЗН nA,-k поступают соответственно в первый и второй цифроана- 5 лотовые преобразователи 8 и 9 таким образом, что на выходах первого и второго ЦАП 8 и 9 устанавливаются нал ряжения

30

IT - Ml-I-m .IT iufp

Мг - m

и

пр

При поступлении UWJ4 на первый вход первой ступени преобразователя операция вычитание-усиление производится в первой и второй ступенях преобразователя, соединенных последователь но.

В первой ступени: вычитание:

5

л;.

«3 И Ъ U

и

raUnp . I UMSH

мэкэ

tnUitp 2Н s

-

усиление

A -k Л -k +

МЗН

mkUcp 2N

во второй ступени:

4, я - ог -А

МЭМ

k +

mkUnp -2N

Изобретение может быть использовано для определения места повреждения на линиях электропередачи и связи. Цель изобретения - достижение повышенной чувствительности при определении повреждений с высоким переходным сопротивлением. Способ основан на многократном зондировании линии импульсами напряжения, приеме отраженных импульсов, запоминании значений напряжения с линии для каждого значения временной задержки, последовательном n-ступенчатом преобразовании вычитание-усиление в течение п+1 циклов мгновенных значений напряжений для каждого времени задержки, усреднении выходного напряжения n-й ступени после п+1 цикла запоминания его усредненного значения. Предусматривается п-ступенчатое преобразование мгновенного значения напряжения вычитание-усиление для каждого значения напряжения после воздействия дестабилизирующего фактора. Производится определение места повреждения по ненулевому результату вычитания. При этом количество п ступеней и коэффициент усиления k ступени преобразования вычитание- усиление выбирают из условия обеспечения заданной чувствительности по формуле, приведенной в описании изобретения. 1 з.п. ф-лы, Ц ил. о $ (/ с

Л Г им9нг

M 2N

Unp

Мг - mt.i

Unp(ini1) ffi

2«

&2 k с (m +

0-k

Через остальные ступени п-ступенчатого преобразователя и схему усреднения величинаu -k проходит без изменения в АЦП 5, преобразуется в цифровой код Mj(t;) и через мультиплексор микроЭВМ 6 поступает в третий массив блока 7 памяти для каждого времени задержки.

В четвертом цикле измерения по сигналу микроЭВМ три ступени усиливают входные сигналы с коэффициентом усиления k, на вторые входы трех ступеней подаются с nepsoroj второго и третьего ЦАП 8-10 напряжения Ub U4, U3:

16882058

k - MЈ - результат преобразования второго цикла; Дп k - Мпи - результат преобразос вания п-1 цикла;

Д -k - Мп - результат преобразования n-го цикла.

Из этих кодов на выходах ЦАП 8-10 формируются аналоговые величины 1 ,

to Ufc i.Un-1 используемые для вычитания в соответствующих ступенях:

15

U

V

Пр

- в первой ступени во втором и последующих циклах;

m

UZ. во ВТ°Р°Й ступени в третьем и последующих циклах;

n-й ступени

И -- U Vi 2N ипр

- в

М ( Unj mUry ul 7Й н

Мг-Uirp mUnp U2 3

Mj| УЈР U3 2N 2N

Операция усиление-вычитание производится в трех ступенях:

V k Ј2.k ( - U)-k ,

A3 k (&2-k - U3)-k

Величина A3 k аналогично описанному записывается в четвертом массиве блока памяти в виде кода

В п+1 цикле операции вычитание- усиление производится в п-ступеня на вход n-ступенчатого преобразователя поступает мгновенное значение напряжения вторые входы:

М - т ,, U«p 1

п - ) , а

иг. 2N ипр,

«« -Ґгв--ч

Таким образом з массиве блока 7 памяти запоминаются коды для каждого значения задержки:

МЗН - М - результат преобразования первого цикла;

U

V

Пр

- в первой ступе

ни во втором и последующих циклах;

m

UZ. во ВТ°Р°Й ступени в третьем и последующих циклах;

n-й ступени

И -- U Vi 2N ипр

- в

,} п+1 и последующих циклах.

В массиве блока памяти МЗН запоминается код МЗН - М - код мгновенного значения напряжения в первом

цикле зондирования. Так как все последующие значения МЗН для одного и1 того же значения задержки в последующих циклах преобразования не могут отличаться друг от друга больше,

чем в пределах стабильности параметров зондирующего сигнала, то число m выбирается из условия

m Р

,зоид

N-H йиМ}И,30цд

При таком выборе числа m напряжение U,j, вычитаемое из мгновенных значений напряжения (МЗН) во всех циклах зондирования, всегда меньше МЗН:

л - -и

М i -m

при

(

U, при (M3H6-jJ) Мг. - т

Аналогично

иг

2М

ипр. ПРИ

U 0 при Мг$т, и т.д Таким образом, для каждого времени задержки сигналы, превышающие заданную величину, последовательно ограничиваются на величину, и, . .. ,и„, и усиливаются, а сигналы, не превышающие заданную величину

mil пЈ 2«

, последователы-ю усиливаются в каждой ступени до тех пор, пока усиленный входной сигнал не превысит заданную величину, а затем уже усиленный сигнал ограничивается и снова усиливается . аналогично описанному.

Выходное напряжение n-й ступени An-k усредняется схемой k в течение следующих L-циклов, устанавливаемых микроЭВМ 6, и усредненное значение записывается в п+1 массив блока 7 памяти для каждого значения задержки в виде кодов М (tj).

Схема А усреднения в течение пер- вых п циклов является буферным каскадом, в течение последующих L циклов усреднения является накопителем n+1-й цикл является первым из Ь-ц«кла усреднения. Выходное напряжение схемы в каждом из n-циклов и последнем L-цикле по сигналу управления с мик- роЭВМ 6 поступает на АЦП 5.

После этого коммутатор 12 отключает линию от генератора зондирую- щих импульсов и подключает его к источнику 13 дестабилизирующего напряжения. После дестабилизации переходного сопротивления в месте повреждения коммутатор 12 снова подключает линию к генератору зондирующих импульсов. Устройство работает еще в течение L тактов для каждого времени задержки, в течение которых схемой k усредняется выходное напряже- ние n-го каскада п-ступенчатого преобразователя 3 при установке на его вторых входах с помощью управления на его вторых входах с помощью управления микроЭВМ 6 соответствен- но напряжений U, U,...,Uh для каждго знамения задержки. Это усредненное напряжение с помощью АЦП 5 преобразуется в код ,) который для каждого времени задержки сравни- вается с кодом „(М) извлекаемым из п+1 массива блока памяти ДН Ь. При отсутствии повреждения индикатор 11 не фиксирует поврежде- ние.

При наличии повреждения для за- держки tK после усреднения в код преобразуется величина напряжения

Vk л,1

М(п.Л+МГ

где Ло - изменение мгновенного зна- ° чения за счет дестабйлизации переходного сопротивления ;

Mq - цифровой код величины Да-k , индикатор 11 фиксирует повреждение для задержки tk по разности сравниваемых кодов, равной Ма. Условие обнаружения высокоомной утечки:

m Unp i , И „m-k Unp

2N u4 k 7

. m-Unp ug

As 28rbC2N-m.k)

(2H-n-k)

Для задержек t,, , t - UM,H(t), Uwp(t) (фиг.2) превышает заданную величину

тт m U.np U3 i

Для задержек t, tn - VM1(t), U (tK) меньше заданной величины

m Unp„

U, --- oTi поэтому для них U 0.

Для задержки t величины ut- .меньше заданной величины U

m Ufip -r-fj, поэтому для нее и U Ib

-ИмЗД К)

После воздействия дестабилизирующег напряжения и сравнения кодов uj-k повреждение обнаружено для задержки t .

Это выражение позволяет при известной элементной базе АЦП и ЦАП (N 10) выбрать число ступеней преобразования для обеспечения заданно чувствительности по разности коэффициента отражения

h

др„

и

Зоид

где ДРд - разность коэффициентов от- ражения до и после дестабилизации переходного сопротивления;

U - изменение мгновенного зна- чения отражения от повреи- дения за счет стабилизации;

и...... амплитуда .юндирующего

нала .

При заданной чувствительности ДР можно определить параметры k, n п- ступенчатого преобразователя вычитание-усиление1

fr(1 m k

При заданных параметрах k, n п- ступенчатого преобразователя вычитание-усиление можно определить достигаемую чувствительность

Pg ™0 Э к

m k -. - -pp) ,

510ИД tip

при n 2, m , U k 10 5-1 ;Г7 . д Р3 : 5 I j т ,.е . при двухступенчатой трансформации импульсной характеристики вычитание усиление достигается чувствительность к высокоомным повреждениям порядка ИГ6- 1(Г5 (1ГНЫ2) дБ), при а 3, n 5, N 10, k 10г, 51( Р , т.е, при трехступенчатой трансформации с коэффициентом усиления каждой ступени k 1UU может быть достигнута чувствительность КГ7- 1СГ8(1й(ЫбО дБ).

При четырехступенчатой трансформации на той же элементной базе (N 10) может быть достигнута чув.ст вительность 1П - U, (180-200 дБ) 5 -1C- 1 Д Р 5-10 9.

Такая чувствительность позволяет обнаружить утечки (повреждения с высоким переходным сопротивлением) порядка 1UO кОм - UIО M(V при измене- нии сопротивления уечки при дестабилизации на 1-2%.

Использование пре .дпагаемого способа определения места повреждения, обеспечивающего заданную чувстви: тельность, позволяет определить расстояние до повреждений с большим переходным сопротивлением с высокой степенью вероятности. Этот способ не требует обычной -энергоемкой аппаратуры для снижения переходного сопротивления (устройств прожигг, .пробойных установок и ,д.)„ Поэтому обнаружение подо5нь1, повреждений

5

0

5

0

40

35

5

с помощью предлагаемого способа более экономично как с очки зрения снижения энергозатрат, так и сокраще- иия времени на поиск повреждения и его ремонт, не требует значительных разрушений кабеля.

Формула изобретения

5 0 5 Q

5

0

5

го n-ступенчатого преобразования вычитают из выходного напряжения первой ступени, во второй ступени преобразования в третьем и последующих циклах, запоминаемый в n-м цикле результат n-го ступенчатого преобразования вычитают из выходного напряжения п-1-ступени в n-й ступени преобразования в п+1 цикле, при этом коэффициент усиления последовательно от цикла к циклу наращивают, устанавливая его в первом цикле преобразования равным единице для всех ступеней преобразования, равным k в первой ступени во втором цикле равным k в первой и второй ступенях в третьем цикле, равным k во всех ступенях n-ступенчатого преобразова ния в п+1 и последующих L-циклах, в течение L-циклов мгновенные значения напряжения для каждого времени задержки подвергают п-ступенчатому преобразованию вычитание-усиление в течение одного цикла, пычитая из входного напряжения каждой ступени преобразования запоминаемое напряжение для каждой ступени, выходные напряжения n-й ступени п+1-го и последующих циклов для каждого времени задержки усредняют в течение L-циклов и запоминают его,усредненные значения, запоминаемые усредненные результаты n-ступенчатого преобразования до и после воздействия дестабилизирующего напряжения для одинаковых задержек вычитают и определяют место повреждения по времени задержки появления ненулевого результата вычитания.

NJ

€

и

tl t,t,

Ь ffr fft ffj o t