Способ определения расстояния до места повреждения на линиях электропередачи и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01R31/08 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до места повреждения линий электропередачи при коротких замыканиях.

Целью изобретения является повышение надежности, достоверности определения расстояния до места повреждения, а также увеличение электромагнитной совместимости с устройствами, использующими те же каналы связи.

На фиг.1 приведена структурная схема ведущего полукомплёкта устройства определения места повреждения (ОМП), устанавливаемого на дальнем необслуживаемом конце линии (т.е. конце, где не требуется вмешательство оперативного обслуживающего персонала для проведения квитирования и считывания показаний); на фиг.2 - структурная схема ведомого полукомплекта устройства ОМП, устанавливаемого на ближнем, обслуживаемом конце линии; на фиг.З - временная диаграмма работы устройства ОМП, реализующего предлагаемый способ, где Т-период повторения посылки хронирующих сигналов, to - момент возникновения короткого замыкания, tcur. - длительность сложного сигнала, tpacnp.1 - время распространения фронта электромагнитной волны к передающему полукомплекту, tp.c. - время распространения сигнала от передающего к приемному полукомплекту, ti - момент установки и на- счета счетчика приемного конца, tpacnp.2 - время распространения фронта электромагнитной волны к приемному полукомплекту, tc.co6. - период, засчитанный счетчиком времени, прихода фронта к приемному (ведомому) полукомплекту, tnonn. - полное оремя приема информации с противоположного конца линии до момента обнуления всех счетчиков на приемном конце линии, 1счет.2 - период, засчитанный счетчи- ом времени, противоположного конца; на фиг.4 - структурная схема блока согласованных фильтров,

Устройство ОМП состоит из ведущего полукомплекта, устанавливаемого на дальнем.конце, линии и содержащего кварцевый генератор 1 опорной частоты, управляемый счетчик 2 времени, ограничитель 3 нижнего уровня, блок А фиксации фронта, блок 5 ВЧ- присоединения, элемент ИЛИ 6, генератор 7 хронирующих импульсов, включающий формирователь 8 сигнала и усилитель 9, и ведомого полукомплекта, устанавливаемого на ближнем конце линии и содержащего линейный приемник 10, блок 11 согласованных фильтров, блок 12 фиксации момента прихода сигнала, счетчик 13 времени дзльи

10

15

20

него конца, блок 14 вычисления и памяти, блок 15 контроля состояния линии, ключ 16, а также аналогичные входящим в ведущий полукомплект кварцевый генератор 1 опорной частоты, управляемый счетчик 2 времени, ограничитель 3 нижнего уровня, блок 4 фиксации фронта, блок 5 ВЧ-присоедине- ния.

Блок 11 согласованных фильтров (фиг.4) состоит из к одинаковых узлов 17, выполненных по известной схеме и включенных по отношению к первому сигнальному входу параллельно, объединенный сигнальный вход подключен к выходу приемника 10 через входной блок 22. Тактовые сигналы, приходящие на тактовые входы согласованных фильтров, формируются счетчиком 18, дешифратором 19 и триггерами 20. Выходы согласованных фильтров подключены к соответствующим входам блока 21 принятия решения.

Устройство работает следующим образом.

Ведущий полукомплект, установленный

25 на одном из концов линии (при одностороннем питании на радиальных и тупиковых линиях со стороны, противоположной питающему концу линии), подключается к одному из фаз контролируемой линии, обо30 рудованной ВЧ-системой 5 присоединения. Ведомый полукомлект устанавливается на противоположном конце линии и подключается к одной из выбранных фаз линии (не обязательно к одноименной фазе) через аналогичную высокочастотную ВЧ-систему присоединения. Оба установленных пол- укомплекта синхронизируются отиндивиду- ального кварцевого генератора 1 с одинаковой частотой. При этом высокоста40 бильный кварцевый генератор 1 генерирует непрерывные колебания с периодом, кратным времени пробега электромагнитной волной одного километра линии. На ведущем полукомплекте опорная частота кварцевого генератора поступает на счетчик 2. Этот счетчик периодически при каждом переполнении через элемент ИЛИ 6 устанавливается в нулевое начало отсчета. При установке счетчика в ноль либо в результате переполнения, либо принудительно при поступлении сигнала сброса на его второй вход импульсом с выхода счетчика пускается схема формирования сложного радиоимпульсного сигнала, например радиоимпульсной амплитудно-манипулиро- ванной М-последовательности. Таким образом, через элемент ИЛИ 6 обнуляется сам. счетчик 2, обеспечивая заданную цикуич- ностьТ повторения при передаче сигналов, уступающих в качестве хронирующих, или

35

45

50

55

фиксируется начало отсчета, и тогда передаваемые сигналы становятся одновременно информационными, обеспечивая передачу момента прихода фронта электромагнитной волны.

Тактовая частота маиипуляциии последовательности кратна частоте кварцевого генератора. Сформированный ,в блоке 8 сложный сигнал через усилитель 9 мощности и систему 5 ВЧ-присоединения подается в линию и распространяется к противоположному концу линии.

При возникновении короткого замыкания (момент времени to на фиг.З) на контролируемой линии фронт электромагнитной волны распространяется от короткого замыкания к обоим концам линии. Достигнув ведущего конца линии через время, равное l/v (где I - расстояние от точки короткого замыкания до места установки ведущего полукомплекта), проходит через систему 5 ВЧ-присоединения и, если амплитуда этой волны превышает зафиксированный ранее ограничителем 3 нижнего уровня уровень сосредоточенных помех (к ним относятся собственные хронирующие сигналы, ВЧ- сигналы релейной защиты, автоматики и т.п.), фронт волны через элемент ИЛИ 6 устанавливает счетчик в нулевое положение, который в этот момент времени выдает сигнал разрешения в блок 8 на формирование сложного сигнала.

Таким образом, посылкой этого хронирующего сигнала фиксируется время tcn.1 (фиг.З), отсчитанное счетчиком от момента первоначальной установки в положение начала отсчета, и задается новый момент для начала отсчета следующего цикла заполнения счётчика.

Фронт волны, распространяющийся к . ближнему концу, на котором установлен ведомый полукомплект, через время, определяемое какт.расп.2 L/v-l/v (L- полная длина линии), поступает на вход системы 5 ВЧ-присоединения и далее, пройдя обработку в блоках 3, 4, аналогичных одноименным блокам передающего полукомплекта, останавливает отсчет тактовых импульсов на счетчике 2, одновременно этот сигнал фиксируется блоком 15 контроля состояния линии.

Ранее (до момента возникновения ко- роткого замыкания) хронирующие сигналы, достигая противоположного конца линии, через блок 5 ВЧ-присоединения проходят линейную фильтрацию и детектирование в линейном приемнике 10, после чего огибающая последовательности подается на вход блока 11 согласованных фильтров, где во входном блоке 22 производится ее бинарное квантование, образуя видеоимпульсную последовательность.

Эта последовательность подается на входы R согласованных фильтров, В каждом 5 из этих фильтров производится обработка принимаемой последовательности (сжатие по времени и сравнение с установленными уровнями порога).

Каждый согласованный фильтр на-сво- ем выходе формирует отклик на принимаемый сигнал, в В раз более короткий, чем полная длительность (Тсигн.) сложного сигнала (В - база сложного сигнала, В Д f -tcum.; Af- эффективная полоса частот принимае- 5 мого сигнала, зависящая от полосы пропускания тракта, включающего в себя ВЧ-тракт по воздушной линии (ВЛ) и лине- ный приемник ведомого полукомплекта). Для принятой формы сложного сигнала 0 (М-последовательность) отклик каждого из согласованных фильтров - это импульс, длительность которого равна периоду (Т0) дискретизации.

Согласованный фильтр инвариантен к

5

времени прихода сигнала в пределах периода (То) основной тактовой частоты, опреде- ляющей время единичного элемента приходящего хронирующего сигнала. В то же время согласованные фильтры, тактовая

0 частота которых в пределах периода Т0 сдвинута по фазе друг относительно друга на дискретные отрезки Т0/2К. составляющие часть от времени единичного элемента сигнала, могут выполнять функции корреля5 тора и уже для этих дискретных более мелких временных элементов условие инвариантности нарушается. Поэтому результат корреляции приходящего сигнала с ожидаемым к приему в каждом из этих филь0 Тров будет различным, достигая максимума для фильтров, в которых время прихода сигнала совпадает с фазой тактовых импульсов с точностью до отрезка времени, равного То/2 К.

5 Каждый из согласованных фильтров, входящих в состав блока (11), включает в себя (фиг.4) регистр сдвига (PG), первый сумматор, подключаемый к отводам триггеров регистра сдвига, расположенным зеркаль0 но по отношению к импульсам пачки принимаемого сложного сигнала, второй сумматор, входы которого подключены к всем отводам PG, за исключением тех, которые соединены с первым сумматором,

5 блок принятия решений (БР) и преобразователь напряжения (Пр). Принцип работы такого согласованного фильтра заключается в том, что при каждом такте частоты следования импульсов (То) определяется сумма

принятых импульсов пачки, экспериментально (блоки второго сумматора и Пр) вычисляется вероятность ложного приема, соответствующая действующей в течение tcm-н. помехе, безынерционно формируется в блоке БР на основе вычисленной вероятности ложного приема требуемое пороговое напряжение и по результатам сравнения принимается решение о приеме сложного сигнала, которое проявляется как возникновение видеоимпульса длительностью Т0. Поскольку все операции выполняются при каждом такте, то прием осуществляется фильтром без поиска положения сигнала во времени.

Для обеспечения повышенной разрешающей способности фиксации момента приема (и) приходящего сигнала согласованные фильтры относительно входного сигнала включены параллельно, а тактовые импульсы, подаваемые на эти блоки, связаны между собой функциональной зависимостью, так что на периоде длительности тактового импульса начальные фазы тактовых сигналов, формируемых с помощью счетчика 18, дешифратора 19, счетного триггера 20, дискретно смещены относительно друг друга. Величина этого смещения определится, как То/2 К, где К - число параллельно включенных фильтров,

В отсутствии синхронизации по фазе тактовых импульсов формирователя 8 сложного сигнала ведущего полукомплекта и генераторов тактовой частоты согласованных фильтров ведомого полукомплекта результирующее напряжение на выходе блока (21) порога, характеризующее результат операции сжатия сигнала, превышает установленный порог только для р из к установленных фильтров. Поэтому в блоке 12 фиксации момента прихода сигнала для обеспечения более точной фиксации моментов ti отмечается момент превышения порога для первого из р фильтров и одновременно с сигналом начала счета времени, подаваемым через ключ 16 на счетчик 2 собственного времени, в него предварительно записывается число 2k-2. Это число характеризует величину компенсации времени задержки, связанной с ограничением ширины полосы пропускания тракта распространения сложного сигнала.

Одновременно сигналами с выхода блока 11, проходящими через ключ 1 б, устанавливается начало отсчета в счетчике 13 времени дальнего конца. Таким образом, сигнал с выхода блока 12 является стартовым для начала счета обоих счетчиков 2 и 13, характеризуя момент времени ti временной диаграммы фиг.З,

В отсутствии повреждения через время Т- постоянный период повторения посылки хронирующих импульсов оба счетчика одновременно устанавливаются в начальное положение и начинают отсчет тактовых импульсов, поступающих постоянно на их входы от кварцевого генератора 1 тактовой частоты.

При коротком замыкании фронт волны,

распространяющейся к ближнему концу, на котором установлен ведомый полукомплект, через время, определяемое как L/v- l/v (L - полная длина линии), поступает на вход блока 5 ВЧ-присоединения. Пройдя обработку в блоках 3 и 4, фронт волны останавливает счет тактовых импульсов на счетчике 2 собственного времени, одновременно этот сигнал фиксируется блоком 15 контроля состояния линии.

Если какие-либо причины, в частности повышение сверхрасчетного затухания тракта распространения сложного сигнала, вызванное повреждением линии, или высокий уровень помех от дуги короткого замыкания, не позволяют осуществить прием сложного сигнала и соответственно зафиксировать время его прихода, счетчик 13 времени дальнего конца продолжает счет. Первый после прохождения фронта волны сложный сигнал, принятый и зафиксированный блоком 12, обеспечивает появление на первом выходе блока 15 контроля состояния линии сигнала управления работой блока 14 вычисления и памяти. Последний

записывает показания счетчиков и производит вычисления с выводом на индикацию расстояния до места повреждения.

Расчет расстояния в блоке 14 производится в соответствии с формулой

Arv/2-(TcHrH + T n)-v/2.

где At- разность записанных значений счетчиков; Тсигн. - длительность сложного

сигнала; п - число целых периодов повторения посылки хронирующих сложных сигналов до первого принятого после фиксации фронта волны, распространяющейся от места короткого замыкания.

Исходная установка счетчиков 2 и 13, подготовка к приему но вой информации в блок 14 памяти и вычисления осуществляются блоком 15 контроля состояния линии. Эта операция осуществляется при условии повторного включения линии о работу, когда сигнал от устройства повторного включения подается на блок 15 и на его втором выходе формируется сигнал управления ключом 16, существующий до момента прихода сигнала

о приеме фронта волны. В результате хронирующий сигнал, приходящий от ведущего полукомплекта, устанавливает счетчики 2 и 13 в исходное состояние и процесс контроля продолжается. 5

Выполнение блоков 5 ВЧ-присоединения известно. Подобными блоками оборудованы большинство ВЛ электропередачи напряжением 110 кВ и выше, поэтому эти блоки могут быть использованы при уста- 10 новке устройства на действующих линиях со сложившейся организацией системы ВЧ-ка- налов по проводам ВЛ.

Ограничитель (3) нижнего уровня может быть выполнен, например, на основе управ- 15 ляемого ключа, который пропускает только сигналы того уровня, который превышает ранее зафиксированный уровень сосредоточенных помех (узкополосные синусоидальные сигналы своего передатчика, 20 системы связи, релейной защиты и т.д. аппаратуры, использующей те же каналы связи по проводам ВЛ). Зафиксированный уровень непрерывно сравнивается с приходящими сигналами на компараторе, выход- 25 ной сигнал которого управляет работой ключа. Блок (15) контроля состояния линии может быть выполнен на основе элементов логики, коммутирующих тактовые импульсы и сигналы управления счетчиками и блоком 30 вычисления и памяти в зависимости от наличия (логический уровень единицы) или отсутствия (логический уровень нуля) сигнала от устройства АПВ.

Блок (14) вычисления и памяти, управля- 35 емые счетчики 2, 13, могут быть построены по известным принципам на основе интегральных микросхем серий К155, КР580 и КР589.

Блок 12 фиксации момента прихода сигна- 40 ла служит для Нормирования управляющего импульса по моменту появления сигнала на выходе согласованного фильтра и может быть выполнен как ждущий мультивибратор, например, на основе микросхемы К155АГЗ. Линей- 45 ный приемник 10 объединяет в себе детектор радиоимпульсных сигналов и входной и выходной аналоговые усилители, выполненные на основе аналоговых микросхем К154УДЗ. Блок 4 фиксации фронта может быть вы- 50 полнен на основе ждущего мультивибратора (микросхема К155АГЗ), срабатывающего пог переднему фронту приходящего сигнала.

Стандартное выполнение кварцевого генераторе 1, ключа 16, счетчиков 18, де- 55 Шифраторов 19, триггеров 20, входного блока 22 известно из литературных источников. Выполнение блока 21 принятия решения может быть реализовано как схема срабатывания на основе компаратора.

Схема формирователя 8 сигнала выполнена в соответствии с принципиальными схемами, приведенными в известных литературных источниках.

Использование предлагаемого способа определения расстояния до места повреждения и устройства для его реализации позволяет по сравнению с существующими повысить надежность, достоверность определения места повреждения, электромагнитную совместимость, что, в конечном итоге, приводит к сокращению времени поиска места повреждения и перерывов в электроснабжении промышленных предприятий и населенных пунктов, а также позволяет устанавливать и эксплуатировать эти устройства совместно с другими системами связи, автоматики и релейной защиты, не создавая помех в работе последних и используя сложившиеся, действующие ВЧ- каналы связи по проводам ВЛ, повышать надежность и достоверность при приеме хронирующих и информационных сигналов в условиях ограниченной полосы частот канала передачи.

Формула изобретения 1. Способ определения расстояния до места повреждения на линиях электропередачи, заключающийся в том, что периодически посылают хронирующие импульсы, передаваемые с одного конца (ведущего) обслуживаемой лини на другой конец (ведомы), устанавливают отсчетные моменты времени, обеспечивающие синфазность отсчета времени на обоих концах линии электропередачи, возникающие в момент короткого замыкания электромагнитные волны фиксируют на обоих концах линии, отличающийся тем. что, с целью повышения надежности, достоверности определения места повреждения и электромагнитной совместимостью в каждый отсчетный момент времени в качестве хронирующих импульсов посылают радиоимпульсные сложные сигналы, фиксацию фронта электромагнитной волны на обоих концах линии осуществляют при превышении последним уровня, устанавливаемого автоматически в зависимости от уровня сосредоточенных помех, в момент фикса- ции фронта электромагнитной волны на ведущем конце линии вырабатываемый хронирующий сигнал передают на противоположный ведомый конец линии, где после момента фиксации фронта волны, приходящей от места короткого замыкания сигнал воспринимают как информационный, о моменте прекращения восприятия этого сложного сигнала как информационного судят по

состоянию линии, воспринимают его как хронирующий для последующего цикла контроля при повторном включении линии в работу, а расстояние до места повреждения определяют по формуле

I At -у/2-(Тсигн. + T-n)-v/2.

где I - расстояние до места повреждения от конца линии, с которого посылаются хрони- рующие сигналы;

v - скорость распространения по линии электромагнитной волны;

п - число целых периодов повторения по сылки хронирующих сложных сигналов до первого принятого после фиксации фронта волны, распространяющейся от места короткого замыкания;

Т - период повторения посылки хронирующих сигналов;

Тсигн. - длительность хронирующего сложного сигнала;

At - длительность временного отрезка, полученная как разность двух зафиксированных периодов, начало которых опреде- ляется временем прихода хронирующего сигнала, а окончание для одного-моментом прихода фронта на ведомый конец, для другого - моментом уверенного приема первого из п хронирующих сигналов, пришедших на ведомый конец после фиксации на нем фронта волны от места повреждения.

2. Устройство для определения расстояния до места повреждения на линиях электропередачи, содержащее два пол- укомплекта - ведущий и ведомый, устанавливаемые на противоположных концах линии, причем ведущий полукомплект содержит блок фиксации фронта электромагнитной волны, управляемый счетчик времени, генератор хронирующих импуль- срв, ведомый полукомплект содержит блок фиксации фронта электромагнитной волны, управляемый счетчик и линейный приемник хронирующих импульсов, отличающее- с я тем, что ведущий полукомплект дополнительно снабжен блоком ограничения нижнего уровня фронта электромагнитной волны, кварцевым генератором опорной частоты, элементом ИЛИ, блоком высокоча- стотного присоединения (ВП), а генератор хронирующих импульсов состоит из последовательно соединенных блока формирова- ния сложного сигнала и усилителя, подключаемого к линии через блок высоко- частотного присоединения, при этом к входу блока ВЧ-присоединения подключается вход блока ограничения нижнего уровня, который через блок фиксации фронта подключен к первому входу элемента ИЛИ, выход

счетчика подключен параллельно к второму входу элемента ИЛИ и к первому входу формирователя сложного сигнала, выход элемента ИЛИ подключен к установочному входу счетчика, кварцевый генератор опорной частоты подключен к тактовому входу счетчика и к второму входу формирователя сложного сигнала, ведомый полукомплект дополнительно снабжен ограничителем нижнего уровня, кварцевым генератором опорной частоты, блоком ВЧ присоединения, блоком согласованных фильтров, блоком фиксации момента прихода сложного сигнала, счетчиком времени дальнего конца, блоком контроля состояния линии, ключом, блоком памяти и вычисления, при этом выход блока ВЧ-присоединения подключается к входам блоков ограничения нижнего уровня и линейного приемника, выход блока ограничения через блок фиксации фронта подключается к первому управляющему входу счетчика собственного времени и третьему входу блока контроля состояния линии, выходлинейного приемника подключается к сигнальному входу блока согласованных фильтров, выход которого через блок фиксации момента прихода сигнала подключается к первому управляющему входу счетчика времени дальнего конца, первому входу ключа и четвертому входу блока контроля состояния линии, на первый вход которого подается сигнал от устройства АПВ, первый выход блока контроля состояния линии подключается к управляющему входу блока вычисления и памяти, а второй выход - к управляющему входу ключа, первый выход которого подключен к второму управляющему входу счетчика собственного времени, а второй выход ключа подключен к второму управляющему входу счетчика времени дальнего конца, выход кварцевого генератора подключен к тактовым и синхронизирующим входам счетчиков собственного времени и счетчика времени дальнего конца, блока согласованных фильтров, блока контроля состояния линии, выходные информационные шины счетчиков собственного времени и времени дальнего конца подключены к информационным входам блока вычисления и памяти.

3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что для повышения точности и разрешающей способности при фиксации момента приема сложного сигнала в условиях ограничения полосы частот канала передачи блок согласованных фильтров содержит К одинаковых согласованных фильтров, предназначенных для обнаружения и распознавания видеоимпульсной последовательности, входной блок, осуществляющий бинарное квантование детектированного сигнала от линейного приемника, счетчик, дешифратор, К счетных триггеров, блок принятия решения, производящий сравнение с порогом и выбор максимальных значений функции взаимокорреляции, вырабатываемой согласованными фильтрами, при этом сигнал от линейного приемника с выхода входного блока подключается на сигнальные входы всех К согласованных фильтров, импульсы от тактового генератора подаются на счетный вход счетчика, выходы которого подключены к входам дешифратора, каждый из К выходов дешифратора через триггер подключается к тактовому входу согласованного фильтра, выходы согласованных фильтров подключены к соответствующим входам блока принятия решений, выход этого блока является выходом всего блока согласованных фильтров.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для определения расстояния до места короткого замыкания (КЗ) на линиях электропередачи. Сущность изобретения заключается в том, что с одного конца обслуживаемой линии на противоположный конец периодически посылаются хронирующие сложные сигналы, обеспечивающие синфазность отсчета времени на обоих концах линии, моменты прихода фронтов электромагнитной волны, возникающей при КЗ, фиксируются, причем фиксация фронта осуществляется только при превышении последним постоянно контролируемого уровня помех. Зафиксированный момент времени прихода фронта волны передается на противоположный конец линии с помощью тех же хронирующих сложных сигналов, которые в этом случае воспринимаются как информационные. Расчет расстояния производится в соответствии с выражением At v/2-(Tc + Т -n) -v/2, где I - расстояние до места повреждения от конца линии, с которого посылаются хронирующие сигналы; v - скорость распространения по линии электромагнитных волн и сигналов; Тс-длительность сложного сигнала; At- длитель-, ность временного отрезка, определяющая разность зафиксированных периодов, времени прихода фронтов волны с учетом отрезков времени, затраченных как на установку отсчетных моментов, так и на передачу и прием информационных сигналов. Устройство, реализующее способ, состоит из ведущего полукомплекта, устанавливаемого на дальнем конце линии, и ведомого полукомплекта, устанавливаемого на ближнем конце линии. Ведущий полукомплект состоит из кварцевого генератора опорной частоты, циклического счетчика времени, ограничителя нижнего уровня, приемника фронта, формирователя сложного сигнала, усилителя мощности, элемента ИЛИ и блока ВЧ-присоединения. Ведомый полукомплект состоит из кварцевого генератора опорной частоты, ограничителя нижнего уровня, приемника фронта, блока ВЧ-присоединения, линейного приемника, блока согласованных фильтров, фиксатора момента прихода сигнала, счетчика времени дальнего конца, блока контроля состояния линии, ключа, блока вычисления и памяти, счетчика собственного времени. Блок согласованных фильтров состоит из р согласованных фильтров, блока бинарного квантования, счетчика, дешифратора, р счетных триггеров, блока принятия решения. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 4 ил. ел С со о 2 кэ о

Фиг.1 ведущий юнец линии

ff-6/U /JffjyXffM/TJew}

w

N W

f