Устройство для контроля оледенения

Устройство относится к электроэнергетике и может быть использовано в линиях электропередачи для контроля наличия гололеда на подвесках проводов с использованием радиочастотных каналов передачи данных. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения толщины ледяной муфты за счет использования источника гармонических колебаний, измерения прямого, а не отраженного сигнала. Что уменьшает влияние различных факторов, способствующих увеличению погрешностей измерения. Указанный технический результат достигается тем, что устройство для контроля оледенения содержит источник сигналов, приемник сигналов, кварцевый генератор, резонансные усилители мощности частот f и 3f, высоковольтные конденсаторы, антенну источника сигналов, антенну приемника сигналов, приемники сигналов частот f и 3f, резонансные усилители частот f и 3f с автоматической регулировкой усиления, формирователь прямоугольных импульсов, делитель частоты на 3, цифровой фазовый детектор, цифровой сигнальный процессор, цифровой радиопередатчик. 2 ил.

Устройство относится к электроэнергетике и может быть использовано в линиях электропередачи для контроля наличия гололеда на подвесках проводов с использованием радиочастотных каналов передачи данных.

Известен датчик, предназначенный для контроля гололедных нагрузок (а.с. N 752587 (СССР), Н02G 7/16, опубл. 30.07.1980), содержащий чувствительный элемент в виде штока гидроцилиндра, а также преобразователи перемещения штока в электрический сигнал в виде контактов, замыкающихся при определенной нагрузке.

Устройство конструктивно сложно, работает в режиме контроля, фиксируя только конкретный уровень гололедной нагрузки.

Известны также датчики гололедных нагрузок по а.с. N 888253 (СССР), Н02G 7/16, опубл. 07.12.1981 и а.с. N 828291 (СССР), Н02G 7/16, опубл. 07.05.1981, которые могут работать в режиме непрерывного контроля за скоростью нарастания гололеда даже при вибрации и пляске проводов, содержащие чувствительные элементы в виде подпружиненных поршней и преобразователи перемещения в электрический сигнал в виде группы контактов, замыкающихся при движении поршня, выдающие его на диспетчерский пункт (ДП) при возникновении аварийной ситуации.

Эти датчики также сложны по конструкции и обладают низкой точностью контроля при динамическом изменении нагрузок на проводах в условиях вибрации и пляски.

Известен датчик гололедных нагрузок, патент РФ 2109386, H02G 7/16, опубл. 20.04.1998. В его корпусе установлены чувствительный элемент, кинематически связанный с преобразователем перемещения в электрический сигнал, имеющий кодирующее устройство, выполненное в виде набора шариков, считывающее устройство, контактное устройство. В сравнении с предыдущим данное устройство имеет более высокую точность контроля.

Однако оно также содержит подвижные механические части, что приводит к быстрому износу устройства.

Наиболее близким по принципу действия является устройство для контроля оледенения, описанное в статье «Локационный метод обнаружения гололедных отложений на проводах линий электропередачи» Конференция «ВЧ связь на ЛЭП», Казань, КГЭУ, 25-29 октября 2010 г., принятое за прототип. Устройство содержит рефлектометр, подключенный через фильтр к началу провода ЛЭП, ограниченного с двух сторон заградительными высокочастотными фильтрами. Рефлектометр формирует кратковременный импульс, который, пройдя по проводу, отражается. По амплитуде и времени возврата отраженного импульса можно судить о толщине ледяной муфты. Длина линии, ограниченной заградительными фильтрами составляла 40 км.

Недостатки этого устройства:

Сложность регистрации отраженного сигнала, который может отражаться не только от заградителя, но и от прочих неоднородностей. Кроме того, лед на проводе в пределах пролета имеет неравномерную толщину, особенно при стряхивании, что является причиной неоднородности линии, а следовательно причиной дополнительных погрешностей контроля.

Отраженный сигнал всегда ослаблен и искажен, что оказывает отрицательное влияние на точность контроля.

Задачей, решаемой данным устройством, является ослабление влияния различных факторов, способствующих увеличению погрешностей измерения. Техническим результатом является повышение точности измерения толщины ледяной муфты.

Технический результат достигается при помощи устройства для контроля оледенения, содержащего источник сигналов и приемник сигналов с встроенным сигнальным процессором, соединенные с проводом линии электропередачи через высоковольтные конденсаторы, отличающееся тем, что источник и приемник сигналов установлены на границах контролируемого участка провода линии электропередачи, при этом источник сигналов содержит кварцевый генератор, формирующий гармонические сигналы с частотой f, первый выход которого соединен через резонансный усилитель мощности частоты f с высоковольтным конденсатором, второй выход кварцевого генератора соединен через ограничитель со входом резонансного усилителя мощности частоты 3f, выход которого подключен к антенне источника сигналов, а приемник сигналов содержит приемники сигналов частоты f и 3f соответственно, первый из которых состоит из резонансного усилителя частоты f с автоматической регулировкой усиления, соединенного со входом формирователя прямоугольных импульсов, вход приемника сигналов частоты f соединен с высоковольтным конденсатором, а выход с первым входом цифрового фазового детектора, приемник сигналов частоты 3f содержит резонансный усилитель частоты 3f c автоматической регулировкой усиления, соединенный через формирователь прямоугольных импульсов со входом делителя частоты на 3, вход приемника сигналов частоты 3f соединен с антенной приемника сигналов, а выход со вторым входом цифрового фазового детектора, выход которого соединен с цифровым сигнальным процессором, соединенным с цифровым радиопередатчиком.

В отличии от прототипа в устройстве для контроля оледенения проводится измерение не отраженного а прямого сигнала. В результате отношение сигнал/шум увеличивается. Сигнал является гармоническим. Это повышает качество измеряемого сигнала, как следствие, возрастает точность измерений. Генератор формирует гармонические сигналы на частотах f и 3f, что позволяет исключить взаимовлияние этих сигналов. Сигнал с частотой f поступает на провод ЛЭП. В зависимости от толщины ледяной муфты скорость распространения сигнала по проводу будет различаться. Сигнал частотой 3f передается путем излучения через антенну в окружающее пространство. Скорость этого сигнала принимается равной скорости света. Два сигнала сравниваются фазовым детектором, использование которого позволяет значительно повысить точность измерения толщины ледяной муфты. Использование гармонических сигналов и фазового детектирования значительно повышает помехоустойчивость системы измерения, исключается влияние различных помех.

На фиг.1 изображена блок - схема устройства для контроля оледенения. На фиг.2 изображены временные диаграммы сигналов, формируемых и используемых в устройстве.

Устройство для контроля оледенения состоит из двух основных блоков -источник сигналов 1 и приемник сигналов 2, установленных на границах контролируемого участка. Его блок - схема представлена на фиг.1. В источнике сигналов 1 первый выход кварцевого генератора 3 соединен через резонансный усилитель частоты f 4 с высоковольтным конденсатором 5, второй вывод которого подключен к проводу линии электропередачи. Второй выход кварцевого генератора соединен с ограничителем 6, который, через резонансный усилитель частоты 3f 7, соединен с антенной источника сигналов 8. В приемнике сигналов 2 приемник сигналов частоты f9 состоит из резонансного усилителя частоты f с автоматической регулировкой усиления 10, необходимой для стабилизации амплитуды выходного сигнала, выход которого соединен со входом формирователя прямоугольных импульсов 11. Вход приемника сигналов частоты f 9 соединен с проводом линии электропередачи через высоковольтный конденсатор 12 и подключен к первому входу цифрового фазового детектора 13. Антенна 14 соединена через приемник сигналов частоты 3f 15, состоящий из резонансного усилителя частоты 3f 16, соединенного через формирователь 17 со входом делителя частоты на 3 18, со вторым входом цифрового фазового детектора 13, выход которого соединен с сигнальным процессором 19. К сигнальному процессору 19 также подключен цифровой радиопередатчик 20.

Кварцевый генератор 3 формирует сигнал фиксированной частоты, фиг 2 u1(t), который поступает на резонансный усилитель частоты f 4 и далее на провод линии электропередачи через разделительный конденсатор 5. Также этот сигнал поступает на ограничитель 6, который является источником дополнительных гармонических сигналов, диаграмма выходного сигнала которого представлена на фиг.2 u2(t). После ограничителя 6 сигнал усиливается резонансным усилителем частоты 3f 7, фиг 2 u3(t), причем усиливается третья гармоника. Далее сигнал поступает на антенну. В сигнализаторе оледенения 2 сигнал с провода ЛЭП пройдя через высоковольтный конденсатор 12, усиливается до необходимого уровня резонансным усилителем с автоматической регулировкой усиления 10, выполняющей функцию стабилизации выходного сигнала, сигнал на выходе которого представлен на фиг.2, u4(t). Далее сигнал поступает через формирователь прямоугольных импульсов 11 на цифровой фазовый детектор 13, временная диаграмма этого сигнала представлена на фиг.2 u6(t). Сигнал, пришедший через антенну 14, пройдя через резонансный усилитель с автоматической регулировкой усиления 16, формирователь прямоугольных импульсов 17 и делитель частоты на 3 18 поступает на второй вход цифрового фазового детектора 13, временная диаграмма этого сигнала представлена на фиг.2, u5(t). В зависимости от количества намерзшего льда на провод линии электропередачи будет изменяться фазовая разница между сигналом, пришедшим по проводу ЛЭП и через антенну. Результат фазового сравнения представлен на фиг.2, u7(t). Сигнал от фазового детектора поступает на сигнальный процессор 19, где обрабатывается и передается информация об оледенении через цифровой радиопередатчик 20.

Таким образом предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения толщины ледяной муфты за счет использования источника гармонических колебаний, измерения прямого, а не отраженного сигнала. Что уменьшает влияние различных факторов, способствующих увеличению погрешностей измерения.

Устройство для контроля оледенения, содержащее источник сигналов и приемник сигналов с встроенным сигнальным процессором, соединенные с проводом линии электропередачи через высоковольтные конденсаторы, отличающееся тем, что источник и приемник сигналов установлены на границах контролируемого участка провода линии электропередачи, при этом источник сигналов содержит кварцевый генератор, формирующий гармонические сигналы с частотой f, первый выход которого соединен через резонансный усилитель мощности частоты f с высоковольтным конденсатором, второй выход кварцевого генератора соединен через ограничитель со входом резонансного усилителя частоты 3f, выход которого подключен к антенне источника сигналов, а приемник сигналов содержит приемники сигналов частоты f и 3f соответственно, первый из которых состоит из резонансного усилителя частоты f с автоматической регулировкой усиления, соединенного со входом формирователя прямоугольных импульсов, вход приемника сигналов частоты f соединен с высоковольтным конденсатором, а выход с первым входом цифрового фазового детектора, приемник сигналов частоты 3f содержит резонансный усилитель частоты 3f c автоматической регулировкой усиления, соединенный через формирователь прямоугольных импульсов со входом делителя частоты на 3, вход приемника сигналов частоты 3f соединен с антенной приемника сигналов, а выход со вторым входом цифрового фазового детектора, выход которого соединен с цифровым сигнальным процессором, соединенным с цифровым радиопередатчиком.