Устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи

Предлагаемое устройство относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам определения места повреждения (ОМП) воздушных линий электропередачи (ВЛЭП).

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности определения вида аварийного режима на ВЛЭП.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи содержит средство для снятия первичной информации, средство обработки сигналов, средство обработки информации и средство передачи информации. Средство для снятия первичной информации содержит датчики электрических и магнитных полей, средство обработки сигналов содержит набор усилителей и блок определения сдвига фаз сигналов, средство обработки информации выполнено b виде нейрокомпьютера, обученного на распознавание и классификацию аварийных режимов, а средство передачи информации выполнено: в виде GSM/GPRS модема.

Предлагаемое устройство относится к электроизмерительной технике, а именно к устройствам определения места повреждения (ОМП) воздушных линий электропередачи (ВЛЭП).

Известно устройство для определения места повреждения электрической сети напряжения 6(10)-35 кВ с изолированной или компенсированной нейтралью (патент на полезную модель 57018 кл. G01R 31/08, 2006), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации сети, которое содержит датчики напряжения и датчики тока для каждой фазы, средства обработки сигналов, которое состоит из фильтра напряжения нулевой последовательности, фильтра тока нулевой последовательности, двух компараторов, фазочувствительного выпрямителя и одновибратора, и средства отображения информации.

Недостатком этого устройства является то, что датчики токов и напряжений устанавливаются непосредственно у линейных проводов трехфазных систем, что затрудняет монтаж, эксплуатацию и ремонт. Устройство содержит сложную схему обработки информации и в то же время позволяет определить только наличие короткого замыкания (КЗ), но не вид повреждения. Кроме того, существенным недостатком этого устройства является низкая точность определения места повреждения, обусловленная следующими факторами:

1) ток КЗ и его максимальное значение зависит от сопротивления заземления и от сопротивления почвы в зоне контакта;

2) скорость распространения импульса также не является постоянной и зависит от многих факторов (от температуры, влажности, погодных условий и т.д.).

Если топология сети имеет древообразную структуру, то этот способ не позволяет определить ветвь, в которой произошла авария. Кроме того, сопротивления в местах разветвлений также оказывает влияние на форму функции переходного процесса и соответственно на точность определения расстояния. В данном устройстве не предусмотрена возможность передачи аварийной информации на дальние расстояния, что отрицательно сказывается на оперативности определения места повреждения ВЛЭП и его устранения.

Наиболее близким устройством по технической сущности является устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи (патент на полезную модель 100632 кл. G01R 31/08, 2010), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации, средства обработки сигналов, средства обработки информации и средства передачи информации, где средство для снятия первичной информации выполнено в виде датчика магнитного поля и датчика электрического поля, закрепленных на опоре ВЛЭП, регистрирующее суммарную магнитную индукцию и суммарную напряженность; средство обработки сигналов выполнено в виде двух блоков, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и порогового устройства; средство обработки информации, выполнено в виде блока логического сравнения; средство передачи информации, выполнено в виде GSM/GPRS модема.

Недостатком этого устройства является то, что пороговые значения устанавливаются по приведенной таблице, которая составлена для идеальных случаев. В этой таблице не учтены влияния электромагнитных полей земли, окружающей среды, опоры ВЛЭП, а также расстояние между проводами ВЛЭП и расстояние от ВЛЭП до координаты установки датчиков. Поэтому данное устройство имеет ограниченную точность определения местоположения и вида аварии. Также недостатком данного устройства является сложность определения режима обрыва трех фаз, т.к. в этом случае нулевая последовательность равно нулю также как и при исправной работе трех фаз. Также в логической схеме данного устройства все переменные независимы (не учитывается их взаимное влияние).

В этой связи важной задачей является создание устройства, позволяющего расширить набор контролируемых параметров аварийного режима ВЛЭП и исключающего любую неоднозначность в распознавании вида аварии.

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности определения местоположения и вида повреждения на ВЛЭП.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения местоположения и вида повреждения на (ВЛЭП), состоит из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации, выполненном в виде датчика магнитного поля - катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником и датчика электрического поля конденсатора, средства обработки сигналов, содержащее набор усилителей, средства обработки информации и средства передачи информации, выполненном в виде GSM/GPRS модема, где средство для снятия первичной информации дополнительно содержит датчик тока КЗ по опоре ВЛЭП, выполненный в виде катушки индуктивности с замкнутым вокруг опоры ВЛЭП ферромагнитным проводом, второй датчик электрического поля, установленный с угловым смещением относительно первого датчика по окружности, плоскость которой перпендикулярна проводам ВЛЭП, а ее центр совпадает с центром окружности, проходящей через центры поперечных сечений трех проводов ВЛЭП, а средство обработки сигналов дополнительно содержит блок определения сдвига фаз сигналов двумя входами соединенный с соответствующими выходами усилителей датчиков электрического поля, при этом средство обработки информации выполнено в виде нейрокомпьютера, обученного на распознавание и классификацию аварийных режимов и соединенного с входом средства передачи информации.

Таким образом, дополнительное введение в средство для: снятия первичной информации датчика электрического поля и датчика тока КЗ по опоре ВЛЭП, и дополнительное введение в средство обработки сигналов блока определения сдвига фаз сигналов позволяет существенно увеличить количество информации, необходимой для принятия решения о месте и виде аварии. В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа средство обработки информации выполнено в виде нейрокомпьютера, который работает с нечеткой информацией, учитывает взаимосвязь информационных сигналов, имеет способность к обучению для конкретного объекта (ВЛЭП).

Указанные отличия позволяют существенно повысить точность определения места и вида повреждения на ВЛЭП.:

На фиг. представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит средство для снятия первичной информации, в состав которого входят два датчика электрического поля 1 и 2, регистрирующие суммарную напряженность электрического поля Е и представляющие собой конденсаторы емкостью С. Первый датчик электрического поля 1 установлен на опоре, а второй датчик электрического поля 2 установлен с угловым смещением ср относительно первого датчика по окружности, плоскость которой перпендикулярна проводам ВЛЭП, а ее центр совпадает с центром окружности, проходящей через центры поперечных сечений трех проводов ВЛЭП. Устройство для снятия первичной информации также содержит датчик магнитного поля 3, регистрирующий индукцию магнитного поля В и представляющий собой катушку индуктивности с ферромагнитным сердечником. Датчик магнитного поля 3 регистрирует суммарную индукцию магнитного поля ВЛЭП и установлен таким образом, что его ось совпадает с окружностью, на которой установлены датчики электрического поля 1 и 2. Кроме того, устройство для снятия первичной информации содержит датчик тока КЗ по опоре ВЛЭП 4, регистрирующий магнитное поле тока КЗ по опоре ВЛЭП и выполненный в виде катушки индуктивности с замкнутым вокруг опоры ВЛЭП ферромагнитным проводом. Выходы датчиков 1, 2, 3, 4 соединены со входами средства обработки сигналов 5, содержащее набор усилителей 6, 7, 8, 9 и блок определения сдвига фаз сигналов 10. Выходы датчиков 1, 2, 3, 4 соединены соответственно с входами усилителей 6, 7, 8, 9. Выходы усилителей датчиков электрического поля 6 и 7 соединены с входами блока определения сдвига фаз сигналов 10. Выходы усилителей 6, 7, 8, 9 и выход блока определения сдвига фаз сигналов 10 соединены с входами средства обработки информации 11, выполненном в виде нейрокомпьютера, обученного на распознавание и классификацию аварийных режимов, а выход средства обработки информации 11 соединен с входом средства передачи информации 12, выполненного в виде GSM/GPRS модема.

Устройство работает следующим образом: Если ВЛЭП находится в нормальном режиме, то соответствующие сигналы u и е с датчика электрического поля 1 и датчика магнитного поля 3 поступают на усилители 6 и 8, а затем на средство обработки информации 11. Сигнал с датчика электрического поля 2 поступает на усилитель 7, а сигналы с: выхода усилителей 6 и 7 поступают на блок определения сдвига фаз сигналов 10. При нормальном режиме вектор электрического поля вращается с угловой скоростью =2f относительно центра окружности, проходящей через три провода ВЛЭП. Сигналы датчиков электрического поля 1 и 2 отличаются сдвигом фаз , определяющимся угловым смещением, и соответственно в этом режиме с выхода блока определения сдвига фаз сигналов 10 поступает дополнительный сигнал на вход средства обработки информации 11. Блок определения сдвига фаз сигналов 10 позволяет различить два аварийных режима: режим нормального функционирования ВЛЭП и режим полного отключения сети. Поскольку в трехфазной системе режим нормальной работы, при котором суммы токов и напряжений приблизительно равны, и режим полного отсутствия тока в проводах отличаются незначительно, то при некоторых случайных факторах информационные сигналы на выходе средства обработки информации 11 могут быть равными. Сигнал со средства обработки информации 11 в нормальном режиме не инициирует передачу информации от средства передачи информации 12 на диспетчерский пункт. Если происходит аварийный режим (например, замыкание одной фазы по опоре на землю), то соответственно изменяются сигналы u и е на выходах датчика электрического поля 1 и датчика магнитного поля 3. Кроме того, в этом случае отсутствует сигнал на выходе блока определения сдвига фаз сигналов 10 и возникает дополнительный сигнал от датчика тока КЗ по опоре ВЛЭП 4, который через усилитель 9 средства обработки сигналов 5 поступает на средство обработки информации 11. При работе двух фаз вектор электрического поля пульсирует, но не вращается и его значение максимально по направлению осей проводов двух фаз (Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах: Пер. с англ. - М.: Издательство иностранной литературы, 1955). Поэтому по сигналам с усилителей 6 и 7 можно определить фазу, в которой произошел обрыв. Таким образом, средство обработки информации использует дополнительную информацию о сдвиге фаз сигналов от блока 10 и о токе КЗ по опоре ВЛЭП от датчика 4.

Таким образом, устройство позволяет повысить точность определения местоположения и вида повреждения на ВЛЭП.

Устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи (ВЛЭП), состоящее из последовательно соединенных средства для снятия первичной информации, выполненного в виде датчика магнитного поля - катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником и датчика электрического поля - конденсатора, средства обработки сигналов, содержащего набор усилителей, средства обработки информации и средства передачи информации, выполненного в виде GSM/GPRS модема, отличающееся тем, что средство для снятия первичной информации дополнительно содержит датчик тока короткого замыкания по опоре ВЛЭП, выполненный в виде катушки индуктивности с замкнутым вокруг опоры ВЛЭП ферромагнитным проводом, второй датчик электрического поля, установленный с угловым смещением относительно первого датчика по окружности, плоскость которой перпендикулярна проводам ВЛЭП, а ее центр совпадает с центром окружности, проходящей через центры поперечных сечений трех проводов ВЛЭП, а средство обработки сигналов дополнительно содержит блок определения сдвига фаз сигналов, двумя входами соединенный с соответствующими выходами усилителей датчиков электрического поля, при этом средство обработки информации выполнено в виде нейрокомпьютера, обученного на распознавание и классификацию аварийных режимов и соединенного с входом средства передачи информации.