Устройство автоматизированного контроля гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи

Заявляемое устройство автоматизированного контроля гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного контроля гололедной и ветровой нагрузок на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи. Устройство содержит датчик силы, установленный между каждой траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода опоры, и датчик силы грозозащитного троса каждой цепи, установленный над гирляндой изоляторов на стойке грозозащитного троса опоры, датчик температуры и влажности и датчик направления и скорости ветра. Все датчики содержат преобразователь интерфейса и микроконтроллер и подключены через двухпроводную шину интерфейса к контроллеру обмена, а именно, к его преобразователю интерфейса, соединенному с приемо-передающим модемом. Контроллер обмена через эфир соединен с пунктом приема, в котором тоже имеется приемо-передающий модем, соединенный с компьютером, через его выход, по сетевому протоколу TCP/IP обеспечивается доставка информации на необходимые терминалы отображения информации о гололедной и ветровой нагрузке.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства: путем одновременного постоянного контроля гололедной и ветровой нагрузки, с учетом влияющих метеорологический параметров окружающей среды; в упрощении коммуникационных соединений, выполняемых на контрольной опоре, а также в повышении достоверности контроля гололедной и ветровой нагрузок на провод промежуточного пролета воздушной линии электропередачи при любых метеорологических условиях, и, следовательно, в снижении себестоимости оборудования, необходимого для контроля.

Заявляемая полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована для дистанционного контроля гололедной и ветровой нагрузок на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи.

Известно устройство обнаружения отложений на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, [1], содержащее устройство телепередачи, измеритель относительного направления ветра, измеритель скорости ветра, четыре функциональных преобразователя, формирователь порога, два пороговых элемента, логический элемент ИЛИ и два силоизмерительных датчика, каждый из которых подвешен подвижно между траверсой опоры и соответствующей гирляндой изоляторов. Нижние концы обеих гирлянд соединены между собой шарнирно, образуя V-образную подвеску, к которой прикреплен провод. А верхние концы датчиков крепятся к траверсе опоры на расстоянии друг от друга, равном длине гирлянды изоляторов с датчиком, образуя с V-образной подвеской равносторонний треугольник.

Однако при отсутствии ветра это устройство не отличает незначительных отложений на проводе от изменения натяжения провода под действием перепада температур окружающего воздуха, а также не определяет характер отложений. Кроме того, для технической реализации этого устройства необходимо внести значительные изменения в конструкцию опоры.

Известно также устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи, [2], содержащее магнитоупругий датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с фазным проводом и подключенный через первый блок выделения амплитуды сигнала и первый канал телепередачи к первому измерительному прибору. Первый датчик тока со вторым блоком выделения амплитуды сигнала, подключен к первому входу блока деления. Суммирующий усилитель включен между вторым блоком выделения амплитуды сигнала и первым входом блока деления. Второй датчик тока подключен ко второму входу введенного суммирующего усилителя и ко второму входу блока деления. Выход блока деления подключен к управляющим входам двух дополнительно введенных нелинейных преобразователей, первый из которых включен между первым блоком выделения амплитуды сигнала и первым каналом телепередачи, а второй включен между первым блоком выделения амплитуды сигнала и дополнительно введенным вторым каналом телепередачи с подключенным к нему вторым измерительным прибором. Причем в качестве первого датчика тока использован укрепленный на траверсе опоры магнитный трансформатор тока с осью, совпадающей с осью гирлянды изоляторов при отсутствии ветровой нагрузки. В качестве второго датчика тока использован магнитный трансформатор тока, совмещенный с магнитоупругим датчиком силы, и с ориентацией оси перпендикулярно оси гирлянды изоляторов в плоскости, проходящей через ось гирлянды изоляторов перпендикулярно оси фазного провода.

Недостатками этого устройства является то, что оно при отсутствии тока в линии не определяет ветровую составляющую внешней нагрузки на линию, а также то, что при направлении ветра, не перпендикулярного к линии, не учитывает полную ветровую составляющую внешней нагрузки, что приводит к большому числу ложных срабатываний.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по своей технической сущности, является устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи, [3], содержащее датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с фазным проводом, измерительный прибор и канал телепередачи, с введенными дополнительно датчиками крена, закрепленными на гирлянде изоляторов и на теле опоры, датчиком температуры и контроллером опроса. Причем в качестве канала телепередачи выбраны передающий и принимающий радиомодемы, а в качестве измерительного прибора - компьютер, при этом датчики силы, крена и температуры подсоединены к входу контроллера опроса, выход которого подключен к входу передающего радиомодема, а вход принимающего модема электрически связан с входом компьютера.

Недостатком известного устройства является техническая сложность в измерении ветровой составляющей нагрузки, связанной с необходимостью контроля крена гирлянды изоляторов в плоскости перпендикулярной и параллельной оси визирования линии, а также контроля крена тела опоры в плоскости перпендикулярной и параллельной оси визирования линии. Дополнительно, как недостаток, можно отметить отсутствие возможности определения характера нагрузки по средствам контроля влажности воздуха.

Целью заявляемой полезной модели является повышение достоверности контроля влияния гололедной и ветровой нагрузок на провод воздушной линии электропередачи при любых метеорологических условиях.

Поставленная цель достигается совокупностью общеизвестных и отличительных признаков заявляемого устройства. Общеизвестные признаки заключаются в том, что устройство автоматизированного контроля гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи содержит датчик силы нагрузок, установленный между траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода, закрепленного на опоре, соединенный с контроллером обмена, выполняющим опрос датчиков. Датчик температуры окружающей среды, также подключен к контроллеру обмена. Контроллер обмена соединен с передающим модемом, который соединен с принимающим модемом, соединенным с измерительным прибором. При этом в качестве измерительного прибора использован компьютер.

Отличительные признаки заключаются в том, что в заявляемое устройство введены датчик силы грозозащитного троса каждой цепи, установленный над гирляндой изоляторов на стойке грозозащитного троса опоры, датчик влажности, совмещенный с датчиком температуры окружающей среды и датчик направления и скорости ветра. Датчики силы нагрузок фазного провода и грозозащитного троса, температуры и влажности окружающей среды, направления и скорости ветра соединены с преобразователем интерфейса контроллера обмена через двухпроводную шину интерфейса. В каждый из этих датчиков введены микроконтроллер и преобразователь интерфейса, за счет этого датчики выполняют функцию не только контроля физической величины, но и осуществляют преобразование каждой физической величины в цифровой код и передачу данных в контроллер обмена. В контроллер обмена также введен преобразователь интерфейса, соединенный с приемо-передающим модемом, что обеспечивает преобразование данных и передачу информации в пункт приема. Приемо-передающий модем пункта приема соединен с компьютером, который производит обработку и передачу информации, через выход последнего, на терминалы отображения. Контроллер обмена и пункт приема связаны между собой через эфир. В двухпроводную шину интерфейса, которая обеспечивает обмен данными и одновременное электрическое питание каждого датчика, введен мостовой выпрямитель для каждого датчика, что позволяет включать провода независимо от полярности сигналов.

На фигуре показана структурная схема устройства в статике. Устройство автоматизированного контроля гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи содержит датчик силы 1, установленный между каждой траверсой 2 и гирляндой изоляторов 3 каждого фазного провода опоры 4. Датчик силы грозозащитного троса 5 каждой цепи, установлен над гирляндой изоляторов 3 на стойке грозозащитного троса 6 опоры 4. Датчики силы 1 и 5 связаны по двухпроводной шине интерфейса 7 с преобразователем интерфейса 8. По этой же двухпроводной шине интерфейса 7 к преобразователю интерфейса 8 подключены датчик температуры и влажности 9, а также датчик направления и скорости ветра 10. Преобразователь интерфейса 8 соединен с приемо-передающими модемами 11 и 12. Приемо-передающий модем 12 соединен с компьютером 13, выход которого 14 по сетевому протоколу TCP/IP, Transmission Control/Internet Protocol, обеспечивает доставку информации на необходимые терминалы отображения информации о гололедной и ветровой нагрузке. В совокупности преобразователь интерфейса 8 и приемо-передающий модем 11 образуют контроллер обмена 15, а приемо-передающий модем 12 и компьютер 13 образуют пункт приема 16, которые связаны между собой через эфир.

Устройство работает следующим образом. Компьютер 13 пункта приема 16, в соответствии с заданным интервалом опроса, формирует запрос на контроль параметров. Запрос, через приемо-передающие модемы 12 и 11, поступает на преобразователь интерфейса 8 контроллера обмена 15, который производит адресный опрос датчиков силы 1 и 5, датчика температуры и влажности окружающей среды 9 и датчика направления и скорости ветра 10. Через двухпроводную шину интерфейса 7, полученное от каждого датчика цифровое значение контролируемой физической величины, преобразователем интерфейса 8 преобразуется в ответный пакет информации и через приемо-передающий модемы 11 и 12 передается на компьютер 13. В компьютере 13 производится обработка информации и передача результата текущей информации о гололедной и ветровой обстановке через его выход 14 на терминалы отображения информации.

Технический результат заключается в повышении достоверности определения влияния гололедной и ветровой нагрузок на провод линии электропередачи, что достигается введением новых признаков в совокупности с общеизвестными признаками. Так, например, введение датчика направления и скорости ветра позволяет учитывать ветровую составляющую нагрузки на провода воздушной линии электропередачи на опоре установки устройства. Зная географическое расположение воздушной линии электропередачи, и получая значения направления относительно сторон света и скорости ветра на компьютере пункта приема, можно учитывать ветровую составляющую нагрузки. Введение датчика влажности позволяет при анализе на пункте приема, в совокупности с информацией о температуре, учитывать метеорологическую возможность появления гололеда. Таким образом, можно исключить возможность срабатывания систем плавки гололеда от таких факторов, как, например, насаждение птиц на провода пролета воздушной линии электропередачи. Применение двухпроводной шины интерфейса для связи датчиков с контроллером обмена и введение микроконтроллеров и преобразователей интерфейсов в каждый датчик позволяют обеспечить достоверность контролируемых показателей. Преобразователь интерфейса в контроллере обмена, с подключенной к нему двухпроводной шиной интерфейса, позволяет производить адресный опрос и питание нескольких десятков датчиков, включенных параллельно на этот интерфейс. Это обеспечивает возможность реализации контроля гололедной нагрузки на каждом проводе при любой конфигурации опоры.

Пример реализации заявляемого устройства. Датчики силы 1 и 5 могут быть реализованы на основе магнитоупругого датчика силы и преобразователе, реализованном на основе микроконтроллера PIC16F688 фирмы Microchip, США. Траверса 2 и стойка троса 6 - это, например, металлические части универсальной стальной двухцепной промежуточной опоры П220-2Т. Гирлянда изоляторов 3 может быть изготовлена из изоляторов ПС70Е, ПС120Б по ГОСТ 27661. В качестве двухпроводной шины интерфейса 7 можно использовать M-Bus стандарта EN1434-3. Преобразователи интерфейса, включенные в датчики, могут быть реализованы на микросхеме TSS721A, фирмы Texas Instruments, США. Преобразователь интерфейса 8 может быть реализован на основе микроконтроллера PIC18F6520, фирмы Microchip, США. Датчик температуры и влажности 9 может быть реализован на базе датчика ДТВ, изготовитель ЗАО «НПФ Агрострой» и контроллере PIC16F688, фирмы Microchip, США. В качестве датчика направления и скорости ветра 10 может быть использован датчик направления ветра WAV 15/151А и датчик скорости ветра WAA15/151A, фирмы «Vaisala», Финляндия, с микроконтроллером PIC16F688, фирмы Microchip, США. Для реализации модемов 11 и 12 можно использовать внешний модем MC35i, фирмы «Siemens», Германия. В качестве персонального компьютера 13 может быть использован ПК с операционной системой Windows XP, процессор Intel Pentium 4 1,5 GHz, оперативная память не менее 128MB, мышь, клавиатура, монитор.

Используемые источники информации:

1. Патент РФ на изобретение 2291536, пр. 16.02.2005, кл. H02G 7/16, Н04В 3/54. Оп. 10.01.2007 г.

2. Патент РФ 2145758 на изобретение, пр.17.08.1998, кл. H02G 7/16. Оп. 20.02.2000 г.

3. Патент РФ 100682 на полезную модель, пр. 21.04.2010, кл. H02G 7/16, H02J 13/00. Оп. 20.12.2010 г.

1. Устройство автоматизированного контроля гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи, содержащее датчик силы нагрузок, установленный между траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода, закрепленного на опоре, соединенный с контроллером обмена, выполняющим опрос датчиков, соединенным с передающим модемом, который соединен с принимающим модемом, соединенным с измерительным прибором, при этом в качестве измерительного прибора использован компьютер, датчик температуры окружающей среды, подключенный к контроллеру обмена, отличающееся тем, что в заявляемое устройство введены датчик силы грозозащитного троса каждой цепи, установленный над гирляндой изоляторов на стойке грозозащитного троса опоры, датчик влажности, совмещенный с датчиком температуры окружающей среды, и датчик направления и скорости ветра; все датчики соединены с преобразователем интерфейса контроллера обмена через двухпроводную шину интерфейса, при этом в каждый из этих датчиков введены микроконтроллер и преобразователь интерфейса как для контроля физической величины, так и для преобразования ее в цифровой код и передачи данных в контроллер обмена, в который введен преобразователь интерфейса, соединенный с приемопередающим модемом, что обеспечивает преобразование данных и передачу информации в пункт приема, приемопередающий модем которого соединен с компьютером, который обеспечивает обработку и передачу информации на терминалы отображения, при этом контроллер обмена и пункт приема соединены между собой через эфир.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в двухпроводную шину интерфейса, которая обеспечивает обмен данными и одновременное электрическое питание каждого датчика, введен мостовой выпрямитель для каждого датчика, обеспечивающий включение проводов независимо от полярности сигналов.