Устройство автоматизированного контроля высоковольтных электрических сетей

Заявляемая полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована для дистанционного контроля гололедной и ветровой нагрузки на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, а также для контроля пропускной способности линии.

Устройство содержит автономный датчик, установленный между траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода и грозозащитного троса опоры. Автономный датчик содержит датчик физической величины, соединенный с микроконтроллером, соединенным с радиомодулем и источником автономного питания. Датчик физической величины содержит датчик температуры окружающей среды, датчик влажности, совмещенный с датчиком температуры окружающей среды, датчик направления и скорости ветра, датчик контроля температуры провода, датчик контроля температуры воздуха вблизи провода, датчик контроля величины тока, протекающего в проводе, датчик контроля расстояния от провода до поверхности земли. Обмен данными от автономных датчиков осуществляется через эфир по инициативе самих датчиков, которые передают их контроллеру обмена по заданному расписанию. Контроллер обмена содержит для сохранения этих данных, энергонезависимое запоминающее устройство, источник автономного питания, радиомодуль и приемо-передающий модем, соединенные с микроконтроллером. По запросу из пункта приема, контроллер обмена формирует ответную посылку на основе заранее сохраненных данных. Пункт приема, в котором тоже имеется приемо-передающий модем, соединенный с компьютером, через его выход, по сетевому протоколу TCP/IP обеспечивает доставку информации на необходимые терминалы отображения информации о состоянии высоковольтной электрической сети в месте установки устройства.

Заявляется полезная модель - устройство автоматизированного контроля высоковольтных электрических сетей, которое относится к электроэнергетике и может быть использовано для дистанционного контроля гололедной и ветровой нагрузки на проводе промежуточного пролета воздушной линии электропередачи, а также для контроля пропускной способности линии.

Известно устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи [1], 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, а также первый датчик тока со вторым блоком выделения амплитуды сигнала, подключенным к первому входу блока деления, суммирующий усилитель между вторым блоком выделения амплитуды сигнала и первым входом блока деления и второй датчик тока, который подключен ко второму входу введенного суммирующего усилителя и ко второму входу блока деления, выход которого 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.

Недостатком 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, отличающегося от перпендикулярного к линии, не учитывает полную ветровую составляющую внешней нагрузки, что приводит к большому числу ложных срабатываний.

Известно также устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи [2], 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.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели, по своей технической сущности, является устройство автоматизированного контроля гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи [3]. Устройство содержит датчик силы, установленный между каждой траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода опоры, 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, содержащие преобразователь интерфейса и микроконтроллер, 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 ТСР/IР обеспечивается доставка информации на необходимые терминалы отображения информации о гололедной и ветровой нагрузке.

Недостатком известного устройства является наличие электрической связи между датчиками и контроллером обмена, что делает систему уязвимой от воздействия грозовых разрядов на ее элементы и в конечном итоге к ее отказу. Также к недостаткам можно отнести ограниченность контролируемых величин, т.е. отсутствует контроль параметров проводов линии - температуры провода, тока в проводе, расстояния от провода до поверхности земли (габарит линии), визуальный контроль.

Общими признаками заявляемого устройства и ближайшего аналога являются следующие признаки: наличие датчика силы нагрузок, установленного между траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода и грозозащитного троса опоры, датчика температуры окружающей среды, датчика влажности, совмещенного с датчиком температуры окружающей среды, а также датчика направления и скорости ветра, закрепленных на опоре, соединенных с контроллером обмена, выполняющим сбор данных с датчиков, содержащих микроконтроллер преобразования физической величины в цифровой код, соединенный с передающим модемом, который соединен с принимающим модемом, соединенным с измерительным прибором, при этом в качестве измерительного прибора использован компьютер, который обеспечивает обработку и передачу информации на терминалы отображения, при этом контроллер обмена и пункт приема соединены между собой через эфир.

Отличительные признаки заявляемого устройства заключаются в том, что дополнительно введен автономный датчик, установленный между траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода и грозозащитного троса опоры. Автономный датчик содержит датчик физической величины, соединенный с микроконтроллером, соединенным с дополнительно введенными радиомодулем и источником автономного питания, в который введены дополнительно элементы накопления энергии. Это обеспечивает функционирование датчика автономно. Датчиком физической величины являются общеизвестные датчики, а также дополнительно введенные, такие как: датчик контроля температуры провода, датчик контроля температуры воздуха вблизи провода, датчик контроля величины тока, протекающего в проводе, датчик контроля расстояния от провода до поверхности земли. В каждый датчик физической величины может быть введено устройство видеонаблюдения. Автономных датчиков можно установить на проводах и грозозащитных тросах столько, сколько необходимо для решения поставленных задач, обеспечивающих контроль высоковольтных электрических сетей. Обмен данными от автономных датчиков осуществляется через эфир по инициативе самих датчиков, которые передают их контроллеру обмена по заданному расписанию. Для приема данных, в контроллер обмена дополнительно введены, для сохранения этих данных, энергонезависимое запоминающее устройство, источник автономного питания с элементами накопления энергии и радиомодуль, соединенные с микроконтроллером. По запросу из пункта приема, контроллер обмена формирует ответную посылку, на основе заранее сохраненных данных в энергонезависимом запоминающем устройстве, что в свою очередь способствует сокращению времени обмена с пунктом приема.

Технический результат, достигнут благодаря совокупности общеизвестных и отличительных признаков, и заключается в повышении устойчивости всех элементов устройства от влияния грозовых разрядов и механических воздействий на средства коммуникаций между элементами устройства, при этом дополнительный контроль параметров провода обеспечивает возможность учитывать пропускную способность линии с учетом гололедной и ветровой нагрузок.

На фиг.1 показана структурная схема устройства в статике. Устройство автоматизированного контроля высоковольтных электрических сетей содержит автономный датчик 1, установленный между каждой траверсой 2 и гирляндой изоляторов 3 каждого фазного провода и грозозащитного троса опоры 4, со встроенным в него датчиком физической величины 5. Каждый датчик физической величины 5, а значит все датчики, входящие в него, соединены с микроконтроллером 6, который в свою очередь соединен с радиомодулем 7, и с источником автономного питания 8. Автономные датчики можно установить на каждом проводе и грозозащитном тросе. Радиомодуль 7 каждого автономного датчика 1, через эфир 9 связан с радиомодулем 10 контроллера обмена 11. Радиомодуль 10 контроллера обмена 11 соединен с микроконтроллером 12, который соединен с энергонезависимым запоминающим устройством 13, источником автономного питания 14 и приемо-передающим модемом 15. Приемопередающий модем 15 контроллера обмена 11 через эфир связан с приемопередающим модемом 16 пункта приема 17, соединенным с компьютером 18, имеющим выход 19.

Устройство работает следующим образом. Автономный датчик 1, подсоединенный к грозозащитному тросу и/или фазному проводу между траверсой 2 и гирляндой изоляторов 3 опоры 4, благодаря наличию источника автономного питания 8, всегда находится в рабочем состоянии. Автономный датчик 1, формирует сообщение о контролируемых параметрах провода или грозозащитного троса и окружающей среды с помощью датчика физической величины 5, по индивидуально заданному расписанию для каждого датчика, и через микроконтроллер 6 посылает сообщение о них на радиомодуль 7, который через эфир 9 посылает его на радиомодуль 10 контроллера обмена 11 и далее в микроконтроллер 12. Благодаря источнику автономного питания 14, контроллер обмена 11 также всегда находится в рабочем состоянии. В микроконтроллере 12 данные накапливаются, и передаются на хранение в энергонезависимое запоминающее устройство 13. По запросу из пункта приема 17, микроконтроллер 12, посылает данные в приемо-передающий модем 15, который через эфир передает их в приемопередающий модем 16 пункта приема 17, а затем на компьютер 18. В компьютере производится обработка информации и передача результата текущей информации о гололедной и ветровой обстановке через выход 19, на необходимые терминалы отображения информации о состоянии высоковольтных электрических сетей. Доставка информации обеспечивается по протоколу TCP/IP, Transmission Control/Internet Protocol.

Пример реализации заявляемого устройства. Автономный датчик 1 может содержать датчики физической величины 5, реализованные, например, на основе магнитоупругих датчиков силы и преобразователях, на основе микроконтроллера PIC16F688 фирмы Microchip, США. Датчики температуры и влажности могут быть реализованы на основе датчика ДТВ, изготовитель ЗАО «НПФ Агрострой» и контроллера PIC16F688 фирмы Microchip, США. В качестве датчика направления и скорости ветра может быть использован датчик направления ветра WAV 15/151 А и датчик скорости ветра WAA15/151A, фирмы «Vaisala», Финляндия, с микроконтроллером PIC16F688, фирмы Microchip, США. Траверса 2 - это металлическая деталь универсальной стальной двухцепной промежуточной опоры П220-2Т, 4. Гирлянда изоляторов 3 может быть изготовлена из изоляторов ПС70Е, ПС120Б по ГОСТ 27661. Микроконтроллеры 6 и 12 это могут быть изделия типа PIC18F6520, фирмы Microchip, США. Радиомодули 7 и 10 могут быть реализованы на радиомодемах Невод-5, фирмы Геолинк, Россия. Источники автономного питания 8 и 14 - это могут быть аккумуляторные батареи, содержащие элементы накопления энергии и источники тока, например, солнечные батареи или трансформаторы отбора мощности от линии электропередачи. Энергонезависимое запоминающее устройство 13 это может быть, например, микросхема серии АТ28С, фирмы AMTEL, США. Приемо-передающие модемы 15 и 16 могут быть реализованы на внешнем модеме МС35i, фирмы «Siemens», Германия. В качестве персонального компьютера 18 может быть использован ПК с операционной системой Windows XP, процессор Intel Pentium 4 1,5 GHz, оперативная память не менее 128 MB, мышь, клавиатура, монитор.

Источники используемой информации:

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

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

3. Патент РФ 114565 на полезную модель, пр. 10.08.2011, кл. Н02J 13/00. Oп. 27.03.2012 г.

1. Устройство автоматизированного контроля высоковольтных электрических сетей, содержащее датчик силы нагрузок, установленный между траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода и грозозащитного троса, датчик температуры окружающей среды, датчик влажности, совмещенный с датчиком температуры окружающей среды, а также датчик направления и скорости ветра, закрепленные на опоре, соединенные с контроллером обмена, выполняющим сбор данных с датчиков, содержащих микроконтроллер преобразования физической величины в цифровой код, соединенный с передающим модемом, который соединен с принимающим модемом, соединенным с измерительным прибором, при этом в качестве измерительного прибора использован компьютер, который обеспечивает обработку и передачу информации на терминалы отображения, при этом контроллер обмена и пункт приема соединены между собой через эфир, отличающееся тем, что дополнительно введен автономный датчик, установленный между траверсой и гирляндой изоляторов каждого фазного провода и грозозащитного троса, содержащий датчик физической величины, соединенный с микроконтроллером, соединенным с радиомодулем и источником автономного питания, при этом автономный датчик является инициатором передачи данных контроллеру обмена по заранее составленному для него расписанию, с которым соединен через эфир.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что датчиком физической величины являются общеизвестные датчики, а также дополнительно введенные, такие как: датчик контроля температуры провода, датчик контроля температуры воздуха вблизи провода, датчик контроля величины тока, протекающего в проводе, датчик контроля расстояния от провода до поверхности земли.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в контроллер обмена дополнительно введены источник автономного питания, радиомодуль и запоминающее устройство, соединенные с микроконтроллером.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в источники автономного питания дополнительно введены элементы накопления энергии.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что автономных датчиков можно установить столько, сколько необходимо для решения поставленных задач, обеспечивающих контроль высоковольтных электрических сетей.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в каждый из датчиков физической величины дополнительно может быть введено устройство видеонаблюдения.