RU105746U1 - DEVICE FOR CONTINUOUS MONITORING AND DETERMINATION OF THE PLACE OF DAMAGE TO ELECTRIC TRANSMISSION AND COMMUNICATION LINES - Google Patents

Abstract

1. Устройство для непрерывного контроля и определения места повреждения линий электропередачи и связи, содержащее коммутатор, генератор зондирующего сигнала, направленный ответвитель, основной полосовой фильтр, блок передачи информации, блок управления и приемник, имеющий два входа, причем выход генератора зондирующего сигнала, имеющего в своем составе усилитель мощности, соединен с первым входом направленного ответвителя, а второй вход приемника соединен со вторым входом направленного ответвителя, отличающееся тем, что в качестве генератора зондирующего сигнала использован генератор электрического шумового сигнала, а приемник содержит в своем составе вычислительное устройство. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входом многоразрядного двоичного счетчика, выход которого соединен с блоком передачи информации. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислительное устройство содержит в своем составе управляемую линию задержки, фильтр нижних частот, перемножитель сигналов, один из входов которого соединен с выходом усилителя напряжения, другой вход соединен с выходом управляемой линии задержки, а выход соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с блоком передачи информации. ! 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком переключения методов контроля и формирующим полосовым фильтром, вход которого подключен к выходу генератора электрического шумового сигнала, а выход - к входу блока переключения методов контроля, причем первый выход блока п� 1. A device for continuous monitoring and determination of the location of damage to power lines and communications, comprising a switch, a probe signal generator, a directional coupler, a main bandpass filter, an information transmission unit, a control unit and a receiver having two inputs, the output of the probe signal having composed of a power amplifier connected to the first input of the directional coupler, and the second input of the receiver connected to the second input of the directional coupler, characterized in that as a gene The probe signal generator used is an electric noise signal generator, and the receiver contains a computing device. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the control unit is made in the form of a clock pulse generator, the output of which is connected to the input of a multi-bit binary counter, the output of which is connected to the information transfer unit. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the computing device comprises a controlled delay line, a low-pass filter, a signal multiplier, one of the inputs of which is connected to the output of the voltage amplifier, the other input is connected to the output of the controlled delay line, and the output connected to the input of the low-pass filter, the output of which is connected to the information transmission unit. ! 4. The device according to claim 1, characterized in that the device is additionally equipped with a control method switching unit and a forming band-pass filter, the input of which is connected to the output of the electric noise signal generator, and the output - to the input of the switching control method, the first output of the unit

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к диагностическому оборудованию и может быть использована для непрерывного дистанционного контроля технического состояния любых линий электропередачи и связи, в том числе под рабочим напряжением, и определения места повреждения.The utility model relates to electrical engineering, in particular to diagnostic equipment, and can be used for continuous remote monitoring of the technical condition of any transmission and communication lines, including under operating voltage, and determining the location of damage.

Известно устройство для непрерывного контроля и определения места повреждения линий электропередачи и связи, содержащее коммутатор, генератор зондирующего сигнала, направленный ответвитель, блок передачи информации, блок управления и приемник, имеющий два входа и вторым входом связанный с выходом генератора зондирующего сигнала, соединенного со входом направленного ответвителя, и имеющего усилитель мощности, выход которого является выходом генератора, а второй вход приемника соединен со вторым входом направленного ответвителя (см. патент РФ №2215298 по МПК G01R 31/11, опубл. 26.06.2006 г.).A device for continuous monitoring and determining the location of damage to power lines and communications, comprising a switch, a probe signal generator, a directional coupler, an information transfer unit, a control unit and a receiver having two inputs and a second input connected to the output of the probe signal connected to the directional input coupler, and having a power amplifier, the output of which is the output of the generator, and the second input of the receiver is connected to the second input of the directional coupler (see RF patent No. 2215298 according to IPC G01R 31/11, published on June 26, 2006).

Известное устройство не обеспечивает точность измерения расстояния до места повреждения, так как большинство воздушных ЛЭП при наличии значительного количества отводов, периодическом налипании снега на провода и их обледенении на различных участках не удовлетворяют условиям однородности и согласованности на конце для зондирующих сигналов. Неоднородности приводят к появлению в спектре демодулированного сигнала, который состоит из большого количества отраженных и переотраженных от неоднородностей импульсов, множества спектральных составляющих, что не позволяет выделить спектральную составляющую от повреждения и определить расстояние до него.The known device does not provide accuracy in measuring the distance to the place of damage, since most aerial power lines in the presence of a significant number of branches, periodic snow sticking to wires and icing in different areas do not satisfy the conditions of uniformity and consistency at the end for sounding signals. Inhomogeneities lead to the appearance in the spectrum of a demodulated signal, which consists of a large number of pulses reflected and reflected from inhomogeneities, a plurality of spectral components, which does not allow to isolate the spectral component from damage and determine the distance to it.

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее коммутатор, генератор зондирующего сигнала, направленный ответвитель, блок передачи информации, блок управления и приемник, имеющий два входа и вторым входом связанный с выходом генератора зондирующего сигнала, соединенного со входом направленного ответвителя, и имеющего усилитель мощности, выход которого является выходом генератора, а второй вход приемника соединен со вторым входом направленного ответвителя. Устройство дополнительно содержит коммутатор, направленный ответвитель и блок передачи информации, при этом первый выход генератора соединен с входом направленного ответвителя, второй выход генератора, является выходом цифроаналогового преобразователя, соединенным со вторым входом приемника, вход/выход ответвителя соединен с входом/выходом коммутатора, а выход соединен с первым входом приемника, вход коммутатора связан со вторым выходом вычислительного блока, вычислительный блок третьим выходом соединен с входом блока передачи информации, n выходов коммутатора связаны с n проводами линии электропередачи. (см. патент РФ №2400765 по МПК G01R 31/11, опубл. 26.06.2010 г.).The closest in technical essence is a device containing a switch, a probe signal generator, a directional coupler, an information transmission unit, a control unit and a receiver having two inputs and a second input connected to the output of a probe signal generator connected to the input of a directional coupler and having a power amplifier the output of which is the output of the generator, and the second input of the receiver is connected to the second input of the directional coupler. The device further comprises a switch, a directional coupler and an information transfer unit, wherein the first output of the generator is connected to the input of the directional coupler, the second output of the generator is the output of a digital-to-analog converter connected to the second input of the receiver, the input / output of the coupler is connected to the input / output of the switch, and the output is connected to the first input of the receiver, the input of the switch is connected to the second output of the computing unit, the computing unit by the third output is connected to the input of the transmission unit inf rmatsii, n switch outputs are connected with the n wires of the transmission line. (see RF patent No. 2400765 for IPC G01R 31/11, publ. 06/26/2010).

Недостатками данного устройства являются недостаточная точность измерения расстояния до места повреждения в линиях электропередачи, невозможность использования известного устройства для контроля разветвленных линий, а также необходимость использования зондирующего сигнала большой мощности, что ухудшает качество электроэнергии и препятствует использованию данного устройства для контроля линий связи.The disadvantages of this device are the lack of accuracy in measuring the distance to the place of damage in power lines, the inability to use the known device for monitoring branched lines, and the need to use a probe signal of high power, which impairs the quality of electricity and prevents the use of this device for monitoring communication lines.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения расстояния до места повреждения, уменьшения влияния устройства на качество электроэнергии в линиях электропередачи и возникновение возможности контроля линий связи и разветвленных линий.The technical result of the proposed utility model is to increase the accuracy of measuring the distance to the place of damage, reduce the influence of the device on the quality of electricity in power lines and the emergence of the possibility of monitoring communication lines and branched lines.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для непрерывного контроля и определения места повреждения линий электропередачи и связи, содержащем коммутатор, генератор зондирующего сигнала, направленный ответвитель, основной полосовой фильтр, блок передачи информации, блок управления и приемник, имеющий два входа, причем выход генератора зондирующего сигнала, имеющего в своем составе усилитель мощности, соединен с первым входом направленного ответвителя, а второй вход приемника соединен со вторым входом направленного ответвителя, согласно полезной модели в качестве генератора зондирующего сигнала используется генератор электрического шумового сигнала, а приемник содержит в своем составе вычислительное устройство. Блок управления выполнен в виде генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входом многоразрядного двоичного счетчика, выход которого соединен с блоком передачи информации. Вычислительное устройство содержит в своем составе управляемую линию задержки, перемножитель сигналов, фильтр нижних частот, выход которого соединен с блоком передачи информации. Устройство дополнительно снабжено блоком переключения методов контроля и формирующим полосовым фильтром, вход которого подключен к выходу генератора электрического шумового сигнала, а выход - к входу блока переключения методов контроля, причем первый выход блока переключения методов контроля соединен с первым входом приемника, а второй выход блока переключения методов контроля соединен с входом усилителя мощности из состава генератора зондирующего сигнала.The technical result is achieved by the fact that in the device for continuous monitoring and determining the location of damage to power lines and communications, comprising a switch, a probe signal generator, a directional coupler, a main bandpass filter, an information transmission unit, a control unit and a receiver having two inputs, the generator output a probe signal, comprising a power amplifier, is connected to the first input of the directional coupler, and the second input of the receiver is connected to the second input of the directional response According to a utility model, an electric noise signal generator is used as a probe signal generator, and the receiver includes a computing device. The control unit is made in the form of a clock generator, the output of which is connected to the input of a multi-bit binary counter, the output of which is connected to the information transfer unit. The computing device includes a controlled delay line, a signal multiplier, a low-pass filter, the output of which is connected to the information transfer unit. The device is additionally equipped with a control method switching unit and a forming band-pass filter, the input of which is connected to the output of the electric noise signal generator, and the output is connected to the input of the control methods switching unit, the first output of the control methods switching unit being connected to the first input of the receiver, and the second output of the switching unit control methods connected to the input of the power amplifier from the generator of the probe signal.

Сущность полезной модели поясняется функциональной блок-схемой устройства.The essence of the utility model is illustrated by the functional block diagram of the device.

Устройство для непрерывного контроля и определения места повреждения линий электропередачи и связи содержит коммутатор 1, генератор электрического шумового сигнала 2, направленный ответвитель 3, основной 4 и формирующий 5 полосовые фильтры, блок управления 6 и приемник 7. Приемник 7 имеет два входа, один из которых соединен со вторым входом направленного ответвителя 3, причем первый вход направленного ответвителя 3 соединен с выходом усилителя мощности 8. Приемник 7 содержит в своем составе усилитель напряжения 9 и вычислительное устройство 10. Блок управления 6 выполнен в виде генератора тактовых импульсов 11, выход которого соединен с входом многоразрядного двоичного счетчика 12. Вычислительное устройство 10 содержит в своем составе управляемую линию задержки 13, перемножитель сигналов 14, фильтр нижних частот 15, выход которого соединен с блоком передачи информации 16. Блок управления 6 соединен с блоком передачи информации 16. Устройство дополнительно снабжено блоком переключения методов контроля 17, согласующими устройствами 18, устройствами присоединения 19 и центральным компьютером 20.A device for continuous monitoring and determining the location of damage to power lines and communications includes a switch 1, an electric noise signal generator 2, a directional coupler 3, a main 4 and forming 5 band filters, a control unit 6 and a receiver 7. The receiver 7 has two inputs, one of which connected to the second input of the directional coupler 3, and the first input of the directional coupler 3 is connected to the output of the power amplifier 8. The receiver 7 includes a voltage amplifier 9 and a computing device 10 The control unit 6 is made in the form of a clock pulse generator 11, the output of which is connected to the input of a multi-bit binary counter 12. The computing device 10 includes a controlled delay line 13, a signal multiplier 14, a low-pass filter 15, the output of which is connected to the information transmission unit 16. The control unit 6 is connected to the information transfer unit 16. The device is additionally equipped with a switching unit for monitoring methods 17, matching devices 18, connection devices 19 and a central computer 20 rum.

Устройство работает следующим образомThe device operates as follows

В исходном положении блок переключения методов контроля 17 находится в состоянии «активный метод». Широкополосный шумовой сигнал, вырабатываемый генератором электрического шумового сигнала 2, поступает на вход формирующего полосового фильтра 5, который ограничивает его спектр до рабочей полосы частот, отсекая диапазон промышленных помех (до 1,5 МГц) и формируя разрешающую способность устройства ограничением ширины пропускаемой полосы частот. Полученный таким образом сигнал, проходя через блок переключения методов контроля 17, подается на вход усилителя мощности 8 и одновременно на вход управляемой линии задержки 13, которая является составной частью вычислительного устройства 10. На выходе усилителя мощности 8 формируется мощный зондирующий сигнал, который через направленный ответвитель 3, предотвращающий прямое его попадание на вход приемника 7, поступает на вход основного полосового фильтра 4, предназначенного для ограничения спектра сигнала, поступающего из линии. С выхода основного полосового фильтра 4 зондирующий сигнал через коммутатор 1, согласующее устройство 18 и устройство присоединения 19 поступает в контролируемую линию. В процессе прохождения зондирующего сигнала по контролируемой линии в местах имеющихся повреждений возникают отраженные волны, которые, двигаясь в обратном направлении, попадают на вход устройства для непрерывного контроля и определения места повреждения линий электропередач и связи. С входа устройства через соответствующие устройство присоединения 19 и согласующее устройство 18, а далее через коммутатор 1, основной полосовой фильтр 4 и направленный ответвитель 3 отраженные волны поступают на вход усилителя напряжения 9 приемника 7. С выхода усилителя напряжения 9 сигнал поступает на вход перемножителя сигналов 14. На другой вход перемножителя сигналов 14 подается сигнал с выхода управляемой линии задержки 13. С выхода перемножителя сигналов 14 полученный сигнал поступает на фильтр нижних частот 15, где происходит его усреднение. В процессе работы устройства многоразрядный двоичный счетчик 12 производит непрерывный циклический счет импульсов, вырабатываемых генератором тактовых импульсов 11. Младшие разряды многоразрядного двоичного счетчика 12, воздействуя на управляемую линию задержки 13, управляют периодическим процессом сканирования по параметру временной задержки в вычислительном устройстве 10, формируя таким образом рефлектограмму на выходе этой схемы. Значения полученной рефлектограммы контролируемой линии подаются на вход блока передачи информации 16, где происходит оцифровка рефлектограмм и передача их по локальной сети в центральный компьютер 20 для дальнейшего использования. Одновременно на блок передачи информации 16 в двоичном коде выдаются значения времени задержки, соответствующие значениям рефлектограммы. Старшие разряды многоразрядного двоичного счетчика 12 используются для выбора контролируемой в данный момент времени линии. Таким образом, в память центрального компьютера 20 с определенной периодичностью последовательно записываются рефлектограммы всех контролируемых линий. Адрес исследуемой линии также передается в центральный компьютер 20 с помощью блока передачи информации 16 на протяжении всего цикла записи ее рефлектограммы. Блок переключения методов контроля 17 может управляться вручную, или командой с центрального компьютера 20, или одним из старших разрядов многоразрядного двоичного счетчика 12. Можно, например, для каждой линии производить сначала запись «активной» рефлектограммы, затем запись «пассивной» рефлектограммы, после чего переходить к контролю следующей линии. Если блок переключения методов контроля 17 находится в состоянии «пассивный метод», то прекращается генерация зондирующего сигнала, устройство переходит в режим чистого приема, а на вход управляемой линии задержки 13 подается сигнал с выхода усилителя напряжения 9 приемника 7, чем обеспечивается вычисление функции автокорреляции, являющейся в данном случае рефлектограммой. В остальном устройство работает так же, как и в режиме «активный метод». Данные, переданные в центральный компьютер 20, обрабатываются с вычислением координат имеющихся в линиях повреждений. Информация о местах расположения и типах обнаруженных повреждений накладывается на карту трасс прохождения линий и выводится на монитор дежурного диспетчера.In the initial position, the control method switching unit 17 is in the “active method” state. The broadband noise signal generated by the electric noise signal generator 2 is fed to the input of the forming band-pass filter 5, which limits its spectrum to the working frequency band, cutting off the industrial noise range (up to 1.5 MHz) and forming the resolution of the device by limiting the width of the transmitted frequency band. The signal thus obtained, passing through the control method switching unit 17, is fed to the input of the power amplifier 8 and simultaneously to the input of the controlled delay line 13, which is an integral part of the computing device 10. A powerful probe signal is generated at the output of the power amplifier 8, which is transmitted through a directional coupler 3, preventing its direct hit at the input of the receiver 7, is fed to the input of the main band-pass filter 4, designed to limit the spectrum of the signal coming from the line. From the output of the main bandpass filter 4, the probing signal through the switch 1, the matching device 18 and the connection device 19 enters the controlled line. During the passage of the probing signal along the monitored line at the places of existing damage, reflected waves arise, which, moving in the opposite direction, get to the input of the device for continuous monitoring and determining the location of damage to power lines and communications. From the input of the device through the corresponding connection device 19 and the matching device 18, and then through the switch 1, the main bandpass filter 4 and the directional coupler 3, the reflected waves are fed to the input of the voltage amplifier 9 of the receiver 7. From the output of the voltage amplifier 9, the signal is fed to the input of the signal multiplier 14 . At the other input of the signal multiplier 14, a signal is output from the output of the controlled delay line 13. From the output of the signal multiplier 14, the received signal is fed to the low-pass filter 15, where it averages of. During operation of the device, a multi-bit binary counter 12 produces a continuous cyclic count of pulses generated by a clock generator 11. The lower bits of a multi-bit binary counter 12, acting on a controlled delay line 13, control the periodic scanning process by the time delay parameter in the computing device 10, thus forming trace on the output of this circuit. The values of the received traces of the monitored line are fed to the input of the information transfer unit 16, where the traces are digitized and transmitted over the local network to the central computer 20 for further use. At the same time, the delay time values corresponding to the values of the trace are output to the information transmission unit 16 in binary code. The high-order bits of the multi-bit binary counter 12 are used to select the line that is currently being monitored. Thus, the trace computer of all monitored lines are sequentially recorded in the memory of the central computer 20 with a certain periodicity. The address of the line under investigation is also transmitted to the central computer 20 using the information transfer unit 16 throughout the entire recording cycle of its reflectogram. The switching unit of the control methods 17 can be controlled manually, either by a command from the central computer 20, or by one of the most significant bits of the multi-bit binary counter 12. For example, for each line, first record an “active” reflectogram, then record a “passive” reflectogram, and then go to control the next line. If the switching unit of the control methods 17 is in the “passive method” state, the generation of the probe signal stops, the device enters the clean reception mode, and the signal from the output of the voltage amplifier 9 of the receiver 7 is supplied to the input of the controlled delay line 13, which ensures the calculation of the autocorrelation function, which in this case is a trace. Otherwise, the device operates in the same way as in the "active method" mode. The data transmitted to the central computer 20 are processed to calculate the coordinates of the fault lines. Information on the locations and types of damage detected is superimposed on the map of the lines passing through the lines and displayed on the monitor of the duty dispatcher.

Так как время задержки в процессе работы устройства изменяется дискретным образом под действием цифрового кода, следует определиться с условиями, налагаемыми на шаг дискретизации. Эти условия вытекают из требования «не перескочить» всплеск рефлектограммы при сканировании. Очевидно, что для этого следует установить шаг дискретизации меньшим минимальной ширины, а лучше - меньшим половины ширины «всплеска» рефлектограммы, соответствующего повреждению в линии.Since the delay time during the operation of the device changes in a discrete manner under the action of a digital code, it is necessary to determine the conditions imposed on the sampling step. These conditions follow from the requirement “not to skip” the trace burst during scanning. Obviously, for this, the discretization step should be set smaller than the minimum width, or better, less than half the width of the “burst” of the trace corresponding to damage in the line.

Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения расстояния до места повреждения, уменьшить влияние устройства на качество электроэнергии в линиях электропередачи, а также позволяет осуществлять контроль линий связи и разветвленных линий, то есть расширить функциональные возможности. Предлагаемое устройство также позволяет многократно увеличить количество контролируемых линий за счет использования генератора электрического шумового сигнала в качестве генератора зондирующего сигнала, что привело к существенному упрощению процесса вычисления рефлектограммы, сократив его до вычисления функции корреляции, реализуемого в вычислительном устройстве. Возможно, практический интерес будет представлять упрощенный переносной вариант подобного устройство, рассчитанного на одну линию, и позволяющего производить плановые профилактические исследования линий без отключения их от питания, а также для выявления несанкционированных подключений к линиям.The proposed device allows to increase the accuracy of measuring the distance to the place of damage, to reduce the influence of the device on the quality of electricity in power lines, and also allows you to control communication lines and branched lines, that is, to expand the functionality. The proposed device also allows you to repeatedly increase the number of monitored lines through the use of an electric noise signal generator as a probe signal generator, which led to a significant simplification of the trace calculation process, reducing it to calculating the correlation function implemented in the computing device. Possibly, a simplified portable version of such a device, designed for one line, and allowing to carry out scheduled preventive studies of the lines without disconnecting them from the power, as well as to identify unauthorized connections to the lines, will be of practical interest.

Claims (4)

1. Устройство для непрерывного контроля и определения места повреждения линий электропередачи и связи, содержащее коммутатор, генератор зондирующего сигнала, направленный ответвитель, основной полосовой фильтр, блок передачи информации, блок управления и приемник, имеющий два входа, причем выход генератора зондирующего сигнала, имеющего в своем составе усилитель мощности, соединен с первым входом направленного ответвителя, а второй вход приемника соединен со вторым входом направленного ответвителя, отличающееся тем, что в качестве генератора зондирующего сигнала использован генератор электрического шумового сигнала, а приемник содержит в своем составе вычислительное устройство.1. A device for continuous monitoring and determination of the location of damage to power lines and communications, comprising a switch, a probe signal generator, a directional coupler, a main bandpass filter, an information transmission unit, a control unit and a receiver having two inputs, the output of the probe signal having composed of a power amplifier connected to the first input of the directional coupler, and the second input of the receiver connected to the second input of the directional coupler, characterized in that as a gene The probe signal generator used is an electric noise signal generator, and the receiver contains a computing device. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен в виде генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с входом многоразрядного двоичного счетчика, выход которого соединен с блоком передачи информации.2. The device according to claim 1, characterized in that the control unit is made in the form of a clock pulse generator, the output of which is connected to the input of a multi-bit binary counter, the output of which is connected to the information transfer unit. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вычислительное устройство содержит в своем составе управляемую линию задержки, фильтр нижних частот, перемножитель сигналов, один из входов которого соединен с выходом усилителя напряжения, другой вход соединен с выходом управляемой линии задержки, а выход соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого соединен с блоком передачи информации.3. The device according to claim 1, characterized in that the computing device comprises a controlled delay line, a low-pass filter, a signal multiplier, one of the inputs of which is connected to the output of the voltage amplifier, the other input is connected to the output of the controlled delay line, and the output connected to the input of the low-pass filter, the output of which is connected to the information transmission unit. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком переключения методов контроля и формирующим полосовым фильтром, вход которого подключен к выходу генератора электрического шумового сигнала, а выход - к входу блока переключения методов контроля, причем первый выход блока переключения методов контроля соединен с первым входом приемника, а второй выход блока переключения методов контроля соединен с входом усилителя мощности из состава генератора зондирующего сигнала.

4. The device according to claim 1, characterized in that the device is additionally equipped with a control method switching unit and a forming band-pass filter, the input of which is connected to the output of the electric noise signal generator, and the output - to the input of the control methods switching unit, the first output of the method switching unit the control is connected to the first input of the receiver, and the second output of the switching unit of the control methods is connected to the input of the power amplifier from the probe signal generator.