RU2511640C2

RU2511640C2 - Method of determining point of damage on electric power lines with tree structure

Info

Publication number: RU2511640C2
Application number: RU2012131321/28A
Authority: RU
Inventors: Ринат Ильдарович Шагиев; Аркадий Васильевич Карпов; Сергей Александрович Калабанов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "КАРЗА"
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-04-10
Also published as: RU2012131321A

Abstract

FIELD: physics, radio.

SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and is intended for remote determination of the point of damage on high-voltage power lines with a branched tree structure. The method involves determining the distance to the point of damage using a pulse probing method and eliminating the uncertainty of results of probing branched networks by determining a route with a high bit error rate between PLC modems. A central device which combines reflectometer and PLC modem functions is installed at the beginning of the line. Remote devices performing the function of PLC modems are installed at the ends of the power line. There is no need to install special connection equipment since the information signal passes, as a rule, through an existing power transformer. By probing the electric power line, the central device determines the distance to the point of damage. Through PLC data communication, the remote devices determine the bit error rate in packets. Uncertainty in determining a damaged section of an electric power line is eliminated based on a high value of this parameter.

EFFECT: determining the point of damage of an electric power line with any complex tree structure with reliable elimination of uncertainty of determining the damaged section of a line.

1 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для дистанционного определения места повреждения (ОМП) высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) с разветвленной древовидной структурой.The invention relates to radio engineering and is intended for remote location of damage (OMP) of high voltage power lines (power lines) with a branched tree structure.

Известен способ определения места повреждения разветвленных линий электропередачи, включающий запись времени прихода переднего фронта скачка фазного напряжения в случае однофазного замыкания на землю и фиксацию аварийного тока в разных точках ЛЭП в случае междуфазного короткого замыкания и последующую обработку полученных данных (заявка №RU 2008109491 А от 12.03.2008 «Способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной линии электропередач, способ определения места междуфазного короткого замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач и устройство контроля тока и напряжения для их осуществления»). Недостатком известного способа является требование установки различных устройств в зависимости от определяемого вида повреждения, а также сложность синхронизации регистрирующих устройств.There is a method of determining the location of damage to branched power lines, including recording the time of arrival of the leading edge of the phase voltage jump in the case of a single-phase earth fault and fixing the emergency current at different points of the power transmission line in the event of an interphase short circuit and subsequent processing of the received data (application No. RU 2008109491 A from 12.03 .2008 “A method for determining the location of a single-phase earth fault in a branched overhead power line, a method for determining the location of an interphase short circuit in a branched overhead power line and a device for monitoring current and voltage for their implementation "). The disadvantage of this method is the requirement to install various devices depending on the type of damage being determined, as well as the difficulty of synchronizing recording devices.

Известен способ определения места повреждения линий электропередачи (заявка №RU 2006123891 от 10.01.2008 «Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления»), включающий посылку в линию зондирующих импульсов напряжения от генератора при согласовании выходного сопротивления последнего с волновым сопротивлением линии, прием отраженных импульсов, определение места повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, излучение и прием дополнительных зондирующих импульсов напряжения, а также их спектральный анализ. Недостатком указанного способа является невозможность определения повреждения в разветвленной древовидной линии электропередачи.There is a method of determining the location of damage to power lines (application No. RU 2006123891 dated 01/10/2008 “A method of determining the location of damage to power lines and communication and a device for its implementation”), which includes sending voltage probes from a generator to the line when matching the output impedance of the latter with wave impedance lines, receiving reflected pulses, determining the location of damage by the time delay of the reflected pulse relative to the probing, radiation and receiving additional probing and voltage pulses, as well as their spectral analysis. The disadvantage of this method is the inability to determine damage in a branched tree-like power line.

Известен способ определения места повреждения линий электропередачи (Заявка: №RU 2008150234 от 18.12.2008 «Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления»), заключающийся в посылке в линию зондирующих импульсов напряжения с время-частотной модуляцией от генератора, приеме отраженных импульсов. При этом фиксируют массив демодулированных отраженных сигналов, полученных с неповрежденной линии, в виде электронного образа линии. Проводят автокорреляционную обработку, спектральный анализ и определяют частоты, соответствующие импульсам, отраженным от естественных неоднородностей. Записывают значения частот и соответствующих им расстояний до естественных неоднородностей в виде реперных точек. Для обнаружения повреждения отраженные демодулированные импульсы от естественных неоднородностей и неоднородности, возникшей при повреждении линии, вычитают из зафиксированных в электронном образе линии. Вывод о повреждении линии делают при наличии разностных сигналов.There is a method of determining the location of damage to power lines (Application: No. RU 2008150234 dated 12/18/2008 "A method for determining the location of damage to power lines and communication and a device for its implementation"), which consists in sending to the line sounding voltage pulses with time-frequency modulation from the generator, receiving reflected pulses. At the same time, an array of demodulated reflected signals received from the undamaged line is recorded in the form of an electronic image of the line. Carry out autocorrelation processing, spectral analysis and determine the frequencies corresponding to the pulses reflected from natural inhomogeneities. The values of the frequencies and the corresponding distances to the natural inhomogeneities are recorded in the form of reference points. To detect damage, the reflected demodulated pulses from natural inhomogeneities and heterogeneity arising from damage to the line are subtracted from the lines recorded in the electronic image. The conclusion about the damage to the line is made in the presence of differential signals.

Недостатками известного способа являются необходимость создания индивидуальной карты естественных неоднородностей для каждой исследуемой линии электропередачи. При этом точность ОМП зависит от точности данной карты.The disadvantages of this method are the need to create an individual map of natural heterogeneities for each investigated transmission line. Moreover, the accuracy of the WMD depends on the accuracy of this card.

Известен способ ОМП (А.с. № RU 2319972 С1 от 20.03.2008 «Способ определения наличия дефектов проводов и кабелей в сегментах сетей с разветвленной топологией»), заключающийся в том, что ведущее оконечное оборудование осуществляет одновременно локационное зондирование и измерение фазы несущей, принятой от ведомого оконечного оборудования, данные заносят в память микроЭВМ, измеренное значение фазы и форму рефлектограммы сравнивают с предыдущими значениями и в случае изменения значения фазы или формы рефлектограммы определяют наличие или отсутствие повреждения в зондируемом сегменте.The known method of OMP (A.S. No. RU 2319972 C1 dated 03/20/2008 "Method for determining the presence of defects in wires and cables in network segments with a branched topology"), which consists in the fact that the leading terminal equipment simultaneously performs location sensing and measurement of the carrier phase, received from the slave terminal equipment, the data are recorded in the memory of the microcomputer, the measured phase value and the shape of the trace are compared with the previous values, and in the event of a change in the phase value or shape of the trace, the presence or absence of e damage in the probed segment.

Недостатком известного способа являются: требование точной синхронизации ведомых устройств с ведущим устройством при измерении фазы несущей; необходимость их постоянного совмещения хранителей времени; сложность измерения фазы сигнала с необходимой точностью из-за высокого уровня помех в сетях электропередачи.The disadvantage of this method are: the requirement for accurate synchronization of the slave devices with the master device when measuring the phase of the carrier; the need for their constant combination of time keepers; the difficulty of measuring the phase of the signal with the necessary accuracy due to the high level of interference in power transmission networks.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ определения местоположения повреждений в сетях с разветвленной топологией (заявка №2008151219/28 от 23.12.2008), включающий сканирование сети по участкам с помощью ведомых устройств и последовательное локационное зондирование поврежденных сегментов, полученных на основе данных сканирования. Основными недостатками данного способа является необходимость установки ведомых устройств вдоль всей линии электропередачи, что в конечном итоге удорожает систему диагностики, а также невозможность определения слабых, неустойчивых повреждений. Также существенным недостатком прототипа является требование установки специальных устройств присоединения для подключения ведомых устройств к высоковольтной ЛЭП.The closest analogue of the invention is a method for determining the location of damage in networks with a branched topology (application No. 2008151219/28 dated 12/23/2008), including scanning the network in sections using slave devices and sequential location-based probing of damaged segments obtained on the basis of scan data. The main disadvantages of this method is the need to install slave devices along the entire transmission line, which ultimately increases the cost of the diagnostic system, as well as the inability to determine weak, unstable damage. Another significant disadvantage of the prototype is the requirement to install special connection devices for connecting slave devices to high-voltage power lines.

Цель данного изобретения - определение места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой за счет снятия неоднозначности поврежденного участка линии.The purpose of this invention is to determine the location of damage to power lines with a tree structure by disambiguating the damaged section of the line.

Поставленная цель достигается тем, что способ определения места повреждения линий электропередачи использует сочетание метода рефлектометрии для определения расстояния до повреждения и метода, основанного на PLC-связи между PLC-модемами для снятия неоднозначности поврежденного участка ЛЭП.This goal is achieved in that the method for determining the location of damage to power lines uses a combination of the reflectometry method to determine the distance to the damage and the method based on the PLC connection between PLC modems to disambiguate the damaged section of the power transmission line.

Отличительным признаком предлагаемого способа определения места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой является то, что в начале линии устанавливается центральное устройство С, которое сочетает в себе функции рефлектометра и PLC-модема, а на концах электролинии устанавливаются удаленные устройства R, выполняющие функции PLC-модемов, при этом не требуется установки специального оборудования присоединения - информационный сигнал проходит через уже, как правило, имеющийся силовой трансформатор. Центральное устройство С при помощью зондирования линии электропередачи определяет расстояние до места повреждения, а удаленные устройства R за счет информационной PLC-связи позволяют снять неоднозначность определения поврежденного участка ЛЭП.A distinctive feature of the proposed method for determining the location of damage to power lines with a tree structure is that a central device C is installed at the beginning of the line, which combines the functions of an OTDR and a PLC modem, and remote devices R that perform the functions of PLC modems are installed at the ends of the power line it does not require the installation of special accession equipment - the information signal passes through the existing, as a rule, existing power transformer. The central device C, by sensing the power line, determines the distance to the place of damage, and remote devices R, due to the information PLC communication, make it possible to remove the ambiguity of determining the damaged section of the power transmission line.

Центральное устройство С производит периодическое зондирование ЛЭП с помощью метода импульсной рефлектометрии. Данный метод заключается в посылке в линию импульса, пачки импульсов или специальной кодовой последовательности и регистрации сигнала отражения от неоднородностей на линии электропередачи. Производя обработку принятого сигнала, а также сравнения его с сигналом отражения, полученным в штатном режиме работы электролинии, центральное устройство С выносит решение о наличии или отсутствии повреждения на ЛЭП. В случае обнаружения повреждения центральное устройство С вычисляет расстояние до повреждения по разностному сигналу.The Central device C periodically probes the power lines using the method of pulse reflectometry. This method consists in sending a pulse, a burst of pulses or a special code sequence to the line and registering the reflection signal from inhomogeneities on the power line. By processing the received signal, as well as comparing it with the reflection signal obtained in the normal mode of operation of the power line, the central device C makes a decision on the presence or absence of damage to the power lines. In case of damage detection, the central device C calculates the distance to the damage from the differential signal.

С помощью PLC-модемов осуществляется определение поврежденного участка электролинии. Все PLC-модемы на линии вместе образуют единую информационную сеть, при этом у каждого PLC-модема есть свой уникальный адрес, позволяющий провести его идентификацию. Частотные свойства PLC-сигнала и частотные характеристики типовых силовых трансформаторов позволяют использовать последние в качестве оборудования присоединения к высоковольтной ЛЭП, при этом существенно облегчается установка конечных устройств и уменьшается итоговая стоимость системы определения места повреждения линии электропередачи.Using PLC modems, a damaged section of the power line is detected. All PLC modems on the line together form a single information network, and each PLC modem has its own unique address, which allows its identification. The frequency properties of the PLC signal and the frequency characteristics of typical power transformers allow the latter to be used as equipment for connecting to a high-voltage power line, while the installation of end devices is greatly facilitated and the total cost of the system for determining the location of damage to the power line is reduced.

Центральный PLC-модем последовательно обменивается пакетами со всеми удаленными PLC-модемами. При этом в информационное поле пакета записывается специальная битовая последовательность, позволяющая определить качество распространения сигнала от центрального устройства С до удаленного устройства R_i, а также коэффициент битовых ошибок. В штатном режиме работы электролинии с помощью PLC-модемов анализируется качество распространения PLC-сигнала, и в центральном устройстве С сохраняются полученные данные. Эти данные характеризуют качество распространения сигнала и соответствующий коэффициент битовых ошибок на трассе от центрального устройства С до конкретного удаленного устройства R_i.The central PLC modem sequentially exchanges packets with all remote PLC modems. At the same time, a special bit sequence is recorded in the information field of the packet, which makes it possible to determine the quality of signal propagation from the central device C to the remote device R _i , as well as the bit error rate. In the normal mode of operation of the power line using PLC modems, the propagation quality of the PLC signal is analyzed, and the received data is stored in the central device C. These data characterize the signal propagation quality and the corresponding bit error rate on the path from the central device C to a specific remote device R _i .

При обнаружении повреждения на ЛЭП центральным устройством С при помощи метода импульсной рефлектометрии PLC-модемы центрального и удаленных устройств осуществляют анализ качества сигнала и определение коэффициента битовых ошибок. На трассе, где произошло повреждение, коэффициент битовых ошибок возрастет по сравнению со штатным режимом работы электролинии (либо PLC-связь вообще прекратится). При этом повышая сложность и длину анализирующей битовой последовательности, повышается чувствительность определения поврежденной трассы.If damage is detected on the power lines by the central device C using the pulse reflectometry method, the PLC modems of the central and remote devices analyze the signal quality and determine the bit error rate. On the path where the damage occurred, the bit error rate will increase compared to the normal mode of operation of the power line (or the PLC connection will cease altogether). At the same time, increasing the complexity and length of the analyzing bit sequence, the sensitivity of determining a damaged trace increases.

Таким образом, центральное устройство С будет иметь данные о расстоянии до места повреждения, а также о поврежденной трассе, т.е. о поврежденном участке электролинии. Следовательно, место повреждения будет полностью локализовано.Thus, the central device C will have data on the distance to the place of damage, as well as on the damaged path, i.e. about the damaged section of the power line. Consequently, the site of damage will be completely localized.

Практическая ценность предлагаемого способа связана и с тем, что предложенный способ позволяет обнаруживать и определять местоположение повреждения на линии электропередач со сколь угодно сложной древовидной структурой, надежно решая задачу снятия неоднозначности поврежденного участка линии, при этом не требуется установки специального оборудования присоединения для удаленных устройств R_i - связь осуществляется через силовой трансформатор.The practical value of the proposed method is also related to the fact that the proposed method makes it possible to detect and locate damage on power lines with an arbitrarily complex tree structure, reliably solving the problem of disambiguating the damaged section of the line, without the need for installing special attachment equipment for remote devices R _i - Communication is via a power transformer.

Пример практической реализации способа иллюстрируется на чертеже, где показана схема расположения центрального устройства С и удаленных устройств R_i. Центральное устройство находится в начале ЛЭП, а оконечные устройства R_i - на концах электролинии. В штатном режиме работы блок рефлектометра центрального устройства сохраняет эталонный сигнал отражения, а блоки PLC-модемов центрального и удаленных устройств производят анализ качества распространения PLC-сигнала, и в центральном устройстве сохраняются коэффициенты битовых ошибок для каждой трассы распространения сигнала (А-В, А-Д, А-Е, А-З, А-К, А-Л).An example of a practical implementation of the method is illustrated in the drawing, which shows the layout of the Central device C and the remote devices R _i . The central device is located at the beginning of the power transmission line, and the terminal devices R _i are at the ends of the power line. In the normal operating mode, the OTDR unit of the central device stores the reference reflection signal, and the PLC modem blocks of the central and remote devices analyze the quality of the PLC signal propagation, and the bit error coefficients for each signal propagation path are stored in the central device (A-B, A- D, AE, AZ, AK, AZ).

Допустим, произошло повреждение на участке линии Б-В, как показано на чертеже. Блок рефлектометра, производя периодическое зондирование ЛЭП, определяет расстояние до точки повреждения. Имея данные только лишь о расстоянии, невозможно однозначно локализовать повреждения, т.к. точка повреждения с таким удалением от начала линии может находиться на трассе А-В, А-Д, А-Е и А-З.Suppose damage occurred on a portion of line B-B, as shown in the drawing. The OTDR unit, periodically sensing the power transmission line, determines the distance to the point of damage. Having data only on the distance, it is impossible to uniquely localize the damage, because the damage point with such a distance from the beginning of the line can be located on the route A-B, A-D, A-E and AZ.

Неоднозначность снимается при помощи PLC-модемов. Модем центрального устройства С последовательно посылает пакеты каждому удаленному устройству R и определяет коэффициент битовых ошибок. На неповрежденных трассах А-Д, А-Е и А-З коэффициент останется прежним по сравнению со штатным режимом работы электролинии. Для трассы А-В будет наблюдаться резкое увеличение коэффициента битовых ошибок, либо связь между модемами прекратится вовсе. Таким образом, зная расстояние до повреждения и поврежденную трассу, место повреждения полностью локализуется.The ambiguity is removed using PLC modems. The modem of the central device C sequentially sends packets to each remote device R and determines the bit error rate. On intact A-D, A-E, and A-3 routes, the coefficient will remain the same as compared to the normal operation mode of the power line. For route AB, there will be a sharp increase in bit error rate, or communication between modems will cease altogether. Thus, knowing the distance to the damage and the damaged path, the place of damage is completely localized.

По сравнению с прототипом предложенный способ определения места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой не требует размещения устройств вдоль всей линии электропередачи, а достаточна установка устройств только в начале и на концах электролинии. За счет использования длинной анализирующей битовой последовательности предложенный способ позволяет определять трассы со слабыми и неустойчивыми повреждениями. Частотные свойства PLC-сигнала позволяют использовать обычные силовые трансформаторы в качестве оборудования присоединения.Compared with the prototype, the proposed method for determining the location of damage to power lines with a tree structure does not require the placement of devices along the entire power line, and it is sufficient to install devices only at the beginning and at the ends of the power line. Due to the use of a long analyzing bit sequence, the proposed method allows one to determine traces with weak and unstable damage. The frequency properties of the PLC signal allow the use of conventional power transformers as connection equipment.

Таким образом, предложенный способ, позволяет определить расстояние до места повреждения с помощью метода импульсного зондирования, а затем снять неоднозначность результатов зондирования разветвленных сетей путем определения трассы с возросшим коэффициентом битовых ошибок.Thus, the proposed method allows you to determine the distance to the place of damage using the method of pulse sounding, and then remove the ambiguity of the results of sounding of branched networks by determining the path with an increased bit error rate.

Claims

Способ определения места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой, включающий определение расстояния до места повреждения с помощью метода импульсного зондирования и снятие неоднозначности результатов зондирования разветвленных сетей путем определения коэффициента битовых ошибок в информационных пакетах PLC-модемов, отличающийся тем, что в начале линии устанавливается центральное устройство, сочетающее в себе функции импульсного рефлектометра и PLC-модема, а на концах электролинии устанавливаются удаленные устройства, осуществляющие функции PLC-модемов и подключающиеся к высоковольтной линии через силовой трансформатор, при этом поврежденную трассу определяют по возросшему коэффициенту битовых ошибок в информационных пакетах между PLC-модемами, тем самым снимают неоднозначность результатов зондирования электролинии. A method for determining the location of damage to power lines with a tree structure, including determining the distance to the location of damage using the method of pulse sounding and disambiguating the results of sounding of branched networks by determining the bit error rate in the information packets of PLC modems, characterized in that a central device is installed at the beginning of the line combining the functions of a pulse reflectometer and a PLC modem, and remote devices are installed at the ends of the power line The functions that perform the functions of PLC modems and are connected to the high-voltage line through a power transformer, while the damaged path is determined by the increased bit error rate in the information packets between the PLC modems, thereby removing the ambiguity of the results of sensing the power line.