RU2574063C2 - Technical state on-line monitoring device for high-voltage transmission lines - Google Patents

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: application: in electrical engineering. Technical state on-line monitoring device for high-voltage power transmission lines (PTL) comprises at each phase of the power transmission line between two poles at least one acceleration sensor with assigned address defining its coordinates and location of overhead span, temperature sensor and moisture sensor related to inputs of the microprocessor, wherein on the basis of signals from the above sensors data is generated with specification of overhead span address on commencement of snow sticking or ice forming at PTL wires, amplitudes of wires swinging or wire breaking. At that output of the microprocessor is coupled to transceiver intended for communication with the dispatchers' console and power is supplied to electronic circuits by the power supply unit made as magnet core mounted at high-voltage PTL wire and used as primary winding of the transformer complete with secondary winding of the transformer that supplies power to electronic circuits of the device.

EFFECT: improved accuracy and reliability of the device, increased data content and operational efficiency of decision-making process.

6 dwg

Description

Изобретение относится к техническому обслуживанию высоковольтных линий электропередач (ЛЭП) и может быть использовано для определения пролетов ЛЭП с местом обрыва или замыкания проводов ЛЭП на землю, а так же определения пролетов ЛЭП с обледенением и налипанием на них снега.The invention relates to the maintenance of high-voltage power lines (power lines) and can be used to determine overhead spans with a break or shorting power lines to the ground, as well as determining overhead spans with icing and snow sticking to them.

Известно устройство для контроля электроэнергетических систем (RU 2143165, МПК H02J 13/00, G01R 15/06, 1999), которое содержит подключенный к высоковольтной сети высоковольтный измерительный модуль, включающий в себя магнитно-связанный с высоковольтной сетью пассивный преобразователь сетевого тока с резисторной нагрузкой и/или электрически связанный с высоковольтной сетью пассивный преобразователь сетевого напряжения. Высоковольтный измерительный модуль дополнительно содержит блок вторичного электропитания с периодически заменяемым аккумулятором, включающий выпрямительный мост, стабилитрон и диод, к которому подключены магнитно-связанный с высоковольтной сетью низковольтный питающий трансформатор тока и/или электрически связанный с высоковольтной сетью и включенный в цепь пассивного преобразователя сетевого напряжения низковольтный питающий трансформатор напряжения, активный преобразователь сигналов измерительной информации на основе микропроцессора, соединенный с пассивным преобразователем сетевого тока и/или пассивным преобразователем сетевого напряжения и блоком вторичного электропитания и имеющий радиочастотный и/или оптический выходы для преобразованных сигналов измерительной информации.A device for monitoring electric power systems is known (RU 2143165, IPC H02J 13/00, G01R 15/06, 1999), which comprises a high voltage measuring module connected to a high voltage network, including a passive mains transformer magnetically coupled to the high voltage network with a resistor load and / or a passive line voltage converter electrically connected to the high voltage network. The high-voltage measuring module further comprises a secondary power supply unit with a periodically replaced battery, including a rectifier bridge, a zener diode, and a diode connected to a low-voltage supply current transformer magnetically coupled to the high-voltage network and / or electrically connected to the high-voltage network and connected to the passive network voltage converter circuit low voltage supply voltage transformer, active mic-based measuring signal converter an processor connected to a passive network current converter and / or a passive network voltage converter and a secondary power supply unit and having radio frequency and / or optical outputs for the converted measurement information signals.

Недостатками устройства являются использование низковольтного питающего трансформатора напряжения с заземленным выводом, что увеличивает стоимость устройства и понижает надежность его функционирования, необходимость создания и эксплуатации системы высокочастотной связи для передачи на пункт сбора измерительной информации, а также использование периодически заменяемых аккумуляторов в блоке питания.The disadvantages of the device are the use of a low-voltage supply voltage transformer with a grounded output, which increases the cost of the device and reduces the reliability of its operation, the need to create and operate a high-frequency communication system for transmission to the collection point of measurement information, as well as the use of periodically replaced batteries in the power supply.

Задачей изобретения является создание простого и надежного устройства, обеспечивающего оперативное и достаточно точное определение места обрыва высоковольтных линий электропередач, их состояния и характеристик.The objective of the invention is to provide a simple and reliable device that provides prompt and fairly accurate determination of the location of the breakage of high-voltage power lines, their status and characteristics.

Технический результат - повышение точности и надежности устройства, повышение его информативности.The technical result is an increase in the accuracy and reliability of the device, an increase in its information content.

Технический результат достигается за счет того, что устройство мониторинга технического состояния высоковольтной линии электропередачи содержит по меньшей мере один акселерометр, установленный на каждой фазе линии электропередачи между двумя опорами, снабженный блоком питания и связанный с микропроцессором, соединенным с приемопередатчиком, предназначенным для связи с диспетчерским пультом.The technical result is achieved due to the fact that the device for monitoring the technical condition of the high-voltage power line contains at least one accelerometer mounted on each phase of the power line between the two supports, equipped with a power supply and connected to a microprocessor connected to a transceiver designed to communicate with the control panel .

Частным существенным признаком является то, что устройство снабжено датчиком температуры и датчиком влажности, каждый из которых связан с соответствующим дополнительным входом микропроцессора, формирующего информацию о начале образованиия льда на проводах.A particular significant feature is that the device is equipped with a temperature sensor and a humidity sensor, each of which is connected to the corresponding additional input of the microprocessor, which generates information about the beginning of ice formation on the wires.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:

на фиг.1 - общий вид размещения акселерометров и датчиков температуры и влажности,figure 1 is a General view of the placement of accelerometers and temperature and humidity sensors,

на фиг.2 - общий вид размещения акселерометров (А) и случай обрыва провода,figure 2 is a General view of the placement of the accelerometers (A) and the case of wire breakage,

на фиг.3 - блок-схема устройства,figure 3 is a block diagram of a device,

на фиг.4 - примеры выполнения акселерометра с емкостным датчиком ускорения,figure 4 - examples of the accelerometer with a capacitive acceleration sensor,

на фиг.5 - примеры выполнения акселерометра с пьезоэлектрическим датчиком ускорения,figure 5 - examples of the accelerometer with a piezoelectric acceleration sensor,

на фиг.6 - пример выполнения блока питания для электронной схемы устройства.figure 6 is an example of a power supply for the electronic circuit of the device.

Предлагаемое устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных линий электропередач предназначено для мониторинга состояния высоковольтных линий от 1000 В до 750 кВ.The proposed device for operational monitoring of the technical condition of high-voltage power lines is designed to monitor the state of high-voltage lines from 1000 V to 750 kV.

Для оперативного определения места обрыва высоковольтных линий электропередач в каждом пролете ЛЭП между опорами 4 (Фиг.1 и 2) на проводах фаз А, В и С закрепляются датчики положения провода - акселерометры 3 (Фиг.2). Каждому акселерометру присваивается свой адрес, определяющий место положения пролета 1 (Фиг.1) ЛЭП и его координаты в условных единицах или в формате системы GPS или Глонасс.To quickly determine the location of the breakage of high-voltage power lines in each span of power lines between supports 4 (Figs. 1 and 2), phase position sensors - accelerometers 3 (Fig. 2) are fixed on the wires of phases A, B and C. Each accelerometer is assigned its own address, which determines the position of the span 1 (Figure 1) of the power transmission line and its coordinates in arbitrary units or in the format of a GPS or Glonass system.

Принцип работы электронной схемы устройства (Фиг.3) заключается в следующем.The principle of operation of the electronic circuit of the device (Figure 3) is as follows.

Выходные сигналы от датчика ускорения (акселерометра, например, MMA3202D) 8 (Фиг.3) поступают на соответствующие входы управляющего процессора 5 (Фиг.3), например микропроцессора Atmega 2560-16AU, где информация обрабатывается и поступает в приемопередатчик 6 (Фиг.3) и далее по радиоканалу последовательно от блока к блоку передается на пульт диспетчера 2 (Фиг.1).The output signals from the acceleration sensor (accelerometer, for example, MMA3202D) 8 (Fig. 3) are supplied to the corresponding inputs of the control processor 5 (Fig. 3), for example, an Atmega 2560-16AU microprocessor, where the information is processed and fed to the transceiver 6 (Fig. 3) ) and then on the radio channel sequentially from block to block is transmitted to the controller 2 (Figure 1).

Для замера температуры и определения начала налипания снега или образования льда на проводах при температурах близких к 0°С служат термодатчик 11 (Фиг.3) (например, HEL776-A-T-1) 8, электронная схема замера температуры 10 (Фиг.3) и датчик влажности 9 (Фиг.3) (например, датчик дождя TSW01). Информация о начале образования льда на проводах также обрабатывается управляющим микропроцессором 5 (Фиг.3) и далее передается на пульт диспетчера 2 (Фиг.1)To measure the temperature and determine the beginning of snow sticking or ice formation on the wires at temperatures close to 0 ° C, use the temperature sensor 11 (Figure 3) (for example, HEL776-AT-1) 8, the electronic temperature measurement circuit 10 (Figure 3) and humidity sensor 9 (Figure 3) (for example, TSW01 rain sensor). Information about the onset of ice formation on the wires is also processed by the control microprocessor 5 (Figure 3) and then transmitted to the controller 2 (Figure 1)

Выходные сигналы от датчика ускорения (акселерометра) 8 (Фиг.3), пропорциональные амплитуде раскачивания проводов, поступают на соответствующие входы микропроцессора 5 (Фиг.3). В микропроцессоре сигналы сравниваются с заложенными заранее в программу величинами в соответствии с установленным алгоритмом. Например, если механическое воздействие на провод вызывает по оси X колебание проводов до какой-то величины N см, то микропроцессор выдает на пульт управления диспетчера команду о нормальных амплитудах. Если эти амплитуды больше заданного значения N+n см, то выдается команда о завышенных амплитудах с указанием адреса пролета ЛЭП и т.д. Если происходит обрыв проводов ((Фиг.2) или их провисание по оси Y, то по такому же принципу микропроцессор 5 (Фиг.3) передает на пульт диспетчера информацию о происшедшем событии. Например, если температура окружающей среды находится в пределах 0°C и датчик влажности 9 (Фиг.3) фиксирует наличие осадков (дождь, снег, туман), и при этом имеет место провисание проводов, то это говорит о возможном налипании снега на проводах или их обледенении, что и передается на пульт диспетчера 2 (Фиг.1).The output signals from the acceleration sensor (accelerometer) 8 (Figure 3), proportional to the amplitude of the swaying of the wires, are fed to the corresponding inputs of the microprocessor 5 (Figure 3). In the microprocessor, the signals are compared with the values stored in advance in the program in accordance with the established algorithm. For example, if a mechanical action on a wire causes the wire to oscillate along the X axis to some N cm, then the microprocessor issues a command about normal amplitudes to the dispatcher's control panel. If these amplitudes are greater than the specified value N + n cm, then a command is issued about the overestimated amplitudes with the indication of the span of the power transmission line, etc. If the wires break ((Fig. 2) or sag along the Y axis, then the microprocessor 5 (Fig. 3) transfers information about the event to the dispatcher’s console, for example, if the ambient temperature is within 0 ° C and humidity sensor 9 (Fig. 3) detects the presence of precipitation (rain, snow, fog), and at the same time there is a sagging of wires, this indicates a possible sticking of snow on the wires or icing, which is transmitted to the controller 2 (Fig. .one).

При обрыве провода (Фиг.2) фиксируется резкое изменение угла наклона провода и также передается информация на пульт диспетчера 2 (Фиг.1), независимо от температуры окружающей среды и наличия осадков.When the wire breaks (Figure 2), a sharp change in the angle of inclination of the wire is recorded and information is also transmitted to the controller 2 (Figure 1), regardless of the ambient temperature and the presence of precipitation.

Питание электронных схем осуществляется от блока питания 7 (Фиг.3).Power electronic circuits is carried out from the power supply 7 (Figure 3).

Датчики ускорений 8 (Фиг.3) преобразуют приложенное к датчику статическое или динамическое ускорение в какой-ибо электрический сигнал или электрический параметр (С, Uвых). Примером таких датчиков могут служить емкостные и пьезоэлектрические датчики ускорений (Фиг.4 и Фиг.5). При воздействии ускорения на емкостной датчик (Фиг.4) происходит смещение чувствительного элемента за счет инерции массы (m) 13 (Фиг.4), что приводит к соответствующему изменению емкости конденсаторов C1 и C2 12 (Фиг.4) емкостного датчика ускорения, а также за счет смещения массы (m) 15 (Фиг.5) происходит изгиб пьезоэлемента 14 и изменение выходного напряжения Uвых пьезоэлектрического датчика.Acceleration sensors 8 (FIG. 3) convert the static or dynamic acceleration applied to the sensor into some kind of electrical signal or electrical parameter (C, Uout). An example of such sensors are capacitive and piezoelectric acceleration sensors (Figure 4 and Figure 5). When the acceleration acts on the capacitive sensor (Figure 4), the sensor is displaced due to mass inertia (m) 13 (Figure 4), which leads to a corresponding change in the capacitance of capacitors C1 and C2 12 (Figure 4) of the capacitive acceleration sensor, and also due to the displacement of the mass (m) 15 (Fig. 5), the piezoelectric element 14 bends and the output voltage Uout of the piezoelectric sensor changes.

Далее выходные сигналы датчиков преобразуются микропроцессорными устройствами и могут применяться для определения наклона, движения, вибрации, удара и других параметров, необходимых для контроля состояния тех или иных объектов, в том числе и проводов ЛЭП.Further, the output signals of the sensors are converted by microprocessor devices and can be used to determine the slope, movement, vibration, shock and other parameters necessary to monitor the status of certain objects, including power transmission lines.

При обрыве одного или даже двух проводов и прекращении работы устройств положения передача информации на пульт диспетчера 2 (Фиг.1) от других акселерометров продолжает поступать через приемопередатчики, работающие на оставшихся фазах.When one or even two wires breaks and the position devices stop working, the transmission of information to the controller 2 (Fig. 1) from other accelerometers continues to come through transceivers operating on the remaining phases.

Питание электронной схемы устройства осуществляется блоком питания (Фиг.6), который работает при протекании тока по проводам ЛЭП. Пример выполнения блока питания представлен на Фиг.6. На высоковольтный провод ЛЭП 16 (Фиг.6) устанавливается магнитопровод 17 (Фиг.6) с катушкой трансформатора 18 (Фиг.6), первичной обмоткой которого является высоковольтный провод 16 (Фиг.6), а вторичной катушка трансформатора 14 (Фиг.6). При протекании тока по высоковольтному проводу на вторичной обмотке трансформатора наводится ЭДС, достаточная для питания электронных схем. При больших значениях тока, протекающего по высоковольтному проводу 16 (Фиг.6), магнитопровод 17 (Фиг.6) трансформатора насыщается, а напряжение на вторичной обмотке увеличивается незначительно.The power supply of the electronic circuit of the device is carried out by a power supply unit (Fig.6), which operates when current flows through the wires of the power transmission line. An example of the implementation of the power supply is presented in Fig.6. A magnetic core 17 (FIG. 6) is installed on the high-voltage wire of the power transmission line 16 (FIG. 6) with the coil of the transformer 18 (FIG. 6), the primary winding of which is the high-voltage wire 16 (FIG. 6), and the secondary coil of the transformer 14 (FIG. 6) ) When current flows through a high-voltage wire, an EMF is induced on the secondary side of the transformer, sufficient to power electronic circuits. At high values of the current flowing through the high-voltage wire 16 (Fig.6), the magnetic core 17 (Fig.6) of the transformer is saturated, and the voltage on the secondary winding increases slightly.

В случае обрыва линий электропередач блок питания 7 (Фиг.3) способен обеспечить передачу информации в течение некоторого времени, используя накопленный конденсаторами большой емкости заряд энергии, при этом батареек или аккумуляторов для питания устройства в процессе эксплуатации не требуется (применение батареек возможно только в процессе наладки).In the event of a break in the power lines, the power supply unit 7 (Figure 3) is capable of transmitting information for some time using an energy charge accumulated by large capacitors, while batteries or accumulators are not required to power the device during operation (batteries can only be used in the process setup).

Таким образом, предлагаемое устройство мониторинга технического состояния высоковольтной линии электропередачи может контролировать и передавать информацию на пульт диспетчера по следующим параметрам и возможным событиям:Thus, the proposed device for monitoring the technical condition of a high-voltage power line can control and transmit information to the dispatcher's console according to the following parameters and possible events:

оперативное определение места обрыва высоковольтных линий электропередач в каждом пролете и на каждой фазе проводов А, В и С;operative determination of the breakage point of high-voltage power lines in each span and on each phase of wires A, B and C;

- определение величины раскачивания проводов при воздействии на них ветра;- determination of the swinging of the wires when exposed to wind;

- определение пролетов ЛЭП с обледенением и налипанием на них снега;- determination of overhead power transmission lines with icing and snow sticking to them;

- определение места механического воздействия на провода, вызванного падением на них деревьев и других предметов;- determination of the place of mechanical impact on the wires caused by the fall of trees and other objects on them;

- контроль температуры проводов ЛЭП, вызванной изменением токовых нагрузок в системе, а также разогрева проводов, вызванного токами при борьбе с обледенением и налипанием на них снега:- temperature control of power line wires caused by changes in current loads in the system, as well as heating of wires caused by currents in the fight against icing and snow sticking to them:

- оределение места короткого замыкания (КЗ) проводов и его характеристика (КЗ фазы на землю, междуфазное КЗ и.т.д.);- determination of the location of the short circuit (short circuit) of the wires and its characteristic (short circuit phase to ground, phase to phase short circuit, etc.);

- определение других величин механических воздействий на провода ЛЭП, вызванных природными явлениями.- determination of other values of mechanical stresses on power transmission lines caused by natural phenomena.

Claims (1)

Устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных линий электропередач (ЛЭП), содержащее установленные на каждой фазе линии электропередачи между двумя опорами по меньшей мере один датчик ускорений, которому присваивается свой адрес, определяющий его координаты и место положения пролета ЛЭП, датчик температуры и датчик влажности, связанные со входами микропроцессора, в котором на основе сигналов от упомянутых датчиков формируется информация с указанием адреса пролета ЛЭП о начале налипания снега или образования льда на проводах ЛЭП, об амплитудах раскачивания проводов или обрыве провода, при этом выход микропроцессора соединен с приемопередатчиком, предназначенным для связи с диспетчерским пультом, а питание электронных схем устройства осуществляется блоком питания, выполненным в виде магнитопровода, установленного на высоковольтном проводе ЛЭП, служащем первичной обмоткой трансформатора, который снабжен вторичной обмоткой трансформатора, подающей питание на электронные схемы устройства. A device for operational monitoring of the technical condition of high-voltage power lines (power lines), containing at least one acceleration sensor installed on each phase of the power line between two supports, to which an address is assigned that determines its coordinates and the position of the power line span, a temperature sensor and a humidity sensor with microprocessor inputs, in which, based on the signals from the above-mentioned sensors, information is generated indicating the address of the overhead transmission line about the beginning of snow sticking or ice on the wires of the power lines, about the amplitudes of the swaying wires or wire breaks, while the microprocessor output is connected to a transceiver designed to communicate with the dispatcher console, and the electronic circuits of the device are powered by a power supply unit made in the form of a magnetic circuit mounted on a high-voltage wire of the power line, which serves the primary winding of the transformer, which is equipped with a secondary winding of the transformer, which supplies power to the electronic circuits of the device.

Images