RU2732037C1

RU2732037C1 - Method for monitoring of ice-and-wind loads of overhead transmission lines

Info

Publication number: RU2732037C1
Application number: RU2019125533A
Authority: RU
Inventors: Гаджибуба Ражидинович Гаджибабаев; Эльдар Гаджибубаевич Гаджибабаев
Original assignee: Гаджибуба Ражидинович Гаджибабаев
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2020-09-10

Abstract

FIELD: electricity; measurement.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electric measuring equipment. Summary: high-frequency signal is generated in high-voltage line with measurement of wire temperature. Method includes determining swinging range of wires at wind load by maximum change of mutual resistance determined by first ratio of voltage at end and current at the beginning of section. Second ratio of the current at the end and the voltage at the beginning of the section are determined, and the change in the frequency of the high-frequency signal, equality of the maximum relatively fast and slow changes of the first and second ratios, which characterize the value of the ice-wind load and the intensity of the corona of the overhead line, respectively.

EFFECT: technical result is determination of ice-wind loads of overhead lines above 6 kV and beginning of frost formation based on corona of overhead lines above 110 kV taking into account wire temperature.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для обнаружения гололедно-ветровых нагрузок и прогнозирования гололедообразования посредством выявления коронирования воздушных высоковольтных линий.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to detect ice-wind loads and predict ice formation by detecting corona formation of high-voltage overhead lines.

Прототипом предлагаемого изобретения является патент №2612742 - Способ мониторинга воздушных линий электропередач. Здесь, в выражении (11), при расчетах принято заполнение междуфазного пространства в

объема атмосферными осадками.The prototype of the proposed invention is patent No. 2612742 - Method for monitoring overhead power lines. Here, in expression (11), in the calculations, the filling of the interphase space in

volume of precipitation.

Однако, как показывают исследования (О.Г. Богаткин, Г.Г. Тараканов Основы метеорологии. - СПб, изд. РГГМУ 2006 - 232 с. - с. 85) «…Скорость падения капель дождя составляет 4-8 м/с, а самые крупные капли имеют скорость падения 10 м/с... Наиболее сильный дождь (дождь с наибольшей интенсивностью) выпадает из кучево-дождевых облаков. В этом случае интенсивность дождя может превышать 10 мм/ч...».However, as studies show (OG Bogatkin, GG Tarakanov Fundamentals of Meteorology. - St. Petersburg, published by RGGMU 2006 - 232 p. - p. 85) “... The speed of falling rain drops is 4-8 m / s, and the largest drops have a falling speed of 10 m / s ... The heaviest rain (rain with the highest intensity) falls from cumulonimbus clouds. In this case, the intensity of rain can exceed 10 mm / h ... ".

Для куба с сторонами 1 м, заполненного дождевыми осадками, при их выпадании верхний слой достигнет нижней поверхности за время 1 м/(4 м/с)=0,25 с. (скорость принята для наихудшего случая). Например, при интенсивности дождя 20 мм/ч=5,6*10^-6 м/с за 0,25 с можно получить уровень воды - 5,6*10^-6 м/с*0,25 с=1,4*10^-6 м с объемом воды в кубе 1,4*10^-6 м*1 м²=1,4*10^-6 м³. От объема в 1 м³, данное количество воды составит 1,4*10^-4%. Такое относительно малое заполнение практически не изменит электрическую емкость между фазным проводом и землей.For a cube with sides of 1 m, filled with rainfall, when it falls, the upper layer reaches the lower surface in a time of 1 m / (4 m / s) = 0.25 s. (the speed is assumed for the worst case). For example, with a rain intensity of 20 mm / h = 5.6 * 10 ^-6 m / s in 0.25 s, you can get the water level - 5.6 * 10 ^-6 m / s * 0.25 s = 1.4 * 10 ^-6 m with a volume of water in a cube of 1.4 * 10 ^-6 m * 1 m ² = 1.4 * 10 ^-6 m ³ . From a volume of 1 m ³ , this amount of water will be 1.4 * 10 ^-4 %. Such a relatively small filling will practically not change the capacitance between the phase conductor and ground.

Полученные данные показывают, что заполнение междуфазного пространства дождевыми осадками (даже при ливневом дожде, остальные виды осадков менее значительны) составляет небольшой процент, поэтому, рассмотренные в прототипе теоретические расчеты значительно расходятся с практическими данными, что является его недостатком.The data obtained show that the filling of the interphase space with rainfall (even with heavy rain, other types of precipitation are less significant) is a small percentage, therefore, the theoretical calculations considered in the prototype differ significantly from the practical data, which is its drawback.

Далее, ветровые нагрузки опираются на данных (настройки значений частоты), полученных по значениям (теоретическим) атмосферных осадков, что практически осуществить нереально.Further, wind loads are based on data (frequency settings) obtained from (theoretical) precipitation values, which is practically unrealistic.

Задача изобретения - определение гололедно-ветровых нагрузок и начала гололедообразования с учетом температуры проводов воздушных линий.The objective of the invention is to determine the ice-wind loads and the beginning of ice formation, taking into account the temperature of the wires of overhead lines.

Поставленная цель достигается тем, что генерируют в высоковольтную линию высокочастотный сигнал с определением размаха колебаний проводов при ветровой нагрузке по максимальному изменению взаимного сопротивления, определяемого первым отношением напряжения в конце и током в начале участка и измерении температуры провода и согласно изобретению определяют второе отношение тока в конце и напряжения в начале участка и изменением частоты высокочастотного сигнала добиваются равенства максимальных относительно быстрых и медленных изменений первого и второго отношений, характеризующее значение гололедно-ветровой нагрузки и интенсивности коронирования воздушной линии соответственно.This goal is achieved by generating a high-frequency signal into the high-voltage line with determining the range of oscillations of the wires under wind load by the maximum change in mutual resistance determined by the first ratio of voltage at the end and current at the beginning of the section and measuring the temperature of the wire and, according to the invention, determine the second current ratio at the end and voltages at the beginning of the section and by changing the frequency of the high-frequency signal achieve equality of the maximum relatively fast and slow changes of the first and second ratios, which characterizes the value of the ice-wind load and the intensity of corona of the overhead line, respectively.

Вариант устройства, реализующий предлагаемый способ, изображен на фиг. 1, где к одной фазе линии приложен высокочастотный синусоидальный сигнал через генератор Г1 конденсатор связи С2.A variant of the device that implements the proposed method is shown in Fig. 1, where a high-frequency sinusoidal signal is applied to one phase of the line through the generator G1, the coupling capacitor C2.

В начале и конце контролируемого участка линии установлены датчики напряжения, тока и температуры ДН3-ДН4; ДТ5-ДТ6, ДТЕМ7-ДТЕМ8 соответственно. Они измеряют высокочастотные напряжения, токи и температуру провода U ₁ - U ₂; I ₁ - I ₂, τ₁ - τ₂ соответственно и передают информацию о них к приемному устройству ПрУ9.At the beginning and at the end of the monitored section of the line, voltage, current and temperature sensors DN3-DN4 are installed; DT5-DT6, DTEM7-DTEM8, respectively. They measure high-frequency voltages, currents and wire temperature U ₁ - U ₂ ; I ₁ - I ₂ , τ ₁ - τ _2, respectively, and transmit information about them to the receiving device PrU9.

Известные уравнения для линий с распределенными параметрами при пренебрежении активными потерями в линии с использованием высокочастотного сигнала (см. также прототип).Known equations for distributed parameters lines with neglect of active losses in the line using a high-frequency signal (see also prototype).

где, U ₁, U ₂, I ₁, I ₂ ^_ комплексные напряжения и токи в начале и конце рассматриваемого участка соответственно; Z_c, β, х - комплексное характеристическое сопротивление, коэффициент фазы и длина линии соответственно.where, U ₁ , U ₂ , I ₁ , I ₂ ^_ complex voltages and currents at the beginning and end of the section under consideration, respectively; Z _c, β, x - complex characteristic impedance, phase factor and line length, respectively.

Z_c и β определяются известными соотношениямиZ _c and β are determined by the known relations

где, f - частота генератора Г1, L₀, C_o - погонные индуктивность и емкость линии соответственно.where, f is the frequency of the generator Г1, L ₀ , C _o - linear inductance and line capacitance, respectively.

Для погонных параметров можно записатьFor linear parameters, you can write

где, D_cp, r_пр, ε - среднее геометрическое расстояние между проводами; радиус провода; относительная диэлектрическая проницаемость среды соответственно.where, D _cp , r _pr , ε is the geometric mean distance between the wires; radius of the wire; the relative dielectric constant of the medium, respectively.

С учетом (2) и (3) система (1) представится в видеTaking into account (2) and (3), system (1) is represented in the form

где, к=0,208*10^-4; к₁=138,44; α=D_cp/r_пр.where, k = 0.208 * 10 ^-4 ; k ₁ = 138.44; α = D _cp / r _pr .

Можно получить значение аргумента кfx₁=(2n+1)π/2 (n-целое число),You can get the value of the argument to fx ₁ = (2n + 1) π / 2 (n is an integer),

откудаfrom where

Подставляя вышеприведенные значения, в частности при x₁=100 км, n=1000 получим -Substituting the above values, in particular for x ₁ = 100 km, n = 1000, we get -

f=(2n+1)π/(2*100*0,208*10^-4)=302,227 кГц.f = (2n + 1) π / (2 * 100 * 0.208 * 10 ^-4 ) = 302.227 kHz.

При значении частоты f=302,227 кГц, посылаемого в линию сигнала генератора из (4) имеемAt a frequency value f = 302.227 kHz, sent to the generator signal line from (4), we have

U ₁=jI ₂*к₁lgα*sin (кf x₁), U ₁ = jI ₂ * k ₁ logα * sin (kf x ₁ ),

I ₁=j(U ₂/(к₁lgα)sin(кf x₁) I ₁ = j ( U ₂ / (к ₁ logα) sin (кf x ₁ )

илиor

Полученные 2 уравнения (5) позволяют определить значение α=D_cp/r_пр, пропорциональное среднему геометрическому расстоянию между проводами 3-х фазной линии. Изменение D_cp через напряжения и токи датчиков, устанавливаемых по краям контролируемого участка характеризует ветровую нагрузку на линию.The resulting 2 equations (5) allow us to determine the value α = D _cp / r _pr , proportional to the average geometric distance between the wires of the 3-phase line. The change in D _cp through the voltages and currents of the sensors installed along the edges of the controlled area characterizes the wind load on the line.

Согласно (5) значение α можно получить по 2-м соотношениям и этим можно увеличить достоверность результатов измерений сравнением указанных значений.According to (5), the value of α can be obtained from 2 ratios, and this can increase the reliability of the measurement results by comparing the indicated values.

Для линий 6-10 кВFor lines 6-10 kV

По данным источников:According to sources:

Кабашов В.Ю. Исследование возможных сближений проводов сельских ВЛ 6-10 кВ при их маятниковых колебаниях под действием ветра // Научно-методический электронный журнал «Концепт». - 2016. - Т. 15. - С. 1331-1335.Kabashov V.Yu. Investigation of possible convergence of wires of rural overhead lines 6-10 kV with their pendulum oscillations under the influence of wind // Scientific and methodological electronic journal "Concept". - 2016 .-- T. 15 .-- S. 1331-1335.

Кабашов В.Ю. Повышение надежности сельских воздушных линий электропередачи 10 (6) кВ в условиях воздействия ветровых и гололедных нагрузок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва 2011. проведены нижеследующие расчеты.Kabashov V.Yu. Improving the reliability of rural overhead power transmission lines 10 (6) kV under the influence of wind and ice loads. Abstract of dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. Moscow 2011. The following calculations were carried out.

Расчеты при ветровых нагрузкахCalculations with wind loads

Для простоты расчетов, во всех нижеприведенных случаях, средний провод принят неподвижным.For simplicity of calculations, in all the cases below, the middle wire is taken to be motionless.

При горизонтальном расположении проводов при расстоянии между крайними и средним проводами 1,2 м и радиусе - r_пр=0,48 см по известному выражению можно получить

Соответственно lgα₀=lg(D_cp0/r_пр)=lg(151/0,48)=2,5.With a horizontal arrangement of wires with a distance between the extreme and middle wires of 1.2 m and a radius of r _pr = 0.48 cm, according to the well-known expression, you can get

Accordingly, lgα ₀ = lg (D _cp0 / r _pr ) = lg (151 / 0.48) = 2.5.

Возьмем известное среднее значение минимального расстояния между проводами 0,9 м (с отклонением от нормального положения в 0,3 м) при скорости ветра 12 м/с и получим

lgα₁=lg(D_cp1/r_пр)=lg(113/0,48)=2,37.We take the known average value of the minimum distance between the wires 0.9 m (with a deviation from the normal position of 0.3 m) at a wind speed of 12 m / s and get

logα ₁ = log (D _cp1 / r _pr ) = log (113 / 0.48) = 2.37.

При отдалении друг от друга среднего и крайних проводов на 1,5 м

lg(188/0,48)=2,59.When the middle and outer wires are separated from each other by 1.5 m

lg (188 / 0.48) = 2.59.

Относительное полное изменение отношений напряжения и тока будут: ((U₁/I₂=U₂/I₁)₁ - (U₁/I₂=U₂/I₁)₂/(U₁/I₂=U₂/I₁)₀=((lg(188/0,48)-lg(113/0,48))/lg(151/0,48))*100%=8,8%.The relative total change in the voltage and current ratios will be: ((U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₁ - (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₂ / (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₀ = ((log (188 / 0.48) -lg (113 / 0.48)) / log (151 / 0.48)) * 100% = 8.8%.

Аналогично, имеем среднее значение минимального расстояния между проводами 0,7 м (с отклонением от нормального положения в 0,5 м) при скорости ветра 16-18 м/с и получим

lgα₁=lg(D_cp1/r_пр)=lg(88/0,48)=2,26.Similarly, we have the average value of the minimum distance between the wires 0.7 m (with a deviation from the normal position of 0.5 m) at a wind speed of 16-18 m / s and we get

logα ₁ = log (D _cp1 / r _pr ) = log (88 / 0.48) = 2.26.

При отдалении друг от друга на 1,7 м,

lg(214/0,48)=2,65.At a distance of 1.7 m from each other,

lg (214 / 0.48) = 2.65.

Относительное полное изменение отношений напряжения и тока будут: ((U₁/I₂=U₂/I₁)₁-(U₁/I₂=U₂/I₁)₂)/(U₁/I₂=U₂/I₁)₀=((2,65-2,26)/2,5)*100%=15,6%.The relative total change in the voltage and current ratios will be: ((U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₁ - (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₂ ) / (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₀ = ((2.65-2.26) / 2.5) * 100% = 15.6%.

Расчеты при гололедно-ветровых нагрузкахCalculations for ice and wind loads

При гололеде и скорости ветра 12 м/с сближение увеличивается в среднем на 28% и тогда (аналогично, как и выше) получим 0.9-(0,9/100)*28≈0,65 м и

lgα₁=lg(D_cp1/r_пр)=lg(82/0,48)=2,23.With ice and a wind speed of 12 m / s, the approach increases on average by 28% and then (in the same way as above) we get 0.9- (0.9 / 100) * 28≈0.65 m and

logα ₁ = log (D _cp1 / r _pr ) = log (82 / 0.48) = 2.23.

При отдалении друг от друга на 1,75 м,

lg(220/0,48)=2,66.At a distance of 1.75 m from each other,

lg (220 / 0.48) = 2.66.

Относительное полное изменение отношений напряжения и тока будут: ((U₁/I₂=U₂/I₁)₁-(U₁/I₂=U₂/I₁)₂)/(U₁/I₂=U₂/I₁)₀=((2,66-2,23)/2,5)*100%=17,2%.The relative total change in the voltage and current ratios will be: ((U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₁ - (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₂ ) / (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₀ = ((2.66-2.23) / 2.5) * 100% = 17.2%.

Аналогично, при скорости ветра 16-18 м/с (сближение проводов сохраняем прежним), получим 0.7-(0,7/100)*28≈0,5 м и

lgα₁=lg(D_cp1/r_пр)=lg(63/0,48)=2,12.Similarly, at a wind speed of 16-18 m / s (we keep the approach of the wires the same), we get 0.7- (0.7 / 100) * 28≈0.5 m and

logα ₁ = log (D _cp1 / r _pr ) = log (63 / 0.48) = 2.12.

При отдалении друг от друга на 1,9 м,

lg(239/0,48)=2,7.At a distance of 1.9 m from each other,

lg (239 / 0.48) = 2.7.

Относительное полное изменение отношений напряжения и тока будут: ((U₁/I₂=U₂/I₁)₁-(U₁/I₂=U₂/I₁)₂)/(U₁/I₂=U₂/I₁)₀=((2,7-2,12)/2,5)*100%=23,2%.The relative total change in the voltage and current ratios will be: ((U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₁ - (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₂ ) / (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₀ = ((2.7-2.12) / 2.5) * 100% = 23.2%.

Частота маятниковых колебаний проводов, составляющая доли одного Гц, снижающаяся с повышением массы гололедной нагрузки можно прослеживать по изменениям во времени отношений напряжений и токов датчиков контролируемого участка.The frequency of the pendulum vibrations of the wires, which is a fraction of one Hz, which decreases with an increase in the mass of the ice load, can be traced by the changes in time of the ratio of the voltages and currents of the sensors of the controlled area.

Линии 110 кВ и вышеLines 110 kV and above

Филиал ОАО «ИНЖЕНЕРНЫЙ ЦЕНТР ЕЭС» «ФИРМА ОРГРЭС» Методы борьбы в России с вибрацией, гололедом и пляской проводов и грозозащитных тросов на воздушных линиях. - презентация.Branch of JSC "ENGINEERING CENTER UES" "FIRMA ORGRES" Methods of struggle in Russia with vibration, ice and dance of wires and lightning protection cables on overhead lines. - presentation.

Согласно имеющимся размерам, например для напряжения 110 кВ, при горизонтальном расположении проводов при минимальном расстоянии между проводами 3,5 м и минимальном диаметре 11,4 мм=0,114 см (радиус - r_пр=0,114/2=0,057 см), по известному выражению можно получить

Соответственно lgα₀=lg(D_cp0/r_пр)=lg(441/0,57)=2,89. Поскольку размах колебаний при пляске проводов может достигать размера стрелы провеса проводов, то при рассматриваемой стреле провеса 5 м можно оценить в некоторый момент D_cp и lgα при неизменном r_пр According to the available dimensions, for example, for a voltage of 110 kV, with a horizontal arrangement of wires with a minimum distance between wires of 3.5 m and a minimum diameter of 11.4 mm = 0.114 cm (radius - r _pr = 0.114 / 2 = 0.057 cm), according to the well-known expression you can get it

Accordingly, lgα ₀ = lg (D _cp0 / r _pr ) = lg (441 / 0.57) = 2.89. Since the range of oscillations during the dance of wires can reach the size of the sag of the wires, then with the considered sag of 5 m, it is possible to estimate at some moment D _cp and logα with a constant r _pr

Возьмем случай отклонения проводов в некоторый момент на половину стрелы провеса с отдалением друг от друга на 2,5 м от нормального положения (5/2=2,5 м) Можно получить

см, lgα₁=lg(D_cp1/r_пр)=lg(877/0,57)=3,18.Let us take the case of the deflection of the wires at some moment by half the sag with a distance of 2.5 m from each other from the normal position (5/2 = 2.5 m).

cm, logα ₁ = log (D _cp1 / r _pr ) = log (877 / 0.57) = 3.18.

При сближении всех фаз в момент отдаления друг от друга на 2 м

lg(200/0,57)=2,54.When all phases approach each other at the time of 2 m distance from each other

lg (200 / 0.57) = 2.54.

Для данного случая относительное полное изменение D_cp будет: (D_cp2-D_cp1)/D_cp0=(200-559 (877))/441*100%=81 (153)%.For this case, the relative total change in D _cp will be: (D _cp2 -D _cp1 ) / D _cp0 = (200-559 (877)) / 441 * 100% = 81 (153)%.

Согласно (5) можно получить = U₁/I₂=к₁*lgα. Для указанных D_cp получим: (U₁/I₂=U₂/I₁)₀=к₁*lgα₀=138,44*2,89=400,09 Ом; (U₁/I₂=U₂/I₁)₁₌к₁*lgα₁=138,44*3,18=440,24 Ом; (U₁/I₂=U₂/I₁)₂=к₁*lga₂=138,44*2,54=351,63 Ом.According to (5), we can obtain = U ₁ / I ₂ = k ₁ * logα. For the indicated D _cp we get: (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₀ = k ₁ * logα ₀ = 138.44 * 2.89 = 400.09 Ohm; (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) _{1 =} k ₁ * logα ₁ = 138.44 * 3.18 = 440.24 Ohm; (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₂ = k ₁ * lga ₂ = 138.44 * 2.54 = 351.63 Ohm.

Относительное полное изменение отношений напряжения и тока будут: ((U₁/I₂=U₂/I₁)₁-(U₁/I₂=U₂/I₁)₂)/(U₁/I₂=U₂/I₁)₀=((440,24-351,63)/400,09)*100%=22%.The relative total change in the voltage and current ratios will be: ((U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₁ - (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₂ ) / (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₀ = ((440.24-351.63) / 400.09) * 100% = 22%.

Практическая реализация соотношения (5)Practical implementation of relation (5)

Устанавливается значение частоты сигнала генератора, посылаемого в линию согласно (4а).The value of the frequency of the generator signal sent to the line is set according to (4a).

При отсутствии ветровых нагрузок (например, по отсутствию изменений напряжений и токов, поступающих на центральный сервер с датчиков контролируемого участка) определяются отношения напряжений и токов согласно (5), равные характеристическому сопротивлению к₁*lgα. Корректировкой значения частоты генератора добиваются равенства значений отношений напряжений в обоих уравнениях (5). Фиксируется установленное значение частоты f_уст.In the absence of wind loads (for example, by the absence of changes in voltages and currents coming to the central server from the sensors of the monitored area), the ratios of voltages and currents are determined according to (5), equal to the characteristic resistance to ₁ * logα. By adjusting the value of the generator frequency, the values of the voltage ratios in both equations (5) are equal. The set value of frequency f _{set is} fixed.

При наличии изменений отношений напряжений согласно (5), корректировкой значений частоты генератора относительно f_уст добиваются максимальное совпадение значений по обоим выражениям (5) для одних и тех же моментов времени.In the presence of voltage changes according to the relationship (5), adjusting the generator frequency values f with respect to _{the mouth} achieve maximum coincidence of both values of the expressions (5) for the same time points.

С использованием (5) можно определить скорость изменения (увеличение или уменьшение) амплитуды и периода колебаний во времени.Using (5), it is possible to determine the rate of change (increase or decrease) of the amplitude and period of oscillations in time.

Увеличение скорости изменения амплитуды и периода колебаний (с снижением частоты внутри диапазона 2-0,2 Гц) свидетельствует о нарастании массы гололеда (снижение частоты колебаний обусловлено нарастанием массы гололеда).An increase in the rate of change in the amplitude and period of oscillations (with a decrease in frequency within the range of 2-0.2 Hz) indicates an increase in the mass of ice (a decrease in the frequency of oscillations is due to an increase in the mass of ice).

Полученные данные можно использовать и при проведении мероприятий по повышению надежности линий по ветровым нагрузкам, поскольку выявление фактических таких нагрузок в районах прохождения воздушных линий является актуальной задачей.The data obtained can also be used when carrying out measures to improve the reliability of lines in terms of wind loads, since the identification of actual such loads in areas where overhead lines pass is an urgent task.

Перевод (масштабирование) полученных значений амплитуд колебаний по (5) в действительные значения нагрузок на линии можно осуществить экспериментальным путем по нескольким фактическим замерам на линии тем или иным путем. Измеренные по (5) периоды колебаний, очевидно являются фактическими и связаны с массой гололедной нагрузки. В данном случае можно использовать плавку гололеда.The translation (scaling) of the obtained values of the vibration amplitudes according to (5) into the actual values of the loads on the line can be carried out experimentally by several actual measurements on the line in one way or another. The oscillation periods measured according to (5) are obviously actual and related to the mass of the ice load. In this case, ice melting can be used.

Прогнозирование гололеда.Ice forecasting.

Для линий 110 кВ и выше (Техника высоких напряжений. Учебник для студентов электротехнических и электроэнергетических специальностей вузов. Под общей ред. Д.В. Разевига. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия», 1976.488 с. с ил. - с. 51; 57)For 110 kV lines and above (High voltage engineering. A textbook for students of electrical and electrical engineering specialties of universities. Under the general editorship of DV Razevig. 2nd edition, revised and enlarged. M., "Energy", 1976.488 p. . with ill. - p. 51; 57)

Объемный заряд короны, образовавшийся в один из полупериодов переменного напряжения, за время до изменения полярности провода может переместиться на несколько десятков сантиметров. Вследствие этого объемные заряды обоих знаков совершают возвратно-поступательное движение вблизи провода.The volumetric charge of the corona, formed in one of the half-periods of the alternating voltage, during the time before the change in the polarity of the wire, can move by several tens of centimeters. As a result, space charges of both signs reciprocate near the wire.

Туман способствует интенсивному образованию капелек воды на провод. Иней, гололед, изморозь вызывают формирование на поверхности провода кристаллов льда, которые значительно усиливают электрическое пол. Дождь и мокрый снег вызывают существенное увеличение неровностей на поверхности провода.Fog causes water droplets to form intensively on the wire. Rime, ice, frost cause the formation of ice crystals on the surface of the wire, which significantly enhance the electric field. Rain and sleet cause a significant increase in the surface roughness of the wire.

При отсутствии ветра, выше было получено значение (U₁/I₂=U₂/I₁)₀=lgα₀=lg(D_cp0/r_пр)=lg(441/0,57)=2,89.In the absence of wind, the above value was obtained (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) ₀ = logα ₀ = log (D _cp0 / r _pr ) = log (441 / 0.57) = 2.89.

Объемный заряд короны равносильно увеличению диаметра провода (за счет увеличения проводимости объемного заряда) и при учете увеличения r_пр всего на 10 см (вместо возможных нескольких десятков см), получим (U₁/I₂=U₂/I₁)_к=lgα_к=lg(D_cpк/r_пр)=lg(441/10,57)=1,62,The space charge of the corona is equivalent to an increase in the diameter of the wire (due to an increase in the conductivity of the space charge) and, taking into account an increase in r _{pr by} only 10 cm (instead of a possible several tens of cm), we obtain (U ₁ / I ₂ = U ₂ / I ₁ ) _k = logα _k = lg (D _cpk / r _pr ) = lg (441 / 10.57) = 1.62,

с относительным изменением (2,89-1,62)/2,89=0,43=43%.with a relative change (2.89-1.62) / 2.89 = 0.43 = 43%.

При непогоде интенсивность коронирования линий 110 кВ и выше значительно повышается, что приводит к изменениям отношений напряжений к токам датчиков контролируемого участка не ниже 43% и при минусовой температуре провода можно провести профилактический подогрев проводов.In bad weather, the corona intensity of 110 kV and higher lines increases significantly, which leads to changes in the voltage-to-current ratio of the sensors of the monitored area of at least 43%, and at minus wire temperatures, preventive heating of the wires can be carried out.

Вариант реализации ПрУ9 на подстанции и передающего устройства в конце линии приведен на фиг. 2 с графиками прохождения сигналов на фиг. 3.An embodiment of PrU9 at the substation and the transmitter at the end of the line is shown in Fig. 2 with the signal flow graphs in FIG. 3.

Генератор высокочастотных синусоидальных сигналов Г1 посылает сигнал в высоковольтную линию через конденсатор С2 и между фазой и землей выделяются напряжения U₁, U₂, измеряемое датчиками напряжения ДН3, ДН4. На выходах датчиков тока ДТ5, ДТ6 выделяются сигналы действующих значений высокочастотных токов фазы линии I₁ и I₂. Температуру проводов измеряются датчиками температур ДТЕМ7, ДТЕМ8.The generator of high-frequency sinusoidal signals G1 sends a signal to the high-voltage line through the capacitor C2 and voltages U ₁ , U ₂ are isolated between the phase and the ground, measured by voltage sensors DN3, DN4. At the outputs of the current sensors DT5, DT6, the signals of the effective values of the high-frequency currents of the line phase I ₁ and I ₂ are allocated. The temperature of the wires is measured by temperature sensors DTEM7, DTEM8.

На входы ППУ10 поступают сигналы с выходов ДН4, ДТ5, ДТ6, ДТЕМ7, ДТЕМ8. При этом сигналы с выходов ДН4, ДТ6, ДТЕМ8 поступают на вход ППУ10 посредством ППУ11, установленного в конце линии. На выходе приемо-передающего устройства ППУ10 непрерывно вырабатываются тактовые импульсы U₃, поступающие на вход счетчика импульсов Сч12. Сигналы с выходов ДН3 и ППУ10 поступают на устройства деления УД13 и УД14 и отношения сигналов К₁ и К₂ соответственно приведены на фиг. 2 и фиг. 3. Выходные сигналы К₁ и К₂ УД13 и УД14 соответственно суммируются арифметическим сумматором СУМ15. Как показано на фиг. 2, например при частоте f₁=100 кГц разность К₁ и К₂ не равна 0 и условие (5) не соблюдается. При f₁=100 кГц за указанное время [6 периодов (6Т=6*1/100кГц=60 мкс)] значения К₁ и К₂ приняты постоянными.The inputs of the PPU10 receive signals from the outputs of DN4, DT5, DT6, DTEM7, DTEM8. In this case, the signals from the outputs DN4, DT6, DTEM8 are fed to the input of PPU10 by means of PPU11 installed at the end of the line. At the output of the transceiver PPU10, clock pulses U _{3 are} continuously generated, arriving at the input of the pulse counter Сч12. The signals from the outputs DN3 and PPU10 are fed to the division devices UD13 and UD14, and the ratios of the signals K ₁ and K _2, respectively, are shown in Fig. 2 and FIG. 3. Output signals K ₁ and K ₂ UD13 and UD14, respectively, are summed by the arithmetic adder SUM15. As shown in FIG. 2, for example, at a frequency f ₁ = 100 kHz, the difference between K ₁ and K _{2 is} not equal to 0 and condition (5) is not met. At f ₁ = 100 kHz for the specified time [6 periods (6T = 6 * 1/100 kHz = 60 μs)] the values of K ₁ and K _{2 are} taken constant.

В данном случае на выходе СУМ15 вырабатывается сигнал логической 1 - U₄, благодаря которому частота Г1 повышается на заданную ступень f₂, что видно на фиг. 2. Здесь же видно, что при этом разность К₁ и К₂ увеличилась и СУМ15 производит снижение частоты генератора до значения f₃ через U₅, при котором разность К₁ и К₂ равняется 0 (с заданной погрешностью). Через элемент ИЛИ16, логическими 1 U₄ и U₅ производится сброс Сч12.In this case, a logical signal 1 - U _{4 is} generated at the output of SUM15, due to which the frequency Г1 increases by a given step f ₂ , which can be seen in Fig. 2. It can also be seen here that the difference between K ₁ and K ₂ increased and SUM15 lowers the generator frequency to the value f ₃ through U ₅ , at which the difference between K ₁ and K ₂ is equal to 0 (with a given error). Through the OR16 element, logical 1 U ₄ and U ₅ , the counter is reset.

На фиг. 3 показаны изменения К₁ и К₂ (случай, когда они равны), характеризующие колебания фазных проводов линии согласно (5) при изменении D_cp в известном диапазоне частот (0,2-2) Гц при ветровой нагрузке. Здесь приведен один период колебания и при частоте 0,2 Гц с значением 1/0,2=5 сек. В данном случае переменная составляющая (для удобства анализа) имеет синусоидальную форму.FIG. 3 shows the changes in K ₁ and K ₂ (the case when they are equal), characterizing the oscillations of the phase conductors of the line according to (5) with a change in D _cp in the known frequency range (0.2-2) Hz with a wind load. Here one oscillation period is given and at a frequency of 0.2 Hz with a value of 1 / 0.2 = 5 sec. In this case, the variable component (for the convenience of analysis) has a sinusoidal shape.

Также здесь приведены практически постоянные составляющие К_1ик, К_2ик с равными значениями и обусловленные изменением эффективного радиуса (повышается проводимость пространства вокруг провода) фазного провода r_пр (см. (5)) благодаря его коронированию.Also here are practically constant components K _1ik , K _2ik with equal values and due to a change in the effective radius (the conductivity of the space around the wire increases) of the phase wire r _pr (see (5)) due to its corona.

На интервале Δt, согласно фиг. 3, в амплитудном детекторе АД17 и устройстве выделения постоянного напряжения УВПН18 записываются амплитудное значение переменной составляющей ветровой нагрузки и значение постоянной составляющей, обусловленное коронированием соответственно. На этом интервале от заднего фронта U₆ срабатывает ждущий мультивибратор ЖМ19 и одновременно происходит сброс запоминающих устройств ЗУ20 и ЗУ21 с записью в них новых значений с выходов АД17 и УВПН18 соответственно.In the interval Δt, according to FIG. 3, the amplitude value of the variable component of the wind load and the value of the constant component due to corona are recorded in the amplitude detector AD17 and the DC voltage isolation device UVPN18, respectively. At this interval, from the trailing edge of U _6, the waiting multivibrator ZhM19 is triggered and at the same time the memory devices ZU20 and ZU21 are reset, with new values being written from the outputs of AD17 and UVPN18, respectively.

Расчет значений U₈ и U₉, для приведенного на фиг. 3 сигнала в виде суммы постоянной и синусоидальной составляющих, производится по известным соотношениям (|К_1maxвн|+|К_1minвн|)/2 и (|К_1maxвн|-|К_1minвн|)/2.Calculation of the values of U ₈ and U ₉ for the one shown in FIG. 3 signals in the form of a sum of constant and sinusoidal components are produced according to the known ratios (| K _1maxvn | + | K _1minvn |) / 2 and (| K _1maxvn | - | K _1minvn |) / 2.

При логическом 0 на выходе ИЛИ16, в конце интервала Δt через элементы НЕ22 и ЖМ19 на входах элемента И23 появляются логические 1, открывающая ключи К24 и К25 с индикацией значений ЗУ20 и ЗУ21 в индикаторах ветровой нагрузки ИВН26 и интенсивности коронирования ИИК27.With a logical 0 at the output of OR16, at the end of the interval Δt through elements HE22 and ЖМ19, logical 1 appears at the inputs of element I23, opening keys К24 and К25 with indication of the values of ЗУ20 and ЗУ21 in the wind load indicators ИВН26 and the intensity of corona IIK27.

На интервалах фиг. 3 с частотами f₁ и f₂ на обоих входах И23 одновременно логические 1 отсутствуют, поэтому ключи закрыты и в индикаторах не будут зафиксированы недостоверные данные.At the intervals in FIG. 3 with frequencies f ₁ and f ₂ on both inputs of I23 simultaneously logical 1 are absent, so the keys are closed and inaccurate data will not be recorded in the indicators.

В индикаторах температур провода ИТЕМ28 и ИТЕМ29 на границах контролируемого участка отображаются соответствующие значения, поступающие от датчиков через ППУ10 и ППУ11.The wire temperature indicators ITEM28 and ITEM29 at the boundaries of the controlled area display the corresponding values coming from the sensors through PPU10 and PPU11.

Claims

Способ мониторинга гололедно-ветровых нагрузок воздушных линий электропередач, заключающийся в генерации в высоковольтную линию высокочастотного сигнала с определением размаха колебаний проводов при ветровой нагрузке по максимальному изменению взаимного сопротивления, определяемого первым отношением напряжения в конце и током в начале участка, и измерении температуры провода, отличающийся тем, что определяют второе отношение тока в конце и напряжения в начале участка и изменением частоты высокочастотного сигнала добиваются равенства максимальных относительно быстрых и медленных изменений первого и второго отношений, характеризующего значение гололедно-ветровой нагрузки и интенсивности коронирования воздушной линии соответственно.A method for monitoring ice and wind loads of overhead power lines, which consists in generating a high-frequency signal into a high-voltage line with determining the swing of the wires under wind load by the maximum change in mutual resistance, determined by the first voltage ratio at the end and the current at the beginning of the section, and measuring the wire temperature, which is different the fact that the second ratio of the current at the end and the voltage at the beginning of the section is determined and by changing the frequency of the high-frequency signal, the equality of the maximum relatively fast and slow changes of the first and second ratios characterizing the value of the ice-wind load and the corona intensity of the overhead line, respectively, is achieved.