Устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок с контролем направления ветра на воздушных линиях электропередачи

 

Изобретение может быть использовано для раннего обнаружения гололедообразования, прогнозирования "пляски" проводов и выбора очередности плавки гололеда на проводах воздушных линий электропередачи. Технический результат изобретения - расширение области применения устройства на отключенные и слабозагруженные воздушные линии электропередачи и расширение функциональных возможностей путем одновременного непрерывного контроля не только отдельно гололедной и ветровой нагрузок, но и направления ветра. Магнитоупругие датчики силы, подвешенные между траверсой промежуточной опоры и гирляндами изоляторов с фазными проводами, причем одна гирлянда изоляторов закреплена к опоре с двух сторон, вторая - с одной стороны, а третья - с другой стороны шарнирно соединенными изоляционными распорками, контролируют соответственно гололедную нагрузку, полную нагрузку при направлении ветра с одной стороны и полную нагрузку при направлении ветра с другой стороны. Благодаря попарному подключению магнитоупругих датчиков силы - первого и второго, первого и третьего - через нелинейные преобразователи, а первого - непосредственно к трем каналам телепередачи с измерительными приборами, первый из них измеряет ветровую нагрузку при направлении ветра слева направо поперек линии, второй измеряет ветровую нагрузку при направлении ветра справа налево, а третий измеряет только гололедную нагрузку. 3 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для раннего обнаружения гололедообразования, прогнозирования "пляски" проводов и выбора очередности плавки гололеда на проводах воздушных линий электропередачи.

Известны устройства для непрерывного контроля гололедной нагрузки на воздушных линиях электропередачи с измерительным элементом силы, выполненным в виде магнитоупругого датчика, подвешенного между траверсой опоры и гирляндой изоляторов [1 и 2].

Недостатком этих устройств является то, что они контролируют полную нагрузку на воздушную линию как гололедную, так и ветровую, а необходимость отстройки от ветровой нагрузки затрудняет своевременное (раннее) обнаружение гололедообразования и принятие решения на проведение организационно-технических мероприятий, в частности плавку гололеда электрическим током, предотвращающих гололедную аварию.

Известно устройство для дискретного контроля гололедной нагрузки на воздушных линиях электропередачи с измерительным элементом силы - датчиком гололедной нагрузки, у которого ложные срабатывания при ветровых нагрузках исключаются путем его закрепления в специальной шарнирно-рычажной системе, выполненной из двух цепочек, каждая из которых состоит из последовательных звеньев, шарнирно соединенных между собой [3].

Недостатком этого устройства является невозможность контроля ветровой нагрузки, что необходимо для прогнозирования гололедообразования и "пляски" проводов.

Известно "Устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи" [4], являющееся наиболее близким аналогом (прототипом). Устройство содержит магнитоупругий датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с фазным проводом и подключенный через первый блок выделения амплитуды сигнала к первым входам первого и второго нелинейных преобразователей, имеющих по два входа, а выход первого нелинейного преобразователя через первый канал телепередачи подключен к первому измерительному прибору, выход второго нелинейного преобразователя через второй канал телепередачи подключен к второму измерительному прибору.

Устройство одновременно измеряет отдельно гололедную и ветровую нагрузки и обеспечивает раннее обнаружение гололедообразования и прогнозирование "пляски" проводов на воздушных линиях электропередачи.

Недостатком этого устройства является использование двух магнитных трансформаторов тока, включенных через дополнительные блоки суммирования и деления к вторым входам первого и второго нелинейных преобразователей. Сигналы от магнитных трансформаторов тока отсутствуют при отсутствии тока в воздушной линии электропередачи, поэтому устройство не измеряет ветровую нагрузку отключенных или слабонагруженных воздушных линий электропередачи и непосредственно в процессе плавки гололеда постоянным током.

Другим недостатком этого устройства является отсутствие контроля направления ветра, что необходимо для выбора очередности плавки гололеда, предотвращающей схлестывание проводов воздушной линии электропередачи.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи раннего обнаружения гололедообразования и прогнозирования "пляски" проводов на воздушных линиях электропередачи, в том числе отключенных, слабозагруженных и при плавке гололеда постоянным током, а также контроля направления ветра и представляет собой устройство для одновременного измерения отдельно гололедной и ветровой составляющих нагрузки с контролем направления ветра.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройство, содержащее первый магнитоупругий датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с первым фазным проводом и подключенный через первый блок выделения амплитуды сигнала к первым входам первого и второго нелинейных преобразователей, имеющих по два входа, а выход первого нелинейного преобразователя через первый канал телепередачи подключен к первому измерительному прибору, выход второго нелинейного преобразователя через второй канал телепередачи подключен к второму измерительному прибору, дополнительно введены второй и третий магнитоупругие датчики силы, подвешенные между траверсой опоры и, соответственно, гирляндой изоляторов с вторым и с третьим фазными проводами и включенные соответственно через второй и третий блоки выделения амплитуды сигнала к вторым входам первого и второго нелинейных преобразователей, а также третий измерительный прибор, подключенный через третий канал телепередачи к выходу первого блока выделения амплитуды сигнала, причем гирлянда изоляторов с первым фазным проводом закреплена к опоре с двух сторон шарнирно-рычажной системой, выполненной из изоляционных распорок, а гирлянды изоляторов со вторым и с третьим фазными проводами закреплены к опоре соответственно с одной и с другой стороны шарнирно соединенными изоляционными распорками.

Сущность заявляемого изобретения поясняется функциональной схемой устройства, приведенной на фиг.1, и схемой установки магитоупругих датчиков силы и закрепления гирлянд изоляторов изоляционными распорками, приведенной на фиг.2; на фиг.3 приведена схема нелинейного преобразователя.

Устройство на фиг.1 содержит первый магнитоупругий датчик силы 1, подключенный через первый блок выделения амплитуды сигнала 2 к первым входам (1) первого и второго нелинейных преобразователей 3 и 4, имеющих по два входа (1) и (2), выход первого нелинейного преобразователя 3 через первый канал телепередачи 5 подключен к первому измерительному прибору 6, выход второго нелинейного преобразователя 4 через второй канал телепередачи 7 подключен к второму измерительному прибору 8. Второй и третий магнитоупругие датчики силы 9 и 10 через второй и третий блоки выделения амплитуды сигнала 11 и 12 подключены к вторым входам (2) первого и второго нелинейных преобразователей 3 и 4. Третий измерительный прибор 13 через третий канал телепередачи 14 подключен к выходу первого блока выделения амплитуды сигнала 2.

На фиг.2 показана схема установки магнитоупругих датчиков силы 1, 9, 10 между траверсой промежуточной опоры 15 и гирляндами изоляторов 16, 17, 18, поддерживающими фазные провода 19, 20, 21. Гирлянда изоляторов 16 с фазным проводом 19 закреплена к опоре с двух сторон шарнирно-рычажной системой, выполненной из изоляционных распорок 22 и 23; гирлянда изоляторов 17 с фазным проводом 20 закреплена к опоре с одной стороны (справа) шарнирно соединенными изоляционными распорками 24; гирлянда изоляторов 18 с фазным проводом 21 закреплена к опоре с другой стороны (слева) шарнирно соединенными изоляционными распорками 25. Стрела провеса шарнирно соединенных изоляционных распорок 22, 23, 24, 25 не должна превышать 0,15 длины этих распорок. Параметры изолирующих распорок приведены в [5]. Штриховыми линиями показано положение гирлянды изоляторов 17', фазного провода 20' и изоляционных распорок 24' при ветре слева направо. Положение других гирлянд изоляторов и фазных проводов при этом практически не изменяется.

На фиг. 3 показана схема нелинейного преобразователя 3 или 4, имеющего два входа (1) и (2), два блока возведения в квадрат, суммирующий элемент и блок извлечения квадратного корня.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии ветровой нагрузки полная нагрузка равна гололедной (вместе с весом гирлянды изоляторов и фазного провода). Напряжение на выходе магнитоупругих датчиков силы 1, 9, 10 и блоков выделения амплитуды сигнала 2, 11, 12 приблизительно одинаковы и пропорциональны гололедной нагрузке, поэтому напряжения на выходе первого и второго нелинейных преобразователей 3 и 4 близки к нулю, следовательно, близки к нулю показания первого и второго измерительных приборов 6 и 8, а показания третьего измерительного прибора 13 пропорционально гололедной нагрузке - полной гололедной нагрузке, фиксируемой магнитоупругим датчиком силы 1 и передаваемой через блоки 2 и 14, без постоянной составляющей, пропорциональной весу гирлянды изоляторов и фазного провода.

При наличии ветровой нагрузки слева направо поперек воздушной линии электропередачи, как показано на фиг.2, ось гирлянды изоляторов 17 отклоняется в положение 17', а положение осей гирлянд изоляторов 16 и 18 практически не изменяется, так как ветровая нагрузка уравновешивается тяжением шарнирно соединенных изоляционных распорок 22 и 25. Напряжение на выходе магнитоупругого датчика силы 9 и блока выделения амплитуды сигнала 11 пропорционально полной нагрузке, которая равна корню квадратному из суммы квадратов гололедной нагрузки (вместе с весом гирлянды изоляторов и фазного провода) и ветровой нагрузки, а напряжение на выходах датчиков силы 1 и 10 и блоков 2 и 12 пропорционально гололедной нагрузке (вместе с весом гирлянды изоляторов и фазного провода). Поэтому напряжение на выходе нелинейного преобразователя 3, передаваемое через первый канал телепередачи 5, и показания первого измерительного прибора 6 пропорциональны ветровой нагрузке слева направо. Показание второго измерительного прибора 8 близко к нулю, а показания третьего измерительного прибора 13 пропорционально, как и при отсутствии ветра, гололедной нагрузке.

При ветровой нагрузке справа налево показание второго измерительного прибора 8 пропорционально ветровой нагрузке, показания первого измерительного прибора 6 близко к нулю, а показание третьего измерительного прибора 13, как и в предыдущих случаях, пропорционально гололедной нагрузке. Измерение только гололедной нагрузки третьим измерительным прибором 13, а не полной нагрузки, обеспечивает возможность раннего обнаружения гололедообразования и своевременного принятия решения на проведение организационно-технических мероприятий, в частности плавки гололеда электрическим током, предотвращающих гололедную аварию.

Измерение ветровой нагрузки и направления ветра измерительными приборами 6 и 8 (6 - слева направо, 8 - справа налево) используется для прогнозирования гололедообразования, "пляски" проводов и выбора очередности плавки гололеда, предотвращающей схлестывание проводов воздушной линии электропередачи.

Работа устройства не зависит от токовой нагрузки воздушной линии электропередачи, поэтому устройство правильно функционирует на отключенных и слабонагруженных воздушных линиях электропередачи и непосредственно в процессе плавки гололеда постоянным током.

Источники информации 1. А.С. 1173473 (СССР). Датчик гололедографа. / А.П. Костенко, Ю.С. Мильский и др. // 15.08.85. Бюл. 30.

2. А. С. 1539885 (СССР). Устройство для контроля гололедной нагрузки на проводах или тросах линий электропередачи. / Ю.И. Лысков, В.С. Молодцов, М. М. Середин // 30.01.90. Бюл. 4.

3. А. С. 938345 (СССР). Устройство для подвески проводов линий электропередачи. / В.Г. Каган, В.Х. Ишкин // 23.06.82. Бюл. 23.

4. Патент на изобретение 2145758. Устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи. / И.И. Левченко, А.С. Засыпкин, А.А. Аллилуев, А.В. Лубенец // 20.02.2000. Бюл. 5.

5. Александров Г.Н. Установки сверхвысокого напряжения и охрана окружающей среды. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 360 с.

Формула изобретения

Устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок с контролем направления ветра на воздушных линиях электропередачи, содержащее первый магнитоупругий датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с первым фазным проводом и подключенный через первый блок выделения амплитуды сигнала к первым входам первого и второго нелинейных преобразователей, имеющих по два входа, а выход первого нелинейного преобразователя через первый канал телепередачи подключен к первому измерительному прибору, выход второго нелинейного преобразователя через второй канал телепередачи подключен к второму измерительному прибору, отличающееся тем, что дополнительно введены второй и третий магнитоупругие датчики силы, подвешенные между траверсой опоры и соответственно гирляндой изоляторов с вторыми и с третьим фазными проводами и включенные соответственно через второй и третий блоки выделения амплитуды сигнала к вторым входам первого и второго нелинейных преобразователей, а также третий измерительный прибор, подключенный через третий канал телепередачи к выходу первого блока выделения амплитуды сигнала, причем гирлянда изоляторов с первым фазным проводом закреплена к опоре с двух сторон шарнирно-рычажной системой, выполненной из изоляционных распорок, а гирлянды изоляторов со вторым и с третьим фазными проводами закреплены к опоре соответственно с одной и с другой стороны шарнирно соединенными изоляционными распорками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3