Устройство для обнаружения гололедных образований на проводах и грозозащитных тросах линий электропередач

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обнаружения гололедных образований на проводах и грозозащитных тросах линий электропередачи. Техническим результатом является повышение надежности обнаружения гололедных образований и расширение функциональных возможностей путем установки приемника и передатчика на одном конце линейного тракта, при этом передатчик представляет собой генератор зондирующих радиоимпульсов и содержит усилитель мощности и формирователь зондирующих импульсов, программно-управляемый персональным компьютером через устройство ввода-вывода с его выходов управления частотой заполнения и длительностью. Зондирующие радиоимпульсы состоят из двух частот заполнения, переходящих одна в другую без разрыва фазы. Кроме того, выход усилителя мощности подключен через устройство присоединения к линейному тракту. К устройству присоединения подключен вход коммутатора приема-передачи, выход которого подключен ко входам каналов приема частот заполнения, содержащих два входных фильтра, которые через усилители подключены ко входам соответствующих согласованных фильтров. Выходы согласованных фильтров соединены со входами соответствующих амплитудных детекторов, выходы которых соединены со входами соответствующих пиковых детекторов. Пиковые детекторы подключены ко входам обработки сигналов первой и второй частот заполнения устройства ввода-вывода, которое соединено двунаправленной магистралью обмена данными с персональным компьютером. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для обнаружения гололедных образований на проводах и грозозащитных тросах линий электропередач.

Известно устройство контроля гололедной нагрузки, содержащее измеритель неоднородностей линий, генератор радиоимпульсов, кроме того, устройство включает в себя линейные высокочастотные заградители, предназначенные для формирования неоднородности волнового сопротивления, и датчики гололедной нагрузки, которые устанавливают на линии в гололедоопасных местах. Датчик гололедной нагрузки механически связан с регулятором настройки заградителя.

В этом устройстве на достаточно протяженных участках, подверженных гололедным образованиям, необходимо устанавливать несколько датчиков гололедной нагрузки с высокочастотными заградителями, кроме того, при установке таких устройств в труднодоступных местах обслуживание их затруднено, особенно в зимнее время, и поэтому их надежность, а значит, и надежность обнаружения гололедных образований невысока.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство, в котором передатчик и приемник выполнены двухчастотными и установлены на концах линейного тракта, кроме того, устройство содержит на приемном конце два входных фильтра, два усилителя, блок сравнения, пороговый блок, элемент И и сигнальный блок. Передатчик, установленный на одном конце линейного тракта, излучает два сигнала различной частоты f₁ и f₂. Приемник, подключенный на другом конце, содержит два входных фильтра, настроенных на частоты f₁ и f₂ соответственно, а к выходам фильтров подключен блок сравнения, который выделяет величину снижения уровня каждого сигнала.

На выходе блока сравнения появляется сигнал в том случае, если отношение величин снижения уровней равно заранее установленному значению, которое постоянно для выбранных частот и имеет место только при увеличении затухания в линейном тракте от гололеда. Блок сравнения выполняет функцию анализатора явления, вызвавшего прирост затухания частот f₁ и f₂. Для определения максимально допустимой толщины стенки гололеда пороговый блок срабатывает при снижении уровня на данной частоте. Сигналы с блока сравнения и порогового блока подаются на элемент И и далее на сигнальное устройство.

Для реализации этого устройства оборудование - передатчик и приемник должны быть расположены на разных концах линейного тракта, а это усложняет эксплуатацию оборудования, синхронизацию работы передающей и приемной частей устройства, и, следовательно, снижается надежность обнаружения гололедных образований. Кроме того, в устройстве, взятом в качестве прототипа, отсутствует возможность дистанционного определения протяженности гололедных образований, а значит, и возможность по известной толщине стенки гололедных образований оценить их объем и прирост нагрузки на опоры линии электропередач, а это сужает функциональные возможности устройства.

Целью изобретения является повышение надежности обнаружения гололедных образований и расширение функциональных возможностей устройства.

Цель достигается тем, что передатчик и приемник установлены на одном конце линейного тракта, передатчик представляет собой генератор зондирующих радиоимпульсов, содержащий усилитель мощности и формирователь зондирующих радиоимпульсов, программно-управляемый персональным компьютером через устройство ввода-вывода с его выходов управления частотой заполнения и длительностью. Зондирующие радиоимпульсы состоят из двух различных частот заполнения, переходящих одна в другую без разрыва фазы.

Кроме того, выход усилителя мощности подключен через устройство присоединения к линейному тракту. К устройству присоединения подключен вход коммутатора приема-передачи, выход которого подключен ко входам каналов приема частот заполнения, содержащих два входных фильтра, которые через усилители подключены ко входам соответствующих согласованных фильтров. Выходы согласованных фильтров соединены со входами соответствующих амплитудных детекторов, выходы которых соединены со входами соответствующих пиковых детекторов, подключенных ко входам каналов обработки сигналов первой и второй частот заполнения устройства ввода-вывода, соединенного двунаправленной магистралью обмена данными с персональным компьютером.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг.1 Устройство содержит устройство присоединения 2, подключенное к линейному тракту 1, коммутатор приема-передачи 3, усилитель мощности 4, входные фильтры 5 и 6, формирователь зондирующих радиоимпульсов 7, усилители 8 и 9, согласованные фильтры 10 и 11, амплитудные детекторы 12 и 13, пиковые детекторы 14 и 15, устройство ввода-вывода 16, персональный компьютер 17 двунаправленная магистраль обмена данными 18.

Структурная схема согласованных фильтров 10 и 11 приведена на фиг.2 и содержит интегратор огибающей 19, устройство задержки 20, сумматор 21.

На фиг.3 приведена форма зондирующего радиоимпульса, состоящего из двух частот заполнения f₁ и f₂, на фиг.4 приведена диаграмма работы каналов приема, на фиг.5 показаны радиоимпульсы, отраженные от ближней и дальней границ гололедных образований.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Персональный компьютер 17 через устройство ввода-вывода 16 с выходов управления частотой заполнения К5 и длительностью К4 (фиг.1) программно управляет устройством формирования зондирующих радиоимпульсов 7 с длительностью Т3 и частотами заполнения f₁ и f₂ (фиг.3), которые переходят одна в другую без разрыва фазы. Зондирующие радиоимпульсы усиливаются усилителем мощности 4 до необходимого уровня мощности и через устройство присоединения 2 поступают в линейный тракт 1, при этом коммутатор приема-передачи 3 отключает приемный тракт устройства, защищая его от прямого воздействия зондирующих радиоимпульсов. Зондирующий радиоимпульс (ЗИ), излученный в линейный тракт, распространяясь в нем, проходит последовательно все его неоднородности, отражается от их границ и от конца линейного тракта. При этом зондирующий радиоимпульс претерпевает естественное затухание в линейном тракте и прирост затуханий частот заполнения f₁ и f₂ во времени за счет роста гололедных образований и других факторов. Для анализа характера явления, вызвавшего разный прирост затухания частот заполнения f₁ и f₂, принимают радиоимпульс, отраженный от конца линейного тракта (ОИ), прошедший линейный тракт “туда” и “обратно” за время 2t_р, где t_p - среднее время распространения зондирующего радиоимпульса в линейном тракте (фиг.4а).

Персональный компьютер 17 через устройство ввода-вывода 16 по цепи управления К3 (фиг.1), открывает коммутатор приема-передачи 3 в течение интервала времени Δt (фиг.4в), который больше длительности зондирующего радиоимпульса на величину, учитывающую разброс времени его распространения во всех неоднородностях линейного тракта. Отраженный от конца линейного тракта радиоимпульс разделяется входными фильтрами 5 и 6 на два радиоимпульса с частотами заполнения f₁ и f₂ соответственно (фиг.4с, d), которые совместно с сигналом и шумом подаются на входы соответствующих согласованных фильтров 10 и 11 (фиг.2), повышающих отношение сигнал/шум (фиг.4e, f). С выходов согласованных фильтров 10 и11 (фиг.1) радиоимпульсы (фиг.4e, f) поступают на входы амплитудных детекторов 12 и 13, которые выделяют их огибающие (фиг.4g, i), далее огибающие радиоимпульсов (фиг.4g,i), поступают на соответствующие пиковые детекторы 14, 16, запоминающие их амплитудные значения, которые подаются на соответствующие аналоговые входы К1 и К2 устройства ввода-вывода 16. В устройстве ввода-вывода эти амплитудные значения подвергаются аналого-цифровому преобразованию и поступают через двунаправленную магистраль обмена данными 18 в персональный компьютер 17. который производит статистическую обработку смеси сигнала и шума по каждому из каналов путем усреднения с помощью суммирования с последующим нормированием результатов. Таким образом, из смеси сигнала и шума выделяются огибающие радиоимпульсов соответствующих частот заполнения, затем измеряются с достаточной степенью точности амплитудные значения и величины снижения уровней амплитудных значений Δα_f1 и Δα_f2, соответствующие приростам затуханий частот заполнения f₁ и f₂. При достижении отношением Δα_f1/Δα_f2 заранее установленного значения g, которое постоянно для выбранных частот заполнения f₁ и f₂ и имеет место только при увеличении затухания линейного тракта при гололедных образованиях, предлагаемое устройство в соответствии с программой начинает измерять снижение уровня амплитудных значений только частоты f₂(Δα_f2), которое пропорционально толщине стенки гололедных образований. Далее для повышения надежности обнаружения гололедных образований в соответствии с программой устройство определяет, что они находятся в пределах участка, где они наиболее вероятны по многолетним статистическим данным. Для этого приемный тракт открывается для приема радиоимпульсов, отраженных от границ гололедных образований в известных интервалах времени, соответствующих их возможным дальней и ближней границам, для чего по команде от компьютера 17 через устройство ввода-вывода 16 по цепи управления К3 коммутатор приема-передачи 3 открывается в интервале времени Δt’ (фиг.5), а затем в интервале Δt’’ (фиг.5).

Радиоимпульсы, принятые в интервале Δt’ и имеющие отношение изменения амлитуд частот заполнения f₁ и f₂ Δα_f1/Δα_f2<g, считаются отраженными от ближней границы гололедных образований, а радиоимпульсы, принятые в интервале Δt’’ и имеющие отношение изменения уровней Δα_f1/Δα_f2>g, считаются отраженными от дальней границы. По разности времени приема радиоимпульсов, отраженных от границ неоднородности, определяется протяженность гололедных образований.

Таким образом, сосредоточение оборудования приемной и передающей частей предлагаемого устройства на одном конце линейного тракта, статистическая обработка при низких отношениях сигнал/шум принятого сигнала - радиоимпульсов, отраженных от границ гололедных неоднородностей, а также от конца линейного тракта при известных неоднородостях линии, обусловленных, например, транспозициями, повышает надежность обнаружения гололедных образований, а наличие в предлагаемом устройстве возможности измерения протяженности гололедных образований по сравнению с прототипом расширяет функциональные возможности устройства, т.к. позволяет по толщине стенки гололедных образований и их протяженности оценить объем, а значит, и прирост нагрузки на опоры линий электропередач за счет гололедных образований. Кроме того, определение границ гололедных неоднородностей в месте линейного тракта где они наиболее вероятны по многолетним наблюдениям, дополнительно подтверждает, что имеют место гололедные образования, а это дополнительно повышает надежность их обнаружения.

Формула изобретения

Устройство для обнаружения гололедных образований на проводах и грозозащитных тросах линий электропередачи, содержащее двухчастотные передатчик и приемник с двумя входными фильтрами и двумя усилителями, отличающееся тем, что передатчик и приемник установлены на одном конце линейного тракта, при этом передатчик содержит усилитель мощности, выход которого соединен с устройством присоединения, которое, в свою очередь, подключено к линейному тракту, а вход соединен с выходом формирователя зондирующих радиоимпульсов, который соединен с цепями управления длительностью и частотой заполнения радиоимпульса устройства ввода-вывода, причем каждый зондирующий радиоимпульс состоит из двух различных частот заполнения, переходящих одна в другую без разрыва фазы, а устройство присоединения через коммутатор приема-передачи подключено ко входам первого и второго входных фильтров, выходы которых подключены ко входам соответствующих усилителей, выходы усилителей подключены ко входам первого и второго согласованных фильтров, выходы которых соединены со входами первого и второго амплитудных детекторов, подключенных ко входам первого и второго пиковых детекторов соответственно, причем выходы первого и второго пиковых детекторов подключены к первому и второму входам каналов обработки сигналов первой и второй частот заполнения устройства ввода-вывода, которое через двунаправленную магистраль обмена данными соединено с персональным компьютером.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5