Устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи

Изобретение относится к электроэнергетике. Техническим результатом является создание новой системы измерения предельных гололедных нагрузок, включающей измерение абсолютных значений предельных гололедных нагрузок по их составляющим, выбранным в заданном масштабе, в диапазоне измерения, устанавливаемом регулирующим грузом по начальной нагрузке на траверсу при отсутствии гололеда, с формированием ВЧ-сигнала лишь предельной гололедной нагрузки «требуется плавка», определение начала гололедообразования и прогнозирование времени появления аварийной гололедной нагрузки по изменению амплитуды ВЧ-носителя информации с диспетчерского пункта. В устройство введен поворотный рычаг, закрепленный на свободном конце опоры, кинематически связанный с контролируемым проводом и жесткой тягой, конец которой представляет собой измерительный сектор в виде кодовой шкалы, с чувствительным элементом в виде Г-образного качающегося рычага, закрепленного на опоре траверсы с возможностью поворота вокруг оси и совмещения в плоскости измерительного сектора большего его плеча, на котором выполнен регулирующий груз и считывающий элемент, связанный с модулятором, на выходе которого формируется на пассивных элементах ВЧ-сигнал лишь предельной гололедной нагрузки «требуется плавка» в диапазоне измерения, устанавливаемом регулирующим грузом по начальной нагрузке на траверсу при отсутствии гололеда, а по изменению амплитуды ВЧ-носителя на контролируемом проводе определяются начало гололедообразования и прогноз времени появления аварийной гололедной нагрузки. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для передачи и регистрации гололедных нагрузок на проводах высоковольтных линий электропередачи с использованием каналов телемеханики и связи.

Известно устройство для измерения и регистрации гололеда на проводе, состоящее из разноплечевого рычага, связанного с подвеской провода и поводка регистрирующего прибора, соединенного с пружиной, воспринимающей вес гололедного отложения, снабженное тросом с грузом, уравновешивающим вес провода в пролете, причем поводок одним концом соединен с тросом и грузом, а другим - с пружиной, воспринимающей вес гололедных отложений (а.с. SU №587549, кл. H02G 7/16, 1978 г.).

Недостатком данного устройства является периодическое снятие информации в ограниченном диапазоне гололедных нагрузок, что не обеспечивает оперативной передачи информации и своевременный контроль гололедных отложений на объектах, удаленных от подстанций.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи, включающее установленный в корпусе чувствительный элемент на ножевой опоре, кинематически связанный через механический дискретизатор с преобразователем перемещения в электрический сигнал, содержащим кодирующее устройство и взаимодействующее с ним считывающее устройство с тремя считывающими элементами, фиксирующее четыре предельные гололедные нагрузки с заданным шагом квантования (Патент РФ №2196378, кл. 7 H02G 7/16, 2003 г.).

Недостатком указанного устройства являются большие габариты чувствительного элемента и перегрузка траверсы, воспринимающей абсолютные значения гололедных нагрузок, что практически ограничивает диапазон измерения предельных гололедных нагрузок на линиях электропередачи от 110 и выше киловольт, при этом требуется индивидуальное изготовление звеньев механического дискретизатора, зависящих от диаметра провода, длины пролетов между опорами, что ограничивает их применение на линиях электропередачи.

Известные устройства для определения предельных значений гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи имеют на сегодня невысокий технический уровень, обусловленный особенностями чувствительного элемента и преобразователя на траверсе, что не обеспечивает широкий диапазон измерения предельных гололедных нагрузок на различных линиях электропередачи и снижает технологические возможности контроля экстремальных значений параметров при создании новых систем передачи информации.

В этой связи важнейшей задачей является создание нового принципа измерения предельных гололедных нагрузок на базе новой схемы преобразования усилий предельных гололедных нагрузок за счет введения поворотного рычага, закрепленного на свободном конце траверсы, кинематически связанного с контролируемым проводом и жесткой тягой, конец которой представляет собой измерительный сектор в виде кодовой шкалы, с чувствительным элементом в виде Г-образного качающегося рычага, закрепленного на опоре траверсы с возможностью поворота вокруг оси и совмещения в плоскости измерительного сектора большего плеча, на котором выполнен считывающий элемент, формирующий цифровой код в диапазоне измерения, устанавливаемого регулирующим грузом по начальной нагрузке на траверсу при отсутствии гололеда, поступающий затем в модулятор, где на пассивных элементах без источников питания формируется сигнал путем прямой или косвенной модуляции ВЧ-носителя лишь предельной гололедной нагрузки «требуется плавка» с контролем и диагностированием других предельных значений гололедных нагрузок с диспетчерского пункта по изменению амплитуды высокочастотного носителя информации, что позволяет расширить диапазон измерения, технические и эксплуатационные возможности устройства на высоковольтных линиях электропередачи, в том числе и от 110 и выше киловольт, и эффективно их использовать для предотвращения аварий от гололеда.

Техническим результатом является создание новой системы измерения, включающей измерение абсолютных значений предельных гололедных нагрузок по их составляющим, выбранным в заданном масштабе в диапазоне измерения, устанавливаемым регулирующим грузом по начальной нагрузке на траверсу при отсутствии гололеда, формирование сигнала на пассивных элементах путем модуляции ВЧ-носителя лишь предельной гололедной нагрузки «требуется плавка» и определение с диспетчерского пункта начала гололедообразования и прогнозирования времени появления аварийной гололедной нагрузки путем фиксации времени появления начала гололедообразования и предельной гололедной нагрузки «требуется плавка» по изменению амплитуды высокочастотного носителя информации на контролируемом проводе, что позволяет расширить область применения и повысить достоверность информации о реальном состоянии предельных гололедных нагрузок на опоры линий электропередачи для предотвращения аварийных ситуаций на высоковольтных линиях электропередачи от гололеда.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи, включающее траверсу с закрепленными на ней изоляторами с контролируемым фазным проводом и крепежной арматурой, определяющими начальную нагрузку, снабженное чувствительным элементом, кинематически связанным с опорой траверсы, содержащим считывающие элементы, определяющие гололедную нагрузку в виде цифрового сигнала, имеет на свободном конце траверсы шарнирно закрепленный поворотный рычаг, конец которого связан с контролируемым проводом высоковольтной линии электропередачи и шарнирно соединен жесткой тягой, перемещающейся в продольном направлении, другой конец которой выполнен в виде измерительного сектора, представляющего собой кодовую шкалу, шарнирно соединенного с чувствительным элементом, выполненным в виде Г-образного качающегося рычага, меньшее плечо которого шарнирно закреплено на опоре траверсы с возможностью поворота вокруг оси и совмещения в плоскости измерительного сектора большего плеча Г-образного рычага, на котором размещается регулирующий груз и выполнен считывающий элемент, взаимодействующий с кодовой шкалой в диапазоне измерения, задаваемом регулирующим грузом по первоначальной нагрузке, воздействующей на траверсу, обеспечивающий фиксирование предельного значения нелинейно изменяющейся гололедной нагрузки в виде амплитудно модулируемого сигнала на пассивных элементах в модуляторе, подключенном к высокочастотному каналу связи на линии электропередачи, обеспечивающему эффективную систему передачи сигналов о предельных гололедных нагрузках.

Сущность нового устройства для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи заключается в том, что введен новый принцип взаимодействия чувствительного элемента и кинематически связанного с ним контролируемого провода путем введения поворотного рычага между траверсой и изоляторами и обеспечения его связи через жесткую тягу, перемещающуюся в продольном направлении, с чувствительным элементом, выполненным в виде Г-образного качающегося рычага, шарнирно закрепленного на опоре траверсы меньшим плечом, который обеспечивает возможность измерения предельных гололедных нагрузок не по абсолютному значению, а по значениям их составляющих, выбранных в заданном масштабе, определяемых величиной поворотного рычага, соотношением плеч Г-образного рычага и разрешающей способности считывающих элементов, что существенно упрощает данное устройство, снижает его вес, стоимость и позволяет обеспечить реальный контроль предельных гололедных нагрузок на высоковольтных линиях электропередачи, в том числе на 110 киловольт и выше, где нагрузка на траверсы может достигать больших значений (нескольких тонн).

Предложенная новая схема преобразования предельных значений гололедных нагрузок в код заключается в том, что на другом конце жесткой тяги выполнен измерительный сектор в виде неподвижной кодовой шкалы преобразователя перемещения в код, а на большем плече шарнирно связанного с жесткой тягой Г-образного рычага размещен регулирующий груз и выполнен считывающий элемент, работающий в диапазоне измерения, задаваемом перемещением регулирующего груза в зависимости от начальной нагрузки на траверсу при отсутствии гололеда, что позволяет, независимо от значения предельных нелинейно изменяющихся гололедных нагрузок, использовать один и тот же преобразователь для различных опор линий электропередачи.

Введен удаленный от контролируемой опоры носитель информации в виде высокочастотных колебаний, подаваемых на фазный провод линии электропередачи, позволяющий минимизировать количество информации, которое должно выдавать устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи, исключить источники питания за счет формирования сигналов, модулирующих амплитуду носителя на пассивных элементах, определить на диспетчерском пункте другие предельные нагрузки: а) по затуханию ВЧ-носителя от гололедных отложений на всем проводе «начало гололедообразования», б) по времени появления гололедных отложений на проводе и времени появления сигнала нормативной предельной гололедной нагрузки «требуется плавка» прогнозировать время появления аварийной гололедной нагрузки на контролируемой опоре.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволил установить, что заявителем не установлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого решения по совокупности признаков позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизны» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию «изобретательского уровня» заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».

На фиг.1 изображена общая схема устройства, на фиг.2 - схемы работы преобразователя перемещения гололедных нагрузок на проводе, на фиг.3 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи состоит из поворотного рычага 1, закрепленного на свободном конце траверсы 2, конец которого связан через изоляторы 3 с контролируемым проводом 4 высоковольтной линии электропередачи и шарнирно соединен жесткой тягой 5, перемещающейся в продольном направлении, другой конец которой выполнен в виде измерительного сектора 6, представляющего собой кодовую шкалу 7, шарнирно соединен с чувствительным элементом 8, выполненным в виде Г-образного качающегося рычага, меньшее плечо которого шарнирно закреплено на опоре 9 траверсы 2 с возможностью поворота вокруг оси и совмещения в плоскости измерительного сектора 6 большего плеча Г-образного качающегося рычага 8, на котором размещен с возможностью перемещения регулирующий груз 10 и выполнен считывающий элемент 11, взаимодействующий с кодовой шкалой 7 в диапазоне измерения S, задаваемом регулирующим грузом 10 по первоначальной нагрузке, воздействующей на траверсу 2, и соединенный проводом 12 с модулятором 13, который подвешен через изоляторы 14 к траверсе 2, подключен к высокочастотному каналу связи проводами 15 и обеспечивает фиксирование предельного значения нелинейно изменяющейся гололедной нагрузки «требуется плавка» в виде амплитудно-модулируемого сигнала на пассивных элементах (фиг.1, фиг.2б, фиг.3, момент времени 15).

Измерительный сектор 6, представляющий собой кодовую шкалу 7, состоящую из пассивного и активного участков, и считывающий элемент 11, состоящий из герметизированного контакта 16 с нормально закрытым контактом, магнита 17 с пассивным участком в виде металлического экрана кодовой шкалы 7 между ними, определяют исходное состояние преобразователя гололедных нагрузок, размещенного в корпусе 18 (фиг.1, фиг.2а, фиг.2в, фиг.3, момент времени t₀).

На фиг.3 введены следующие обозначения: U - напряжение высокочастотного носителя информации, фиксируемое на диспетчерском пункте, ΔU - шаг квантования носителя информации по уровню, mΔU - значение амплитудно-модулируемого сигнала под действием предельной гололедной нагрузки «требуется плавка» (m - целое число больше 1); t₀, t₁, t₂, t₃, t₄, t₅, t₆, t₇, t₈ - время отсчета квантованного по уровню носителя.

Настройка параметров для определения предельных гололедных нагрузок на траверсу опоры.

Рассчитывают начальную (от весов провода, изоляторов и крепежных изделий) нагрузку Р_н на траверсу опоры. Эта первая предельная нагрузка, по которой при помощи перемещения регулирующего груза по большему плечу Г-образного чувствительного элемента устанавливают заданный угол поворота (диапазон измерения S) преобразователя (фиг.2а). Значение регулирующего груза определяется исходя из разрешающей способности считывающего элемента, размеров поворотного рычага и соотношения плеч Г-образного чувствительного элемента. После установки диапазона измерения S регулирующий груз жестко фиксируется. Работа преобразователя рассчитывается таким образом, чтобы считывающий элемент однозначно фиксировал предельную гололедную нагрузку «требуется плавка» после поворота большего плеча чувствительного элемента на угол α (фиг.2б).

Устройство работает следующим образом.

Режим 1 - отсутствие гололеда на фазном проводе (фиг.1, фиг.2а, фиг.3, моменты времени t≤t<t₁) - чувствительный элемент 8 находится в исходном состоянии, считывающий элемент 11 формирует код «1», так как его нормально закрытый контакт геркона 16 находится в исходном положении (замкнутом), потому что между ним и магнитом 17 находится пассивный участок кодовой шкалы 7 в виде металлического экрана. Код «1» поступает по проводам 12 на модулятор 13, не изменяя его параметров, оставляя выходное сопротивление максимальным, и не меняет амплитуды ВЧ-носителя, которая остается максимальной.

Режим 2 - начало гололедообразования (фиг.1, фиг.2а, фиг.2б, фиг.3, момент времени t₁) - определяется с диспетчерского пункта по уменьшению амплитуды ВЧ-носителя на ΔU, которое происходит под действием гололедных отложений на фазном проводе по всей длине линии электропередачи, и фиксируется время его появления t₁. Чувствительный элемент 8 незначительно поворачивается и состояние считывающего элемента 11 не меняется (на выходе остается код «1»).

Режим 3 - усиление процесса гололедообразования (фиг.1, фиг.2а, фиг.2б, фиг.3, моменты времени t₁, t₂, t₃, t₄) - сопровождается поворотом чувствительного элемента 8 на угол α, и состояние считывающего элемента 11 не меняется (на выходе остается код «1»).

Режим 4 - предельная гололедная нагрузка «требуется плавка» (фиг.1, фиг.2б, фиг.3, момент времени 15) - изменяет положение поворотного рычага 15 и под действием жесткой тяги 14 поворачивает чувствительный элемент 8 на угол α, геркон 16 считывающего элемента 11 входит во взаимодействие с активным участком кодовой шкалы 7 (отсутствие экрана), который под действием магнита 17 размыкается и формирует код «0», поступающий через связь 12 на модулятор 13, изменяя на пассивных элементах как его параметры, так и через связь 15 амплитуду ВЧ-носителя на mΔU. На диспетчерском пункте фиксируется ВЧ-сигнал предельная гололедная нагрузка «требуется плавка», момент времени его появления t₅. По времени t₁ и t₅ и нормированному значению предельной гололедной нагрузки «требуется плавка» Р_ПГ на диспетчерском пункте определяют количественное значение скорости гололедообразования λ на контролируемом проводе 4 по формуле λ=P_ПГ/(t₅-t₁) и прогнозируют время появления аварийной гололедной нагрузки на траверсе 2 контролируемой опоры 9.

Режим 5 - дальнейшее усиление процесса гололедообразования на фазном проводе 4 (фиг.1, фиг.2б, фиг.3, моменты времени t₆, t₇, t₈) - сопровождается уменьшением амплитуды ВЧ-носителя. Начиная с момента t₆, фиксируемого с диспетчерского пункта, чувствительный элемент 8 продолжает поворачиваться дальше, при этом считывающий элемент 11 не меняет своего состояния, а амплитуда ВЧ-носителя информации уменьшается под действием гололедных отложений по всей длине провода линии электропередачи до тех пор, пока гололед не будет ликвидирован при помощи плавки до того, как на проводе возникнет аварийная гололедная нагрузка.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линий электропередачи, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении в системах борьбы с гололедными явлениями на высоковольтных линиях электропередачи, позволяет создать новую экономичную систему телеконтроля и прогнозирования с минимальным количеством сигналов, формируемых на пассивных элементах с использованием высокочастотного носителя информации и измерения остальных гололедных нагрузок по фиксации изменений высокочастотного носителя на фазном проводе с диспетчерского пункта, что позволяет расширить область его применения и упростить эксплуатационные характеристики ЛЭП;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждено его осуществление в соответствии с описанием и прилагаемыми чертежами;

- устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи способно обеспечивать достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость».

Устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи, включающее траверсу с закрепленными на ней изоляторами с контролируемым фазным проводом и крепежной арматурой, определяющими начальную нагрузку, снабженное чувствительным элементом, кинематически связанным с опорой траверсы, содержащим считывающий элемент, определяющий гололедную нагрузку в виде цифрового сигнала, отличающееся тем, что на свободном конце траверсы шарнирно закреплен поворотный рычаг, конец которого связан через изоляторы с контролируемым фазным проводом высоковольтной линии электропередачи и шарнирно соединен жесткой тягой, перемещающейся в продольном направлении, другой конец которой выполнен в виде измерительного сектора, представляющего собой кодовую шкалу, шарнирно соединенного с чувствительным элементом, выполненным в виде Г-образного качающегося рычага, меньшее плечо которого шарнирно закреплено на опоре траверсы с возможностью поворота вокруг оси и совмещения в плоскости измерительного сектора большего плеча Г-образного рычага, на котором размещается регулирующий груз и выполнен считывающий элемент, взаимодействующий с кодовой шкалой в диапазоне измерения, задаваемым регулирующим грузом по первоначальной нагрузке, воздействующей на траверсу, обеспечивающий фиксирование предельного значения нелинейно изменяющейся гололедной нагрузки в виде амплитудно модулируемого сигнала на пассивных элементах в модуляторе, подключенного к высокочастотному каналу связи на линии электропередачи, обеспечивающего эффективную систему передачи сигналов о предельных гололедных нагрузках.