Система телеизмерения гололедно-ветровой нагрузки

Изобретение относится к области электроизмерительной техники. Технический результат: повышение надежности работы и точности измерений. Сущность: система состоит из передающего устройства, установленного на опоре высоковольтной линии и связанного с фазой линии через резистор наружной установки для передачи информационного сигнала на подстанцию. Информацию о весовой нагрузке провода линии при гололедообразовании получают применением магнитоупругого датчика гололеда. Для питания схемы используется однофазный трансформатор. Приемное устройство, установленное на подстанции, также подключается к фазе линии через аналогичный резистор. Передающее устройство передает на подстанцию серию импульсов с частотой менее 1 Гц и количество импульсов в этой серии определяется толщиной гололеда на проводе, принимаемых приемным устройством и отображаемых на цифровом индикаторе. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано при телеизмерении гололедно-ветровой нагрузки в распределительных сетях напряжением 6-3 5кВ (необходимость таких систем обусловлена наличием гололедообразования в сетях указанных напряжений и имеет место случаи нанесения огромного ущерба при разрушении линий указанного класса напряжений, что подтверждается например публикациями: «Труд энергетиков направлен на благо каждого». П.В.Колесников, гл. инженер ЭЭС. Газета «Ставропольская правда», среда, 30 января, 2002 г., №21 (22591). www.stapravda.ru и Журнал «Энергетический хронограф», январь-2006. mrsk-1.ru.

Существующая система контроля гололедных нагрузок [1] для линий 110 кВ и выше, основанная на передаче высокочастотного сигнала по фазе линии, относительно сложна, имеет меньшую надежность и обладает достаточной дороговизной (300-500) тыс. руб. из расчета одного передающего и одного приемного устройства. Основой таких устройств является использование высокочастотного сигнала в несколько сот кГц и связь приемного и передающего устройств с фазой линии через емкостной элемент [2].

К прототипу предлагаемого устройства можно отнести «Фиксатор гололедно-ветровых нагрузок», по существу представляющий собой «Фиксатор направления короткого замыкания» (заявка на изобретение №2005128914/20 (032444) от 15.09.2005. «Фиксатор направления короткого замыкания» / Г.Р.Гаджибабаев, Р.М.Гайдаров - находится на стадии рассмотрения; Новшество в энергетике. Компания ОАО «Дагэнерго», 16.11.05. www.dagenergo.ru). В данном случае в последнем производится замена преобразователя тока ПТ9 датчиком гололедно-ветровых нагрузок ДГВН24, элемента задержки ЭЗ10 логическим элементом И25 и к источнику питания подводится линейное напряжение U_Л, а также добавлен логический элемент НЕ26. В прототипе как и в предлагаемом устройстве происходит передача информации (о коротком замыкании или о гололедообразовании) с участка линии 6-35 кВ.

Согласно фиг.1 прототип состоит из передающего устройства 14, состоящего из датчика гололедно-ветровых нагрузок ДГВН24, логических элементов И25 и НЕ26, элемента задержки ЭЗ18, логического элемента И6, источника питания ИП13 и резистора R19, причем выход ДГВН24 подключен к входу И25, к другому входу которого подключен выход НЕ26; выход И25 подключен к входу ЭЗ18, выход которого подсоединен к входу И6, к другому входу которого подключен информационный выход источника питания ИП13; к выходу И6 подключены входы НЕ26 и R19, а к входу ИП13 подводится линейное напряжение И_л; выход R19 подключен к линии передачи 2, к которой также подключено приемное устройство 15, состоящее из резистора R20, ограничителя 16, фильтра низкой частоты ФНЧ21, режекторного фильтра РФ22, логического элемента И7 и логического элемента НЕ8, элемента задержки ЭЗ11, ждущего мультивибратора ЭЗ23 и исполнительного элемента ИЭ17. Линия передачи 2 подключена к входу R20 и далее последовательно соединены ограничитель 16, ФНЧ21 и Р22; выход РФ22 соединяется к входам И7 и НЕ8; элементы НЕ8, ЭЗ23, ЭЗ11 и другой вход И7 соединены последовательно; выход И7 подключен к входу ИЭ17.

При наличии на выходе ДГВН24 сигнала логической 1 о гололедообразовании и при отключенной линии, когда на входе НЕ26 имеет место сигнал логического нуля, на оба входа И25 поступают сигналы логической 1 и срабатывает ЭЗ18 (ждущий мультивибратор). На выходе ЭЗ18 появляется сигнал логической 1 за заданный интервал времени и открывается ключ (логический элемент И6), тем самым информационный сигнал (360 В) попадает на вход R19 с выхода ИП13. Через высоковольтный резистор R19 этот сигнал поступает в линию передачи 2 и далее на вход R20 приемного устройства 15. С выхода R20 сигнал поступает на вход ограничителя 16, с выхода которого постоянное напряжение и переменные составляющие, наведенные в отключенной высоковольтной линии, поступают на вход ФНЧ21, на выходе которого переменные составляющие значительно подавляются. Поскольку в высоковольтных линиях 6-35 кВ наводится от близлежащих высоковольтных линий 110 кВ и выше напряжение частотой 50 Гц и в отключенной линии оно может достигать 50 В, то для исключения ложного срабатывания устройства к выходу ФНЧ21 подключен режекторный фильтр на операционном усилителе, позволяющий практически полностью подавить составляющую промышленной частоты. С выхода РФ22 постоянное напряжение поступает на входы И7 (логическая 1) и НЕ8 (логический 0). На выходе НЕ8 появляется логическая 1 и через заданное время с момента отключения высоковольтного напряжения на выходе ЭЗ23 появляется сигнал логической 1 и запускается ждущий мультивибратор ЭЗ11. Сигнал логической 1 держится на выходе ЭЗ11 за заданный интервал времени, поступающий на вход И7 и при наличии на другом входе И7 сигнала логической 1 (постоянного напряжения) за этот интервал с выхода И7, сигнал логической 1 поступает на ИЭ17 (триггер), приводя к срабатыванию его. При включенной высоковольтной линии на входе НЕ8 присутствует сигнал логической 1 и с выхода его сигнал логического 0 через ЭЗ23 и ЭЗ11 поступает на вход И7 и состояние триггера ИЭ17 не меняется.

Недостатком прототипа является необходимость отключения линии для передачи сигнала на подстанцию и также он не позволяет прослеживать скорость нарастания гололеда на проводах линии, а позволяет фиксировать только одно значение силы тяжести провода с гололедом на входе ДГВН24.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в систему телеизмерения гололедно-ветровой нагрузки, содержащую передающее устройство, датчик гололедно-ветровой нагрузки, первый элемент задержки, первый и второй логические элементы И, источник питания, первый резистор, линию передачи, приемное устройство, второй резистор, фильтр низкой частоты, режекторный фильтр, исполнительный элемент, согласно изобретению дополнительно введены выпрямитель, первый и второй генераторы импульсов, первый и второй пороговые устройства, второй элемент задержки, логический элемент ИЛИ, формирователь импульсов и счетчик импульсов, причем выход датчика гололедно-ветровой нагрузки подключен к входу выпрямителя, выход которого подключен к входу первого логического элемента И, к другому входу которого подключен выход первого генератора импульсов; выход первого логического элемента И подключен к входам первого и второго пороговых устройств, выходы которых подключены к входам первого и второго элементов задержки и их выходы подключены к двум входам логического элемента ИЛИ соответственно; выход логического элемента ИЛИ подключен к входу второго генератора импульсов, выход которого подключен к входу второго логического элемента И; выход второго логического элемента И подключен только к входу первого резистора, а выход второго резистора подключен к входу фильтра низкой частоты; выход фильтра низкой частоты дополнительно подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен к одному входу счетчика, к другому входу которого подключен выход режекторного фильтра, а выход счетчика подключен к входу исполнительного элемента.

Согласно фиг.2 предлагаемое устройство состоит из передающего устройства 14, в которое входит датчик гололедно-ветровой нагрузки ДГВН24, выпрямитель В27, генератор импульсов ГИ28, логический элемент И25, пороговые устройства ПУ29 и ПУ30, элементы задержки ЭЗ18 и ЭЗ31, логический элемент ИЛИ32, генератор импульсов ГИ33, источник питания ИП13, логический элемент И6 и резистор R19, причем выход ДГВН24 подключен к входу В27, а к входам И25 подключены выходы В27 и ГИ28 соответственно; выход И25 подключен к входам ПУ29 и ПУ30 и их выходы подключены к входам ЭЗ18 и ЭЗ31 соответственно; выходы ЭЗ18 и ЭЗ31 подключены к входам ИЛИ32, а его выход подключен к входу ГИ33; выходы ГИ33 и ИП13 подключены к входам И6, выход которого подключен к R19. Выход передающего устройства 14 (R19) подключен к входу линии передачи 2, выход которой подключен к входу приемного устройства 15, в которое входит резистор R20, фильтр низкой частоты ФНЧ21, режекторный фильтр РФ22, формирователь импульсов ФИ34, счетчик Сч35 и исполнительный элемент ИЭ17, причем выход R20 подключен к входу ФНЧ21, выход которого подключен к входам РФ22 и ФИ34; выходы РФ22 и ФИ34 подключены к информационному входу и входу сброса Сч35 соответственно, а выход Сч35 подключен к входу ИЭ17.

Функционирование системы телеизмерения гололедно-ветровой нагрузки согласно фиг.2 и фиг.3 заключается в следующем.

На вход ДГВН24 действует сила тяжести Р фазного провода с гололедом и ветровой нагрузкой и на выходе датчика выделяется переменный электрический сигнал, пропорциональный указанной силе, и далее на выходе выпрямителя В27 переменное напряжение преобразуется в постоянное U_Р. На фиг.3 приведены разные значения Р для трех интервалов времени. Генератор ГИ28 выдает непрерывно импульсы (необходимо иметь в виду, что за рассматриваемые интервалы 0-t₁, t₂-t₃, t₄-t₅ укладываются несколько периодов сигнала ГИ28) и при их положительном значении открывается логический элемент И25 (ключ) и на входы ПУ29 и ПУ30 поступает сигнал U_Р. На выходе ПУ29 выделяется сигнал логической 1 в случае, если на его входе действует аналоговый сигнал U_Р, расположенный в интервале между значениями U_Р1 и U_Р2 согласно фиг.3, и поэтому в момент t₇ на выходе ПУ29 появляется сигнал логической 1 и срабатывает ЭЗ18 (ждущий мультивибратор) с интервалом срабатывания t₇-t₁₁, пропорциональный уровню Up на этом интервале, который через элемент ИЛИ32 запускает ГИ33 сигналом логической 1 U_ЖМ1. На выходе ГИЗЗ появляется серия импульсов Ur, определяемая интервалом t₇-t₁₁ срабатывания ЭЗ18. Постоянное напряжение (360 В) ИП13, поступающее на вход И6 (ключ), проходит на его выход в такт с импульсами на его другом входе и далее это импульсное напряжение с уровнем 360 В поступает на R19 и далее через линию передачи 2 - на вход приемного устройства, т.е. на вход резистора R20. Поступающее с выхода R20 импульсное напряжение фильтруется ФНЧ21, подавляя напряжение промышленной частоты, и далее на выходе ФИ34 формируется импульс сброса для обновления показаний счетчика. В РФ22 происходит дополнительное подавление составляющей промышленной частоты и происходит подсчет импульсов счетчиком с значением U_СЧ, и количество импульсов, пропорциональное весовой нагрузке на входе ДГВН24, отображается на цифровом индикаторе ИЭ17. При изменении весовой нагрузки на интервале t₄-t₅ аналогично ПУ29 срабатывает ПУ30 и в конечном счете число импульсов, подсчитанных Сч35 на интервале t₉-t₁₂, будет пропорционально значению U_P на интервале t₄-t₅. Очевидно, что с увеличением числа параллельно подключенных цепочек, аналогичных ПУ30 - ЭЗ31, можно увеличить количество измеряемых уровней весовой нагрузки Р на входе ДГВН24 и можно сделать вывод о скорости нарастания толщины гололеда на проводах линии для своевременной подготовки схемы плавки гололеда.

Особенностью схемы является достаточно большая инерционность тракта передачи информационного сигнала. В схеме при значениях резисторов R2 и R20, равных по 6 мОм с учетом инерционности ФНЧ21 для достаточного подавления помех в виде напряжения промышленной частоты и для эффективного прохождения информационного сигнала необходимо выбрать частоту ГИ33 менее 1 Гц. Для питания схемы передающего устройства можно использовать однофазный трансформатор мощностью 30-50 Вт и для лабораторных исследований собран трансформатор 220 В - 10 кВ с ориентировочными размерами 200×150×100 мм. Ориентировочная стоимость устройства с одним передающим и одним приемным устройством равна 30 тыс.руб.

Литература

1. Информационные системы контроля гололедных нагрузок на ВЛ / А.Дьяков, И.Левченко, А.Засыпкин и др.: // Энергетик. - 2005. - №11. - С.20-25.

2. Федосеев A.M. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей: Учеб. Пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.38-40.

Система телеизмерения гололедно-ветровой нагрузки, содержащая передающее устройство, датчик гололедно-ветровой нагрузки, первый элемент задержки, первый и второй логические элементы И, источник питания, первый резистор, линию передачи, приемное устройство, второй резистор, фильтр низкой частоты, режекторный фильтр, исполнительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности функционирования и точности измерений, в него дополнительно введены выпрямитель, первый и второй генераторы импульсов, первый и второй пороговые устройства, второй элемент задержки, логический элемент ИЛИ, формирователь импульсов и счетчик импульсов, причем выход датчика гололедно-ветровой нагрузки подключен к входу выпрямителя, выход которого подключен к входу первого логического элемента И, к другому входу которого подключен выход первого генератора импульсов; выход первого логического элемента И подключен к входам первого и второго пороговых устройств, выходы которых подключены к входам первого и второго элементов задержки и их выходы подключены к двум входам логического элемента ИЛИ соответственно; выход логического элемента ИЛИ подключен к входу второго генератора импульсов, выход которого подключен к входу второго логического элемента И; выход второго логического элемента И подключен только к входу первого резистора, а выход второго резистора подключен к входу фильтра низкой частоты; выход фильтра низкой частоты дополнительно подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен к одному входу счетчика, к другому входу которого подключен выход режекторного фильтра, а выход счетчика подключен к входу исполнительного элемента.