Устройство, система и способ контроля провеса провода на линии электропередач
Изобретение относится к контролю провеса объектов, в частности к контролю провеса географически протяженных объектов, в частности проводов линий электропередач. Устройство может быть прикреплено к контролируемому объекту (22A, 22B), при этом оно содержит физический датчик (12), блок обработки данных (14), функционально соединенный с датчиком, и средство связи для беспроводной передачи данных из блока обработки данных на внешнее устройство. Датчик выполнен с возможностью определения перемещения или изменения перемещения устройства, а блок обработки данных выполнен с возможностью определения параметра, описывающего состояние объекта на основе данных о перемещении, поступающих от датчика. Изобретение относится также к соответствующей системе и к соответствующему способу. Изобретение позволяет экономично и централизованно контролировать состояние линий электропередач. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Настоящее изобретение относится к контролю статуса объектов, в частности к контролю состояния. Изобретение, в частности, относится к автоматическому дистанционному контролю объектов. Объект может представлять собой, например, электрический провод или другой аналогичный объект.
Уровень техники
Провес электрических линий и натяжение проводов вызывают проблемы, когда провода раскачиваются и касаются друг друга или различных препятствий в их зоне расположения. Поэтому необходимо постоянно контролировать провес провода и, если требуется, выполнять соответствующие операции для исправления ситуации.
Контроль состояния, периодическое и текущее техническое обслуживание электроэнергетической системы и высоковольтной распределительной сети существующими способами требуют высоких затрат и большого расхода времени, поскольку такая сеть располагается на географически обширной территории, часто при отсутствии подъездных путей. Поэтому контроль электропроводов путем осмотра на месте является трудоемким. Так, например, для контроля состояния линий электропередач традиционно используют вертолеты, что представляет собой очень дорогостоящее решение, которое к тому же не позволяет производить непрерывный контроль состояния линий.
Известно также решение, при котором натяжение электрического провода измеряется датчиком силы, который прикрепляют между проводом и опорой. Другой известный способ заключается в измерении наклона провода на определенном расстоянии от опоры. Результаты измерения позволяют определить, например, чрезмерный провес провода. Однако недостатком этих способов является высокая стоимость или тот факт, что провод необходимо снимать с опоры на время монтажа контрольного устройства. Поэтому такие способы плохо подходят для контроля состояния сетей с большой протяженностью или частей сети.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является обеспечение нового устройства и способа специально для контроля состояния электрических линий и сетей. Особая задача заключается в том, чтобы обеспечить решение, которое обеспечивает низкие затраты, позволяет производить надежный контроль и может быть легко реализовано.
Основная идея изобретения заключается в том, что провес провода линии электропередачи или другого соответствующего динамического объекта контролируют при помощи устройства, выполненного с возможностью измерения перемещения или изменения перемещения объекта, чтобы определить параметр, описывающий состояние объекта на основе данных о перемещении, и далее обеспечивают беспроводную передачу параметра, описывающего состояние, от блока обработки данных за пределы устройства, например, в центр управления. Устройство согласно изобретению выполнено с возможностью прикрепления к подвижной (динамической) части объекта, в частности, к электрическому проводу в случае линии электропередачи.
Более конкретно характеристики изобретения указаны в отличительных частях независимых пунктов формулы изобретения.
Указанный объект предпочтительно представляет собой объект, который динамически реагирует на действия природных сил, в частности линия электропередачи, в которой провод, свободно висящий между опорами, колеблется под действием ветра. При этом провес провода линии электропередачи или другой сравнимый параметр можно определить путем простого измерения. Так, например, измеряя период колебаний одного провода, можно рассчитать вертикальное отклонение провода от горизонтали, описывающее провес провода, при помощи кинематической или математической модели.
Кинетическое состояние объекта предпочтительно контролировать при помощи датчика ускорения. При этом блок обработки данных устройства обеспечивает расчет периода колебаний на основании данных измерения ускорения, полученных датчиком ускорения, и/или вертикального отклонения согласно модели маятника для колеблющегося объекта. Величина периода колебаний и/или вертикальное отклонение позволяют определить, например, имеет ли место чрезмерный провес провода линии электропередачи. С другой стороны, определение кинетического состояния может также указывать, контактирует ли провод с препятствиями, в частности с упавшими деревьями, или ветвями, или с деревьями, которые мешают нормальным колебаниям провода.
Система согласно изобретению для контроля, в частности, линий электропередач и других объектов сотового и сетевого типа содержит центр управления, множество удаленных устройств вышеописанного вида, прикрепленных к ячейкам объекта или к элементам сети, для локального определения их состояния и для беспроводной передачи информации об их состоянии в центр управления.
Способ контроля состояния объектов сотового или сетевого типа согласно изобретению включает измерение кинетического состояния или изменения кинетического состояния объекта, определение параметра, описывающего состояние объекта, на основе данных измерения и передачу параметра, описывающего состояние объекта, по меньшей мере, частично беспроводным способом, в центр управления.
Изобретение имеет существенные достоинства. Данные о состоянии сети, получаемые при помощи устройства согласно изобретению, дают возможность прогнозировать необходимость технического обслуживания электрической сети и гибко контролировать проблемные точки. Благодаря контролю в режиме реального времени, который можно также осуществлять централизованно, можно значительно повысить надежность эксплуатации и технического обслуживания электрической сети. Поскольку устройство согласно изобретению может быть также изготовлено с низкими затратами и оно уменьшает потребность в ручном контроле, его экономическая эффективность является весьма существенной.
Указанное устройство также может быть установлено на проводе без отключения напряжения во время установки, что значительно экономит монтажные расходы.
В целом, можно сказать, что настоящее изобретение отличается от конкурентных технических решений своей экономической эффективностью и простотой установки.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено описание вариантов осуществления и других достоинств изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены:
фигура 1 - схематическое изображение устройства согласно одному варианту осуществления изобретения,
фигура 2 - вид сбоку линии электропередачи с устройствами контроля состояния согласно изобретению, установленными между опорами,
фигура 3 - иллюстрация принципа действия изобретения согласно одному варианту осуществления,
фигура 4 - принципиальная блок-схема способа согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 показано устройство 10 дистанционного контроля согласно изобретению, содержащее датчик 12 ускорения, блок 14 обработки данных и блок 16 беспроводной связи, функционально связанные друг с другом.
Устройство 10 предпочтительно содержит также батарею (не показана), которая снабжает энергией компоненты устройства. Согласно предпочтительному варианту осуществления устройство содержит также средство для зарядки батареи (не показано). Такое средство для зарядки может включать, например, индукционную петлю или катушку, позволяющую получать энергию для зарядки от линии электропередачи, к которой прикреплено устройство. Для применения устройства можно установить такой цикл, при котором батарею можно заряжать в паузах между рабочими периодами. Устройство можно активировать, например, при помощи датчика ускорения, когда кинетическое состояние провода является достаточным для проведения измерения. Ветер создает возбуждение для перемещения.
Согласно альтернативному варианту осуществления средство для зарядки может содержать, например, панель солнечных батарей или ветровой электрогенератор.
Компоненты устройства предпочтительно выполнены в виде одного объединенного блока, защищенного от атмосферных воздействий.
На фигурах 2 и 3 показан вариант осуществления устройства 10А, 10В, предназначенного для прикрепления к электрическому проводу. При этом корпус устройства может содержать средство для захвата воздушного провода. Так, например, корпус может содержать проводной канал, зажим, бандаж или т.п. для обеспечения его надежного прикрепления к проводу. Средство захвата предпочтительно позволяет присоединять устройство к воздушному проводу без отрезания провода или его съема с опоры.
На фигурах 2 и 3 опоры обозначены ссылочными номерами 20А, 20В и 20С, в то время как воздушные провода между ними - ссылочными номерами 22А и 22В. Для контроля состояния линии электропередачи датчик ускорения установлен таким образом, чтобы он определял, по существу, горизонтальное колебание, перпендикулярное направлению линии электропередачи, как показано на фигуре 3, поскольку в этом направлении колебание провода 22А, вызываемое ветром 24, является максимальным и наиболее простым для определения и моделирования. Иными словами, датчик ускорения используется для измерения поперечного ускорения провода, которое затем позволяет определить период колебаний. Далее на основании этих данных, используя математическую формулу маятника, можно рассчитать вертикальное отклонение (L) относительно прямой линии.
Кинематическую модель провеса провода линии электропередачи можно упростить, приведя ее в соответствие с поведением математического маятника и учитывая коэффициенты влияния помех, связанных с сопротивлением воздуха, упругостью провода, расположением и подвешиванием массы. При этом вертикальное отклонение от горизонтали (L), т.е. провес провода, можно рассчитать, например, следующим образом, используя простую модель математического маятника: L=g*(Т/2π)*x, где L - ускорение силы тяжести, T - период колебаний, x - коэффициент, учитывающий влияние помех.
Расчет периода колебаний и/или вертикального отклонения на основе результата измерения предпочтительно выполняется при помощи микропроцессора, расположенного в блоке обработки данных устройства. При этом следует понимать, что по меньшей мере часть вычислений можно производить также в центре управления. Однако наиболее предпочтительно, по меньшей мере, период колебаний определять удаленным устройством, чтобы минимизировать объем данных, подлежащих передаче. Удаленное устройство можно выполнить таким образом, чтобы оно передавало данные о состоянии провода в центр управления через определенные временные интервалы независимо от состояния провода или только в том случае, если параметр, описывающий состояние, превышает определенное допустимое значение или диапазон.
Фигура 4 иллюстрирует основной принцип контроля состояния согласно изобретению. На операции 42 измеряется кинетическое состояние объекта. На операции 44 на основании результата измерения кинетического состояния определяется параметр, описывающий состояние объекта. На операции 46 осуществляется беспроводная передача указанного параметра в центр управления. В центре управления на основе данных, передаваемых удаленными устройствами, производится контроль состояния всей электрической сети или ее части.
Беспроводное соединение можно получить при помощи операторской сети, в частности сотовой телефонной сети или сети передачи данных. Согласно другому варианту осуществления соединение осуществляется путем маршрутизации сигналов вдоль линии с использованием измерительных устройств. В этом случае средства связи устройств обеспечивают связь с другим соответствующим устройством для передачи параметра, описывающего состояние устройства, по цепи от одного устройства к другому соответствующему устройству, возможно, по всему пути до центра управления. Систему можно также реализовать в виде комбинации этих вариантов, т.е. вначале осуществлять сбор данных о состоянии одной ветви сети путем маршрутизации к одному устройству, а затем - передавать данные в центр управления по операторской сети.
Как очевидно из приведенного выше описания, изобретение является пригодным, в частности, для контроля состояния электрических сетей и линий электропередач. Другие возможные области применения включают другие объекты, которые подвергаются воздействию ветра или иных природных факторов, в частности различные антенны и соединительные опоры, которые также могут быть расположены на обширной территории.
Согласно одному варианту осуществления провес объекта, способного перемещаться, в частности провода линии электропередачи, определяется путем определения независимой позиции или при помощи динамического измерения, как описано выше. В этом варианте осуществления одна ось трехмерного датчика ускорения зафиксирована параллельно направлению линии электропередачи, таким образом, эта известная ось всегда параллельна проводу. Средства прикрепления датчика к проводу, по существу, известны. Две другие оси датчика ускорения используются для определения поворота провода, который происходит, когда длина провода изменяется. Результирующая величина поворотного движения используется вместе с третьей осью для определения провеса провода, при этом получается первый параметр. Иными словами, трехмерное ускоренное перемещение используется для измерения позиции, т.е. угла провеса, при этом направление составляющей ускорения, возникающей под действием силы тяжести, определяется на основании данных измерения, полученных датчиком. Размах колебаний определенной точки между двумя опорами измеряется путем определения периода колебаний и ускорения при помощи трехмерного датчика ускорения, присоединенного к проводу. Для этого определения используется второй параметр, который задается отдельной расчетной моделью. Можно использовать несколько измерительных устройств одновременно, предпочтительно - в беспроводной сети, при этом дублирование измерительных устройств обеспечивает высокую надежность. Волновая форма колебания образует третий параметр для анализа провеса провода.
1. Устройство (10А, 10В) для контроля провеса объектов (22А, 22В), способных перемещаться, в частности электрических проводов электрической сети, при этом указанное устройство (10А, 10В) выполнено с возможностью прикрепления к контролируемому объекту (22А, 22В) и содержит:
- датчик (12) ускорения,
- блок (14) обработки данных, функционально соединенный с датчиком (12) ускорения, и
- средство связи для беспроводной передачи данных от блока (14) обработки данных на внешнее устройство,
отличающееся тем, что указанный датчик (12) ускорения выполнен с возможностью определения перемещения или изменения перемещения устройства (10А, 10В),
при этом блок (14) обработки данных выполнен с возможностью
определения параметра, описывающего состояние объекта (22А, 22В), на основе данных о перемещении, полученных от датчика (12) ускорения,
расчета периода колебаний устройства (10А, 10В) на основе данных измерения ускорения, полученных датчиком (12) ускорения, и
расчета вертикального отклонения объекта (22А, 22В) при помощи математической формулы маятника объекта (22А, 22В), в которой вертикальное отклонение сравнимо с провесом указанного объекта (22А, 22В).
2. Устройство (10А, 10В) по п. 1, отличающееся тем, что указанное устройство (10А, 10В) выполнено с возможностью работы в энергосберегающем дежурном режиме с переходом в режим измерения через определенные интервалы времени или когда датчик (12) ускорения определяет наличие соответствующего кинетического состояния.
3. Устройство (10А, 10В) по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит средство прикрепления к электрическому проводу.
4. Устройство (10А, 10В) по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит средство, предпочтительно - индуктивное, для получения рабочей энергии для устройства от линии электропередачи и, при необходимости, средство для зарядки рабочей энергией.
5. Устройство (10А, 10В) по п. 1, отличающееся тем, что средства связи предусматривают использование сотовой телефонной сети.
6. Устройство (10А, 10В) по п. 1, отличающееся тем, что средства связи выполнены с возможностью связи с другим соответствующим устройством для передачи параметра, описывающего состояние объекта (22А, 22В), по цепи от одного устройства (10A, 10В) другому соответствующему устройству.
7. Устройство (10А, 10В) по п. 1, отличающееся тем, что указанный датчик (12) ускорения представляет собой трехмерный датчик ускорения, выполненный с возможностью определения позиции устройства (10А, 10В) таким образом, чтобы данные измерения, полученные датчиком (12) ускорения, можно было использовать для определения направления составляющей ускорения, возникающей под действием силы тяжести.
8. Система контроля провеса объектов (22А, 22В) сотового или сетевого типа, в частности проводов линий электропередач, содержащая
- центр управления,
- множество удаленных устройств (10А, 10В), присоединенных к ячейкам или компонентам сети объекта (22А, 22В) и выполненных с возможностью локального контроля их состояния и беспроводной передачи данных о состоянии в центр управления, отличающаяся тем, что в качестве удаленных устройств (10А, 10В) используются устройства (10А, 10В) по одному из пп. 1-7.
9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что центр управления содержит базу данных, содержащую географические местоположения указанного множества удаленных устройств (10А, 10В).
10. Способ контроля провеса объектов (22А, 22В) сотового или сетевого типа, включающий:
- измерение кинетического состояния или изменения кинетического состояния объекта (22А, 22В) при помощи удаленного устройства (10А, 10В),
- определение параметра, описывающего состояние объекта (22А, 22В), на основе данных измерения,
- передачу параметра, описывающего состояние объекта (22А, 22В), по меньшей мере, частично беспроводным способом, в центр управления, отличающийся тем, что в качестве удаленных устройств (10А, 10В) используют устройства (10А, 10В) по одному из пп. 1-7.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что удаленное устройство (10А, 10В) используют для определения поперечного ускорения электрического провода под действием ветра, параметр, сравнимый с провесом провода линии электропередачи, рассчитывают на основе поперечного ускорения и осуществляют беспроводную передачу параметра, сравнимого с провесом провода, в центр управления.
12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что используют множество удаленных устройств (10А, 10В), расположенных в различных частях объекта (22А, 22В), в частности в промежутках между опорами, и осуществляют передачу параметра, описывающего состояние объекта (22А, 22В), от указанного множества удаленных устройств (10А, 10В) в центр управления.
13. Способ по п. 10, отличающийся тем, что для определения позиции используют трехмерное измерение ускорения, с тем чтобы определить направление составляющей ускорения, возникающей под действием силы тяжести, по данным измерения, полученным датчиком (12) ускорения.
