Устройство для определения места повреждения линии электропередачи

Авторы патента:

Козлов Владимир Николаевич (RU)

Булычев Александр Витальевич (RU)

Ильин Владимир Федорович (RU)

Ермаков Константин Игоревич (RU)

Кирюшин Максим Игоревич (RU)

Бойко Олег Анатольевич (RU)

G01R31/08 - определение местоположения повреждений в кабелях, линиях передачи энергии или в сетях (схемы защиты электрических линий, машин и приборов H02H)

Владельцы патента RU 2763876:

Публичное акционерное общество "Россети Ленэнерго" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для определения места повреждения линий электропередачи в электрических сетях среднего класса напряжения. Технический результат: повышение точности определения места повреждения. Сущность: устройство для определения места повреждения линии электропередачи состоит из двух полукомплектов, подключенных к соответствующим концам линии электропередачи. Каждый полукомплект содержит два измерительных блока, измерительный блок, вход которого подключен к измерительным трансформаторным преобразователям на соответствующем конце линии электропередачи, блок сравнения с пороговыми величинами, вход которого подключен к выходу первого измерительного блока, блок приема сигналов глобального точного времени от спутниковой системы, блок регистрации электрических сигналов с повышенным временным разрешением, у которого первый вход подключен к выходу первого измерительного блока, второй вход подключен к выходу блока сравнения с пороговыми величинами, третий вход подключен к выходу блока приема сигналов глобального точного времени от спутниковой системы, и блок вычислителя места повреждения линии электропередачи, у которого вход подключен к выходу блока регистрации электрических сигналов, а выход связан через порт связи по каналу связи с аналогичным портом связи второго полукомплекта. Каждый полукомплект дополнительно содержит второй измерительный блок, выполненный с возможностью приема широкополосных частотных сигналов, и датчик ВЧ сигнала. Выход второго измерительного блока подключен к четвертому входу блока регистрации электрических сигналов, а вход соединен с выходом датчика ВЧ сигнала, подключенного через конденсаторный блок по меньшей мере к одной фазе линии на соответствующем конце линии электропередачи. 1 ил.

Известно техническое решение для определения места повреждения линии электропередачи волновым методом с двухсторонним измерением [1], содержащее средства измерения токов и напряжений на концах линии электропередачи, сравнения их с соответствующими пороговыми величинами и фиксирования моментов прихода фронта электромагнитной волны, возникающей в месте короткого замыкания и распространяющейся к концам линий, посредством остановки счетчика хронирующих импульсов, передаваемых по каналам связи и обеспечивающих синхронность хода счетчиков (привязку моментов отсчета) на обоих концах линии электропередачи. Место повреждения вычисляют путем суммирования половинной длины линии и половинного произведения разности времени прихода фронта на концы линии на скорость распространения электромагнитных волн вдоль линии.

Недостатком его является низкая точность, обусловленная тем, что моменты прихода фронта электромагнитной волны к концам линии, соотносят с моментами фиксирования аварийного переходного тока или напряжения, амплитуда и фаза которых может существенно отличаться от реальных параметров электромагнитной волны.

Известно устройство [2], содержащее на каждом конце линии блок измерителя напряжения и токов линии электропередачи, блок выделения аварийного сигнала и вычисления коэффициента эксцесса, компаратор и таймер, счетный вход которого связан блоком, принимающим сигналы от спутниковой навигационной системы. Фиксируемые таймерами временные интервалы передаются на блок вычислителя места повреждения.

Недостатки устройства обусловлены следующими факторами.

Момент начала переходного процесса определяется разовым процессом выделения аварийного сигнала и вычисления коэффициента эксцесса в условиях скользящего временного окна, которым инициируется процесс срабатывания компаратора и пуска таймера. В результате, всевозможные негативные факторы, в том числе и аппаратные шумы, могут оказывать существенное влияние на момент пуска таймера, которым определяется метка времени прихода фронта электромагнитной волны. Следовательно, при разовой процедуре выделения метки времени вероятность неточного определения места повреждения оказывается очень высокой.

Наиболее близким по технической сущности решением является устройство [3], принятое за прототип, которое состоит из двух полукомплектов, размещенных на соответствующих концах линии электропередачи, каждый из которых содержит следующие функциональные блоки: измерительный блок электрических величин, связанный с измерительными трансформаторными преобразователями напряжения и тока, установленными на концах линии; блока сравнения с пороговыми величинами; блок приема сигнала глобального точного времени от спутниковой системы и блока регистрации измеренных с повышенным временным разрешением электрических величин, связанного через порт связи по каналу связи с аналогичным портом второго полукомплекта.

В этом устройстве момент прихода фронта электромагнитной волны на соответствующий конец линии электропередачи определяется посредством детального анализа исходного сигнала, содержащего волновую составляющую, что дает возможность несколько точнее определять место повреждения, чем в рассмотренном выше аналоге.

Однако, применение этого устройства эффективно лишь в тех случаях, когда выделяемая из исходного сигнала волновая составляющая не сильно искажена. На практике в цепях с типовыми измерительными трансформаторами, представляющими явно неоднородную по отношении к линии электропередачи среду распространения для электромагнитной волны, волновая составляющая подвергается значительным искажениям. Этот фактор определяет высокую вероятность неточного определения места повреждения.

Целью предложенного изобретения является повышение точности определения места повреждения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения места повреждения линии электропередачи, состоящем из двух полукомплектов, подключенных к соответствующим концам линии электропередачи, каждый полукомплект содержит первый измерительный блок, вход которого подключен к измерительным трансформаторным преобразователям на соответствующем конце линии электропередачи, блок сравнения с пороговыми величинами, вход которого подключен к выходу первого измерительного блока, блок приема сигналов глобального точного времени от спутниковой системы, блок регистрации электрических сигналов с повышенным временным разрешением, у которого первый вход подключен к выходу первого измерительного блока, второй вход подключен к выходу блока сравнения с пороговыми величинами, третий вход подключен к выходу блока приема сигналов глобального точного времени от спутниковой системы, и блок вычислителя места повреждения линии электропередачи, у которого вход подключен к выходу блока регистрации электрических сигналов, а выход связан через порт связи по каналу связи с аналогичным портом связи второго полукомплекта, отличающееся тем, что в каждый полукомплект дополнительно введен второй измерительный блок, выполненный с возможностью приема широкополосных частотных сигналов, у которого выход подключен к четвертому входу блока регистрации электрических сигналов, а вход соединен с выходом введенного в устройство датчика ВЧ сигнала, подключенного через конденсаторный блок к фазам линии на соответствующем конце линии электропередачи.

Причем датчик ВЧ сигнала подключен, по меньшей мере, к одной фазе линии.

Сравнительный анализ заявленного технического решения с известными аналогами и прототипом, показал, что оно содержит новые элементы и новые связи, призванные повысить точность и расширить его применение. Технический результат достигается за счет использование в каждом полукомплекте дополнительных средств приема и измерения широкополосного сигнала, обеспечивающих возможность достаточно точно фиксировать волновые процессы.

По мнению авторов, заявленное изобретение представляет собой новое и оригинальное техническое решение, которое существенно отличается от ранее известных, и соответствует критериям «изобретательского уровня» и «новизны».

На чертеже (Фиг. 1) приведена структурная схема предложенного устройства.

Схема содержит линию электропередачи 1 с местом повреждения 2. На одном конце 3 линии 1 установлен первый полукомплект 4 устройства, на противоположном конце 5 линии 1 установлен аналогичный второй полукомплект 6. Полукомплект 4 содержит первый измерительный блок 7, у которого вход подключен к измерительным трансформаторным преобразователям 8, установленным на соответствующем конце линии, и второй измерительный блок 9, выполненный с расширенной полосой рабочих частот, у которого вход подключен к выходу датчика ВЧ сигнала 10, связанного через конденсаторный блок 11 с фазами линии. Выход первого измерительного блока 7 соединен с входом блока сравнения с пороговыми величинами 12 и первым входом блока регистрации электрических сигналов с повышенным временным разрешением 13, у которого второй вход подключен к выходу блока сравнения 12, третий вход подключен к выходу второго измерительного блока 9 и четвертый вход подключен к выходу блока приема сигнала глобального точного времени 14. Выход блока 13 подключен к входу блока вычислителя места повреждения 15, который связан через порт связи 16 по каналу связи 17 с аналогичным портом связи второго полукомплекта 6.

Устройство работает следующим образом. В нормальном режиме первый измерительный блок 7 первого полукомплекта 4 и аналогичный блок второго полукомплекта 6 осуществляют с помощью трансформаторных преобразователей 8 измерение текущего напряжения на концах линии. Второй измерительный блок 9 первого полукомплекта 4 и аналогичный блок второго полукомплекта 6 измеряют с помощью датчиков ВЧ сигналов быстрые волновые процессы на линии электропередачи. При коротком замыкании на линии инициируется переходной процесс, сопровождающийся возникновением в месте повреждения 2 электромагнитной волны, которая распространяется на противоположные концы 3 и 5 по всем фазам линии электропередачи. В обоих полукомплектах 4 и 6 по факту превышения поступающих на вход блоков 7 электрических сигналов пороговой величины, установленной блоком сравнения 12, осуществляет пуск блока 13, регистрирующего начальный этап развития переходного процесса (сигналы, поступившие от блока 7) и волнового процесса (сигналы от блока 9). Записанные с высоким временным разрешением сигналы переходного и волнового процессов обуславливают высокое информационные наполнение данных, передаваемых блоку 15 для вычисления момента времени прихода фронта электромагнитной волны. Синхронность записи блоком 13 первого полукомплекта 4 и аналогичным блоком второго полукомплекта 6 осуществляется с помощью сигналов глобального точного времени, принимаемых блоком 14 от спутниковой системы.

Определение метки времени прихода электромагнитной волны к концу линии 3 производится блоком 15 посредством детальной обработки данных блока 13. По каналу связи 17 производится обмен метками времени между полукомплектами 4 и 6, используемыми для вычисления расстояния до места повреждения 2 линии электропередачи.

В предложенном техническом решении блок конденсаторов 11, связывающий выход датчика 10 с фазными линиями, может быть реализован на основе 3-х конденсаторов связи, у которых первые выводы присоединены к соответствующим фазным линиям, а вторые выводы объединены и присоединены к входу датчика 10. Поскольку, возникающая в месте повреждения электромагнитная волна распространяется одновременно по трем фазам линии, то для ее измерения может быть достаточной связь только с одной фазой линии, т.е. возможно использование блока 11 с одним конденсатором связи.

Использование в устройстве дополнительно введенных средств приема и измерения дают возможность регистрировать сигналы, которые наиболее строго отображают волновые процессы на линии электропередачи, и определять достаточно точно моменты времени прихода фронта электромагнитной волны на концы линии электропередачи. Предложенное техническое решения обеспечивает повышенную точность и может широко применятся в электрических сетях с напряжением 6-35 кВ.

Источники информации

1. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. - М.: Энергоатомиздат, 1982, стр. 18-19.

2. Патент РФ № 2475768 МПК G01R 31/08, опубл. 20.02.2013, бюл. № 5.

3. Патент РФ № 2700294 МПК G01R 31/08, опубл. 16.09.2019, бюл. № 26 (прототип).

Устройство для определения места повреждения линии электропередачи, состоящее из двух полукомплектов, подключенных к соответствующим концам линии электропередачи, каждый полукомплект содержит первый измерительный блок, вход которого подключен к измерительным трансформаторным преобразователям на соответствующем конце линии электропередачи, блок сравнения с пороговыми величинами, вход которого подключен к выходу первого измерительного блока, блок приема сигналов глобального точного времени от спутниковой системы, блок регистрации электрических сигналов с повышенным временным разрешением, у которого первый вход подключен к выходу первого измерительного блока, второй вход подключен к выходу блока сравнения с пороговыми величинами, третий вход подключен к выходу блока приема сигналов глобального точного времени от спутниковой системы, и блок вычислителя места повреждения линии электропередачи, у которого вход подключен к выходу блока регистрации электрических сигналов, а выход связан через порт связи по каналу связи с аналогичным портом связи второго полукомплекта, отличающееся тем, что в каждый полукомплект дополнительно введен второй измерительный блок, выполненный с возможностью приема широкополосных частотных сигналов, у которого выход подключен к четвертому входу блока регистрации электрических сигналов, а вход соединен с выходом введенного в устройство датчика ВЧ сигнала, подключенного через конденсаторный блок по меньшей мере к одной фазе на соответствующем конце линии электропередачи.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение возможности защиты линии электропередачи от удалённого короткого замыкания на участке линии электропередачи за точкой установки защитного коммутационного аппарата.

Способ контроля глубины прокладки оптического кабеля // 2762849

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля глубины прокладки оптического кабеля, в том числе кабеля без проводящих элементов. Сущность: согласно способу контроля глубины прокладки оптического кабеля создают направленное акустическое воздействие на кабель и с помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра измеряют характеристику обратного рассеяния оптического волокна, при этом сигнал акустического воздействия формируют от двух источников направленного акустического воздействия с сигналами на выходе, одинаковыми по уровню, но разными по частоте, расположенными вертикально над кабелем на известном расстоянии друг от друга так, что один источник направленного акустического воздействия располагается на поверхности над кабелем, а второй источник направленного акустического воздействия - над ним, строго вертикально на известном расстоянии H, по характеристике обратного рассеяния оптического волокна, измеренной помощью фазочувствительного импульсного оптического рефлектометра, определяют амплитуды сигналов на частотах источников акустического воздействия и оценивают глубину прокладки оптического кабеля по расстоянию от кабеля до поверхности над кабелем h, которое рассчитывают по формуле , где - амплитуды сигналов на частотах источников акустического воздействия , измеряемые в месте воздействия, от источника акустического воздействия, расположенного на поверхности над кабелем и над ним на расстоянии H по вертикали соответственно.

Способ электронного маркирования трассы оптоволоконного кабеля // 2762706

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения трассы прокладки оптоволоконного кабеля, проложенного в кабельной канализации и, в частности, по технологии «микрокабель в микротрубке» в транспортной многоканальной коммуникации. Технической задачей заявленного способа является разработка способа маркировки оптоволоконного кабеля.

Способ и контрольное устройство для измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля // 2762249

Группа изобретений относится к области измерения импульсов частичного разряда экранированного кабеля. Техническим результатом является повышение точности измерения.

Устройство неразрушающего контроля неисправностей в электрической сети // 2762125

Устройство неразрушающего контроля неисправностей в электрической сети, содержит вводной щит, к которому через электрическую сеть, переходное сопротивление и датчики тока подключены две электроустановки. К электрической сети последовательно подключены высоковольтный делитель, фильтр низких частот, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, первый и второй индикаторы.

Способ поиска трассы прокладки оптического кабеля // 2761591

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для поиска трассы прокладки оптического кабеля. Техническим результатом является способ повышения точности нахождения трассы прокладки оптического кабеля, который заключается в создании направленного акусто-вибрационного воздействия на трассу прокладки кабеля, источник которого перемещается продольно-поперечно относительно предполагаемой трассы, посредством управления по отдельному каналу связи.

Способ поиска трассы прокладки оптического кабеля // 2761591

Автоматизированный испытательный комплекс для наземной экспериментальной отработки систем электроснабжения космических аппаратов // 2760729

Автоматизированный испытательный комплекс для наземной экспериментальной отработки систем электроснабжения космических аппаратов относится к преобразовательной технике и может быть использован при наземных испытаниях систем электроснабжения космических аппаратов, получающих электроэнергию от имитаторов солнечных батарей и от имитаторов аккумуляторных батарей.

Обнаружение повреждений // 2760101

Изобретения относятся к обнаружению повреждений в изоляционном слое изолированного проводника, проложенного под поверхностью земли. Сущность: локатор содержит магнитометр, выполненный с возможностью обнаружения магнитного поля, генерируемого переменным током, и генерации сигнала тока на основе обнаруженного магнитного поля, и содержит приемник градиента переменного напряжения, содержащий пару датчиков, выполненных с возможностью электрического контакта с поверхностью земли.

Устройство для определения места повреждения силового кабеля // 2754183

Изобретение относится к электротехнике. Устройство для определения места повреждения силового кабеля содержит статические генераторы звуковой и ультразвуковой частоты, на выходе которых установлен выполненный с возможностью подключения к силовому кабелю и имеющий выход «Тире», выход «Точка» и зажим «Общий» блок кодирования, при этом в приемной аппаратуре дополнительно установлены стабилизаторы частоты и блок индикации, имеющий входы и дисплей, при этом дисплей блока индикации выполнен с возможностью индикации амплитуды поступающего на его первый вход сигнала частотой 1000 Гц зеленым цветом, а амплитуды поступающего на его второй вход сигнала частотой 60000 Гц - красным цветом.

Медицинское устройство и способ обнаружения короткого замыкания в нем // 2763983

Группа изобретений относится к медицине, а именно к медицинскому устройству для введения в организм медицинской жидкости или для управления введением в организм медицинской жидкости, а также способу обнаружения короткого замыкания в нем. Устройство содержит пользовательский интерфейс, связанный с электронной схемой, подключенной к первому и второму портам контроллера. Электронная схема обеспечивает возможность обнаружения контроллером воздействия на пользовательский интерфейс. При этом настраивают первый порт в качестве выходного. Подают на первый порт первого сигнала. Получают со второго порта второй сигнал. Выполняют на основании второго сигнала определение того, произошло ли короткое замыкание. Вырабатывают в соответствующем случае сигнал предупреждения о коротком замыкании. Электронная схема содержит первую и вторую линии, соединяющие первый и второй порты контроллера с первой и второй площадками соответственно. Первая и вторая площадки подключены через первый и второй резисторы соответственно к напряжению питания и подключены соответственно через первый и второй выключатели, связанные с первой и второй пользовательскими кнопками, к напряжению земли. Обеспечивается выработка сигнала предупреждения в случае короткого замыкания в медицинском устройстве во избежание ошибочного распознавания воздействия пользователем только на одну кнопку устройства как одновременного воздействия на первую и вторую пользовательские кнопки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.