Устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи

 

Изобретение может быть использовано для раннего обнаружения гололедообразования на воздушных линиях электропередачи. Технический результат изобретения - расширение функциональных возможностей путем одновременного непрерывного контроля отдельно гололедной и ветровой нагрузок, что необходимо для раннего обнаружения гололедообразования и прогнозирования "пляски" проводов. Магнитоупругий датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с фазным проводом, контролирует полную нагрузку на воздушную линию электропередачи. Благодаря подключению двух управляемых нелинейных преобразователей между магнитоупругим датчиком силы и двумя каналами телепередачи с измерительными приборами, первый из них измеряет гололедную составляющую полной нагрузки, второй - ветровую составляющую. Управление преобразователями осуществляется от двух магнитных трансформаторов тока с суммирующим усилителем и блоком деления. 4 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для раннего обнаружения гололедообразования и прогнозирования "пляски" проводов на воздушных линиях электропередачи.

Известны устройства для непрерывного контроля гололедной нагрузки на воздушных линиях электропередачи с измерительным элементом силы, выполненным в виде магнитоупругого датчика, подвешенного между траверсой опоры и гирляндой изоляторов [1-2].

Недостатком этих устройств является то, что они контролируют полную нагрузку на воздушную линию как гололедную, так и ветровую, а необходимость отстройки от ветровой нагрузки затрудняет своевременное (раннее) обнаружение гололедообразования и принятие решения на проведение организационно-технических мероприятий по предотвращению гололедной аварии.

Известно устройство для дискретного контроля гололедной нагрузки на воздушных линиях электропередачи с измерительным элементом силы - датчиком гололеда, у которого ложные срабатывания при ветровых нагрузках исключаются путем его закрепления в специальной шарнирно-рычажной системе, выполненной из двух цепочек, каждая из которых состоит из последовательных звеньев, шарнирно соединенных между собой [3].

Недостатком этого устройства является усложнение конструкции и снижение надежности подвески проводов, а также невозможность контроля ветровой нагрузки, что необходимо для прогнозирования гололедообразования и "пляски" проводов.

Известно "Устройство для измерения силы" [4], являющееся наиболее близким аналогом. Устройство содержит магнитоупругий датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов и подключенный через блок выделения амплитуды сигнала и канал телепередачи к измерительному прибору, а также датчик тока с блоком выделения амплитуды сигнала и блок деления.

Устройство отличается повышенной точностью измерения полной нагрузки на воздушную линию электропередачи, но не разделяет ее на гололедную и ветровую, поэтому не может обеспечить раннее обнаружение гололедообразования.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи раннего обнаружения гололедообразования и прогнозирования "пляски" проводов на воздушных линиях электропередачи и представляет собой устройство для одновременного измерения гололедной и ветровой нагрузок.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в устройство, содержащее магнитоупругий датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с фазным проводом и подключенный через первый блок выделения амплитуды сигнала и первый канал телепередачи к первому измерительному прибору, а также первый датчик тока с вторым блоком выделения амплитуды сигнала, подключенным к первому входу блока деления, дополнительно введены суммирующий усилитель между вторым блоком выделения амплитуды сигнала и первым входом блока деления и второй датчик тока, который подключен ко второму входу введенного суммирующего усилителя и ко второму входу блока деления, выход которого подключен к управляющим входам двух дополнительно введенных нелинейных преобразователей, первый из которых включен между первым блоком выделения амплитуды сигнала и первым каналом телепередачи, а второй включен между первым блоком выделения амплитуды сигнала и дополнительно введенным вторым каналом телепередачи с подключенным к нему вторым измерительным прибором, причем в качестве первого датчика тока использован укрепленный на траверсе опоры магнитный трансформатор тока [5] с осью, совпадающей с осью гирлянды изоляторов при отсутствии ветровой нагрузки, а в качестве второго датчика тока использован магнитный трансформатор тока, совмещенный с магнитоупругим датчиком силы и с ориентацией оси перпендикулярно оси гирлянды изоляторов в плоскости, проходящей через ось гирлянды изоляторов перпендикулярно оси фазного провода.

Сущность заявляемого изобретения поясняется функциональной схемой устройства, приведенной на фиг. 1; на фиг. 2 приведена схема расположения датчиков; на фиг. 3 показан параллелограмм сил, приложенных к фазному проводу; на фиг. 4 - пример схем первого и второго нелинейных преобразователей и блока деления.

Устройство на фиг. 1 содержит магнитоупругий датчик силы 1, подключенный через первый блок выделения амплитуды сигнала 2 к входам первого и второго нелинейных преобразователей 3 и 4. Выход первого нелинейного преобразователя 3 подключен через первый канал телепередачи 5 к первому измерительному прибору 6, а выход второго нелинейного преобразователя 4 подключен через второй канал телепередачи 7 к второму измерительному прибору 8. Первый датчик тока 9 через второй блок выделения амплитуды сигнала 10 и суммирующий усилитель 11 подключен к первому входу блока деления 12, а второй датчик тока 13 подключен к второму входу суммирующего усилителями и к второму входу блока деления 12. Выход блока деления подключен к управляющим входам нелинейных преобразователей 3 и 4.

На фиг. 2 показана схема расположения датчиков 1, 9, 13 относительно траверсы опоры 14, гирлянды изоляторов 15 и фазного провода 16. Положение провода 16' соответствует ветровой нагрузке, вызывающей отклонение от вертикали оси гирлянды изоляторов 15 на угол α На фиг. 3 показан параллелограмм сил, приложенных к фазному проводу, где P_c - полная нагрузка; P_в - ветровая нагрузка: P_rΣ - гололедная нагрузка вместе с весом гирлянды изоляторов и фазного провода.

На фиг. 4 показан пример схем первого и второго нелинейных преобразователей 3 и 4, выполненных на операционных усилителях, и схемы блока дискретного деления 12, выполненного на нескольких ("n") компараторах с регулируемыми коэффициентами C₁...C_n по инверсным входам.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии ветровой нагрузки полная нагрузка равна гололедной (вместе с весом гирлянды изоляторов и фазного провода). Напряжение на выходе магнитоупругого датчика силы 1) пропорциональное полной нагрузке, через блоки 2, 3, 5 поступает на первый измерительный прибор 6, указывающий отклонение принятого сигнала от постоянного значения, пропорционального весу гирлянды изоляторов и фазного провода, т.е. гололедную нагрузку. Напряжение на выходе первого датчика тока 9, наводимое током в проводе 16, равно нулю благодаря принятому расположению первого датчика тока 9 (фиг. 2), но наводится токами в проводах других фаз. Эта составляющая напряжения первого датчика 9 компенсируется выходным напряжением второго датчика тока 13 в суммирующем усилителе 11, поэтому напряжение на первом входе блока деления 12 равно нулю и компараторы блока дискретного деления (фиг. 4) не срабатывают, т.е. вход нелинейного преобразователя 4 отключен, напряжение на его выходе равно нулю и показание второго измерительного прибора 8 равно нулю.

При наличии ветровой нагрузки ось гирлянды изоляторов 15 отклоняется на угол α (фиг. 2). Появляется напряжение на выходе первого датчика тока 9, монотонно зависящее от угла α . Поскольку второй датчик тока 13 поворачивается вместе с гирляндой изоляторов 15, напряжение на его выходе практически не зависит от угла α , а определяется только током фазного провода. Чем больше угол α, тем выше напряжение на первом входе блока деления 12 и большее число компараторов срабатывает, вызывая соответствующее уменьшение коэффициента передачи первого нелинейного преобразователя 3 и увеличение коэффициента передачи второго нелинейного преобразователя 4. Параметры нелинейных преобразователей таковы, что напряжение на выходе первого из них пропорционально гололедной нагрузке P_rΣ (вместе с весом гирлянды и провода), а напряжение на выходе второго - пропорционально ветровой нагрузке P_в. Поэтому первый измерительный прибор 6, благодаря компенсации в нем веса гирлянды и провода, указывает гололедную нагрузку, а второй измерительный прибор 8 указывает ветровую нагрузку. Измерение только гололедной нагрузки первым измерительным прибором 6, а не полной нагрузки, обеспечивает возможность раннего обнаружения гололедообразования и своевременного принятия решения на проведение организационно-технических мероприятий по предотвращению гололедной аварии. Измерение ветровой нагрузки вторым измерительным прибором 8 используется для прогнозирования гололедообразования и "пляски" проводов.

Источники информации 1. А.С. 1173473 (СССР). Датчик гололедографа/ А.П.Костенко, Ю.С.Мильский и др.//15.08.85. Бюл. N 30.

2 А. С. 1539885 (СССР). Устройство для контроля гололедной нагрузки на проводах или тросах линий электропередачи /Ю.И.Лысков, В.С.Молодцов, М.М.Середин //30.01.90. Бюл. N4.

3. А. С. 938345 (СССР). Устройство для подвески проводов линий электропередачи /В.Г. Каган, В.Х. Ишкин// 23.06.82. Бюл. N 23.

4. А.С. 1280348 (СССР). Устройство для измерения силы /B.C. Молодцов, М. М.Середин//30.12.86. Бюл. N 48.

5. Казанский В. Е. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Изд. 2-е. Гл.4. Магнитные трансформаторы тока. - М.: Энергия, 1969. 184 с.

Формула изобретения

Устройство для измерения гололедной и ветровой нагрузок на воздушных линиях электропередачи, содержащее магнитоупругий датчик силы, подвешенный между траверсой опоры и гирляндой изоляторов с фазным проводом и подключенный через первый блок выделения амплитуды сигнала и первый канал телепередачи к первому измерительному прибору, а также первый датчик тока с вторым блоком выделения амплитуды сигнала, подключенным к первому входу блока деления, отличающееся тем, что дополнительно введены суммирующий усилитель между вторым блоком выделения амплитуды сигнала и первым входом блока деления и второй датчик тока, который подключен ко второму входу введенного суммирующего усилителя и к второму входу блока деления, выход которого подключен к управляющим входам двух дополнительно введенных нелинейных преобразователей, первый из которых включен между первым блоком выделения амплитуды сигнала и первым каналом телепередачи и напряжение на выходе которого пропорционально гололедной нагрузке, а второй включен между первым блоком выделения амплитуды сигнала и дополнительно введенным вторым каналом телепередачи с подключенным к нему вторым измерительным прибором и напряжение на выходе которого пропорционально ветровой нагрузке, причем в качестве первого датчика тока использован укрепленный на траверсе опоры магнитный трансформатор тока с осью, совпадающей с осью гирлянды изоляторов при отсутствии ветровой нагрузки, а в качестве второго датчика тока использован магнитный трансформатор тока, совмещенный с магнитоупругим датчиком силы и с ориентацией оси перпендикулярно оси гирлянды изоляторов в плоскости, проходящей через ось гирлянды изоляторов перпендикулярно оси фазного провода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4