Способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для обнаружения гололеда на проводах линии электропередачи. Технический результат заключается в повышении надежности обнаружения появления гололеда, резком упрощении и удешевлении технической реализации метода. Отличительным признакам предлагаемого способа обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи является то, что по линии электропередачи передают непрерывный синусоидальный высокочастотный сигнал, который имеет весьма узкий спектр и не мешает работе высокочастотной аппаратуры ЛЭП (ВЧ - защиты и ВЧ - связь). 2 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для обнаружения гололеда на проводах линии электропередачи.

Известен способ обнаружения гололеда, основанный на контроле изменения емкости линии "провод-земля" при появлении гололеда (А.с. СССР №448527, МПК H02 07/16, 30.10.1974). Недостатком известного способа является малая чувствительность и, вследствие этого, низкая достоверность информации о начале образования гололеда.

Известен способ обнаружения гололеда на проводах линии электропередачи, включающий локацию участка провода зондирующими импульсами и контроль параметра, связанного с изменением условий их распространения по участку провода при появлении гололеда (Казадаев А.П., Лившиц А.Л., Рудакова P.M. О датчиках гололеда для воздушных линий электропередачи. Материалы II Всесоюзного совещания "Плавка гололеда на воздушных линиях электропередачи". Уфа. 1975, с.165-174). В известном способе с помощью приемного устройства производят фиксацию импульсного сигнала, частично отраженного от ближней границы зоны обледенения, а в качестве контрольного параметра используют время распространения зондирующих импульсов от начала участка провода до ближней границы зоны обледенения и обратно.

Однако фиксация частично отраженных импульсов существенно затруднена при плавном изменении толщины гололедных отложений вдоль провода, что обычно наблюдается на практике, так как амплитуда импульса при этом нарастает медленно и он плохо выделяется среди помех. В том случае, когда провод равномерно покрыт гололедом по всей длине, известный способ не обеспечивает обнаружения появления гололеда. Кроме того, в данном способе очень высоки требования к чувствительности и помехозащищенности приемного устройства отраженных импульсов.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ обнаружения образования гололеда на проводах линии электропередачи, включающий локацию участка провода зондирующими импульсами и контроль параметра, связанного с изменением условий их распространения по участку провода при появлении гололеда (патент РФ №2287883, МПК H02G 7/16, 20.11.2006). Отличием способа является то, что участок провода ограничивают высокочастотными заградителями, в качестве контрольного параметра принимают время распространения зондирующих импульсов от начала ограниченного участка провода до его конца и обратно, определяют среднее значение температуры этого участка провода, а о появлении гололеда судят по изменению времени распространения зондирующих импульсов, вызванному появлением гололеда, с учетом влияния на контролируемый параметр температурного изменения длины участка провода.

Основным недостатком данного способа обнаружения гололеда является трудность достижения необходимой точности измерения времени распространения зондирующих импульсов от начала ограниченного участка провода до его конца и обратно. Кроме того, импульсный зондирующий сигнал имеет широкий спектр, который может мешать нормальной работе высокочастотной аппаратуры ЛЭП (ВЧ - защиты и ВЧ - связь).

Задача изобретения - повышение надежности обнаружения появления гололеда, резкое упрощение и удешевление технической реализации метода.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи используют передачу по линии электропередачи высокочастотного сигнала от начала линии до конца линии, и контроль параметра, связанного с изменением условий распространения высокочастотного сигнала по участку провода при появлении гололеда.

Отличительным признаком предлагаемого способа обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи является то, что передают непрерывный синусоидальный высокочастотный сигнал, четверть длины волны λ высокочастотного сигнала кратна длине L линии электропередачи, резонансные условия L=n·λ/4 поддерживают фазовой автоподстройкой частоты F высокочастотного сигнала, используя разность фаз между током и напряжением высокочастотного сигнала в начале линии, в качестве контрольного параметра принимают время распространения высокочастотного сигнала от начала линии до конца линии, которое вычисляют из частоты F высокочастотного сигнала, определяют среднее значение температуры этого участка провода, а о появлении гололеда судят по изменению времени распространения высокочастотного сигнала, вызванному появлением гололеда, с учетом влияния на контролируемый параметр температурного изменения длины участка провода.

Благодаря этому повышается точность измерения времени прохождения высокочастотного сигнала и, соответственно, надежность обнаружения появления гололеда, упрощается техническая реализация метода. Во первых, передается непрерывный высокочастотный сигнал, благодаря чему точность измерения времени прохождения высокочастотного сигнала может быть получена сколь угодно большой (за счет того, что общая энергия непрерывного сигнала за время измерения значительно больше энергии импульсного сигнала той же амплитуды). Во вторых, высокочастотный сигнал имеет весьма узкий спектр, который не мешает работе высокочастотной аппаратуры ЛЭП (ВЧ - защиты и ВЧ - связь).

Практическая ценность предлагаемого способа связана и с тем, что техническая реализация метода значительно проще и дешевле: не требуется высокоскоростной записи импульсной рефлектограммы, резко упрощается математическая обработка для получения контрольного параметра - времени распространения высокочастотного сигнала от начала ограниченного участка провода до его конца.

Предлагаемый способ иллюстрируют чертежи: фиг.1 - показана зависимость входного сопротивления линии электропередачи от длины линии; фиг.2 - демонстрирует пример практической реализации, функциональная схема предлагаемого способа.

При подаче на участок линии электропередачи непрерывного синусоидального высокочастотного сигнала с частотой F и длиной волны λ сигнал отражается от концов линии, многократно проходя линию электропередачи, - на линии электропередачи образуется высокочастотная стоячая волна. В зависимости от соотношения λ/4 и длины линии L входное сопротивление линии Zвх будет иметь разный характер.

- Если длина линии L короче λ/4 (пункт 1 на фиг.1) - Zвх будет иметь емкостный характер: высокочастотный ток опережает высокочастотное напряжение.

- Если длина линии L равна λ/4 (пункт 2 на фиг.1) - Zвх будет мал и иметь активный характер; высокочастотный ток совпадает по фазе с высокочастотным напряжением. При этом эквивалентная схема линии - последовательный LC колебательный контур.

- Если длина линии L больше λ/4 (пункт 3 на фиг.1) - Zвх будет иметь индуктивный характер: высокочастотный ток отстает от высокочастотного напряжения.

- Если длина линии L равна 2·λ/4 (пункт 4 на фиг.1) - Zвх будет иметь большое значение и иметь активный характер: высокочастотный ток совпадает по фазе с высокочастотным напряжением. При этом эквивалентная схема линии - параллельный LC колебательный контур.

При дальнейшем повышении длины линии поведение линии периодически (с периодом, равным λ/2 - за счет двойного прохождения сигнала по линии) повторяет поведение, показанное на фиг.1. Следует заметить, что описанное выше поведение линии будет наблюдаться, если отраженный от противоположного конца линии высокочастотный сигнал дойдет до начала линии (будет иметь измеримую амплитуду).

Пример практической реализации способа иллюстрирует фиг.2, где показана функциональная схема предлагаемого способа. На линию электропередачи 5 генератор 6 подает высокочастотный сигнал. На фазовый детектор 7 подается высокочастотное напряжение 8 и ток 9, на основе этих сигналов фазовый детектор 7 определяет фазу φ высокочастотного тока 9 относительно высокочастотного напряжения 8. Величина фазы φ подается с фазового детектора 7 на генератор 6 и обеспечивает фазовую автоподстройку частоты генератора 6 - обеспечивает соблюдение резонансного условия L=n·λ/4, где n - целое число. Блок вычислений 10 на основе величины частоты генератора 6 определяет величину гололедных отложений на линии электропередачи.

Для простоты, допустим значение n - не четное, рассмотрим работу фазовой автоподстройки частоты генератора 6.

- При соблюдении резонансного условия L=n·λ/4 - фазы высокочастотного тока и напряжения совпадают (пункт 2 на фиг.1), то есть величина φ=0 и автоподстройка частоты не работает.

- Если длина линии L>n·X/4 - высокочастотный ток отстает от напряжения, то есть величина φ<0 (пункт 3 на фиг.1). В результате фазовая автоподстройка понижает частоту F генератора 6, что увеличивает длину волны λ и возвращает схему к резонансному условию L=n·λ/4.

- Если длина линии L<n·λ/4 - высокочастотный ток опережает напряжение, то есть величина φ>0 (пункт 1 на фиг.1). В результате фазовая автоподстройка повышает частоту F генератора 6, что уменьшает длину волны λ и возвращает схему к резонансному условию L=n·λ/4.

Таким образом, фазовая автоподстройка частоты F генератора 6 поддерживает резонансное условие L=n·λ/4. Геометрическая длина линии L имеет постоянное значение (если пренебрежем изменением длины линии при изменении температуры проводов линии), значит имеет постоянное значение и длина волны λ высокочастотного сигнала.

Допустим в нормальном состоянии, при отсутствии гололеда, частота генератора 6 будет иметь значение Fo и скорость распространения электромагнитных волн вдоль линии Со, при этом они связаны соотношением: λ=Co/Fo. При известной частоте Fo и длине линии L=n·λ/4 - можно определить скорость распространения электромагнитных волн вдоль линии Со:

Появление гололедных образований на линии электропередачи приводит к замедлению скорости распространения электромагнитных волн вдоль линии до значения С1 и частота генератора понижается до величины F1. Поскольку длина волны λ постоянна (за счет резонансного условия L=n·λ/4), то постоянно отношение скорости электромагнитных волн вдоль линии к частоте:

При известных значениях Со, Fo, F1 - из (2) можно сосчитать С1, и определить величину гололедных отложений на линии электропередачи, поскольку величина замедления скорости электромагнитных волн вдоль линии электропередачи определяется величиной гололедных отложений.

Для проведения измерений величины гололедных отложений необходимо измерять частоту генератора 6, измерение частоты наиболее простая и точная операция, точность измерения легко достигается до величин 10^-5-10^-6.

Гололедные отложения приводят к замедлению скорости распространения электромагнитных волн вдоль линии примерно на 1%, это приводит к изменению частоты генератора 6 тоже на 1% - то есть предлагаемый метод измерения гололедных отложений занимает весьма узкий спектр частот, и не мешает работе высокочастотной связи и высокочастотных защит на линии электропередачи.

Приведенные оценки показывают неоспоримые, очевидные преимущества предлагаемого метода перед прототипом.

Повышение точности, надежности определения образования гололеда на проводах линии электропередачи позволит своевременно провести профилактический нагрев проводов, что уменьшит вероятность возникновения аварий. Дешевизна технической реализации предлагаемого метода обеспечит широкое распространение устройств обнаружения гололеда, которые основаны на предлагаемом способе.

Способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи, включающий передачу по линии электропередачи высокочастотного сигнала от начала линии до конца линии, и контроль параметра, связанного с изменением условий распространения высокочастотного сигнала по линии электропередачи при появлении гололеда, отличающийся тем, что передают непрерывный синусоидальный высокочастотный сигнал, четверть длины волны λ высокочастотного сигнала кратна длине L линии электропередачи, резонансные условия L=n·λ/4 поддерживают фазовой автоподстройкой частоты F высокочастотного сигнала, используя разность фаз между током и напряжением высокочастотного сигнала в начале линии, в качестве контрольного параметра принимают время распространения высокочастотного сигнала от начала линии до конца линии, которое вычисляют из частоты F высокочастотного сигнала, определяют среднее значение температуры этого участка провода, а о появлении гололеда судят по изменению времени распространения высокочастотного сигнала, вызванному появлением гололеда, с учетом влияния на контролируемый параметр температурного изменения длины участка провода.