способ диагностики высоковольтной линии электропередачи

Формула изобретения

Способ диагностики высоковольтной воздушной линии электропередачи, заключающийся в регистрации электрических высокочастотных импульсов вблизи линии электропередачи с помощью измерительной аппаратуры (электромагнитного датчика и подключенного к нему цифрового запоминающего осциллографа) путем вдольтрассового облета линии электропередачи, отличающийся тем, что измерительную аппаратуру перемещают вдоль трассы линии с помощью автоматически управляемого маломерного беспилотного летательного аппарата (БЛА), для этого в процессе полета измеряют напряженность электрического поля, создаваемого проводами линии, с помощью датчиков, расположенных на концах крыльев БЛА, вычисляют среднее значение напряженности электрического поля Е_ср=(Е_п+Е_л)/2 (где Е _л и E_п - действующие значения напряженности электрического поля, измеренные на левом и правом концах крыльев) и сравнивают его с наперед заданным значением Е₀, определяющим вертикальное положение летательного аппарата относительно проводов линии электропередачи, при пилотировании БЛА под проводами линии электропередачи и выполнении условия Е_ср<Е ₀ посредством системы автоматического пилотирования, находящейся на БЛА, воздействуют на руль высоты и увеличивают ее (т.е. уменьшают расстояние от провода до БЛА), при Е_ср>Е₀ высоту уменьшают (увеличивают расстояние от провода до БЛА); вдольтрассовое положение БЛА автоматически поддерживают, воздействуя на киль, на основе разности измеренных напряженностей электрического поля ( Е=Е_п-Е_л), при положительном значении Е воздействуют на киль и смещают БЛА вправо, при отрицательном значении Е направляют летательный аппарат влево; при пилотировании БЛА над проводами линии электропередачи и изменении Е_ср и Е действуют соответственно на руль высоты и киль БЛА обратным образом по отношению к способу пилотирования БЛА под проводами линии электропередачи; измерительную информацию, поступающую от цифрового осциллографа, и текущие координаты БЛА получают во время полета посредством GPS- или ГЛОНАСС - навигаторов и записывают в долговременную память портативного компьютера, расположенного на БЛА.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для локации дефектов в изоляции воздушных высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), дефектов монтажа проводов и арматуры, набросов на провода и т.д.

Известен способ диагностики высоковольтной воздушной линии электропередачи, основанный на измерении интенсивности электромагнитного излучения в видимой части спектра (Овсянников А.Г., Левичев В.Ю., Сибиряков В.Г. Электронно-оптический дефектоскоп «Филин-3». // Приборы и техника эксперимента. - 1987, № 2). Для этого в темное время суток измеряют интенсивность свечения, создаваемого короной на дефектной изоляции высоковольтной линии электропередачи, и сопоставляют с интенсивностью свечения на неповрежденной изоляции. Недостаток такого способа - трудоемкость диагностики, требующая обхода всей линии электропередачи, а также необходимость выполнения измерений в темное время суток.

Известен также способ диагностики высоковольтной воздушной линии электропередачи (принятый в качестве прототипа), который осуществляется путем измерения интенсивности электромагнитного излучения (высокочастотных импульсов) в области частот от сотен кГц до единиц МГц путем вдольтрассового облета линий электропередачи (Дикой В.П., Овсянников А.Г. Электромагнитная аэроинспекция воздушных линий электропередачи. // Электрические станции, № 3, 1999). Диагностика и локация повреждений (дефектов) выполняется путем сопоставления (временной привязки) записи видеоизображения линии электропередачи, полученной в процессе облета линии, с участками одновременно записанной осциллограммы, на которых интенсивность электромагнитного высокочастотного излучения имеет повышенное значение. Недостатком этого способа является значительная сложность и трудоемкость его реализации.

Таким образом, анализ современного состояния уровня техники показывает, что задачей изобретения является создание более простого и нетрудоемкого в реализации способа диагностики дефектов на ЛЭП.

Эта задача достигается тем, что в известном способе диагностики высоковольтной воздушной линии электропередачи, основанном на регистрации электрических высокочастотных импульсов вблизи линии электропередачи с помощью измерительной аппаратуры (электромагнитного датчика и подключенного к нему цифрового запоминающего осциллографа) путем вдольтрассового облета линии электропередачи, измерительную аппаратуру перемещают вдоль трассы линии с помощью автоматически управляемого маломерного беспилотного летательного аппарата (БЛА). Для этого в процессе полета измеряют напряженность электрического поля, создаваемого проводами линии, с помощью датчиков, расположенных на концах крыльев БЛА, вычисляют среднее значение напряженности электрического поля E_ср=(E_п+E_л )/2 (где E_л и E_п - действующие значения напряженности электрического поля, измеренные на левом и правом концах крыльев) и сравнивают его с наперед заданным значением E₀, определяющим вертикальное положение летательного аппарата относительно проводов линии электропередачи. При пилотировании БЛА под проводами линии электропередачи и выполнении условия E_ср<E₀ посредством системы автоматического пилотирования, находящейся на БЛА, воздействуют на руль высоты и увеличивают ее (т.е. уменьшают расстояние от провода до БЛА). При E_ср>E₀ высоту уменьшают (увеличивают расстояние от провода до БЛА). Вдольтрассовое положение БЛА автоматически поддерживают, воздействуя на киль, на основе разности измеренных напряженностей электрического поля ( E=E_п-E_л). При положительном значении DE воздействуют на киль и смещают БЛА вправо, при отрицательном значении DE направляют летательный аппарат влево. При пилотировании БЛА над проводами линии электропередачи и изменении E_ср и E действуют, соответственно, на руль высоты и киль БЛА обратным образом по отношению к способу пилотирования БЛА под проводами линии электропередачи. Измерительную информацию, поступающую от цифрового осциллографа, и текущие координаты БЛА получают во время полета посредством GPS- или ГЛОНАСС - навигаторов и записывают в долговременную память портативного компьютера, расположенного на БЛА.

На фиг.1 показаны провода линии электропередачи (1), кривые равной напряженности электрического поля (2) и области (3), и (5) возможного расположения автоматически управляемого маломерного БЛА (4) в процессе диагностического облета высоковольтной воздушной ЛЭП; на фиг.2 - пример трассы ЛЭП (1) с прямолинейными участками I и II, и участками (пунктирные стрелки), где управление БЛА (2) выполняется в ручном (радиоуправляемом) режиме.

Способ осуществляется следующим образом. На БЛА устанавливают измерительную аппаратуру: электромагнитный датчик высокочастотного излучения и цифровой осциллограф. С помощью устройства радиоуправления (в ручном режиме) располагают БЛА под или над проводами воздушной ЛЭП, выполненной на опорах портального типа, и по радиоканалу включают устройство автоматического пилотирования, задавая расстояние до провода (высоту полета) величиной E₀. На концах крыльев устанавливают датчики (устройства) измерения электрического поля. Измеренное на концах крыльев и усредненное по двум датчикам значение напряженности электрического поля E_ср вводят в систему автоматического пилотирования летательным аппаратом. Если в процессе облета ЛЭП беспилотный летательный аппарат располагают под проводами ЛЭП, то при уменьшении в процессе полета средней напряженности электрического поля E_ср вырабатывается сигнал, воздействующий на руль высоты и приводящий к ее увеличению относительно земли (т.е. к уменьшению расстояния от летательного аппарата до провода). Увеличение средней напряженности поля E _ср, наоборот, используют для уменьшения высоты полета (увеличения расстояния до проводов).

При расположении летательного аппарата под проводами (в областях 3 - фиг.1) напряженность электрического поля, измеряемая на концах крыльев, имеет одинаковое значение, и система автоматического пилотирования не воздействует на киль летательного аппарата. При превышении напряженности поля, измеряемой на конце правого (по отношению к направлению движения) крыла БЛА (E_п), над напряженностью на конце левого крыла E_л, разностное значение DE положительно (DE>0), и вырабатывается сигнал, воздействующий на киль и заставляющий выполнять смещение БЛА вправо. Когда DE<0, вырабатывается сигнал для смещения БЛА влево. Таким образом, БЛА в полете находится (автоматически пилотируется) в области 3 (фиг.1).

В случае пилотирования БЛА над проводами ЛЭП (в зоне 5 - фиг.1) воздействуют на руль высоты и киль БЛА обратным образом по отношению к случаю пилотирования под проводами ЛЭП: при снижении E _ср воздействуют на руль высоты и уменьшают ее; при DE>0 вырабатывают сигнал и воздействуют на киль для смещения БЛА влево.

Полет БЛА вдоль участков, где направление линии мало отличается от прямолинейного, выполняется в полностью автоматическом режиме. На участках, где линия резко изменяет свое направление от прямолинейного, и у системы автоматического управления недостаточна чувствительность, для верного изменения траектории полета БЛА оператор, находящийся на участке резкого изменения направления линии, отключает по радиоуправляемому устройству систему автопилотирования и выполняет перевод БЛА в требуемую зону полета (3) или (5) в ручном (радиоуправляемом) режиме (фиг.2 - пунктирные стрелки), после чего повторно включает систему автопилотирования. На конечном участке диагностируемой линии электропередачи посредством устройства радиоуправления БЛА переводят в ручной режим управления и выполняют его посадку на ровную площадку.

Пример. В соответствии с фиг.1 вертикальное положение летательного аппарата - приблизительно на расстоянии S=5 метров ниже центрального провода ЛЭП задают значением напряженности электрического поля, равным E₀ 600 кВ/м. При увеличении в процессе автопилотирования напряженности электрического поля E_ср относительно заданного выше значения E₀ вырабатывается сигнал управления, воздействующий на руль высоты для уменьшения высоты полета БЛА (т.е. для увеличения расстояния S). При горизонтальном смещении БЛА относительно центрального провода на расстояние 1 м разность напряженностей электрического поля DE (измеренная на высоте ~5 м ниже центрального провода) составляет ~150 кВ/м. При смещении БЛА влево на 1 м DE 150 кВ/м (DE>0) посредством системы автоматического пилотирования воздействуют на киль и направляют БЛА вправо; при смещении БЛА вправо - DE<0 и БЛА направляют влево.

Пилотирование БЛА в области 5 (над проводами ЛЭП - фиг.1) выполняют, воздействуя на руль высоты и киль обратным образом по отношению к случаю пилотирования в областях 3 (под проводами ЛЭП).

Для минимизации искажения электрического поля, создаваемого зарядами на проводах линии электропередачи, крылья БЛА изготавливаются из изоляционного материала, диэлектрическая проницаемость которого максимально приближается к диэлектрической проницаемости воздуха. Информацию от устройств измерения напряженности электрического поля, находящихся на концах крыльев, передают в систему автоматического пилотирования посредством гальванической (например, оптической) развязки.

Таким образом, места дефектов на линии электропередачи, локально создающие коронный или поверхностный разряды, т.е. инициирующие высокочастотное электромагнитное излучение, определяются посредством несложной и нетрудоемкой аэродиагностики с помощью маломерного недорогого беспилотного летательного аппарата.