способ определения места повреждения кабеля линий электропередачи и связи с помощью метода маркера и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи, состоящий в том, что на вход объекта измерения воздействуют зондирующими импульсами, принимают отраженные импульсы, подвергают их усилению по закону, обратному закону затухания импульсов, фиксируют время прихода импульса, отраженного от места повреждения или конца линии, и определяют расстояние до места повреждения или до конца линии по интервалу времени между моментом зондирования и моментом прихода отраженного импульса, преобразуют разнополярные импульсы от обрыва и короткого замыкания в однополярные, формируют однополярное медленно падающее пилообразное напряжение, в момент равенства преобразованного и пилообразного напряжения фиксируют их, формируют опорное напряжение, преобразуют опорное напряжение в напряжение укорочения и преобразуют временной интервал между моментом прихода отраженного импульса и моментом зондирования в напряжение расстояния, отличающийся тем, что дополнительно используя радиоканал, передают импульс, соответствующий началу периода измерения, импульсы, соответствующие моментам прихода отраженных импульсов, импульс, соответствующий концу периода измерения, с помощью радиоприемного устройства блока обработки информации, находящегося у оператора на трассе кабельной линии, принимают импульс, соответствующий началу периода измерения, импульсы, соответствующие моментам прихода отраженных импульсов, и импульс, соответствующий концу периода измерения, также с помощью приемного устройства принимают зондирующий импульс в месте нахождения оператора на трассе кабельной линии, подвергают его усилению по закону, обратному закону затухания импульсов, фиксируют время прихода импульса на приемное устройство, преобразуют в маркер, увеличивая это время в два раза, определяют расстояние до места нахождения оператора на трассе кабельной линии по интервалу времени между импульсом, соответствующим моменту прихода отраженного импульса, соответствующего месту повреждения, и маркером, сравнивают расстояние до места повреждения и расстояние до места нахождения оператора.

2. Устройство для определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи, содержащее генератор зондирующих импульсов, первый тактовый генератор, формирователь импульсов начала и окончания счета, первый коммутатор, первый датчик расстояния, формирователь импульсов записи и обнуления, формирователь порогового напряжения, функциональный приемник, датчик укорочения, второй коммутатор, элемент сравнения, детектор, первый аналогово-цифровой преобразователь, первый блок цифровой индикации, отличающееся тем, что введены блок формирования импульса, соответствующего началу периода измерения и импульса, соответствующего концу периода измерения, вход которого подключен к первому выходу первого тактового генератора, блок формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов, вход которого подключен ко второму выходу формирователя импульсов начала и окончания счета, блок кодирования импульсов, первый вход которого подключен ко второму выходу блока формирования импульса, соответствующего началу периода измерения и импульса, соответствующего концу периода измерения, второй вход подключен к первому выходу блока формирования импульса, соответствующего началу периода измерения и импульса, соответствующего концу периода измерения, а третий вход подключен к выходу блока формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов, радиопередающий блок, первый вход которого подключен к выходу блока кодирования импульсов, а его выход подключен к антенне, а также приемное устройство, принимающее зондирующий импульс, проходящий по кабельной линии электропередачи и связи, подключенное к блоку обработки информации, который также находится у оператора на трассе кабельной линии.

3. Устройство для определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи по п.2, отличающееся тем, что блок обработки информации содержит приемную антенну, радиоприемное устройство; вход которого подключен к приемной антенне, блок декодирования импульсов, вход которого подключен к выходу радиоприемного устройства, усилитель-детектор, вход которого подключен к выходу приемного устройства, второй датчик расстояния, первый вход которого подключен к первому выходу блока декодирования импульсов, второй вход подключен к выходу усилителя-детектора, второй аналогово-цифровой преобразователь, первый вход которого подключен к первому выходу блока декодирования импульсов, второй вход подключен ко второму выходу блока декодирования импульсов, третий вход подключен к третьему выходу блока декодирования импульсов, а четвертый вход подключен к выходу второго датчика расстояния, второй блок цифровой индикации, вход которого подключен к выходу второго аналогово-цифрового преобразователя, второй генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к третьему входу второго датчика расстояния.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при создании приборов для определения места обрыва и короткого замыкания в линиях электропередачи и связи и определении их длины.

Известен способ определения расстояния до места повреждения, основанный на локационном способе [1], являющийся предварительным способом определения расстояния до места повреждения, так как он не учитывает особенностей прокладки кабелей линий электропередачи и связи на местности, т.е. он не привязан к топографическому плану прокладки кабеля, что приводит к погрешностям в определении места повреждения кабеля линии электропередачи или связи.

Известен наиболее близкий к предлагаемому способ определения расстояния до места повреждения и длины проводов и кабелей линий электропередачи и связи, основанный на локационном способе [2], при котором автоматически измеряется расстояние с заданной точностью до конца линии или повреждения независимо от вида повреждения: "обрыв" или "короткое замыкание". Способ состоит в том, что на вход объекта измерения воздействуют зондирующими импульсами, принимают отраженные импульсы, подвергают их усилению по закону, обратному закону затухания импульсов, фиксируют время прихода импульса, отраженного от места повреждения или конца линии, и определяют расстояние до места повреждения или до конца линии по интервалу времени между моментом зондирования и моментом прихода отраженного импульса, преобразуют разнополярные импульсы от обрыва и короткого замыкания в однополярные, формируют однополярное медленно падающее пилообразное напряжение, в момент равенства преобразованного и пилообразного напряжения фиксируют их, формируют опорное напряжение, преобразуют опорное напряжение в напряжение укорочения и преобразуют временной интервал между моментом прихода отраженного импульса и моментом зондирования в напряжение расстояния.

Способ имеет следующие недостатки: снижается точность определения расстояния до места повреждения из-за несовпадения длины кабеля и длины трассы кабельной линии; снижается точность определения расстояния до места повреждения за счет изменения волнового сопротивления кабеля и его повива; для точного определения места повреждения кабельной линии необходимо дополнительно применять другие способы [3].

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении точности определения места повреждения и сокращении времени поиска повреждений кабелей линий электропередачи и связи.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном способе определения расстояния до места повреждения кабелей линий электропередачи и связи, при котором на вход объекта измерения воздействуют зондирующими импульсами, принимают отраженные импульсы, подвергают их усилению по закону, обратному закону затухания импульсов, фиксируют время прихода импульса, отраженного от места повреждения или конца линии, и определяют расстояние до места повреждения или до конца линии по интервалу времени между моментом зондирования и моментом прихода отраженного импульса, преобразуют разнополярные импульсы от обрыва и короткого замыкания в однополярные, формируют однополярное медленно падающее пилообразное напряжение, в момент равенства преобразованного и пилообразного напряжения фиксируют их, формируют опорное напряжение, преобразуют опорное напряжение в напряжение укорочения и преобразуют временной интервал между моментом прихода отраженного импульса и моментом зондирования в напряжение расстояния, согласно изобретению дополнительно используя радиоканал, передают импульс, соответствующий началу периода измерения, импульсы, соответствующие моментам прихода отраженных импульсов, импульс, соответствующий концу периода измерения, с помощью радиоприемного устройства блока обработки информации, находящегося у оператора на трассе кабельной линии, принимают импульс, соответствующий началу периода измерения, импульсы, соответствующие моментам прихода отраженных импульсов, и импульс, соответствующий концу периода измерения, также с помощью приемного устройства принимают зондирующий импульс в месте нахождения оператора на трассе кабельной линии, подвергают его усилению по закону, обратному закону затухания импульсов, фиксируют время прихода импульса на приемное устройство, преобразуют в маркер, увеличивая это время в два раза, определяют расстояние до места нахождения оператора на трассе кабельной линии по интервалу времени между импульсом, соответствующим моменту прихода отраженного импульса, соответствующего месту повреждения, и маркером, сравнивают расстояние до места повреждения и расстояние до места нахождения оператора.

Кроме того, поставленная техническая задача решается тем, что в известное устройство [2] для определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи, содержащее генератор зондирующих импульсов, первый тактовый генератор, формирователь импульсов начала и окончания счета, первый коммутатор, первый датчик расстояния, формирователь импульсов записи и обнуления, формирователь порогового напряжения, функциональный приемник, датчик укорочения, второй коммутатор, элемент сравнения, детектор, первый аналогово-цифровой преобразователь, первый блок цифровой индикации, согласно изобретению введены блок формирования импульса, соответствующего началу периода измерения, и импульса, соответствующего концу периода измерения, вход которого подключен к первому выходу первого тактового генератора, блок формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов, вход которого подключен ко второму выходу формирователя импульсов начала и окончания счета, блок кодирования импульсов, первый вход которого подключен ко второму выходу блока формирования импульса, соответствующего началу периода измерения, и импульса, соответствующего концу периода измерения, второй вход которого подключен к первому выходу блока формирования импульса, соответствующего началу периода измерения, и импульса, соответствующего концу периода измерения, а третий вход подключен к выходу блока формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов, радиопередающий блок, первый вход которого подключен к выходу блока кодирования импульсов, а его выход подключен к антенне, а также приемное устройство, принимающее зондирующий импульс, проходящий по кабельной линии электропередачи и связи, подключенное к блоку обработки информации, который также находится у оператора на трассе кабельной линии.

Кроме того, блок обработки информации содержит приемную антенну, радиоприемное устройство, вход которого подключен к приемной антенне, блок декодирования импульсов, вход которого подключен к выходу радиоприемного устройства, усилитель-детектор, вход которого подключен к выходу приемного устройства, второй датчик расстояния, первый вход которого подключен к первому выходу блока декодирования импульсов, второй вход которого подключен к выходу усилителя-детектора, второй аналогово-цифровой преобразователь, первый вход которого подключен к первому выходу блока декодирования импульсов, второй вход подключен ко второму выходу блока декодирования импульсов, третий вход которого подключен к третьему выходу блока декодирования импульсов, а четвертый вход подключен к выходу второго датчика расстояния, второй блок цифровой индикации, вход которого подключен к выходу второго аналогово-цифрового преобразователя, второй генератор тактовых импульсов, вход которого подключен к третьему входу второго датчика расстояния.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи с помощью метода маркера, при котором расстояние до места повреждения преобразуют в соответствующий интервал времени; на фиг. 2 - схематическое изображение применения устройства, реализующего данный способ определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи с помощью метода маркера; на фиг. 3 - временные диаграммы работы блоков устройства, реализующего способ определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи с помощью метода маркера.

Структурная схема устройства, реализующего способ определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи с помощью метода маркера (фиг. 1), содержит: генератор зондирующих импульсов 1, первый тактовый генератор 2, формирователь импульсов начала и окончания счета 3, первый коммутатор 4, первый датчик расстояния 5, формирователь импульсов записи и обнуления 6, формирователь порогового напряжения 7, функциональный приемник 8, датчик укорочения 9, второй коммутатор 10, элемент сравнения 11, детектор 12, первый аналого-цифровой преобразователь 13, первый блок цифровой индикации 14, блок формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов 15, блок формирования импульса, соответствующего началу периода измерения, и импульса, соответствующего концу периода измерения 16, блок кодирования импульсов 17, радиопередающий блок 18, радиоприемное устройство 19, блок декодирования импульсов 20, второй аналогово-цифровой преобразователь 21, приемное устройство 22, усилитель-детектор 23, второй датчик расстояния 24, второй блок цифровой индикации 25, второй генератор тактовых импульсов 26. Блоки 1-18 и передающая антенна объединены в базовый блок 27, блоки 19-21, 22-26 и приемная антенна объединены в блок обработки информации 29.

Первый выход генератора зондирующих импульсов 1 подключен к третьему входу формирователя порогового напряжения 7, второй выход генератора зондирующих импульсов 1 подключен к первому входу первого коммутатора 4, первый выход первого тактового генератора 2 подключен ко входу генератора зондирующих импульсов 1, ко второму входу функционального приемника 8 и ко входу блока формирования импульса 16, соответствующего началу периода измерения и импульса, соответствующего концу периода измерения, второй выход первого тактового генератора 2 подключен к первому входу формирователя импульсов начала и окончания счета 3, третий выход первого тактового генератора 2 подключен к первому входу первого датчика расстояния 5, первый выход формирователя импульсов начала и окончания счета 3 подключен ко входу первого тактового генератора 2, второй выход формирователя импульсов начала и окончания счета 3 подключен к первому входу формирователя импульсов записи и обнуления 6 и ко входу блока формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов 15, третий выход формирователя импульсов начала и окончания счета 3 подключен к первому входу формирователя порогового напряжения 7, первый симметричный выход первого коммутатора 4 подключен к кабельной линии электроснабжения или связи, второй симметричный выход первого коммутатора подключен ко входу детектора 12, третий выход первого коммутатора 4 подключен ко входу функционального приемника 8, выход первого датчика расстояния 5 подключен к первому входу датчика укорочения 9, первый выход формирователя импульсов записи и обнуления 6 подключен ко второму входу датчика расстояния 5, второй выход формирователя импульсов записи и обнуления 6 подключен к третьему входу датчика расстояния 5, третий выход формирователя импульсов записи и обнуления 6 подключен ко второму входу формирователя порогового напряжения 7, выход формирователя порогового напряжения 7 подключен к первому входу элемента сравнения 11, симметричный выход функционального приемника 8 подключен ко второму входу первого коммутатора 4, выход датчика укорочения 9 подключен ко входу первого аналого-цифрового преобразователя 13, первый выход второго коммутатора 10 подключен ко второму входу датчика укорочения 9, второй выход второго коммутатора 10 подключен к третьему входу датчика укорочения 9, выход элемента сравнения 11 подключен ко второму входу формирователя импульсов начала и окончания счета 3, выход детектора 12 подключен ко второму входу элемента сравнения 11, выход первого аналого-цифрового преобразователя 13 подключен ко входу первого блока цифровой индикации 14, выход блока формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов 15, подключен к третьему входу блока кодирования импульсов 17, первый выход блока формирования импульса, соответствующего началу периода измерения и импульса, соответствующего концу периода измерения 16, подключен ко второму входу блока кодирования импульсов 17, второй выход блока формирования импульса, соответствующего началу периода измерения и импульса, соответствующего концу периода измерения 16, подключен к первому входу блока кодирования импульсов 17, выход блока кодирования импульсов 17 подключен к радиопередающему блоку 18, выход которого подключен к антенне, радиоприемное устройство 19, вход которого подключен к приемной антенне, выход которого подключен ко входу блока декодирования импульсов 20, первый выход блока декодирования импульсов 20 подключен к первому входу второго аналогово-цифрового преобразователя 21 и к первому входу второго датчика расстояния 24, второй выход блока декодирования импульсов 20 подключен ко второму входу второго аналогово-цифрового преобразователя 21, третий выход блока декодирования импульсов 20 подключен к третьему входу второго аналогово-цифрового преобразователя 21, приемное устройство 22, принимающее зондирующий импульс, проходящий по кабельной линии электропередачи и связи в месте нахождения оператора, подключенный к усилителю-детектору 23, выход усилителя-детектора 23 подключен ко второму входу второго датчика расстояния 24, выход второго датчика расстояния 24 подключен к четвертому входу второго аналогово-цифрового преобразователя 21, выход второго аналогово-цифрового преобразователя 21 подключен ко входу второго блока цифровой индикации 25, выход второго тактового генератора 26 подключен к третьему входу второго датчика расстояния 24.

На фиг. 2 изображены: приемное устройство 22, базовый блок 27, соединительные провода 28, блок обработки информации 29, кабельная линии электропередачи или связи 30, поверхность земли 31, оператор 32, зондирующий импульс в месте нахождения оператора 33, противоположный конец кабельной линии 34, место повреждения кабельной линии 35, радиосигнал от передающей антенны 36.

Симметричный первый выход первого коммутатора, входящего в базовый блок, посредством соединительных проводов подключен к объекту измерения - кабельной линии электропередачи или связи 30. Кабельная линия находится под поверхностью земли 31. Вдоль трассы кабельной линии перемещается оператор с приемным устройством 22 и блоком обработки информации 29. В кабельной линии имеется повреждение (обрыв или короткое замыкание). В момент времени, изображенный на фиг.2, зондирующий импульс находится на наименьшем расстоянии от оператора. По радиоканалу от базового блока к блоку обработки информации передается кодированный радиосигнал.

На фиг.3 изображены временные диаграммы работы блоков устройства: диаграмма "а" - напряжение на первом выходе первого тактового генератора 2, диаграмма "б" - напряжение на первом выходе блока формирования импульсов начала и окончания измерения 16, диаграмма "в" - напряжение на втором выходе блока формирования импульсов начала и окончания измерения 16, диаграмма "г" - схематическое изображение трассы кабельной линии электропередачи или связи с повреждением и оператором, диаграмма "д" - отображенная на первом блоке цифровой индикации 14 рефлектограмма кабельной линии, диаграмма "е" - напряжение на выходе блока формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов 15, диаграмма "ж" - напряжение на первом выходе блока декодирования импульсов 20, диаграмма "з" - напряжение на втором выходе блока декодирования импульсов 20, диаграмма "и" - напряжение на третьем выходе блока декодирования импульсов 20, диаграмма "к" - напряжение на выходе усилителя-детектора 23, диаграмма "л" - напряжение на выходе второго датчика расстояния 24, диаграмма "м" - отображенная на втором блоке цифровой индикации 25 рефлектограмма кабельной линии с маркером.

Устройство работает следующим образом. В режиме определения места повреждения работают все блоки структурной схемы, приведенной на фиг.1, при этом на первом выходе первого тактового генератора 2 формируются импульсы запуска генератора зондирующих импульсов (фиг.3а), функционального приемника 8 и блока формирования импульса, соответствующего началу периода измерения, и импульса, соответствующего концу периода измерения 16; период следования этих импульсов (фиг. 3а) зависит от установленного диапазона измерения расстояния; генератор зондирующих импульсов 1 вырабатывает зондирующие импульсы 3 И с заданной длительностью и импульсы для функционального изменения порогового напряжения в начальный момент цикла изменения расстояния (вых. 1) в формирователе порогового напряжения 7 (вых. 3).

Первый коммутатор 4 осуществляет коммутацию зондирующих и отраженных импульсов на объект измерения и вход функционального приемника, а также коммутацию отраженных импульсов и усиленных отраженных импульсов с выхода функционального приемника 8 (вх. 2) на вход детектора 12 (вых. 2).

Блок формирования импульса, соответствующего началу периода измерения, и импульса, соответствующего концу периода измерения 16, формирует (вых. 1) импульсы, соответствующие началу периода измерения (фиг.3б) и (вых. 2) импульсы, соответствующие концу периода измерения (фиг.3в), которые поступают соответственно на второй и первый входы блока кодирования импульсов 17.

Детектор 12 преобразует прямой и инверсный двухполярный сигнал в положительный, который поступает на вход элемента сравнения 11. При превышении по амплитуде входным сигналом опорного уровня формируется на выходе элемента сравнения 11 сигнал, формирующий импульс окончания счета в формирователе импульса начала и окончания счета 3 (вход 2), запрещая прохождение тактовых счетных импульсов на датчик расстояния 5 от первого тактового генератора 2. Запрещающий импульс (вых. 2) также подается на блок формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов 15. Количество подсчитанных импульсов соответствует расстоянию до места повреждения или конца линии. Датчик расстояния 5 преобразует двоичный код, соответствующий расстоянию до места повреждения или конца линии, в аналоговый сигнал, который поступает на первый вход датчика укорочения 9. В датчике укорочения в аналоговый сигнал вносится поправка, соответствующая коэффициенту укорочения для данного типа кабеля. Далее напряжение поступает на вход первого аналогово-цифрового преобразователя 13 и далее на первый блок цифровой индикации 14, на котором отображается расстояние до места повреждения или конца кабеля (фиг.3д).

Блок формирования импульсов, соответствующих моментам прихода отраженных импульсов 15, формирует импульс, соответствующий отраженному импульсу от места повреждения или конца кабеля (фиг.3е), который поступает на третий вход блока кодирования импульсов 17, далее промодулированные сигналы, соответствующие началу периода измерения, отраженному импульсу от места повреждения или конца кабеля и окончанию периода измерения, поступают на радиопередающий блок 18, далее на антенну.

Дополнительно у оператора 32, находящегося на трассе кабельной линии 30, имеется приемное устройство 22 и блок обработки информации 29 (фиг.2). Радиоприемное устройство 19 с помощью антенны принимает радиосигнал 36, содержащий промодулированные сигналы, соответствующие началу периода измерения, отраженному импульсу от места повреждения 35 или конца кабеля и окончанию периода измерения, которые далее подаются на вход блока декодирования импульсов 20. С первого выхода блока декодирования импульсов 20 на первый вход второго аналогово-цифрового преобразователя 21 и на первый вход второго датчика расстояния 24 подается импульс, соответствующий началу периода измерения (фиг. 3ж), со второго выхода блока декодирования импульсов 20 на второй вход второго аналогово-цифрового преобразователя 21 подается импульс, соответствующий отраженному импульсу от места повреждения или конца кабеля (фиг. 3з), с третьего выхода блока декодирования импульсов 20 на третий вход второго аналогово-цифрового преобразователя 21 подается импульс, соответствующий концу периода измерения (фиг.3и).

Приемник 22 принимает зондирующий импульс, проходящий в кабельной линии (фиг.3к) в месте нахождения оператора на трассе кабельной линии, далее импульс подается на усилитель-детектор 23, где зондирующий импульс выделяется из шумов и усиливается до необходимого уровня по закону, обратному закону затухания импульсов, фиксируют время прихода импульса на приемное устройство, преобразуют маркер, увеличивая это время в два раза (фиг.3л), далее подается на второй вход второго датчика расстояния 24.

От второго тактового генератора на третий вход второго датчика расстояния 24 подаются тактовые счетные импульсы. Импульс, соответствующий началу периода измерения (фиг.3ж), приходящий на первый вход второго датчика расстояния 24, запускает счетчик тактовых импульсов, входящий во второй датчик расстояния, импульс, соответствующий зондирующему импульсу, проходящему в кабельной линии в месте нахождения оператора (фиг.3л), приходящий на второй вход второго датчика расстояния 24, останавливает счетчик тактовых импульсов. Количество подсчитанных импульсов соответствует расстоянию до места нахождения оператора на трассе кабельной линии. Второй датчик расстояния 24 преобразует двоичный код, соответствующий расстоянию до места нахождения оператора на трассе кабельной линии, в аналоговый сигнал, который поступает на четвертый вход второго аналогово-цифрового преобразователя (фиг.3м).

Предлагаемый способ определения места повреждения кабелей линий электропередачи и связи с помощью метода маркера и устройство для его осуществления позволяют исключить погрешности при определении места повреждения из-за несовпадения длины кабеля и длины трассы кабельной линии за счет изменения волнового сопротивления кабеля и его повива, способ объединяет методы предварительного (локационного) и окончательного (топографического) определения места повреждения кабельной линии, что позволяет ускорить время определения места повреждения в кабеле.

Литература

1. SU, Авторское свидетельство 185405, кл. G 01 R 31/11, 1965.

2. RU, авторское свидетельство 2098838, кл. G 01 R 31/11, 1998 (Прототип).

3. RU, авторское свидетельство 2124735, кл. G 01 R 31/08, 1997.