способ определения места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой

Формула изобретения

Способ определения места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой, включающий определение расстояния до места повреждения с помощью метода импульсного зондирования и снятие неоднозначности результатов зондирования разветвленных сетей путем определения коэффициента битовых ошибок в информационных пакетах PLC-модемов, отличающийся тем, что в начале линии устанавливается центральное устройство, сочетающее в себе функции импульсного рефлектометра и PLC-модема, а на концах электролинии устанавливаются удаленные устройства, осуществляющие функции PLC-модемов и подключающиеся к высоковольтной линии через силовой трансформатор, при этом поврежденную трассу определяют по возросшему коэффициенту битовых ошибок в информационных пакетах между PLC-модемами, тем самым снимают неоднозначность результатов зондирования электролинии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для дистанционного определения места повреждения (ОМП) высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП) с разветвленной древовидной структурой.

Известен способ определения места повреждения разветвленных линий электропередачи, включающий запись времени прихода переднего фронта скачка фазного напряжения в случае однофазного замыкания на землю и фиксацию аварийного тока в разных точках ЛЭП в случае междуфазного короткого замыкания и последующую обработку полученных данных (заявка № RU 2008109491 А от 12.03.2008 «Способ определения места однофазного замыкания на землю в разветвленной воздушной линии электропередач, способ определения места междуфазного короткого замыкания в разветвленной воздушной линии электропередач и устройство контроля тока и напряжения для их осуществления»). Недостатком известного способа является требование установки различных устройств в зависимости от определяемого вида повреждения, а также сложность синхронизации регистрирующих устройств.

Известен способ определения места повреждения линий электропередачи (заявка № RU 2006123891 от 10.01.2008 «Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления»), включающий посылку в линию зондирующих импульсов напряжения от генератора при согласовании выходного сопротивления последнего с волновым сопротивлением линии, прием отраженных импульсов, определение места повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, излучение и прием дополнительных зондирующих импульсов напряжения, а также их спектральный анализ. Недостатком указанного способа является невозможность определения повреждения в разветвленной древовидной линии электропередачи.

Известен способ определения места повреждения линий электропередачи (Заявка: № RU 2008150234 от 18.12.2008 «Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления»), заключающийся в посылке в линию зондирующих импульсов напряжения с время-частотной модуляцией от генератора, приеме отраженных импульсов. При этом фиксируют массив демодулированных отраженных сигналов, полученных с неповрежденной линии, в виде электронного образа линии. Проводят автокорреляционную обработку, спектральный анализ и определяют частоты, соответствующие импульсам, отраженным от естественных неоднородностей. Записывают значения частот и соответствующих им расстояний до естественных неоднородностей в виде реперных точек. Для обнаружения повреждения отраженные демодулированные импульсы от естественных неоднородностей и неоднородности, возникшей при повреждении линии, вычитают из зафиксированных в электронном образе линии. Вывод о повреждении линии делают при наличии разностных сигналов.

Недостатками известного способа являются необходимость создания индивидуальной карты естественных неоднородностей для каждой исследуемой линии электропередачи. При этом точность ОМП зависит от точности данной карты.

Известен способ ОМП (А.с. № RU 2319972 С1 от 20.03.2008 «Способ определения наличия дефектов проводов и кабелей в сегментах сетей с разветвленной топологией»), заключающийся в том, что ведущее оконечное оборудование осуществляет одновременно локационное зондирование и измерение фазы несущей, принятой от ведомого оконечного оборудования, данные заносят в память микроЭВМ, измеренное значение фазы и форму рефлектограммы сравнивают с предыдущими значениями и в случае изменения значения фазы или формы рефлектограммы определяют наличие или отсутствие повреждения в зондируемом сегменте.

Недостатком известного способа являются: требование точной синхронизации ведомых устройств с ведущим устройством при измерении фазы несущей; необходимость их постоянного совмещения хранителей времени; сложность измерения фазы сигнала с необходимой точностью из-за высокого уровня помех в сетях электропередачи.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ определения местоположения повреждений в сетях с разветвленной топологией (заявка № 2008151219/28 от 23.12.2008), включающий сканирование сети по участкам с помощью ведомых устройств и последовательное локационное зондирование поврежденных сегментов, полученных на основе данных сканирования. Основными недостатками данного способа является необходимость установки ведомых устройств вдоль всей линии электропередачи, что в конечном итоге удорожает систему диагностики, а также невозможность определения слабых, неустойчивых повреждений. Также существенным недостатком прототипа является требование установки специальных устройств присоединения для подключения ведомых устройств к высоковольтной ЛЭП.

Цель данного изобретения - определение места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой за счет снятия неоднозначности поврежденного участка линии.

Поставленная цель достигается тем, что способ определения места повреждения линий электропередачи использует сочетание метода рефлектометрии для определения расстояния до повреждения и метода, основанного на PLC-связи между PLC-модемами для снятия неоднозначности поврежденного участка ЛЭП.

Отличительным признаком предлагаемого способа определения места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой является то, что в начале линии устанавливается центральное устройство С, которое сочетает в себе функции рефлектометра и PLC-модема, а на концах электролинии устанавливаются удаленные устройства R, выполняющие функции PLC-модемов, при этом не требуется установки специального оборудования присоединения - информационный сигнал проходит через уже, как правило, имеющийся силовой трансформатор. Центральное устройство С при помощью зондирования линии электропередачи определяет расстояние до места повреждения, а удаленные устройства R за счет информационной PLC-связи позволяют снять неоднозначность определения поврежденного участка ЛЭП.

Центральное устройство С производит периодическое зондирование ЛЭП с помощью метода импульсной рефлектометрии. Данный метод заключается в посылке в линию импульса, пачки импульсов или специальной кодовой последовательности и регистрации сигнала отражения от неоднородностей на линии электропередачи. Производя обработку принятого сигнала, а также сравнения его с сигналом отражения, полученным в штатном режиме работы электролинии, центральное устройство С выносит решение о наличии или отсутствии повреждения на ЛЭП. В случае обнаружения повреждения центральное устройство С вычисляет расстояние до повреждения по разностному сигналу.

С помощью PLC-модемов осуществляется определение поврежденного участка электролинии. Все PLC-модемы на линии вместе образуют единую информационную сеть, при этом у каждого PLC-модема есть свой уникальный адрес, позволяющий провести его идентификацию. Частотные свойства PLC-сигнала и частотные характеристики типовых силовых трансформаторов позволяют использовать последние в качестве оборудования присоединения к высоковольтной ЛЭП, при этом существенно облегчается установка конечных устройств и уменьшается итоговая стоимость системы определения места повреждения линии электропередачи.

Центральный PLC-модем последовательно обменивается пакетами со всеми удаленными PLC-модемами. При этом в информационное поле пакета записывается специальная битовая последовательность, позволяющая определить качество распространения сигнала от центрального устройства С до удаленного устройства R_i, а также коэффициент битовых ошибок. В штатном режиме работы электролинии с помощью PLC-модемов анализируется качество распространения PLC-сигнала, и в центральном устройстве С сохраняются полученные данные. Эти данные характеризуют качество распространения сигнала и соответствующий коэффициент битовых ошибок на трассе от центрального устройства С до конкретного удаленного устройства R_i .

При обнаружении повреждения на ЛЭП центральным устройством С при помощи метода импульсной рефлектометрии PLC-модемы центрального и удаленных устройств осуществляют анализ качества сигнала и определение коэффициента битовых ошибок. На трассе, где произошло повреждение, коэффициент битовых ошибок возрастет по сравнению со штатным режимом работы электролинии (либо PLC-связь вообще прекратится). При этом повышая сложность и длину анализирующей битовой последовательности, повышается чувствительность определения поврежденной трассы.

Таким образом, центральное устройство С будет иметь данные о расстоянии до места повреждения, а также о поврежденной трассе, т.е. о поврежденном участке электролинии. Следовательно, место повреждения будет полностью локализовано.

Практическая ценность предлагаемого способа связана и с тем, что предложенный способ позволяет обнаруживать и определять местоположение повреждения на линии электропередач со сколь угодно сложной древовидной структурой, надежно решая задачу снятия неоднозначности поврежденного участка линии, при этом не требуется установки специального оборудования присоединения для удаленных устройств R_i - связь осуществляется через силовой трансформатор.

Пример практической реализации способа иллюстрируется на чертеже, где показана схема расположения центрального устройства С и удаленных устройств R_i. Центральное устройство находится в начале ЛЭП, а оконечные устройства R_i - на концах электролинии. В штатном режиме работы блок рефлектометра центрального устройства сохраняет эталонный сигнал отражения, а блоки PLC-модемов центрального и удаленных устройств производят анализ качества распространения PLC-сигнала, и в центральном устройстве сохраняются коэффициенты битовых ошибок для каждой трассы распространения сигнала (А-В, А-Д, А-Е, А-З, А-К, А-Л).

Допустим, произошло повреждение на участке линии Б-В, как показано на чертеже. Блок рефлектометра, производя периодическое зондирование ЛЭП, определяет расстояние до точки повреждения. Имея данные только лишь о расстоянии, невозможно однозначно локализовать повреждения, т.к. точка повреждения с таким удалением от начала линии может находиться на трассе А-В, А-Д, А-Е и А-З.

Неоднозначность снимается при помощи PLC-модемов. Модем центрального устройства С последовательно посылает пакеты каждому удаленному устройству R и определяет коэффициент битовых ошибок. На неповрежденных трассах А-Д, А-Е и А-З коэффициент останется прежним по сравнению со штатным режимом работы электролинии. Для трассы А-В будет наблюдаться резкое увеличение коэффициента битовых ошибок, либо связь между модемами прекратится вовсе. Таким образом, зная расстояние до повреждения и поврежденную трассу, место повреждения полностью локализуется.

По сравнению с прототипом предложенный способ определения места повреждения линий электропередачи с древовидной структурой не требует размещения устройств вдоль всей линии электропередачи, а достаточна установка устройств только в начале и на концах электролинии. За счет использования длинной анализирующей битовой последовательности предложенный способ позволяет определять трассы со слабыми и неустойчивыми повреждениями. Частотные свойства PLC-сигнала позволяют использовать обычные силовые трансформаторы в качестве оборудования присоединения.

Таким образом, предложенный способ, позволяет определить расстояние до места повреждения с помощью метода импульсного зондирования, а затем снять неоднозначность результатов зондирования разветвленных сетей путем определения трассы с возросшим коэффициентом битовых ошибок.