Способ локации дефектных гирлянд изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения

Название	Способ локации дефектных гирлянд изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения
Разработчик (Авторы)	Качесов В.Е., Шутович А.Ю.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2641632
Дата регистрации	18.01.2018
Правообладатель	ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано для локации дефектов в изоляции воздушных линий электропередачи (ЛЭП) высокого и сверхвысокого напряжений, например «нулевых» изоляторов в поддерживающих и натяжных гирляндах.

Известен способ локации дефектных гирлянд изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения, основанный на измерении интенсивности электромагнитного излучения в видимой части спектра (Левичев В.Ю., Овсянников А.Г., 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 высоковольтных воздушных линий 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 локации дефектных гирлянд изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения (прототип), в котором дефекты диагностируются и локализуются путем измерения интенсивности электромагнитного излучения в области частот от сотен кГц до десятков МГц путем вдольтрассового облета линий электропередачи (Дикой В.П., Овсянников А.Г. Электромагнитная аэроинспекция воздушных линий электропередачи. - Электрические станции, №3, 1999). Локация повреждений изоляции (дефектов в гирляндах изоляторов) выполняется путем сопоставления (привязки) одновременно выполняемой записи видеоизображения линии электропередачи с участком осциллограммы, где наблюдается повышенная интенсивность электромагнитного излучения. Измеряемое действующее значение интенсивности электромагнитного излучения в широком спектре частот зависит от удаленности источников излучения и начальной амплитуды электромагнитной волны, которая в общем случае случайна в различные моменты времени. При передвижении вдоль трассы средняя интенсивность электромагнитного излучения, определяемая множеством различных дефектов (т.е. суммируемая от всех источников излучения), может слабо изменяться от опоры к опоре, не позволяя явно определить максимум излучения и точно локализовать дефект в изоляции.

Недостатком этого способа является низкая точность локации дефектов линейной изоляции (дефектных гирлянд).

Задачей изобретения (техническим результатом) является повышение точности локации дефектных линейных изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения.

Эта задача достигается тем, что в известном способе локации дефектных гирлянд изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения, основанном на регистрации электрических импульсов с помощью электромагнитного датчика и подключенного к нему электронного осциллографа (ЭО), вдоль трассы линии электропередачи на расстоянии друг от друга L_д прямолинейно перемещают два электромагнитных датчика (ЭМД₁ и ЭМД₂) и подключенные к ним записывающие электронные осциллографы. Расстояние между датчиками L_д вычисляют с помощью GPS- или ГЛОНАСС навигационных систем. Посредством приемников временной синхронизации (ПВС) одновременно и с одинаковой скоростью горизонтальной развертки на осциллографы записывают осциллограммы напряжения в течение времени распространения электромагнитного импульса от одного датчика до другого τ_д-L_д/ν, где ν - скорость распространения электромагнитного импульса по воздушной линии электропередачи. На каждой из записанных осциллограмм выполняют измерение времен появления импульсов Δt_i (i=1…n, i - номер импульса, n - количество импульсов на первой осциллограмме) и  (j=1…m, j - номер импульса, m - количество импульсов на второй осциллограмме). Времена появления импульсов на первой и второй осциллограммах поочередно попарно суммируют . Из всех времен t_k выбирают ту сумму времен  ( - времена распространения электромагнитного импульса от дефектного изолятора до первого и второго электромагнитных датчиков), которая равна времени τ_д. Исходя из расстояния до первого электромагнитного датчика х_д1 и времени Δt_A определяют расстояние до места расположения дефектной гирлянды изоляторов x_деф по выражению

x_деф=x_д1-Δt_Аν.

На фиг.1 показано устройство, реализующее предлагаемый способ; на фиг. 2 представлены осциллограммы импульсов напряжения, наводимых электрическими разрядами в дефектной изоляции (дефектных гирляндах) в электромагнитных датчиках и записываемых электронными осциллографами; на фиг. 3 поясняется синхронизация горизонтальной развертки электронных осциллографов посредством приемников временной синхронизации (ПВС) и спутниковой глобальной системы навигации.

Устройство (фиг. 1) содержит воздушную линию электропередачи высокого напряжения (1) с дефектами линейной изоляции (2 и 3), на которой реализуется предлагаемый способ. Дефектная гирлянда с дефектным/нулевым изолятором (дефект под номером 2) находится между электромагнитными датчиками (4), расположенными совместно с электронными осциллографами (5) вдоль линии электропередачи на некотором расстоянии L_д. В качестве электромагнитных датчиков могут применяться антенны различных конструкций, например рамочные.

Способ осуществляется следующим образом. Над линией электропередачи перемещают (например, с помощью беспилотных летательных аппаратов) электромагнитные датчики ((4) - фиг. 1), к которым подключены ЭО ((5) - фиг. 1), горизонтальные развертки которых запускают одновременно с помощью ПВС (6) - фиг. 3 [Филимонов С.Н. О некоторых проблемах синхронизации точного времени сигнала ГЛОНАСС // T-Comm. 2013, №7, с. 130-132]. ПВС синхронизируются спутником (7) (фиг. 3) или системой спутников. На каждой осциллограмме (записи электромагнитных импульсов) измеряют времена начала/появления импульсов Δt: для сигналов первого ЭМД₁ и, соответственно, на первой осциллограмме эти времена обозначают как Δt_i, для - второго ЭМД₂ и второй осциллограммы - . Путем поочередного парного сложения времен появления импульсов на разных осциллограммах выбирают ту сумму времен t_k, которая равна времени распространения импульса от одного электромагнитного датчика до другого - τ_д. Время τ_д=L_д/ν определяют на основе расстояния между электромагнитными датчиками L_д=((X₂-X₁)²+(Y₂-Y₁)²+(Z₂-Z₁)²)^0.5. Пространственные координаты датчиков {X₁,Y₁,Z₁} и {X₂,Y₂,Z₂} измеряют и записывают одновременно с осциллограммами во время движения посредством GPS- или ГЛОНАСС навигаторов, устанавливаемых на летательные аппараты. Скорость распространения электромагнитной волны в воздухе принимают равной ν≅300 м/мкс. Обозначая времена появления импульсов от первого датчика Δt_i (i=1…n - номер импульса на первой осциллограмме), а от второго - , (k=1…n⋅m) - номер импульса на первой второй), рассчитывают времена  (k=1…n⋅m). Из всех времен t_k выбирают то, которое равно τ_д, и обозначают его как t_γ, а слагаемые, входящие в t_γ, как Δt_A и . На основе известного положения первого ЭМД₁ (х_д1) определяют место расположения дефектной гирлянды изоляторов по выражению:

На фиг. 2 показаны импульсы напряжения, формируемые тремя дефектами в линии электропередачи ((2-3) - фиг. 1), один из которых (2) расположен между электромагнитными датчиками (4). Расстояние между электромагнитными датчиками L_д=3000 м. На первой осциллограмме, полученной от первого ЭМД₁ (фиг. 2, а), расположенного на расстоянии х_д1 от условного начала линии, времена появления импульсов составляют: первого импульса напряжения (u₁)-Δt₁=1,67 мкс, второго (u₂)-Δt₂=6,7 мкс. На осциллограмме, полученной путем измерения напряжений на втором ЭМД₂ (фиг. 2, б), времена появления сигналов ( и ) соответственно равны:  и . Все суммы времен появления сигналов на обеих осциллограммах равны (в мкс):; ; ; . Одна из сумм времен распространения сигналов (t₃) равна времени пробега электромагнитной волны по диагностируемому участку (τ_д=10 мкс), поэтому внутри этого участка имеется дефект. Определяем  (Δt_A=Δt₂, ). Координата расположения дефекта (2) определяется по импульсам u₂ и  (фиг. 2). Расстояние до дефектной гирлянды равно x_деф=x_д1-Δt_A⋅ν=x_д1-6,7⋅300 (м).

Таким образом, увеличение точности определения координат дефектной гирлянды изоляторов осуществляется на основе измерения времен появления импульсов напряжения (Δt_A=Δt₂ или ), формируемых электрическим разрядом в дефектной гирлянде изоляторов, на двух одновременно записываемых осциллограммах, посредством электромагнитных датчиков и осциллографов, расположенных вдоль трассы воздушной линии электропередачи на расстоянии L_д. По известным координате первого электромагнитного датчика х_д1, расстоянию между обоими датчиками L_д, времени Δt_A и скорости распространения электромагнитной волны ν рассчитывается расстояние до дефектной гирлянды изоляторов x_деф.

Формула изобретения

Способ локации дефектных гирлянд изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения, заключающийся в регистрации электрических импульсов вблизи линии электропередачи высокого напряжения с помощью электромагнитного датчика и подключенного к нему осциллографа, отличающийся тем, что вдоль трассы линии электропередачи высокого напряжения прямолинейно перемещают на расстоянии друг от друга L_д два электромагнитных датчика и подключенные к ним электронные осциллографы, расстояние между датчиками L_д вычисляют с помощью глобальных GPS- или ГЛОНАСС навигационных систем; посредством приемников временной синхронизации одновременно и с одинаковой скоростью горизонтальной развертки на электронные осциллографы записывают осциллограммы напряжения в течение времени распространения электромагнитного импульса от одного электромагнитного датчика до другого τ_д=L_д/ν, где ν - скорость распространения электромагнитного импульса по линии электропередачи; на каждой из записанных осциллограмм выполняют измерение времен появления импульсов напряжения Δt_i (i=1…n, i - номер импульса, n - количество импульсов на первой осциллограмме) и Δt'_j (j=1…m, j - номер импульса, m - количество импульсов на второй осциллограмме), времена появления импульсов на первой и второй осциллограммах поочередно попарно суммируют и получают набор t_k=Δt_i+Δt'_j) (k=1…n⋅m), из всех времен t_k выбирают то время t_γ, которое равно времени τ_д, а соответствующие слагаемые, формирующие сумму t_γ, обозначают как Δt_A и Δt'_B; на основе известного расстояния до первого электромагнитного датчика х_д1 и времени Δt_A определяют расстояние до места расположения дефектной гирлянды изоляторов х_деф по выражению

х_деф=х_д1-Δt_Aν.

Изобретение "Способ локации дефектных гирлянд изоляторов на воздушных линиях электропередачи высокого напряжения" (Качесов В.Е., Шутович А.Ю.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога