Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов и технических средств контроля и прогнозирования экстремальных гололедно-ветровых ситуаций на высоковольтных линия электропередачи 9
2. Разработка и исследование устройства для определенияпредельньгхгололедных нагрузок 54
3. Разработка и исследование системы передачи информации 87
4. Анализ опытно-промышленной эксплуатации информационно-измерительных систем контроля гололедных отложений на линиях электропередач 101
Заключение 112
Список используемых источников 115
Приложения . 123
- Анализ методов и технических средств контроля и прогнозирования экстремальных гололедно-ветровых ситуаций на высоковольтных линия электропередачи
- Разработка и исследование устройства для определенияпредельньгхгололедных нагрузок
- Разработка и исследование системы передачи информации
- Анализ опытно-промышленной эксплуатации информационно-измерительных систем контроля гололедных отложений на линиях электропередач
Введение к работе
Надежность работы линий электропередачи является основой экономического благосостояния не только Акционерных обществ энергетики, но и России в целом.
Возникающие и быстро протекающие аномальные климатические явления в виде штормовых (ураганных) ветров и гололеда наносят колоссальный экономический ущерб благосостоянию целых регионов России. Подобные явления происходят в энергосистемах «Южэнерго», «Средняя Волга», «Дальэнерго» и «Центрэнерго». Так экономические потери от «накатного гололеда» 1993 года, например, только в АО «Саратовэнерго» составили более Юмлрд. руб. в ценах 1994г., а в Камышинских электросетях АО «Волгоградэнерго» - более 1 млрд. руб. Сложившаяся в Советские годы практика жесткой экономии при проектировании и строительстве воздушных линий электропередачи разного напряжения не позволила иметь надежных высоковольтных линий (ВЛ), способных противостоять гололедно-ветровым нагрузкам без применения дополнительных технических мер.
Случайность экстремальных гололедных ситуаций на ВЛ, экстремальные условия работы аппаратуры контроля, зависимость ее эффективного функционирования от многих факторов, высокая цена информационных систем обуславливают актуальность проблемы.
Значительный вклад в борьбу с гололедом на ВЛ внесли видные отечественные ученые и инженеры В.В. Бургсдорф [1,2], Г.А. Генрих, Л.А. Никонец [3], И.А. Будзко [4], Ф.Х. Усманов [5], Л.Г. Никитина [6], А.Ф. Дьяков [7], Д.В. Холмский [8], B.C. Молодцов [9-12], И.И. Левченко [13] и многие другие.
Особо следует выделить системный подход к устранению аварий от гололеда, разработанный А.Ф. Дьяковым [7].
В центральных электрических сетях Ставропольэнерго в 70-х годах была внедрена информационная система для В Л 10-И0кВ, являвшаяся начальным этапом полной автоматизации плавки гололеда. В состав системы входили датчики гололеда с контактным выходом и преобразователем частоты; каналы связи с использованием радиостанций или тракты нулевой последовательности с передачей информации сигналами передающей частоты, изменяющейся в зависимости от гололедной нагрузки, или постоянного тока с время-импульсной кодировкой; аппаратура пункта управления плавкой.
Единственная из сохранившихся от СССР в г. Ростове-на-Дону научно-исследовательская лаборатория по борьбе с гололедом в Южном отделении «Энергосетьпроекта» разработала систему телеизмерения гололедно-ветровой нагрузки на базе магнитоупругого датчика.
Кроме того на базе «Южэнергопроекта» [14] разработана система передачи информации о гололедообразовании, основанная на низкочастотной амплитудной модуляции контрольной частоты ВЧ-канала путем гармонического изменения волнового сопротивления фаза-земля в пункте гололедной нагрузки в зависимости от весовой нагрузки на провод по закону f= F(P), где f - частота модуляции f=0,5 + 10Гц; Р - усилия на датчик гололеда. В качестве датчиков гололедной нагрузки используется тот же магнитоупругий датчик.
Продолжением этих работ являются разработки ЮЦПК (Южного центра дополнительного образования, обучающих технологий и предэкзаменационной подготовки кадров), проводимые под руководством Левченко И.И., по комплексному решению задач оповещения и контроля за гололедной ситуацией на проводах и тросах ВЛ. В комплекс входят:
1.Автоматический метеопост для раннего обнаружения гололедообразования наВЛ[15].
2.Системы телеизмерения гололедных нагрузок на воздушных линиях электропередачи [16].
З.Информационный комплекс: «Прогноз и раннее обнаружение голол едообразования»! 17].
Главным недостатком этих разработок является недостаточный учет влияния на информационную систему системообразующих факторов [7], высокая стоимость и не высокая эффективность их работы.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод: задача создания простых и надежных средств прогнозирования и контроля гололедно-изморозевых отложений на ВЛ не решена как в России, так и за рубежом.
В чем же главные трудности создания надежной и недорогой информационной системы для борьбы с гололедом?
1. В экстремальных условиях работы:
высоком уровне радиопомех; грозовой деятельности; высокого напряжения; токов утечки; воздействии: влаги; мороза; солнца и тепла; ветра; гололеда; вибраций и пляски проводов.
В случайных законах появления гололеда на проводах и его изменения.
В изменяющимся техническом состоянии ВЛ в зависимости от времени эксплуатации.
4. В редком появлении экстремальных гололедно-ветровых ситуаций на ВЛ
(раз в 5,10,15 и 25 лет).
Исследования представленные в диссертации, являются продолжением научно-исследовательских работ, выполняемых Волгоградским государственным техническим университетом по единому заказу-наряду МИН вуза России - Темы 1.35.95.
Цель работы. Разработка такой системы прогнозирования и контроля экстремальных гололедно-ветовых ситуаций на высоковольтных линиях энергопередачи, которая бы позволила исключить аварии на ВЛ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести анализ современных методов и средств передачи измерительной информации о гололедных отложениях на линиях электропередачи.
Разработать систему передачи измерительной информации о гололедных отложениях на линиях электропередачи.
Разработать датчик предельных гололедных отложений.
4. Исследовать эффективность и работоспособность датчика предельных
гололедных отложений на ВЛ и системы передачи информации о динамики
изменения гололедных отложений.
Методы исследования. Работа базируется на теории распознавания образов, руководящих указаний и материалов по проектированию линий электропередач, принципах теории передачи информации, экспериментальных исследованиях известных и разработанных в диссертации средств прогнозирования и контроля гололедно-ветровых ситуаций на В Л.
Научная новизна работы. Разработаны и исследованы принципы прогнозирования и контроля экстремальных гололедно-ветровых ситуаций (ЭГВС) на ВЛ на основе теории распознавания образов, качественная и количественная оценка параметров ЭГВС, основанная на модуляции гололедными отложениями н цифровыми преобразователями-модуляторами одного и того же вч-носителя информации, удаленного от объекта контроля и приемника без источников питания в точках контроля. Разработано и испытано устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линий электропередачи (датчик гололедных нагрузок), система передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на проводах на одной ВЛ, система передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на проводах нескольких ВЛ.
Практическая ценность. Использование результатов диссертации позволит электросетевым организациям разработать и реализовать систему прогнозирования и контроля ЭГВС, учитывающую их экономические и технические ресурсы, которая позволит успешно бороться со всеми неординарными гололедными ситуациями на ВЛ, в том числе и с теми, которые отнесены к разряду «стихийное бедствие». Программная реализация элементов и узлов на базе неиспользованных возможностей современных средств телемеханики, работающих в электрических сетях, позволит существенно повысить надежность функционирования всей системы.
Качественное и количественное определение параметров ЭГВС на базе существующих на ВЛ средств вч-связи и телемеханики, прогнозирование и контроль метеопараметров в характерных точках энергосетей на основе информации Internet*^ существенно сокращают затраты на разработку и изготовление технических средств. Возможность ремонта и профилактики элементов системы без отключения ВЛ снижает эксплуатационные расходы. Дешевые датчики гололеда и отсутствие блоков питания в точках контроля сократит время внедрения разработанных средств прогнозирования и контроля ЭГВС.
Реализация работы:
1. В Камышннских электрических сетях:
в 1994 году установлена система контроля гололедообразования на одной ВЛ-1 ЮкВ (№ 424) и одной ВЛ-35 кВ (№ п/с Микрорайон);
в 1995 году установлена система контроля динамики гололедообразования на трех ВЛ-11 ОкВ (424,423,433).
выданы и реализованы в проектных разработках (Волгоградский институт ВНЙПИнефть) технические условия на использование системы контроля гололедообразования на трех ВЛ-1 ЮкВ.
2. Использованы в проектах системы контроля гололедообразования на п/с
Овражная (ВЛ 1 ЮкВ), п/с Платовская (ВЛ 1 ЮкВ), п/с Макаровская (ВЛ 11 ОкВ).
Апробация результатов. Основные положения и результаты диссертации докладывались на первой городской научно-методической конференции (г. Камьппин 1995г.), на Межвузовской научно-методической конференции (г. Камышин 1996г.), на семинаре научно-исследовательской лаборатории по борьбе с гололедом г. Ростова на Дону (1997г.), на отраслевых семинарах и совещаниях, на Всероссийской конференции (г. Камышин 2002г.).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 6 печатных работ, получено 4 патента РФ на изобретение.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.
В первой главе анализируются аварийные гололедно-ветровые ситуации на примерах «ледяного» дождя и определяются основные причины их возникновения.
Исследуются гололедно-ветровые ситуации на высоковольтных линиях электропередачи с позиций системы распознавания. образов. Систематизируются характеристики гололедно-ветровых явлений и условия возникновения гололеда на ВЛ, в том числе на ВЛ районов Волгоградской области. Вводится понятие экстремальной гололедно-ветровой ситуации как результата воздействия метеоусловий на ВЛ. Дается классификация экстремальной гололедно-ветровой ситуации (ЭГВС) в словаре основных параметров (диаметр гололедной муфты d, температура окружающей среды Т, скорость ветра V).
Исследуется словарь параметров, характеризующий ЭГВС.
Основных:
гололедная нагрузка;
температура окружающей среды;
скорость ветра;
влияние ветра на приближение токоведущих частей. Дополнительных:
скорость нарастания гололеда;
частота появления ЭГВС;
время устранения (плавки) гололеда на ВЛ при различных ЭГВС;
техническое состояние ВЛ.
Дается описание каждого класса ЭГВС в словаре признаков:
с нормативными параметрами;
с параметрами, учитывающими реальное состояние линии электропередач;
с параметрами, учитывающими все системообразующие факторы. Произведен обзор методов и средств прогнозирования и контроля ЭГВС на ВЛ.
Приведены результаты испытаний датчиков гололедных нагрузок, разработанных в
кэс.
Сформулированы вопросы исследования.
Вторая глава посвящена разработке принципов определения качественных и количественных оценок параметров гололедообразования на ВЛ. Исследуется принцип определения предельных значений гололедной нагрузки на траверсу опоры в заданных точках ВЛ.
Разработаны теоретические основы определения количественных и качественных оценок параметров гололедных отложений. Произведен расчет параметров сигналов качественной оценки параметров гололедной нагрузки.
Приведен анализ результатов испытаний средств качественного и количественного оценок параметров ЭГВС на ВЛ. Приведены формулы расчета скорости нарастания гололеда на ВЛ. Приведены варианты выбора числа вч-носителей для реализации системы контроля динамики гололедообразования для локальных участков покрытых гололедом.
Третья глава посвящена разработке и обоснованию принципов построения устройства для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередач. Устройство представляется в виде цифрового преобразователя-модулятора (ЦПМ), состоящего из чувствительного элемента, дискретизатора с уставками и кодирующего устройства. Исследуются варианты построения всех компонентов ЦПМ.
В четвертой главе приводятся результаты опытной эксплуатации средств качественного и количественного контроля гололедных отложений на ВЛ, проводимых в Камышинских электрических сетях.
В заключении оценены результаты исследований.
В приложениях представлены дополнительные материалы подтверждающие актуальность, новизну и внедрение разработанных в работе технических решений.
На защиту выносятся принципы построения информационно-измерительной системы для определения параметров гололедно-ветровых ситуаций, включающие:
классификацию и описание экстремальных гололедно-ветровых ситуаций на ВЛ;
способ прогнозирования и контроля ЭГВС;
способ качественной и количественной оценок параметров ЭГВС, основанная на модуляции одного и того же вч-носителя гололедными отложениями и цифровыми преобразователями модуляторами без источников питания в точках контроля;
устройство для определения предельных гололедных нагрузок на траверсу опоры;
систему передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на ВЛ;
- методику построения и работы систем распознавания ЭГВС на ВЛ,
учитывающая все систематизирующие факторы.
Пользуясь случаем автор приносит глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту Г.А. Тюняеву, который в годы работы автора над диссертацией ориентировал на применение математических методов при разработке конкретных технических решений как по устройству определения гололедных нагрузок, так и по системам передачи информации к центральному пункту управления, а так же за оказанную помощь при подготовке данной работы.
Анализ методов и технических средств контроля и прогнозирования экстремальных гололедно-ветровых ситуаций на высоковольтных линия электропередачи
Высоковольтные линии электропередачи в ряде регионов России периодически подвергаются гололедно-ветровым нагрузкам, которые приводят к аварийным ситуациям, вызывающим падение опор и обрыв проводов. Это приводит к отключению потребителей и дополнительным экономическим потерям [1].
Самыми опасными для ВЛ являются так называемые «ледяные» дожди, которые одновременно охватывают очень большие площади на уровне одной или даже нескольких областей, вызывая многочисленные аварийные ситуации в электроснабжении потребителей. Как избежать аварийных гололедно-ветровых ситуаций на ВЛ, которые сегодня квалифицируются как стихийные бедствия? Для этого сначала необходимо выяснить, что представляют собой гололедно-ветровые явления на ВЛ и условия их возникновения. Определить основные системообразующие факторы, влияющие на появление аварийных гололедно-ветровых ситуаций на ВЛ. События декабря 2001г. и января 2002 года еще раз подтвердили неготовность энергосистем России к экстремальным метеорологическим условиям (1-3 дневным циклам с большим ветровым напором и мокрым снегом), что создавало аварийные ситуации на ВЛ (Краснодарский и Приморский край, остров Сахалин, Камчатка). Уникальные случаи гололедно-ветровых нагрузок на ВЛ Краснодарского края пополнились еще одной разновидностью гололедных отложений, в безветренную погоду, когда снег налипал на провода строго вертикально и образовывал гололедно-снеговую стенку шириной, равной диаметру провода и высотой 20+ЗОсм. Простой расчет гололедной нагрузки на провода показывает, что она превосходила нормативную более чем в 2 раза. В результате стихийных бедствий в Краснодарском крае было выведено из строя 9500км линии электропередач. Канада. 1998 год. «Ледяной» дождь продолжался в течение недели. Экономический ущерб от аварий в системе электроснабжения составил более 100 млн. долларов. Понятие гололеда объединяет в себя различные виды твердых осадков: изморози (кристаллической и зернистой), гололеда, мокрого снега, а также смеси этих осадков с разной плотностью [Приложение 1]. Известны также различные формы гололедных отложений в зависимости от температуры, направления и скорости ветра: цилиндрическая, овальная, гребневидная.
Климатические условия определяют интенсивность и масштабы гололедо-образования на проводах ВЛ, причем существенное влияние на них оказывают, как природные условия (высота над уровнем моря, степень залесенности, пересеченный рельеф местности), так и существующие или проектируемые инженерные сооружения (плотины и водосбросы, пруды-охладители, полосы сплошной застройки и т.п.) [18]. В ПУЭ рекомендуется, что для правильной постановки задачи прогнозирования и контроля экстремальной гололедной ситуации в энергосистемах, очевидно, необходимо знать досконально механизмы образования гололедных явлений на воздушных линиях. На основе результатов наблюдений гидрометеостанций за процессом гололедообразования, а также анализа повреждений линий электропередачи и связи в период с 1958 по 1960гг., Всесоюзным научно-исследовательским институтом электроэнергетики (ВНИИЭ) была выпущена работа «Характеристика и карта расчетных гололедных нагрузок в Волгоградской области», основу которой составляет районирование территории области по вероятной интенсивности образования гололеда. Было отмечено, что наибольшую опасность для воздушных линий представляет «ледяной дождь» - гололед, образующийся при выпадении переохлажденного дождя перед медленно движущимся теплым фронтом (20-25 км/ч). Главной особенностью такого фронта является значительный контраст температур воздушных масс (минус 1+8С перед теплым фронтом и плюс 5+10С за теплым фронтом). Вторжение теплых воздушных масс чаще всего наблюдается при выходе южных циклонов, а также при перемещении циклонов с запада. Ширина зон гололедообразования достигает 100+150км.
Размер и интенсивность гололедных отложений зависят от продолжительности выпадения переохлажденного дождя. Образующийся при этом гололед прозрачен и отличается большим объемным весом (0,7-0,9г/см3). Гололедообразование часто сопровождается усилением ветра, преимущественно восточного и юго-восточного направлений. Наиболее интенсивные отложения наблюдаются на воздушных линиях, проходящих перпендикулярно направлению ветра. При этих условиях гололедообразования высотные отметки не оказывают заметного влияния на размер отложения. Описанные условия гололедообразования характерны для южной и юго-западной части области. Для северной и северо-западной части области (территория Камышинских электрических сетей) характерным является образование гололедно-изморозевых отложений в процессе выпадения мороси и тумана при температуре воздуха -2 до -5С и перемещения влажных теплых масс в нижней части тропосферы с преобладанием ветра восточного и юго-восточного направлений. В этих случаях плотность отложений на проводах значительно ниже (0,3+0,6 г/см), а интенсивность их образования зависит от рельефа местности. Наибольшие отложения отмечаются на наиболее возвышенных участках трассы линий. В начале января 1961г. обледенение наблюдалось на линиях, проходящих по Приволжской возвышенности и Доно-Медведицкой гряде. Значительные отложения гололедно-изморозевой смеси отмечены в это время и в северных районах области - Котовском и Жирновском на высотных отметках 200-300 м над уровнем моря. Размер отложений достигал величины 160 +190 мм. В Дубовском районе, расположенном на правом берегу Волгоградского водохранилища, были отмечены отложения на проводах мутного льда с диаметром муфты до 100мм. Массовые разрушения ВЛ произошли в период с ноября 1965г. по февраль 1966г. 14-15 ноября 1965г. образование гололедных отложений на ВЛ было в Камышинском, Котовском и Михайловском районах. Толщина стенки гололеда на проводах достигала 50-70мм при объемном весе 0.7-0.9г/смэ[58]. В начале января 1966г. гололедообразование на ВЛ переместилось в северные районы (Камышинский, Котовский, Жирновский, Фроловский, Серафимовический и Дубовский). Гололед с толщиной 50-70мм и объемным весом 0,4-0,5 г/см3 сопровождался ветром, скорость которого достигала 15м/сек. За этот период было повреждено более 1000км ВЛ.
Наибольшему разрушению подверглись воздушные линии напряжением 10кВ, на которых было повреждено 1800опор. Всего за этот период было разрушено около 2000опор и 400км провода.
Нарастание гололеда в рассматриваемый период было связано с образованием переохлажденного тумана. Наибольшая интенсивность гололеда наблюдалась на возвышенностях.
В период с 12 по 23.12.93 г. на территории Камышинского, Котовского, Жирновского, Ольховского районов наблюдались сложные метеоусловия в течении 45 часов с переохлажденным туманом, дождем, мокрым снегом с отложением гололеда на проводах с размером гололедной муфты от 20до 100 мм, а на отдельных участках Камышинского района на возвышенности в районе Н.-Добринка - до 150 мм и усилением ветра местами 25-27 м/сек.
В результате сверх расчетных механических нагрузок от гололеда на ВЛ, превышающих расчетную в 9 раз, произошло падение на ВЛ-110кВ - 20 опор, на ВЛ-35кВ - 29 опор, на ВЛ-10кВ - более 330 опор.
Разработка и исследование устройства для определенияпредельньгхгололедных нагрузок
В Европе (DE 3631477 А1.24.03.88), Соединенных штатах Америки (US 4371867, 01.02.83) и Великобритании (GB 204507, 26.11.80; GB 2064923А, 17.06.81) ведутся работы по созданию систем передачи сигналов по вч-каналам, являющиеся аналогами предлагаемой новой системы передачи сигналов о предельных значениях гололедных нагрузок на В Л,
Известно устройство для обнаружения гололедных отложений на проводах линии электропередачи (А.с. № 1083276 кл. Н 02 G 7/16, 1984 г.), содержащее измерительный блок, работающий на частоте измерения, вход которого подсоединен к проводам линий электропередачи, а выход - к блоку сигнализации гололедной нагрузки.
Недостатком данного устройства является измерительная система, использующая два провода расщепленной фазы, которая не позволяет использовать для передачи информации по другим каналам связи по линии электропередачи (ЛЭП), т.к. эти каналы являются неоднородными и несимметричными, поэтому способ формирования сигнала на расщепленной фазе не реализуем на всей линии электроснабжения. На передающей стороне датчики с контактными элементами 9,10,11 воздействуют на фильтры 6,7,8, подсоединенные к линии электропередачи 5 через трансформатор 1 и конденсаторы связи 2,3,4, а на приемной стороне блок управления передачей 13 выдает частоты в линию электропередачи 5 через согласующий трансформатор 14 и 15 и конденсаторы связи параллельно или последовательно во времени и через первичную обмотку второго согласующего трансформатора 15, вторичная обмотка которого соединена последовательно с вторичной обмоткой первого согласующего трансформатора, подсоединен блок управления приемом 12, который фиксирует изменения нагрузки на выходах фильтров на передающей стороне.
Недостатком данного устройства является сосредоточенность датчиков контроля в одном месте, что приводит к сложной системе передачи сигналов о предельных состояниях гололедной нагрузки, рассредоточенной вдоль ВЛ, и отсутствует возможность получения достоверной информации на значительных расстояниях. Поэтому при коротком замыкании на землю в любой точке сети у всех каналов нулевой последовательности, выполненных в этой сети, линейные тракты последовательности оказываются закороченными, их затухание возрастает и связь по этим каналам прекращается, что снижает эксплуатационные характеристики.
Известные системы передачи сигналов по линии электроснабжения имеют невысокий технический уровень из-за высокой избыточности передаваемой информации, малого радиуса действия и сложных устройств управления передачей и приемом; тем самым не представляется возможным контроль удаленных точек гололедных отложений на проводах и требует многократного тиражирования для рассредоточенных объектов В Л, что не позволяет снижать себестоимость систем передачи сигналов.
В этой связи важнейшей задачей является создание новой системы передачи и контроля с использованием пассивных элементов формирования сигналов, получаемых от генератора высокой частоты и модулированного в измерительном блоке при достижении предельной гололедной нагрузки, тем самым разработана новая безадресная система телеконтроля предельных значений контролируемых параметров, распределенных вдоль всех ВЛ.
Предложена принципиально новая схема передачи сигналов в виде единого высокочастотного канала связи, сигналы которого модулируются в измерительных блоках, распределенных на протяжении В Л в моменты времени, когда в любой одной или в нескольких точках одновременно возникает предельная гололедная нагрузка на проводах, что позволяет оперативно их фиксировать и плавить гололедные отложения на всей ВЛ, тем самым предложена гарантированная система контроля.
Техническим результатом является создание системы передачи и телеконтроля, обеспечивающей повышение достоверности контроля предельных значений гололедных нагрузок за счет создания контролируемого пункта, не требующего источника питания, за счет пассивного формирования сигналов, тем самым значительно упрощается контролируемый пункт, система передачи и приема информации, что позволяет существенно снизить себестоимость всей системы контроля и повысить эксплуатационные характеристики ВЛ.
Сущность: создание новой системы передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на проводах заключается в создании всего лишь одного высокочастотного канала связи, сигнал которого может модулироваться измерительными блоками, распределенными на протяжении всего расстояния от передающей до приемной частей без использования источников питания на местах под воздействием параметрических датчиков, позволяет существенно сократить расходы на контроль гололедной обстановки на ВЛ за счет существенного упрощения, измерительных блоков системы.
На сегодня наиболее эффективным способом борьбы с гололедом является его плавка, которая осуществляется сразу на всей ВЛ при наличии предельных значений гололедных отложений на любом его участке, т.к. выход из строя одного участка ВЛ выводит из строя всю ВЛ. Поэтому предлагаемая принципиально новая схема системы контроля гололедных отложений весьма актуальна, т.к. позволяет создать простое и дешевое устройство передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на проводах, способной контролировать их предельные значения по всей длине ВЛ.
Разработка и исследование системы передачи информации
Линии электропередач (ЛЭП) высокого напряжения в течении многих лет используются для передачи информации на высоких частотах по всем электрическим сетям. Линии электропередач сами по себе образуют линии связи. Так как они уже созданы, то они ничего не стоят с точки зрения ВЧ-связи. Предназначенное для этого ВЧ-оборудование требуется только на концевых станциях. Это одна из причин, почему система ВЧ-связи по ЛЭП продолжает оставаться такой эффективной с точки зрения затрат.
Другая причина заключается в том, что сигналы могут быть посланы по ЛЭП на несколько сотен километров без какой-либо необходимости иметь промежуточные усилители (ретрансляторы). Таким образом решаются все проблемы, такие как возможность доступа и стоимость. Итак, как линии высокого напряжения строятся с таким расчетом, чтобы они были устойчивы не только в любых климатических условиях, но и против самых серьезных ударов природы, ВЧ-связь по ЛЭП, как правило, является исключительно надежной.
Система ВЧ-связи используется в течение длительного времени для обеспечения служебной телефонной связи в пределах электросети, обмена данными по управлению сетью и для передачи сигналов управления и телезащиты. В последнем случае системы являются идеальными для обеспечения защиты важных линий электропередачи и жизненно важного оборудования просто потому, что они весьма надежны по конструкции и в работе. Они в равной степени могут быть использованы для межкомпьюторной связи и для телефаксов.
Сначала рассмотрим на примере Камышинских электрических сетей, филиала ОАО «Волгоградэнерго» как используются их высоковольтные линии электропередач для систем передачи информации. Камышинские электрические сети на 01.01.2004 года располагают как современным так и консервативным классическим комплексом диспетчерско-технологического управления. Консервативная часть комплекса представлена системами ВЧ-связи по ЛЭП. Надежность таких систем определяется надежностью линии электропередач. В условиях гололедообразования работоспособность систем ВЧ-связи резко снижается вплоть до ее прекращения. В эксплуатации находятся следующие типы оборудования ВЧ-связи по ЛЭП: АСК-1, АСК-ЗС, СПИ-1,2, АВС-1,3, АВС-РС, ВЧС-1 и АКСТ-1,2,3,6. Все это оборудование аналоговое, довольно дорогостоящее, многоэлементное и перспективы на реконструкцию и развитие не имеет. Вторая часть СДТУ представлена радиорелейными линиями связи и средствами диспетчерской подвижной и стационарной радиосвязи. Радиорелейные станции позволяют передавать как малые, так и большие информационные потоки. Этот вид связи представляют: - малоканальные РРС типа «Малютка»-4К, «Контейнер» -6К. - многоканальные цифровые РРС типа «Радан-2» -2/15 и «Радан-МС» - 2/30. Диспетчеризация осуществляется на базе радиостанций «Эстакада» и телекомплексов «ТРС-1», «ТРС-1М».
В настоящее время в КЭС начинают внедряться новейшие технологии передачи информации, такие как системы передачи информации по волоконно-оптическим линиям связи и системы мобильной сотовой связи. На 2-х подстанциях КЭС применен сбор данных АСКУЭ по средствам модемной связи в стандарте GSM. С вводом в работу сотовыми компаниями функции GPRS можно многократно увеличить и скорость и возможности диспетчеризации энергообъектами. Характерным показателем уровня отечественных средств ВЧ-аппаратуры является аппаратура каналов связи и телемеханики по линиям электропередач АКСТ «Линия-М», выпускаемая ОАО «Шадринский телефонный завод». АКСТ «Линия-М» предназначена для организации высокочастотных каналов связи и передачи данных телемеханики по высокочастотным ЛЭП А.01...А.06 в информационных структурах диспетчерского и технологического управления энергосистемами и энергообъектами.
В модернизированный АКСТ «Линия-М» на базе цифровых сигнальных процессоров (ЦСП) реализованы формирователи спектров сигналов телефонии, телеметрии и контрольной частоты, компандеры и эквалайзеры, формирователи ВЧ сигналов AM ОБП и автоматическая регулировка усиления (АРУ), что позволило существенно улучшить технико-экономические характеристики и повысить общую стабильность системы.
Новое поколение средств ВЧ - связи типа ETL предлагает фирма ABB Network Partner, поднимая свою концепцию на современный уровень. Будучи предназначенным для постоянно расширяющихся и для новых сетей, оно является многоцелевым. Благодаря технологии цифровой обработки сигналов оно полностью программируется на месте. Новое поколение средств ВЧ-связи оптимально использует имеющийся спектр частот, обладает отличной электромагнитной совместимостью, занимает мало места и во всех деталях соответствует требованиям последней редакции стандарта МЭКIEC 495.
Анализ опытно-промышленной эксплуатации информационно-измерительных систем контроля гололедных отложений на линиях электропередач
Устройство для определения предельных гололедных нагрузок на проводах линии электропередачи основывается на новом принципе взаимодействия чувствительного элемента, воспринимающего в рабочем диапазоне измерений нелинейно изменяющиеся текущие гололедные нагрузки, и преобразователя, формирующего сигналы путем прямой или косвенной модуляции параметров носителя, лишь об ограниченном числе предельных гололедных нагрузок, которые выдаются считывающим устройством, взаимодействующим с кодирующим устройством, линейное перемещение которого обеспечивается посредством введения нового устройства- механического дискретизатора 7 (см. гл.III п.п.3.2.2).
В основу построения системы положен рассмотренный ранее факт (глава П), что однофазное короткое замыкание на землю рабочей частоты в средней части ЛЭП вносит на частотах от 50 до 120 кГц дополнительное затухание вч-тракта на 5-Ю дБ. То же самое происходит при замыкании в схеме на рисунке 2 ключа К при условии настройки контура LC в резонанс на частоту передаваемого носителя. Ключ К автоматически работает как элемент манипулятора, на вход которого поступает сигнал с датчика гололеда, тем самым вч-сигнал подвергается кодоимпульсной модуляции и, следовательно будет переносить информацию о положении датчика гололеда. Принципиальная схема линейного манипулятора и принцип его работы Линейный манипулятор (ЛМ) состоит из 4-х блоков (см. рис. 4.5): - генератора импульса большой скважности; - формирователя пауз; - устройства выработки длительности пачки импульсов; - электронного ключа с выходным реле. Генератор импульсов построен по классической схеме RC-генератора на логической схеме НЕ DD I+DD 1.3. Для получения большой скважности времязадающий резистор разбит на два R1 и R2, причем R2 зашунтирован диодом. В результате перезаряд емкости С1 происходит либо по цепи VDl - R1, либо по цепи Rl - R2. Импульсы частотой 13 Гц и скважностью не менее 55 поступают на вход электронного ключа DD1.4.
Формирователь пауз собран по схеме одновибратора на микросхеме DD3. Длительность формируемых пауз 1-К5 секунды определяется параметрами R3, С2.
Устройство выработки длительности пачки импульсов построено на базе компаратора DA1. На один вход компаратора подается постоянное напряжение 1+3,2В от датчика гололеда; на другой вход подано напряжение конденсатора СЗ.
Работу манипулятора следует рассматривать с момента формирования паузы. При этом с выхода 4 одновибратора DD3 нулевой уровень поступает на вход 9 электронного ключа DD3 и удерживает его в закрытом состоянии. Уровнем логической единицы с выхода 13 одновибратора DD3 через диод VD2 конденсатор СЗ заряжается до напряжения около 3,5 В. На выходе 9 компаратора DA1 поддерживается уровень логической единицы.
После окончания формирования паузы на выходе 4 DD3 устанавливается уровень логической единицы и, поступая на вход 9 электронного ключа DD1.4, открывает его. Импульсы манипуляции через электронный ключ DD1.4 и буферный элемент DD2 поступают на обмотку реле К1.
Уровнем логического нуля с выхода 13 одновибратора DD3 запирается диод VD2 и конденсатор СЗ начинает разряжаться через цепочку R6, R7. Как только напряжение на СЗ, а значит и неинвертирующем входе компаратора DA1 станет меньше напряжения другого входа, на выходе компаратора установится уровень логического нуля. Этим уровнем по входу 1 запускается одновибратор DD3 и начинается формирование паузы. Во время паузы электронный ключ DD1.4 закрыт нулевым уровнем с выхода 4 DD3, а уровень логической единицы с выхода 13 заряжает конденсатор СЗ и возвращает компаратор в состояние логической единицы по выходу 9.
Таким образом чем меньше входное напряжение на инвертирующем входе компаратора, тем большее время потребуется для разряда конденсатора СЗ до этого уровня, и тем большее количество импульсов поступит на реле К1 и в линию. И наоборот, при приближении напряжения от датчика гололеда к максимальному, время разряда СЗ до этого уровня будет минимальным и в линию поступит один импульс.
Таким образом вся ВЛ представляет собой распределенный на десятки, сотни километров датчик, использующий в качестве чувствительного элемента высокочастотный тракт связи между подстанциями.
Приемное устройство (II) этого «датчика» (I) (см. рис. 4.8), включающее лишь интерфейсную часть (ИБ) с выходом на УАЦП или на индикатор (И), присоединенный к АРУ приемного устройства ВЧ-связи (III) позволяет достаточно экономично и просто фиксировать изменения ВЧ-сигнала от воздействия на «датчик» гололедных отложений, определять все изменения гололедных отложений на ВЛ.
