DE19718186C1 - Verfahren für eine Zustandsüberwachung von Hochspannungs-Freileitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Zustands­ überwachung von Hochspannungs-Freileitungen, wobei an beliebigen Maststandorten durch Meßaufnehmer, die in Seilnähe am Mastgestänge angebracht sind, Schwingungen des Mastgestänges der Isolatorketten sowie der Seile aufgenommen werden, wobei die Meßdaten einer am Maststandort vorgesehenen Einrichtung mit Rechner zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung zugeführt werden und wobei die an den Maststandorten erfaßten Daten oder daraus abgeleitete Zustandsgrößen drahtlos an einen Zentralrechner einer Leitwarte übermittelt werden.

Für den Betreiber von Hochspannungs-Freileitungen stellt die Möglichkeit, Betriebszustände von Leiterseilen während des Betriebes zu erfassen, eine beachtliche Vereinfachung in der Netzleitung dar. Mit Hilfe einer Zustandsüberwachung können einzelne Freileitungen besser ausgenutzt werden, wenn das Bedienungspersonal der Leitwarte die tatsächliche Seil­ temperatur kennt und die Netzlast nicht auf den theoretischen worst case-Fall beschränken muß. Ebenso können Abhilfe­ maßnahmen zur Verhinderung kritischer Zustände, wie z. B. Eisansatz, sofort von der Leitwarte aus initiiert werden. Hiermit lassen sich Schäden an den Freileitungen verhindern.

Bei dem bekannten Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht (DE 37 35 994 A1), werden die Masten von Hochspannungs- Freileitungen überwacht, um Sabotageakte, d. h. durch Personen verursachte Beschädigungen oder Zerstörungen, zu verhindern. Hierzu sind an dem Mast verschiedene Sensoren zum Detektieren von Erschütterungen oder Bewegungen angeordnet. Vorzugsweise ist an einem oberen Abschnitt eines Mastes zumindest ein Körperschallaufnehmer vorgesehen, der an eine ebenfalls am Mast vorgesehene Einrichtung zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung angeschlossen ist. Auf diese Weise können Körperschallgeräusche auf ihre Ursache hin analysiert werden. Fernerhin können beispielsweise Infrarotdetektoren am Mast angeordnet sein, die beim Vorhandensein von zur Sabotage eingesetzten wärmeabgebenden Maschinen ein Signal abgeben. Außerdem sind am Fuß des Mastes vorzugsweise Sensoren angeschlossen, die eine Beschädigung in diesem Bereich des Mastes signalisieren. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen können Sabotageakte bzw. Zerstörungsversuche erfaßt und angezeigt werden, jedoch ist im Rahmen dieser Maßnahmen die Erfassung des Seilzustandes und insbesondere der Seiltemperaturen nicht vorgesehen. Die mit den Sensoren verbundene und am Mast vorgesehene Einrichtung zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung hat insbesondere die Aufgabe, Körperschallsignale zu vergleichen, Pegelüberschreitungen festzustellen und Signale zu codieren. Die entsprechenden Signale werden an eine Leitwarte weitergeleitet, in der ein gezieltes Analysieren der Signale stattfindet und ggf. ein Alarm ausgelöst wird. Vorzugsweise verfügen die einzelnen Masten zur drahtlosen Übertragung der Signale jeweils über einen Sender und einen Empfänger, so daß die Signale von Mast zu Mast und letztendlich zur Leitwarte übermittelt werden können. Diese Art der Übermittlung ist aufwendig. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen findet in der Leitwarte lediglich eine Analyse der Signale im Hinblick auf eventuelle Sabotageakte statt. Analysen bezüglich des Zustandes der Freileitungen bzw. der Seile werden nicht durchgeführt.

Bei einem anderen ähnlichen bekannten Verfahren (DE 37 07 901 C1) wird ebenfalls der Zustand von Hochspannungs- Freileitungsmasten mit Hilfe von entsprechenden Meßaufnehmern überwacht. Auch hier können beispielsweise Körperschallsensoren als Meßaufnehmer zur Detektion einer mechanischen Beschädigung des Mastes vorgesehen sein. Die Meßdaten werden erfaßt und verarbeitet und über einen Sender drahtlos einer Leitwarte zugeführt, in der ggf. ein Alarm ausgelöst werden kann. Diese bekannten Maßnahmen betreffen im übrigen eine Energieversorgungseinrichtung, die einen autarken Betrieb der Mastüberwachung ermöglicht. Diese bekannten Maßnahmen befassen sich nicht mit der Überwachung des Zustandes der Freileitungsseile bzw. mit der Ermittlung der Seiltemperaturen.

Ein weiteres bekanntes Verfahren (WO 95/35 478) befaßt sich mit der Überwachung der Leiterseiltemperatur von Hochspannungsfreileitungen. Dabei wird die Leiterseiltemperatur anhand des Durchhanges der Leiterseile mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen oder Schallwellen ermittelt. Den erfaßten Meßdaten entsprechende Signale können an eine Leitwarte übermittelt werden. Die Messung des Leiterseildurchhanges erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Lasers. Dazu muß am Leiterseil ein geeigneter Reflektor angebracht sein. Mit diesem bekannten Verfahren ist eine funktionssichere Überwachung des Zustandes der Freileitungsseile bzw. eine funktionssichere Bestimmung der Seiltemperaturen nicht unter allen Bedingungen möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem der Zustand der Freileitungsseile und die Freileitungsseiltemperaturen stets funktionssicher ermittelt werden können. Dabei soll die Zustandsüberwachung insbes. mobil für wechselnde Standorte möglich sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß an beliebigen Maststandorten meteorologische Daten erfaßt werden und durch die Meßaufnehmer Seilzugkräfte aufgenommen werden, daß aus den an den Zentralrechner übermittelten Daten sowie aus Betriebsdaten der Freileitungen, die von der Leitwarte aus vorgegeben werden, die Seiltemperaturen an den Maststandorten ermittelt werden und daß von dem Zentralrechner aus die Einrichtungen zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung an den Maststandorten angesteuert werden, um die Daten und Zustandsgrößen abzufragen.

Die an den Maststandorten vorgesehenen Einrichtungen zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung sind als intelligente Meßsysteme eingerichtet, die für eine meßortnahe Verarbeitung und Auswertung einer größeren Zahl physikalischer Meßgrößen eingerichtet sind. Sie extrahieren Informationen aus den gemessenen physikalischen Daten und kommunizieren ereignis­ gesteuert und/oder in vorgegebenen Zeitintervallen mit einem Zentralrechner der Leitwarte. Daneben können die an den Maststandorten vorgesehenen Einrichtungen von dem Zentral­ rechner der Leitwarte aus aktiviert werden, um Daten und Zustandsgrößen abzufragen. Die an den Maststandorten vorgesehenen Einrichtungen sind aufgabenbezogen konfigu­ rierbar, wobei ausschließlich Meßaufnehmer eingesetzt werden, die nicht unmittelbar an die Leiterseile angeschlossen werden müssen. Dadurch können die Einrichtungen zur Meßdaten­ erfassung und -verarbeitung ohne Freischaltung der Hochspannungs-Freileitungen in Betrieb genommen werden sowie als mobile Einheiten an unterschiedlichen Maststandorten verwendet werden.

Die meteorologischen Daten, die an den Maststandorten in Seilhöhe aufgenommen werden, umfassen vorzugsweise Luft­ feuchte, Lufttemperatur, Niederschlagsmenge, Windrichtung und Windgeschwindigkeit. Auch kann die Globalstrahlung berücksichtigt werden. Die meteorologischen Größen beein­ flussen die Wärmeübertragung zwischen einem Freileitungsseil und seiner Umgebung und wirken sich unmittelbar auf die Seiltemperatur aus. Mit den an den Zentralrechner übermittelten meteorologischen Daten kann der Netzbetrieb so eingerichtet werden, daß die Seiltemperatur in einem zulässigen Temperaturbereich bleibt. Änderungen im Laufe eines Tages sowie saisonale Einflüsse werden berücksichtigt, und der Netzbetrieb kann darauf eingestellt werden. Dabei ist unter Berücksichtigung von Tendenzen in den meteorologischen Daten eine in die Zukunft gerichtete, vorausschauende Steuerung des Netzbetriebes möglich.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, den Netzbetrieb nicht nur nach Maßgabe von meteorologischen Daten einzurichten, sondern mechanische Beanspruchungen der Leitungsseile bei dem Netzbetrieb zu berücksichtigen. Nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden an den Mastgestängen Schwingungsaufnehmer und Wegaufnehmer zur Erfassung der Seilschwingungen und Seilzugkräfte installiert. Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren (DE 37 35 994 A1), von dem die Erfindung ausgeht, ist es grundsätzlich bekannt, am Mast Meßaufnehmer in Form von Körperschallsensoren anzubringen. Diese Meßaufnehmer haben jedoch die Aufgabe, Erschütterungen oder Bewegungen des Mastes zu detektieren. Im Rahmen dieser bekannten Maßnahmen sollen Seilschwingungen und Seilzugkräfte nicht erfaßt werden.

Die an den Maststandorten vorgesehenen Einrichtungen zur Meßdatenerfassung und -bearbeitung weisen vorzugsweise einen Hauptrechner (Master) und einen oder mehrere dem Hauptrechner zugeordnete Arbeitsrechner (Slave) für untergeordnete Rechen­ operationen auf, wobei die Hauptrechner über ein Funkmodem mit dem Zentralrechner der Leitwarte kommunizieren sowie die Einrichtungen für die Meßdatenerfassung steuern und wobei die Arbeitsrechner Datenmengen aus dynamischen Messungen ver­ arbeiten und daraus abgeleitete Zustandsgrößen dem Haupt­ rechner zuführen. Die Arbeitsrechner sind zur Verarbeitung großer, ständig anfallender Datenmengen vorgesehen. Insbe­ sondere nehmen sie Daten der Schwingungsaufnehmer und Wegauf­ nehmer auf. Der Hauptrechner kommuniziert mit dem Zentral­ rechner einer Leitwarte und steuert Betriebseinrichtungen. So können beispielsweise nicht benötigte Sensoren abgeschaltet werden. Ferner überträgt der Hauptrechner Daten oder daraus abgeleitete Zustandsgrößen in vorgegebenen Zeitintervallen und/oder ereignisgesteuert an den Zentralrechner. Die Abfrage kann in regelmäßigen Intervallen, bei kritischen Zuständen auch mit erhöhtem Takt erfolgen. - Auch bei den eingangs erläuterten bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht (DE 37 35 994 A1) ist es grundsätzlich bekannt, daß Meßdaten in einer entsprechenden Einrichtung am Mast erfaßt und verarbeitet werden sowie drahtlos über einen Sender an einen Zentralrechner übermittelt werden. Wie bereits erwähnt werden jedoch bei dem bekannten Verfahren lediglich aus Beschädigungen resultierende Erschütterungen oder Bewegungen in entsprechende Signale umgewandelt und findet eine Überwachung des Zustandes der Leiterseile bzw. der Temperatur der Leiterseile nicht statt.

Die Zustandsüberwachungen sollen auch an unzugänglichen Maststandorten möglich sein, die fernab einer Energiever­ sorgungs-Infrastruktur liegen. Vorzugsweise sind die Einrich­ tungen zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung daher mit einer autarken Stromversorgung, vorzugsweise unter Verwendung von Solaranlagen, ausgerüstet. Im Rahmen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens besteht auch die Möglichkeit, mit Induktionsstrom zu arbeiten. Die autarke Stromversorgung bedingt eine energiesparende Auslegung der Meßeinrichtungen. Insofern ist es von Bedeutung, daß der Hauptrechner Hilfsaggregate zum Betrieb der Einrichtungen und/oder nicht benötigte Sensoren abschalten und bei Bedarf wieder zuschalten kann. - Auch bei einem eingangs bereits beschriebenen bekannten Verfahren (DE 37 07 901 C) wird mit einer autarken Energieversorgung für Überwachungsanlagen an Hochspannungs-Freileitungsmasten gearbeitet. Dieses bekannte Verfahren betrifft jedoch die Überwachung des Zustandes der Masten bzw. der Detektierung von Beschädigungen des Mastes und hat mit der Ermittlung von Zuständen der Freileitungsseile bzw. von Temperaturen der Freileitungsseile nichts zu tun.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Anlagenschema für eine Zustandsüberwachung von Hochspannungs-Freileitungen,

Fig. 2 die Rechnerstruktur für das in Fig. 1 dargestellte Anlagenschema.

An einem beliebigen Maststandort wird eine Einrichtung mit der in Fig. 1 dargestellten Struktur zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung installiert. Die Einrichtung ist als intelligentes System ausgebildet und weist einen Hauptrechner 1 (Master), einen dem Hauptrechner 1 zugeordneten Arbeits­ rechner 2 (Slave) für untergeordnete Rechenoperationen sowie eine autarke Stromversorgung 3 für die Rechner 1, 2 sowie an die Rechner angeschlossene Einrichtungen 4 auf. An die Rechner sind eine Mehrzahl von Sensoren 5 zur Erfassung meteorologischer Daten, zur Erfassung von Mastgestänge-, Isolatorketten- und Seilschwingungen und von Seilzugkräften angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel sind Steckplätze zum Anschluß von Geräten zur Messung der Luftfeuchte 5.1 und Lufttemperatur 5.2, zum Anschluß eines Pyranometers 5.3, eines Regenmelders 5.4 sowie Schwingungsaufnehmer 5.5, 5.6, 5.7 für x-, y- und z-Koordinaten sowie Wegaufnehmer 5.8 vorgesehen. An den Hauptrechner 1 ist ferner durch einen entsprechenden Koppler ein Anemometer 5.9 angeschlossen. Schließlich sind Steckplätze für weitere Einrichtungen 5.10, Schallmeßgeräte, Bewegungsmelder u. dgl. vorgesehen.

Der Hauptrechner 1 kommuniziert über ein Funkmodem 6 mit einem Zentralrechner 7 einer Leitwarte. Ferner steuert der Hauptrechner 1 Hilfsaggregate 8, z. B. Heizungen für den Regenmelder und das Anemometer. Ferner kann der Hauptrechner nicht benötigte Sensoren abschalten.

Die Signalausgänge des Anemometers 5.9, der Meßeinrichtungen für die Wetterdaten 5.1, 5.2, 5.3 (Luftfeuchte, Lufttempe­ ratur, Pyranometer) gehen unmittelbar auf den Hauptrechner 1. Der Arbeitsrechner 2 verarbeitet im wesentlichen die Daten­ mengen aus dynamischen Messungen 5.5, 5.6, 5.7 und führt daraus abgeleitete Zustandsgrößen dem Hauptrechner 1 zu.

Schwingungen und Seilzugkräfte werden durch Sensoren 5.5, 5.6, 5.7, 5.8 erfaßt, die am Mastgestänge in Seilnähe ange­ bracht sind. Dadurch ist eine Gerätemontage ohne Freischalten der Freileitung möglich.

An dem Maststandort erfaßte Daten oder daraus abgeleitete Zustandsgrößen werden drahtlos an den Zentralrechner 7 einer Leitwarte übermittelt. Aus den übermittelten Daten sowie Betriebsdaten der Freileitung, die von der Leitwarte aus vorgegeben werden, wird die Seiltemperatur am Maststandort ermittelt. Die Einrichtung zur Meßdatenerfassung und -bearbeitung wird von dem Zentralrechner 7 aus angesteuert. Daten und Zustandsgrößen können gezielt abgefragt werden. Im übrigen überträgt der Hauptrechner 1 die Daten oder daraus abgeleitete Zustandsgrößen in vorgegebenen Zeitintervallen und/oder ereignisgesteuert an den Zentralrechner 7.

Es versteht sich, daß Einrichtungen des in Fig. 1 beschriebenen Aufbaus in größerer Zahl an beliebigen und voneinander räumlich entfernten Maststandorten vorgesehen werden können, die alle mit dem Zentralrechner 7 kommunizieren.

Die Fig. 2 zeigt die Struktur des Zentralrechners 7, des Hauptrechners 1 und des Arbeitsrechners 2 sowie deren Verknüpfung untereinander. Die als offene Blöcke darge­ stellten Symbole betreffen hardwareunabhängige Objekte; schraffiert dargestellte Blöcke betreffen hardwareabhängige Objekte und punktiert dargestellte Blöcke betreffen Kopplungsglieder zwischen hardwareunabhängigen und hardware­ abhängigen Objekten. Das Objektkonzept ergibt sich aus den in den Blockschaltbildern angegebenen Erläuterungen.

Claims (6)

1. Verfahren für eine Zustandsüberwachung von Hochspannungs- Freileitungen,
wobei an beliebigen Maststandorten durch Meßaufnehmer, die in Seilnähe am Mastgestänge angebracht sind, Schwingungen des Mastgestänges der Isolatorketten sowie der Seile aufgenommen werden,
wobei die Meßdaten einer am Maststandort vorgesehenen Einrichtung mit Rechner zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung zugeführt werden,
wobei die an den Maststandorten erfaßten Daten oder daraus abgeleitete Zustandsgrößen drahtlos an einen Zentralrechner einer Leitwarte übermittelt werden, da­ durch gekennzeichnet,
daß an beliebigen Maststandorten meteorologische Daten erfaßt werden und durch die Meßaufnehmer Seilzugkräfte aufgenommen werden,
daß aus den an den Zentralrechner übermittelten Daten sowie aus Betriebsdaten der Freileitungen, die von der Leitwarte aus vorgegeben werden, die Seiltemperaturen an den Maststandorten ermittelt werden
und daß von dem Zentralrechner aus die Einrichtungen zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung an den Maststandorten angesteuert werden, um die Daten und Zustandsgrößen abzufragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als meteorologische Daten Luftfeuchte, Lufttemperatur, Niederschlagsmenge, Windrichtung und Windgeschwindigkeit an den Maststandorten in Seilhöhe aufgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Mastgestängen Schwingungsaufnehmer und Wegaufnehmer zur Erfassung der Mastgestänge-, Isolatorketten- sowie Seilschwingungen und Seilzugkräfte installiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Maststandorten vorgesehenen Einrichtungen zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung einen Hauptrechner und einen oder mehrere dem Hauptrechner zugeordnete Arbeitsrechner für untergeordnete Rechenoperationen aufweisen, daß die Hauptrechner über ein Funkmodem mit dem Zentralrechner der Leitwarte kommunizieren sowie die Einrichtungen für die Meßdatenerfassung steuern und daß die Arbeitsrechner Datenmengen aus dynamischen Messungen verarbeiten und daraus abgeleitete Zustandsgrößen dem Hauptrechner zuführen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptrechner die Daten oder daraus abgeleitete Zustandsgrößen in vorgegebenen Zeitintervallen und/oder ereignisgesteuert an den Zentralrechner überträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Meßdatenerfassung und -verarbeitung eine autarke Stromversorgung, vorzugsweise unter Verwendung von Solaranlagen, aufweisen.