EA027946B1 - Система мониторинга линий электроснабжения - Google Patents

Abstract

Система датчиков для мониторинга температурных нагрузок и других воздействий на установки электроснабжения содержит по меньшей мере два блока датчиков, расположенных последовательно в местоположениях в подлежащей мониторингу установке электроснабжения, один или более передатчиков сигналов, подсоединенных к каждому из блоков датчиков, один или более приемников сигналов, выполненных с возможностью связи и приема сигналов от передатчиков сигналов, и обрабатывающий модуль, подсоединенный по меньшей мере к одному из приемников сигналов для обработки сигналов и выдачи индикаторного сигнала.

Description

(57) Система датчиков для мониторинга температурных нагрузок и других воздействий на установки электроснабжения содержит по меньшей мере два блока датчиков, расположенных последовательно в местоположениях в подлежащей мониторингу установке электроснабжения, один или более передатчиков сигналов, подсоединенных к каждому из блоков датчиков, один или более приемников сигналов, выполненных с возможностью связи и приема сигналов от передатчиков сигналов, и обрабатывающий модуль, подсоединенный по меньшей мере к одному из приемников сигналов для обработки сигналов и выдачи индикаторного сигнала.

Настоящее изобретение относится к системе и способу мониторинга ветровых нагрузок и температур в установках электроснабжения с использованием технологии радиочастотной идентификации (РЕГО - Райю Егесщепсу Иеиййсайои).

Правила, относящиеся к установкам электроснабжения, были установлены норвежским Управлением по гражданской обороне и планированию действий в чрезвычайных ситуациях Шоптещап ЭйесЮгаЮ Гот Οίνίΐ РгоЮсОоп апй Етегдепсу Р1аптпд - ΌδΒ) 20 декабря 2005 г. и вступили в силу с 1 января 2006 г. на основании Закона № 4 от 24 мая 1924 г., относящегося к контролю электрических установок и электрооборудования. Указанные Правила заменяют Правила от 18 августа 1994 г., относящиеся к электрическим линиям и установкам электроснабжения.

Правила предусматривают, что линии электропередачи должны проектироваться, возводиться, эксплуатироваться и обслуживаться таким образом, чтобы они не представляли угрозы для жизни, здоровья и материальных объектов и в то же время выполняли функции, для которых они предназначены. Указанные Правила адресованы владельцам и операторам установок электроснабжения. Ответственные за проектирование, возведение, модификацию, эксплуатацию или обслуживание таких установок несут ответственность за обеспечение соответствия установок установленным в Правилах требованиям. Все ответственные за проектирование, возведение или модификацию установок обязаны оформить декларацию о том, что указанная установка была возведена в соответствии с требованиями, установленными в Правилах.

К высоковольтным надземным линиям относится, в частности, следующее.

Надземные силовые линии должны инспектироваться в достаточном объеме для проверки нахождения их в требуемом состоянии.

Проведение инспекции линий.

Инспекция линии должна проводиться после того, как линии были подвержены ненормальным воздействиям и по меньшей мере один раз в год. Инспекция линии должна быть документально оформлена отчетами об инспекции линии.

Инспекция линии включает в себя проверку как механических компонентов (оснований, опор), так и собственно электрической установки (изоляторов, линий и коммутаторов и т.д.). В настоящее время инспекцию линий электрической установки часто производят с помощью тепловой фотосъемки с вертолета и ручной инспекции на земле. Инфракрасная камера детектирует ненормальное генерирование тепла, помимо прочего, в результате ослабленных соединений и неисправных или изношенных компонентов. Такое ненормальное выделение тепла указывает на дефект, и указанный дефект может быть устранен до того, как выделение тепла приведет к отказу или выходу из строя линии электропередачи.

Раскачивание на ветру нормально для линий, однако желательно ограничивать движения, чтобы воспринимаемые в опорных точках механические силы не были слишком велики. Существуют различные способы ограничения движений, например, путем навески на линию грузов.

Обрывы в силовых кабелях могут иметь значительные последствия и оставляют без электроэнергии множество людей, а при серьезных инцидентах могут быть высокими затраты на компенсационные выплаты.

Все компании, деятельность которых связана с энергосетями, несут экономическую ответственность в случае длительных перерывов в энергоснабжении.

Если повреждение произошло в кабелях/линиях самого высокого напряжения, которые в то же время передают наибольшую часть энергии, компенсационные выплаты могут быть чрезвычайно высокими. В качестве иллюстрации можно указать, что при отключении электричества в городе Драммене (Норвегия) на один час затраты составляют около пяти миллионов норвежских крон.

Настоящее изобретение ссылается на Закон Норвегии по электрическому контролю Шог\уед1ап Е1ес1пса1 Зирегуйюп Ас!), но другие страны также имеют сходное законодательство.

В силу вышесказанного, помимо прочего, требуются некоторые усовершенствования. Благодаря изобретению в соответствии с пунктами формулы изобретения может быть получен ряд преимуществ:

практически непрерывный мониторинг установки электроснабжения обеспечивает возможность предупреждения о повышенной температуре в установке на ранней стадии, так что неисправность может быть ликвидирована своевременно;

ветровая нагрузка может быть точно измерена, и владельцу/пользователю указанной установки может быть указано, требуются ли меры для ограничения физических движений линии;

с течением времени затраты будут ниже затрат на использование вертолета и ручную наземную инспекцию линии.

Указанные усовершенствования приведут к: повышенной безопасности для пользователей; повышенной надежности энергоснабжения; более низким эксплуатационным затратам.

Задачей настоящего изобретения является создание системы и способа измерения ветровых нагрузок, предупреждение перегрева и предотвращение возгорания в установках электроснабжения. Решение указанной задачи достигается посредством системы для измерения силы ветра и предотвращения возго- 1 027946 рания в установках электроснабжения, определенной в пунктах формулы изобретения.

В одном из вариантов осуществления система датчиков для мониторинга температуры и других воздействий на установки электроснабжения содержит по меньшей мере два блока датчиков, расположенных последовательно в местоположениях в подлежащей мониторингу установке электроснабжения;

один или более передатчиков сигналов, подсоединенных к каждому из указанных блоков датчиков; один или более приемников сигналов, выполненных с возможностью связи и приема сигналов от указанных передатчиков сигналов; и обрабатывающий модуль, подсоединенный по меньшей мере к одному из указанных приемников сигналов для обработки указанных сигналов и выдачи индикаторного сигнала.

Указанные местоположения в установке электроснабжения могут представлять собой, например, одну или более точек вдоль силовых линий или на них, электрические шины, рубильники (контакты/8Р6/смазка), элегазовую коммутационную аппаратуру (018 - даз-шзиШеб 5\уйсНдеаг) (контакты/8Р6/шина/штепсельная розетка), изоляционные ножевые контакты (контакты), трансформаторы тока, трансформаторы напряжения, силовые трансформаторы (обмотки) и т.д.

В одном из аспектов изобретения блоки датчиков содержат датчик силы ветра, датчик температуры, датчик натяжения, датчик высоты или их комбинацию. В одном из вариантов осуществления блоки датчиков имеют физический контакт с подлежащей мониторингу установкой электроснабжения. В одном из вариантов осуществления указанная система может также детектировать коронные разряды.

В одном из аспектов изобретения передатчики сигналов и приемники сигналов являются передатчиками и считывателями электромагнитных сигналов.

Один или более указанных блоков датчиков могут быть подсоединены к приемнику сигналов, так что они содержат как передатчик, так и приемник сигналов. В таких случаях указанные блоки датчиков могут иметь возможность принимать сигналы от другого блока датчиков, например, от соседнего блока датчиков, и ретранслировать их.

В одном из вариантов осуществления указанные блоки датчиков электрически подсоединены к установке электроснабжения, и указанная установка электроснабжения является источником энергии для указанных блоков датчиков. Указанный блок датчиков может также содержать трансформатор для преобразования напряжения из высокого напряжения в напряжение распределения. Указанная система может также содержать средства для измерения электрической нагрузки на указанный блок (блоки) датчиков.

В одном из аспектов изобретения указанный обрабатывающий модуль подсоединен к средству для беспроводной связи с внешним модулем для передачи индикаторного сигнала или другой информации, относящейся к индикаторному сигналу. Указанный внешний модуль может представлять собой, например, центр тревожного оповещения, мобильный телефон, компьютер и т.д.

Поставленная задача решается также посредством способа измерения силы ветра и предотвращения возгорания в установках электроснабжения, который содержит размещение по меньшей мере двух блоков датчиков в местоположениях в подлежащей мониторингу установке электроснабжения;

передачу сигнала датчика от блока датчиков посредством одного или более передатчиков сигналов, подсоединенных к указанным блокам датчиков;

прием сигналов от передатчиков сигналов посредством одного или более приемников сигналов; и обработку указанных сигналов и выдачу индикаторного сигнала.

Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 иллюстрирует принципы системы в соответствии с изобретением.

На фиг. 2 показана сборка блока датчиков согласно изобретению.

На фиг. 3 показан блок датчиков согласно изобретению до сборки.

На фиг. 4 показан блок датчиков согласно изобретению после сборки.

На фиг. 4 изображен в поперечном сечении блок датчиков, показанный на фиг. 3 и 4.

На фиг. 1а и 1Ь показаны два варианта осуществления системы датчиков для контроля установки 10 электроснабжения, содержащей множество высоковольтных столбов или пилонов 11, на которых натянуты высоковольтные линии 13. Во множестве местоположений в указанной установке электроснабжения, в данном случае вдоль высоковольтных линий 13, расположены блоки 12 датчиков. Блоки 12 датчиков содержат один или более датчиков для измерения характеристик, мониторинг которых требуется осуществлять посредством указанной системы. Так, например, указанные датчики могут быть датчиками температуры, датчиками скорости ветра, датчиками натяжения, датчиками высоты, датчиками электрического поля и так далее. С указанными блоками датчика соединен передатчик сигналов, выполненный с возможностью передачи измеренных данных от датчиков. Один из таких передатчиков может представлять собой, например, чип радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ - от англ. габю Ггециеису Меиййсайои сЫр). Указанный чип радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ) содержит антенны, которые обеспечивают для него возможность принимать радиочастотные сигналы от приемопередатчика радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ) и отвечать на них. Указанный чип отвечает, по меньшей мере, своим уникальным

- 2 027946 идентификатором, идентификационным номером (ГО). Существуют различные типы чипов радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ). Пассивные чипы отвечают слабым радиосигналом и не требуют наличия источника питания, тогда как активные чипы передают более мощный ответный сигнал на несколько большее расстояние и требуют наличия источника питания. Третьим вариантом является полупассивный чип, требующий наличия внешнего источника для инициирования передачи/ответа, но которые имеют более высокую мощность передачи и, соответственно большую дальность действия.

Примерами альтернативных передатчиков сигналов являются оптические передатчики и передатчики на основе поверхностной акустической волны, ПАВ (8Л\7 - кшТасе асоикйс \уаус). например, чипы радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ) на основе ПАВ (8А^).

Указанная система также содержит один или более приемников сигналов для связи и приема сигналов от передатчиков сигналов. Приемники сигналов могут быть расположены в некоторых или во всех блоках 12 датчиков, на одном или более высоковольтных столбах 11 или в другой подходящей точке. На фиг. 1а блоки 12 датчиков расположены на высоковольтных линиях 13 на каждом из высоковольтных столбов 11, в то время как на фиг. 1Ь блоки 12 датчиков расположены в нескольких местоположениях вдоль указанных высоковольтных линий. В этих случаях указанные блоки датчиков могут иметь возможность принимать сигналы от другого блока датчиков, например, от соседнего блока датчиков, и ретранслировать их. В этом случае блоки датчиков с передатчиками и приемниками сигналов образуют узел в сети датчиков.

Указанная система обеспечивает возможность непрерывного мониторинга и тревожного оповещения, например, об изменениях температуры в установке электроснабжения и измерениях порывов ветра. Указанная система может содержать ретранслятор, который выполнен с возможностью беспроводной связи с чипами радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ). Дополнительно чипы радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ) выполнены с возможностью беспроводной связи друг с другом. Указанный ретранслятор ретранслирует информацию на считывающий модуль. Указанный считывающий модуль связан с центром мониторинга и тревожного оповещения, с мобильным телефоном или подобным устройством. Это дает возможность оператору вмешаться до того, как температура в установке электроснабжения достигнет опасного уровня. Посредством указанных датчиков можно также детектировать раскачивание линии на ветру. Принятые от системы радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ) данные обеспечивают оператора необходимой информацией для оценки того, имеются ли основания для выполнения более внимательной инспекции указанной установки электроснабжения. Вкратце, указанная система обеспечивает возможность возложить на электронную систему часть работы по инспекции линий.

В одном из вариантов осуществления указанная система также может детектировать коронные разряды. Коронные разряды представляют собой частичные разряды вокруг проводников вследствие высокого электрического поля. При напряженности поля выше 30 кВт/см свободные электроны в воздухе вокруг проводника обладают достаточной энергией для ионизации молекул кислорода. Ионы бомбардируют изоляционный материал и могут формировать проводящие каналы через изоляцию, что в свою очередь может приводить к выходу из строя и дуговым разрядам между проводниками или между проводниками и землей. Воздушные зазоры, открытые стержни и острые кромки являются обычными причинами коронных разрядов.

Разряды вокруг высоковольтных линий разрушают изоляцию и создают радиошум. Это обусловлено тем фактом, что молекулы кислорода ионизируются и образуют озон, который разрушает изоляционный материал. Положительные и отрицательные ионы порождают красно-зеленый свет и радиоволны, которые образуют помехи радиосигналам.

В описанной выше сети/системе датчиков на основе технологии радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ) передачу и получение электронной информации осуществляют в радиочастотном диапазоне. Радиодеталь указанных узлов выполнена с возможностью детектирования коронных разрядов (помех в радиочастотном диапазоне) и ретрансляции данной информации в указанную систему. Путем сравнения уникального идентификатора (ГО) узла и интенсивности радиошума приемник может идентифицировать местоположение коронного разряда.

Установка электроснабжения может иметь протяженность во множество миль. Расстояние между двумя столбами может составлять несколько сот метров. Поэтому для получения удовлетворительной дальности действия в таких случаях чип радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ) должен быть активным, т.е. иметь собственный источник питания. В то же время указанный источник питания не должен быть основан на работе аккумуляторной батареи и в типовом случае должен подлежать ежегодной замене.

На фиг. 2 показан пример того, каким образом блок 20 датчиков согласно изобретению может быть собран на высоковольтной линии 22.

На фиг. 3 показан вариант осуществления блока 20 датчиков согласно изобретению досборки. Блок 20 датчиков имеет форму тора и содержит две части 31 и 32, которые после сборки охватывают кабель, представляющий собой высоковольтную линию. Указанные две части блока датчиков содержат наружный корпус 34 и внутренний сердечник 35. Наружный корпус 34 изготовлен из изоляционного и водонепроницаемого материала. Внутренний сердечник 35 является, например, сердцевиной из железа или другого электропроводного материала. Между двумя частями 31 и 32 для обеспечения водонепроницаемого

- 3 027946 соединения расположено уплотнение 36. В блок датчиков встроен датчик 33, расположенный вдоль внутреннего кольца тора таким образом, чтобы после сборки указанного блока датчиков входить в контакт с кабелем. Блок 20 датчиков также содержит передатчик сигнала, соединенный с блоком датчиков, например в виде чипа радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ). Блок 20 датчиков также содержит трансформатор, который принимает ток от высоковольтной линии и преобразует его в желаемый уровень напряжения для передатчика сигналов/чипа радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ). Указанный трансформатор может также измерять нагрузку на линии, т.е. электрическую энергию. Эта информация полезна для владельцев сети (владельца/пользователя установки электроснабжения), так позволяет ему осуществлять мониторинг и использовать заложенный в сеть линий запас надежности.

На фиг. 4 показан вариант осуществления блока датчиков согласно изобретению после сборки, когда две части скреплены в одно целое, так что блок датчиков образует замкнутый водонепроницаемый модуль.

На фиг. 5 блок датчиков с фиг. 3 и 4 показан в поперечном сечении. Здесь блок 50 датчиков расположен на кабеле 56 и состоит из двух частей, скрепленных друг с другом. Блок датчиков имеет форму тора с наружной поверхностью 53 из изолирующего пластмассового материала и внутренний железный сердечник 54, 55. Датчик 53 расположен на той стороне блока датчиков, которая находится в контакте с кабелем 56. Датчик 53 и передатчик сигналов и опционально считыватель сигналов, присоединенный к указанному датчику, используют ток в кабеле в качестве источника энергии через посредство обмотки 51, намотанной вокруг железного сердечника и соединенной с электронной схемой, которая преобразует напряжение в кабеле в напряжение нужного уровня.

Чип радиочастотной идентификации (ΚΡΙΌ) подсоединен к вторичной стороне трансформатора. Проиллюстрированное решение позволяет собрать блок датчиков на линии без отсоединения линии от изолятора.

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система датчиков для мониторинга температурных нагрузок и других воздействий на установки электроснабжения, содержащая по меньшей мере два блока датчиков, расположенных последовательно в подлежащей мониторингу установке электроснабжения;

   один или более передатчиков сигналов, подсоединенных к каждому из указанных блоков датчиков; один или более приемников сигналов, подсоединенных к каждому из указанных блоков датчиков и выполненных с возможностью связи и приема сигналов от указанных передатчиков сигналов другого блока датчиков и их ретрансляции; и обрабатывающий модуль, подсоединенный по меньшей мере к одному из указанных приемников сигналов для обработки указанных сигналов и выдачи индикаторного сигнала.
2. 2. Система по п.1, в которой указанные блоки датчиков содержат датчик силы ветра, датчик температуры, датчик натяжения и/или датчик высоты.
3. 3. Система по п.1, содержащая средство для измерения электрической нагрузки на указанный блок (блоки) датчиков.
4. 4. Система по п.1, в которой указанные передатчики сигналов и приемники сигналов являются передатчиками и считывателями электромагнитных сигналов.
5. 5. Система по п.1, в которой один или более из указанных блоков датчиков подсоединены к приемнику сигналов.
6. 6. Система по п.1, в которой указанные блоки датчиков электрически подсоединены к установке электроснабжения, причем указанная установка электроснабжения является источником энергии для указанных блоков датчиков.
7. 7. Система по п.1, в которой указанный блок датчиков имеет физический контакт с подлежащей мониторингу установкой электроснабжения.
8. 8. Система по п.1, в которой указанный обрабатывающий модуль подсоединен к средству для беспроводной связи с внешним модулем для передачи индикаторного сигнала или другой информации, относящейся к указанному индикаторному сигналу.
9. 9. Система по п.8, в которой указанный внешний модуль представляет собой центр тревожного оповещения, мобильный телефон, компьютер или подобное устройство.
10. 10. Система по п.7, в которой указанный блок датчиков содержит трансформатор для преобразования высокого напряжения в рабочее напряжение передатчика сигналов.
11. 11. Способ мониторинга температурных нагрузок и других воздействий на установки электроснабжения с помощью системы датчиков по п.1, содержащий этапы, на которых размещают по меньшей мере два блока датчиков в подлежащей мониторингу установке электроснабжения;

    передают сигналы датчиков от указанного блока датчиков посредством одного или более передатчиков сигналов, подсоединенных к указанным блокам датчиков;

    - 4 027946 принимают сигналы от передатчиков сигналов посредством одного или более приемников сигналов, подсоединенных к указанным блокам датчиков, и ретранслируют принятые сигналы; и обрабатывают сигналы и выдают индикаторный сигнал.
12. 12. Способ по п.11, в котором указанные блоки датчиков измеряют силу ветра, температуру, натяжение и/или высоту над землей.
13. 13. Способ по п.11, в котором указанные передатчики сигналов и приемники сигналов являются передатчиками и считывателями электромагнитных сигналов.
14. 14. Способ по п.11, в котором один или более из указанных блоков датчиков получают сигналы от других блоков датчиков посредством приемника сигналов.
15. 15. Способ по п.14, в котором сигнал, полученный от другого блока датчиков, ретранслируют посредством передатчика сигналов.