RU2129334C1

RU2129334C1 - System for signal transmission over power transmission lines for ice detection on conductors

Info

Publication number: RU2129334C1
Application number: RU97100324A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Тюняев; В.А. Волков; Н.П. Хромов; В.А. Горин
Priority date: 1997-01-06
Filing date: 1997-01-06
Publication date: 1999-04-20

Abstract

FIELD: electric communications over power transmission lines; ice detection and indication systems. SUBSTANCE: system has transmission control unit in the form of high-frequency oscillator connected through junction filter and coupling capacitor to power transmission line and loaded into metering units, as well as reception control unit incorporating alarm connected through junction filter and coupling capacitor to power transmission line 4; it is tuned to maximum oscillator-frequency signal and responds to changes in amplitude of signal modulated in metering unit 6. Signal is shaped in response to maximal ice load and transmitted to deicing system; in the action, modulating signal is shaped in metering unit connected to power transmission line due to changes in parameters of metering unit through tuning control upon operation of parametric transducer which serves to determine maximal ice load on particular power transmission line. EFFECT: improved confidence of maximal ice load detection, simplified signal shaping, transmitting, and receiving system, reduced cost of entire system. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электросвязи по линиям электроснабжения, а именно к системам контроля и индикации режимов работы электросетей, и может быть использована для контроля предельных значений нагрузки от гололеда. The invention relates to telecommunications on power lines, and in particular to systems for monitoring and indicating operating modes of electrical networks, and can be used to control the limit values of the load from ice.

Известно устройство для обнаружения гололедных отложений на проводах линии электропередачи (А. с. N 1083276 кл. H 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. A device for detecting icy deposits on wires of a power line (A. p. N 1083276 class. H 02 G 7/16, 1984), containing a measuring unit operating at a measurement frequency, the input of which is connected to the wires of the power lines, and the output - to the ice load alarm unit.

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. The disadvantage of this device is a measuring system that uses two wires of a split phase, which does not allow for the transmission of information through other communication channels via a power line (power transmission line), because these channels are inhomogeneous and asymmetric, therefore, the method of signal formation on the split phase is not implemented on the entire power supply line.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является система передачи сигналов по линии электроснабжения (А.с. N 1185622 кл. H 04 B 3/54, 1985 г.), принятая за прототип. The closest in technical level and the achieved result is a system for transmitting signals through a power line (A.S. N 1185622 class. H 04 B 3/54, 1985), adopted as a prototype.

Система содержит блок управления передачей и блок управления приемом, находящиеся на приемной стороне, а на передающей стороне находятся датчики сигналов, воздействующие на фильтры, подсоединенные через согласующий трансформатор, конденсаторы присоединения к линии электроснабжения. На передающей стороне датчики с контактными элементами воздействуют на фильтры, подсоединенные к линии электропередачи через трансформатор и конденсаторы связи, а на приемной стороне блок управления передачей выдает частоты в линию электропередачи через согласующий первый трансформатор и конденсаторы связи параллельно или последовательно во времени и через первичную обмотку второго согласующего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена последовательно с вторичной обмоткой первого согласующего трансформатора, подсоединен блок управления приемом, который фиксирует изменения нагрузки на выходах фильтров на передающей стороне. The system contains a transmission control unit and a reception control unit located on the receiving side, and on the transmitting side there are signal sensors acting on filters connected through a matching transformer, capacitors connecting to the power supply line. On the transmitting side, sensors with contact elements act on filters connected to the power line through a transformer and communication capacitors, and on the receiving side, the transmission control unit provides frequencies to the power line through a matching first transformer and communication capacitors in parallel or sequentially in time and through the primary winding of the second matching transformer, the secondary winding of which is connected in series with the secondary winding of the first matching transformer, nen reception control unit that detects a load change to the filter outputs on the transmitting side.

Недостатком данного устройства является сосредоточенность датчиков контроля в одном месте, что приводит к сложной системе передачи сигналов о предельных состояниях гололедной нагрузки, рассредоточенной вдоль ЛЭП, 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. The disadvantage of this device is the concentration of the monitoring sensors in one place, which leads to a complex signal transmission system about the extreme conditions of ice load dispersed along the power transmission line, and there is no possibility of obtaining reliable information at significant distances. Therefore, with a short circuit to ground at any point in the network for all channels of the zero sequence made in this network, the linear paths of the sequence turn out to be shorted, their attenuation increases, and communication through these channels ceases, which reduces operational characteristics.

Известные 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 предельных гололедных отложений на проводах и требует многократного тиражирования для рассредоточенных объектов ЛЭП, что не позволяет снижать себестоимость систем передачи сигналов по линии электроснабжения. Known signal transmissions on the power supply line have a low technical level due to the high redundancy of the transmitted information, short range and complex transmission and reception control devices; thus, it is not possible to control the remote points of the limit ice deposits on the wires and requires multiple replication for dispersed power transmission line objects, which does not allow to reduce the cost of signal transmission systems via power lines.

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 ЛЭП. In this regard, the most important task is to create a new transmission and control system using passive elements for generating signals received from a high-frequency generator and modulated in the measuring unit when the maximum ice load is reached, thereby developing a new addressless telecontrol system for the limiting values of monitored parameters distributed along all Power line.

Предложена принципиально новая схема передачи сигналов в виде единого высокочастотного канала связи, сигналы которого модулируются в измерительных блоках, распределенных на протяжении ЛЭП 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 ЛЭП. Тем самым предложена гарантированная система контроля. A fundamentally new signal transmission scheme is proposed in the form of a single high-frequency communication channel, the signals of which are modulated in the measuring units distributed over the power lines at time instants when at any one or several points at the same time there is a maximum ice load on the wires, which allows them to be quickly fixed and to melt ice deposits on the entire power line. Thus, a guaranteed control system is proposed.

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 ЛЭП. The technical result is the creation of a transmission and telecontrol system that improves the reliability of monitoring the limit values of ice loads by creating a controlled point that does not require a power source, due to passive signal generation, thereby greatly simplifying the controlled point, the system of transmitting and receiving information, which allows reduce the cost of the entire control system and increase the operational characteristics of power lines.

Указанный технический результат достигается тем, что система передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на проводах, содержащая блок управления передачей и блок управления приемом, измерительный блок, работающий на частоте измерений, подсоединенный к линии электропередачи, блок сигнализации; снабжена блоком управления передачей, выполненный в виде генератора высокой частоты, соединенного через фильтр присоединения и конденсатор связи к линии электропередачи и нагруженным на измерительные блоки и приемное устройство, а блок управления приемом, содержащий блок сигнализации, через фильтр присоединения и конденсатор связи присоединен к линии электропередачи, настраивается на максимальный сигнал частоты генератора, срабатывающий от изменения амплитуды сигнала, промодулированного в измерительном блоке, при достижении предельной гололедной нагрузки и передающей сигнал на систему управления плавкой гололеда, при этом в измерительном блоке, присоединенном в линии электропередачи, формируется модулируемый сигнал за счет изменения параметров в измерительном блоке через регулятор настройки при срабатывании параметрического датчика, по которому определяют предельную гололедную нагрузку на данной линии электропередачи. The specified technical result is achieved by the fact that the signal transmission system on the power line for detecting icy deposits on the wires, comprising a transmission control unit and a reception control unit, a measuring unit operating at a measurement frequency connected to the power line, an alarm unit; equipped with a transmission control unit, made in the form of a high-frequency generator, connected through the connection filter and a coupling capacitor to the power line and loaded on the measuring units and the receiving device, and the reception control unit containing the signaling block, through the connection filter and a coupling capacitor, is connected to the transmission line , tuned to the maximum signal of the generator frequency, triggered by a change in the amplitude of the signal modulated in the measuring unit, when ice load and transmitting a signal to the ice melting control system, while in the measuring unit connected to the power line, a modulated signal is generated by changing the parameters in the measuring unit through the adjustment regulator when the parametric sensor is triggered, by which the maximum ice load on this line is determined power transmission.

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 ЛЭП за счет существенного упрощения измерительных блоков системы. На сегодня наиболее эффективным способом борьбы с гололедом является его плавка, которая осуществляется сразу на всей ЛЭП при наличии предельных значений гололедных отложений на любом его участке, т.к. выход из строя одного участка ЛЭП выводит из строя всю ЛЭП. Essence: the creation of a new signal transmission system for the power supply line for detecting icy deposits on wires consists in creating only one high-frequency communication channel, the signal of which can be modulated by measuring units distributed over the entire distance from the transmitting to the receiving parts without using power sources in places the influence of parametric sensors, can significantly reduce the cost of controlling the icy situation on power lines due to the significant roscheniya measuring system blocks. Today, the most effective way to deal with ice is to melt it, which is carried out immediately on the entire transmission line in the presence of limit values of ice deposits in any of its sections, because failure of one section of the power line disables the entire power line.

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 ЛЭП. Известно, что однофазное короткое замыкание на землю рабочей частоты в средней части ЛЭП вносит на частотах от 50 до 120 кГц дополнительное затухание ВЧ-тракта 5-10 дВ. Двухфазное замыкание, в том числе и рабочей фазы, вносит дополнительное затухание до 15 дВ. Следовательно, если подключить в месте установки датчика гололеда к рабочей фазе конденсатор связи и второй его конец через заземляющий нож на землю, это будет равносильно для ВЧ-сигнала коротким замыканием на землю, и, следовательно, сигнал на приемнике уменьшится на 5-10 дВ. То же самое произойдет, если вместо заземляющего ножа подключить контур, настроенный на частоту передаваемого сигнала. Therefore, the proposed fundamentally new scheme of the icing control system is very relevant, because allows you to create a simple and cheap device for transmitting signals through the power line to detect icy deposits on the wires, capable of controlling their limit values along the entire length of the power lines. It is known that a single-phase short circuit to ground at an operating frequency in the middle part of the power transmission line introduces an additional attenuation of the RF path of 5-10 dV at frequencies from 50 to 120 kHz. Two-phase closure, including the working phase, introduces additional attenuation up to 15 dV. Therefore, if you connect a coupling capacitor and its other end through the grounding knife to the ground at the installation site of the ice sensor to the working phase, this will be equivalent to a short circuit to ground for the RF signal, and therefore the signal at the receiver will decrease by 5-10 dV. The same thing happens if, instead of a grounding knife, you connect a circuit tuned to the frequency of the transmitted signal.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволил установить, что заявителем не установлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенными признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art cited by the applicant, including a search by patents and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed solution, made it possible to establish that the applicant has not established an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest solution for the totality of features, allowed us to identify the set of essential distinguishing features in relation to the applicant's technical result in the claimed object set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники. To verify the compliance of the claimed invention with the requirement of "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention, the results of which show that the claimed invention does not explicitly follow from the prior art.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень". Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".

На чертеже изображена блок-схема системы передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на проводах. The drawing shows a block diagram of a system for transmitting signals through a power line for detecting icy deposits on wires.

Система передачи сигналов по линии электроснабжения для обнаружения гололедных отложений на проводах содержит: блок управления передачей сигналов 1, выполненный в виде генератора на высокую частоту и совместно с фильтром присоединения 2 и конденсатором связи 3 образующий передающую часть высокочастотного канала по линии 4; блок управления приемом 5, содержащий сигнализатор и совместно с фильтром присоединения 2 и конденсатором связи 3 образующий приемную часть высокочастотного канала по линии 4, настроенную на максимальный сигнал частоты генератора и срабатывающую от изменения амплитуды сигнала, промодулированного в измерительном блоке 6; вдоль ЛЭП в наиболее гололедных местах размещенные измерительные блоки 6, представляющие собой электрическую нагрузку для высокочастотного канала, значение которой непрерывно или дискретно меняется регулятором настройки 7 под действием параметрического датчика 8, по которому определяют предельную гололедную нагрузку на данной линии электропередачи. Для уменьшения затухания высокочастотного сигнала линия электропередачи снабжена высокочастотными заградителями 9. A signal transmission system for a power line for detecting icy deposits on wires comprises: a signal transmission control unit 1 made in the form of a generator at a high frequency and together with the connection filter 2 and a coupling capacitor 3 forming a transmitting part of a high-frequency channel via line 4; a reception control unit 5, comprising a signaling device and together with an attachment filter 2 and a coupling capacitor 3 forming a receiving part of a high-frequency channel along line 4 tuned to the maximum signal of the generator frequency and triggered by a change in the amplitude of the signal modulated in the measuring unit 6; along the power lines in the most icy places placed measuring units 6, which are the electric load for the high-frequency channel, the value of which is continuously or discretely changed by the adjustment regulator 7 under the action of the parametric sensor 8, which determines the maximum ice load on the given transmission line. To reduce the attenuation of the high-frequency signal, the power line is equipped with high-frequency traps 9.

Работа системы осуществляется следующим образом. The system is as follows.

Исходное состояние системы (гололед отсутствует). The initial state of the system (there is no ice).

Генератор высокой частоты 1 через фильтр присоединения 2 и конденсатор связи 3 выдает в линию электропередачи 4 высокочастотное колебание мощностью, достаточной для уверенного, устойчивого приема приемным устройством 5, которое доходит до него с линии электропередачи 4 через конденсатор связи 3 и фильтр присоединения 2. Датчик предельной гололедной нагрузки 8 через регулятор 7 не меняет параметров измерительного блока 6, электрическое сопротивление которого остается очень высоким и не влияет на амплитуду высокочастотного сигнала, фиксируемого приемным устройством 5. The high-frequency generator 1 through the connection filter 2 and the coupling capacitor 3 generates a high-frequency oscillation in the power line 4 with a power sufficient for reliable, stable reception by the receiving device 5, which reaches it from the power line 4 through the coupling capacitor 3 and the connection filter 2. Limit sensor icing load 8 through the regulator 7 does not change the parameters of the measuring unit 6, the electrical resistance of which remains very high and does not affect the amplitude of the high-frequency signal, receiver 5.

При изменении гололедной обстановки на линии электропередачи 4 (нагрузка в одной из точек контроля на датчик гололеда 8 достигает предельного значения) датчик 8 срабатывает и через регулятор настройки 7 изменяет параметры измерительного блока 6 таким образом, что его электрическое сопротивление, являющееся одной из нагрузок ВЧ-генератора, существенно уменьшается, чем вносится значительное затухание ВЧ-сигнала, которое и фиксирует приемное устройство 5. Так как значение принимаемого сигнала на приемной стороне выходит за зону установленного допуска, то срабатывает сигнализатор и формирует команду на плавку гололеда. When the icy situation on the power line 4 changes (the load at one of the monitoring points on the icing sensor 8 reaches the limit value), the sensor 8 is activated and through the adjustment regulator 7 changes the parameters of the measuring unit 6 so that its electrical resistance, which is one of the RF loads generator, is significantly reduced, which introduces a significant attenuation of the RF signal, which captures the receiving device 5. Since the value of the received signal on the receiving side goes beyond the set zone of tolerance, the alarm is activated and generates a command to the melting of ice.

Если одновременно сработает два или более датчиков гололеда, то сигнал на приемном устройстве изменится еще более существенно. If two or more ice sensors work simultaneously, the signal at the receiving device will change even more significantly.

В качестве примера рассмотрим результаты эксперимента, проведенные на ЛЭП с расстоянием 20 км между подстанцией А (ПС.А) и подстанцией Б (ПС.Б), измерительный блок находится на расстоянии 12 км от приемного устройства. As an example, we consider the results of an experiment conducted on a power transmission line with a distance of 20 km between substation A (PS.A) and substation B (PS.B), the measuring unit is located at a distance of 12 km from the receiving device.

Работы проводились на частоте передаваемого ВЧ сигнала F_с=116 кГц. Применена индуктивность L=1 мГн с количеством витков 75х2 с Q=250 с сердечником СБ-34.The work was carried out at the frequency of the transmitted RF signal F _s = 116 kHz. The inductance L = 1 mH was applied with the number of turns 75x2 with Q = 250 with the SB-34 core.

Общая емкость контура измерительного блока при резонансе составила приблизительно 1000 пф. The total capacitance of the circuit of the measuring unit at resonance was approximately 1000 pF.

При значении емкости = 100 пф сигнал изменялся на 1 ДБ. With a capacitance value of = 100 pF, the signal changed by 1 dB.

При значении емкости = 1000 пф сигнал на приемном конце изменялся (увеличился) на 7 дБ. With a capacitance value = 1000 pF, the signal at the receiving end changed (increased) by 7 dB.

С дальнейшим увеличением емкости свыше 1000 пф ВЧ сигнал на приемнике практически прироста не давал. With a further increase in capacitance in excess of 1000 pF, the RF signal at the receiver did not practically increase.

Затухание ВЧ тракта между ПС.А и ПС.Б составляет 12 дБ. Выходное напряжение ВЧ сигнала на передающем конце 20 дБ. Напряжение при резонансе на приемном конце 1 дБ. При расстройке контура напряжение на приемном конце 8 дБ. Такой разницы по напряжению на приемном конце Б достаточно для фиксации приемным устройством. The attenuation of the RF path between PS.A and PS.B is 12 dB. The output voltage of the RF signal at the transmitting end is 20 dB. The voltage at resonance at the receiving end is 1 dB. When detuning the circuit, the voltage at the receiving end is 8 dB. Such a voltage difference at the receiving end B is sufficient for fixing by the receiving device.

Таким образом, выше изложенное свидетельство о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий: система передачи сигналов по линии электроснабжения, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении предназначена для использования в системах контроля и индикации режимов работы электросетей при наличии гололеда, позволяет создать новую экономичную схему системы телеконтроля и упростить эксплуатационные характеристики ЛЭП; для заявленного изобретения, в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждено его осуществление в соответствии с описанием и прилагаемым чертежом; система передачи сигналов, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, способна обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость". Thus, the above stated certificate of compliance with the use of the claimed invention of the following set of conditions: a signal transmission system for a power supply line embodying the claimed invention when it is implemented is intended for use in monitoring systems and indicating operating modes of electric networks in the presence of ice, allows you to create a new economical system diagram remote control and simplify the operational characteristics of power lines; for the claimed invention, in the form as described in the claims, confirmed its implementation in accordance with the description and the attached drawing; a signal transmission system embodying the claimed invention in its implementation is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability".

Claims

A power line signal transmission system for detecting icy deposits on wires, comprising a transmission control unit configured as an RF generator coupled through an attachment filter and a communication capacitor to a power line, and a reception control unit coupled through an attachment filter and a communication capacitor to power transmission line, characterized in that the reception control unit containing the alarm unit is connected via a power line with measuring units associated with the parameters through the tuning regulators, it receives the maximum signal modulated by changing the parameters of one of the measuring units through the tuning regulator when the parametric maximum ice load sensor is triggered, by which the maximum ice load on a given transmission line is recorded in the alarm unit.