RU2400765C2 - Method of determining point of fault in power transmission or communication line and device for realising said method - Google Patents

Method of determining point of fault in power transmission or communication line and device for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2400765C2
RU2400765C2 RU2008150234/28A RU2008150234A RU2400765C2 RU 2400765 C2 RU2400765 C2 RU 2400765C2 RU 2008150234/28 A RU2008150234/28 A RU 2008150234/28A RU 2008150234 A RU2008150234 A RU 2008150234A RU 2400765 C2 RU2400765 C2 RU 2400765C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
line
damage
output
input
reflected
Prior art date
Application number
RU2008150234/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008150234A (en
Inventor
Борис Николаевич Плотников (RU)
Борис Николаевич Плотников
Олег Васильевич Тюков (RU)
Олег Васильевич Тюков
Дмитрий Александрович Александров (RU)
Дмитрий Александрович Александров
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Завод радиоаппаратуры"
Открытое акционерное общество "Приволжские магистральные нефтепроводы"
Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "ТРАНСНЕФТЬ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Завод радиоаппаратуры", Открытое акционерное общество "Приволжские магистральные нефтепроводы", Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "ТРАНСНЕФТЬ" filed Critical Открытое акционерное общество "Завод радиоаппаратуры"
Priority to RU2008150234/28A priority Critical patent/RU2400765C2/en
Publication of RU2008150234A publication Critical patent/RU2008150234A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2400765C2 publication Critical patent/RU2400765C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Landscapes

  • Locating Faults (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method involves transmission of time-frequency modulated probing voltage pulses from a generator to a transmission line and reception of reflected pulses. The array of demodulated reflected signals from non-faulty line is recorded in form of an electronic image of the line. Autocorrelation processing and spectral analysis are carried out and frequencies corresponding to pulses reflected from natural non-uniformities are determined. Frequency values and their corresponding distances to natural non-uniformities are recorded in form of reference points. In order to detect faults, demodulated pulses reflected from natural non-uniformities and non-uniformities arising from faults in the line are subtracted from those in the electronic image of the line. Fault in the line is indicated by presence of difference signals. The difference signal undergoes autocorrelation processing and spectral analysis. Frequency Fx corresponding to the coordinate of the fault is determined. The distance to the point of fault is determined from the frequency Fx and reference points.
EFFECT: high accuracy and uniqueness of determining point of fault in a branched line and in automation of the measurement process.
2 cl, 12 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокационным технологиям контроля повреждений линий электропередачи и может быть использовано, в том числе, при создании устройств для дистанционного определения места повреждения высоковольтных линий (ВЛ), преимущественно трехфазных, характеризующихся большим количеством неоднородностей.The invention relates to radar technologies for monitoring damage to power lines and can be used, including, when creating devices for remote location of damage to high-voltage lines (VL), mainly three-phase, characterized by a large number of inhomogeneities.

Известен способ определения мест повреждений линий электропередачи и связи и устройство, предназначенное для реализации этого способа (Патент RU 2269789, кл. G01R 31/11, публ. 2006 г.) /1/. Известный способ заключается в посылке в линию зондирующих импульсов от генератора при согласовании выходного сопротивления последнего с волновым сопротивлением линии с требуемой точностью согласования, приема отраженных импульсов, определении места повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, при этом зондирующие импульсы напряжения подвергают время-частотной модуляции, а отраженные импульсы - соответствующей демодуляции, фильтрации и спектральному анализу, причем информацию о временной задержке отраженных импульсов относительно зондирующих и местах повреждений определяют по значениям получаемых амплитудно-частотных спектров.A known method for determining the location of damage to power lines and communications and a device designed to implement this method (Patent RU 2269789, class G01R 31/11, publ. 2006) / 1 /. The known method consists in sending probe pulses to the line from the generator when matching the output impedance of the latter with the wave impedance of the line with the required matching accuracy, receiving reflected pulses, determining the location of damage by the time delay of the reflected pulse relative to the probing one, while the probe voltage pulses are subjected to time-frequency modulation and the reflected pulses correspond to the corresponding demodulation, filtering, and spectral analysis, and rzhke reflected pulses relative to ground probing and damage is determined by the values received amplitude-frequency spectra.

Недостатком данного способа является то, что он обеспечивает точность измерения расстояния до места повреждения для однородных линий, согласованных с генератором и на конце, и с постоянной скоростью распространения сигналов по линии. Большинство воздушных ЛЭП при наличии значительного количества отводов, периодическому налипанию снега на провода и их обледенению на различных участках не удовлетворяют условиям однородности и согласованности на конце для зондирующих сигналов. Неоднородности приводят к появлению в спектре демодулированного сигнала, который состоит из большого количества отраженных и переотраженных от неоднородностей импульсов, множества спектральных составляющих, что не позволяет выделить спектральную составляющую от повреждения и определить расстояние до него. Также для расчета расстояния по времени задержки необходимо точно знать фазовую скорость распространения сигналов по линии на момент измерения.The disadvantage of this method is that it provides the accuracy of measuring the distance to the place of damage for homogeneous lines, coordinated with the generator and at the end, and with a constant speed of propagation of signals along the line. Most aerial power lines with a significant number of branches, periodic snow sticking to wires and icing at different sites do not satisfy the conditions of uniformity and consistency at the end for sounding signals. Inhomogeneities lead to the appearance in the spectrum of a demodulated signal, which consists of a large number of pulses reflected and reflected from inhomogeneities, a plurality of spectral components, which does not allow to isolate the spectral component from damage and determine the distance to it. Also, to calculate the distance by the delay time, it is necessary to know exactly the phase velocity of signal propagation along the line at the time of measurement.

l=τЗVФ,l = τ З V Ф ,

где расстояние l рассчитывается в метрах, время задержки τЗ - в секундах, а скорость VФ - в м/с.where the distance l is calculated in meters, the delay time τ W - in seconds, and the speed V Ф - in m / s.

При изменении погодных условий изменяется фазовая скорость на неизвестную величину ΔVФ, тогдаWhen weather conditions change, the phase velocity changes by an unknown value ΔV Ф , then

l=τЗ(VФ±ΔVФ)=τЗVФ±τЗVФ,l = τ З (V Ф ± ΔV Ф ) = τ З V Ф ± τ З V Ф ,

т.е. погрешность определения расстояния из-за неопределенности VФ those. the error in determining the distance due to the uncertainty V f

l=±τЗΔVФ l = ± τ З ΔV Ф

увеличивается с увеличением τЗ; то есть чем больше расстояние до места повреждения, тем больше абсолютная погрешность измерения.increases with increasing τ З ; that is, the greater the distance to the place of damage, the greater the absolute measurement error.

Задачей изобретения является повышение точности измерения расстояния до места повреждения в любых линиях электропередачи, как однородных, так и неоднородных, при произвольно изменяющейся фазовой скорости на различных участках линии.The objective of the invention is to improve the accuracy of measuring the distance to the place of damage in any power lines, both homogeneous and heterogeneous, with an arbitrarily changing phase velocity in different sections of the line.

Указанная задача решается способом определения места повреждения линии электропередачи и связи, заключающемся в посылке в линию зондирующих импульсов напряжения с время-частотной модуляцией от генератора, приеме отраженных импульсов, определении места повреждения по временной задержке отраженного импульса относительно зондирующего, при этом отраженные импульсы подвергают демодуляции, фильтрации, преобразованию в цифровую форму, причем преобразованные отраженные импульсы от естественных неоднородностей исправной линии сохраняют в памяти, подвергают автокорреляционной обработке, спектральному анализу, определяют частоты, соответствующие импульсам, отраженным от естественных неоднородностей, расстояние до которых известно с высокой точностью, и сохраняют величины частоты и расстояний в памяти в виде реперных точек, а преобразованные отраженные импульсы от естественных неоднородностей и неоднородности, возникшей при повреждении линии, вычитают из хранящихся в памяти, разностный сигнал подвергают автокорреляционной обработке и спектральному анализу, причем информацию о расстоянии получают по максимальному значению амплитудно-частотного спектра автокорреляционной функции разностного сигнала и реперным точкам.This problem is solved by the method of determining the location of damage to the power line and communication, which consists in sending probing voltage pulses with time-frequency modulation from the generator to the line, receiving reflected pulses, determining the location of damage by the time delay of the reflected pulse relative to the probing one, while the reflected pulses are subjected to demodulation, filtering, converting to digital form, and the converted reflected pulses from natural inhomogeneities of a working line retain in memory, they are subjected to autocorrelation processing, spectral analysis, the frequencies corresponding to pulses reflected from natural inhomogeneities, the distance to which are known with high accuracy, are determined and the frequency and distance values are stored in memory in the form of reference points, and the converted reflected pulses from natural inhomogeneities and the inhomogeneities that occurred when the line is damaged are subtracted from those stored in the memory, the difference signal is subjected to autocorrelation processing and spectral analysis, and formation about the distance value obtained by the maximum amplitude spectrum of the autocorrelation function of the difference signal and reference points.

Поскольку ошибка определения дальности при определении места повреждения связана непосредственно с ошибкой измерения времени запаздывания (частоты) и фазовой скорости распространения сигнала, то можно характеризовать повышение точности измерения дальности уменьшением ошибок измерения (частоты) времени запаздывания и уменьшением влияния скорости распространения.Since the error in determining the range when determining the location of damage is directly related to the error in measuring the delay time (frequency) and phase velocity of the signal, it is possible to characterize the increase in accuracy of measuring the range by reducing measurement errors (frequency) of the delay time and reducing the influence of the propagation speed.

На фиг.1, а слева от начала координат автокорреляционной функции изображена зондируемая линия, к которой на расстоянии L1 от начала длиной LK подключен один отвод. Справа - совмещенный спектр автокорреляционной функции поврежденной и неповрежденной линий: спектральные составляющие отраженного сигнала в линии без повреждений - сплошные линии; составляющие, появляющиеся в результате повреждения, - пунктирные линии. Наклонными прямыми, у которых тангенс угла положительный, показан путь прохождения сигнала от генератора, у которых отрицательный - к генератору. Для ЛЧМ сигналов частота связана линейной зависимостью с временем. Поэтому каждому моменту прихода отраженного сигнала соответствует своя частота:Figure 1, and to the left of the coordinate origin of the autocorrelation function shows a probed line to which one tap is connected at a distance L 1 from the beginning of length L K. On the right is the combined spectrum of the autocorrelation function of the damaged and undamaged lines: the spectral components of the reflected signal in the line without damage are solid lines; components resulting from damage are dashed lines. Inclined lines, in which the tangent of the angle is positive, shows the path of the signal from the generator, in which negative - to the generator. For chirp signals, the frequency is linearly related to time. Therefore, each moment of arrival of the reflected signal corresponds to its own frequency:

F1 - частота, соответствующая отражению от точки подключения отвода L1 и определяемая задержкой сигнала при прохождении пути 2L1;F 1 - the frequency corresponding to the reflection from the connection point of the tap L 1 and determined by the delay of the signal when passing the path 2L 1 ;

F1K - частота, соответствующая отражению от конца отвода LK и определяемая задержкой сигнала при прохождении пути 2(L1+LK), где LK - расстояние от точки подключения отвода к питающей линии до его конца;F 1K is the frequency corresponding to the reflection from the end of the tap LK and determined by the delay of the signal when passing the path 2 (L 1 + L K ), where L K is the distance from the connection point of the tap to the supply line to its end;

(F1K+ΔF) - частота, соответствующая первому переотражению в отводе и определяемая задержкой сигнала при прохождении пути 2(L1+2LK);(F 1K + ΔF) is the frequency corresponding to the first re-reflection in the tap and determined by the delay of the signal during the passage of path 2 (L 1 + 2L K );

(F1K+2ΔF) - частота, соответствующая двойному переотражению в отводе и определяемая задержкой сигнала при прохождении пути 2(L1+2LK);(F 1K + 2ΔF) is the frequency corresponding to double re-reflection in the tap and determined by the delay of the signal during the passage of path 2 (L 1 + 2L K );

FЛK - частота, соответствующая отражению от конца отвода FЛK питающей линии и определяемая задержкой сигнала при прохождении пути 2LK.F LK - the frequency corresponding to the reflection from the end of the tap F LK of the supply line and determined by the delay of the signal when passing the path 2L K.

При появлении повреждения на дальности LX (обрыв или короткое замыкание в двухпроводной линии) в спектре демодулированного отраженного сигнала появляются новые спектральные составляющие, показанные пунктиром, причем все составляющие от неоднородностей, расположенных ближе от места повреждения LX, остаются неизменными, а составляющие от неоднородностей, расположенных в месте повреждения и дальше него, изменяются. Поэтому при вычитании отраженных сигналов, полученных до повреждения и после него, в спектре разностного сигнала появляется четкая граница, соответствующая частоте FX, ниже которой составляющих нет (фиг.1, б).When damage occurs at a distance of L X (open circuit or short circuit in a two-wire line), new spectral components appear in the spectrum of the demodulated reflected signal, shown by a dashed line, and all components from inhomogeneities located closer to the place of damage L X remain unchanged, and components from inhomogeneities located at the site of damage and beyond it are altered. Therefore, when subtracting the reflected signals received before and after the damage, a clear boundary appears in the spectrum of the difference signal, corresponding to the frequency F X , below which there are no components (Fig. 1, b).

Ошибка в определении частоты FX по спектру демодулированного отраженного сигнала, соответствующей повреждению в линии с неоднородностями, в значительной степени зависит от переотраженных сигналов. Так, например, если частота FX совпадает с частотой, вызванной переотраженным от неоднородностей сигналом, обнаружить ее и определить величину в спектре сложного полигармонического сигнала практически невозможно, а если и возможно, то с ошибкой, вызванной наложением спектров от демодулированных отраженных от неоднородностей и повреждения сигналов (фиг.1, а).The error in determining the frequency F X from the spectrum of the demodulated reflected signal corresponding to damage in the line with inhomogeneities largely depends on the reflected signals. So, for example, if the frequency F X coincides with the frequency caused by the signal reflected from the inhomogeneities, it is practically impossible to detect it and determine the value in the spectrum of a complex polyharmonic signal, and if possible, then an error caused by the superposition of the spectra from demodulated reflected from inhomogeneities and damage signals (figure 1, a).

При вычитании сигналов, отраженных при повреждении линии, из сигналов, отраженных при исправной линии и хранящихся в памяти, все частоты в спектре автокорреляционной функции разностного сигнала F<FX исчезают, и проявляется ярко выраженная спектральная составляющая от повреждения, так как все отраженные импульсы на входе приемника, время задержки которых меньше времени задержки отраженного импульса от повреждения, вычитаются (фиг.1, б).When subtracting the signals reflected when the line is damaged from the signals reflected when the line is in good order and stored in memory, all frequencies in the spectrum of the autocorrelation function of the difference signal F <F X disappear, and a pronounced spectral component from the damage appears, since all the reflected pulses on the input of the receiver, the delay time of which is less than the delay time of the reflected pulse from damage, are subtracted (figure 1, b).

Известное устройство /1/ для реализации известного способа содержит соединенные между собой генератор зондирующих импульсов, вычислительный блок, приемник и блок индикации. При этом генератор зондирующих импульсов имеет блок памяти, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель мощности, а приемник содержит смеситель, фильтр нижних частот, аналогово-цифровой преобразователь.The known device / 1 / for implementing the known method comprises interconnected probe pulse generator, a computing unit, a receiver and an indication unit. In this case, the probe pulse generator has a memory unit, a digital-to-analog converter and a power amplifier, and the receiver contains a mixer, a low-pass filter, and an analog-to-digital converter.

Недостатком известного устройства является влияние выходного сопротивления усилителя мощности на погрешность измерения расстояния до места повреждения и на максимальную дальность, на которой обеспечивается требуемая точность, что накладывает жесткие ограничения на характеристики усилителя и блока управления сопротивлением.A disadvantage of the known device is the influence of the output resistance of the power amplifier on the error in measuring the distance to the place of damage and on the maximum range at which the required accuracy is ensured, which imposes severe restrictions on the characteristics of the amplifier and the resistance control unit.

Рассмотрим условие согласования генератора с линией для отраженных импульсов. Известно, что коэффициент отражения Р определяется формулой (1) (А.А.Харкевич. «Основы радиотехники». - М.: Связьиздат., 1962) /2/Consider the condition for matching the generator with the line for reflected pulses. It is known that the reflection coefficient P is determined by the formula (1) (A.A. Kharkevich. "Fundamentals of radio engineering." - M .: Svyazizdat., 1962) / 2 /

Figure 00000001
Figure 00000001

где Zi=ZВЫХ+RC - выходное сопротивлении источника (генератора), зондирующего линию,where Z i = Z OUT + R C is the output resistance of the source (generator) probing the line,

ZВЫХ - выходное сопротивление усилителя мощности,Z OUT - output impedance of the power amplifier,

RC - согласующий резистор блока управляемого сопротивления,R C is the terminating resistor of the controlled resistance unit,

W - волновое сопротивление зондируемой линии.W is the wave resistance of the probed line.

Из формулы (1) следует, что для хорошего согласования генератора с линией должно выполнятся условие Zi≈W≈Zi+RC. Чтобы отраженный от повреждения линии сигнал не попадал на оба входа приемника, выходное сопротивление усилителя мощности должно быть равно нулю (в противном случае полезный сигнал на выходе смесителя уменьшится и ухудшится соотношение сигнал/помеха). Тогда при RC=W напряжение падающей волны UПВ в два раза меньше напряжения на выходе усилителя мощности ZВЫХ или усилитель должен развивать в два раза большую мощность, так как половина мощности теряется в согласующем резисторе. Кроме того, переотражение импульсов при условии согласования генератора с линией всегда проявляется в неоднородных линиях. Любая реальная линия имеет случайные неоднородности, обусловленные технологией изготовления и монтажа (особенно это относится к воздушным ВЛ, имеющим на своем протяжении многочисленные отводы).From formula (1) it follows that for good matching of the generator with the line, the condition Z i ≈ W≈Z i + R C must be satisfied. So that the signal reflected from the damage to the line does not fall on both inputs of the receiver, the output resistance of the power amplifier should be zero (otherwise the useful signal at the output of the mixer will decrease and the signal-to-noise ratio will worsen). Then, at R C = W, the voltage of the incident wave U PV is two times less than the voltage at the output of the power amplifier Z OUT or the amplifier should develop twice as much power, since half the power is lost in the matching resistor. In addition, re-reflection of pulses, subject to matching the generator with the line, always manifests itself in inhomogeneous lines. Any real line has random inhomogeneities caused by the manufacturing and installation technology (this is especially true for overhead overhead lines, which have numerous taps throughout).

На каждой неоднородности будут происходить отражения, которые, отразившись, в свою очередь, от предшествующих неоднородностей, образуют затухающий "хвост", следующий за основным возмущением. Этот специфический вид искажений носит название попутного потока, который может сильно вредить на сколько-нибудь длинных ЛЭП (А.А.Харкевич. «Основы радиотехники», М.: Связьиздат., 1962) /2/.At each heterogeneity, reflections will occur, which, reflected, in turn, from the previous heterogeneities, form a decaying "tail" following the main disturbance. This specific type of distortion is called the associated flow, which can greatly harm any long transmission lines (A.A. Kharkevich. "Fundamentals of Radio Engineering", M .: Svyazizdat., 1962) / 2 /.

Указанные недостатки в заявленном устройстве отсутствуют, т.к. не требуется полного согласования усилителя мощности с линией. Благодаря введению в устройство направленного ответвителя устраняется влияние выходного сопротивления усилителя мощности на отраженный сигнал, приходящий с ЛЭП. Так как опорный сигнал снимается с выхода ЦАП, а не с выхода усилителя мощности, как в прототипе, обеспечивается высокая развязка между входами приемника. Введение в устройство коммутатора позволяет оперативно производить измерение расстояний до места повреждения на любых ВЛ, и при соответствующем ПО вычислитель определяет все виды повреждений, например замыкание любого провода на землю, обрыв любого провода, межпроводные замыкания, пробой изолятора, степень обледенения проводов и др.These shortcomings in the claimed device are absent, because full matching of the power amplifier with the line is not required. Thanks to the introduction of a directional coupler into the device, the influence of the output resistance of the power amplifier on the reflected signal coming from the power transmission line is eliminated. Since the reference signal is removed from the output of the DAC, and not from the output of the power amplifier, as in the prototype, a high isolation between the inputs of the receiver is provided. Introduction to the switch device allows you to quickly measure distances to the place of damage on any overhead line, and with appropriate software, the calculator determines all types of damage, for example, shorting any wire to ground, open any wire, short-circuiting, breakdown of the insulator, degree of icing of the wires, etc.

Таким образом, новый технический результат, который может быть достигнут при реализации заявленного изобретения, заключается в достижении высокой степени точности и однозначности определения места повреждения высоковольтных трехфазных разветвленных линий, характеризующихся большим количеством неоднородностей, и в автоматизации процесса измерений.Thus, a new technical result that can be achieved by implementing the claimed invention is to achieve a high degree of accuracy and uniqueness in determining the place of damage of high-voltage three-phase branched lines, characterized by a large number of heterogeneities, and in automating the measurement process.

Заявленный способ иллюстрируется примером его реализации в работе нового устройства, которое содержит генератор зондирующих импульсов 1, состоящий из блока памяти 2, цифрового преобразователя (ЦАП) 3 и усилителя мощности 4, направленный ответвитель 5, коммутатор 6, приемник 7, вычислительный блок 8 (например, микроЭВМ), блок передачи информации 9 (фиг.2).The claimed method is illustrated by an example of its implementation in the operation of a new device that contains a probe pulse generator 1, consisting of a memory unit 2, a digital converter (DAC) 3 and a power amplifier 4, a directional coupler 5, a switch 6, a receiver 7, a computing unit 8 (for example , microcomputer), information transfer unit 9 (figure 2).

Первый выход генератора 1, которым является выход усилителя мощности 4, соединен с входом направленного ответвителя (НО) 5, вход/выход НО 5 соединен с входом/выходом коммутатора 6, выход НО соединен с первым входом приемника 7, второй выход генератора, являющийся выходом ЦАП, соединен со вторым входом приемника 7, вход коммутатора 6 связан с вторым выходом вычислительного блока 8, n выходов коммутатора связаны с n проводами ВЛ, вычислительный блок 8 входом связан с выходом приемника 7, первым выходом - с входом генератора, который является входом блока памяти, а третьим выходом - с входом блока передачи информации 9.The first output of the generator 1, which is the output of the power amplifier 4, is connected to the input of the directional coupler (HO) 5, the input / output of HO 5 is connected to the input / output of the switch 6, the output of HO is connected to the first input of the receiver 7, the second output of the generator, which is the output The DAC is connected to the second input of the receiver 7, the input of the switch 6 is connected to the second output of the computing unit 8, n outputs of the switch are connected to n wires of the overhead lines, the computing unit 8 is connected to the output of the receiver 7 by the first output, and the input of the generator, which is the input of the Single memory and third output - to the input information transmission unit 9.

Приемник 7 (фиг.3) содержит смеситель 10, фильтр нижних частот (ФНЧ) 11 и аналогово-цифровой преобразователь 12. Первый и второй входы смесителя 10 являются соответственно первым и вторым входом приемника, а выход преобразователя 12 - выходом приемника 7.The receiver 7 (figure 3) contains a mixer 10, a low-pass filter (LPF) 11 and an analog-to-digital converter 12. The first and second inputs of the mixer 10 are the first and second input of the receiver, and the output of the converter 12 is the output of the receiver 7.

Коммутатор 6 (фиг.4) содержит в общем случае трансформатор, входная обмотка которого является входом/выходом, соединенным с входом/выходом НО 5, а выходная обмотка содержит К выводов, соединенных с входами/выходами блока ключей 14, соответствующие вых/вх блока ключей соединены с соответствующими проводами ВЛ. Управляющие входы ключей соединены с соответствующими выходами блока управления ключами 15, вход которого связан с выходом 2 вычислительного блока 8.The switch 6 (figure 4) generally contains a transformer, the input winding of which is an input / output connected to the input / output of HO 5, and the output winding contains K terminals connected to the inputs / outputs of the key block 14, corresponding to the input / output of the block keys connected to the corresponding wires of the overhead line. The control inputs of the keys are connected to the corresponding outputs of the key management unit 15, the input of which is connected to the output 2 of the computing unit 8.

Вычислительный блок (фиг.5) в общем случае может представлять собой микроЭВМ, содержащую шину адресов данных, управления 16, модуль процессора 17, устройство управления клавиатурой 18, модуль памяти 19.The computing unit (figure 5) in the General case may be a microcomputer containing a data address bus, control 16, processor module 17, keyboard control device 18, memory module 19.

Рассмотрим работу устройства для определения места повреждения фазных проводов 3-фазной высоковольтной линии с N отводами к потребителям при зондировании ВЛ ЛЧМ импульсами с прямоугольной огибающей.Consider the operation of the device for determining the location of damage to the phase conductors of a 3-phase high-voltage line with N taps to consumers when sounding overhead lines with LFM pulses with a rectangular envelope.

Вначале производят калибровку устройства. Для этого на первом цикле работы в модуль памяти вычислительного блока 8 записывают шесть массивов отраженных сигналов, полученных с неповрежденной ВЛ, так называемых электронных образов (паспортов), при шести видах подключения устройства к фазам, соответствующие подключения соответствуют при 3 фазах А, В, С возбуждению волны в ВЛ:First, calibrate the device. For this, in the first cycle of operation, six arrays of reflected signals received from an intact overhead line, so-called electronic images (passports) are recorded in the memory module of computing unit 8, with six types of device connection to phases, the corresponding connections correspond to 3 phases A, B, C excitation of a wave in overhead lines:

- фаза А - земля,- phase A - earth,

- фаза В - земля,- phase B - ground,

- фаза С - земля,- phase C - earth,

- фаза А - фаза В,- phase A - phase B,

- фаза В - фаза С,- phase B - phase C,

- фаза А - фаза С.- phase A - phase C.

Расстояние до места подключения к ВЛ отводов и потребителей, от которых отражается сигнал как от естественных неоднородностей в канале распространения, является известным, то есть заданным.The distance to the point of connection to the overhead lines of taps and consumers, from which the signal is reflected as from natural inhomogeneities in the propagation channel, is known, that is, given.

Поэтому на втором цикле после соответствующей цифровой обработки (фильтрации, корреляционной и др.) и спектрального анализа шести паспортов UA-1, UB-1, UC-1, UA-B, UB-C, UA-C составляют таблицу реперных точек (фиг.6), в которой каждой известной неоднородности Li приводится соответствующая ей частота Fi.Therefore, in the second cycle, after appropriate digital processing (filtering, correlation, etc.) and spectral analysis of six passports, U A-1 , U B-1 , U C-1 , U AB , U BC , U AC, compose a table of reference points (Fig. .6), in which each known heterogeneity L i is given its corresponding frequency F i .

На третьем цикле со всех подключений отраженные демодулированные сигналы вычитаются в вычислительном блоке 8 из соответствующих паспортов. При отсутствии повреждений фазных проводов ВЛ шесть разностных сигналов равны нулю, при этом все паспорта обновляются. Появление любого повреждения (например, короткое замыкания любой фазы на землю, обрыв любого провода, короткого замыкания 2 фаз и др.) приводит на различных видах возбуждения к появлению разностных сигналов. Разностные цифровые сигналы в модуле процессора 17 подвергаются обработке, корреляционному и спектральному анализу. При этом используется программное обеспечение, хранящееся в модуле памяти 19. В результате вычислительных процедур в модуле 17 получают для шести подключений шесть амплитудно-частотных спектров автокорреляционных функций разностного сигнала (фиг.7, 8).In the third cycle, from all connections, the reflected demodulated signals are subtracted in the computing unit 8 from the corresponding passports. In the absence of damage to the phase wires of the overhead lines, the six differential signals are equal to zero, while all the passports are updated. The appearance of any damage (for example, a short circuit of any phase to ground, an open circuit of any wire, a short circuit of 2 phases, etc.) leads to the appearance of difference signals on various types of excitation. Difference digital signals in the processor module 17 are processed, correlation and spectral analysis. The software stored in the memory module 19 is used. As a result of the computational procedures in the module 17, six amplitude-frequency spectra of the autocorrelation functions of the difference signal are obtained for six connections (Figs. 7, 8).

По максимальному значению амплитудно-частотного спектра автокорреляционной функции разностного сигнала определяется частота FX, соответствующая координате повреждения, по которой с учетом данных таблицы 1 (см. фиг.6) рассчитывается расстояние до места повреждения по формуле (2)The maximum value of the amplitude-frequency spectrum of the autocorrelation function of the difference signal determines the frequency F X corresponding to the damage coordinate, according to which, taking into account the data in Table 1 (see Fig. 6), the distance to the damage site is calculated by the formula (2)

Figure 00000002
Figure 00000002

где FX - частота в Гц, соответствующая координате повреждения, определяемая по максимальному значению амплитудно-частотного спектра автокорреляционной функции разностного сигнала,where F X is the frequency in Hz corresponding to the damage coordinate, determined by the maximum value of the amplitude-frequency spectrum of the autocorrelation function of the difference signal,

Fn, Fn-1 - частоты в Гц реперных точек, ближайшие к FX,F n , F n-1 - frequencies in Hz of reference points closest to F X ,

Ln, Ln-1 - расстояние до реперных точек в метрах,L n , L n-1 - the distance to the reference points in meters,

Figure 00000003
- коэффициент, учитывающий изменение фазовой скорости при изменении начальных условий от момента записи реперных точек до момента возникновения повреждения,
Figure 00000003
- coefficient taking into account the change in phase velocity when changing the initial conditions from the moment of recording the reference points until the damage occurs,

Figure 00000004
- частота в Гц, полученная при анализе спектра автокорреляционной функции электронного образа линии на момент возникновения повреждения.
Figure 00000004
is the frequency in Hz obtained by analyzing the spectrum of the autocorrelation function of the electronic image of the line at the time the damage occurred.

В результате анализа спектрограммы разностного сигнала в вычислительном блоке принимается решение о наличии или отсутствии повреждений в ЛЭП. Если повреждение обнаружено, то определяется тип повреждения и рассчитывается по формуле (2) расстояние до него. На фиг.9, 10, 11 приведены примеры спектров автокорреляционных функций разностного сигнала, полученные с реальной ВЛ, при этом на фиг.9 - при обрыве трех фаз на дальности 17,67 км, подключение Фаза-Фаза; на фиг.10 - при обрыве трех фаз на дальности 17,67 км, подключение Фаза-Земля, на фиг.11 - при отсутствии повреждений; фиг.12 - спектр автокорреляционной функции паспортного сигнала.As a result of the analysis of the spectrogram of the difference signal in the computing unit, a decision is made about the presence or absence of damage in the power transmission line. If damage is detected, then the type of damage is determined and the distance to it is calculated by formula (2). Figures 9, 10, 11 show examples of the spectra of the autocorrelation functions of a difference signal obtained with real OHL, while Fig. 9 shows, when three phases are broken at a distance of 17.67 km, Phase-Phase connection; figure 10 - when the cliff of the three phases at a distance of 17.67 km, the Phase-Earth connection, figure 11 - in the absence of damage; Fig - spectrum of the autocorrelation function of the passport signal.

Данные спектров позволяют определить типы повреждения фаз посредством модуля 17 в результате сравнительного анализа спектров автокорреляционных функций разностного сигнала на шести типах подключений.The spectral data makes it possible to determine the types of phase damage by means of module 17 as a result of a comparative analysis of the spectra of the autocorrelation functions of the difference signal on six types of connections.

Например, при повреждении фазы А на всех видах подключения, кроме подключения фаза В-фаза С, разностный сигнал не равен нулю, а на подключении фаза В-фаза С он равен нулю, так как при подключении фаза В-фаза С по проводникам В и С протекают противофазные токи и поэтому электромагнитная связь с проводом А отсутствует, а значит, и отсутствует влияние провода А на сигнал, распространяющийся по проводам В и С. Поэтому повреждения провода не изменяют отраженные сигналы для противофазного возбуждения проводов В и С.For example, if phase A is damaged in all types of connections, except for connecting phase B-phase C, the difference signal is not equal to zero, and when connecting phase B-phase C it is zero, because when connecting phase B-phase C through conductors B and Antiphase currents flow with C, and therefore there is no electromagnetic connection with wire A, which means that there is no influence of wire A on the signal propagating through wires B and C. Therefore, damage to the wire does not change the reflected signals for antiphase excitation of wires B and C.

При повреждении высоковольтной линии в виде короткого замыкания фаза В-фаза С разностный сигнал будет отсутствовать при зондировании на подключении фаза А-Земля, так как электромагнитная волна, распространяющаяся по проводу А, наводит синфазные токи (напряжение) на проводах В и С. Поэтому при коротком замыкании соединяются эквипотенциальные точки проводов В и С, что не изменяет условий распространения синфазного сигнала, и поэтому не обнаруживается повреждение (разностный сигнал) на подключении фаза А-Земля.If the high-voltage line is damaged in the form of a short circuit, the B-phase C phase differential signal will be absent when probing the A-Earth phase connection, since the electromagnetic wave propagating through wire A induces common-mode currents (voltage) on wires B and C. Therefore, when a short circuit, the equipotential points of wires B and C are connected, which does not change the propagation conditions of the common mode signal, and therefore no damage (differential signal) is detected on the A-Earth phase connection.

Можно показать, что любые типы повреждения могут быть классифицированы при анализе отраженных сигналов, полученных при шести видах подключения устройства к проводам трехфазной линии электропередачи. В случае, если в вычислителе в соответствии с программой обнаруживается повреждение, то автоматически определяется расстояние до него, определяется тип повреждения, и информация передается на пульт диспетчера через блок передачи данных.It can be shown that any types of damage can be classified when analyzing the reflected signals received during six types of connecting the device to the wires of a three-phase power line. In the event that damage is detected in the calculator in accordance with the program, the distance to it is automatically determined, the type of damage is determined, and information is transmitted to the dispatcher's console through the data transfer unit.

Кроме того, появление любого повреждения линии, в том числе обрыв любого провода, приводит появлению разностных сигналов, что автоматически, без участия оператора, фиксируется во времени. Знание времени повреждения может быть использовано соответствующими службами, отвечающими за безопасность линий, включая их хищение.In addition, the appearance of any damage to the line, including the breakage of any wire, leads to the appearance of difference signals, which is automatically, without operator intervention, recorded in time. Knowing the time of damage can be used by the appropriate services responsible for the safety of lines, including their theft.

В частном случае применения заявленное изобретение может быть применимо для обслуживания неоднородных двухфазных линий электропередач.In the particular case of application, the claimed invention may be applicable for servicing heterogeneous two-phase power lines.

Claims (2)

1. Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи, в котором в линию посылают импульсы напряжения с их время-частотной модуляцией, принимают отраженные импульсы с их последующей демодуляцией, фильтрацией и спектральным анализом, при обнаружении повреждения линии рассчитывают расстояние до места повреждения, отличающийся тем, что фиксируют массив демодулированных отраженных сигналов, полученных с неповрежденной линии в виде электронного образа линии, производят автокорреляционную обработку, спектральный анализ и определяют частоты, соответствующие импульсам, отраженным от естественных неоднородностей, записывают значения частот и соответствующих им расстояний до естественных неоднородностей в виде реперных точек, а для обнаружения повреждения отраженные демодулированные импульсы от естественных неоднородностей и неоднородности, возникшей при повреждении линии, вычитают из зафиксированных в электронном образе линий, вывод о повреждении линии делают при наличии разностных сигналов, подвергают разностный сигнал автокорреляционной обработке и спектральному анализу, определяют частоту FX, соответствующую координате повреждения, а расстояние до места повреждения рассчитывают по зависимости:
Figure 00000005
,
где FX - частота, соответствующая координате повреждения, определяемая по максимальному значению амплитудно-частотного спектра автокорреляционной функции разностного сигнала,
Fn, Fn-1 - частоты реперных точек, ближайшие к FX, Гц;
Ln, Ln-1 - расстояние до реперных точек, м;
Figure 00000003
- коэффициент, учитывающий изменение фазовой скорости при изменении начальных условий от момента записи реперных точек до момента возникновения повреждения;
Figure 00000006
- частота, полученная при анализе спектра автокорреляционной функции электронного образа линии на момент возникновения повреждения, Гц.1. A method for determining the location of damage to power lines and communications, in which voltage pulses with their time-frequency modulation are sent to the line, reflected pulses are received with their subsequent demodulation, filtering and spectral analysis, if a line damage is detected, the distance to the place of damage is calculated, characterized in that fix the array of demodulated reflected signals received from the undamaged line in the form of an electronic image of the line, produce autocorrelation processing, spectral analysis and the frequencies corresponding to the pulses reflected from the natural inhomogeneities are limited, the values of the frequencies and the corresponding distances to the natural inhomogeneities are recorded in the form of reference points, and to detect damage, the reflected demodulated pulses from the natural inhomogeneities and inhomogeneities that occurred when the line is damaged are subtracted from the electronically recorded ones lines, the conclusion about line damage is made in the presence of difference signals, the difference signal is subjected to autocorrelation processing and spectral analysis, determine the frequency F X, corresponding to the coordinate of damage, and the distance to the fault is calculated according to the relationship:
Figure 00000005
,
where F X is the frequency corresponding to the damage coordinate, determined by the maximum value of the amplitude-frequency spectrum of the autocorrelation function of the difference signal,
F n , F n-1 - frequencies of reference points closest to F X , Hz;
L n , L n-1 - the distance to the reference points, m;
Figure 00000003
- coefficient taking into account the change in phase velocity when changing the initial conditions from the moment of recording the reference points until the occurrence of damage;
Figure 00000006
- the frequency obtained by analyzing the spectrum of the autocorrelation function of the electronic image of the line at the time of the occurrence of damage, Hz. 2. Устройство для определения места повреждения линий электропередачи и связи, содержащее генератор зондирующих импульсов, вычислительный блок, первый выход которого соединен со входом генератора, приемник, имеющий два входа и вторым входом связанный с вторым выходом генератора, а выходом - со входом вычислительного блока, при этом генератор зондирующих импульсов имеет блок памяти, цифроаналоговый преобразователь и усилитель мощности, вход блока памяти является входом генератора, выход усилителя мощности является первым выходом генератора, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит коммутатор, направленный ответвитель и блок передачи информации, при этом первый выход генератора соединен с входом направленного ответвителя, второй выход генератора, является выходом цифроаналогового преобразователя, соединенным со вторым входом приемника, вход/выход ответвителя соединен с входом/выходом коммутатора, а выход соединен с первым входом приемника, вход коммутатора связан со вторым выходом вычислительного блока, вычислительный блок третьим выходом соединен с входом блока передачи информации, n выходов коммутатора связаны с n проводами линии электропередачи. 2. A device for determining the location of damage to power lines and communications, comprising a probe pulse generator, a computing unit, the first output of which is connected to the input of the generator, a receiver having two inputs and a second input connected to the second output of the generator, and the output to the input of the computing unit, the probe pulse generator has a memory unit, a digital-to-analog converter and a power amplifier, the input of the memory unit is the input of the generator, the output of the power amplifier is the first output of the generator torus, characterized in that the device further comprises a switch, a directional coupler and an information transmission unit, wherein the first output of the generator is connected to the input of the directional coupler, the second output of the generator is the output of a digital-to-analog converter connected to the second input of the receiver, the input / output of the coupler is connected to the input / output of the switch, and the output is connected to the first input of the receiver, the input of the switch is connected to the second output of the computing unit, the computing unit is connected to the third output input information transmitting unit, n switch outputs are connected with the n wires of the transmission line.
RU2008150234/28A 2008-12-18 2008-12-18 Method of determining point of fault in power transmission or communication line and device for realising said method RU2400765C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008150234/28A RU2400765C2 (en) 2008-12-18 2008-12-18 Method of determining point of fault in power transmission or communication line and device for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008150234/28A RU2400765C2 (en) 2008-12-18 2008-12-18 Method of determining point of fault in power transmission or communication line and device for realising said method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008150234A RU2008150234A (en) 2010-06-27
RU2400765C2 true RU2400765C2 (en) 2010-09-27

Family

ID=42683110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008150234/28A RU2400765C2 (en) 2008-12-18 2008-12-18 Method of determining point of fault in power transmission or communication line and device for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2400765C2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474831C1 (en) * 2011-10-07 2013-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Method to detect area of power transmission and communication lines damage and device for its realisation
RU2559308C2 (en) * 2013-12-11 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ-КАИ) Method for determining damaged point of power transmission and communication lines
RU2654377C1 (en) * 2017-05-24 2018-05-17 Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани Method for determining of damaged point of power transmission lines
RU2654378C1 (en) * 2017-05-24 2018-05-17 Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани Method of determining point of damage on electric power lines with large amount of discontinuity
RU2685048C1 (en) * 2018-07-25 2019-04-16 Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани Method of determining places of inhomogeneities and damage of power transmission lines
RU190017U1 (en) * 2019-02-13 2019-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" Test bench for testing the location complex
RU2713741C1 (en) * 2019-05-16 2020-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" Method for determining the position of reflected pulse
RU2720818C1 (en) * 2019-10-01 2020-05-13 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "АРТС" (ООО "НПП "АРТС") Device for fault location of power transmission lines and communication lines
RU2739229C1 (en) * 2020-03-20 2020-12-22 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of controlling nodes docking in radio engineering systems
RU2771083C1 (en) * 2021-07-12 2022-04-26 Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Центр Диагностики Оборудования" Method for monitoring the condition of insulators in hard-to-reach sections of a power line and a system for its implementation

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474831C1 (en) * 2011-10-07 2013-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет" (СГТУ) Method to detect area of power transmission and communication lines damage and device for its realisation
RU2559308C2 (en) * 2013-12-11 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ (КНИТУ-КАИ) Method for determining damaged point of power transmission and communication lines
RU2654377C1 (en) * 2017-05-24 2018-05-17 Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани Method for determining of damaged point of power transmission lines
RU2654378C1 (en) * 2017-05-24 2018-05-17 Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани Method of determining point of damage on electric power lines with large amount of discontinuity
RU2685048C1 (en) * 2018-07-25 2019-04-16 Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани Method of determining places of inhomogeneities and damage of power transmission lines
RU190017U1 (en) * 2019-02-13 2019-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" Test bench for testing the location complex
RU2713741C1 (en) * 2019-05-16 2020-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" Method for determining the position of reflected pulse
RU2713741C9 (en) * 2019-05-16 2020-03-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" Method for determining the position of reflected pulse
RU2720818C1 (en) * 2019-10-01 2020-05-13 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "АРТС" (ООО "НПП "АРТС") Device for fault location of power transmission lines and communication lines
RU2739229C1 (en) * 2020-03-20 2020-12-22 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Method of controlling nodes docking in radio engineering systems
RU2771083C1 (en) * 2021-07-12 2022-04-26 Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Центр Диагностики Оборудования" Method for monitoring the condition of insulators in hard-to-reach sections of a power line and a system for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008150234A (en) 2010-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2400765C2 (en) Method of determining point of fault in power transmission or communication line and device for realising said method
Mardiana et al. Ground fault location on a transmission line using high-frequency transient voltages
US4165482A (en) Cable fault location
Koltunowicz et al. Synchronous multi-channel PD measurements
Song et al. Detection and location of multiple wiring faults via time–frequency-domain reflectometry
CN107390100A (en) A kind of power cable partial discharge positioning method based on time reversal
CN109387743B (en) Single-ended ranging method using neutral point switching and traveling wave injection signal generated thereby
EP2221626A1 (en) A method for testing a power distribution system an a power distribution system analyser device
EP3051709B1 (en) De-embedding cable effect for waveform monitoring for arbitrary waveform and function generator
CN209590197U (en) A kind of cable fault positioning device based on time-domain pulse reflection method
GB2458654A (en) Time domain reflectometer with error correction
TWI619950B (en) Pseudo-point calibration device
EP3588110B1 (en) Partial discharge measurement system
US20150066408A1 (en) Time frame measuring method with calibration in the frequency range
RU2474831C1 (en) Method to detect area of power transmission and communication lines damage and device for its realisation
CN104406509A (en) HHT (Hilbert Huang transform))-based electric cable length measuring method
US20100010761A1 (en) Method and device for monitoring a system
KR20180124570A (en) system and method detecting reliability for cable fault localization
CN106841914B (en) Fault distance measuring device of distribution line
Shi et al. Detection and location of single cable fault by impedance spectroscopy
Hashmi et al. Determining wave propagation characteristics of MV XLPE power cable using time domain reflectometry technique
Thayoob et al. Analysis of wave propagation in Time Domain Reflectometry circuit simulation model
RU2511640C2 (en) Method of determining point of damage on electric power lines with tree structure
CN115128404A (en) Non-contact cable fault positioning method
US3281674A (en) Echo ranging of faulty coil sections in coil-loaded cables utilizing damped oscillations

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131219