RU2804266C1 - Multichannel distributed sensor for monitoring location of lightning strike in ground wire of power transmission line - Google Patents
Multichannel distributed sensor for monitoring location of lightning strike in ground wire of power transmission line Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804266C1 RU2804266C1 RU2023115588A RU2023115588A RU2804266C1 RU 2804266 C1 RU2804266 C1 RU 2804266C1 RU 2023115588 A RU2023115588 A RU 2023115588A RU 2023115588 A RU2023115588 A RU 2023115588A RU 2804266 C1 RU2804266 C1 RU 2804266C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- optical
- optical radiation
- input
- ground wire
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам распределенного мониторинга в реальном времени места ударов молний в грозотрос линий электропередач. Длина линий электропередач может составлять сотни и даже тысячи километров, например, для линий с напряжением 220 кВ расстояние между опорами (пролетами) достигает 400 метров, причем линии электропередач могут располагаться в труднодоступных районах. Известно, что высоковольтные линии электропередач оснащены системами грозозащиты. Для воздушных линий электропередач для защиты от ударов молнии характерно применение грозотросов, натянутых между опорами. Один из паспортных параметров, характеризующий грозотрос - это максимальный ток, который он выдерживает без разрушения, в течение определенного времени. Конструктивно грозотросы специальной конструкции состоят из свитых определенным образом отдельных металлических проводников и оснащены оптоволокном, служащим для передачи информации. Конструкцию таких грозотросов можно посмотреть на сайтах производителей грозотросов с оптическим волокном, например, кабель типа ОКГТ производства фирмы Инкаб (Инкаб (incab.ru), [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://incab.ru/useful-information/documents/#doc_0, вход свободный - (07.06.2023).The invention relates to devices for distributed monitoring in real time of the location of lightning strikes in the ground wire of power lines. The length of power lines can be hundreds and even thousands of kilometers, for example, for lines with a voltage of 220 kV, the distance between supports (spans) reaches 400 meters, and power lines can be located in hard-to-reach areas. It is known that high-voltage power lines are equipped with lightning protection systems. For overhead power lines to protect against lightning strikes, it is typical to use lightning cables stretched between the supports. One of the passport parameters characterizing a lightning cable is the maximum current that it can withstand without destruction for a certain time. Structurally, specially designed lightning cables consist of individual metal conductors twisted in a certain way and are equipped with optical fiber, which serves to transmit information. The design of such ground wires can be viewed on the websites of manufacturers of ground wires with optical fiber, for example, an OPGT type cable manufactured by Incab (Incab.ru), [Electronic resource]. - Access mode: https://incab.ru/useful-information/ documents/#doc_0, free entry - (06/07/2023).
Удар молнии в грозотрос вызывает протекание через него тока, что при превышении тока паспортного значения может привести к его повреждению -расплавлению части проводников и как следствие допустимых токов. Возможные повреждения грозотроса с оптическим волокном от удара молнии подробно рассмотрены на сайте компании Альфа ЭМС (Альфа ЭМС (alfa-ems.ru) [Электронный ресурс] в разделе Информация - Грозозащитный трос с оптическим волокном. Термическая стойкость к прямому удару молнии. - Режим доступа: https://alfa-ems.ru/info/grozozashhimyiy-tros-s-opticheskim-voloknom, вход свободный - (07.06.2023).A lightning strike into a ground wire causes current to flow through it, which, if the current exceeds the rated value, can lead to its damage - melting of part of the conductors and, as a result, permissible currents. Possible damage to a lightning cable with optical fiber from a lightning strike is discussed in detail on the website of the Alfa EMS company (Alfa EMS (alfa-ems.ru) [Electronic resource] in the Information section - Lightning protection cable with optical fiber. Thermal resistance to direct lightning strike. - Access mode : https://alfa-ems.ru/info/grozozashhimyiy-tros-s-opticheskim-voloknom, free admission - (06/07/2023).
Актуальной задачей является определение места повреждения грозотроса при попадании в него молнии. Определение возможного места повреждения грозотроса основано на эффекте Фарадея, который заключается в изменении поляризации светового потока в оптическом волокне под воздействием магнитного поля, когда в грозотросе начинает протекать ток, создающий сильное продольное магнитное поле. Для удара молнии характерно быстрое нарастание тока, что, в свою очередь, приводит к быстрому вращению вектора поляризации оптического сигнала. В источниках (см., например, сайт компании ЭЛКОН, [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://electro-control.ru/info/5l-priroda-molnii-grozozashchita.html, вход свободный - (07.06.2023) описаны стадии развития грозового разряда и параметры, характеризующие разряд молнии. Например, зарегистрированные амплитудные значения тока молнии в грозотрос могут достигать 200…300 кА при длительностях фронта импульса тока молнии от долей микросекунды до нескольких десятков микросекунд.An urgent task is to determine the location of damage to the ground wire when it is struck by lightning. Determining the possible location of damage to the ground wire is based on the Faraday effect, which consists of changing the polarization of the light flux in an optical fiber under the influence of a magnetic field when a current begins to flow in the ground wire, creating a strong longitudinal magnetic field. A lightning strike is characterized by a rapid increase in current, which, in turn, leads to a rapid rotation of the polarization vector of the optical signal. In the sources (see, for example, the website of the ELKON company, [Electronic resource]. - Access mode: http://electro-control.ru/info/5l-priroda-molnii-grozozashchita.html, free admission - (06/07/2023 ) the stages of development of a lightning discharge and the parameters characterizing a lightning discharge are described. For example, the recorded amplitude values of the lightning current in the ground wire can reach 200...300 kA with the front duration of the lightning current pulse from fractions of a microsecond to several tens of microseconds.
Известна система контроля тока молнии LM-S, предназначенная для регистрации и анализа ударов молний в реальном времени (НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ (www.phoenix.nt-rt.ru), [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://phoenix.nt-rt.ru/images/manuals/zashita_molnii_lms.pdf, вход свободный - (17.05.2023). Данная система ориентирована на регистрацию токов молнии для сооружений, расположенных в открытой незащищенной зоне, как-то: ветропарки в прибрежных областях, радиомачты, комплексы отдыха или высокие здания. Она передает данные о силе удара в онлайн-режиме, исходя из типовых параметров молний. За счет данных о рабочих параметрах оборудования и проводимых измерений система обеспечивает возможность поиска оптимального решения для выполнения задач контроля и технического обслуживания. Недостатком такой системы является то, что она по сути предназначена для установки на одном объекте и практически не пригодна для протяженных линий электропередач.The LM-S lightning current monitoring system is known, designed for recording and analyzing lightning strikes in real time (NEW TECHNOLOGIES (www.phoenix.nt-rt.ru), [Electronic resource]. - Access mode: https://phoenix.nt -rt.ru/images/manuals/zashita_molnii_lms.pdf, free entry - (05/17/2023) This system is focused on recording lightning currents for structures located in an open unprotected area, such as: wind farms in coastal areas, radio towers, complexes recreation or tall buildings. It transmits data on the impact force online, based on typical lightning parameters. Due to data on the operating parameters of the equipment and the measurements taken, the system provides the ability to find the optimal solution for performing inspection and maintenance tasks. The disadvantage of such a system is the fact that it is essentially intended for installation at one site and is practically not suitable for long power lines.
Известны «Система, способ и устройство для обнаружения местоположения молний» (патент РФ №2662457 С1, опубл. 26.07.2018). Система обнаружения молний содержит базу данных обнаружения местоположения молний и блок анализа, выполненный с возможностью приема от множества переносных устройств связи по сети связи данных, указывающих на местоположения переносных устройств связи и расстояния между разрядом молнии и переносными устройствами связи; обнаружения местоположения разряда молнии частично на основании данных, указывающих на расстояния от разряда молнии до местоположений переносных устройств связи и сохранения местоположения разряда молнии в базе данных обнаружения местоположения молний. Известное техническое решение имеет низкую точность и не позволяет определять факт и место удара молнии удара молнии в грозотрос, что делает применение такой системы проблематичным для протяженных линий электропередач.The “System, method and device for detecting the location of lightning” is known (RF patent No. 2662457 C1, published on July 26, 2018). The lightning detection system includes a lightning location detection database and an analysis unit configured to receive, from a plurality of portable communication devices over a communication network, data indicating the locations of the portable communication devices and distances between the lightning strike and the portable communication devices; detecting the location of the lightning strike based in part on data indicating distances from the lightning strike to the locations of the portable communications devices and storing the location of the lightning strike in a lightning location detection database. The known technical solution has low accuracy and does not allow determining the fact and location of a lightning strike from a lightning strike into a ground wire, which makes the use of such a system problematic for long power lines.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению - прототипом -является многоканальный распределенный датчик мониторинга места удара молнии в грозотрос линии электропередачи, содержащий источник поляризованного оптического излучения, функционально связанное с компьютером устройство приема и измерения параметров оптического излучения, и два взаимно параллельно размещенных в грозотросе оптоволокна, объединенных с одной стороны обратной петлей с формированием прямого и обратного канала, а с другой стороны образующих соответственно вход и выход оптического излучения (Optica Publishing Group, [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-25-9-9689&id=363200, вход свободный - (06.06.2023). Прототип позволяет обнаружить вдоль кабельного пути место переходного процесса состояния поляризации оптического процесса (СОП). Благодаря обратной петле, каждый переходный процесс СОП регистрируется, как пара переходных процессов (по одному от каждого направления распространения), что позволяет определять место или множества мест (что по сути и делает датчик многоканальным) возникновения переходного процесса. В прототипе переходные процессы регистрируются поляриметром Novoptel РМ-500, который отбирает образец вектора Стокса со скоростью 100 МГц с аналоговой полосой пропускания параметра Стокса 35 МГц. Самая длинная дуга, которая может возникнуть между любыми двумя образцами вектора Стокса для выборки конечного объема, должна иметь длину меньше или равную π, что ограничивает максимально измеримую угловую скорость вращения вектора поляризации значением 19,6 Мрад/с.Таким образом, прототип обладает ограниченной областью применения, поскольку имеет ограничение максимально измеримой угловой скорости 19,6 Мрад/с, что не позволяет регистрировать превышающие это значение изменения угловой скорости вращения вектора поляризации большими значениями токов, возникающих в грозотросе при попадании в него разряда молнии, способного вызвать его механическое повреждение за счет быстрого локального нагрева.The closest to the claimed technical solution - the prototype - is a multi-channel distributed sensor for monitoring the location of a lightning strike in the ground wire of a power line, containing a source of polarized optical radiation, a device functionally connected to a computer for receiving and measuring the parameters of optical radiation, and two mutually parallel optical fibers placed in the ground wire, combined on one side, a reverse loop with the formation of a forward and reverse channel, and on the other side, forming the input and output of optical radiation, respectively (Optica Publishing Group, [Electronic resource]. - Access mode: https://opg.optica.org/oe/fulltext .cfm?uri=oe-25-9-9689&id=363200, free entry - (06/06/2023). The prototype allows you to detect the location of the transient process of the state of polarization of the optical process (SOP) along the cable path. Thanks to the reverse loop, each transient process of the SOP is registered , as a pair of transient processes (one from each direction of propagation), which allows you to determine the place or multiple places (which essentially makes the sensor multichannel) of the occurrence of the transient process. In the prototype, transients are recorded by a Novoptel PM-500 polarimeter, which samples the Stokes vector at a rate of 100 MHz with an analog Stokes parameter bandwidth of 35 MHz. The longest arc that can occur between any two Stokes vector samples for a finite volume sample must have a length less than or equal to π, which limits the maximum measurable angular velocity of rotation of the polarization vector to 19.6 Mrad/s. Thus, the prototype has a limited area application, since it has a limitation of the maximum measurable angular velocity of 19.6 Mrad/s, which does not allow recording changes in the angular velocity of rotation of the polarization vector exceeding this value by large values of currents arising in the ground wire when a lightning discharge hits it, which can cause its mechanical damage due to fast local heating.
Таким образом, выявленная проблема - обеспечение возможности оценки больших значений токов в грозотросе при попадании в него разрядов молнии, характерных для значений угловой скорости вращения вектора поляризации свыше 19,6 Мрад/с.Thus, the identified problem is ensuring the possibility of estimating large values of currents in the ground wire when it is hit by lightning discharges, characteristic of values of the angular velocity of rotation of the polarization vector above 19.6 Mrad/s.
Технический результат - повышение технологических возможностей многоканального распределенного датчика мониторинга места удара молнии в грозотрос линии электропередачи за счет расширения диапазона измерений.The technical result is an increase in the technological capabilities of a multi-channel distributed sensor for monitoring the location of a lightning strike in a power line ground wire by expanding the measurement range.
Проблема решается, а заявленный технический результат достигается тем, что многоканальный распределенный датчик мониторинга места удара молнии в грозотрос линии электропередачи, содержащий источник поляризованного оптического излучения, функционально связанное с компьютером устройство приема и измерения параметров оптического излучения, и два взаимно параллельно размещенных в грозотросе оптоволокна, объединенных с одной стороны обратной петлей с формированием прямого и обратного канала, а с другой стороны образующих соответственно вход и выход оптического излучения, снабжен сохраняющим поляризацию оптическим разветвителем, а устройство приема и измерения параметров оптического излучения выполнено в виде функционально соединенных между собой балансного фотодетектора, полосового усилителя, частотного детектора, аналого-цифрового преобразователя, порогового устройства и блока обработки сигналов, причем выход оптического излучения обратного канала соединен с сигнальным входом балансного фотодетектора, выход балансного фотодетектора через последовательно включенные полосовой усилитель и частотный детектор соединен с информационными входами аналого-цифрового преобразователя и порогового устройства, информационные выходы и управляющие входы которых соединены с соответствующими входами и выходами блока обработки сигналов, выход которого соединен с компьютером, а выход источника поляризованного оптического излучения соединен с входом сохраняющего поляризацию оптического разветвителя, первый выход которого соединен с входом оптического излучения прямого канала, а второй выход соединен с гетеродинным входом балансного фотодетектора.The problem is solved, and the claimed technical result is achieved by the fact that a multi-channel distributed sensor for monitoring the location of a lightning strike in the ground wire of a power line, containing a source of polarized optical radiation, a device for receiving and measuring the parameters of optical radiation functionally connected to a computer, and two mutually parallel optical fibers placed in the ground wire, combined on one side by a return loop to form a forward and reverse channel, and on the other side forming, respectively, the input and output of optical radiation, equipped with a polarization-preserving optical splitter, and the device for receiving and measuring the parameters of optical radiation is made in the form of a functionally interconnected balanced photodetector, a bandpass amplifier, frequency detector, analog-to-digital converter, threshold device and signal processing unit, wherein the output of the optical radiation of the reverse channel is connected to the signal input of the balanced photodetector, the output of the balanced photodetector is connected through a series-connected bandpass amplifier and frequency detector to the information inputs of the analog-to-digital converter and a threshold device, the information outputs and control inputs of which are connected to the corresponding inputs and outputs of the signal processing unit, the output of which is connected to a computer, and the output of the source of polarized optical radiation is connected to the input of a polarization-preserving optical splitter, the first output of which is connected to the input of the optical radiation of the direct channel, and the second output is connected to the heterodyne input of the balanced photodetector.
Изобретение иллюстрируется изображением, на котором схематически представлен заявленный многоканальный распределенный датчик мониторинга места удара молнии в грозотрос линии электропередачи.The invention is illustrated by an image that schematically represents the claimed multi-channel distributed sensor for monitoring the location of a lightning strike in a power line ground wire.
Цифровые позиции на представленном изображении означают следующее:The digital positions in the presented image mean the following:
1 - источник поляризованного оптического излучения;1 - source of polarized optical radiation;
2 - двунаправленный оптический канал связи;2 - bidirectional optical communication channel;
3 - компьютер;3 - computer;
4 - устройство приема и измерения параметров оптического излучения;4 - device for receiving and measuring parameters of optical radiation;
5 - оптоволокно;5 - optical fiber;
6 - вход оптического излучения;6 - optical radiation input;
7 - выход оптического излучения;7 - optical radiation output;
8 - обратная петля;8 - reverse loop;
9 - оптический разветвитель, сохраняющий поляризацию;9 - optical splitter that maintains polarization;
10 - выходной оптический усилитель;10 - output optical amplifier;
11 - входной оптический усилитель;11 - input optical amplifier;
12 - балансный фотодетектор;12 - balanced photodetector;
13 - полосовой усилитель;13 - bandpass amplifier;
14 - частотный детектор;14 - frequency detector;
15 - аналого-цифровой преобразователь;15 - analog-to-digital converter;
16 - блок обработки сигналов;16 - signal processing unit;
17 - пороговое устройство.17 - threshold device.
Заявленный многоканальный распределенный датчик мониторинга места удара молнии в грозотрос линии электропередачи (далее так же именуемый просто «датчик») содержит источник поляризованного оптического излучения 1, функционально связанное с компьютером 3 устройство приема и измерения параметров оптического излучения 4, и два взаимно параллельно размещенных в грозотросе оптоволокна 5 (указанные оптоволокна 5 должны входить в состав размещаемого в грозотросе двунаправленного оптического канала связи 2) и, объединенных с одной стороны обратной петлей 8 с формированием прямого и обратного канала, а с другой стороны образующих соответственно вход 6 и выход 7 оптического излучения (для согласования уровней оптических сигналов двунаправленного оптического канала связи 2 с устройством приема и измерения параметров оптического излучения 4, целесообразно предусмотреть наличие выходного 10 и входного 11 оптических усилителей). Датчик снабжен сохраняющим поляризацию оптическим разветвителем 9. Устройство приема и измерения параметров оптического излучения 4 выполнено в виде функционально соединенных между собой балансного фотодетектора 12, полосового усилителя 13, частотного детектора 14, аналого-цифрового преобразователя 15, порогового устройства 17 и блока обработки сигналов 16. Выход 7 оптического излучения обратного канала (через входной оптический усилитель 11) соединен с сигнальным входом балансного фотодетектора 12, выход балансного фотодетектора 12 через последовательно включенные полосовой усилитель 13 и частотный детектор 14 соединен с информационными входами аналого-цифрового преобразователя 15 и порогового устройства 17, информационные выходы и управляющие входы которых соединены с соответствующими входами и выходами блока обработки сигналов 16, выход которого соединен с компьютером 3, а выход источника поляризованного оптического излучения 1 соединен с входом сохраняющего поляризацию оптического разветвителя 9, первый выход которого соединен (через выходной оптический усилитель 10) с входом 6 оптического излучения прямого канала, а второй выход соединен с гетеродинным входом балансного фотодетектора 12.The claimed multi-channel distributed sensor for monitoring the location of a lightning strike in the ground wire of a power line (hereinafter also referred to simply as the “sensor”) contains a source of polarized
Датчик, работа которого основана на эффекте Фарадея, заключающемся в изменении поляризации светового потока под воздействием магнитного поля, работает следующим образом. Оптическое излучение поляризованного источника излучения 1, проходя через сохраняющий поляризацию оптический разветвитель 9, поступает на вход 6 двунаправленного оптического канала связи 2 (далее канал связи 2). Канал связи 2 размещен в грозотросе, оснащенном стандартным одномодовым волокном 5 (например - G.652). Оптическое излучение поляризованного источника излучения 1, пройдя через оптоволокно 5 в прямом направлении, закольцовывается с помощью обратной петли 8 и распространяется в обратном направлении. Протяженность двунаправленного оптического канала связи 2 может составлять сотни и даже тысячи километров. Двунаправленный оптический канал связи 2 в своем составе содержит оптические усилители, как например, в рассмотренном прототипе (конфигурация канала связи 2 не рассматривается, поскольку не является предметом настоящего изобретения). Необходимо чтобы волокна 5 прямого и обратного распространения оптического излучения были конструктивно размещены в грозотросе двунаправленного оптического канала связи 2 в непосредственной близости друг от друга (размещены параллельно), что обеспечивается конструкцией кабеля. В результате удара молнии в грозотрос происходит быстрое нарастание тока в нем за весьма короткое время от долей до единиц микросекунд. Ток создает сильное магнитное поле, которое вызывает вращение вектора поляризации. Скорость вращения вектора поляризации оптического излучения может достигать 200 Мрад/сек и более. На выходе 7 двунаправленного канала связи 2, как это рассмотрено в прототипе, сначала возникает сигнал, распространяющийся в обратном направлении и характеризующий удар молнии, а затем появляется сигнал, прошедший в прямом и в обратном направлении. Оптическое излучение, прошедшее через двунаправленный канал связи 2 поступает в устройство приема и измерения параметров оптического излучения 4, в котором анализируется скорость вращения вектора поляризации оптического излучения, прошедшего через двунаправленный канал связи 2. В устройстве приема и измерения параметров оптического излучения 4 реализован принцип, основанный на гетеродинном приеме оптического излучения с прямым преобразованием частоты (переносом на «нулевую» частоту) и с последующим анализом электрических сигналов, полученных в результате преобразования. Такая реализация устройства приема и измерения параметров оптического излучения взамен поляриметра, используемого в прототипе, позволяет регистрировать (как показали описанные ниже эксперименты) существенно более высокие скорости вращения вектора поляризации, а в заявленной совокупности - существенно более высокие значения воздействующих на грозотрос токов разрядов молний.The sensor, whose operation is based on the Faraday effect, which consists in changing the polarization of the light flux under the influence of a magnetic field, works as follows. The optical radiation of the
Оптическое излучение с выхода 7 канала связи 2 поступает (через усилитель 11) на сигнальный вход балансного фотодетектора 12 устройства приема и измерения параметров оптического излучения 4, а на гетеродинный вход балансного фотодетектора 12 поступает оптическое излучение поляризованного источника излучения 1 со второго выхода, сохраняющего поляризацию оптического разветвителя 9. В процессе работы на выходе балансного фотодетектора 12 присутствует переменный сигнал, вызванный разностью частот на его входах, вследствие несовпадения мгновенной частоты источника оптического излучения 1 и частоты оптического излучения, прошедшего через канал связи 2. Также состояние поляризации оптического излучения, проходя через канал связи 2 изменяется под воздействием внешних факторов (таких как, температура, вибрация и другие). В этих «спокойных» условиях в отсутствии ударов молнии на выходе балансного фотодетектора 12 присутствует «мешающий» сигнал, частоты которого обычно не превышают килогерц. По сути эти частоты вращения вектора поляризации отображают некий естественный фон состояния линии - в нашем случае - мешающие сигналы. Далее переменный сигнал с выхода балансного фотодетектора 12 поступает на вход полосового усилителя 13, в котором происходит избирательное усиление и ограничение сигнала. Диапазон частот полосового усилителя 13 определяется исходя из режектирования мешающих сигналов и из необходимости выделения возможных частот вращения вектора поляризации, вызванных ударом молнии в грозотрос. Ограничение сигнала необходимо с целью исключения влияния при последующей обработке амплитудных изменений сигнала на результат детектирования частот вращения вектора поляризации, характеризующих удар молнии в грозотрос. В результате удара молнии с выхода полосового усилителя 13 на вход частотного детектора 14 поступает высокочастотный переменный сигнал, который в результате детектирования на его выходе преобразуется в однополярный сигнал, величина которого пропорциональна значению частоты на его входе. Этот сигнал, будучи соответствующим образом тарирован, в полной мере отражает характер скорости нарастания изменения тока, протекающего через грозотрос, и оценки величины тока, чем выше скорость вращения вектора поляризации, тем больше величина тока. Сигнал с выхода частотного детектора 14 поступает на информационные входы аналого-цифрового преобразователя 15 и порогового устройства 17. В аналого-цифровом преобразователе 15 происходит преобразование однополярного сигнала с выхода частотного детектора 14 в цифровой код, который поступает на первый информационный вход блока обработки сигналов 16, на второй информационный вход которого с информационного выхода порогового устройства 17 поступает сигнал, свидетельствующий о превышении тока в грозотросе допустимого значения. Первый управляющий выход блока обработки сигналов 16, подключенный к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя 15 обеспечивает взаимную синхронизацию их работы, его второй управляющий выход задает порог срабатывания порогового устройства 17. Блок обработки сигналов 16 обеспечивает взаимную синхронизацию, предварительную обработку и передачу по каналу связи полученной информации в компьютер 3. Компьютер 3 также по каналу связи задает исходные данные для настройки режима работы блока обработки сигналов 16.Optical radiation from output 7 of
Пример реализации заявленного датчика. Работа заявленного датчика оценивалась методом полунатурного моделирования заявленного технического решения с целью подтверждения возможности оценки вращения вектора поляризации с угловыми частотами вращения превышающие 19,6 Мрад/с.В экспериментальном стенде лазерное излучение, как и прототипе создавалось с помощью немодулированного транспондера Ciena производительностью 10G, которое через сохраняющий поляризацию оптический разветвитель 9, например, типа РМТС-15-РМ-ТАР, поступало на вход имитатора канала связи 2, состоящего из двух отрезков волокна длиной 10 километров каждый, между которыми был включен скрэмблер Novoptel ЕРС1000, позволяющий изменять оптическую поляризацию со скоростью до 50 Мрад/с.С помощью скрэмблера имитировался «удар» молнии за счет создания вращения вектора поляризации оптического излучения, распространяющегося в оптической линии. Изменяя во времени скорость вращения вектора поляризации можно смоделировать стандартный импульс грозовых токов напряжения (испытания регламентированы ГОСТ 1516.2-76). Выход канала связи 2 подключался к входу балансного фотодетектора 12, на гетеродинный вход которого с выхода оптического разветвителя 9 подавалось оптическое излучение источника лазерного излучения 1 (транспондера). В качестве балансного детектора 12 был применен балансный фотодетектор типа LSM-DET-BHS-W1-150M с полосой пропускания до 150 МГц. Полосовой усилитель двухкаскадный с включенным между каскадами полосовым фильтром с частотами среза 1 МГц и 150 МГЦ. В качестве усилительных элементов были применены микросхемы быстродействующих операционных усилителей типа К1432УД11/12. Суммарный коэффициент передачи выбирался таким образом, чтобы обеспечить ограничение сигнала в полосе пропускания. В качестве частотного детектора 14 было применено стандартное решение, реализующее принцип цифрового частотного детектирования и позволяющее получить практически линейную зависимость выходного напряжения от частоты в интересующем нас диапазоне входных частот (см., например, Цифровой частотный детектор. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://vikidalka.ru/2-118561.html?ysclid=li30yti4qf196676859 (07.062023). Пороговое устройство 17 реализовано на операционном быстродействующем усилителе, например, типа К1432УД6. В основу реализации аналого-цифрового преобразователя 15 положена микросхема типа AD9265BCPZ-125, работающая с частотой преобразования равной 100 МГц, что в соответствии с теоремой Котельникова позволяет преобразовывать частоты до 50 МГц. Блок обработки сигналов 16 реализован на основе программируемых матриц, например, типа FPGA ICE40HX8K. В процессе проверки предложенного технического решения с помощью скрэмблера Novoptel ЕРС1000 осуществлялось вращение вектора поляризации со скоростями 10 Мрад/с, 20 Мрад/с, 30 Мрад/с и 40 Мрад/с.Предложенное техническое решение позволило зафиксировать эти значения.An example of the implementation of the proposed sensor. The performance of the claimed sensor was assessed by the method of semi-natural modeling of the claimed technical solution in order to confirm the possibility of estimating the rotation of the polarization vector with angular rotation frequencies exceeding 19.6 Mrad/s. In the experimental bench, laser radiation, as in the prototype, was created using an unmodulated Ciena transponder with a performance of 10G, which through polarization-preserving
Таким образом, изложенное позволяет сделать вывод о том, что выявленная проблема - обеспечение возможности оценки больших значений токов в грозотросе при попадании в него разряда молнии, характерных для значений угловой скорости вращения вектора поляризации свыше 19,6 Мрад/с - решена, а заявленный технический результат - повышение технологических возможностей многоканального распределенного датчика мониторинга места удара молнии в грозотрос линии электропередачи за счет расширения диапазона измерений -достигнут.Thus, the foregoing allows us to conclude that the identified problem - ensuring the possibility of assessing large values of currents in a ground wire when a lightning discharge hits it, characteristic for values of the angular velocity of rotation of the polarization vector over 19.6 Mrad/s - has been solved, and the declared technical The result - increasing the technological capabilities of a multi-channel distributed sensor for monitoring the location of a lightning strike in a power line ground wire by expanding the measurement range - has been achieved.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2804266C1 true RU2804266C1 (en) | 2023-09-26 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1987526A (en) * | 2006-12-19 | 2007-06-27 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Real time lightning strike positioning system and positioning method |
RU2624402C2 (en) * | 2014-08-11 | 2017-07-03 | Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" | System of monitoring lightning strike to overhead power lines |
RU2662457C1 (en) * | 2014-07-16 | 2018-07-26 | Аккувезер, Инк. | System, method and device for detecting location of lightning |
RU185831U1 (en) * | 2017-08-04 | 2018-12-19 | Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Магаданэнерго" | STORM DEVICE FOR REGISTRATION OF THUNDER DISCHARGES AND PLACES OF DAMAGE TO INSULATION ON VL |
CN110018399A (en) * | 2019-05-15 | 2019-07-16 | 武汉康普常青软件技术股份有限公司 | A kind of lightning fault localization method based on optical signal polarization state in transmission line of electricity OPGW |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1987526A (en) * | 2006-12-19 | 2007-06-27 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | Real time lightning strike positioning system and positioning method |
RU2662457C1 (en) * | 2014-07-16 | 2018-07-26 | Аккувезер, Инк. | System, method and device for detecting location of lightning |
RU2624402C2 (en) * | 2014-08-11 | 2017-07-03 | Открытое акционерное общество "Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы" | System of monitoring lightning strike to overhead power lines |
RU185831U1 (en) * | 2017-08-04 | 2018-12-19 | Публичное акционерное общество энергетики и электрификации "Магаданэнерго" | STORM DEVICE FOR REGISTRATION OF THUNDER DISCHARGES AND PLACES OF DAMAGE TO INSULATION ON VL |
CN110018399A (en) * | 2019-05-15 | 2019-07-16 | 武汉康普常青软件技术股份有限公司 | A kind of lightning fault localization method based on optical signal polarization state in transmission line of electricity OPGW |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107223204B (en) | The transmission line that the traveling wave in optical fiber is grounded using light is protected | |
Shafiq et al. | Identification and location of PD defects in medium voltage underground power cables using high frequency current transformer | |
CN113092879B (en) | Transmission line lightning stroke monitoring method, device, equipment and storage medium | |
JP5242098B2 (en) | Optical fiber sensor and variation position detection method | |
US20200209301A1 (en) | Partial discharge transducer | |
CN109991511B (en) | Lightning stroke monitoring device and monitoring method for overhead line | |
EP2074437A1 (en) | Method and device for monitoring a system | |
CN111065932A (en) | Traveling wave identification using distortion for power system protection | |
Lu et al. | Study on passive, wide area and multi-state parameter monitoring and diagnosis for power transmission lines | |
RU2804266C1 (en) | Multichannel distributed sensor for monitoring location of lightning strike in ground wire of power transmission line | |
JPH06307896A (en) | Distributed waveguide sensor | |
JP6624165B2 (en) | Distribution line fault location system | |
CN102650654A (en) | Operation performance on-line assessment method for power transformer iron core and clamping piece grounding current monitoring device | |
CN105334374A (en) | Optical fiber current sensor | |
CN113092959B (en) | Insulator pollution flashover monitoring method, device, equipment and storage medium | |
WO2021259117A1 (en) | Optical fiber measurement method, system and apparatus | |
RU2816676C1 (en) | Device for monitoring vibroacoustic characteristics of power cables and wires | |
CN205139230U (en) | Fiber optic current sensor | |
CN116026444A (en) | Vibration characteristic monitoring method and system for overhead transmission line | |
Fusiek et al. | All-optical differential current detection technique for unit protection applications | |
Fusiek et al. | Concept level evaluation of the optical voltage and current sensors and an arrayed waveguide grating for aero-electrical systems' applications | |
Li et al. | Design and evaluation of a current differential protection scheme incorporating a fiber optical current sensor | |
Glass et al. | Transition to Online Cable Insulation Condition Monitoring | |
JPH07270480A (en) | Fault point locating device | |
RU2719763C1 (en) | Method for automatic re-connection of cable-overhead power transmission line |