Решение обратной задачи локационного контроля

ГОЛОЛЕДООБРАЗОВАНИЯ НА ПРОВОДАХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

КАСИМОВ В.А., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. д-р физ.-мат. наук, проф. МИНУЛЛИН Р.Г.;

канд. физ.-мат. наук, доцент ФИЛИМОНОВА Т.К.

Гололедно-изморозевые отложения (ГИО) на проводах линий электропередачи (ЛЭП) при достижении критических значений массы отложений представляют угрозу для целостности ЛЭП, вызывая дополнительную механическую нагрузку на провода и грозозащитные тросы ЛЭП, и могут способствовать их обрывам. Допустимые размеры ГИО определяются конструктивными параметрами линии. При образовании ГИО с критическими размерами необходимо проведение специальных мероприятий для освобождения ЛЭП от гололедно-изморозевых отложений. Для этого применяется плавка ГИО повышенными электрическими токами, которые разогревают провода и проплавляют отложения. Плавка является дорогостоящей процедурой и обычно сопровождается отключением потребителей и нарушением требований бесперебойности электропитания промышленных потребителей. В связи с этим необходима своевременная информация о динамике нарастания ГИО и их критических размерах в целях проведения упреждающих плавок при возникновении угрозы аварии и для сокращения времени плавки при исчезновении угрозы обрыва проводов и грозозащитных тросов ЛЭП.

На проводах и грозозащитных тросах ЛЭП могут образовываться как гололедные отложения (с плотностями около 900 кг/м³), так и изморозевые отложения (с меньшими плотностями). Причем при одинаковой погонной массе ГИО с меньшей плотностью представляют бóльшую угрозу целостности ЛЭП, так как помимо одинаковой гололедной нагрузки они дополнительно вызывают бóльшую ветровую нагрузку на провода и грозозащитные тросы ЛЭП из-за большего диаметра (парусности) отложений.

Один из принципов обнаружения и контроля гололедообразования на проводах основан на том, что ГИО вызывают изменения амплитудно- и фазочастотной характеристик (АЧХ и ФЧХ) ЛЭП, т.е. вызывают изменения затухания Δα и скорости распространения Δν высокочастотных импульсных сигналов по ЛЭП. Изменение скорости распространения Δν сигналов, в свою очередь, вызывает появление их запаздывания Δτ при распространении в ЛЭП.

Согласно модальному представлению распространения сигналов по ЛЭП, изменения затухания Δα и запаздывания Δτ высокочастотных сигналов зависят от конструктивных параметров ЛЭП (радиуса проводов r, расположения проводов, расщепления фазных проводов, схемы организации высокочастотного тракта и др.), от частоты сигнала f
и от параметров ГИО (толщины стенки b, плотности ρ, температуры θ, протяженности l).

Следует отметить, что ГИО с одинаковой массой, но с разными плотностями вызывают различные изменения АЧХ и ФЧХ высоко-частотного тракта ЛЭП, что подтверждается экспериментальными данными.

Тогда для определения толщины стенки и плотности ГИО на проводах ЛЭП необходимо решить обратную задачу распространения сигналов по ЛЭП. При этом априори известны конструктивные параметры ЛЭП, а также частота сигналов f; протяженность обледенения l принимается по имеющимся данным предыдущих случаев гололедо-образования на проводах данной ЛЭП, а температура θ ГИО, затухание Δα и запаздывание Δτ сигналов могут быть измерены с достаточной точностью.

Наличие хотя бы одного решения данной задачи следует из физической реализации данного явления. Однако одному значению затухания Δα сигнала может соответствовать более одного типа ГИО, т.е. более одного решения, но за счет использования второго параметра – запаздывания Δτ сигнала – остается единственное решение в области допустимых (физически реализуемых) решений.

Для практического решения данной задачи используется аппарат символьных вычислений в среде MatLab, получаемые при этом результаты согласуются с экспериментальными данными.

УДК 519.688

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО

ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ФИЛЬТРАЦИЯ ДАННЫХ ДАТЧИКА

ПРОДОЛЬНОГО ТЯЖЕНИЯ ФАЗНОГО ПРОВОДА ЛЭП

С ПЛАВАЮЩИМ НУЛЕВЫМ ЗНАЧЕНИЕМ

КОРБАКОВА Т.В., ПЕТРЕНКО С.А., СОШИНОВ А.Г.,

КТИ (ф) ВолгГТУ, г. Камышин

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент СОШИНОВ А.Г.

При анализе опыта разработки и эксплуатации системы мониторинга гололедообразования на воздушных линиях электропередачи (ЛЭП) были выявлены существенные недостатки, касающиеся установки тензометрических датчиков в разрыв гирлянды изоляторов для измерения веса гололедных отложений на фазных проводниках и грозотросе. Главным недостатком такого способа является не прямое измерение разрывного усилия, действующего на стальные сердечники проводников, а косвенная оценка этого усилия по общему весу образовавшихся отложений. Для реализации метода прямого измерения разрывного усилия, действующего на фазные провода ЛЭП и грозотрос, необходима установка тензодатчиков под потенциалом проводников ЛЭП. Однако при реали-зации данного способа имеются сложные технические проблемы. Связаны они с трудно реализуемой обратной связью между датчиком, установленным под потенциалом провода, и постом сбора и передачи данных по радиоканалу по причине отсутствия легко реализуемых источников питания данных датчиков. Также значительной проблемой является определение нулевого значения показаний тензометрических датчиков, нагруженных усилиями, создаваемыми только самими элементами конструкции ЛЭП в течение всего срока их эксплуатации.

Для решения вышеназванных проблем авторами предлагается алгоритм предварительного анализа и расчета состояния проводников ЛЭП, исполняемый контроллером датчика продольного тяжения фазных проводов или грозотроса. Значения температуры окружающего воздуха, атмосферного давления приходят с датчиков, установленных в корпусе модуля управления, по показаниям самого тензометрического датчика производится предварительная оценка возможности образования гололедно-изморозевых отложений на проводниках ЛЭП. По результатам исполнения алгоритма контроллер датчика продольного тяжения изменяет интервал времени между высылкой пакетов данных на пост сбора и передачи данных. Например, доверенные промежутки времени при температуре воздуха выше +3 °С составляют 15 мин, а при фиксации метеорологических условий, способствующих образованию гололедно-изморозевых отложений, интервал между отправкой пакетов становится равным 15 с. Данный способ изменения интервалов времени между передачей данных позволяет значительно экономить энергию батарей датчиков, установленных под потенциалом проводов ЛЭП, и продлить срок эксплуатации самих датчиков в несколько раз.

Для решения второй задачи – определения нулевого значения показаний датчиков продольного тяжения фазных проводов ЛЭП и грозотроса – используется другой алгоритм, исполняемый контроллером поста сбора и передачи данных, установленного на ближайшей опоре к датчику продольного тяжения фазных проводов ЛЭП. Данные на пост поступают с датчиков продольного тяжения, датчиков температуры фазных проводов ЛЭП, а также датчиков температуры и влажности воздуха, установленных возле поста. При этом реализованы алгоритмы определения моментов сброса гололеда при плавках на ЛЭП по показаниям тензодатчиков, анализ успешности плавки при помощи сопоставления показаний датчиков продольного тяжения и температуры проводов ЛЭП, алгоритмы доверенных интервалов продолжительных плюсовых температур, алгоритм чередующихся отложений. Данные исполняемые алгоритмы позволяют значительно приблизить рассчитываемое нулевое значение к фактическому и, как следствие, максимально оперативно оповестить диспетчера о моменте начала образования гололедных отложений.

По результатам проводимых разработок удалось реализовать действующие алгоритмы, которые значительно упрощают конструкцию элементов питания датчиков продольного тяжения фазных проводников ЛЭП и находящихся под их потенциалом, а также устраняют необходимость периодической калибровки и выставления нулевых значений, что облегчает эксплуатацию систем мониторинга состояния ЛЭП.

УДК 536.252