Стартовая >> Архив >> Предотвращение и ликвидация гололедных аварий

Кодирование информации - Предотвращение и ликвидация гололедных аварий

Оглавление
Предотвращение и ликвидация гололедных аварий
Виды и параметры гололедно-изморозевых отложений
Влияние метеоусловий на процесс гололедообразования
Влияние параметров ВЛ на процесс гололедообразования
Нормативные параметры гололедных нагрузок
Эргатическая энергосистема
Применение системного подхода для повышения надежности
Комплексная система мероприятий
Плавка гололеда
Плавка гололеда постоянным током
Схемы выпрямительных установок при плавке постоянным током
Схемы соединения проводов для плавки гололеда  постоянным током
Способы отключения поврежденной выпрямительной установки
Выбор реакторов
Выбор трансформаторов
Специальный трансформатор тока для релейной защиты установок плавки
Выносной заземлитель для схем плавки гололеда постоянным током
Релейная защита
Максимальная токовая защита
Релейная защита от замыканий на землю в цепи постоянного тока
Релейная защита, селективно выявляющая пробой плеча
Релейная защита от коротких замыканий на землю
Импульсные реле типа РИ-1 и РИ-2
Выбор поврежденной фазы при пробое плеча выпрямительного моста
Определение места повреждения при плавке гололеда постоянным током
Комплекс прогноза и раннего обнаружения
Датчик гололедной нагрузки
Погрешности
Системы телеизмерения гололедных нагрузок для сетей с изолированной нейтралью
Кодирование информации
Схемы питания датчиков
Линейный преобразователь
Приемный преобразователь
Системы телеизмерения гололедных нагрузок для сетей с глухозаземленной нейтралью
Аналоговые измерительные органы линейных преобразователей
Радиотелемеханические системы
Автоматизированный метеопост для раннего обнаружения гололедообразования
Конструкция датчиков осадков
Литература

Сравнение различных вариантов кодирования низкочастотного сигнала показали, что эффективным и помехоустойчивым является числоимпульсное кодирование, при котором информация передается по каналу «фаза-земля» в виде последовательности двуполярных низкочастотных импульсов. Сигнал каждого ДГН преобразуется в ЛПр в серию импульсов, количество которых пропорционально измеряемой нагрузке. Использование последовательного число-импульсного кода позволяет реализовать более простые и надежные унифицированные схемы линейного и приемного преобразователей СТГН.
Как отмечалось выше, несмотря на затухание низкочастотного сигнала при частичном шунтировании канала «фаза-земля», уровень двуполярного напряжения низкой частоты на входе ППр при соответствующем выборе параметров канала передачи остается достаточным для надежного счета их количества и декодирования информации.
Для повышения помехозащищенности системы от случайных импульсных помех передаваемая кодовая комбинация состоит из заранее заданного числа подготовительных импульсов N за которыми следуют информационные, их количество Nи зависит от значения нагрузки Р на ДГН и выбранного шага квантования ΔΡ.
Для ВЛ 6-35 кВ шаг квантования принят равным ΔΡ = 0,05 кН, а максимальная измеряемая гололедно-ветровая нагрузка обычно находится в пределах до 0,8-1 кН (ВЛ 10 кВ) и 1-1,5 кН (ВЛ 35 кВ). Поэтому максимальное количество импульсов не превышает Nмах = 20-25 для ВЛ 10 кВ и N.мax= 25-35 для ВЛ 35 кВ, что при частоте fнч — 0,5Гц соответствует времени передачи 40-50 с (ВЛ 10кВ) и 50-70 с (ВЛ 35кВ).
При построении групповых СТГН, в которых информация передается на общий ППр от нескольких ПК на ВЛ, отходящих от одной системы шин подстанции, возникает необходимость кодирования принадлежности сигнала к определенному ПК, т.е. кодирование адреса. Применение последовательного число-импульсного кода позволяет осуществить кодирование адреса, используя особенности прохождения НЧ сигнала по каналу передачи «фаза-земля», представляющего собой многоконтурную колебательную систему.
В случае двух ПК на ВЛ, отходящих от одной системы шин, что часто бывает на практике, кодирование значительно упрощается при использовании фазового принципа. Для этого достаточно, чтобы числоимпульсная кодовая комбинация одного ЛПр начиналась с импульса положительной полярности, а другого ЛПр с импульса отрицательной  полярности. Практически это реализуется подключением двух одинаковых ЛПр к разделительным конденсаторам в противофазе и применением общего ППр с идентификацией ЛПр (ПК) по знаку первого принимаемого импульса.
При нескольких ПК в кодовой комбинации за подготовительными импульсами следуют адресные, а между адресными импульсами (кодом адреса) и информационными (кодом значения нагрузки) формируется расширенный разделительный импульс. В течение разделительного импульса канал «фаза-земля» остается возбужденным, полярность сигнала на входе ППр измениться не может, и он надежно фиксирует границу между кодом адреса и кодом значения нагрузки и распознает, с какого ПК приходит информация.
Сочетание фазового принципа кодирования с применением кода адреса в последовательной кодовой комбинации с расширенным разделительным импульсом повышает надежность распознавания рассредоточенных объектов СТГН, а в некоторых случаях позволяет сократить размер и время передачи кодовой комбинации.
Таким образом, число-импульсное кодирование позволяет выполнить групповую СТГН с произвольным количеством ПК. Например, при fнч = 0,5Гц, Nмах= 20-25 импульсов циклическая передача информации о максимальных нагрузках одновременно с m пунктов контроля на один общий ППр обеспечивается один раз в 2 мин (т-2); 4 мин (т=4); 6 мин (т=6), что вполне удовлетворяет предъявляемым требованиям по скорости передачи информации для систем телеизмерения гололедно-ветровых нагрузок на ВЛ.

Цифровые измерительные органы линейных преобразователей

Цифровые измерительные органы (НО) автоматически осуществляют преобразование непрерывной измеряемой величины (напряжения ДГН) в дискретную форму и выдают результат измерения в виде последовательного число-импульсного кода. Достоинствами цифровых ИО являются:

  1. малая погрешность измерений;
  2. быстродействие и помехозащищенность;
  3. возможность автоматизации процесса измерения и представления результатов измерения в форме, удобной для последующей их передачи.

Преобразование аналоговой величины в цифровой код можно выполнить следующими способами:

  1. времяимпульсным;
  2. дискретного уравновешивания или последовательного приближения.

Рассмотрим схемы НО, реализующие эти способы и примененные в линейных преобразователях СТГН, установленных в опытную эксплуатацию на ВЛ 10-35 кВ АО «Ставропольэнерго».
Времяимпульсный измерительный ορган. При время-импульсном способе выпрямленное и сглаженное напряжение ДГН предварительно преобразуется в линейно зависящий от него интервал времени, длительность которого затем измеряется и преобразуется в цифровой код.
Основными элементами, осуществляющими преобразование измеряемого напряжения ДГН Ux, линейно изменяющегося от нагрузки Р, в интервал времени tx, является интегратор И и схема сравнения СС (рис.7.9).

Блок управления БУ в момент времени tt пускает интегратор И, перебрасывает в положение «1» триггер Т, который открывает электронный ключ ЭК. В реверсивный счетчик импульсов (СИ) от генератора стабильной частоты ГСЧ через коммутатор К начинают проходить импульсы с частотой f0.
Линейно изменяющееся напряжение Uи, формируемое интегратором И, подается на вход схемы сравнения СС. В момент времени t2 , когда UX=UH, на выходе СС появляется сигнал, возвращающий триггер Т в положение «О» и запирающий электронный ключ ЭК. При условии, что напряжение Uи изменяется линейно, длительность интервала времени tx будет пропорциональна измеряемому напряжению:

Число импульсов, поступивших в счетчик СИ можно найти по формуле
Напряжение интегратора U при пуске сбрасывается не до нуля, а до некоторого регулируемого значения Uи0 (рис.7.9, б). Задавая наклон характеристики интегратора Uи(t) и величину Uи0, можно изменять:

  1. количество подготовительных импульсов в кодовой комбинации при нагрузке ДГН Р=0

  1. общее количество импульсов в кодовой комбинации при выбранном пределе измерения гололедной нагрузки Рмах

  1. шаг квантования


где Ux0,Uх. мах напряжение Ux при Р=0 и Р=Рмакс соответственно.
С использованием времяимпульсного способа измерение и передача информации о гололедной нагрузке могут быть выполнены в два этапа, так как f0»fнч.

  1. Сначала измеряется напряжение ДГН Ux и соответствующий ему число-импульсный код записывается в реверсивный счетчик СИ на частоте f.

2. Затем по команде блока управления БУ, переключающего коммутатор К, производится считывание число-импульсного кода из счетчика импульсов СИ. Этот процесс происходит уже на низкой частоте передачи, формируемой генератором ГНЧ.
Погрешности рассмотренного ИО зависят от:

  1. погрешности квантования;
  2. стабильности работы аналогового интегратора И и линейности его характеристики;
  3. стабильности частоты ГСЧ .

Все это обусловливает повышенные требования к изготовлению элементов схемы ИО, особенно к температурной стабилизации, так как аппаратура ЛПр эксплуатируется на открытом воздухе в зимних условиях. Экспериментальная проверка внедренных на ВЛ 10-35 кВ СТГН показала, что температурная погрешность не превышает одного шага квантования ΔΡ = 0,05 кН при изменении температуры в пределах 10°С. Поэтому точность термостабилизации аппаратуры ЛПр была принята в пределах 5°С.
Непрерывная величина Р при преобразовании ее в цифровую форму выражается дискретным значением Pj , не изменяющемся в некотором диапазоне от Р; до Ρί+1 , поэтому погрешность квантования равна:

  1. + ΔΡ - если округление производится с избытком или недостатком независимо от того, к какому уровню измеряемая величина ближе;
  2. + ΔΡ/2 - при округлении до ближайшего дискретного уровня.

Схема время-импульсного ИО приведена на рис.7.10. В качестве схемы сравнения применен компаратор DA, на прямой вход которого подается предварительно выпрямленное и сглаженное напряжение Ux от ДГН, а на инверсный вход - напряжение U с конденсатора С1, выполняющего роль интегратора. Линейность характеристики интегратора U„(t) достигается включением в цепь заряда конденсатора С1 полевого транзистора VT1, работающего в режиме источника тока. Наклон характеристики интегратора регулируется переменным резистором R1.
Разряд конденсатора С1 до начального напряжения U„o при пуске схемы измерения осуществляется путем отпирания транзистора VT2 по сигналу от формирователя временной задержки ФЗ. Величина начального напряжения U интегратора, определяющего совместно с наклоном его характеристики U(t) количество подготовительных импульсов, регулируется переменным резистором R5.
До срабатывания компаратора DA, т.е. до момента t2 (рис.7.9,б), когда напряжение U станет равным напряжению 1)х, от генератора стабильной частоты ГСЧ через схему. И на выход ИО проходят импульсы с частотой 100 Гц и происходит запись число-импульсного кода нагрузки на ДГН.


Рис.7.10. Схема времяимпульсного измерительного органа

Ограничение максимального числа импульсов Νогр с целью минимизации загрузки канала передачи СТГН в схеме времяимпульсного ИО можно выполнить путем ограничения аналогового сигнала с выхода ДГН- напряжения, например, с помощью стабилитрона VD2. При этом необходимо учитывать разброс параметров и нелинейность его характеристики при токах, близких к пробою, что вносит дополнительную погрешность в измерение нагрузки.

Блок управления БУ в момент времени t осуществляет сброс счетчика импульсов СИ и цифро-аналогового преобразователя ЦАП на нуль (рис.7.11, б). На выходе схемы сравнения СС и на входе логического элемента И появляется сигнал, разрешающий прохождение импульсов с частотой передачи fнч от генератора низкой частоты ГНЧ через схему И. Одновременно низкочастотные импульсы поступают на вход счетчика СИ компенсирующего устройства КУ. Выход счетчика СИ управляет схемой ЦАП, вырабатывающей ступенчато-нарастающее напряжение.
В процессе счета передаваемых импульсов счетчиком СИ компенсирующее напряжение UK, дискретно увеличивающееся при передаче очередного импульса на шаг квантования ∆UK, в момент времени t2 становится больше (или равно) напряжения Ux. Сигнал на выходе схемы сравнения СС исчезает, процесс передачи и измерения заканчивается. Если напряжение Ux линейно зависит от нагрузки ДГН, то количество переданных импульсов будет пропорционально измеренной нагрузке. В рассматриваемом примере (рис.7.11, б) число импульсов, прошедших через схему И, N = 5, из них два подготовительных (Νп=2) и три информационных (Νи=3).
Погрешность цифрового ИО дискретного уравновешивания не зависит от колебаний частоты передачи fнч, она зависит от погрешности квантования и от погрешности ФОН и ЦАП, стабильность которых обеспечивается значительно проще и надежнее, чем в схеме время-импульсного ИО, без повышенных требований к термостабилизации. В ЛПр с таким ИО достаточно применить обычный подогрев аппаратуры до положительной температуры -15° С и применить интегральные стабилизаторы напряжения, обеспечивающие высокую точность стабилизации постоянного напряжения.
Таким образом, погрешность ИО дискретного уравновешивания определяется в основном только погрешностью квантования, зависящей от принятого способа замены аналоговой величины дискретным значением и выбранного шага квантования ΔΡ.
Рассмотренная схема ИО с цифровой обработкой сигнала ДГН позволяет легко выполнить линеаризацию характеристики датчика путем изменения шага квантования ЦАП ∆UK после прохождения N-го импульса, соответствующего нагрузке ДГН P в точке излома кусочно-линейной аппроксимации характеристики (рис.7.12). Для этого формирователь опорного напряжения ФОН управляется сигналом с выхода счетчика импульсов СИ компенсирующего устройства КУ. Опорное напряжение равно

υоп = Κ(Ν)·ΕΠ,
где Κ(Ν) — коэффициент, дискретно изменяющийся в функции от номера импульса в кодовой комбинации; Еп— постоянное напряжение стабильного источника питания.

Рис.7.12. Линеаризация характеристики ДГН
При этом не накладывается никаких ограничений на число точек излома кусочно-линейной аппроксимации, что дает возможность осуществлять линеаризацию характеристики ДГН любой степени нелинейности.
Как и предыдущая, рассматриваемая схема ИО позволяет с целью уменьшения количества передаваемых импульсов и, следовательно, времени передачи, осуществлять смещение характеристики в точку начальной нагрузки ДГН.

Например, если начальный вес провода и гирлянды изоляторов не менее 0,5 кН, а предполагаемые гололедно-ветровые нагрузки находятся в пределах Рмах=1 + 1,5 кН, то настройку ИО (выбор количества подготовительных импульсов) можно выполнить не при Р = 0, а при Р = 0,5 кН. В этом случае получаем:

  1. для время-импульсного ИО

  1. для ИО дискретного уравновешивания


где U- измеряемое напряжение Ux при выбранной начальной нагрузке Р„„ на ДГН.
Пример выполнения цифрового ИО дискретного уравновешивания приведен на рис.7.13. Выходное напряжение ДГН выпрямляется, сглаживается и подается на вход промежуточного усилителя, собранного на операционном усилителе DA1. Переменными резисторами R2 и R3 производится компенсация начального напряжения ДГН при Р = 0 и регулируется коэффициент усиления.
Схема сравнения измеряемого напряжения U и напряжения компенсационного устройства UK выполнена на компараторе DA2. Компенсационное устройство состоит из десятиразрядного цифро-аналогового преобразователя DA4 с операционным усилителем DA3 на выходе, счетчиков DD2, DD7 и логических элементов DD3-DD6, DD8-DD10. При пуске схемы от формирователя временной задержки ФЗ счетчики DD2 и DD7 начинают счет передаваемых низкочастотных импульсов, т.е. преобразуют последовательный число-импульсный код в двоичный параллельный, и управляют работой схемы ЦАП DA4, подавая сигналы на входы второго - седьмого разрядов.
Надежное однократное срабатывание компаратора DA2 в момент времени, когда увеличивающееся напряжение на выходе компенсационного устройства Uк>Uх (рис.7.11,6), обеспечивается логическими элементами DD6, DD8, DD10. Сигнал с выхода DDI0 поступает на вход старшего (1-го) и младших (8-10-го) разрядов ЦА11 DA4, напряжение Uк скачкообразно увеличивается на величину 0,5U и становится заведомо больше максимально возможного значения измеряемого напряжения U.


Рис.7.13. Схема измерительного органа дискретного уравновешивания (а) и варианты выполнения ограничения на 31-м (б) и 63-м (в) импульсе

Таким же образом выполняется цифровое ограничение максимального числа передаваемых импульсов Νοφ, для чего служат логические элементы DD3, DD5, DD9. При прохождении от генератора низкой частоты ГНЧ на выход ИО (через схемы И DD1) импульса с номером Νогр на выходе схем И DD3 и DD9, подключенных к счетчикам DD2 и DD7, исчезает сигнал логической единицы. При этом на выходе схемы ИЛИ-HE DD5 и соответственно на входах 1-го и 8-10-го разрядов ЦАП DA4 появляется напряжение логической единицы, вызывающее скачкообразное увеличение напряжения U. Дальнейшее увеличение напряжения Ux (нагрузки ДГН) не приводит к изменению длины переданного число-импульсного кода.
Подключение схем DD3 и DD9, показанное на рис.7.13, а, обеспечивает ограничение на 47-м импульсе, что, например, при числе подготовительных импульсов N„ = 5 и шаге квантования ΔΡ = 0,05кН, соответствует нагрузке на ДГН Р = 2,1кН. Диапазон измеряемой нагрузки датчика типа ДМС-1 равен 0-2кН.
В качестве примера на рис.7.13,б,в приведены варианты выполнения цифрового ограничения длины число-импульсного кода на 31-м (рис.7.13 ,б) и 63-м (рис.7.13 ,в) импульсе. Изменением схемы подключения элемента DD3 к счетчику DD2 получаются и другие варианты ограничения максимального числа передаваемых импульсов Νогр. Следует отметить, что цифровой способ выполнения ограничения не вносит никаких погрешностей в процесс измерения нагрузки на ДГН.
Рассмотренная схема ИО является универсальной и может применяться с магнитоупругим датчиком, рассчитанным на любой диапазон измеряемой нагрузки.



 
« Повышение надежности определения мест повреждения на ВЛ 110-220 кВ и размещении фиксирующих приборов   Проблема повышения надежности и долговечности электросетевых конструкций »
электрические сети