Глава седьмая АВТОМАТИЧЕСКИЕ ИСКАТЕЛИ ПОВРЕЖДЕНИЙ
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛОКАЦИОННЫХ ИСКАТЕЛЕЙ ПОВРЕЖДЕНИЙ
Рис. 7-1. Структурная схема автоматического локационного искателя повреждений. 1 — блок управления; 2 — блок синхронизации; 3 — генератор зондирующих импульсов; 4 — измерительное устройство; 5 — приемно-регулирующее устройство.
В наиболее общем виде структурная схема автоматического локационного искателя повреждений представлена на рис. 7-1.
При возникновении повреждения запускается блок управления 1. Задачи блока управления зависят от конкретных характеристик устройств. В частности, к ним относятся: подключение искателя к определенной линии или фазе, выбор диапазона измерения, рабочей частоты и т. п. Во всех случаях от блока управления запускается блок синхронизации 2. Последний синхронизирует работу генератора зондирующих импульсов 3, измерительного устройства 4 и приемно-регулирующего устройства 5.
Подаваемые в обслуживаемую линию зондирующие импульсы отражаются от места повреждения. Отраженные сигналы поступают в приемно- регулирующее устройство, где производится автоматическая регулировка их амплитуды. Регулировка может производиться либо с помощью одного из трех описанных в гл. 4 способов усиления, либо с помощью специальной корректировки.
Измерительное устройство фиксирует интервал времени между зондирующим и отраженным импульсами, который пропорционален расстоянию до места повреждения.
ЛОКАЦИОННЫЕ ИСКАТЕЛИ С ОДНОКРАТНЫМ ЗОНДИРОВАНИЕМ ЛИНИИ
Блок-схема искателя типа АИИП-1 (ИМП) и временная диаграмма его работы приведены на рис. 7-2 [Л. 63].
От контактов выходных реле защит обслуживаемых линий срабатывает блок управления 1. Он осуществляет присоединение устройства к соответствующей линии (фазе), переключение диапазона измерения и освобождение защелки шторки затвора фотоаппарата 2. Перемещаясь под действием пружины, шторка в момент полного открытия объектива замыкает жестко связанным с ней синхроконтактом цепь пуска генератора зондирующих импульсов 3. Зондирующий импульс посылается в линию, одновременно запуская блок 4 масштабных меток, подсвета и развертки луча электроннолучевой трубки блока индикатора 5. В блоке индикатора применена двухлучевая трубка. На две пары пластин горизонтального отклонения подается линейно изменяющееся напряжение развертки. Одна пара пластин вертикального отклонения используется для масштабных меток, другая — для изображения импульсов. В блоке индикатора расположено также простейшее приемно-регулирующее устройство, состоящее из ограничителя амплитуды импульсов. После однократного пробега электронного луча по экрану трубки шторка затвора фотоаппарата закрывается. Для отсчета искомого расстояния необходимо проявление пленки, на что требуется не менее 3—5 мин.
В целях обеспечения надежного электропитания прибора и исключения колебаний напряжения питания в момент короткого замыкания он подключается к подстанционной аккумуляторной батарее. Получение высокого напряжения для генератора импульсов и электроннолучевой трубки осуществляется входящим в схему прибора преобразователем 6. Как следует из рассмотрения временной диаграммы, собственное время работы искателя 60—70 мсек. Быстродействие ограничено инерцией механической подвижной системы фотоаппарата. Дальность действия прибора 200—250 км, среднеквадратическая погрешность 1,5% длины диапазона измерений.
Предусмотрена неавтоматическая работа прибора. При этом он переключается на режим непрерывной работы с частотой 25—50 гц. Оператор может наблюдать неподвижное явление на экране электроннолучевой трубки.
Рис. 7-2. Блок-схема и временная диаграмма работы искателя типа АИИП-1.
а — блок-схема; б —временная диаграмма; 1 — блок управления; 2 — фотоаппарат; 3 — генератор зондирующих импульсов; 4 — блок масштабных меток, подсвета н развертки луча; 5 — индикатор; 6 — преобразователь питания; 7 — момент пробоя изоляции линии; 8 — пуск релейной защиты; 9 — срабатывание выходного реле защиты; 10 — начало расхождения контактов высоковольтного выключателя; 11 — срабатывание реле фотоаппарата и подготовка системы присоединения; 12 — замыкание синхроконтакта. Заштриховано время развертки луча на экране ЭЛТ.
Искатель типа АИИП-1 разработан ВНИИЭ в 1963 г. Конструктивная доработка, выпуск и наладка нескольких приборов, именуемых ИМИ, осуществлены ЦЛЭМ Мосэнерго.
Рис. 7-3. Блок-схема искателя с электронным счетчиком.
1 — блок управления; 2 — поляроидная камера; 3 — генератор зондирующих импульсов; 4 — блок масштабных меток, подсвета и развертки луча; 5 — индикатор; 6 — преобразователь питания; 7 — усилитель-корректор; 8 — стробирующая схема; 9 — электронный счетчик.
Блок-схема автоматического искателя с однократным зондированием линии, разработанного Японским комитетом систем для определения места повреждения на линиях электропередачи [Л. 34, 35], представлена на рис. 7-3. Там же приведена временная диаграмма его работы. Отличие этого устройства от описанного выше заключается: во-первых, в применении вместо фотоаппарата поляроидной камеры 2 с управляемым электромагнитом межлинзовым затвором; во-вторых, в наличии более сложного приемно-регулирующего устройства — усилителя-корректора 7; и, в-третьих, в использовании параллельно фотографированию электронного счетчика 9 со стробирующей схемой 8. Остальные элементы блок-схемы устройства аналогичны рис. 7-2 и обозначены теми же номерами.
Преимуществом поляроидной камеры по сравнению с фотоаппаратом является проявление изображения через 10 сак. Корректор представляет собой амплитудный селектор с изменяемым во времени порогом приема. Стробирующая схема формирует интервал между зондирующим и отраженным импульсами, заполненный последовательностью счетных импульсов. Частота следования счетных импульсов выбрана так, чтобы счетчик 9 давал показания в километрах до места повреждения.
Локационные искатели с однократным зондированием (в Японии и США их называют искателями типа С) впервые были применены в Канаде, а позднее в США и Японии. Каких-либо существенных отличий канадский и американский образцы от описанных выше не имеют.
Искатели в Японии внедрены очень широко. Из 69 установленных на март 1962 г. в Японии автоматических искателей 25 (36%) типа С [Л. 34].
Однако в последующие годы предпочтение отдается искателям с многократным зондированием. Опубликованные [Л. 35] результаты 280 срабатываний искателей типа С показывают, что в 43% случаев повреждения были найдены в пределах гарантированного точностью (1,5%) участка, 35% случаев повреждения не найдены (по-видимому, большая часть из них относится к успешным АПВ) и 22% случаев — неудачные.
ЛОКАЦИОННЫЕ ИСКАТЕЛИ С МНОГОКРАТНЫМ ЗОНДИРОВАНИЕМ ЛИНИИ
Как было показано в гл. 5, такие искатели обладают наиболее высокой эффективностью отстройки от помех. Поэтому в настоящее время интенсивно проводится их совершенствование и внедрение как в СССР, так и в наиболее развитых капиталистических странах (США, Англии и Японии). В Японии на конец 1963 г. действовало 44 таких устройства (около 60% всех искателей). Основное различие известных образцов заключается в способе фиксации (запоминания) измеряемого интервала времени между зондирующими и отраженными импульсами.
В соответствии с этим целесообразно рассмотреть сначала блок-схему, отражающую элементы, общие для всех современных устройств рассматриваемого типа, а затем остановиться на особенностях отдельных образцов.
Блок-схема устройства с многократным зондированием показана на рис. 7-4. Блок управления 1 запускается при повреждении какой-либо из обслуживаемых линий и выполняет те же задачи, что и у приборов с однократным зондированием. От этого блока запускается блок выдержки времени 2, определяющий время зондирования линии.
Одновременно с ним запускается блок синхронизации 3, вырабатывающий тактовые импульсы. Последние используются для пуска генератора импульсов 4 и синхронизации устройства записи 5. Каждому тактовому импульсу соответствует зондирующий импульс и цикл записи посылаемого и отраженных импульсов. За период выдержки времени блока 2 проходят серия зондирующих и отраженных импульсов и соответствующее число записей. Перед записью импульсы с линии проходят приемно- регулирующее устройство 6, представляющее собой либо усилитель-корректор, либо функциональный усилитель.
Рассмотрим теперь различные способы фиксации результатов измерения, используемые в современных устройствах рассматриваемого типа.
ИСКАТЕЛЬ АНГЛИЙСКОЙ ФИРМЫ «ФЕРРАНТИ»
Рис. 7-4. Блок-схема автоматического локационного искателя с многократным зондированием.
1 — блок управления; 2 — блок выдержки времени; 3 — блок синхронизации; 4 — генератор импульсов; 5 — устройство записи (5'— его механическая часть); 6 — приемно-регулирующее устройство; 7 — блок воспроизведения.
Результат измерения фотографируется на обычную пленку (35 мм) с помощью автоматической фотокамеры с экрана электроннолучевой трубки. Серия записей процесса зондирования накладывается на экране друг на друга, в результате за период экспозиции на экране существует неподвижное изображение.
Затвор фотокамеры начинает открываться при срабатывании блока управления, что на рис. 7-4 показано стрелкой от блока 1 к блоку 5' — механической части устройства записи. Собственное время измерения искателя 120 мсек. После съемки камера автоматически возвращается в исходное положение и вновь готова к работе через 0,25 сек. Дальность действия искателя по данным фирмы (Л, 64—66] 130—160 км. Предусмотрено переключение диапазонов развертки от 32 до 160 км. Неавтоматический просмотр линий можно производить участками по 24 км, погрешность— 1—1,5% длины диапазона. Импульсный генератор вырабатывает серию радиоимпульсов с частотой наполнения 1 Мгц длительностью по 5 мксек. Мощность в импульсе 1,25 кВт. Частота повторения равна трем периодам промышленной частоты. Искатели фирмы «Ферранти» в течение ряда лет выпускаются серийно и, кроме внутреннего рынка, поставляются в США. Наиболее существенными недостатками этих устройств являются: необходимость проявления пленки, что затягивает начало поиска места повреждения и затрудняет эксплуатацию, и низкая частота зондирования, снижающая быстродействие.
Наименование искателя в литературе США и Англии: «Fault Locator for Transmission Lines» — «определитель места повреждения для линий электропередачи».
ИСКАТЕЛЬ С МАГНИТНОЙ ЗАПИСЬЮ ЯПОНСКОГО КОМИТЕТА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ПОВРЕЖДЕНИЯ НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
Результат измерения записывается на магнитный барабан. Последний непрерывно вращается, причем скорость его вращения непрерывно корректируется (синхронизируется) тем же блоком синхронизации 3 (рис. 7-4), что и посылка зондирующих импульсов. Это показано пунктирной стрелкой от блока 3 к блоку 5'.
При возникновении повреждения линии на магнитном барабане синхронно записывается серия зондирующих и отраженных им пульсов.
Воспроизводство результата измерения осуществляется блоком воспроизведения 7 (рис. 7-4) с помощью обычного электроннолучевого осциллографа со ждущей разверткой. Благодаря повторности записи на экране осциллографа в течение некоторого времени видно неподвижное изображение зондирующего и отраженных импульсов совместно с масштабными метками.
Зондирующие радиоимпульсы имеют частоту наполнения в диапазоне 250—450 кГц и частоту повторения 1—3 кГц. Мощность в импульсе порядка 10 кВт. Описанный искатель именуют в Японии Fn (Л. 67]. Кроме того, там разработаны локационные искатели с многократным зондированием, именуемые Fh, подобные описанным выше устройствам фирмы «Ферранти, но отличающиеся от них применением поляроидной камеры, и искатели с маркой К также на базе электроннолучевой трубки, отличающиеся круговой разверткой луча электроннолучевой трубки, что повышает точность отсчета результата измерения.
ИСКАТЕЛЬ ТИПА Р5-7 (СССР)
Запись результата измерения производится на запоминающую электроннолучевую трубку. Поэтому блоков 5' и 7 (рис. 7-4) не требуется. Оператор берет отсчет непосредственно с экрана трубки.
Дальность действия 200 км. Имеется три диапазона развертки: 70, 140 и 200 км. Зондирующие радиоимпульсы имеют частоту наполнения 70—300 кГц при длительности импульсов 15 мксек и частоте повторения до 1,5 кГц. Мощность в импульсе порядка 10 кВт.
В качестве приемно-регулирующего устройства применен функциональный усилитель. Собственное время измерения не превышает 80 мсек. Питание устройства осуществляется комбинированно от подстанционной аккумуляторной батареи 220 в н сети переменного тока 220 в. При этом в случае пропадания напряжения сети переменного тока в момент короткого замыкания на обслуживаемой линии искатель успевает провести запись результата измерения.
Искатель одновременно обслуживает шесть линий электропередачи 110—500 кВ разной длины в указанном выше диапазоне. Для обеспечения этого в устройстве имеется специальный блок «входных цепей».