Типовые задачи и примеры их решения. Задача 3.1. Синтезировать алгоритм обработки сигнала для определения места повреждения высоковольтных кабельных линий

Задача 3.1. Синтезировать алгоритм обработки сигнала для определения места повреждения высоковольтных кабельных линий.

Описание предметной области. Одним из путей повышения эксплуатационной надежности электрических сетей является быстрое выявление и восстановление поврежденных участков линий электропередачи. Протяженность распределительных сетей 0,4 – 35 кВ достигает нескольких миллионов километров. В условиях промышленных предприятий и городов до 80% электроэнергии доставляется потребителям по кабельным линиям. По данным эксплуатации кабельные линии повреждаются в 2–3 раза чаще, чем другие элементы цепи электроснабжения. Ежегодно в кабельных сетях отыскивается около полумиллиона мест повреждения. Время ликвидации таких повреждений составляет от нескольких часов до нескольких суток.

В комплексе мероприятий, связанных с выявлением повреждения кабельной линии, поиск места повреждения непосредственно на трассе линии остается одной из наиболее трудоемких операций. Большое разнообразие видов повреждений (замыкание одной, двух, трех жил между собой и на оболочку, обрыв жил, заплывающие пробои) и параметров поврежденной кабельной линии (переходное сопротивление, длина линии до места повреждения и за ним, марка кабеля и глубина его залегания) вызвало создание различных методов и устройств для непосредственного отыскания места повреждения на трассе кабельной линии. Однако ряд повреждений, прежде всего металлические однофазные замыкания и заплывающие пробои при неразрешенной оболочке, а также повреждения в кабелях с отдельным металлическим покрытием жил остаются еще трудно выявляемыми и требуют дополнительных теоретических оценок и получения на их основе новых технических решений как в части разработки новых способов поиска повреждений, обладающих большей разрешающей способностью в различных ситуациях, так и в части совершенствования аппаратуры.

Для совершенствования поисковой аппаратуры следует иметь необходимый расчетный аппарат при выборе параметров поисковой аппаратуры с учетом характеристик поврежденной кабельной линии, оценить помехозащищенность, чувствительность и в конечном итоге – надежность выявления повреждения и массогабаритные показатели аппаратуры, что позволяет повысить эффективность работы оператора и в целом снизить затраты и время на поиск места повреждения кабельной линии.

Примером поискового устройства являются акустические приемники, которые выпускаются в составе универсальных серийных кабелеискателей и предназначенные как для индукционного, так и для акустического метода определения места повреждения кабельных линий [В. В. Платонов, В. Ф. Быкадоров. Определение мест повреждения на трассах кабельной линии. – М.: Энергоатомиздат, 1993. – 256 с.]. Эти кабелеискатели различаются в основном типом акустического датчика, поэтому рассмотрим особенности выполнения кабелеискателей "Поиск" П-6 с электродинамическим микрофоном и КАИ-77 (КАИ-80) с пьезоэлектрическим датчиком и с цифровым измерителем расстояния.

Кабелеискатель "Поиск" содержит акустический и индукционный датчики с усилителями, которые через переключатель вида поиска могут подключаться к выходному усилителю с телефоном. В качестве акустического датчика может быть использован виброизмерительный пьезоэлектрический преобразователь типа ДН–3–М1, анализ которого приведен ниже в задаче 3.3, а в качестве индукционного датчика – катушка с сердечником, настроенная в резонанс на поисковую частоту.

Кабелеискатель КАИ-77 содержит пьезоэлектрический датчик со встроенным усилителем и встроенную в корпус прибора индукционную катушку, которые через усилитель приемника подключаются к головным телефонам. Предусмотрен выход на стрелочный индикатор. Кабелеискатель имеет ограниченную чувствительность по акустическому каналу.

Повышенной избирательностью к заданному диапазону частот обладает кабелеискатель с электродинамическим датчиком и электромеханической положительной обратной связью (рис 3.2). Подвижный магнит NiSn, подвешенный в поле неподвижного магнита N₃S₃, при колебаниях грунта наводит в неподвижных катушках L₁ и L₂ противоположные по знаку ЭДС. Благодаря встречному включению катушек, полезный сигнал удваивается, а сигнал помехи вычитается. Суммарный полезный сигнал через полосовой фильтр Ф₁ и основной усилитель У₁ посту

Рис. 3.2. Структурная схема избирательного кабелеискателя с электродинамическим датчиком и электромеханической положительной обратной связью

пает на головные телефоны Т. Для уменьшения магнитострикционных помех корпус датчика выполнен из латуни, что несколько снизило полезный сигнал за счет снижения рассеяния магнита N₁S₁. Введение положительной обратной связи с выхода основного усилителя У₁ через усилитель обратной связи У₂ на катушку обратной связи L₃ существенно повышает чувствительность в рабочей полосе частот фильтра Ф₁ (100-1000 Гц). Общая чувствительность кабелеискателя 25 В с/м, масса 2,5 кг.

Индукционно-акустический кабелеискатель с цифровым измерителем расстояния позволяет быстро локализовать место повреждения за счет определения расстояния до источника электроакустических колебаний. Принцип работы измерителя основан на определении времени запаздывания акустического сигнала относительно индукционного сигнала, которое практически пропорционально расстоянию от оператора до места повреждения. Структурная схема кабелеискателя (рис. 3.3) – двухканальная, но сигнал индукционного канала используется в качестве опорного не только для измерителя расстояния», но и для контроля трассы и наличия разрядов.

Рис. 3.3. Структурная схема индукционо-акустического кабелеискателя ПА-02

Собственно приемник содержит аналоговую и цифровую части. К аналоговой части относятся акустический и индукционный каналы, а цифровая часть представляет собой двухразрядный счетчик тактовых импульсов, управляемый сигналами аналоговой части. Канал приема электромагнитного сигнала состоит из индукционного датчика ДИ, встроенного в корпус приемника, усилителя У₁, компаратора К₁ и светодиодного индикатора СД₁. Канал приема акустического сигнала содержит пьезоэлектрический датчик ДА, устанавливаемый на грунте, частотный фильтр Ф₁, усилитель-демпфер У₂, головные телефоны Т, а также компаратор К₂ и светодиодный индикатор СД₂. Измеритель расстояния содержит формирователь импульсного сигнала по индукционному ИФ₁ и акустическому ИФ₂ каналам, которые воздействуют на управляющий триггер ТУ, запускающий генератор тактовых импульсов ГИ. Счетчик импульсов СИ с цифровым индикатором ЦИ указывает расстояние до места повреждения.

Поиск места повреждения на трассе ведется следующим образом. Генератор акустических сигналов подключается к поврежденной кабельной линии. Оператор входит в зону поиска (измеритель расстояния выключен) и по индукционному каналу фиксирует трассу кабеля. Перемещаясь по трассе и периодически устанавливая акустический датчик на грунт, оператор находит зону приема акустического сигнала с помощью головных телефонов. Одновременно возникает синхронное мигание светодиодов индукционного и акустического каналов, что свидетельствует о возможности включения измерителя расстояния. Показания двухразрядного индикатора (от О,9 до 9,9 м) позволяют вести ускоренный целенаправленный поиск. Над местом повреждения прибор показывает глубину залегания кабеля.

Дата добавления: 2014-01-05