способ и устройство для обнаружения мест повреждения изоляции на контактной сети

Формула изобретения

1. Способ для обнаружения мест повреждения изоляции на контактной сети, заключающийся в том, что на контролируемый изолятор наводят параболическое зеркало с акустическим приемником, преобразующим акустические колебания в электрические, отфильтровывают низкочастотные колебания и регистрируют частичные разряды по наличию высокочастотных колебаний, отличающийся тем, что параболическое зеркало с акустическим приемником, преобразующим акустические колебания в электрические, и фильтром высоких частот устанавливают в транспортном средстве, фиксируют подряд наперед заданное число пачек импульсов частичных разрядов, определяют их среднюю длительность, определяют среднее время паузы между пачками импульсов, определяют наличие опоры с контролируемыми изоляторами и фиксируют наличие поврежденного изолятора по совпадению условий, при которых средняя длительность заданного числа пачек импульсов не выходит за пределы установленных границ, средняя длительность паузы между этими пачками не выходит за пределы установленных границ, и зафиксировано наличие опоры с контролируемыми изоляторами.

2. Устройство для обнаружения мест повреждения изоляции на контактной сети, состоящее из параболического зеркала, акустического приемника, фильтра высоких частот, порогового элемента и регистратора, отличающееся тем, что устройство устанавливается на движущееся транспортное средство и дополняется отметчиком опор, формирователем прямоугольных импульсов длительностью, равной длительности пачки импульсов частичных разрядов, измерителем длительности импульса, сумматором длительностей импульсов, задатчиком числа измерений, определителем среднего значения длительности импульса, первым селектором импульсов с установленными границами длительности, измерителем длительности паузы между импульсами, сумматором длительностей пауз между импульсами, определителем среднего значения длительности паузы между импульсами, вторым селектором импульсов с установленными границами длительности, схемой совпадения, сравнивающей одновременность прохождения сигнала от отметчика опор, от первого селектора и от второго селектора, причем выход формирователя прямоугольных импульсов соединен со входами измерителя длительности импульса, задатчика числа измерений и измерителя паузы между импульсами, выход измерителя длительности импульса соединен с первым входом сумматора длительностей импульсов, выход которого соединен с первым входом определителя среднего значения длительности импульса, выход которого соединен с первым селектором импульсов с установленными границами длительности, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения, выход измерителя паузы между импульсами соединен с первым входом сумматора длительностей пауз между импульсами, а выход этого сумматора соединен с первым входом определителя среднего значения длительности паузы между импульсами, выход этого определителя соединен со входом второго селектора импульсов, выход которого соединен со вторым входом схемы совпадения, третий вход которой соединен с выходом отметчика опор, а выход задатчика числа измерений соединен со вторыми входами сумматора длительности импульсов, определителя среднего значения длительности импульса, сумматора длительностей паузы между импульсами, определителя среднего значения длительности паузы между импульсами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам и устройствам для обнаружения повреждений изоляции на контактной сети и может быть использовано на железнодорожном электрифицированном транспорте, оно может использоваться также и на воздушных линиях электропередачи.

Для обнаружения мест повреждения изоляции используют способы и устройства для регистрации частичных разрядов, так как частичные разряды являются признаком нарушения изоляции. Известны приборы для регистрации частичных разрядов по их высокочастотному радиоизлучению [1, с.74; 2, с. 220]. Однако приборы, основанные на регистрации высокочастотных радиосигналов частичных разрядов, не применяются на практике из-за необходимости использовать электронно-лучевые осциллографы и из-за сложности обработки визуальной информации. Во время движения данный метод вообще не применим. Неизвестно применение указанных устройств из движущегося транспортного средства.

Известны способы и устройства для обнаружения места возникновения частичных разрядов, основанные на использовании акустических методов [1, с. 229] . При этом используются микрофоны или датчики и геометрическая триангуляция для определения места возникновения частичного разряда. Устройство для обнаружения частичных разрядов акустическим методом [2, с. 99] состоит из первичного преобразователя (датчика) и измерительного прибора, содержащего фильтр и индикатор. Фильтр подавляет помехи и пропускает ультразвуковые частоты более 30 кГц. В качестве индикаторов применяются пиковые вольтметры и осциллографы. Разработаны также измерительные схемы для подавления помех [3] .

Недостатками этих способов и устройств являются:

- трудность отстройки от акустических помех, вызванных движущимся транспортным средством, особенно при движении по рельсам;

- необходимость использования нескольких микрофонов или датчиков;

- невозможность использования указанных способов и устройств для отыскания источников частичных разрядов из движущегося транспортного средства, т. к. микрофоны и датчики трудно и опасно устанавливать во время движения на проверяемые изоляторы, находящиеся под опасным электрическим напряжением.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является акустический приемник частичных разрядов LDA-5/s [4], содержащий параболическое зеркало, акустический приемник LDA-5/s 1, ручной держатель (миништатив), электронную схему обработки сигнала, держатель с визиром наведения, наушники. Это устройство должно быть неподвижно относительно исследуемого объекта, поскольку требуется точное наведение устройства на проверяемый объект (изолятор).

Контактная сеть электрифицированного транспорта содержит очень большое число опор с изоляторами. Диагностику этих изоляторов необходимо проводить из специальных вагонов-лабораторий, включаемых в состав движущегося поезда для многократного снижения затрат ручного труда. В противном случае эти опоры пришлось бы обходить пешком, удерживая в руках акустический приемник, что требует колоссальных трудозатрат.

Использовать указанный прототип для обнаружения мест повреждения изоляции на контактной сети и на воздушных линиях электропередачи с использованием транспортного средства невозможно из-за следующих недостатков:

- требуется ручное наведение параболического зеркала на исследуемый изолятор, что при движении транспортного средства невозможно;

- фиксация наличия частичного разряда осуществляется через наушники, поэтому производительность труда оказывается низкой, скорость транспортного средства невозможно увеличить свыше 20 км/ч;

- при движении транспортного средства со скоростью более 20 км/ч фиксация частичных разрядов на наушники становится невозможной из-за сильного шума самого транспортного средства;

- нет отстройки от помех, вызванных искрением над токоприемником электровоза, ведущего данный состав, или от электровозов, идущих по соседнему пути.

Целью изобретения является повышение производительности труда и точности определения опор с дефектной изоляцией из движущегося с высокой скоростью транспортного средства.

Прототип реализует следующий способ фиксации частичных разрядов: на контролируемый изолятор наводят неподвижно установленное параболическое зеркало с акустическим приемником, преобразующим акустические колебания в электрические, отфильтровывают низкочастотные колебания и регистрируют частичные разряды по наличию высокочастотных колебаний.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что для реализации поставленной цели устанавливают параболическое зеркало с акустическим приемником, преобразующим акустические колебания в электрические, и фильтром высоких частот в транспортном средстве, фиксируют подряд наперед заданное число пачек импульсов частичных разрядов, определяют их среднюю длительность, определяют среднее время паузы между пачками импульсов, определяют наличие опоры с контролируемыми изоляторами и фиксируют наличие поврежденного изолятора по совпадению условий, при которых средняя длительность заданного числа пачек импульсов не выходит за пределы установленных границ, средняя длительность паузы между этими пачками не выходит за пределы установленных границ, и зафиксировано наличие опоры с контролируемыми изоляторами.

Предложенный способ позволяет не только повысить производительность труда, но и отстроиться от разного рода высокочастотных и низкочастотных помех от самых разнообразных источников и зафиксировать только частичные разряды поврежденного изолятора. Это оказывается возможным, поскольку такие разряды следуют регулярно с периодичностью, определяемой частотой сети, хотя амплитуда, частота и длительность этих разрядов может быть различной.

Сущность предлагаемого устройства: с целью повышения производительности труда и точности определения опор с дефектной изоляцией устройство, состоящее из параболического зеркала, акустического приемника, фильтра высоких частот, порогового элемента, измерительной схемы и регистратора, устанавливается в транспортом средстве и дополняется отметчиком опор, формирователем прямоугольных импульсов, измерителем длительности пачки импульсов, сумматором длительностей пачек импульсов, задатчиком числа измерений, определителем среднего значения длительности пачки импульсов, первым селектором импульсов с установленными границами длительности; измерителем длительности паузы между пачками импульсов, сумматором длительностей пауз между пачками импульсов, определителем среднего значения длительности паузы между пачками импульсов, вторым селектором импульсов с установленными границами длительности, схемой совпадения, которая сравнивает одновременность прохождения сигнала от отметчика опор, от первого селектора и от второго селектора, если эти сигналы проходят одновременно, то подается сигнал на регистратор наличия опоры с дефектной изоляцией.

Выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с входами измерителя длительности пачки, задатчика числа измерений и измерителя паузы между пачками импульсов, выход измерителя длительности пачки импульсов соединен с первым входом сумматора длительностей пачек импульсов, выход которого соединен с первым входом определителя среднего значения длительности пачки импульсов, выход которого соединен с первым селектором импульсов с установленными границами длительности, выход которого соединен с первым входом схемы совпадения, выход измерителя паузы между пачками импульсов соединен с первым входом сумматора длительностей пауз между пачками импульсов, а выход этого сумматора соединен с первым входом определителя среднего значения длительности паузы между пачками импульсов, выход этого определителя соединен с входом второго селектора импульсов, выход которого соединен с вторым входом схемы совпадения, третий вход которой соединен с выходом отметчика опор, а выход задатчика числа измерений соединен с вторыми входами сумматора длительности пачек импульсов, определителя среднего значения длительности пачки импульсов, сумматора длительностей паузы между пачками импульсов, определителя среднего значения длительности паузы между пачками импульсов.

В результате применения предлагаемого устройства отделяются ультразвуковые акустические сигналы частичных разрядов дефектных изоляторов от акустических помех при высокой скорости движения транспортного средства.

На фиг.1 изображена схема устройства, которое реализует указанный способ для обнаружения мест повреждения изоляции на контактной сети. Здесь: 1 - транспортное средство; 2 - дефектный изолятор (источник ультразвуковых акустических сигналов от частичных разрядов); 3 - ультразвуковой преобразователь; 4 - поле обзора ультразвукового преобразователя 3; 5 - оптический отметчик опор; 6 - границы поля обзора отметчика опор; 7 - опора контактной сети; 8 - электронное устройство для обработки сигнала.

На фиг.2 показана структурная схема электронного устройства для обработки сигнала. Здесь:

9 - направленный приемник акустических сигналов;

10 - фильтр высоких частот;

11 - пороговый элемент;

12 - формирователь прямоугольных импульсов;

13 - измеритель длительности пачки (Т₁);

14 - сумматор Т_1i;

15 - задатчик числа измерений n;

16 - определитель среднего значения длительности пачки импульсов (делитель);

17 - первый селектор импульсов с установленными границами длительности;

18 - измеритель промежутка (паузы) Т₂ между прямоугольными импульсами;

19 - сумматор Т_2i;

20 - определитель среднего значения паузы между импульсами (делитель);

21 - второй селектор импульсов с установленными границами длительности паузы между пачками;

22 - отметчик опор;

23 - третья схема совпадения;

24 - регистратор.

Показанные на фиг.2 элементы 1, 2, 3, 16 имеются в прототипе, а применение элементов 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 является новым по сравнению с прототипом.

На фиг. 3. показана временная диаграмма, поясняющая принцип действия и последовательность прохождения сигналов по схеме устройства. Здесь номер диаграммы соответствует номеру блока, с которого выходит соответствующий сигнал. На диаграмме 2 показана форма сигнала, поступающего с фильтра высоких частот 10 в виде семи пачек импульсов при попадании в поле обзора приемника 9 акустических сигналов дефектного изолятора. Диаграмма 3 представляет форму сигнала на выходе порогового элемента 11, поступающего на вход формирователя прямоугольных импульсов 12. На диаграмме 4 показана форма сигнала на выходе формирователя прямоугольных импульсов 12, поступающего на входы измерителя длительности прямоугольного импульса 13, задатчика числа измерений 15 и измерителя длительности между прямоугольными импульсами 18. Диаграмма 5 показывает форму сигнала на выходе измерителя 13 длительности пачки импульсов, поступающего на сумматор 14. Диаграмма 6 представляет форму сигнала от сумматора длительностей пачек импульсов 14, поступающего на определитель средней длительности прямоугольного импульса 16. Диаграмма 7 показывает форму импульсов от задатчика 15 числа измерений n (на фиг.3 для примера задано n= 4). На диаграмме 8 показана форма сигнала, длительность которого равна средней длительности пачки импульсов, поступающего на первый селектор импульсов с установленными границами длительности 17. Диаграммы 9 и 9" представляют соответственно формы сигналов, пропускаемых первым селектором импульсов 17, если длительность этих сигналов лежит в диапазоне от T_1эmax до T_1эmin, на первый вход схемы совпадения 23. На диаграмме 9 показана форма сигнала с длительностью T_1max. На диаграмме 9" показана форма сигнала с длительностью T_1min. Диаграмма 10 представляет форму сигнала с выхода измерителя длительности между прямоугольными импульсами 18, поступающего на сумматор 19. Диаграмма 11 показывает форму сигнала от сумматора длительностей между прямоугольными импульсами 19, поступающего на определитель средней длительности между прямоугольными импульсами 20. На диаграмме 12 показана форма сигнала, длительность которого равна средней длительности между прямоугольными импульсами, поступающего на второй селектор импульсов с установленными границами длительности 21. Диаграммы 13 и 13" представляют соответственно формы сигналов, пропускаемых вторым селектором 21, если длительность этих сигналов лежит в диапазоне от Т_2mах до T_2min, на второй вход схемы совпадения 23. Диаграмма 13 представляет форму сигнала с длительностью T_2max. Диаграмма 13" представляет форму сигнала с длительностью T_2min. На диаграмме 14 показана форма сигнала, поступающего с выхода отметчика опор на третий вход схемы совпадения 23. На диаграмме 15 показана форма сигнала, поступающего с выхода схемы совпадения 23 на регистратор 24.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.1). Транспортное средство 1 движется вдоль контактной сети или линии электропередачи. При попадании в поле обзора 4 ультразвукового преобразователя 3 дефектного изолятора 2 на вход электронной схемы 8 поступает сигнал, который обрабатывается в соответствии с блок-схемой, приведенной на фиг.2. На вход направленного приемника акустических сигналов 9 (фиг.2) поступают высокочастотные сигналы от частичных разрядов и низкочастотные сигналы от помех, фильтр высоких частот 10 отсекает частоты ниже 30 кГц и подает сигнал на пороговый элемент 11. Пороговый элемент срабатывает, когда уровень входного сигнала превышает установленное значение и подает сигнал на формирователь 12, в котором формируются прямоугольные импульсы, длительность которых равна длительности пачки импульсов, соответствующей частичным разрядам. Затем прямоугольные импульсы поступают на измеритель 13, который фиксирует длительность каждого из этих прямоугольных импульсов, и на измеритель 18, который фиксирует длительность паузы между каждой парой прямоугольных импульсов. Одновременно эти прямоугольные импульсы поступают на задатчик числа измерений 15. В задатчике 15 установлено число измерений n, которое должно быть проанализировано. Например, n= 4. С поступлением первого прямоугольного импульса от блока 12 в блок 15 последний подает разрешающий сигнал на суммирование n импульсов в сумматорах 14, 19 и подает цифру n в определители среднего значения 16 и 20 (делители), в которых соответственно определяются средняя длительность прямоугольных импульсов и средняя длительность между этими прямоугольными импульсами. В блоке 16 определяется средняя длительность импульса. Затем первый селектор импульсов 17 производит сравнение средней длительности прямоугольного импульса с установленными границами длительности от T_1min до T_1max и пропускает импульс на первый вход схемы совпадения 23, если длительность импульса или больше или равна T_1min или меньше или равна T_1max. Параллельно подсчитывается суммарное время между прямоугольными импульсами в сумматоре 19, подсчитывается средняя длительность между парой прямоугольных импульсов в блоке 20. Затем второй селектор импульсов 21 производит сравнение средней длительности между прямоугольными импульсами с установленными границами длительности от T_2min до Т_2mах и пропускает импульс на второй вход схемы совпадения 23, если длительность импульса или больше или равна T_2min или меньше или равна T_2max. На эту же схему совпадения 23 подается сигнал с отметчика опор 22, и когда на всех входах схемы 23 будут сигналы, выдается сигнал на регистрирующее устройство 24.

Таким образом осуществляется фиксация частичных разрядов по совпадению следующих признаков: должно быть зафиксировано наперед заданное число пачек импульсов, длительность каждой пачки импульсов не выходит за заданные временные границы, длительность времени между смежными пачками импульсов не выходит за заданные границы, пачка импульсов совпадает во времени с моментом прохода транспортного средства около опоры.

Так как данное устройство устанавливается на движущееся транспортное средство и работает в автоматическом режиме, то этим достигается повышение производительности труда, при этом за счет исключения помех повышается точность определения опор с дефектными изоляторами при движении транспортного средства с высокой скоростью.

Источники информации

1. Шваб А. Измерения на высоком напряжении: Измерительные приборы и способы измерения. - 2-е изд., перераб. и доп. Пер. с нем. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 264 с.

2. Сви П. М. Контроль изоляции оборудования высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 128 с.

3. Кучинский Г.С. и др. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. - Л.: Энергия, 1979. - 224 с.

4. Акустический приемник частичных разрядов LDA-5/s. Проспект фирмы "Intereng".