probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2022-24-4-63-76probener-2307Research ArticleЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И КОМПЛЕКСЫENERGY SYSTEMS AND COMPLEXESДатчик виброперемещений для систем мониторинга состояния конструктивных элементов высоковольтных линий электропередачVibration sensor for monitoring systems of construction elements of high-voltage power lineshttps://orcid.org/0000-0001-7463-8072БрякинИ. В.BryakinI. V.

Брякин Иван Васильевич – д-р техн. наук, заведующий лабораторией «Информационно-измерительные системы»

г. Бишкек

Ivan V. Bryakin

Bishkek

bivas2006@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9873-9203БочкаревИ. В.BochkarevI. V.

Бочкарев Игорь Викторович – д-р техн. наук, профессор кафедры «Электромеханика»

г. Бишкек

Igor V. Bochkarev

Bishkek

elmech@mail.ruИнститут машиноведения и автоматики Национальной академии наук Кыргызской республикиКыргызстанInstitute of Mechanical Engineering and Automation of the National Academy of Sciences Kyrgyz RepublicKyrgyzstanКыргызский государственный технический университет им. И. РаззаковаКыргызстанKyrgyz State Technical University named after I. RazzakovaKyrgyzstan2022170820222446376Copyright © Брякин И.В., Бочкарев И.В., 20222022Брякин И.В., Бочкарев И.В.Bryakin I.V., Bochkarev I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/2307

ЦЕЛЬ. Разработать дифференциальный параметрический индуктивный преобразователь значений вибрации в электрический сигнал, представляющий собой датчик виброперемещения (ДВ) с новым принципом действия. Теоретически обосновать работоспособность предложенного ДВ. Разработать новую систему виброакустического контроля технического состояния опор воздушных линий электропередач (ЛЭП) с использованием предложенного ДВ. МЕТОДЫ. При решении поставленной цели применялась теория параметрических преобразователей и основные положения теории вибродиагностики. РЕЗУЛЬТАТЫ. Конструктивной особенностью разработанного ДВ является отсутствие катушки возбуждения, причем его функциональные элементы образуют полноценный измерительный мост, в плечи которого входят межвитковые емкости обмоток первой и второй измерительных катушек, а также емкости, образованные металлическим цилиндрическим электродом с расположенным коаксиально внутри него ферромагнитным стержнем и первыми нижними рядами проволочных обмоток измерительных катушек. Мостовая схема функционирует в резонансном режиме, что обеспечивает высокую чувствительность предлагаемого датчика, а квадратурное преобразование информационного сигнала обеспечивает необходимый уровень помехозащищенности. Полученный сигнал представляет собой функциональную зависимость выходного напряжения измерительного моста от величины внешних вибраций, характеристики временных реализаций которых отражают происходящие в опорах ЛЭП деградационные процессы. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложенная концепция системы мониторинга целостности опор ЛЭП фактически является распределенной сенсорной сетью реального времени, реализующей технологию PLC. ДВ каждого сенсорного модуля регистрирует микровибрации конструктивных элементов соответствующей опоры ЛЭП, вызванные естественными возмущающими факторами при их эксплуатации, и преобразует их в информационный электрический сигнал, который составляет основу мониторинговой информации о текущем состоянии элементов конструкции опор ЛЭП.

PURPOSE. To develop a differential parametric inductive transducer of vibration values into an electrical signal, which is a vibration displacement sensor (DV) with a new principle of operation. Theoretically substantiate the performance of the proposed DV. To develop a new system for vibroacoustic monitoring of the technical condition of overhead power transmission line (TL) supports using the proposed DV. METHODS. When solving this goal, the theory of parametric transducers and the main provisions of the theory of vibration diagnostics were used. RESULTS. The design feature of the developed DV is the absence of an excitation coil, and its functional elements form a full-fledged measuring bridge, the arms of which include interturn capacitances of the windings of the first and second measuring coils, as well as capacitances formed by a metal cylindrical electrode with a coaxially located inside it ferromagnetic rod and the first lower rows of wire windings of the measuring coils. The bridge circuit operates in a resonant mode, which ensures the high sensitivity of the proposed sensor, and the quadrature conversion of the information signal provides the necessary level of noise immunity. The received signal is a functional dependence of the output voltage of the measuring bridge on the magnitude of external vibrations, the characteristics of the temporary realizations of which reflect the degradation processes occurring in the power transmission line supports. CONCLUSION. The proposed system for monitoring the integrity of power transmission line supports is actually a distributed real-time sensor network that implements PLC technology. The DV of each sensor module registers microvibrations of the structural elements of the corresponding power transmission line support, caused by natural disturbing factors during their operation, and converts them into an electrical information signal, which forms the basis of monitoring information about the current state of the power transmission line support structural elements.

Вибродиагностикагеотехническая системадатчик виброперемещенияизмерительный мостмикровибрациилиния электропередач (ЛЭП)паразитные емкостирезонанссистема мониторинга состояния конструктивных элементовVibrodiagnosticsgeotechnical systemvibration displacement sensormeasuring bridgemicrovibrationspower line (TL)parasitic capacitancesresonancesystem for monitoring the state of structural elementsReferencesСкопинцев В.А. Качество электроэнергетических систем: надёжность, безопасность, экономичность, живучесть. М.: Энергоатомиздат, 2009. 332 с.Skopintsev V.A. The quality of electric power systems: reliability, safety, economy, survivability. M.: Energoatomizdat, 2009. 332 p.Ведерников А. С., Гольдштейн В. Г., Халилов Ф. X. Повышение надежности и энергоэффетивности двухцепных линий электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 2010. 272 с.Vedernikov A. S., Goldstein V. G., Khalilov F. Kh. Improving the reliability and energy efficiency of double-circuit transmission lines. M.: Energoatomizdat, 2010. 272 p.Khawaja A.H., Huang Q., Khan Z.H. Monitoring of Overhead Transmission Lines: A Review from the Perspective of Contactless Technologies // Sensing and imaging. 2017, volume18, number1, pр. 1-18.Khawaja A.H., Huang Q., Khan Z.H. Monitoring of Overhead Transmission Lines: A Re-view from the Perspective of Contactless Technologies. Sensing and imaging. 2017, volume18, number1, pages 1-18. DOI:10.1007/s11220-017-0172-9.Хамидуллин И. Н., Ильин В. К. К вопросу о надежности воздушных линий электропередачи 35-500 КВ // Электротехнические комплексы и системы, 2016, №1, т. 12. С. 45-53.Khamidullin I. N., Ilyin V. K. On the issue of the reliability of overhead power lines 35-500 kV // Electrotechnical complexes and systems, 2016, No. 1, vol. 12. P. 45-53. (In Russ).Zhi-xiong Liu, Xiao-bo Feng. A Real-Time Reliable Condition Assessment System for 500kV Transmission Towers Based on Stress Measurement. Mathematical Problems in Engineering, 2019, 8 рр.Zhi-xiong Liu, Xiao-bo Feng. A Real-Time Reliable Condition Assessment System for 500kV Transmission Towers Based on Stress Measurement. Mathematical Problems in Engineering, 2019, 8 рр. doi 10.1155/2019/3241897.Seale, R.D., R. Shmulsky, E.D. Entsminger, et al. Field test of a novel nondestructive testing device on wood distribution poles. // Journal of Wood and Fiber Science 2016, 48(3):156-161.Seale, R.D., R. Shmulsky, E.D. Entsminger, et al. Field test of a novel nondestructive test-ing device on wood distribution poles. // Journal of Wood and Fiber Science 2016, 48(3):156-161.Kliukas R., Daniūnas A., Gribniak V., et al. Half a century of reinforced concrete electric poles maintenance: Inspection, field-testing, and performance assessmen. Structure and Infrastructure Engineering, 2017, 14 (1).Kliukas R., Daniūnas A., Gribniak V., et al. Half a century of reinforced concrete electric poles maintenance: Inspection, field-testing, and performance assessmen. Structure and Infrastructure Engineering, 2017, 14(1), DOI:10.1080/15732479.2017.1402068.Соловьёв С.В. Контроль технического состояния металлических опор воздушных линий электропередач // В сборнике: Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе. Материалы международной научно-практической конференции. 2018. С. 171-174.Solovyov S.V. Control of the technical condition of metal supports of overhead power lines // In the collection: Energy efficiency and energy saving in modern production and society. Materials of the international scientific-practical conference. 2018. S. 171-174. (In Russ).Mahmoudi A., Jafari M.А., Nasrollahzadeh K. Reliability-based approach to fragility analysis of lattice transmission tower in the type test. Engineering, 2022, 29(3), pp. 1125-1141.Mahmoudi A., Jafari M.A., Nasrollahzadeh K. Reliability-based approach to fragility anal-ysis of lattice transmission tower in the type test. Engineering, 2022, 29(3), pp. 1125-1141.Привалов, Е.Е. Диагностика электроэнергетического оборудования. Ставрополь: Изд-во ПАРАГРАФ-Д, 2015. 226 с.Privalov, E.E. Diagnostics of electric power equipment. Stavropol: Publishing house PARAGRAPH-D, 2015. 226 p.Арбузов Р.С., Овсянников А.Г. Современные методы диагностики воздушных линий электропередач. Новосибирск: Наука, 2009. 137 с.Arbuzov R.S., Ovsyannikov A.G. Modern methods for diagnosing overhead power lines. Novosibirsk: Nauka, 2009. 137 p.Ashraf M., Ahmad H.M., Siddiqi Z.A. А study of power transmission poles // Asian journal of civil engineering (building and housing), 2005, vol. 6, no. 6, pp. 511-532.Ashraf M., Ahmad H.M., Siddiqi Z.A. A study of power transmission poles // Asian journal of civil engineering (building and housing), 2005, vol. 6, no. 6, pp. 511-532.Садыков М.Ф. Ярославский Д.А., Горячев М.П., и др. Анализ современных методов оценки состояния воздушных линий электропередачи по механическим параметрам проводов (обзор) // Известия Российской Академии наук. Серия физическая. 2021, том 85, № 11. С. 1600-1606.Sadykov M.F. Yaroslavsky D.A., Goryachev M.P., et al. Analysis of modern methods for assessing the state of overhead power lines by the mechanical parameters of wires (review) // Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Physical series. 2021, Volume 85, No. 11. S. 1600-1606. (In Russ). DOI:10.31857/s0367676521110326.Горячев М.П., Садыков М.Ф., Ярославский Д.А. Методика контроля механических параметров воздушных линий электропередачи на основе улучшенного инклинометрического метода. Известия высших учебных заведений. Проблемы Энергетики. 2019;21(3):160-171.Goryachev M.P., Sadykov M.F., Yaroslavsky D.A. Method for controlling the mechanical parameters of overhead power lines based on an improved inclinometric method. Proceedings of the higher educational institutions. ENERGY SECTOR PROBLEMS. 2019; 21(3):160-171. (In Russ). doi 10.30724/1998-9903-2019-21-3-160-171.Колодий А. Диагностика оборудования воздушных линий электропередач. Ставрополь: Изд-во ПАРАГРАФ, 2014. 38 с.Kolodiy A. Diagnostics of equipment for overhead power lines. Stavropol: PARAGRAPH Publishing House, 2014. 38 p.Кожевников А.Н., Красноруцкий Д.А. Анализ напряженно-деформированного состояния опоры воздушных линий электропередачи под действием ветровых нагрузок на провода электросети // В сборнике: Наука Промышленность Оборона. Труды XIX Всероссийской научно-технической конференции. В 4-х томах. Под редакцией С.Д. Саленко. 2018. С. 51-54.Kozhevnikov A.N., Krasnorutsky D.A. Analysis of the stress-strain state of the support of overhead power lines under the influence of wind loads on the wires of the power grid // In the collection: Science Industry Defense. Proceedings of the XIX All-Russian Scientific and Technical Conference. In 4 volumes. Edited by S.D. Salenko. 2018. S. 51-54. (In Russ).Гунгер Ю.Р., Чернев В.Т. Диагностика опор и фундаментов воздушных линий электропередачи. Современные методы оценки. // Новости электротехники, № 2. 2006. С. 134-136.Gunger Yu.R., Chernev V.T. Diagnostics of supports and foundations of overhead power lines. Modern assessment methods. // News of electrical engineering, No. 2. 2006. P. 134-136.Белозеров Б.К., Лиманов И.Я., Белалами С. Краткий анализ диагностических приборов контроля состояния опор воздушных линий электропередачи // Электроэнергия. Передача и распределение. 2020. № 1 (58). С. 128-131.Belozerov B.K., Limanov I.Ya., Belalami S. Brief analysis of diagnostic devices for monitoring the state of overhead transmission line supports. Transfer and distribution. 2020. No. 1 (58). pp. 128-131. (In Russ).Бурнышева Т.В., Кожевников А.Н. Методика оценки технического состояния опор воздушных линий электропередачи с учетом типовых эксплуатационных дефектов // Инженерный журнал: наука и инновации. 2021. № 2 (110). С. 1-12.Burnysheva T.V., Kozhevnikov A.N. Methodology for assessing the technical condition of overhead power transmission line supports, taking into account typical operational defects // Engineering Journal: Science and Innovations. 2021. No. 2 (110). pp. 1-12. (In Russ). DOI: 10.18698/2308-6033-2021-2-2053.Юркевич В.В., Схиртладзе А.Г. Надёжность и диагностика технологических систем. М.: Издательский центр «Академия», 2011. 304 с.Yurkevich V.V., Skhirtladze A.G. Reliability and diagnostics of technological systems. M.: Publishing Center "Academy", 2011. 304 p.Кожевников А., Сафонов О., Тарасов А. Экспресс-оценка работоспособности опор воздушных линий электропередачи по динамическим параметрам // Электроэнергия. Передача и распределение. 2021. № S3 (22). С. 27-29.Kozhevnikov A., Safonov O., Tarasov A. Express-assessment of the performance of overhead power transmission line supports by dynamic parameters // Electricity. Transmission and distribution. 2021. No. S3 (22). pp. 27-29. (In Russ).Белалами С., Попов Д. В. Акустический контроль опор линий электропередачи (ЛЭП) // Контроль. Диагностика. 2015, №7. С. 26-32.Belalami S., Popov D. V. Acoustic control of transmission line supports (TL) // Control. Diagnostics. 2015, No. 7. pp. 26-32. DOI: 10.14489/td.2015.07.Федотов А.В. Теория и расчет индуктивных датчиков перемещений для систем автоматического контроля. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. 176 с.Fedotov A.V. Theory and calculation of inductive displacement sensors for automatic control systems. Omsk: Publishing house of OmGTU, 2011. 176 p.Конюхов Н.Е., Медников Ф.М., Нечаевский М.Л. Электромагнитные датчики механических величин. М: Машиностроение, 1987. 256 с.Konyukhov N.E., Mednikov F.M., Nechaevsky M.L. Electromagnetic sensors of mechanical quantities. M: Mashinostroenie, 1987. 256 p.Karimi H. (Ed.) Vibration Control and Actuation of Large-Scale Systems.Academic Press, 2020. 398 p.Karimi H. (Ed.) Vibration Control and Actuation of Large-Scale Systems. Academic Press, 2020. 398 p.Guo А. A Vibration Sensor Design Research. Sensors & Transducers, Vol. 169, Issue 4, April 2014, pp. 228-234.Guo A. A Vibration Sensor Design Research. Sensors & Transducers, Vol. 169, Issue 4, 2014, pp. 228-234.Брякин, И.В. Электродинамический акселерометр // Проблемы автоматики и управления, 2012, №2. С.154-148.Bryakin, I.V. Electrodynamic accelerometer // Problems of automation and control, 2012, no. 2. pp.154-148. (In Russ).Брякин И.В., Бочкарев И.В., Храмшин В.Р. Электродно-индуктивный вибродатчик с емкостной связью // Электротехнические системы и комплексы. 2021. № 4(53). С. 39-49.Bryakin I.V., Bochkarev I.V., Khramshin V.R. Electrode-inductive vibration sensor with capacitive coupling // Electrotechnical systems and complexes. 2021. No. 4(53). pp. 39-49. (In Russ). doi 10.18503/2311-8318-2021-4(53)-39-49.Брякин И.В., Гришин В.М. Система мониторинга технического состояния зданий // Проблемы автоматики и управления, 2014, № 1 (26). С. 144-155.Bryakin I.V., Grishin V.M. The system for monitoring the technical condition of buildings // Problems of automation and control, 2014, No. 1 (26). pp. 144-155. (In Russ).Брякин И. В., Бочкарев И. В., Корякин С.В. Способ передачи информации по сетям электропитания / Патент РФ на изобретение № 2749963. 21.06.2021, Бюл. № 18.Bryakin I.V., Bochkarev I.V., Koryakin S.V. Method for transmitting information over power networks / Patent RUS № 2749963. 06.21.2021, Byul. № 18.Bryakin I.V., Bochkarev I.V., Khramshin V.R., et al. Device for Data Communication along Power Lines. International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2020. Pp. 7-12.Bryakin I.V., Bochkarev I.V., Khramshin V.R., et al. Device for Data Communication along Power Lines. International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon). 2020. Pp. 7-12. (In Russ). DOI 10.1109/UralCon49858.2020.9216280.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.