Датчик виброперемещений для систем мониторинга состояния конструктивных элементов высоковольтных линий электропередач

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.

1. Скопинцев В.А. Качество электроэнергетических систем: надёжность, безопасность, экономичность, живучесть. М.: Энергоатомиздат, 2009. 332 с.

2. Ведерников А. С., Гольдштейн В. Г., Халилов Ф. X. Повышение надежности и энергоэффетивности двухцепных линий электропередачи. М.: Энергоатомиздат, 2010. 272 с.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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).

8. 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.

9. 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.

10. Привалов, Е.Е. Диагностика электроэнергетического оборудования. Ставрополь: Изд-во ПАРАГРАФ-Д, 2015. 226 с.

11. Арбузов Р.С., Овсянников А.Г. Современные методы диагностики воздушных линий электропередач. Новосибирск: Наука, 2009. 137 с.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Колодий А. Диагностика оборудования воздушных линий электропередач. Ставрополь: Изд-во ПАРАГРАФ, 2014. 38 с.

16. 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.

17. Гунгер Ю.Р., Чернев В.Т. Диагностика опор и фундаментов воздушных линий электропередачи. Современные методы оценки. // Новости электротехники, № 2. 2006. С. 134-136.

18. 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.

19. 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.

20. Юркевич В.В., Схиртладзе А.Г. Надёжность и диагностика технологических систем. М.: Издательский центр «Академия», 2011. 304 с.

21. 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.

22. Белалами С., Попов Д. В. Акустический контроль опор линий электропередачи (ЛЭП) // Контроль. Диагностика. 2015, №7. С. 26-32.

23. Федотов А.В. Теория и расчет индуктивных датчиков перемещений для систем автоматического контроля. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. 176 с.

24. Конюхов Н.Е., Медников Ф.М., Нечаевский М.Л. Электромагнитные датчики механических величин. М: Машиностроение, 1987. 256 с.

25. Karimi H. (Ed.) Vibration Control and Actuation of Large-Scale Systems.Academic Press, 2020. 398 p.

26. Guo А. A Vibration Sensor Design Research. Sensors & Transducers, Vol. 169, Issue 4, April 2014, pp. 228-234.

27. Брякин, И.В. Электродинамический акселерометр // Проблемы автоматики и управления, 2012, №2. С.154-148.

28. 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.

29. Брякин И.В., Гришин В.М. Система мониторинга технического состояния зданий // Проблемы автоматики и управления, 2014, № 1 (26). С. 144-155.

30. 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.

31. 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.