Несенюк Татьяна Анатольевна

Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС)

Применение RFID-технологий для контроля изоляторов воздушной линии

Разнообразие видов изоляторов и характеров повреждений в настоящее время не позволяет найти универсальный метод диагностики изоляторов, что затрудняет обнаружение дефекта, увеличивает время поиска и приводит к экономическим потерям обслуживающих энергетических компаний .

В большинстве энергосистем (80%) осмотры изоляторов проводятся с поверхности земли в дневное время суток с помощью оптических приборов [1]. Биноклями, используемые бригадами обслуживающими воздушные линии электропередачи при осмотрах, можно наблюдать только существенные внешние повреждения, а не полную и объективную информацию о состоянии изоляторов. Возникновение или увеличение интенсивности короны или поверхностных частичных разрядов можно использовать для косвенной оценки изолирующей способности и обнаружения дефектов электронно-оптическими дефектоскопами или тепловизорами. Изображения записывают, оцифровывают и определяют интенсивности излучения или наблюдают нагревание конструкций током. Трудности диагностики возникают, начиная со сложности сопоставления температур и интенсивности излучения всех элементов электроустановки, не допуская перекрытия изображения, рассмотрение исследуемых объектов с разных углов на достаточно близком расстоянии. При этом не учитываются многие физические эффекты, возникающие при излучении, поглощении и отражении излучения. Данные методы контроля могут применяться только при поданном напряжении энергопередающего устройства, при отключении аварийного участка релейной защитой подстанции поиск неисправной изоляции данными приборами окажется невозможным.

В настоящее время появление современных RFID-технологий позволяет находить новые возможности применения их в различных отраслях промышленности. Предлагается использовать RFID – технологий для определения неисправного изолятора. RFID системы состоят из трех основных компонентов: считывателя, меток и компьютерной системы обработки данных. Считыватель RFID системы подключается к меткам по радиосвязи, считывает данные с меток, отправляет в базы компьютерной системы. Микропроцессор проверяет и декодирует данные, а также память, сохраняющую данные для последующей передачи.

Предлагается для контроля и диагностики изоляторов применить изобретение Несенюк Т.А. «Устройство для определения дефектов в изоляторах», а в качестве сигнального устройства – пассивную RFID-метку [2,3]. Пассивные метки функционируют без источников питания, получая энергию из сигнала считывателя, используя технологии индуктивной связи или электромагнитного захвата. Предлагаемый способ распознавания неисправного изолятора работает следующим образом. С токопроводящего высоковольтного проводника 11 при пробое изолятора 7 начинает протекать однофазный ток замыкания на землю (рис.1). Из-за разности потенциалов между пробитым корпусом изолятора 7 и заземленной несущей конструкцией 10, начинает протекать однофазный ток, который проходит через крепежный узел 9 (рис. 1) на токопроводящую пассивную модернизируемую RFID-метку 6 к заземленной несущей конструкции 10. На рисунке 1 представлена схема осуществления способа распознавания неисправного линейного изолятора, включающая высоковольтный токопроводящий проводник 11, изолятор 7, передвижное транспортное средство 12, на котором установлены компьютер 13 с программным обеспечением и считыватель 14 с антенной и приемно-передающим устройством 15, отправляющий широкополосный зондирующий сигнал 16 в сторону изоляторов 7 и принимающий ответный сигнал 17 от пассивной модернизированной RFID-метки. Отсутствие ответного сигнала от пассивной модернизируемой RFID-метки будет являться сигналом о неисправном изоляторе на контролируемом участке. С помощью программного обеспечения компьютера и полученной информации определяют местоположение поврежденного изолятора по идентификационному номеру интегральной микросхемы RFID-метки.

Рис.1 – RFID-способ распознавания неисправного изолятора

Данные по количеству не ответивших пассивных модернизируемых RFID-меток и их местоположению выводят на монитор компьютера и передают в диспетчерский пункт. При исправной изоляции после приема широкополосного зондирующего сигнала пассивная модернизированная RFID-метка будет отправлять ответный сигнал, который принимается антенной считывателя и через его приемно-передающее устройство направляется в базу данных компьютера с программным обеспечением, где результаты обрабатываются, выявляется наличие RFID-метки и, следовательно, определяется исправность изолятора, при этом полученные сигналы RFID-меток остаются в памяти компьютера, и не будут передаваться на диспетчерский пункт. Так как радиочастотный широкополосный зондирующий сигнал считывателя имеет скорость близкую к скорости света, то использование транспортного средства, на котором находится считыватель с антенной и приемно-передающим устройством и компьютер, позволит быстро и точно определить неисправный изолятор.

Экспериментами в лаборатории университета по прожогу пассивной метки М3 установили, что ток пробоя составляет 4-5 А при цельной антенне и 0,4-0,5А при ее модификации. Исследуя работу RFID – системы рассматривалось возможное влияние на прием и передачу зондирующего и ответного сигналов, а именно влияние внешних факторов: разрядов, положения в пространстве, материала крепления. Различные виды разрядов (коронный, игла-плоскость, шарового разрядника и др), а также присутствие высокого напряжения не воздействовало на работу RFID системы. Испытываемые RFID-метки М3 прикрепляли к поверхностям из полимера, стекла, дерева, бетона, бумаги фарфора, что не повлияло на дальность считывания, так же как нанесение краски и грязи на поверхность метки, и при увлажнении. Выяснили, что наиболее сильное влияние на длину считывания метки оказывает изменение угла между антенной считывателя и антенной метки при приеме и передаче сигнала, а также изменение длины антенны пассивной метки.

Выводы: Использование RFID-технологий позволит идентифицировать изоляторы, как под напряжением, так и после отключения аварийного участка, пассивными RFID-метками, выявляя неисправный изолятор и определяя его точное местоположения еще до отказа работы энергосистемы.

Способ обнаружения неисправных изоляторов RFID-индикацией позволяет уменьшить время нахождения неисправных изоляторов и в некоторых случаях может предотвратить нарушение работы энергосистемы, что существенно уменьшит экономические потери, связанные с недоотпуском электрической энергии потребителям, повреждением высоковольтного оборудования, вложения в переобучение обслуживающего персонала.

Применение дистанционного бесконтактного радиочастотного способа снизит вероятность несчастных случаев в электроустановках и воздушных линиях электропередачи.

Литература

1 Галкин А. Г., Несенюк Т. А. Контроль и диагностика изоляторов линий электропередач//ЕЛЕКТРИФІКАЦІЯ ТРАНСПОРТУ, 2013.-№ 6. С 80-85.

2 Галкин А.Г., Несенюк Т.А., Шерстюченко О.А. Бесконтактный RFID-контроль изоляторов//Транспорт Урала, 2014. - №1(40).С 65-71.

3 Пат. №2503076. Рос Федерация 27 декабря 2013.