Беспроводные приборы для непрерывной диагностики ОПН в эксплуатации типа «ОПН-Визор-II LR» с возможностью передачи данных на большое расстояние

2020-04-24 15:07:50

М.Ю. Шумилов, канд. техн. наук,

ООО «ПО СЗВИ»

Предприятие ООО «ПО СЗВИ» продолжает успешно работать над разработкой современных диагностических приборов для контроля ограничителей перенапряжений в эксплуатации. В 2019 г. был подготовлен к серийному производству беспроводный регистратор срабатывания ОПН типа «ОПН-Визор-II» позволяющий отслеживать число срабатываний ОПН, а так же контролировать ток утечки ОПН удаленно. Данные от датчиков прибора, установленных в разрыв цепи заземления ОПН передаются по радиоканалу на базовый модуль, на экран которого выводится информация о каждом ОПН установленном на территории открытого распредустройства. Приборы «ОПН-Визор-II» хорошо зарекомендовали себя в работе на энергетических объектах в компаниях ПАО «ДонбассЭнерго», ПАО «Центрэнерго», АО «ДТЭК», завод «БетонМаш», ООО «Славянский электро-технический завод». При внедрении приборов «ОПН-Визор-II» в эксплуатацию была проведена большая работа по сбору данных в части функциональных преимуществ и недостатков нашей разработки. Из преимуществ на всех предприятиях однозначно было отмечено удобство сбора данных и отсутствие необходимости технического обслуживания беспроводных датчиков прибора, устанавливаемых в разрыв цепи заземления ОПН. Датчики «ОПН-Визор-II» не содержат в своей конструкции батарей или аккумуляторов, питание приборов происходит непосредственно от протекающего через ОПН тока утечки. В связи с чем, нет необходимости изымать датчики из эксплуатации для замены батарей.


Рис. 1. – Беспроводные датчики регистратора срабатывания «ОПН-Визор-II» установленные в разрыв цепи заземления ОПН-110 кВ в открытом распредустройстве ПАО «Центрэнерго Углегорская ТЭС».


Основным пожеланием всех эксплуатирующих предприятий было – увеличение радиуса радиосвязи базового считывающего модуля прибора «ОПН-Визор-II» до нескольких километров и возможность снимать данные с датчиков в плотной застройке вне зоны прямой видимости. Активная работа над поставленной нам задачей дала положительный результат и в ответ на пожелания наших заказчиков была разработана новая модель беспроводного регистратора срабатывания ОПН с индикацией тока утечки «ОПН-Визор-II LR» c увеличенным более чем в 30 раз радиусом передачи данных в сравнении с предыдущей моделью. Латинские буквы «LR» в названии нового регистратора от английского «Long Range» - большое расстояние.

Конструктивно изменения конструкции регистратора коснулись главным образом выбора и интеграции в датчики и базовый модуль принципиально новых модулей приемо-передатчиков. При выборе приемо-передатчиков наше внимание привлек анонсированной совсем недавно в начале 2015 г. сетевой протокол LoRaWAN (Long Range Wide Area Networks) от разработчиков Semtech Corporation и исследовательского центра IBM Research. Но в данной разработке нас заинтересовал не столько протокол передачи данных, рассчитанный на одновременную работу большого количества однотипных приемопередатчиков, объединенных в большую сеть, сколько сами приемо-передатчики и технология передачи данных LoRa.

Технология модуляции LoRa (Long Range) представляет собой метод модуляции, который обеспечивает существенно бóльшую дальность связи (зону покрытия), чем прочие конкурирующие с ним способы. Метод основывается на технологии модуляции с расширенным спектром и вариации линейной частотной модуляции (Chirp Spread Spectrum, CSS) с интегрированной прямой коррекцией ошибок (Forward Error Correction, FEC). Технология LoRa значительно увеличивает чувствительность приемника, пользуясь всей шириной полосы пропускания канала для передачи сигнала, что делает его устойчивым к канальным шумам и нечувствительным к смещениям, вызванным неточностями в настройке частот при использовании недорогих опорных кварцевых резонаторов. Технология LoRa позволяет осуществлять демодуляцию сигналов с уровнями на 19,5 дБ ниже уровня шумов, при том, что для правильной демодуляции большинству систем с частотной манипуляцией (Frequency Shift Keying, FSK) нужна мощность сигнала как минимум на 8-10 дБ выше уровня шума.

Так же из преимуществ LoRa приемо-передатчиков является сравнительно небольшое энергопотребление при несоизмеримо большой дальности связи и небольшая цена самих радиомодулей.

В нашей новой модели регистратора «ОПН-Визор-II LR» мы применили радиомодули работающие по технологии модуляции LoRa, однако не стали использовать протокол передачи данных LoRaWAN в полном объеме, оптимизировав его для нашей конкретной узкой задачи – сбора данных с небольшого количества датчиков (до 100 шт), территориально установленных на одном энергетическом объекте. Оптимизация протокола позволила существенно уменьшить размер управляющей программы (прошивки) датчиков, что в результате дало эффект в виде снижения энергопотребления и скорости работы измерительной схемы датчиков.


Рис. 2. - Беспроводные датчики регистратора срабатывания «ОПН-Визор-II LR» установленные в разрыв цепи заземления ОПН-6 кВ на входе питающего трансформатора в ООО «Славянский электро-технический завод».


Результатом проведенной работы стало внедрение в серийное производство новых улучшенных регистраторов срабатывания ОПН типа «ОПН-Визор-II LR» с возможностью передачи данных о количестве срабатывания ОПН и токе утечки ОПН на базовый модуль, находящийся на расстоянии до 3 км вне зоны прямой видимости и до 10 км в зоне прямой видимости. Такое расстояние от датчиков до базового модуля, считывающего данные с датчиков, позволяет персоналу открытого распредустройства получать информацию о состоянии ОПН не выходя из дежурного помещения или непосредственно из пультовой управления, диспетчерского помещения.


Рис. 3 – Базовый модуль с выносной штыревой антенной 433 МГц и беспроводный датчик регистратора срабатывания ОПН типа «ОПН-Визор-II LR».


Приборы «ОПН-Визор-II» и «ОПН-Визор-II LR» успешно прошли все этапы опытной эксплуатации на реальных энергетических объектах Украины, успешно прошли испытания в аккредитованной Госстандартом Украины лаборатории «Південтест» на электромагнитную совместимость в соответствии с международными стандартами ДСТУ EN 61000-6-4:2019 та ДСТУ EN 61000-6-5:2018 в частях электромагнитной эмиссии и помехоустойчивости в условиях работы на электрических станциях и подстанциях. На основании протоколов эксплуатационных и лабораторных испытаний приборы серии «ОПН-Визор» сертифицированы Госстандартом Украины на соответствие требований современных нормативных документов, регламентирующих использование подобных приборов в энергетике Украины, а также требованиям утвержденных технических условий на серийный выпуск продукции.

назад к статьям