Автореферат (Метод, модели и алгоритмы обработки информации при регистрации и принятии решений об аварийных процессах в системах электропитания)

На правах рукописиКОЗЫРЕВ АНТОН АЛЕКСАНДРОВИЧМЕТОД, МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИПРИ РЕГИСТРАЦИИ И ПРИНЯТИИ РЕШЕНИЙ ОБАВАРИЙНЫХ ПРОЦЕССАХ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации(промышленность)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукВолгоград - 20152Работа выполнена на кафедре радиоэлектроники и телекоммуникацийМосковского института электроники и математики федеральногогосударственного автономного образовательного учреждения высшегопрофессионального образования Национального исследовательскогоуниверситета «Высшая школа экономики»Научный руководительдоктор технических наук, профессор,Увайсов Сайгид Увайсович.Официальные оппоненты:Шилин Александр Николаевич,доктор технических наук,профессор Волгоградский государственныйтехнический университет,кафедра «Электротехника», заведующий;Шевчук Валерий Петрович,доктор технических наук, профессорфилиал федерального государственногобюджетного образовательногоучреждения высшегопрофессионального образования «Национальныйисследовательский университет «МЭИ»,в г.

Волжском, главный научный сотрудник».Ведущая организацияФедеральноегосударственноебюджетноеобразовательноеучреждениевысшегопрофессиональногообразования«Московскийгосударственныйтехническийуниверситет радиотехники,электроникииавтоматики».Защита состоится «23» апреля 2015 г. в 15 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.028.04, созданного на базе Волгоградскогогосударственного технического университета по адресу: 400005, г.Волгоград,пр.Ленина, 28, ауд. 209.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте www.vstu.ruВолгоградского государственного технического университетаАвтореферат разослан «___» февраля 2015г.Ученый секретарьдиссертационного советаВодопьянов Валентин Иванович.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.Любая современная электроустановка, - сложная разветвлѐннаяэлектротехническая система с несчетным количеством технических состояний,неотъемлемыми частями которой являются системы автоматического контроляи защиты, служащие для целей обеспечения соблюдения нахождения еѐключевых электротехнических параметров в заданных техническимитребованиями допустимых пределах.Подобные системы контроля и защиты могут представлять собой какотдельные защитныеустройства и элементы, так и сложныеавтоматизированныекомплексыснепрерывнымдистанционныммониторингом.

Необходимость наличия подобных систем в электроустановкахобуславливается, прежде всего, обеспечением требований эксплуатационной,электрической и пожарной безопасностей. Наряду с включением данныхсистем контроля и защиты, в состав общего электротехнического оборудованияэлектроустановки, также, в целях повышения общей безопасностиприменяются и другие методы, мероприятия и средства защиты.

Однако,применение одних из них требуют существенных финансовых затрат илизначительных расходов при обслуживании электроустановок, а применениедругих часто не приводит к ожидаемым результатам. Состав оборудования –напрямую определяет режим функционирования электроустановки.Наиболее эффективно цель по обеспечению безопасности достигается,если при решении данной задачи удаѐтся заблаговременно предупредитьвозникновение аварийного события.Анализ статистики по пожарам, возникшим по электрическим причинам,показал, что основная доля пожаров приходится на электроустановки снекачественными электрическими соединениями и ненадѐжными контактами, ане на электроустановки, подвергаемые перегрузкам токоведущих шин икоротким замыканиям.Наиболее опасно, с точки зрения первопричины возгорания, – искрение,происходящее в ответственных и взрывоопасных сооружениях.

Одна изпричин взрывов на атомных станциях, в шахтах, в химических комбинатах и надругих производственных энергокомплексах, – это искрение в цепяхэлектросистем при наличии взрывоопасных смесей. Обеспечение взрывопожаро- и электробезопасности напрямую связано со снижением аварийностиэлектроустановок как промышленного, так и бытового назначения.Таким образом, разработка эффективного метода регистрации аварийныхэлектрофизических процессов, возникающих в различных электроустановках,является одной из ключевых задач более общей задачи по определениюсостояния электросистемы, что и определило актуальность выбранной темы.Степень изученности проблемы.Проблемы, связанные с побочными эффектами искрения, дуговыхзамыканий и возникновения неустойчивого переходного сопротивления вэлектрических соединениях сопровождают человечество на протяжении всего4периода использования свойств электрического тока.

Эти проблемы решаютсяв каждом конкретном случае различными методами.Исследованиям методов в области обнаружения искроподобныхаварийных процессов посвящѐн ряд трудов. Однако, до настоящего времени несоздано эффективного технического решения по выявлению дефектов,вызывающих возникновение и протекание подобных аварийных процессов.Особое внимание изучению данной проблемы стало уделяться послеподробного анализа технических причин, приведших к катастрофам в авиации.Вопросы, связанные с анализом аварийных процессов искрениярассматривались в работах Королѐва И. С., Павлова, Д.Д., Костина Ю.А.Владимирова Ю.Ф.

Самгина Э.Б., Сошникова С.А., Солѐного С.В., ЖданкинаВ.К., Ковалѐва А.П., Демченко Г.В., Степанова Б.М., Кормильцева П.В.,Бершадского И.А., Пахомова А.И., Орлова К.В. и других исследователей.Авторы отмечают сложность анализа по выявлениюаварийныхэлектрических процессов, протекающих в работающей на множествевозможныхрежимовэлектроустановке,возрастающуюсболеенепредсказуемым поведением еѐ электроприѐмников.Существующие методы, предложенные и описанные в вышеуказанныхработах и патентах, к сожалению, на практике оказываются недостоверными ималоэффективными, вследствие своей сложности и неоднозначности.

Такжеони обладают существенными ограничениями по применимости. Основныенедостатки методов, предложенных в работах вышеуказанных авторов,связаны, прежде всего, с недостаточным изучением данной области иотсутствием комплексного подхода к электроустановке при решении даннойпроблемы.Потребность в данном исследовании обусловлена необходимостьюсоздания и совершенствования различных методов по выявлению аварийныхнестационарных процессов, в том числе в системах электропитания, что иповлияло на выбор темы исследования, его объект, предмет, цель и задачи.Целью работы является повышение пожарной и эксплуатационнойбезопасностей промышленных и иных электроустановок путем выявленияаварийных процессов в системах электропитания.Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решенызадачи: Исследованы существующие решения, методы и мероприятия,направленные на снижение вероятности возникновения аварийныхпроцессов в системах электропитания. Проанализированы электрические характеристики при наличии иотсутствии аварийных процессов. Выявленызакономерности,припротеканииаварийногоэлектрического разряда (АЭР). Разработан метод детектирования АЭР. Разработан алгоритм организации метода детектирования АЭР, длясистем цифровой обработки информации. Проведены экспериментальные исследования.5Спроектированы и построены элементы систем, реализующих методдетектирования АЭР.Объект исследования: процессы контроля электроустановки каксложной недетерминированной системы и обнаружения (регистрации) в нейаварийных нестационарных процессов, таких как, дуговое замыкание, пробой иискрение (аварийный электрический разряд), непосредственно определяющиережим еѐ функционирования.Предмет исследования: метод, модели, алгоритмы, программноаппаратные и методические средства распознавания аварийных электрическихразрядов (АЭР) в электроустановках.Методы исследования: принципы научного познания, научныедостижения, отражѐнные в публикациях отечественных и зарубежных учѐных вобласти контроля, теория исследования поведения сложных систем.В работе использованы методы системного, логического, статистическогоанализа и имитационного моделирования.

При решении поставленных задачприменялись методы системного подхода, теория электрических цепей ипрактическая электротехника, методы математического анализа, машинныеметоды анализа и синтеза, методы моделирования и обработкиэкспериментальных результатов.Научная новизна диссертационной работы заключается в развитииметодологии выявления аварийных нестационарных процессов в системахэлектропитания. В рамках работы созданы:1. Метод распознавания аварийных процессов в электроустановке,основанныйнавыявленииповторяемостизакономерностей,отличающийся от классического вероятностного подхода разделениемзарегистрированного сигнала нарегулярную и иррегулярнуюсоставляющие, и дальнейшей их обработкой;2.

МатематическаямодельАЭР,отличающаясяотизвестных,представлением зарегистрированного сигнала АЭР в виде серийслучайных периодичных и непериодичных коммутаций;3. Алгоритм детектирования АЭР, основанный на принципе разделения ипоследующего сравнения выделенных компонент, отличающийсяпростотой и последовательностью вычислений:4. Структура следящей системы для принятия решений об аварийныхпроцессах, протекающих в электроустановке, основанная на элементахсравнения – компараторах, амплитудных дискриминаторах, линияхзадержки и фильтрах.Практическая значимость работы состоит в том, что предложенныепрограммно-методические средства позволяют повысить достоверностьобнаружения аварийного электрического разряда, сократить время на еговыявление и, в конечном итоге, повысить безопасность эксплуатацииэлектроустановки.Основные положения диссертации, выносимые на защиту.1.