Автореферат (Метод, модели и алгоритмы обработки информации при регистрации и принятии решений об аварийных процессах в системах электропитания), страница 2

Метод распознавания аварийных процессов в электроустановке.2. Математическая модель аварийного электрического разряда (АЭР).63. Алгоритм детектирования АЭР в электроустановках.4. Структура следящей системы, использующей предложенный принцип.Апробация результатов работ. Основные положения диссертационногоисследования докладывались и обсуждались на научно- практическихконференциях: «Инновации на основе информационных и коммуникационныхтехнологий» (Сочи, 2010, 2011, 2012 гг.), «Ежегодная научно-техническаяконференция студентов, аспирантов и молодых специалистов» МИЭМ НИУВШЭ. (Москва, 2013г.).Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 12печатных работ, отражающих основное содержание диссертационной работы, втом числе 5 статей в рекомендуемых ВАК РФ научных журналах, получено 2патента на изобретение и 2 патента на полезную модель.Достоверность полученных в работе методов подтвердилась в процессепроводимых исследований и стендовых испытаний в частной российскойкомпании ООО «АСТРО-УЗО», а также в ходе проведѐнных испытанийготового изделия немецкой фирмой «Doepke».Структура работы диссертационной работы состоит из введения,четырѐх глав и заключения, библиографического списка и приложения.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность работы, еѐ теоретическая ипрактическая значимость, обозначены объект и предмет исследования,сформулирована цель исследования, указаны методы исследования, приведенперечень конференций, на которых докладывались и обсуждались основныеположения диссертации, перечислены основные положения, выносимые назащиту, основные результаты и научная новизна работы.В первой главе на основе изученной литературы и проведѐнной серииэкспериментов при различных режимах работы проводится анализ аварийныхэлектрических процессов, протекающих в электроустановке как в целостнойнедетерминированной системе, и выделяются такие процессы, как искрение,дуговой пробой, а также другие нестационарные процессы, возникающие попричине образования неустойчивого переходного сопротивления вэлектрических соединениях.В начале главы приводится обзор методов, технических решений, мер имероприятий, направленных на обеспечение искробезопасности как самойэлектроустановки, так и отдельных еѐ частей, указываются особенности ихприменения.

Большинство из них, в первую очередь, направлены на снижениевероятности возникновения аварийных электрических процессов инежелательных явлений в электроустановке.Анализируются различные методы обнаружения искрений и дуговыхзамыканий (Таблица 1), в том числе, на основе частотного анализа, анализа ПП,подсчѐта числа коммутаций в единицу времени, отклонения фазы, вейвлетпреобразований, тепловизионные и другие.7Таблица 1– Методы обнаружения искрения и электрической дугиМетодТепловизионныйРадиочастотныйпроблематична в рядеслучаев (высокийуровень внешнихэлектромагнитныхпомех, экранировкапроводников)ЭлектрическийРегистрацияаварийнойситуации вконтролируемой сетивозможнаОпределениеместа авариивозможнопроблематичнозатруднительноопределение местанагреваэлектрическихконтактов потермограммеспектральный анализрадиоэфира напредмет наличияхарактерного наборачастотвременной, либочастотный анализтоков и (или)напряжений вконтролируемойцепиСпособвозможнаДля формализации было введено и уточнено понятие аварийногоэлектрического разряда (АЭР), как комплексного физико-химическогопроцесса, нехарактерного для электроустановок, машин и устройств,находящихся в исправном состоянии, сопровождающийся местнымвыделением тепла, который может привести к возгоранию или воспламенениюизоляционных материалов и окружающих предметов и веществ.

К такому видуаварийного разряда можно отнести искрение, дуговой пробой и др. проявлениянеустойчивых электрических соединений.а)б)Рис. 1 – Формирование угольного мостика а) и фрагмент осциллограммызарегистрированного сигнала при искрении в неустойчивом соединении б)Далее описано явление АЭР, физика процесса формирование угольногомостика через зѐрна обугленного материала, переходы в другие виды разряда,что (рисунок 1) и приводятся различные осциллограммы тока, полученные приискрении, дуговых пробоях на различных режимах работы электроустановки.8Любая электроустановка, как связная система, в упрощѐнном типовомвиде, может быть структурно представлена, как последовательно-связанные триобъекта: источник (генератор электроэнергии), линия передачи и потребитель(электроприѐмник, электрическая нагрузка).Режим функционирования электроустановки, в свою очередь,определяется комбинацией электрических процессов, протекающих в ней. Прианализе режимов работы электроустановки, особое внимание уделяетсяметодам, как наиболее технологичным, основанным на непосредственномизмерении характеристик электрических величин.При постановке задачи выделяется часть системы и проводится сужение,в результате которого, решение задачи сводится к анализу свойств ихарактеристик электрических приѐмников, как наименее предсказуемыхэлементов системы, прямо влияющих на протекающие в ней электрическиепроцессы и непосредственно задающих режим функционирования всейэлектроустановки.Описываются характерные особенности работы электроприѐмников наразличных режимах, оказывающих прямое влияние, как на объектисследования, так и на всю систему в целом, для чего приводитсяклассификация электроприѐмников по различным характерным признакам.Завершают главу ограничения и допущения диссертационной работы.

Наоснове проведѐнного обзора делается вывод о правильности выбранной цели ичастных задач исследования.Во второй главе обосновывается научный подход к проблеме.Субъект исследованияустановлениесоответствий?/-средство наблюденияОбъектисследованияСредствовоздействияВОЗДЕЙСТВИЕРЕАКЦИЯРис. 2 – Схема исследования объекта9В ней приводится терминология и описывается методологическаяконцепция, аксиоматика и основная теория с формализованным обоснованием,а также, приводятся основные отличия от классического вероятностностатистического подхода к изучению проблематики исследования привыявлении на фоне регулярных процессов, нерегулярных процессов искрения.Для исследования предлагается общая схема взаимодействияисследователя (субъекта исследования) с изучаемым объектом (объектисследования) по выявлению неявных связей и установлению соответствий,определяющих закономерности протекания внутренних процессов в объектеисследования (ОИ).

Приведѐнная на рисунке 2 схема позволяет понять научныйподход исследователя к установлению закономерностей и выявлениюустойчивых связей, в соответствии с которым, применительно к объектуисследования, регистрируется и анализируется проявления повторяемостизакономерностей.ВлияющееИзмеряемаяСвязьусловиевеличинаПрямая РегулярностьОбратная ИррегулярностьПрямая ИррегулярностьОбратная РегулярностьВзаимная ИррегулярностьВзаимная РегулярностьвоздействиесвязьреакцияРис. 3 – Виды регулярностей и иррегулярностей при исследованииВосновуметодологииположенподходобустановлениифункциональных связей между воздействием и реакцией на данное воздействиев незамкнутой системе: субъект исследования – объект исследования.

Наоснове данного подхода вводятся понятия регулярности и иррегулярности(рисунок 3), которые используются для определения классов режимов.На основе выделенных характерных отличительных свойств объектаисследования, вводится понятие регулярной и иррегулярной составляющих.В качестве математической модели АЭР принят случайный процессR(t,  ) , описывающий полное переходное сопротивление АЭР, зависящее отфизических факторов. Изменение значения R(t ,  ) (рисунок 4), определяетсязаконами ψj и φi функций распределения Fτ и FH случайных величин τ(ω) иH(ω) в зависимости от степени влияния параметров ai и bj.10H(ω)FHΨj{bj}R(t,λ)tτ(ω)Fτφi{ai}Рис.

4 – Графическое представление математической модели АЭРВ ходе исследований для построения математической модели метода,анализируются существенные признаки и характерные отличительные свойстварежимов,выделяютсядвавзаимоисключающихклассарежимовфункционирования электросистемы, класс стационарных (КСР) и класснестационарных режимов (КНР), а также вводится дополнительное понятиештатного электрического разряда (ШЭР).Таблица 2 – Отличительные признаки аварийного электрического разрядаРежимы работы приРежим работы при ШЭРРежим работыотсутствии каких-либо(с элементами,при наличии АЭРискрений, свободные от реконфигурирующими(аварийногослучайных исистему, в т.ч.

сэлектрическогонеустойчивыхлавиннымиразряда)коммутацийхарактеристикамистабильностьстационарностьрегулярностьпериодичностьпредсказуемостьнестабильностьнестационарностьслучайностьнеповторяемостьнепредсказуемостьШтатный электрический разряд(ШЭР) – разряд любого вида(искровой, дуговой и др.), присущий ряду электрических машин и устройств(коллекторные электродвигатели, выключатели, контакторы, реле, сварочныеаппараты, газоразрядные лампы и т.д.)Применяя метод декомпозиции, исходный зарегистрированный сигнал,как ключевой параметр, характеризующий режим функционирования системы,в общем случае, может быть представлен в виде суммы двух составляющих:mi (t )  iРК (t )  iИК (t )   ik (t ) k 1n i (t )l m1l(1)В свою очередь, в соответствии с предложенной методологией,регулярная компонента исходного зарегистрированного сигнала также можетбыть представлена в виде суперпозиции двух составляющих: взаиморегулярнойи пряморегулярной составляющих, что проиллюстрировано на рисунке 5.Таким образом, предполагается, что основным атрибутом аварийногорежима функционирования системы, является еѐ нестационарная хаотическаядинамика, т.е.

такая динамика, вероятностные характеристики которой,11меняются во времени случайным образом. В частности, подобным образом,ведѐт себя характеристика полного тока, протекающего в электроустановке.Зарегистрированный сигнал (тока i (t ) )Регулярная компонентасигнала – РКВзаиморегулярнаясоставляющаяИррегулярная компонентасигнала – ИКПряморегулярнаясоставляющаяРис. 5 – Представление исходного сигнала,в виде отдельных его составляющихДля ШЭР характеристики РК (форма и период) и ИК (распределение),либо неизменны, либо меняются медленно (заметное изменение происходит задостаточно длительное время). Для АЭР характеристики РК и ИК меняютсябыстро (заметное изменение происходит за очень короткое время).Для математического описания регулярной и иррегулярной компонентвводятся функционалы f1 (u ) и f 2 (u) соответственно:11f1 (u ) A( I  B)u Lf 2 (u ) ( I  A)u L ;и22TTпри условии, что L2 – пространство интегрируемо,где: u - зарегистрированный сигнал тока i (t ) ;1( Au)(t )  (u  H )(t ) u(t )dt ; – оператор усреднения;2 [ t ,t  ]( Bu)(t )  u(t  T ) ; – оператор сдвига;122u(t)dtL2aТаким образом f1 (u ) - оценивает апериодичность исходного сигнала, т.е.отклонение сглаженной, - регулярной компоненты, от некой периодическойфункции с периодом T , а f 2 (u) - оценивает общий уровень случайного шума висходном сигнале.