Geum.ru
   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

ШИЛИН Алексей Александрович

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

05.11.16 Ц  Информационно-измерительные и управляющие системы

(в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Волгоград - 2012

Работа выполнена на кафедре Электронно-вычислительные машины и системы федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет

Научный руководитель                        доктор технических наук, профессор

                                               укьянов Виктор Сергеевич.

Официальные оппоненты:                Титов Виталий Семенович,

доктор технических наук, профессор,

Юго-Западный государственный университет, заведующий кафедрой

Вычислительная техника;

                                               

Заярный Вячеслав Петрович,

доктор технических наук, профессор,

Волгоградский государственный технический университет, заведующий

       кафедрой Экспериментальная физика.

Ведущая организация        ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.

Защита диссертации состоится У25Ф мая 2012г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.05 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005,  г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВолгГТУ

Автореферат разослан У___Ф  апреля 2012аг.

Ученый секретарь

диссертационного совета                        Авдеюк Оксана Алексеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее  время энергетическая система России характеризуется высокой степенью морального и физического износа, высокими потерями (до 40%) и пониженным уровнем надежности. Поэтому вопрос о выборе направлений модернизации энергетической системы является для России весьма актуальным. Обычно под развитием отрасли понимается увеличение энергетических мощностей, связанное с вводом новых электростанций, а развитие сетей считается второстепенной задачей. Однако наибольший эффект с наименьшими затратами по экономии электроэнергии можно получить заасчет повышения коэффициента полезного действия потребителей и снижения потерь васетях за счет оптимизации режимов работы. По этому направлению развивается энергетика во многих развитых странах мира, а именно ведутся работы по созданию интеллектуальных электрических сетей (Smart Grid, лумных, ваРоссии Чаактивно-адаптивных сетей). Интеллектуальные сети представляют комплекс технических средств, работающих в автоматическом режиме и выявляющих наиболее слабые и аварийно опасные участки сети. В случае необходимости  эти сети  изменяют характеристики  и схему сети с целью предотвращения аварии и снижения потерь. Основной базой такой сложной системы является современная информационная техника, которая существенно повышает уровень линтеллекта.        Задача создания интеллектуальных сетей, стоящая перед российскими энергетиками и учеными, гораздо более сложная и многогранная, поскольку Россия - одна из очень немногих стран, имеющая разветвленную структуру магистральных электрических сетей, по которым электроэнергия передается на сотни или тысячи километров. Интеллектуальная сеть характеризуется:

  • достаточным количеством датчиков текущих режимных параметров для оценки состояния в различных режимных ситуациях;
  • быстродействующей системой сбора, передачи и обработки информации;
  • средствами адаптивного управления в реальном масштабе времени с воздействием на активные элементы сети, генераторы и потребителей;
  • быстродействующей информационно-управляющей системой с циклическим контролем состояния энергосистемы;

Очевидно, что на первом этапе создания интеллектуальных сетей необходимо оснащение энергетических сетей  различными измерительными преобразователями и системами передачи информации. Одной из основных проблем  в энергетике является разработка методов и средств определения вида и мест аварийных режимов воздушных линий электропередач (ВЛЭП). Значительный вклад в решение данной проблемы сделали отечественные ученые и инженеры Шалыт Г.М., Айзенфельд А.И., Арцишевский Я.Л., Кузнецов А.П., Минуллин Р.Г., Конюхова Е.А., Киреева Э.А., Дьяков А.Ф., Левченко И.И. и другие.

Информация о месте повреждения необходима для оперативной ликвидации аварий. Существующие методы и средства контроля мест повреждения не обеспечивают необходимой точности и оперативности. В тоже время в связи развитием систем телекоммуникации и цифровых систем обработки информации проблемы регистрации аварийных режимов и передачи информации могут быть решены на принципиально более высоком уровне.

Из вышеизложенного следует, что разработка и исследование информационно-измерительной системы определения аварийных режимов воздушных линий электропередач является весьма актуальной задачей.

Целью работы является совершенствование  и разработка новых методов и средств мониторинга воздушных линий, обеспечивающих распознавания вида аварии и определение его места.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

  1. Провести анализ существующих методов и средств контроля аварийных режимов, выявить недостатки и сформулировать задачи дальнейших исследований.
  2. Получить математическую модель распознавания аварийных режимов по изменению электромагнитного полю, создаваемому всеми проводами воздушной линии.
  3. Получить методику, позволяющую определять координаты мест установки датчиков на опоре.
  4. Разработать методику синтеза логической схемы распознавания аварийных режимов по таблице идентификационных признаков с уровнями выходных сигналов датчиков.
  5. Рассмотреть возможность  реализации устройства распознавания с помощью нейронной сети.
  6. Разработать методику синтеза информационно-измерительной системы с учетом большого количества вариантов технической реализации.
  7. Решить задачу определения оптимального количества датчиков, установленных на опорах по контролируемой линии электропередачи.

Основные методы исследования. При решении поставленных использовались методы математического и физического моделирования, теории надежности, теоретических основ электротехники, теории нечетких множеств и нейронных сетей, теории вероятности и математической статистики, теории принятия решений.

Объект исследования. Объектами исследования являются ВЛЭП 6-35 кВ и системы определения мест повреждений (ОМП) ВЛЭП.

Достоверность полученных результатов проведенных исследований основана на корректных теоретических построениях и строгих математических выводах и подтверждена результатами экспериментальных исследований.

Научная новизна.

  1. Предложен метод определения идентификационных признаков аварийных режимов воздушных линий раздельно по двум составляющим электромагнитного поля - электрическому и магнитному, создаваемых всеми проводами воздушной линии, позволяющий наиболее достоверно регистрировать аварийные режимы.
  2. Предложен алгоритм синтеза устройства распознавания на базе логической схемы и нейронной сети по исходной таблице идентификационных признаков, с оценкой надежности срабатывания, позволяющий создавать автоматизированные системы проектирования ИИС с заданными техническими характеристиками.
  3. Предложена методика определения оптимального количества датчиков, установленных на опорах по контролируемой линии электропередачи, по критерию надежности и минимальных экономических затрат, причем для участков линии с различными параметрами надежности.

Теоретическая и практическая значимость результатов.

  1. Разработаны методики определения координат установки датчиков, обеспечивающие надежное срабатывание устройства регистрации.
  2. Разработана методика морфологического синтеза ИИС, которая позволяет обоснованно по заданным критериям выбирать ее элементный состав с учетом специфических особенностей работы.
  3. Получена методика оценки надежности воздушных линий электропередачи, учитывающая влияние внешних климатических факторов на показатели надежности.
  4. Разработана и экспериментально проверена информационно-измерительная система контроля аварийных режимов воздушных линий электропередачи, которая позволяет дистанционно в реальном режиме времени определять вид и место аварии. Внедрение этой ИИС позволит сократить время поиска аварии и соответственно время восстановления и тем самым повысить надежность энергообеспечения.

На защиту выносятся следующие положения:

  1. Информационно-измерительная система контроля аварийных режимов ВЛЭП позволяет определять вид аварийного режима и его место с более высокой достоверностью, чем существующие средства, и имеет сравнительно простую конструкцию, поскольку содержит датчики электрических и магнитных полей, создаваемых всеми проводами воздушной линии. Сравнительная несложность конструкции значительно упрощает монтаж и наладку ИИС.
  2. Методики синтеза логических схем и нейронных сетей устройства распознавания, определения показателей надежности ВЛЭП позволяют обоснованно с учетом конструкций ВЛЭП и технических требований оперативно проектировать и внедрять ИИС контроля аварийных режимов в электрические сети.
  3. Методы проектирования распределенной информационно-измерительной системы, учитывающие большое количество альтернативных комплектующих блоков и устройств, систем передачи информации, которые представлены на рынке, позволяют создавать интегрированные системы с учетом технических и экономических требований, климатических факторов, местности, времени года и других особенностей.

Соответствие паспорту специальности.

       Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы, а именно: пункту 1 - Научное обоснование перспективных информационно-измерительных и управляющих систем, систем их контроля, испытаний и метрологического обеспечения, повышения эффективности существующих систем

Апробация. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях Волгоградского государственного технического университета (2008-2012 гг.), межрегиональной научно-практической конференции Интеллектуальные измерительные системы в промышленности Южного региона г. Волжский (25-28.09.2007), V всероссийской научно-практической конференции Инновационные технологии в обучении и производстве г. Камышин (4-6.12.2008), XVI международной конференции Математика. Компьютер.  Образование г. Пущино (19-24.01.2009), межрегиональной научно-практической конференции Моделирование и создание объектов энерго - и ресурсосберегающих технологий г.Волжский (22-25.09.2009, 20-23.09.2011), всероссийской научно-практической конференции Ресурсо - энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов г. Волжский (28-30.09.2010), всероссийской научно-практической конференции Высокочастотная связь, электромагнитная совместимость, обнаружение и плавка гололеда на линиях электропередачиг. Казань (25-29.10.2010), XXIII международной инновационно - ориентированной конференции молодых ученых и студентов МИКМУС-2011 г. Москва (14-17.12.2011).

       Данная работа удостоена двух премий на конкурсах: Участник молодежного научно-инновационного конкурса, Инновационное внедрение - школа успеха молодежи.

ичный вклад автора. Автор принимал непосредственное и основное участие в разработке методов проектирования устройства распознавания [3, 4] и ИИС [1 - 14], методик синтеза логических схем [3, 4] и нейронной сети [3, 4], определения основных параметров системы [1 - 6, 8 - 10, 12 - 14] и показателей надежности ВЛЭП [7, 15].

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 15 работ, из которых 4 статьи в журналах по списку ВАК РФ, получено 2 патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 100 страницах основного текста, содержит 29 рисунков, 20 таблиц, 108 библиографических наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, проблемы, определены цель и задачи исследования, сформулированы положения выносимые на защиту.

В первой главе диссертации был проведен анализ существующих методов и средств ОМП ВЛЭП. Из проведенного анализа следует, что все методы и средства ОМП ВЛЭП можно разделить на две основные группы: топографические и дистанционные.

В топографических методах используются локальные датчики аварийных режимов, которые содержат измерительные преобразователи токов и напряжений на каждой фазе. При аварийных режимах происходит срабатывание датчиков, которое определяется визуально во время обхода линии сотрудниками оперативно-выездной бригады. Крайне редко для передачи информации от локальных датчиков используется радиосвязь. Основной недостаток топографических методов заключается в том, что для определения места и вида аварии необходим непосредственный осмотр ВЛЭП. Непосредственный доступ к некоторому участку ВЛЭП может быть осложнен из-за влияния целого ряда объективных факторов: сложный или неоднородный рельеф местности, отсутствие дорог, сложные погодные условия и т.д. Из-за невозможности доступа к ВЛЭП увеличивается время на восстановление электроснабжения после аварии. Также монтаж и наладка работы датчиков непосредственно на проводах линии является трудоемкой операцией, хотя сам метод позволяет довольно точно определить место аварии.

В дистанционных методах место аварии на одном конце линии определяется по реакции на аварийный режим на другом конце линии. Так, например, при коротком замыкании (КЗ) в линии возникает переходный процесс, который регистрируется средствами дистанционного ОМП ВЛЭП и по параметрам переходного процесса определяется расстояние до места аварии. Одним из видов дистанционного метода является метод фиксации сопротивления в месте КЗ, по значению которого вычисляется расстояние до места аварии. Однако, переходное сопротивление в месте КЗ может изменяться в больших пределах, что отрицательно сказывается на точности определения места КЗ. Другим видом дистанционного метода является локационный метод, работа которого заключается в посылке по поврежденной линии зондирующего импульса и измерении времени возвращения отраженного импульса. Однако, из-за большого количества ответвлений на ВЛЭП 6-35кВ данный метод на подобных ВЛЭП практически не применяется.

Необходимо отметить, что во всех видах дистанционного метода используется непосредственное подключение к линии электропередачи. Линия электропередачи является довольно сложным с физической и математической точек зрения объектом, линией с распределенными параметрами. Параметры данной линии зависят от многих факторов (в том числе и погодных), учесть влияние которых практически невозможно. По этой причине дистанционные методы не позволяют определить место повреждения ВЛЭП с необходимой точностью. Несмотря на это, дистанционные средства ОМП ВЛЭП широко используются при решении задач ОМП ВЛЭП.

Из приведенного анализа можно сделать вывод о том, что для более эффективного ОМП на ВЛЭП 6-35 кВ должны быть использованы топографические методы и средства ОМП, предусматривающие возможность передачи аварийной информации на диспетчерский пункт. Задача распознавания аварийного режима может быть решена при помощи использования современной измерительной техники и систем цифровой обработки информации.

Во второй главе рассмотрена задача распознавания вида аварийного режима на ВЛЭП. Для разработки устройства распознавания вида аварийного режима необходима математическая модель, описывающая изменение электромагнитного поля вокруг ВЛЭП, по которому в свою очередь и будет определяться вид аварийного режима. В электроэнергетических системах существуют два основных вида аварийного режима: короткое замыкание (КЗ) и обрыв. Данные два режима можно характеризовать по напряжению между проводами ВЛЭП и землей и токами по проводам ВЛЭП. По этой причине проведен анализ влияния вида аварийного режима раздельно на две составляющие электромагнитного поля: напряженность электрического поля, которая определяется напряжением или потенциалом проводов линии относительно земли, и индукцию магнитного поля, которая определяется величиной тока в проводах ВЛЭП.

Поскольку для технической реализации устройства распознавания удобно использовать по одному преобразователю электрического и магнитного полей от всех проводов ВЛЭП, то получена таблица 1 идентификационных признаков аварийного режима. В этой таблице представлены уровни сигналов датчиков напряженности электрического поля и индукции магнитного поля, создаваемых всеми проводами линии. В таблице 1 приведено по два варианта уровней контролируемых величин, а именно до и после места аварии по направлению передачи электроэнергии от источника к потребителю.

Таблица 1

Режимы

Напряжение

Ток

Нормальный

()

Аварийные режимы

До места аварии

После места аварии

До места аварии

После места аварии

Обрыв одной фазы

Обрыв двух фаз

Обрыв трех фаз

КЗ одной фазы

КЗ двух фаз

КЗ трех фаз

Данной таблицы соответствуют случаю расположения датчиков в центре треугольника, образованного осями проводов трехфазной ВЛЭП.

Во второй главе также рассмотрен вариант расположения датчика аварийных режимов вне треугольника. Были получены соответствия между видом аварийного режима, местом расположения датчика аварийных режимов и выходным сигналом данного датчика. На рис. 1. изображены схемы линий с одной фазой (а), двумя фазами (б) и тремя фазами (в). Соответственно для этих схем приведены уравнения для наводимого в обозначенной координате статического потенциала. Из проведенного анализа выявлено, что при определенных режимах, например, при работе двух фаз сигнал датчика, расположенного на перпендикуляре, восстановленном из середины отрезка между двумя проводами, равен 0. Таким образом, выявлены участки, где датчики аварийных режимов не могут регистрировать поле.

                       (1)

Рисунок 1. Схемы линий с различным числом работающих фаз

По этой причине при проектировании системы ОМП ВЛЭП необходимо выбирать места установки датчиков таким образом, чтобы была возможность распознавать все возможные аварийные режимы. Кроме того, при работе всех трех фаз электрическое поле вращается в плоскости перпендикулярной осям проводов, следовательно, нормальный режим можно контролировать с помощью двух датчиков, смещенных по окружности вращения вектора. При вращении поля, т.е. при нормальном режиме, сигналы датчиков отличаются сдвигом фаз.

Таким образом, во второй главе получено соотношение, позволяющее обоснованно выбирать датчики электрического и магнитного полей, а также координаты их установки.

В третьей главе приведена функциональная блок-схема информационно измерительной системы (рис.2) а затем рассмотрено решение задачи распознавания аварийного режима.

Рисунок 2. Функциональная блок-схема ИИС:1, 2, 3, 4 - датчики; 5 - устройство определения угла сдвига фаз; 6, 7, 8, 9 - усилители; 10 - блок обработки сигналов; 11 - блок обработки информации; 12 - блок передачи информации

Для проектирования устройства распознавания информация (таблица 1) преобразована с помощью трехуровневых компараторов в комбинации двоичных сигналов. В результате преобразований получена таблица 2 двоичных кодов аварийных режимов, где каждому аварийному режиму соответствует двоичная комбинация. Одинаковые идентификационные признаки (таблица 1) в таблице 2 объедены. По данной таблице сравнительно просто может быть реализована логическая схема в двух вариантах: на жесткой логике (рис. 3, а), на базе универсального логического микроконтроллера и нейронной сети (рис. 3, б).

Таблица 2

Обоз. вых. сигналов

Обозначение вх. сигналов

X1

X2

X3

X4

X5

X6

Y1

1

0

0

1

0

0

1

Y2

1

0

0

1

1

0

1

Y3

1

1

0

1

1

0

0

Y4

1

0

0

0

0

0

1

Y5

0

0

0

0

0

0

0

Y6

1

1

1

1

1

1

0

Y7

1

1

1

1

1

0

0

Y8

0

0

0

1

1

1

0

Рисунок 3. Варианты реализации устройств распознавания аварийных режимов: а) на логике; б) на нейронной сети

В таблице и на схеме приняты следующие обозначения измеряемых величин: X1-X3 выходные сигналы трех компараторов напряжения; X4-X6 - выходные сигналы трех компараторов тока. Для режимов приняты следующие обозначения: Y1 - нормальный; Y2 - обрыв одной или двух фаз до места аварии; Y3 - обрыв одной или двух фаз после места аварии; Y4 - обрыв трех фаз до места аварии; Y5 - обрыв или КЗ трех фаз после места аварии; Y6 - КЗ одной или двух фаз до места аварии; Y7 - КЗ одной или двух фаз после места аварии; Y8 - КЗ трех фаз до места аварии; Y9 - КЗ по опоре; Z - общая авария. В третьей главе представлен алгоритм нейронной сети, который заключается в поочередном задании на входе векторов сигналов, соответствующих различным аварийным режимам. Для оценки полученных результатов были вычислены вероятности регистрации каждого аварийного режима и аварии в целом. Из этих результатов следует, что с увеличением числа контролируемых величин достоверность результатов контроля значительно увеличивается.

В четвертой главе рассмотрены вопросы проектирования информационно-измерительной системы (ИИС) ОМП ВЛЭП, а именно обоснованный выбор блоков и узлов ИИС и определение оптимального числа датчиков аварийных режимов на контролируемую длину ВЛЭП. Основной проблемой проектирования ИИС контроля воздушных линий электропередачи является обоснованный выбор блоков и устройств системы. Так, например, практически каждый блок системы (рис. 4) может иметь несколько вариантов реализации.

Рисунок. 4. Функциональная блок-схема ИИС

Для проектирования таких систем необходимы методы проектирования, учитывающие большое разнообразие блоков по функциональным возможностям, техническим характеристикам и по стоимости. Комбинаторный перебор блоков систем и усечение множества неприемлемых сгенерированных решений должен выполняться по некоторым параметрам и характеристикам.

Для решения этой задачи использован метод расстановки приоритетов, предложенный В.А. Блюмбергом и В.Ф. Глущенко на основе задачи о лидере. Этот метод использовался в электротехнической промышленности, а именно при проведении функционально-стоимостного анализа. Оценка в соответствии с указанным выше методом осуществляется с помощью комплексных приоритетов Bi ком по формуле

Bi ком=,                                        (2)

где - относительный приоритет (значимость) j-го критерия; B - относительный приоритет i-го варианта по j-му критерию; n - количество критериев.

Вычисления по этому методу выполняются в следующей последовательности. Сначала строятся квадратные матрицы для каждого из критериев. В столбцах и строках пишется номер варианта, а на пересечении - коэффициенты  (1,5; 1,0; 0,5), указывающие какой вариант предпочтительнее по данному критерию. С помощью этих таблиц выявляется технический вариант, имеющий преимущества по данному критерию.

Следующий этап предусматривает последовательное определение абсолютных приоритетов Bij вариантов, а затем - относительных B, которые вычисляются в долях единицы. Для расчета Bij каждая строка в матрице умножается на вектор-столбец . Нормированные значения, т.е. относительные B, получаются делением Bij  на . По этому правилу для каждой таблицы критерия вычисляются количественные приоритеты.

Далее определяются значимости самих критериев, согласно поставленной цели выбора. Для этого также применяют метод расстановки приоритетов с той лишь разницей, что объектами сопоставления теперь являются не варианты решений, а критерии оценки. Задача решается по приведенной выше схеме: составляется система сравнений и на ее основе квадратная матрица смежности. Вычисленные относительные приоритеты и являются коэффициентами значимости критериев.

Вариант, получивший наибольшее значение Bi ком, может считаться лучшим из всех остальных. Этот вариант учитывает как приоритет критерия, так и преимущество технического решения по этому критерию в сравнении с другими.

С помощью этого метода был проведен анализ вариантов связи:

  1. ВОЛС - Представляет собой волоконно-оптическую линию связи.
  2. Технология HDSL .
  3. Технология PLC, основанная на частотном разделении сигнала, который по проводам сети.
  4. GPRS - это технология пакетной передачи данных по радиоканалу.
  5. Wi-Fi  -  беспроводная технология связи, использующая радиоволны.
  6. WiMax  - телекоммуникационная технология.
  7. 3G  представляет собой технологию мобильной связи 3 поколения.
  8. Атмосферная оптическая радиосвязь.

В результате синтеза получено оптимальное решение для системы передачи информации - GPRS.

Также в четвертой главе рассмотрена проблема выбора оптимального числа датчиков на контролируемую длину ВЛЭП.

Средняя наработка на отказ представляет собой среднее значение времени работы между отказами оборудования данного типа:

,                                                        (3)

где tip- время работы оборудования данного типа между  i-м и p-м отказами; k- число отказов.

Среднее время восстановления представляет собой среднее значение времени отыскания и устранения имеющейся неисправности. Среднее время восстановления и рассчитывается по формуле

                                                       (4)

где tiв- время ремонта или оперативных переключений (с учетом времени отыскания неисправности или повреждения); k- число отказов.

       Необходимо отметить, что внедрение системы контроля позволит сократить время отыскания неисправности, а, следовательно, время восстановления.

Коэффициент готовности характеризует готовность электрооборудования к выполнению своих функций или вероятность р надежной работы. Если длительность нахождения оборудования в резерве невелика, коэффициент готовности определяется как отношение среднего времени рабочего состояния Тср к сумме среднего времени рабочего состояния Тср и среднего времени восстановления Тср.в

.                                        (5)

Коэффициент готовности, по существу, - вероятность безотказной работы элемента. Таким образом, разработанная ИИС позволит повысить важный показатель надежности - вероятность безотказной работы. Очевидно, что чем больше датчиков на линии, тем более оперативно определяется место аварии. Ограничением по количеству датчиков на контролируемой линии является некоторое минимальное расстояние, например, расстояние прямой видимости и стоимость мероприятий.

Очевидно, что при увеличении частоты установки датчиков улучшаются показатели надежности ВЛЭП (снижается время поиска места аварии и, следовательно, снижется время восстановления ВЛЭП), но в тоже время увеличивается стоимость внедрения ИИС ОМП ВЛЭП. Поэтому была решена оптимизационная задача по двум критериям: надежность ВЛЭП и стоимость внедрения ИИС. Уравнение минимальных приведенных затрат до внедрения системы имеет следующий вид:

                                       (6)

где И1 - текущие ежегодные издержки; К1- капитальные затраты в основные и оборотные фонды; - нормативный коэффициент капиталовложений.

При внедрении системы, содержащей N датчиков, приведенные затраты изменяться, а именно возрастут капитальные затраты на сумму , а издержки уменьшатся на сумму за счет повышения надежности.

                               (7)

Решение этого уравнения позволяет определить оптимальное число датчиков на линии.

Кроме того, при оценке показателей надежности возникает проблема, связанная с тем, что показатели надежности для различных областей непостоянны из-за влияния внешних факторов: неоднородный рельеф местности, различные погодные условия и т.д. Поэтому был проведен анализ существующих методов учета влияния внешних факторов на показатели надежности, на основе которого была предложена методика более точного расчета надежности, учитывающая влияние погодных факторов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

  1. Классификационный анализ существующих методов и средств контроля аварийных режимов воздушных линий показал возможность усовершенствования топографического метода контроля, как наиболее надежного, на основе современных достижений в области распознавания образов, цифровой обработки информации и телекоммуникаций.
  2. Получен алгоритм распознавания аварийных режимов, который позволяет по относительным уровням выходных сигналов датчиков электрического и магнитного полей, создаваемых всеми проводами воздушной линии, однозначно определять вид и место аварии. Поскольку в алгоритме распознавания измеряются одновременно четыре входные величины, то достоверность полученной информации об аварийном режиме значительно выше, а функциональные возможности шире, чем в существующих устройствах.
  3. Получена методика для обоснованного выбора координат установки датчиков электромагнитного поля в зоне воздушной линии, поскольку имеются участки зоны, в которых невозможно зарегистрировать обрыв одного провода. Полученная методика позволяет проектировать устройства распознавания для различных конструкций подвесов, которые обеспечивают надежную регистрацию всех аварийных режимов.
  4. Для проектирования устройства распознавания аварийных режимов предложена методика синтеза на базе логической схемы и нейронной сети по исходной таблице идентификационных признаков с оценкой надежности срабатывания. Эта методика позволяет автоматизировать процесс проектирования и соответственно более оперативно разрабатывать и внедрять ИИС контроля по заданным техническим характеристикам для конкретной ВЛЭП.
  5. Разработана методика морфологического синтеза информационно-измерительной системы, позволяющая обоснованно по заданным критериям выбирать ее элементный состав. В этой методике используется аппарат теории принятия решений многокритериальных задач, который по приоритету критериев позволяет обоснованно выбирать блоки системы.
  6. Получены функциональные зависимости надежности ВЛЭП и экономического эффекта от внедрения ИИС, на основе которых решена оптимизационная задача определения количества датчиков, установленных на опорах по контролируемой линии электропередачи. Причем в этой задаче учтено влиянием климатических факторов на показатели надежности.

Список работ, в которых опубликованы основные положения диссертации:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

  1. Шилин, А.Н. Проблемы определения мест повреждения воздушных линий электропередачи / А.Н. Шилин, С.А. Иванников, А.А. Шилин // Известия ВолгГТУ. Серия Процессы преобразования энергии и энергетические установки: межвуз. сб. науч. ст. / науч. ред. Е.А. Федянов; ВолгГТУ. - Волгоград, 2008. - Вып. 1, № 6. - С. 93-96.
  2. Шилин, А.Н. Интеллектуальные электрические сети: проблемы и решения / А.Н. Шилин, А.А. Шилин // Известия ВолгГТУ. Серия Процессы преобразования энергии и энергетические установки. Вып. 3: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - №8. - С. 84-88.
  3. Шилин, А.Н. Информационно-измерительная система определения повреждений воздушной линии электропередачи / А.Н. Шилин, А.А. Шилин // Приборы. - 2011. - №5. - С. 23-29.
  4. Шилин, А. Н. Нейрокомпьютерная система диагностирования воздушных линий электропередачи / А. Н. Шилин, А. А. Шилин // Контроль. Диагностика. - 2012. - № 3. - С. 68-72.

Статьи, свидетельства и материалы конференций:

  1. Шилин, А.Н. Интеллектуальный датчик регистрации места повреждения линии электропередачи / А.Н. Шилин, С.А. Иванников, А.А. Шилин // Интеллектуальные измерительные системы в промышленности Южного региона: сб. науч. ст. межрегион. н.-пр. конф., 25-28 сент. 2008 г. / Филиал ГОУ ВПО МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2008. - С. 69-72.
  2. Шилин, А.А. Информационно-телекоммуникационная система контроля повреждений воздушных электрических сетей / А.А. Шилин // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. V всерос. н.-пр. конф., Камышин, 4-6 дек. 2008 г. В 3 т. Т. 1 / КТИ (филиал) ВолгГТУ [и др.]. - Камышин, 2008. - С. 236-238.
  3. Шилин, А.А. Методика выбора количества датчиков автоматизированной системы контроля воздушных линий / А.А. Шилин // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий: сб. матер. межрегион. науч.-практ. конф. (г. Волжский, 22-25 сент. 2009 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2009. - С. 75-79.
  4. Шилин, А.А. Система дистанционной регистрации мест повреждения воздушных электрических сетей / А.А. Шилин, В.С. Лукьянов // XIII региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 11-14 нояб. 2008 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2009. - С. 262-263.
  5. Шилин, А.Н. Датчик регистрации аварийных режимов линии электропередачи / А.Н. Шилин, А.А. Шилин // Высокочастотная связь, электромагнитная совместимость, обнаружение и плавка гололеда на линии электропередачи: докл. всерос. науч.-практ. конф., 25-29 окт. 2010 г. / ГОУ ВПО Казанский гос. энергетический ун-т [и др.]. - Казань, 2010. - С. 83-88.
  6. Шилин, А.А. Морфологический анализ систем передачи информации в энергетике / А.А. Шилин, М.А. Шефатова // Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность промышленных городов: сб. матер. третьей всерос. науч.-практ. конф. (г. Волжский, 28-30 сент. 2010 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжский [и др.]. - Волжский, 2010. - С. 331-335.
  7. Шилин, А.А. Теория принятия решений в задаче выбора системы передачи информации в энергетике / А.А. Шилин, М.А. Шефатова // Высокочастотная связь, электромагнитная совместимость, обнаружение и плавка гололеда на линиях электропередачи: докл. всерос. науч.-практ. конф., 25-29 окт. 2010 г. / ГОУ ВПО Казанский гос. энергетический ун-т [и др.]. - Казань, 2010. - С. 77-82.
  8. П.м. 100632 РФ, МПК G 01 R 31/08. Устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи / А.А. Шилин, А.Н. Шилин, В.С. Лукьянов; ГОУ ВПО ВолгГТУ. - 2010.
  9. П.м. 108149 РФ, МПК G 01 R 31/08. Устройство для определения местоположения и вида повреждения на воздушной линии электропередачи / А.А. Шилин, А.Н. Шилин; ВолгГТУ. - 2011.
  10. Коптелова, И. А. Морфологический синтез информационно-измерительных систем учета потребляемой электроэнергии / И. А. Коптелова, А. А. Шилин, М. А. Шефатова // Электрика. - 2012. - № 4. - С. 34-40.
  11. Шилин, А. Н. Проблемы повышения надежности работы воздушных электрических сетей / А. Н. Шилин, А. А. Шилин, О. И. Доронина // Моделирование и создание объектов энергоресурсосберегающих технологий: сб. матер. межрегион. науч.-практ. конф. (г. Волжский, 20-23 сент. 2011 г.) / Филиал МЭИ (ТУ) в г. Волжском. - Волжский, 2011. - С. 227-229.

Подписано в печать  .2012 г. Заказ № . Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0

Формат 60 x 84 1/16.  Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография ИУНЛ

Волгоградского государственного технического университета

400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7.

   Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям