реферат дисертації на здобуття наукового ступенядоктора технічних наук Вінниця

Работа добавлена на сайт samzan.net:

ВІННИЦЬКИЙ Національний ТЕХНІЧНИЙ університет

Грабко Володимир Віталійович

УДК 621.316

МЕТОДИ І ПРИСТРОЇ ДЛЯ ТЕХНІЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ ТА АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ СИЛОВИМ ЕЛЕКТРООБЛАДНАННЯМ

Спеціальність 05.13.05 –Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук

Вінниця –

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант:	Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Мокін Борис Іванович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри електромеханічних систем автоматизації
Офіційні опоненти:	доктор технічних наук, професор Бардаченко Віталій Феодосійович, Інститут кібернетики ім. В.М.Глушкова НАНУ, м.Київ, директор центру таймерних обчислювальних систем
	доктор технічних наук, професор Родькін Дмитро Йосипович, Кременчуцький державний політехнічний університет, завідувач кафедри систем автоматичного управління і електропривода доктор технічних наук, доцент Мичуда Зиновій Романович, Національний університет “Львівська політехніка”, доцент кафедри автоматики та телемеханіки
Провідна установа:	Науково-виробнича корпорація “Київський інститут автоматики” Міністерства промислової політики України (м. Київ), ДНВП “Автоматизовані інформаційні системи та технології”

Захист відбудеться "  28  "       04       2004 р. о 9 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.01 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий "  24  "       03          2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

Захарченко С.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. В умовах сучасного економічного розвитку нашої держави постає глобальне питання про продовження терміну роботи всього енергоємного обладнання в тому числі і електроенергетичного, незважаючи на вичерпання ним робочого ресурсу, особливо, якщо воно ще в задовільному стані і може попрацювати додатково. Тому не випадково ставиться питання про перехід від системи планових ремонтів до системи ремонтів по технічному стану. Але подальша експлуатація електрообладнання понад нормативний строк може призводити до непередбачуваного виходу з ладу з аварійними наслідками.

З метою запобігання аварійних ситуацій застосовуються різні методи і засоби діагностування обладнання і своєчасного виявлення небезпечних дефектів, більшість з яких базуються на підходах, сформульованих ще 30 –років тому. Як показує досвід експлуатації, в сучасних умовах ці методи не завжди дозволяють визначити чи оцінити момент виходу обладнання з ладу або виявити небезпечні дефекти. Розробка нових методів, які дозволяють діагностувати електрообладнання в процесі його експлуатації за допомогою сучасних засобів автоматизації та прийняття рішень, і відповідних їм технічних засобів, що орієнтовані на визначення як дефектів так і залишкового ресурсу обладнання, створює можливість переходу до більш економічної і ефективної стратегії технічного обслуговування електрообладнання за його станом.

Процес діагностування високовольтного силового електрообладнання ускладнюється тим, що не просто визначити, а ще складніше виміряти характерні параметри кожного типу силового електрообладнання, за якими можна було б визначати ступінь спрацювання робочого ресурсу того чи іншого типу електрообладнання. Цей процес ускладнюється тими факторами, що силове електрообладнання працює під високою напругою та під дією потужних електромагнітних полів.

Крім того, в попередні роки дослідження в розрізі діагностування проводилось тільки по окремих видах силового електрообладнання, що також не спрощує можливість визначення технічного стану основного силового електрообладнання.

З іншої сторони активний розвиток економіки неможливий без застосування новітніх технологій, запровадження нової техніки тощо, які вимагають забезпечення паспортних режимів роботи. Тому постає питання про підвищення якості електропостачання споживачів електричної енергії. Враховуючи той факт, що за останні роки оновлення силової частини тракту електропостачання здійснювалось мало, то, враховуючи ослабленість ізоляції і суттєву відпрацьованість робочого ресурсу обладнання, при виході регульованих параметрів електроенергії за допустимі зони повернення їх необхідно здійснювати за коротші терміни.

Актуальною науково-прикладною проблемою, що розв’язується в дисертаційній роботі, є розроблення нових методів і засобів технічної діагностики та автоматичного керування силовим електрообладнанням з метою підвищення надійності і якості електропостачання споживачів електричної енергії.

Окремими складовими, що характеризують вказану проблему і не були розв’язані на день затвердження теми цієї дисертації, є:

- в методологічному аспекті –були відсутні методи діагностування в проекції на задачі автоматичного керування високовольтним силовим електрообладнанням, які враховували б специфіку роботи такого класу обладнання та вимоги часу;

- в математичному аспекті –були відсутні математичні моделі, які дозволяли б визначати робочий ресурс високовольтного силового електрообладнання з врахуванням опосередкованих підходів та здійснювати автоматичне керування високовольтним силовим обладнанням з метою підвищення якості та надійності електропостачання;

- в інженерно-технічному аспекті –була відсутня методологія інженерного синтезу пристроїв для діагностування та автоматичного керування високовольтним силовим електрообладнанням.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-дослідна робота проводилась відповідно до наукового напрямку кафедри “Електромеханічні системи автоматизації” Вінницького національного технічного університету “Розробка математичних методів та моделей процесів, що протікають в енергетичних, електромеханічних та екологічних системах, синтез інформаційно-вимірювальних систем автоматичного і автоматизованого керування цими процесами” у ролі наукового керівника держбюджетних тем № 28-Д-154 “Розробка принципів створення та математичних моделей систем технічної діагностики основного обладнання електричних підстанцій напругою 6 –кВ” (номер державної реєстрації 0196U007377), № 2901 “Розробка математичних моделей та інформаційно-вимірювальних систем для підвищення якості та надійності електропостачання” (номер державної реєстрації 0101U007204) та у ролі відповідального виконавця держбюджетної теми № 84-Д-196 “Розробка системи оптимізації робочих режимів та діагностування територіально відокремлених потужних електроприводів в умовах їх взаємовпливу через живлячу мережу” (номер державної реєстрації 0198U004497), що входила до координаційного плану науково-дослідних робіт Міністерства освіти України “Наукові основи удосконалення виробництва, передачі та використання електроенергії” (Наказ Міносвіти України № 37 від 13.02.1997 р.).

Мета і задачі досліджень. Мета роботи спрямована на підвищення надійності і якості електропостачання шляхом розробки нових методів і засобів діагностування силового електрообладнання та автоматичного керування силовим електрообладнанням, особливістю якого є змінність параметрів.

Для досягнення цієї мети необхідно розв’язати такі задачі:

- проаналізувати існуючі методи і засоби діагностування силового електрообладнання та систематизувати відомі теоретичні підходи, які покладені в основу їх побудови;

- проаналізувати існуючі методи і засоби підвищення якості та надійності систем автоматичного керування електропостачанням споживачів електричної енергії та систематизувати відомі теоретичні підходи, які покладені в основу їх побудови;

- розробити нові методи діагностування силового електрообладнання;

- розробити математичні моделі для визначення залишкового робочого ресурсу силового електрообладнання;

- розробити нові методи регулювання параметрів режиму в електричних мережах (ЕМ) для досягнення підвищеної якості напруги та надійності електропостачання споживачів електричної енергії;

- розробити математичні моделі законів регулювання параметрів режиму в ЕМ;

- розробити метод синтезу структур пристроїв технічної діагностики та автоматичного керування силовим електрообладнанням з використанням запропонованих математичних моделей;

- синтезувати структури пристроїв для визначення залишкового робочого ресурсу силового електрообладнання;

- синтезувати структури регуляторів систем підвищення якості та надійності електропостачання споживачів електричної енергії;

- розробити алгоритми та функціональні схеми мікропроцесорних засобів визначення залишкового робочого ресурсу силового електрообладнання, підвищення якості та надійності електропостачання споживачів електричної енергії.

Об’єктом дослідження в дисертаційній роботі є процеси діагностування технічного стану силового електрообладнання та автоматичного керування силовим електрообладнанням зі змінними параметрами.

Предметом дослідження є пристрої систем технічної діагностики та автоматичного керування силовим електрообладнанням, що забезпечують підвищену якість і надійність електропостачання, та методи їх синтезу.

Методи досліджень. При виконанні поставлених задач використовувались: теорія вимірювань, теорія ідентифікації, теорія автоматичного керування, математична логіка, математичний апарат секвенцій, чисельні методи розв’язку систем нелінійних диференціальних рівнянь, теорія нечітких множин, аналітичні можливості комп’ютерної алгебри, планування експериментів, комп’ютерне моделювання.

Наукова новизна основних результатів і положень, що виносяться на захист, полягає в подальшому розвитку теорії побудови математичних моделей і методів синтезу пристроїв систем діагностування та систем автоматичного керування силовим електрообладнанням для підвищення якості і надійності електропостачання споживачів електроенергії.

В роботі отримані такі нові наукові результати:

. Вперше розроблені теоретичні засади діагностування високовольтного силового електрообладнання, які дозволяють шляхом вимірювання опосередкованих параметрів визначати залишковий робочий ресурс кожного із об’єктів діагностування. Запропоновані методи відрізняються від відомих використанням нових інформативних параметрів, чим підвищується точність у визначенні залишкового робочого ресурсу силового електрообладнання.

. Вперше розроблені придатні для розв’язання задачі діагностування математичні моделі високовольтних вимикачів (в тому числі і повітряних), високовольтних вводів, силових косинусних конденсаторів, розрядників та обмежувачів перенапруги. Вказані моделі характеризуються високою точністю визначення залишкового робочого ресурсу силового електрообладнання. Доведено адекватність запропонованих математичних моделей.

. Дістав подальший розвиток запропонований автором у кандидатській дисертації метод синтезу структур елементів і пристроїв діагностування та автоматичного керування силовим електрообладнанням із застосуванням математичного апарату секвенцій. На відміну від відомих, запропонований метод дозволяє отримувати мінімізовані структури безпосередньо з аналітичних виразів.

. Дістали подальший розвиток теоретичні засади автоматичного керування силовим електрообладнанням з метою підвищення якості та надійності електропостачання споживачів електроенергії, які включають математичні закони регулювання об’єктами зі змінними параметрами. На відміну від відомих запропоновані вищезазначені закони регулювання дозволяють забезпечити підвищення одночасно і якості, і надійності електропостачання.

. Дістали подальший розвиток методи оптимізації параметрів регуляторів систем автоматичного керування силовим електрообладнанням за критеріями мінімального відхилення регульованого параметра та мінімуму грошових втрат, внаслідок чого можна підвищити якість і надійність електропостачання. Вказані методи на відміну від відомих дозволяють отримувати оптимальні параметри регуляторів для роботи систем, які одночасно підвищують і якість, і надійність електропостачання.

Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному:

- створена методика побудови ресурсних характеристик високовольтної комутаційної апаратури, що дозволяє визначати її залишковий робочий ресурс з підвищеною точністю;

- запропоновані математичні моделі діагностування технічного стану силового електрообладнання дозволяють через опосередковані параметри визначати з достатньою експлуатаційною точністю момент вичерпання робочого ресурсу розглядуваних типів електрообладнання;

- створено новий ряд структур засобів для технічної діагностики силового високовольтного електрообладнання, що дозволяє визначати термін вичерпання робочого ресурсу такого електрообладнання з високою точністю;

- практичне впровадження розроблених законів регулювання параметрів режиму силового електрообладнання дозволяє підвищити і якість, і надійність електропостачання;

- створено новий ряд структур регуляторів, що дозволяють в системах регулювання напруги та компенсації ємнісних струмів підвищити якість і надійність електропостачання;

- розроблено методику знаходження оптимальних параметрів регуляторів систем регулювання напруги та компенсації ємнісних струмів в залежності від умов експлуатації;

- створено експертну систему для діагностування високовольтних вводів з використанням теорії нечітких множин, яка дозволяє приймати рішення про технічний стан вводів у випадку, коли традиційні методи діагностування не дають відповіді;

- застосування запропонованих пристроїв дозволяє підвищити безпеку експлуатації ЕМ, а також підвищити якість і надійність електропостачання.

Реалізація та впровадження результатів роботи. Основний зміст дисертаційної роботи складають результати досліджень, що проводились протягом 1991 –років у відповідності з тематичними планами проведення НДДКР, затвердженими Міністерством освіти і науки України у Вінницькому національному технічному університеті.

Отримані наукові результати впроваджені на підприємствах КДГМК “Криворіжсталь”(м. Кривий Ріг), Кам’янець-Подільськтеплокомуненерго (м. Кам’янець-Подільський), Південно-Західна електроенергетична система, яка є відокремленою структурною одиницею Національної енергетичної компанії “Укренерго” (м. Вінниця), ВАТ ЕК “Хмельницькобленерго” (м. Хмельницький), ВАТ АК “Вінницяобленерго” (м. Вінниця).

Використані у розробках пристрої захищені авторськими свідоцтвами СРСР і патентами України.

Впровадження результатів дисертаційної роботи підтверджується відповідними актами.

Результати роботи також використовуються при підготовці інженерних кадрів за спеціальностями 7.092203 “Електромеханічні системи автоматизації та електропривод” і 7.090602 “Електричні системи та мережі”. Опубліковані автором у співавторстві монографії “Математические модели и информационно-измерительные системы для технической диагностики трансформаторных вводов”, “Моделі та системи технічної діагностики високовольтних вимикачів” і “Методи та інформаційно-вимірювальні системи для технічної діагностики силових косинусних конденсаторів” використовуються для підготовки магістрів та аспірантів за напрямками електротехніки та електромеханіки.

Апробація результатів. Основні положення та результати виконаних у дисертації досліджень доповідалися і обговорювалися на 39 конгресах, конференціях, семінарах, у тому числі на трьох всесвітніх конгресах ІМЕКО, на 26 міжнародних, одній всесоюзній, 8 українських конференціях, одному міжнародному семінарі. Крім того, починаючи з 1991 року, результати досліджень доповідались на щорічних регіональних конференціях та на щорічних семінарах вінницької секції Наукової Ради НАН України по проблемі “Кібернетика”.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 81 друковану працю, у тому числі три монографії, 26 статей у наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 27 статей у науково-технічних журналах та збірниках праць науково-технічних конференцій, 24 авторських свідоцтв СРСР та патентів на винаходи України, одне свідоцтво державної реєстрації прав автора на твір (програмний продукт).

Особистий внесок здобувача. Всі наукові результати отримані дисертантом самостійно. Роботи по моделюванню, синтезу структур, експериментальному дослідженню та впровадженню розроблених засобів діагностування і автоматичного керування виконувались разом із співавторами, прізвища яких наведені згідно до бібліографічного списку. Із робіт, що виконувались у співавторстві, використовуються результати, отримані особисто пошукувачем.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, 8 розділів, висновків по роботі, списку використаних джерел і 12 додатків. Загальний обсяг дисертації - 384 сторінки, з яких основний зміст викладено на 293 сторінках друкованого тексту та в тому числі містить 87 рисунків і 22 таблиць. Список використаних джерел складається з 464 найменувань на 50 сторінках. Додатки на 41 сторінці містять результати моделювання, фрагменти програмного забезпечення та акти впровадження результатів роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми досліджень, зазначено зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Вказано мету та задачі досліджень. Сформульовано наукову новизну та положення, що виносяться на захист. Розглянуто практичне значення та впровадження одержаних результатів. Наведено дані про особистий внесок здобувача, апробацію роботи і публікації.

Перший розділ присвячено аналізу існуючих методів і засобів для діагностування та автоматичного керування високовольтним силовим електрообладнанням. Обґрунтовано виділені основні одиниці силового електрообладнання, а саме: високовольтні вимикачі (в тому числі і повітряні), високовольтні вводи, силові статичні конденсатори, розрядники та обмежувачі перенапруги, які забезпечують надійність електропостачання.

Встановлено, що існуючі методи і засоби діагностування силового електрообладнання придатні лише для періодичного визначення технічного стану того чи іншого типу електрообладнання. В переважній більшості кожен із відомих методів передбачає виведення обладнання з роботи з метою встановлення його технічного стану. Для визначення стану тих чи інших параметрів, по значеннях яких приймається висновок про технічний стан, в переважній більшості використовується складне лабораторне обладнання, або обладнання, що використовується стаціонарно в розподільчому пристрої електростанції або підстанції. Характерним є те, що жоден із типів застосовуваного обладнання не дозволяє зробити висновок про величину залишкового робочого ресурсу кожного типу силового електрообладнання. В кращому випадку визначаються значення окремих параметрів, по яких і робиться висновок про можливість продовження або припинення роботи.

Показано також, що існуючі методи і засоби для підвищення якості електропостачання не дозволяють розв’язувати покладену на них задачу, враховуючи вимоги часу. Основною причиною неефективного використання систем регулювання напруги є відсутність відповідних методів регулювання, які враховують сучасний стан електрообладнання, та обережність персоналу при експлуатації силових трансформаторів з пристроями регулювання під навантаженням (РПН), які мають невисоку надійність роботи і вихід з ладу яких призводить до значних матеріальних збитків.

Системи компенсації ємнісних струмів (КЄС) теж не в повній мірі задовольняють вимогам часу до процесу КЄС, оскільки в переважній більшості кабельні лінії мають ослаблену ізоляцію і робота цих ліній на протязі тривалого часу в некомпенсованому режимі призводить до виникнення в них пошкоджень.

На основі виконаного аналізу визначено, що науково-прикладна проблема, яка поставлена у дисертаційній роботі, вимагає вирішення питань у напрямку розробки методів та засобів для неперервного діагностування та автоматичного керування силовим електрообладнанням, особливістю якого є змінність параметрів.

Обґрунтована необхідність пошуку нових рішень в області досліджень.

У другому розділі розроблені методи діагностування та математичні моделі основних об’єктів силового високовольтного електрообладнання, а саме: високовольтних вимикачів (в тому числі і повітряних), високовольтних вводів, силових косинусних конденсаторів, розрядників та обмежувачів перенапруги. Створені методи використовують опосередковані параметри для визначення технічного стану силового електрообладнання. Запропоновані моделі придатні для автоматизації процесу діагностування вказаних електроенергетичних об’єктів.

Діагностування високовольтних вимикачів запропоновано здійснювати за математичною моделлю з використанням ресурсної характеристики, яка для повітряних високовольтних вимикачів (ПВВ) являє собою залежність значення кількості комутацій n від значення струму в момент комутації I та тиску стисненого повітря P (n= f (I,P)). Для залишкового робочого ресурсу ПВВ ця модель набуває вигляду

(1)

де nн –кількість комутацій, яку може здійснити вимикач при номінальному робочому струмі; rн - ресурс вимикача, що спрацьовується під час однієї комутації номінального робочого струму вимикача; rij –ресурс, який спрацьовується за одну комутацію при i-тому значенні струму комутації та j-тому значенні тиску стисненого повітря; mij –кількість комутацій i-того значення струму комутації при j-тому значенні тиску стисненого повітря; X і X –загальна попередньо невідома кількість комутацій, яку може здійснити ПВВ до повного спрацювання робочого ресурсу при певних значеннях тиску стисненого повітря і струмах комутації відповідно; X –загальна попередньо невідома кількість комутацій mq, яку може здійснити ПВВ при струмах комутації, що не перевищують значення номінального робочого. Очевидно, що загальна кількість комутацій X, X і X не може перевищувати значення, що відповідає повному робочому ресурсу ПВВ, який кількісно заданий числом nн.

Підкреслимо, що коли з виразу (1) вилучити j-ті складові, які відповідають параметру математичної моделі –тиску стисненого повітря, то можна отримати однопараметричну модель для визначення залишкового робочого ресурсу вимикача, ресурсна характеристика якого має вигляд n = f (I) і яка була досліджена в кандидатській дисертації автора.

Похибка у визначенні залишкового робочого ресурсу вимикачів за моделлю (1) не перевищує однієї комутації номінального робочого струму.

Слід зазначити, що “прив’язку” у визначенні залишкового ресурсу вимикача за моделлю (1) можна здійснити для будь-якого значення струму комутації. Запропонований підхід можна застосувати і для оцінки комутаційного ресурсу будь-якого комутаційного апарату, для якого ресурсна характеристика є відомою або її можна побудувати у відповідності до запропонованого у роботі підходу.

Для діагностування високовольтних вводів силового електрообладнання в роботі синтезовані математичні моделі, згідно з якими визначення залишкового робочого ресурсу здійснюється по рівню вологовмісту, кількості осадку на внутрішніх поверхнях вводів та рівню часткових розрядів (ЧР) в ізоляції у відповідності із запропонованими методами.

Рівень вологовмісту олієнаповнених вводів негерметичної конструкції з відомою характеристикою ізоляції визначається згідно математичної моделі, яка передбачає вимірювання трьох значень tgi, () ізоляції при трьох різних значеннях температури олії Т, Т, Т (не менших 30С) у вводах з наступним обчисленням коефіцієнтів а і b за виразами (2) -

(2)

Значення вологовмісту  знаходиться з моделей

(3)

(4)

після підстановки в них значень коефіцієнтів, отриманих з (2). Очевидно, що з усіх коренів рівнянь (3) і (4) розв’язку задачі буде відповідати лише той корінь, що знаходиться як середнє арифметичне близьких коренів в необхідному діапазоні значень параметра . Зазначимо, що в запропонованій математичні моделі u і v - значення масштабних коефіцієнтів відомої характеристики ізоляції вводів.

Для діагностування олієнаповнених герметичних вводів застосовується підхід, який передбачає визначення кількості осадку, що утворюється на внутрішній поверхні нижньої фарфорової покришки ввода під дією температури протягом тривалого часу експлуатації. Математичну модель, що відповідає масі m утворюваного осадку, знайдено у вигляді

(5)

(6)

де a і b –коефіцієнти, що залежать від типу олії, групового складу олій і типу вводів; Ti –поточне значення температури; T =70°С- температура, при досягненні якої у вводі починається процес утворення осадка; k - коефіцієнт, що залежить від співвідношення поверхонь і теплових опорів ділянок ввода, частина якого занурена в олію, а частина знаходиться в повітрі; Тнав - температура навколишнього середовища; Тв.п.о. - температура верхніх прошарків олії в баку об’єкта діагностування; ti - час, протягом якого температура олії у вводі змінюється незначно, коливаючись навколо деякої середньої температури близько 1-2С.

Для визначення терміну служби вводів із паперово-олійною ізоляцією силового електрообладнання під дією ЧР отримана математична модель, якою враховується рівень ЧР опосередковано через концентрацію розчинених в олії газів Cг(t) у вигляді

(7)

де  - питоме газовиділення; Uп - напруга появи початкових ЧР; Vо.н - об’єм олії у вводі в номінальному режимі роботи; U(t) - прикладена до ізоляції напруга;  - температурний коефіцієнт об'ємного розширення олії; Tн - температура олії у вводі в номінальному режимі роботи; Аi - сталі коефіцієнти, що залежать від ізоляційної конструкції вводів; [0, t] –інтервал спостереження.

Діагностування силових статичних конденсаторів здійснюється у відповідності до запропонованих методів за тепловим та електричним старінням.

Математичну модель для визначення залишкового робочого ресурсу силових статичних конденсаторів за тепловим старінням під дією несинусоїдальної напруги отримано у вигляді

(8)

де - номінальний робочий ресурс конденсатора; - оціночне значення відпрацьованого ресурсу конденсатора з моменту вводу в експлуатацію до моменту встановлення системи діагностування;  - строк служби силового косинусного конденсатора при номінальній робочій температурі; f –частота напруги в мережі; U - напруга на конденсаторі; С і tg - ємність і тангенс кута втрат конденсатора;  - порядок гармоніки напруги мережі; U* - напруга -ої гармоніки відносно номінальної; n - кількість гармонік спектру напруги, що враховуються; R т.в. ,R т.з. –внутрішній і зовнішній теплові опори конденсатора; т –теплова стала часу конденсатора; нав - температура навколишнього середовища; ном - номінальне значення температури конденсатора при синусоїдальній напрузі; t –час спостереження, на протязі якого температура перегріву конденсатора не змінюється.

Діагностування силових статичних конденсаторів під дією ЧР здійснюється аналогічним чином, як і для високовольтних вводів, з врахуванням конструктивних особливостей конденсаторів по концентрації розчинених в олії газів Сг. Відповідна математична модель має вигляд

(9)

де Vп - об’єм паперової ізоляції; - коефіцієнт просочування паперу; Vб –об’єм олії поза паперовою ізоляцією; Аi - сталі коефіцієнти, що залежать від структури та конструкції ізоляції силових конденсаторів; U(t) - прикладена до ізоляції напруга;  - питоме газовиділення; Uп - напруга виникнення початкових ЧР.

В роботі розглянуто також питання діагностування силових конденсаторів, які реалізовані в трифазному виконанні і з’єднані по схемі трикутника. Обґрунтовано, що для їх діагностування необхідно застосовувати метод двох ватметрів з вимірюванням спектрів струму та напруги в темпі процесу.

Для діагностування розрядників та обмежувачів перенапруги в роботі запропоновано метод, який передбачає вимірювання струму, що протікає через їх нелінійні елементи, в момент комутації. Математичну модель, що відображає процес витрачання робочого ресурсу, отримано у вигляді

(10)

де nmin –кількість комутацій мінімального значення струму, що протікає через об’єкт діагностування; rmin –витрачання комутаційного ресурсу за одну комутацію мінімального значення струму; ri - витрачання комутаційного ресурсу за одну комутацію і-го значення струму; mi - кількість комутацій i-го значення струму; N –загальна кількість комутацій, яку може здійснити розрядник або обмежувач перенапруги до моменту вичерпання комутаційного ресурсу.

Похибка у визначенні залишкового робочого ресурсу за моделлю (10) не перевищує одну комутацію мінімального вибраного значення струму комутації.

Доведено адекватність запропонованих математичних моделей. На конкретних прикладах показано, що похибка у визначенні спрацювання робочого ресурсу об’єктів діагностування опосередкованими методами незначна і теоретичні та практичні результати майже співпадають.

У третьому розділі розроблені методи підвищення якості і надійності електропостачання та математичні моделі законів регулювання силового електрообладнання зі змінним коефіцієнтом передачі, які призначені для реалізації систем регулювання з метою покращення якості напруги та надійності електропостачання споживачів електроенергії.

Відому математичну модель закону керування силовим трансформатором з пристроєм РПН (11), розроблену Б.І. Мокіним, запропоновано доповнити умовою (12), яка передбачає перемикання відгалужень трансформатора у випадку, коли регульований параметр –напруга –має ненормоване значення і для її повернення в зону нечутливості за традиційними підходами потрібен тривалий час.

У формулах (11) та (12): Кm –коефіцієнт трансформації трансформатора з пристроєм РПН; u(t) –регулювальна дія, яка формується регулятором; uн.з, uв.з –нижня і верхня границі його зони нечутливості, які задаються з умов надійності; Uу –уставка регулятора, яка відповідає номінальній напрузі Uном на шинах підстанції; U(t) –поточне значення цієї напруги; Imin–струм, що знімається з шин підстанції в режимі мінімуму навантаження; I(t) –поточне значення цього струму; Uн.н –напруга на шинах низької напруги трансформатора; Ui –напруга, що індукується в обмотці високої напруги трансформатора при підключенні і-го відгалуження; К –коефіцієнт передачі блоку, що формує регулювальну дію, яка характеризує чутливість регулятора;

(11)

К –коефіцієнт, який визначає нахил характеристики зустрічного регулювання; з – час затримки сигналу;– похідна обвідної контрольованої напруги;

(12)

U = Uв.з –Uном = Uном – Uн.з; Uв.з, Uн.з –напруга електричної мережі, яка відповідає верхній і нижній границям зони нечутливості регулятора, що задається з умов надійності; uв.з1, uн.з1 –верхня і нижня границі зони нечутливості, обумовленої якістю регулювання напруги; tрег –час регулювання, на протязі якого значення напруги повертається в зону нечутливості, обумовлену надійністю роботи системи.

В роботі показано, що коли умову (12) математичної моделі (11) доповнити виразом З ≥ З, де З –затрати, пов’язані зі збитками, обумовленими неякісним електропостачанням споживачів, а З –затрати, що виникли в зв’язку з виходом з ладу трансформатора з пристроєм РПН, то це дозволить зменшити кількість перемикань пристрою РПН та збільшити надійність його роботи. Надійність роботи системи регулювання напруги в цілому при цьому не знижується, оскільки ту ж кількість відгалужень пристрою РПН треба перемикати, щоб при зустрічному регулюванні напруга ввійшла в допустимі межі.

Також запропоновано метод та математичну модель, що передбачають одночасне підвищення і якості, і надійності електропостачання споживачів електричної енергії за рахунок дворівневого регулювання напруги за допомогою трансформаторів нижнього рівня, споряджених електронними швидкодіючими пристроями РПН, у споживачів та регулювання за допомогою трансформатора з традиційним пристроєм РПН районної підстанції, команда на перемикання відгалуження якому надається тільки у випадку, коли більшість систем регулювання напруги нижнього рівня вичерпали в одному напрямку свій діапазон регулювання.

(13)де Pном j – номінальна потужність j-го трансформатора нижнього рівня; n – кількість трансформаторів нижнього рівня; mнj, mвj – коефіцієнти, які характеризують вичерпання діапазону регулювання j-м трансформатором нижнього рівня при регулюванні напруги в сторону її збільшення або зменшення відповідно.

Коефіцієнти

(14)

де  uII(t) – поточне значення напруги на шинах низької напруги трансформатора нижнього рівня; uIIн.з, uIIв.з – напруги, що відповідають нижній і верхній границям зони нечутливості трансформатора нижнього рівня; IIз – час затримки при виході сигналу регулятора нижнього рівня за зону регулювання.

Для КЄС з метою підвищення надійності роботи ЕМ в роботі запропоновано метод, який передбачає прискорене налагодження реактора для гасіння дуги (РГД) в квазірезонанс з ЕМ у випадку, коли керування цим реактором здійснюється за фазовим принципом або з використанням цифрової моделі (ЦМ) ЕМ. Математичні моделі, які використані в зазначеному методі, мають вигляд

(15)

де оп –фаза опорної напруги; зм –фаза напруги зміщення нейтралі;  –різниця фаз, що несе інформацію про відхилення від компенсації; U - сигнал, що характеризує відхилення; f і f –функції, що зв’язують відповідні параметри; min –допустиме відхилення від повної компенсації; tрег –час переходу від одного усталеного стану до іншого; tmax –найбільший можливий час переходу з одного стану в інший за умови працездатності тракту регулювання, та

(16)

де ILРГД –індуктивний струм РГД, який залежить від станів  конденсаторів Cj (підключені до РГД чи відключені від нього); m –загальна кількість конденсаторів, що з’єднані з РГД; ICЕМ –ємнісний струм ЕМ, який визначається попередньо і залежить від станів високовольтних вимикачів  (ввімкнені чи вимкнені) розподільчого пристрою електростанції чи підстанції; n –загальна кількість вимикачів розподільчого пристрою, якими здійснюється комутація кабельних ліній ЕМ; ΔI –різниця струмів, яка вказує на відхилення від компенсації; f і f –функції, що зв’язують відповідні параметри; Imin –допустиме відхилення від повної компенсації; tрег –час переходу від одного усталеного стану до іншого; tmax –найбільший можливий час переходу з одного стану в інший за умови працездатності тракту регулювання.

Слід зазначити, що запропоновані математичні моделі орієнтовані на КЄС ЕМ з використанням модернізованого РГД типу ЗРОМ, в якому індуктивний струм змінюється за рахунок підключення до його вторинної додаткової обмотки конденсаторів різної ємності, керування якими здійснюється відповідним регулятором.

Очевидно, що запропоновані математичні моделі передбачають діагностування регулювального тракту з метою підвищення надійності процесу КЄС, налагодження регуляторів яких здійснюється в нормальному режимі роботи ЕМ.

Для КЄС в ЕМ розімкнутої конфігурації в роботі запропонована ЦМ ЕМ у вигляді матриці, яка пов’язує значення ємнісного струму ЕМ в залежності від кількості ввімкнених вимикачів, а, отже, і ввімкнених ліній, зі значенням індуктивного струму РГД, який формується в залежності від кількості конденсаторів, що підключені до його вторинної обмотки.

Налагодження РГД з ЕМ для КЄС здійснюється згідно умови

(17)

а керувальна дія визначається числом

(18)

яке після округлення і перетворення в двійковий код відповідає стовпчику матриці ЦМ ЕМ. Зазначимо, що у виразах (17) та (18) ILmax –максимальний індуктивний струм РГД;  - ємнісний струм l-ї лінії ЕМ; qlj –ознака стану l-ї лінії (ввімкнена чи вимкнена) в j-й момент часу; n –кількість ліній ЕМ; k –коефіцієнт трансформації РГД; yij –бінарний сигнал керування i-м каналом РГД в j-й момент часу; ici –ємнісний струм i-го конденсатора, підключеного до РГД; m –кількість каналів керування РГД; z - значення кроку дискретизації зміни індуктивного струму РГД по додатковій обмотці.

Обчисливши таким чином всі відповідні значення, що формують керувальну дію РГД для кожного стану вимикачів, знаходять матрицю параметрів ЦМ ЕМ.

У четвертому розділі синтезовані структури пристроїв для діагностування вищезазначеного силового електрообладнання. Показано, що не існує формальних підходів, які б дозволяли синтезувати структури пристроїв, сигнали в які поступають по аналогових вимірювальних трактах. Очевидно, що кожен пристрій повинен мати необхідну кількість сенсорів та нормуючих первинних перетворювачів, які забезпечують вимірювання необхідних параметрів об’єкта діагностування, і обчислювач, який реалізує кожну відповідну математичну модель.

Обґрунтовано застосування математичного апарату секвенцій для побудови обчислювачів ресурсу згідно математичних моделей об’єктів діагностування і запропоновано до використання метод синтезу структур пристроїв з використанням цього математичного апарату.

В роботі синтезовано пристрої для діагностування ПВВ, групи високовольтних вимикачів за однопараметричною математичною моделлю, пристрої для діагностування високовольтних вводів за кількістю осадку на внутрішній поверхні вводів та за рівнем ЧР в ізоляції, пристрої для діагностування силових статичних конденсаторів за тепловим та електричним старінням, в тому числі для конденсаторів в однофазному та трифазному виконанні, пристрій для діагностування розрядників та ОПН.

Як приклад, покажемо процес синтезу пристрою для діагностування ПВВ. Для такого вимикача на основі формального опису процесу діагностування складається граф функціонування обчислювача ресурсу, що зображений на рис.1.

Рис. 1. Граф функціонування обчислювача ресурсу пристрою діагностування ПВВ

На підставі цього графа складається система секвенцій, яка після застосування правил мінімізації перетворюється до вигляду

(19)

Введені позначення відповідають: I та I - перше та друге значення струму, що перевищує номінальний робочий; P та P - перше та друге значення тиску стисненого повітря; N - сигнал, який свідчить про здійснення комутації ПВВ; Т і  - тригер та часова затримка для задавання імпульсів, які відповідають спрацюванню робочого ресурсу ПВВ при комутаціях струмів, значення яких не перевищують номінальний робочий; Т, Т, Т і Т - тригери фіксації першого і другого значень струмів, які перевищують номінальний робочий, та фіксації першого і другого значень тиску стисненого повітря відповідно; Т - тригер з двома затримками  і  сигналу, що моделюють генератор імпульсів; Т, Т, Т і Т - тригери врахування вагових коефіцієнтів; Т - тригер формування сигналу закінчення циклу;  - затримка сигналу, яка запобігає помилковим спрацьовуванням пристрою; R - сигнал переходу пристрою в початкове положення; Y та Y - вихідні сигнали пристрою, якими враховується спрацювання робочого ресурсу ПВВ при струмах, менших та більших номінального робочого, відповідно; S - S –стани обчислювача ресурсу пристрою, що відповідають формальному опису процесу діагностування ПВВ.

За отриманим секвенціальним описом (19) синтезована структура пристрою для діагностування ПВВ, яка з врахуванням промислової елементної бази втілена в схему, показану на рис. 2.

Рис. 2. Структурна схема пристрою діагностування ПВВ

На схемі: 1 –сенсор струму; 2,3 –компаратори; 4,5 –тригери; 6,7 –елементи ВИКЛЮЧНЕ АБО; 8 –сенсор тиску стисненого повітря; 9,10 –компаратори; 11,12 –елементи І; 13,14 –тригери; 15,16 - елементи ВИКЛЮЧНЕ АБО; 17 –елемент НІ; 18 –елемент І; 19 –сенсор комутації; 20 –диференціювальний елемент; 21 –елемент АБО; 22 –ресурсний лічильник імпульсів; 23 –генератор імпульсів; 24 –елемент І; 25 –блок установки нуля; 26 –формувач сигналу; 27 –елемент АБО; 28 –блок затримки сигналу; 29 –лічильник імпульсів; 30,31,32 –елементи НІ; 33,34,35,36 –елементи І; 37 –елемент АБО.

Аналогічним чином синтезовано пристрій для діагностування високовольтних вводів по рівню ЧР, структурна схема якого наведена на рис. 3.

На схемі: 1 - сенсор температури верхніх прошарків олії; 2 - сенсор температури навколишнього повітря; 3,4 - перетворювачі температури в постійну напругу; 5 - аналоговий суматор; 6 - функціональний перетворювач; 7 - сенсор напруги; 8 - перетворювач змінної напруги в постійну; 9 –пристрій вибірки-зберігання аналогових сигналів; 10 - 14 - функціональні перетворювачі; 15 - 19 –масштабуючі підсилювачі; 20 - аналоговий суматор; 21 - блок множення; 22 - АЦП; 23, 24 - регістри; 25 - цифровий суматор; 26 - блок задання ресурсу по швидкості зміни концентрації; 27 - цифровий суматор; 28 - блок задання ресурсу по концентрації; 29 - регістр; 30, 31 - цифрові компаратори; 32 - регістр; 33 - логічний елемент І; 34, 36 - індикатори; 35 - логічний елемент АБО; 37 - генератор імпульсів; 38 - лічильник імпульсів; 39 - дешифратор; 40 - блок установки нуля.

Обмежений обсяг автореферату не дає змоги показати всі секвенціальні описи та пристрої, що синтезовані в роботі у відповідності до запропонованих математичних моделей.

В п’ятому розділі з використанням математичного апарату секвенцій та на основі розроблених математичних моделей синтезовані структури регуляторів систем автоматичного керування силовим електрообладнанням з метою підвищення якості та надійності електропостачання споживачів електроенергії.

Для підвищення якості напруги в роботі згідно математичної моделі закону керування, що дозволяє з мінімальною часовою затримкою при виході напруги за межі допустимих значень здійснювати її повернення в зону нечутливості, запропонована реалізація регулятора, яка є доповненням до структури регулятора АРКТ-1 і яка синтезована у відповідності до мінімізованої системи секвенцій (20)

в якій прийняті такі позначення: y – y - вихідні змінні, які відповідають положенню пристрою РПН на відповідному відгалуженні силового трансформатора; Т - Т –тригери запам’ятовування станів системи, що відповідають вихідним змінним; Т і Т - тригери запам'ятовування знака відхилення напруги;  –час, обумовлений відстроюванням від короткочасних стрибків напруги в ЕМ;  –час, обумовлений закінченням перехідних процесів в ЕМ при комутації відгалужень трансформатора пристроєм РПН.

Структурна схема регулятора для керування силовим трансформатором з пристроєм РПН, яка реалізує (20), представлена на рис. 4. На схемі: 1 – перетворювач змінної напруги в постійну; 2, 3 – тригер Шмідта; 4, 11, 12 – логічний елемент АБО; 5, 9 – блок затримки сигналу; 6, 7 – логічний елемент І; 8 – логічний елемент НІ; 10 –регулятор АРКТ-1; 13 – пристрій РПН силового трансформатора.

Аналогічним чином синтезована структурна схема блока прийняття рішення (БПР) дворівневої системи регулювання напруги, основною задачею якого є формування сигналу для регулятора АРКТ-1 у випадку, коли більшість трансформаторів нижнього рівня вичерпали свій можливий діапазон регулювання напруги в одному напрямку регулювання. Одна із реалізацій каналу БПР зображена на рис. 5. На схемі: 1 – регістр зсуву; 2 – одновібратор з прямим динамічним входом; 3 –керований генератор імпульсів; 4 – елемент І; 5 – лічильник імпульсів.

Слід зазначити, що сигнали V, V та V подаються в БПР з регуляторів нижнього рівня, а сигнал Н формується в каналі регулятора АРКТ-1 за умови, коли значення напруги на шинах нижньої напруги трансформатора з РПН виходить за межі зони нечутливості.

В роботі показано, що застосування дворівневої системи регулювання напруги дозволяє підвищити і якість, і надійність електропостачання.

Для підвищення надійності електропостачання з метою КЄС ЕМ розімкнутої конфігурації в роботі запропонований пристрій, граф функціонування якого зображений на рис. 6.

В цьому графі прийняті позначення

(21)

які розшифровуються таким чином: S –S –стани роботи пристрою КЄС; Q і Q - два високовольтні вимикачі, які можуть мати різні стани і через які підключені лінії ЕМ; q та - сигнали, що відображають збільшення або зменшення індуктивного струму контуру компенсації; у, у, у –сигнали керування конденсаторами, що підключені до вторинної обмотки РГД; х або  - сигнали наявності або відсутності замикання в ЕМ;  –затримка на перемикання, обумовлена оперативними перемиканнями та аварійними відключеннями в ЕМ;  та  –затримки на перемикання при зміні струму РГД.

Після мінімізації система секвенцій, яка витікає із графа, приведеного на рис. 6, матиме вигляд

(22)

що дозволяє безпосередньо побудувати структуру пристрою автоматичного керування процесом КЄС, схема якого з врахуванням промислової елементної бази зображена на рис. 7. На схемі: 1 –ЕМ; 2 –приєднувальний трансформатор, 3 –РГД; 4 –основна обмотка РГД; 5 –додаткова обмотка РГД; 6 –ЦМ ЕМ; 7, 8 – блок-контакти вимикачів; 9 –цифровий компаратор; 10 –логічний елемент АБО; 11 –блок затримки сигналу; 12 – генератор імпульсів; 13, 14–логічні елементи І; 15 –реверсивний лічильник імпульсів; 16 –електронні ключі; 17 –конденсатори; 18 –компаратор контролю значення напруги зміщення нейтралі.

Рис.7. Структурна схема пристрою автоматичного керування
процесом КЄС мереж розімкненої конфігурації

В роботі також обґрунтована необхідність і здійснена реалізація регулятора системи КЄС, який містить тракт перевірки працездатності як регулятора, так і всього контуру КЄС ЕМ.

Шостий розділ присвячений визначенню похибок синтезованих пристроїв за помилками першого і другого роду, а також за методами мінімального ризику і мінімакса.

В роботі показано, що процес визначення залишкового робочого ресурсу високовольтного комутаційного апарата підпорядковується Бета-розподілу. Згідно методу мінімального ризику отримано вираз

(23)

який дозволяє за відповідними значеннями струму комутації іном знаходити оптимальні вагові коефіцієнти для налагодження пристрою діагностування високовольтних вимикачів. У виразі (23) прийняті такі позначення: Р та Р –апріорні імовірності, що відповідають справному та дефектному станам об’єкта; С –ціна, пов'язана з витратами на проведення зайвої профілактики; С –ціна, що визначається витратами по ліквідації аварії і вартістю збитку від недовідпуску електроенергії; n –кількість комутацій, що відповідає нормальній роботі вимикача при певному значенні струму; n - кількість комутацій вимикача, що призводить до його відмови при тому ж значенні струму; mi = N –ni, де i=1,2; N –ресурс високовольтного вимикача при базовому (номінальному робочому) струмі комутації; Г( ) –Гамма-функція різних аргументів.

Також методом мінімакса здійснено розв’язок задачі, аналогічної попередній, коли в ранг параметра, крім струму, переходить і невідома імовірність справного стану вимикача.

Для регулятора системи КЄС, який працює за фазовим принципом, в роботі оцінена похибка квантування цифрового фазометра миттєвих значень кф згідно співвідношення

(24)

де f –частота квантуючих імпульсів; fx –частота вхідних сигналів: лінійної напруги Uл та напруги зміщення нейтралі U; л –фаза сигналу лінійної напруги;  –фаза сигналу напруги зміщення нейтралі; k, k –коефіцієнти підсилення трактів подачі відповідних напруг в регулятор.

В дисертації доведено, що похибка вимірювання зсуву фаз від частоти сигналу квантування та частоти напруги ЕМ не перевищує 1%.

Сьомий розділ присвячено створенню математичних моделей для діагностування високовольтних вводів з використанням математичного апарату нечітких множин. Запропонована апаратна реалізація створених математичних моделей. Шляхом комп’ютерного моделювання досліджена стійкість роботи синтезованих регуляторів систем автоматичного керування силовим електрообладнанням.

Застосування теорії нечітких множин для діагностування високовольтних вводів обумовлене тим, що традиційний підхід до діагностування не дозволяє зробити висновок про технічний стан вводів за умови, коли сукупність значень параметрів, що вимірюються, не відповідають жодному із встановлених правил.

В роботі на підставі накопиченого досвіду діагностування вводів запропонована база знань, з якої для встановлення діагнозів використано 18 вхідних параметрів з відповідними можливими діапазонами їх зміни. Зазначимо, що можливими діагнозами для вводів є: d- ввод нормально експлуатується зі звичайно прийнятою періодичністю контролю; d - ввод підлягає негайному відбракуванню; d - ввод з можливою наявністю дефекту припустимо залишити в експлуатації з періодичністю контролю не більше 1 рік, потребує уточнення діагнозу експлуатаційного стану; d- ввод з можливою наявністю дефекту припустимо залишити в експлуатації з періодичністю контролю не більше 0,5 року, потребує уточнення діагнозу експлуатаційного стану; d - ввод з можливою наявністю дефекту припустимо залишити в експлуатації з розрахунковою періодичністю контролю, потребує уточнення діагнозу експлуатаційного стану. Крім того, лінгвістичні змінні хі, і=1,2,5-7,11-17 будуються за двома термами, а змінні хj, j=3,4,8,9,10,18 –за трьома термами, кожен з яких являє собою нечітку множину яка задана відповідною функцією належності.

Логічні рівняння з врахуванням вибраних функцій належності мають вигляд

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

в яких індекси В, С, Н означають відповідно високий, середній та низький терми.

Висновок про стан ввода приймається на підставі того діагнозу, який має найбільше значення функції належності.

В дисертації наведений конкретний приклад, який дозволяє встановити технічний стан ввода у випадку, коли традиційний підхід не дає відповіді. Доведено, що традиційне діагностування вводів є окремим випадком запропонованого підходу.

Згідно отриманих математичних моделей розроблена структура пристрою для діагностування вводів з використанням теорії нечітких множин.

Дослідження стійкості роботи синтезованих систем керування силовим електрообладнанням зі змінними параметрами, оскільки вони передбачають зменшення часу реакції системи на збурення в порівнянні з відомими підходами до регулювання, реалізовано шляхом комп’ютерного моделювання. В роботі запропоновані моделі для дослідження в середовищі Matlab систем регулювання на-пруги та КЄС. Одна із структурних схем для моделювання роботи системи КЄС наведена на рис. 8, а графіки сигналів, що отримані в результаті моделювання, зображені на рис. 9.

Отримані в дисертації результати свідчать, що зменшення часу регулювання, яке обумовлено запропонованими законами керування, не погіршує роботу систем підвищення якості та надійності електропостачання.

Також в роботі розроблено метод оптимізації параметрів регулятора напруги нижнього рівня дворівневої системи регулювання напруги за критерієм мінімуму інтегралу квадрату відхилення напруги на шинах нижньої напруги від нормованого значення в залежності від характеру та величини навантаження. Схема для оптимізації параметрів регулятора (ширини зони нечутливості  та часу затримки на перемикання з) в середовищі Matlab зображена на рис. 10. В результаті моделювання отримано такі значення параметрів регулятора:  = 2%, з = 0,025 с.

Крім того, запропоновано підхід до оптимізації коефіцієнта Кп, яким в БПР задається дозвіл на перемикання відгалуження трансформатора (у виразі (13) він представлений числом 0.5), значення якого знаходиться згідно критерію мінімуму суми збитків від можливого виходу з ладу пристрою РПН силового трансформатора та збитків споживачів від низької якості напруги за формулою

(30)

в якій: С –величина втрат, обумовлених виходом трансформатора з ладу; С –величина втрат споживачів, обумовлених низькою якістю напруги; з –час затримки регулятора АРКТ-1 районної підстанції;  –значення зони нечутливості регулятора районної підстанції; Г(1) –Гамма-функція від одиниці; Kj –ваговий коефіцієнт j-ї підстанції нижнього рівня; Uj(t) –поточне значення напруги на шинах j-ї підстанції нижнього рівня; Ujном –номінальне значення напруги на шинах j-ї підстанції нижнього рівня; t – t –інтервал спостереження.

Аналогічним чином запропоновано підхід для оптимального налагодження регулятора системи КЄС з врахуванням зони нечутливості та часу затримки на перемикання за критерієм мінімуму втрат, обумовлених надійністю системи КЄС та якістю напруги. У відповідності до проведених розрахунків видно (рис. 11), що існує явний мінімум запропонованого критерію, причому при збільшенні ширини зони нечутливості оптимум зміщується в бік менших значень (    ).

У восьмому розділі здійснена мікропроцесорна реалізація синтезованих в роботі пристроїв та розроблені алгоритми їх роботи. Обґрунтовано застосування сучасних мікроконтролерів в системах діагностування та автоматичного керування силовим електрообладнанням. Показано, що в кожній із запропонованих мікропроцесорних систем реалізовані відповідні математичні моделі, які розроблені в дисертації, для діагностування або автоматичного керування відповідним силовим електрообладнанням. Структурна схема мікропроцесорної системи діагностування групи високовольтних вимикачів зображена на рис. 12, а алгоритм її функціонування –на рис. 13.

Рис. 12. Структурна схема системи діагностування високовольтних вимикачів

На схемі: 1 –сенсор струму; 2 - сенсор тиску стисненого повітря; 3 - нормуючий перетворювач; 4 –сенсор комутації; 5 –комутатор аналогових сигналів; 6 –цифровий комутатор; 7 - мікроконтролер; 8 –формувач сигналу синхронізації з ЕМ; 9 - блок індикації та клавіатури; 10 - блок узгодження та оптичної розв’язки сигналів.

Кожна із розроблених мікропроцесорних систем містить окрім мікроконтролера необхідну кількість сенсорів та первинних перетворювачів (що відповідають закладеним в них математичним моделям), сигнали з яких через комутатори подаються в мікроконтролер. У випадку, коли необхідно зберігати збільшені масиви даних, у відповідну систему діагностування вводиться додаткова пам’ять, що обґрунтовано у роботі.

Аналогічним чином реалізовані і регулятори систем керування силовим електрообладнанням, особливістю якого є змінність параметрів. Структурна схема мікропроцесорного регулятора системи КЄС зображена на рис. 14, а алгоритм її функціонування –на рис. 15.

Рис. 13. Структурна схема алгоритму роботи системи діагностування високовольтних вимикачів

На схемі: 1 –сенсор лінійної напруги; 2 –сенсор напруги зміщення нейтралі; 3 –нормуючий перетворювач; 4 –компаратор; 5 –компаратор аварійного сигналу; 6 –сенсор комутації; 7 –нормуючий перетворювач; 8 –цифровий комутатор; 9 –мікроконтролер; 10 –блок індикації та клавіатури; 11 –блок зв’язку з ПЕОМ верхнього рівня.

Рис. 14. Структурна схема мікропроцесорного регулятора системи КЄС

Рис. 15. Структурна схема алгоритму роботи мікропроцесорного регулятора системи КЄС

У висновках сформульовано основні результати дисертаційних досліджень.

Додатки містять прикладні програми, реалізовані в середовищі MathCad 7.0 Pro, для побудови ресурсних характеристик ПВВ, приклади розрахунків згідно розроблених математичних моделей, таблиці параметрів для діагностування вводів з використанням теорії нечітких множин, таблиці та програми для розрахунків по оптимізації параметрів, акти впровадження результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі на основі виконаних автором досліджень започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні та інженерно-технічні засади в питаннях діагностування та автоматичного керування силовим високовольтним електрообладнанням, завдяки чому вирішена науково-прикладна проблема, яка має важливе народногосподарське значення і полягає у створенні нового класу автоматизованих засобів визначення залишкового робочого ресурсу основного силового високовольтного електрообладнання та його автоматизації з метою підвищення якості і надійності електропостачання споживачів електроенергії.

В теоретичному аспекті розроблено засади діагностування та автоматичного керування силовим високовольтним електрообладнанням, які включають методи діагностування силового електрообладнання, математичні моделі для визначення залишкового робочого ресурсу цього ж обладнання, методи синтезу пристроїв, що використовують ці моделі, математичні моделі та методи регулювання параметрів електричної мережі, які здатні забезпечити підвищення якості та надійності електропостачання, а також метод синтезу регуляторів, що використовують ці моделі.

В інженерно-технічному аспекті розроблено нові алгоритми, структурні схеми пристроїв діагностування та автоматичного керування силовим високовольтним електрообладнанням, функціональні схеми мікропроцесорних засобів діагностування та автоматичного керування силовим електрообладнанням.

При цьому експериментальні дослідження дозволили підтвердити коректність постановки задачі і математичних методів, використаних при доведенні основних наукових положень.

Отже, основні наукові та прикладні результати роботи полягають в наступному:

. Проаналізовано відомі методи та засоби діагностування і автоматичного керування силовим високовольтним електрообладнанням та теоретичні підходи, що покладено в основу їх побудови. Зроблено висновок, що на сучасному етапі розвитку теорії та техніки актуальним і перспективним є створення нових методів та засобів автоматизованого діагностування і автоматичного керування силовим електрообладнанням.

2. Вперше створено теоретичні засади діагностування силового високовольтного електрообладнання, які включають методи неперервного діагностування силового високовольтного електрообладнання, що передбачають визначення залишкового робочого ресурсу з врахуванням опосередкованих параметрів. Вказані методи відрізняються від відомих використанням нових інформативних параметрів, що підвищує точність у визначенні залишкового робочого ресурсу силового електрообладнання.

3. Вперше розроблено математичні моделі для визначення залишкового робочого ресурсу високовольтних вимикачів (в тому числі і повітряних), високовольтних вводів, силових косинусних конденсаторів, розрядників та обмежувачів перенапруги. Вказані моделі характеризуються високою точністю у визначенні залишкового робочого ресурсу силового електрообладнання. Доведено адекватність запропонованих моделей.

4. Дістав подальший розвиток метод синтезу структурних схем елементів і пристроїв діагностування та автоматичного керування силовим електрообладнанням із застосуванням математичного апарату секвенцій. На відміну від відомих, запропонований метод дозволяє отримувати мінімізовані структури безпосередньо з аналітичних виразів. Це дозволяє автоматизувати процес проектування структур пристроїв та регуляторів, що і призвело до створення нового класу пристроїв.

5. Дістали подальший розвиток теоретичні засади автоматичного керування силовим електрообладнанням з метою підвищення якості та надійності електропостачання споживачів електроенергії, які включають в себе математичні моделі законів регулювання для здійснення керування об’єктами зі змінними параметрами. На відміну від відомих запропоновані вищезазначені закони регулювання дозволяють забезпечити підвищення одночасно і якості, і надійності електропостачання.

. Дістала подальший розвиток методологія діагностування високовольтних вводів із застосуванням теорії нечітких множин, що дозволяє приймати рішення про технічний стан високовольтних вводів у випадку, коли традиційна діагностика неспроможна встановити чи підтвердити відповідний діагноз.

7. Дістали подальший розвиток методи оптимізації параметрів систем автоматичного керування силовим електрообладнанням за критерієм мінімального відхилення регульованого параметра і критерієм мінімуму грошових збитків. Вказані методи на відміну від відомих дозволяють отримувати оптимальні параметри регуляторів для роботи систем, які одночасно підвищують і якість, і надійність електропостачання.

8. Дістали подальший розвиток алгоритмічне і апаратне забезпечення систем діагностування силового електрообладнання та регуляторів систем регулювання параметрів об’єктів зі змінним коефіцієнтом передачі, які реалізують запропоновані моделі діагностування електрообладнання та автоматичного керування обладнанням зі змінними параметрами.

. Впровадження розроблених апаратного та програмного забезпечення дозволили експериментально пересвідчитись в коректності та адекватності використаних підходів до побудови систем діагностування та автоматичного керування силовим електрообладнанням.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Грабко В.В., Мокін Б.І. Моделі та системи технічної діагностики високовольтних вимикачів: Монографія.–Вінниця:УНІВЕРСУМ-Вінниця, 1999.–с.

. Грабко В.В. До питання побудови ресурсних характеристик повітряних високовольтних вимикачів // Вісник ВПІ. –. - №4. –С.61-65.

. Грабко В.В. Математична модель повітряних високовольтних вимикачів у задачі їх діагностування // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Електроенергетичні та електромеханічні системи. –. - № 449. –С. 72 - 75.

. Мокін Б.І., Грабко В.В., Дінь Тхань В'єт Математична модель для визначення вологовмісту маслонаповнених негерметичних вводів // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1995.- № 2.- С. 47-49.

. Мокін Б.І., Грабко В.В., Дінь Тхань В'єт Математична модель для діагностики герметичних вводів з паперово-олійною ізоляцією конденсаторного типу // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1995.- № 3.- С. 36-38.

6. Мокин Б.И., Грабко В.В., Динь Тхань Вьет Математические модели и информационно-измерительные системы для технической диагностики трансформаторных вводов. –Винница:“УНІВЕРСУМ-Вінниця”, 1997. –с.

7. Грабко В.В., Боцула М.П. Методи та інформаційно-вимірювальні системи для технічної діагностики силових косинусних конденсаторів. Монографія. –Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2003. –с.

. Мокін Б.І., Грабко В.В., Дінь Тхань В'єт Математична модель для визначення строку служби герметичних вводів з паперово-олійною ізоляцією силових трансформаторів // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1995.- № 4.- С. 34-38.

9. Грабко В.В. Информационно-измерительная система для оценки рабочего ресурса высоковольтных вводов силовых трансформаторов // Управляющие системы и машины. –. - №3. –С.11-15.

10. Грабко В.В., Боцула М.П. Модель для оцінки стану косинусних конденсаторів // Вісник ВПІ. –. - №2. –С.53-56.

. Грабко В.В., Боцула М.П. Метод електротеплової аналогії в математичній моделі діагностування стану силового конденсатора. // Вестник Херсонского государственного технического университета. Вып.2(8). - Херсон: ХГТУ, 2000. - C.83-85.

. Грабко В.В., Боцула М.П. Математическая модель для определения срока службы силовых конденсаторов с бумажно-масляной изоляцией // Физико-технические и технологические приложения математического моделирования. Сб. науч. тр. –Киев: Ин-т математики НАН Украины.  –. –С.66-68.

13. Грабко В.В., Попроцький В.В. Математична модель для визначення залишкового робочого ресурсу розрядників та пристрій для її реалізації // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. –Кременчук: КДПУ, 2002. –Вип. 1(12). –С.364 –.

. Мокін Б.І., Грабко В.В., Львов І.Ю. До питання підвищення ефективності регулювання напруги в електричних мережах // Вісник ВПІ. –. - №3. –С.32-35.

. Мокін Б.І., Грабко В.В., Львов І.Ю. Комп’ютерне моделювання системи регулювання напруги в електричних мережах // Проблемы создания новых машин и технологий. Сборник научных трудов Кременчугского государственного политехнического института, выпуск 2. –Кременчуг: КГПИ. –. –С.143-146.

16. Грабко В.В. До питання регулювання напруги в електричних мережах // Проблемы создания новых машин и технологий. Сборник научных трудов Кременчугского государственного политехнического института, выпуск 2. –Кременчуг: КГПИ. –. –С.73-75.

17. Грабко В.В. Ієрархічна система регулювання напруги в електричних мережах // Гірнича електромеханіка та автоматика. –Дніпропетровськ: НГА України. –. - № 64. - С. 13–.

. Мокін Б.І., Грабко В.В., Костюк Г.В. Система автоматичної компенсації ємнісних струмів з цифровою моделлю електричної мережі // Праці V-ої Української конф. з автоматичного управління "Автоматика - 98". –Частина 1.- Київ:НТУУ "КПІ". –. –С.280-287.

. Грабко В.В. Регулятор системи автоматичної настройки компенсації ємнісних струмів з цифровою моделлю електричної мережі // Вісник Харківського державного політехнічного університету. Збірка наукових праць. Тематичний випуск 113. –Харків, ХДПУ. –. - С. 184 –185.

20. Грабко В.В. Синтез структури інформаційно-вимірювальної системи для діагностування повітряних високовольтних вимикачів // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Збірка наукових праць. Тематичний випуск 10. –Харків, НТУ “ХПІ”. –. - С. 388 –.

. Грабко В.В. Синтез структури інформаційно-вимірювальної системи для діагностики групи високовольтних вимикачів // Наукові вісті Національного технічного університету “Київський політехнічний інститут”. –001. - № 3. –С. 22 –.

. Грабко В.В., Боцула М.П. Синтез структури інформаційно-вимірювальної системи для діагностики силових конденсаторів // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПИ. Вып. 1/2000 (8) - Кременчуг: КГПИ, 2000. - С.172-176.

23. Грабко В.В., Попроцький В.В. Синтез структури системи для контролю робочого ресурсу розрядників // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Збірник наукових праць. Тематичний випуск 12. –Харків, НТУ “ХПІ”. –. - С.248-250.

. Грабко В.В., Львов І.Ю. Про один метод синтезу регулятора напруги для силових трансформаторів з пристроями РПН // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергетика, выпуск 4. - Донецк: ДонГТУ. –. –С.258-262.

25. Грабко В.В. До питання синтезу ієрархічної системи регулювання напруги в електричних мережах // Науковий вісник Національної гірничої академії України. –. - № 6. - С. 95 –.

. Грабко В.В., Львов І.Ю. Синтез структури блоку прийняття рішення ієрархічної системи регулювання напруги // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды Кременчугского государственного политехнического университета, выпуск 2. –Кременчуг: КГПУ. –00. – С.65 - 68.

. Грабко В.В., Костюк Г.В. Застосування цифрової моделі радіальної електричної мережі в системі автоматичної компенсації ємнісних струмів // Вимірювальна та обчислювальна техніка. –. - №3. –С.84-88.

. Грабко В.В. До питання реалізації регуляторів систем автоматичної настройки компенсації ємнісних струмів // Гірнича електромеханіка та автоматика. –Дніпропетровськ: НГА України. –. - № 65. - С. 21 –.

. Грабко В.В. Діагностування високовольтних вводів силового електрообладнання із застосуванням теорії нечітких множин // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Електроенергетичні та електромеханічні системи. –. - №400. –С.30-38.

30. Мокін Б.І., Грабко В.В., Костюк Г.В. Дослідження процесів в системі автоматичної компенсації ємнісних струмів шляхом комп’ютерного моделювання // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1997.- № 2.- С. 49-53.

31. Боцула М.П., Грабко В.В., Мокін Б.І. Метод та інформаційно-вимірювальна система для діагностування батарей статичних конденсаторів // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Методи і засоби технічної діагностики. - Івано-Франківськ: ІФДТУНГ "Факел". - №36 (том 8). - 1999. - С.195-201.

. Пат. 50549А Україна, МКИ G 07 C 3/10. Пристрій для контролю ресурсу повітряних високовольтних вимикачів: Пат. 50549А Україна, МКИ G 07 C 3/10 / Б.І. Мокін, В.В. Грабко, О.Б. Мокін, В.В. Грабко (Україна); Державний департамент інтелектуальної власності. - № 2002021037; Заявл. 08.02.02; Опубл. 15.10.02, Бюл. № 10. –с.

. Пат. 57331А Україна, МКИ G 07 C 3/10. Пристрій для контролю ресурсу групи повітряних високовольтних вимикачів: Пат. 57331А Україна, МКИ G 07 C 3/10 / Б.І. Мокін, В.В. Грабко, О.Б. Мокін, В.В. Грабко (Україна); Державний департамент інтелектуальної власності. - № 2002086937; Заявл. 23.08.02; Опубл. 16.06.03, Бюл. № 6. –с.

34. Устройство для контроля ресурса коммутационных аппаратов: А.с. 1785018. СССР, МКИ G 07 С 3/10 / Б.И. Мокин, В.В. Грабко, Н.А. Головатюк. - № 4911770/24; Заявлено 15.02.91; Опубл. 30.12.92, Бюл. № 48.-5с.

35. Пат. 22225А Україна, МКИ G 07 С 3/10. Пристрій для контролю ресурсу групи комутаційних апаратів: Пат. 22225А Україна, МКИ G 07 С 3/10 / Б.І. Мокін, В.В. Грабко, С.В. Юхимчук (Україна); Держпатент. - № 95073204; Заявл. 10.07.95; Опубл. 30.06.98, Бюл. № 3. –с.

. Пат. 34266А Україна, МКИ G 07 С 3/10. Пристрій для контролю ресурсу комутаційних апаратів: Пат. 34266А Україна, МКИ G 071 С 3/10 / В.В. Грабко (Україна); Державний департамент інтелектуальної власності. - № 99063432; Заявл. 18.06.99; Опубл. 15.02.01, Бюл. № 1. –с.

37. Пат. 36250А Україна, МКИ G 07 C 3/10. Пристрій для контролю ресурсу групи комутаційних апаратів: Пат. 36250А Україна, МКИ G 07 C 3/10 / Б.І. Мокін, В.В. Грабко, О.Б. Мокін, В.В. Грабко (Україна); Державний департамент інтелектуальної власності. - № 99116365; Заявл. 23.11.99; Опубл. 16.04.01, Бюл. № 3. –с.

. Пат. 23192A Україна, МКИ G 01 R 31/06. Пристрій для вимірювання спрацювання силових трансформаторів: Пат. 23192 Україна, МКИ G 01 R 31/06 / Б.І.Мокін, В.В.Грабко, Дінь Тхань В’єт  (Україна); Державне патентне відомство. - №96083226; Заявл. 12.08.96; Опубл. 31.08.98, Бюл. №4. –с.

. Пат. 34253А Україна, МКИ G 01 R 31/06. Пристрій для вимірювання спрацювання силових трансформаторів: Пат. 34253А Україна, МКИ G 01 R 31/06 / Б.І. Мокін, В.В. Грабко (Україна); Державний департамент інтелектуальної власності. - № 99063415; Заявл. 18.06.99; Опубл. 15.02.01, Бюл. №1. –с.

. Пат. 58116А Україна, МКИ G 01 R 17/12. Пристрій для контролю робочого ресурсу силових статичних конденсаторів: Пат. 58116 Україна, МКИ G 01 R 17/12 / Б.І.Мокін, В.В.Грабко, М.П.Боцула (Україна); Державне патентне відомство. - №2002107906; Заявл. 04.10.02; Опубл. 15.07.03, Бюл. №7. –с.

. Пат. 35143 А Україна, МКІ G 01 R 31/00. Пристрій для контролю робочого ресурсу силових статичних конденсаторів / Мокін Б.І., Грабко В.В., Боцула М.П. (Україна). - № 99084751; Заявлено 20.08.99; Опубл. 15.03.2001, Бюл. №2. –с.

. Пат. 55812А Україна, МКИ G 07 C 3/10. Пристрій для контролю ресурсу вентильних розрядників: Пат. 55812 Україна, МКИ G 07 C 3/10 / Б.І.Мокін, В.В.Грабко, В.В.Попроцький (Україна); Державне патентне відомство. - №2002075355; Заявл. 01.07.02; Опубл. 15.04.03, Бюл. №4. –с.

43. Устройство для контроля ресурса коммутационных аппаратов: А.с. 1791835. СССР, МКИ G 07 С 3/10 / Б.И. Мокин, Н.А. Головатюк, В.В. Грабко. - № 4912292/24; Заявлено 15.02.91; Опубл. 30.01.93, Бюл. № 4.-3с.

44. Пат. 35207А Україна, МКИ Н 02 Р 13/06. Регулятор напруги для силових трансформаторів: Пат. 35207А Україна, МКИ Н 02 Р 13/06 / Б.І. Мокін, В.В. Грабко, І.Ю. Львов (Україна); Державний департамент інтелектуальної власності. - № 99094925; Заявл. 03.09.99; Опубл. 15.03.01, Бюл. № 2. –с.

. Пат. 53220А Україна, МКИ Н 02 Н 9/08. Пристрій для автоматичної настройки реактора для гасіння дуги: Пат. 53220 Україна, МКИ Н 02 Н 9/08 / Б.І.Мокін, В.В.Грабко, О.Б.Мокін, В.В.Грабко (Україна); Державне патентне відомство. - №2002042764; Заявл. 08.04.02; Опубл. 15.01.03, Бюл. №1. –с.

46. Mokin B., Grabko V., Botsula M. Method of power capacitors with paper-oil isolation service life evaluation // Proc. International Conf. on Actual Problems of Measuring Technique. –Kyiv(Ukraine). - 1998. – P. 220-221.

47. Грабко В.В., Боцула М.П. Метод оцінки строка служби силових конденсаторів з паперово-олійною ізоляцією та пристрій для його реалізації // Збірка наукових праць за результатами V-ої науково-техн. конф. "Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах". –Вип. №1 –Хмельницький:НВП "Евріка" ТОВ. –. –С.44-48.

У роботах, написаних у співавторстві, дисертанту належить: у [1,4-8,10,12-15,46,47] –ідея, постановка наукових задач, розробка методів та математичних моделей; у [11] –участь у розробці математичної моделі; у [1,6,7,27,30] –створення підходу до синтезу структурних схем; у [15,18] –ідея та технічна реалізація структурних схем; у [22-24,26] –синтез структурних схем; у [31-45] –участь у розробці ідей, формул винаходів, структурних схем, алгоритмів керування.

АНОТАЦІЯ

Грабко В.В. Методи і пристрої для технічної діагностики та автоматичного керування силовим електрообладнанням. —Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 —Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. —Вінницький національний технічний університет, Вінниця, 2004.

У дисертації започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні і інженерно-технічні засади діагностування та автоматичного керування силовим високовольтним електрообладнанням, завдяки чому вирішена науково-прикладна проблема, яка має важливе народногосподарське значення і полягає у створенні нового класу автоматизованих засобів визначення залишкового робочого ресурсу силового високовольтного електрообладнання, а також у створенні засобів автоматичного керування силовим електрообладнанням, особливістю якого є змінність параметрів, з метою підвищення якості і надійності електропостачання споживачів електроенергії.

Ключові слова: високовольтне силове електрообладнання, діагностування, автоматичне керування, математична модель, робочий ресурс, якість напруги, надійність електропостачання.

АННОТАЦИЯ

Грабко В.В. Методы и устройства для технической диагностики и автоматического управления силовым электрооборудованием. —Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.05 —Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления. —Винницкий национальный технический университет, Винница, 2004.

Диссертация посвящена вопросам развития теории построения математических моделей и устройств систем диагностирования силового электрооборудования для повышения надежности работы, а также систем автоматического управления силовым электрооборудованием для повышения качества и надежности электроснабжения потребителей электроэнергии.

Во введении обоснована актуальность проблемы исследований, указана связь работы с научными программами, темами. Сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы; представлены сведения об апробации работы, публикациях и реализации результатов.

Первый раздел посвящен анализу существующих методов и средств для диагностирования и автоматического управления высоковольтным силовым электрооборудованием. Обоснованно выделены основные единицы электрооборудования, которые обеспечивают надежность электроснабжения. Показано также, что существующие методы и средства для повышения качества электроснабжения не позволяют решить возложенную на них задачу, учитывая требования времени. Обоснована необходимость поиска новых решений в области исследований.

Во втором разделе разработаны методы диагностирования и математические модели основных объектов силового высоковольтного электрооборудования, а именно: высоковольтных выключателей (в том числе и воздушных), высоковольтных вводов, силовых косинусных конденсаторов, разрядников и ограничителей перенапряжений. Созданные методы используют косвенные параметры для определения технического состояния силового электрооборудования. Доказана адекватность предложенных моделей.

Определена погрешность оценки остаточного ресурса силового электрооборудования. На конкретных примерах показано, что эта погрешность не превышает допустимые эксплуатационные нормы.

В третьем разделе разработаны методы повышения качества и надежности электроснабжения, а также математические модели законов регулирования силового электрооборудования с переменным коэффициентом передачи, которые предназначены для реализации систем регулирования с целью улучшения качества напряжения и надежности электроснабжения потребителей электроэнергии.

Повышение качества напряжения осуществляется за счет применения новых подходов к управлению силовым трансформатором с устройством регулирования под нагрузкой.

Также предложены математические модели законов управления дугогасящим реактором с целью компенсации емкостных токов путем управления модернизированным реактором типа ЗРОМ с использованием цифровой модели электрической сети разомкнутой конфигурации.

В четвертом разделе предложен метод синтеза структурных схем устройств диагностирования вышеуказанного оборудования с использованием математического аппарата секвенций.

В соответствии с методом на основе предложенных математических моделей построены графы функционирования вычислителей устройств, сформулированы и минимизированы секвенциальные описания графов. Показано, что минимизированные выражения позволяют не только перейти к структурным схемам устройств, но и получить формализованные алгоритмы роботы устройств. Причем такие алгоритмы содержат минимизированное количество шагов и удобны для программирования цифровых устройств.

В пятом разделе с использованием математического аппарата секвенций синтезированы структурные схемы регуляторов систем автоматического управления силовым электрооборудованием с целью повышения качества и надежности электроснабжения.

Для регулирования напряжения синтезирована структурная схема регулятора, реализующая предложенную математическую модель закона управления. В двухуровневой системе регулирования напряжения произведен синтез блока принятия решения, который формирует управляющий сигнал регулятору верхнего уровня в случае, когда большинство систем регулирования напряжения нижнего уровня исчерпали свой диапазон регулирования в одном направлении.

Синтезированы также структурные схемы регуляторов систем компенсации емкостных токов, в том числе с использованием цифровой модели электрической сети разомкнутой конфигурации и диагностированием тракта регулирования.

В шестом разделе произведена оценка точности синтезированных устройств с использованием ошибок первого и второго рода, методов минимального риска и минимакса.

Седьмой раздел посвящен созданию математических моделей  для диагностирования высоковольтных вводов с использованием математического аппарата нечетких множеств. Предложена аппаратная реализация разработанных математических моделей. Путем компьютерного моделирования исследована устойчивость работы синтезированных регуляторов систем автоматического управления силовым электрооборудованием. Осуществлена оптимизация параметров регуляторов напряжения и компенсации емкостных токов электрических сетей.

В восьмом разделе предложена микропроцессорная реализация синтезированных в работе устройств и разработаны алгоритмы их работы. Показано, что в каждой из разработанных микропроцессорных систем заложены математические модели, предложенные в диссертации, для диагностирования или управления соответствующим силовым электрооборудованием.

Ключевые слова: высоковольтное силовое электрооборудование, диагностирование, автоматическое управление, математическая модель, рабочий ресурс, качество напряжения, надежность электроснабжения.

ABSTRACT

Volodymyr V. Grabko. Methods and devices for technical diagnostics and automatic control of power electric equipment.- Manuscript.

Thesis for obtaining the scientific degree of Doctor of technical sciences on the speciality 05.13.05 –Elements and devices of the computer techniques and control systems. –Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, 2004.

The thesis presents the new and the developed already known theoretical and engineering –technical bases for diagnosing and automatic control of power high voltage electric equipment, which solved the scientific –applied problem of great national economic importance –creation of the new type of automatized means for determining of the residual work resources of power high voltage electric equipment as well as means for automatized control over power electric equipment, the peculiarity of which is the parameters variation, aiming at improvement of quality and reliability of electric power supply of the electric energy consumers.

Key words: high voltage power electric equipment, diagnostics, automatic control, mathematic model, work resource, voltage quality, reliability of electric power supply.

Підписано до друку 22.03.2004 р. Формат 29.742 1/4

Наклад 100 прим. Зам. №2003-021

Віддруковано в комп’ютерному інформаційно-видавничому центрі

Вінницького національного технічного університету.

м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 93. Тел.: 44-01-59

1. Градостроительная реформа в Российской Федерации Правила землепользования и застройки поселений
2.  Коренной перелом в Великой Отечественной и второй мировой войнах
3. Как влияет толщина свариваемых встык пластин на провар H при дуговой сварке Б С увеличением толщины прова
4. і Аналізом функціонування громадської думки займається спеціальна соціологічна теорія ~ соціологія гро
5. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук КИЇВ ~2
6. а Розовый красный алый капля краснокоричневогосмягчит цвет водаЯгодный алый красный краснокорич
7. провинциальными и высотнопоясными особенностями произрастания основных лесообразующих пород труднодосту
8. Курсовая работа- Сущность и типология государст
9. хозяйственной системы предприятия в целом так и каждого ее элемента
10. продолжительность жизни в мире ~ mx85 лет min25 лет в стране 68 лет грамотность взрослых в мире mx 100 min 0
11. Лекция по терапии лечение тиреотоксикоза
12. Статья 20. Права и обязанности государственных инспекторов по обеспечению единства измерений 1
13. Уголовно-процессуальная характеристика преступлений, связанных с организованной преступностью
14. 01] Учебник [1
15. Электромеханические переходные процессы в ЭЭС
16. Гатауллин Р
17. Анализ финансовой устойчивости предприятия по данным отчётности
18. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Ки
19. Тема уроку- Тематична контрольна робота 5
20. Book und dem klssischen Buch vorstellen werde

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе