ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Публикационная активность

(сведения по итогам 2016 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,493
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,389
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,732
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,364
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,303
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 5022
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 355
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 499
Десятилетний индекс Хирша: 11
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год: 304
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2016 год по тематике "Автоматика. Вычислительная техника": 11

Больше данных по публикационной активности нашего журнале за 2008-2016 гг. на сайте РИНЦ

Вход


Забыли пароль? / Регистрация

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

4
Ожидается:
16 Декабря 2017

Программная среда прогнозирования вероятностной надежности элементов сложных электротехнических систем

Статья опубликована в выпуске журнала № 1 за 2008 год.[ 21.03.2008 ]
Аннотация:
Abstract:
Авторы: Макаров А.Н. () - , , , Корнеев К.Б. () - , ,
Ключевые слова: прогнозирование, электроэнергия, моделирование, расчеты
Keywords: forecasting, , modeling,
Количество просмотров: 9520
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (1.92Мб)

Размер шрифта:       Шрифт:

Реформа рынка электроэнергии, проводящаяся в настоящее время, ведет к образованию хозяйствующих субъектов, владеющих отдельными компонентами электрических сетей, расположенных между производителем и потребителем электрической энергии. В этой связи обеспечение качественного бесперебойного электроснабжения является ключевой задачей, выполнение которой обеспечит преимущество на конкурентном рынке предоставления услуг по электроснабжению.

Одним из элементов сетей электроснабжения являются электроконтактные соединения. Статистика выхода из строя энергетического оборудования в Тверской области за 2002-2007 гг. показывает, что от 20 до 25 % аварий на силовом оборудовании электрических станций и подстанций обусловлено отказом в электроконтактных соединениях. Одной из мер по предотвращению отказов является прогнозирование аномальных режимов работы контактных соединений на ранних стадиях и оказание воздействия, направленного на предотвращение наступления аварийных ситуаций.

Применение компьютерной техники позволяет прогнозировать эксплуатационные характеристики электрокоммутирующих аппаратов, их отдельных систем и узлов, начиная уже с самых ранних стадий проектирования, а также в режиме их непосредственной эксплуатации. Это особенно актуально для многоамперных контактных соединений в составе электрических выключателей, эксплуатируемых на электрических станциях и подстанциях, выход эксплуатационных характеристик которых за лимитируемые рамки (ГОСТ 17441-84 и ГОСТ 8024-90) свидетельствует об их постепенной деградации. В результате таких аналитических расчетов можно построить вероятностную модель, отражающую гамма-процентный ресурс Tрγ% – наработку на отказ, в течение которой данное электроконтактное соединение не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах.

Этот подход позволяет учесть, что число отказовых состояний может быть больше двух. Применительно к энергетическим системам, каким является электроконтактное соединение, может быть применен метод, в котором влияние связей элементов и систем по характеристикам нагрузочной способности и нагрузочным спектрам на взаимозависимость ресурсов учитывается с помощью поправочных коэффициентов. Наиболее целесообразным в этом случае для анализа параметрической надежности элементов энергетических систем выглядит использование метода Бокса-Дженкинса (применяемого для анализа и прогнозирования нестационарных случайных процессов и временных рядов различной природы), основываясь на том факте, что случайный процесс деградации параметров элементов энергосистем нестационарен и может быть представлен в виде композиции необратимой случайно-детерминированной (полуслучайной) величины Xсд(t) и обратимой случайно-варьирующей составляющей Xсв(t). Случайно-детерминированная составляющая Xсд(t) обусловлена временным износом проводника под действием электрического тока. Дрейф параметра при наличии необратимого детерминированного процесса имеет постоянное монотонное направление. Нарушение плавного хода функции означает значительное накопление изменений, ведущее к качественному скачку в состоянии объекта, что может быть зафиксировано как отказ.

В математической модели контактного соединения наличие случайно-варьирующейся составляющей обусловлено воздействием большого количества внешних факторов, к которым относят температуру окружающей среды, влажность, обледенение, наличие смазки и т.п. В роли наблюдаемого индикатора процесса деградации может выступать температура элементов электроконтактного соединения, линейно зависящая от величины переходного сопротивления электроконтактного соединения. Превышение температуры над заданным пороговым значением может быть классифицировано как отказ. Построение временного ряда значений превышения температуры, а также моделирование изменения этого значения в перспективе позволяет прогнозировать наступление отказа.

Существующие программные комплексы и системы, например «Transient heat transfer analysis» фирмы ALGOR Inc., оперируют одномерным распределением температуры, то есть расчетные модели строятся на предположении, что происходит изменение температуры только вдоль условно выбранной продольной оси контактного соединения, в то же время температура по плоскости сечения, перпендикулярной продольной оси контакт-детали, остается неизменной. Однако натурные испытания на объектах энергосистемы Тверской области с использованием тепловизионной съемки позволяют говорить о том, что такой способ моделирования является слишком грубым и не дает реальной картины энергетических процессов в контактных соединениях.

Для моделирования процессов в объеме контакт-деталей было предложено создать систему, реализующую решение комплекса дифференциальных уравнений, описывающих процесс протекания тока в электрических контактах при нестационарных внешних условиях [1]. Работа по созданию системы расчета деградационных процессов в электроконтактных соединениях выполнялась в рамках программы «Энергосбережение» в Тверской области в 1999–2004 гг. Часть исследований выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации (грант Т02-01.5-248).

Расчет температурного поля внутри контакт-деталей ведется поблочно, где элементарным блоком выступает элемент трехмерного массива. Размер блока определяется исходя из габаритных размеров контакт-деталей, требований качества, точности и быстроты расчетов. Для более ответственных контактов шаг ячейки может быть уменьшен, что приведет к увеличению элементарных блоков расчета. Так как ГОСТ 8024-90 нормирует не абсолютное значение температуры в проводнике, а ее превышение, то использование матрицы температуры перегрева всех расчетных точек позволяет вести дальнейший процесс расчета надежности не по всем элементам, а по самому перегретому элементу контакт-детали. Это дает возможность строить кривую вероятности перегрева по одному элементу расчетной матрицы, что ускоряет расчет, а также позволяет наглядно определить место потенциального отказа электроконтактного соединения по причинам выхода определяемых параметров за регламентируемые рамки.

Уже на начальных этапах создания расчетной системы остро встал вопрос ее технической реализации. Создание ее в форме монолитного приложения позволяет эффективно внедрить элементы визуализации процессов, а также создать наглядный и удобный пользовательский интерфейс. Одновременно такой способ реализации накладывает ограничения на количество одновременных расчетов и формат входных данных. Поэтому был предложен, а впоследствии и реализован модульный подход, при котором расчетный блок выполнен в виде самостоятельного приложения без графического интерфейса. С этим блоком непосредственно связаны блок–интерпретатор исходных данных и блок вывода. Взаимодействие этих блоков с расчетным ядром построено на потоках, что позволяет абстрагироваться от особенностей файловой системы, а также избежать коллизий при передаче данных через буферную память. Вынос блока–интерпретатора исходных данных за пределы расчетного ядра позволяет реализовать различные схемы ввода. Это может быть как система интерактивного ввода посредством графического пользовательского интерфейса [1], так и сбор данных с системы диспетчеризации энергообъекта. Доступны и промежуточные варианты. Отдельный блок вывода также позволяет гибко варьировать представление выходной информации от сообщения о вероятности отказа до двух- или трехмерной графической визуализации температурного поля в объеме контакт-деталей.

Результаты расчетов, выполненные на основе входных данных о параметрах контакт-деталей, а также данных о замерах тока на модели с интервалом 5 минут, показали сходимость расчетных результатов с периодическими замерами температуры поверхности с точностью порядка 3-8 % в зависимости от правильности ввода начальных характеристик контакт-деталей, а также равномерности графика тока. Анализ выполненных вычислений показывает, что если постоянная теплового равновесия для медных и алюминиевых контактов, используемых в энергосистемах, составляет от 7 до 20 минут, а реальная скорость изменения тока составляла 3-4 минуты, то достигнутая точность является высокой. Так как постоянная фиксация значений температуры экономически неэффективна, было предложено использовать случайные интервалы времени между замерами температуры. Такой подход можно считать более действенным, так как он позволяет уменьшить вероятность создания эффекта обратной связи, при котором коррекция модели посредством соотнесения расчетных характеристик с измеренными значениями приведет к огрублению математического аппарата [2].

Выполненная таким образом расчетная среда позволяет эффективно масштабировать процесс вычислений: один пользовательский интерфейс может управлять одновременно несколькими расчетными блоками, выполняемыми на одном или нескольких компьютерах. Независимый запуск каждого расчетного блока обеспечивает автономность расчетов в плане выбора расчетного шага математической модели и способа представления результатов расчетов.

Таким образом, снижение вероятности наступления состояния отказа, вызванного естественным износом контактов, приведет к снижению ущерба для энергосистемы, обусловленного аварийными ситуациями в коммутационном оборудовании. Это позволяет рекомендовать внедрение этой системы как обеспечивающей высокую эффективность прогнозирования аварийных ситуаций в энергетическом оборудовании. Наряду с использованием профилактических мер по недопущению отказа электроконтактных соединений можно говорить об общем увеличении надежности функционирования элементов энергосистемы, что в конечном итоге положительно сказывается на эффективности работы систем энергоснабжения в целом.

Список литературы

1. Корнеев К.Б. Система контроля и прогнозирования состояния контактных соединений электрических сетей. /Дис… канд. техн. наук: (защищ. 14.05.2004; утв. 09.07.2004) - Тверь, 2004.

2. Bergmann Ralf, Model to assess the reliability of electrical joints / Ralf Bergmann, Helmut Löbl, Helmut Böhme, Steffen Großmann // IEEE Transaction on CHMT, 5/1996, pp.180-188.


Постоянный адрес статьи:
http://swsys.ru/index.php?page=article&id=86
Версия для печати
Выпуск в формате PDF (1.92Мб)
Статья опубликована в выпуске журнала № 1 за 2008 год.

Возможно, Вас заинтересуют следующие статьи схожих тематик: