Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Сорока Валерий Дмитриевич. Информационно-измерительная система оперативной диагностики подземных силовых сетей : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.16.- Саратов, 2007.- 153 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/3773

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. Анализ существующих методов обнаружения

неисправностей в высоковольтных кабельных сетях 13

1.1. Методы диагностики 13

1.1.1. Методы локализации неисправностей 13

1.1.2. Мониторинговые методы локализации неисправностей

1.2. Векторные модели типичных повреждений 26

1.3. Модели организации связи в распределенных системах диагностики кабельных сетей 30

1.4. Методы и подходы к решению задач анализа данных с учетом структуры контролируемых сетей 35

1.5. Аппаратура передачи данных по высоковольтным кабельным сетям 40

1.4. Выводы .

ГЛАВА 2. Передача информации по высоковольтным кабельным сетям 45

2.1. Особенности передачи-цифровой информации по силовым кабельным сетям 45

2.2. Система централизованного сбора данных по силовым кабельным сетям 49

2.3. Разработка структуры и протокола передачи данных 53

2.4. Разработка метода распознавания информационных единиц 58

2.4.1. Алгоритм распознавания на основе объективных оценок сигнала 59

2.4.2. Распознавание бит на основе теории информации 64

2.4.3. Фильтрация информационного сигнала на основе вейвлет-преобразования 67

2.5 Выводы 71

ГЛАВА 3. Оптимизация методов обработки данных при диагностике кабельных сетей 72

3.1. Структурно-лингвистический подход в описании сетей и алгоритмах расчетов 72

3.1.1. Метод эквивалентного представления сети 72

3.1.2. Рекурсивная обработка данных с учетом топологии сети 76

3.2. Концепция диагностики кабельных сетей 79

3.2.1. Диагностика на основе баланса мощностей 80

3.2.2. Функциональная диагностика 82

3.2.3. Прогнозирование состояния сети на основе учета неблагоприятных диагнозов 86

3.3. Оптимизация методов обработки первичных данных 88

3.3.1. Моделирование процесса измерения и обработки данных 89

3.3.2. Оптимизация методов измерения параметров сети 95

3.4. Выводы 104

ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования разработанных методов 106

4.1. Постановка задачи 106

4.2. Система диагностики распределительных силовых сетей 1

4.2.1. Функциональное описание и общие технические характеристики 107

4.2.2. Программное обеспечение 112

4.3. Комплексное испытание системы и анализ результатов 113

4.3.1. Работа в режиме слежения 116

4.3.2. Работа системы в режиме индикации неисправностей 117 сети 4.4.

Выводы 136

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 137

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 139

ПРИЛОЖЕНИЕ 149 

Введение к работе:

Актуальность темы. В последнее время в промышленности отчетливо наметились тенденции к увеличению доли затрат на энерго- и ресурсосберегающие технологии, а также на технологии, предназначенные для наблюдения за состоянием различного рода технических структур. Современные средства обработки информации позволяют оптимизировать процесс наблюдения за состоянием технических объектов, повысить скорость обнаружения нештатных ситуаций, существенно облегчить анализ исходных данных.

Системы электропередачи выполняются по схеме с изолированной нейтралью в целях обеспечения повышенной надежности электроснабжения. Замыкание одной из фаз на землю не приводит к появлению больших токов короткого замыкания и допускается в течение нескольких часов [10]. Однако, по сведениям энерго-предприятий, потери энергии, связанные с аварийными и нештатными ситуациями в сетях распределительных пунктов и трансформаторных подстанций на настоящий момент составляют величину порядка 5% от общего её расхода. В периоды сезонного увеличения потребления эти потери могут доходить до 10-11%, усугубляя тем самым и без того напряженную работу оборудования и провоцируя дополнительные аварии. Такая ситуация связана как с общей изношенностью коммуникаций и дороговизной их своевременной замены и ремонта, так и с объективными трудностями в оперативной локализации места аварии, характерными для подземных силовых линий.

Поэтому, контрольно-диагностическая аппаратура, обеспечивающая мониторинг состояния, в частности, распределительных кабельных сетей должна обеспечивать максимум возможностей по учету распределяемой по потребителю энергии, прогнозированию состояний кабельных сетей и непосредственной локализации неисправных участков сети при использовании доступных и относительно дешевых каналов связи (КС). В энергетической отрасли таким каналом может являться сам объект диагностики - высоковольтная кабельная линия, обладающая характеристиками, которые затрудняют производить по ней передачу данных с использованием хорошо известных методов. Это означает, что кабельные линии могут быть использованы в качестве канализирующих устройств при развитии методов передачи данных, адаптированной к специфике таких линий.

Устройства, использующие для передачи информации инфраструктуры распределительных силовых сетей, принято называть устройствами высокочастотной связи. Проблемы, возникающие при организации в кабельной линии высокочастотного КС, и методы их решения были исследованы в работах: Сидельнокова В. В., Перельмана Л. С, Шкарина Ю. П., Кадомской К. П., Прозоровского Е. Е., и др. Однако для организации систем мониторинга и диагностики состояния кабельных линий силовой сети необходимо создание соответствующих методов, рабочих алгоритмов и устройств.

Под диагностикой кабельных силовых сетей в работе понимается диагностика типичных неисправностей высоковольтных кабелей этих сетей. Условием успешной диагностики и прогнозирования состояния кабельных сетей является наличие своевременной и достаточной диагностической информации, а так же методов ее обработки. Большинство отечественных систем мониторинга силовых кабельных сетей производят обнаружение неисправностей без использования постоянного векторного анализа токов и напряжений и анализа взаимосвязей в исходных данных. Как следствие, такие системы указывают лишь на возможное ответвление сети, где выявлен лишь факт повреждения. Поэтому задачи поиска неисправностей возлагаются на обслуживающий персонал, который в свою очередь вынужден производить комплекс длительных и не всегда успешных работ по непосредственному обнаружению мест неисправности. Все это приводит к низкой производительности и достаточно высоким требованиям к квалификации обслуживаю щего персонала. Конечно, такой подход часто не приемлем в условиях современного производства.

Таким образом, отсутствие эффективных методов передачи данных по силовым сетям, в совокупности с отсутствием оптимизированных методов обработки информации исключило возможность применения относительно дешевой и оперативной аппаратуры контроля для проведения мониторинга состояния кабельных силовых сетей, а так же прогнозирования возникновения в них неисправностей.

Одна из причин высоких затрат на контроль кабельных сетей, а так же на поиск неисправностей является низкая эффективность доступных средств ведения мониторинга и контроля сетей из-за отсутствия единой комплексной стратегии автоматизированного поиска с применением адаптивных методов анализа и обработки данных. В этой связи актуальной становится задача создания более эффективной в эксплуатации информационно-измерительной системы, способной производить диагностику и локализацию типичных видов неисправностей в силовых кабельных сетях.

Цель работы - разработка и исследование информационно-измерительной системы оперативной диагностики подземных силовых сетей, использующей в качестве КС сам объекта контроля (силовой кабель).

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Построение концепции системы сбора информации, использующей в качестве КС, как правило, зашумленный силовой кабель.

2. Разработка алгоритма анализа цифровых сигналов, позволяющего повысить надежность передачи данных при наличии в КС помех.

3. Разработка метода диагностики кабельных сетей, позволяющего производить идентификацию и локализацию неисправностей, характерных для кабельных силовых сетей.

4. Реализация системы мониторинга распределенных кабельных силовых сетей на основе разработки аппаратного и программного обеспечения. Методы исследований базируются на применении элементов теории вероятности и вейвлет-анализа, теории графов, векторной и матричной алгебры, основных соотношений теории цепей, использовании информатики, системного анализа, основ управления многоуровневыми системами и применении объектно-ориентированного программирования. Научная новизна:

1. Обоснована целесообразность построения системы диагностики в составе распределительных силовых сетей, использующей силовой кабель в качестве информационного канала.

2. Предложен способ передачи информации по силовому кабелю и заявлено соответствующее этому способу устройство, отличающееся адаптивной подстройкой уровня распознавания цифрового сигнала.

3. Предложен и апробирован новый метод анализа цифрового сигнала, переданного по зашумленным высоковольтным кабельным линиям, позволяющий повысить степень помехоустойчивости системы связи.

4. Разработан скоростной протокол обмена данными, общее время приемо-передачи данных со всех абонентов обслуживаемого куста которого заведомо меньше, чем время реакции устройств автоматики сетей на нештатные ситуации.

5. Предложен метод анализа распределения мощностей по потребителям силовой сети, использующий рекурсивный алгоритм, ход которого определяется текущей структурой сети.

6. Адаптирован метод числовых образов применительно к описанию векторных моделей типичных повреждений кабельных сетей.

7. Модифицирован метод параметризации контролируемых процессов сети, отличающийся использованием простых промышленных микроконтроллеров для первичной обработки информации, малого числа отсчетов при заданной точности результата. Достоверность результатов работы подтверждается использованием теоретически обоснованных методов диагностики силовых сетей; известными из литературы теоретическими и экспериментальными данными, а так же результатами проведенных экспериментов.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Полученные результаты могут найти применение в следующих областях: в информационно-измерительных и управляющих системах различного назначения, использующих в качестве КС силовой кабель (сигнализация, системы телеметрии и телеуправления удаленными объектами по кабелю питания и т. д.);

в вычислительных программах, предназначенных для расчетов распределенных объектов изменяемой топологии.

Результаты работы реализованы в системе диагностики распределенных кабельных сетей, блоки которой выпущены малой серией и используются Энгельским филиалом ОАО «Облкоммунэнерго». В своем составе блоки содержат разработанные и предложеные устройства передачи цифровой информации по высоковольтным кабельным сетям, позволяющие на своей основе построить информационную систему. Специальная программа централизованного сбора информации, разработанная по изложенным принципам внедрена совместно с аппаратурой.

Созданные в результате выполнения диссертационной работы устройства, комплексы программ и алгоритмов могут быть использованы в качестве учебного материала по курсам микропроцессорной техники и программирования.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на:

международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (г. Саратов, в 2004 и 2006 годах); конференции по проблеме повышения качества подготовки учащихся в области инженерной графики (г. Саратов, в 2004 году);

3-ей международной научно-технической конференции «Новые методологии проектирования изделий микроэлектроники» (г. Владимир, в 2004 году); международной научно-технической конференции «Радиотехника и связь» (г. Саратов, в 2005 году);

научной конференции по инженерной и компьютерной графике (г. Саратов, в 2006 году);

Втором Саратовском салоне изобретений, инноваций и инвестиций, (г. Саратов, 21-23 ноября 2006 года). Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 11 печатных работ, из которых 10 статей (из них одна в издании, рекомендованном ВАК). На защиту выносятся следующие положения и результаты:

1. Передача цифровой информации непосредственно по подземным высоковольтным кабелям силовой сети дает возможность построения распределенной ИИС с минимальными затратами на содержание КС и высокой степенью защиты информации от внешнего воздействия.

2. Для достоверного контроля нештатных ситуации в силовой сети достаточно, чтобы скорость передачи данных по подземным силовым кабельным линиям находилась в диапазоне 2-2.5 кБод.

3. Структура распределенных систем с изменяющейся топологией может быть формализована с помощью разработанной методики, основанной на использовании структурно-лингвистического подхода. 

4. Использование алгоритмов рекурсивной обработки первичных данных с учетом структуры сети позволяет диагностировать её состояние и обнаруживать основные неисправности с приемлемой для практики точностью.

5. Результаты экспериментов, подтверждающие правильность предложенной методики декодирования информационных сигналов и работоспособность созданной на ее основе автоматизированной системы диагностики силовой сети.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 90 наименований, одного приложения. Общий объем работы составляет 148 страниц, в том числе 39 рисунков и 3 таблицы.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований.

Первая глава посвящена краткому обзору существующих методов обнаружения неисправностей в силовых кабельных линиях с изолированной нейтралью. Представлен анализ существующих способов осуществления автоматической диагностики неисправностей, а также методов передачи информации по силовым кабельным линиям. Приведен обзор отечественных серийных средств контроля кабельных сетей.

Проведенный анализ показал, что задача разработки комплексной программно-аппаратной системы контроля состояния силовых кабельных сетей с изолированной нейтралью является весьма актуальной. Предложена структура информационной системы, элементы которой обмениваются информацией непосредственно по высоковольтному кабелю силовой сети.

Поставленная цель требует решения следующих научно-технических задач: разработать структуру помехозащищенных пакетов данных и протоколы общения элементов системы сбора информации по зашумленной высоковольтной кабельной сети; создать алгоритм корректного приема искаженной информации, а также алгоритмы формирования исходных данных с заданной точностью; предложить методы адаптивного к топологии сети и статистике анализа данных, упростить процедуру выявления неисправных участков сети и локализации неисправностей.

Вторая глава посвящена анализу особенностей передачи цифровой информации в зашумленной кабельной линии и разработке новой методики выделения информационных единиц из канала связи ИИУС, основанной на использовании статистического критерия выделения машинного слова с последующей его скоростной вейвлет-фильтрацией.

Третья глава посвящена разработке концепции диагностирования и прогнозирования состояния кабельных сетей на основе распределенных ИИУС, оптимизации методов обработки данных. Решалась проблема определения достаточного для диагностики набора данных и методов оценки их адекватности. Был развит структурно-лингвистический подход к решению поставленной задачи, сочетающий в себе функциональную диагностику на основе баланса реактивных мощностей и представления сети в виде эквивалентного виртуального потребителя.

Четвертая глава работы содержит экспериментальные данные, подтверждающие рабочую гипотезу о возможности передачи цифровой информации по работающим высоковольтным кабельным сетям с изолированной нейтралью и о возможности регистрации неисправностей на реальном высоковольтном объекте с последующей их идентификацией. Необходимо было экспериментально подтвердить следующее утверждение: можно построить такую ИИС, использующую в качестве канала связи силовой кабель, которая будет устойчиво передавать цифровую информацию с контрольных точек даже при наличии в сети короткого замыкания.

В выводах приводятся основные результаты работы.  

Подобные работы
Чичев Сергей Иванович
Информационно-измерительная система диспетчерского управления сетей
Чичёв Сергей Иванович
Информационно-измерительная система диспетчерского управления сетей
Жуликова Наталья Александровна
Моделирование бортовых информационно-измерительных систем с использованием сетей Петри-Маркова
Кобяков Павел Владимирович
Измерение параметров динамических систем на основе искусственных нейронных сетей, использующих алгоритм Калмана
Бельчанская Елена Николаевна
Интеллектуальная система диагностики информационно-измерительных систем асботехнического производства
Пугачева Ольга Юрьевна
Автоматизированная система диагностики электромеханических приводов оборудования атомных станций
Сиротин Дмитрий Викторович
Информационно-измерительная система для диагностики электроприводной арматуры АЭС
Антипов Владимир Анатольевич
Мультиагентные информационно-измерительные системы технического контроля и диагностики РЭА
Батищев Виталий Иванович
Аппроксимационные методы и технологии для построения информационно-измерительных систем промышленного контроля, испытаний и диагностики
Полозов Станислав Валерьевич
Разработка и исследование информационно-измерительной системы поддержки принятия решений при диагностике и прогнозировании

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net