CC BY
78
УДК 681.5:621.317
В.И. Лачин, К.Ю. Соломенцев
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ОБЪЕКТОВ
Рассматриваются особенности многоэлементных электроэнергетических объектов и требования к системам контроля их параметров. Обосновывается необходимость осуществления непрерывного контроля параметров в процессе работы электроэнергетиче-. , -вать, используя косвенные методы контроля, что усложняет системы контроля и, главное, требует разработки эффективных методов контроля и прогнозирования параметров.
Предложены принципы построения информационно-измерительных систем контроля параметров таких объектов, которые легли в основу ряда разработанных систем. Приведены примеры их реализации.
Многоэлементные электроэнергетические объекты; информационно-измерительные ; .
V.I. Lachin, K.Yu. Solomencev
INFORMATION-MEASURING SYSTEM OF THE CHECKING PARAMETER MULTIPLE-UNIT ELEKTROENERGETICHESKIH OBJECT
Particularities of multiple-unit electro-energetic objects and requirements for the monitoring systems of their parameters are analyzed. The necessity of uninterrupted monitoring of the parameters when in use energy objects is substantiated. It is demonstrated that it's possible to control individual parameters of the objects using indirect monitoring methods that complicates monitoring systems and above all requires to develop effective monitoring and parameter prognostication methods.
Multiple-unit electroenergetic object; information-measuring system; insulation resistance.
Существует целый ряд электроэнергетических объектов (ЭО), которые по ряду признаков, прежде всего по требованиям надежности, долговечности, безопасности и бесперебойности работы, могут быть выделены в единый класс. Их называют многоэлементными электроэнергетическими объектами. Они представляют собой группу последовательно соединенных источников энергии, подключенных к нагрузке, или группу последовательно соединенных приемников электрической энергии (на), ,
, ( ), .
К этому классу объектов относятся аккумуляторные батареи, электрохимиче-, , ,
обмотки размагничивания кораблей, разветвленные электрические сети постоян-, , , -ные цепи электростанций, подстанций, телефонных станций и другие подобные .
Эти объекты могут либо занимать большие площади, либо иметь большое , , . , , ,
составляет 10-20 тыс. м2, а длина корпусов достигает нескольких сот метров.
Число аккумуляторов в батарее, или число витков в обмотках размагничива-,
может достигать нескольких десятков или даже сотен.
Надежность и безопасность работы таких объектов определяется в первую очередь наличием и качеством контроля параметров таких объектов. Некачественный или нерегулярный контроль параметров ЭО может привести к нарушению работоспособности систем, к возникновению пожаров и электротравматизму.
Так, в случае локального снижения сопротивления изоляции в судовых сетях токи утечки системы на корпус сосредотачиваются в одном месте, что приводит к увеличению тепловыделения и, как следствие, может повлечь разрушение изоляции вплоть до образования дугового замыкания.
Сложность заключается в том, что требуется осуществлять непрерывный контроль или измерение параметров большого числа элементов, например, кон, ,
нескольких десятков или даже сотен элементов, входящих в такой электроэнергетический объект (к примеру, аккумуляторную или солнечную батарею, или обмотки размагничивания кораблей).
, -энергетических объектов и таким образом, чтобы системы и устройства контроля оказывали минимальное влияние на объект контроля и не вели к снижению его .
Задача усложняется еще и тем, что многие из перечисленных объектов занимают большие площади или объемы и доступ ко многим элементам объектов физически затруднен или категорически запрещен по условиям эксплуатации объектов. Это приводит к необходимости использовать дистанционные методы контро, , ,
.
, , объекта или отдельных его элементов, возможно контролировать, используя косвенные методы контроля, что также усложняет системы контроля и, главное, требует разработки эффективных методов контроля и прогнозирования параметров.
Для многоэлементных ЭО управление, как правило, является логическим управлением и состоит в отключении, к примеру, неисправных аккумуляторов (имеющих пониженное сопротивление изоляции или (и) напряжение на зажимах) или элементов солнечной батареи, а для обмоток размагничивания и т.п. управление заключается в определении неисправного участка (с большим значением про) , -шение значения проводимости изоляции.
Несмотря на большое разнообразие многоэлементных объектов, различное назначение и области применения, многие из них могут быть представлены однотипными эквивалентными схемами замещения, что позволяет сформулировать и исследовать общие принципы построения и реализации устройств контроля, прогнозирования и управления параметрами таких объектов.
Рассмотрим особенности некоторых ЭО, абсолютные значения и диапазон изменения их параметров, что необходимо учитывать при разработке принципов построения устройств контроля их параметров.
Обмотки размагничивания кораблей представляют собой последовательно соединенные отрезки кабельных трасс, каждый из которых образует виток обмотки. Число таких витков в обмотке может достигать нескольких десятков, сопротивление каждого витка составляет доли Ома, а напряжение, подаваемое на обмотку, составляет от десятков до нескольких сот вольт. Суммарная емкость обмотки может достигать 20 мкФ. Диапазон измерения эквивалентного сопротивления изоляции составляет от единиц Ом до единиц мОм, а точность определения места понижения сопротивления изоляции - 1 виток.
Кабельные трассы обмоток размагничивания являются одним из основных источников пожарной безопасности, так как в них сосредоточено большое количество горючего материала - резиновой и пластмассовой изоляции жил и оболочек кабелей. Так, удельная теплотворная способность изоляционной резины - 2300 ккал/кг, поливинилхлоридной изоляции - 7500 ккал/кг (равна характеристикам такого эф, ),
11500 ккал/кг.
В случае понижения или повреждения сопротивления изоляции за счет увеличения токов утечек может возникнуть возгорание изоляции и огонь может распространиться по всей трассе обмотки, проникая сквозь переборочные сальники и . - -но обнаружить факт понижения сопротивления изоляции и определить место по-( ) .
Поиск места повреждения сопротивления изоляции относится к наиболее трудоемким операциям при техническом обслуживании электроустановок. В разветвленных электрических сетях, например на судах, в случае срабатывания сигнализации о снижении сопротивления изоляции вначале определяют фидер с поврежденной изоляцией путем поочередного отключения на главном распределительном щите автоматических выключателей. Затем этот фидер последовательно разделяют на отдельные участки и находят место повреждения изоляции. Если при данном режиме работы электроустановки снимать питание с фидеров запрещено, то исключается и сама возможность поиска места повреждения. При этом на объекте соответственно возрастает пожароопасность из-за создания условий для формирования дуговых замыканий на «землю» (корпус автономного объекта). Поэтому задача состоит в разработке методов дистанционного определения мест пони, -ратора по трассе кабелей.
Аккумуляторные батареи содержат большое число последовательно соединенных аккумуляторов и могут работать в различных режимах.
В режиме заряд-р^ряд аккумуляторные батареи могут работать во многих устройствах, таких как электромобили, электрокары и т.п., причем аккумуляторы, разрабатываемые для электромобилей, должны быть способны к форсированному .
В буферном режиме аккумуляторная батарея подключается к нагрузке совместно с другим основным источником энергии. Такой режим применяется в тех случаях, когда в качестве основного источника энергии, функционирующего периодически, используется, например, солнечная батарея. В подобном режиме аккумуляторные батареи могут применяться в транспортных средствах, автономных объектах, автоматических метеостанциях и т.п.
В аварийном режиме основной источник энергии (сеть или какой-нибудь ав) -рии начинает использоваться аккумуляторная батарея. Данный режим работы используется в системах питания противоаварийной автоматики в энергетике, железнодорожном транспорте и т.п. для обеспечения работы автоматических телефонных станций при отключении напряжения питающей сети и т.д. Чтобы продлить срок службы аккумуляторных батарей, создать условия для бесперебойной и надежной их работы, необходимо применять системы контроля и управления ис. -ритма работы зарядно-р^рядных устройств, предотвращать перезаряды, недозаря-ды и переполюсовки отдельных аккумуляторов батареи, выявлять и обеспечивать .
Допустимое значение напряжения на аккумуляторе сильно зависит от тока заряда или разряда аккумулятора, температуры окружающей среды, давления в акку-( ). работы аккумуляторных батарей следует измерять напряжение на каждом из акку-, , , температуру окружающей среды, давление в аккумуляторах и при выходе какого-либо параметра за допустимые пределы принимать соответствующие меры.
Число аккумуляторов в батарее составляет обычно несколько десятков, хотя может быть и более сотни, а диапазон допустимых напряжений на аккумуляторе колеблется от долей до единиц вольт.
Судовые электрические сети выполняются, как правило, изолированными от , -.
,
заземлением полюсов в однофазных сетях. В современных условиях практически любая сеть переменного тока (однофазная или трехфазная) по существу является сетью двойного рода тока. Такая сеть представляет собой трех фазную сеть с изо, -, . -ные мосты могут быть однофазные или трехфазные, один или несколько, управляемые или неуправляемые.
Нагрузкой подобных сетей могут быть как силовые приемники электроэнергии (гребные электродвигатели, электропривод якорных лебедок и т.п.), так и маломощные элементы схем (например катушки контакторов в магнитных пускате-). , -, -тей, особенно если учесть, что их эквивалентная емкость может достигать нескольких сотен микрофарад. Требуемый диапазон измерения сопротивления изоляции обычно составляет от нуля до нескольких мОм, а напряжение питания изменяется от нуля до нескольких сотен вольт.
Разветвленные электроэнергетические сети с большим количеством приемников электроэнергии (порядка тысячи и более) потенциально имеют большую , -противления очень низок и составляет десятки и даже единицы килоом. Контроль сопротивления изоляции всей сети оказывается неэффективным, поскольку при невысоком значении эквивалентного сопротивления может остаться незамеченным снижение сопротивления изоляции какого-либо отдельного фидера. При этом существенно возрастает опасность формирования дуговых замыканий. Для обеспечения надежной и безопасной работы таких сетей необходим селективный контроль сопротивления изоляции отдельных фидеров разветвленной сети.
Для обеспечения эксплуатационной надежности функционирования многоэлементных ЭО и предупреждения возникновения в них аварийных ситуаций нужно оценивать текущее состояние таких объектов и прогнозировать его изменение во времени. Основными задачами при этом являются распознавание состояния , , и места дефекта и прогнозирование его изменения.
Решение указанных задач базируется на использовании достижений теории , , -
ектов управления и др.
Сложность контроля и прогнозирования состояния контролируемых объектов состоит в том, что оценку текущего состояния объектов приходится производить обычно по результатам косвенных измерений, для чего необходимо выявить закономерности и характер связей между фактическим состоянием контролируе-
мого объекта и измеряемыми параметрами. Кроме того, изменение со временем одного или ряда параметров контролируемых объектов еще более усложняет задачу контроля и прогнозирования состояния таких объектов.
Авторами разработаны основы теории и методы построения устройств контроля и прогнозирования состояния многоэлементных электроэнергетических объектов [1]. Так, в частности, предложены, методы контроля общего сопротивления изоляции таких объектов, селективного контроля сопротивления изоляции раз, -ления изоляции в многоэлементных ЭО, топографический метод нахождения места понижения сопротивления изоляции непосредственно на кабеле по рассчитанному расстоянию до места понижения [2-8]. Проведен теоретический анализ ,
, , реализующих предложенные методы.
,
ЭО необходимы многоканальные системы управления, в которых для обеспечения их надежного функционирования нужно осуществить гальваническое разделение . -возможна или сильно затруднена без первичных преобразователей тока и напря-
,
.
различными видами обратных связей [1]:
♦ Безгистерезисный магнитный преобразователь (БМП) с внутренней отри-
( ), -кое, по сравнению с другими преобразователями, быстродействие, возможность изменения в широких пределах чувствительности (в несколько ) . -кие БМП использовались для измерения малых токов на фоне помех, в частности при построении устройств селективного контроля сопротивления изоляции электроэнергетических систем, находящихся под постоянным или медленно изменяющимся напряжением.
♦ БМП с компенсирующей ООС, достоинством которого является линейность характеристики преобразователя во всем диапазоне измеряемых токов. Такие БМП использовались для измерения токов от единиц до десятков и сотен А, в частности для систем управления технологическими процессами изготовления химических источников тока.
♦ БМП с внешней ОС по второй гармонике, имеющий сравнительно высокое быстродействие и возможность изменения в широких пределах чувст-
. -моники, можно реализовать в устройстве как отрицательную, так и положительную ОС, т.е. регулировать коэффициент преобразования преобразователя в широких пределах. Такие БМП позволяют изменять коэффициент преобразования в тысячи раз и имеют высокое быстродействие.
♦ БМП в режиме параметрического резонанса, имеющий высокую чувстви-
, , -зователя имеет релейный характер. Релейная характеристика БМП в режиме параметрического резонанса позволяет использовать его для построения элементов допускового контроля. Малое время установления, релейность характеристики, полярность выходного импульса, являющегося выходным сигна-,
при построении различных устройств контроля и измерения.
Достоинством всех рассматриваемых преобразователей является то, что им присуща внутренняя память, т.е. способность сохранять неизменным измеренное значение входного параметра. Эта особенность преобразователей является весьма существенным достоинством и использована в дальнейшем для осуществления ,
дальнейшую обработку измеренных величин, связанную с операциями сложения,
В настоящее время появились аморфные металлические сплавы на основе железа, никеля и кобальта, ферромагнитные свойства которых оказались , , причем эти свойства более стабильны. ,
сплавы, значительно выше (на порядок и более), чем у пермаллоев, а магнитная проницаемость на безгистерезисной кривой намагничивания (как показали )
.
материалов для построения БМП позволяет существенно повысить быстродействие и чувствительность разработан.
, -, -
систем в качестве первичных измерителей токов и напряжений.
Некоторые из разработанных методов легли в основу универсального устройства для измерения сопротивления изоляции и емкости ЭО любого ро,
название - цифровой мегомметр ЦМ1628, который выпускается ОАО «Приборостроительный завод «Вибратор», г. Санкт-Петербург (рис. 1). Он имеет диапазоны измерений эквивалентного сопротивления изоляции сети
- под рабочим напряжением от 0 до 200 ,
от 0 до 2,0 МОм. Погрешность измерений не более 10 %. Аварийная сигнализация имеет фиксированные значения уставок: под рабочим напряжением 10 ,
100 кОм. Изменение значений уставок предупредительной сигнализации может выполняться из диапазона от 1 до 1000 кОм. Имеются релейные выходы сигнализации. Информация также передается по каналу Я5-485. При сопро-
Рис. 2. Сертификат средства измерения
вычитания и дифференцирования.
Рис. 1. ЦМ1628
тивлении изоляции ЭО, равном 2 Мом, и емкости ЭО в 100 мкФ он производит измерение за 10 с.
Мегомметр ЦМ1628 включен в Государственный реестр средств измерения под № 37272-08 (рис. 2).
По заказу различных организаций были разработаны и изготовлены инфор-
-
тока различного типа как в стационарном, так и в переносном виде.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор А.Р. Гайдук.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лачин В.И. Контроль и прогнозирование состояния электроэнергетических объектов с дискретно-распределенными параметрами. - Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001. - 192 с.
2. Пат. 20110247, МКИ GO1R. Способ определения путей утечек тока на землю в электрических системах / Седов А.В., Лачин В.И., Малина А.К. - Опубл. 1994. Бюл. № 6.
3. Пат. 1824600, МКИ G01R 31/08. Топографический способ определения места изменения сопротивления кабельной системы / Седов А.В., Лачин В.И., Путро ВТ., Малина А.К., Зубков В.М. - Опубл. 1993. Бюл. № 24.
4. Пат. 2143703, МКИ G01R. Способ определения однофазных замыканий в кабельных
, / . ., . ., . . - . 1999, . 36.
5. Пат. 60225 РФ, МПК G01R 27/16. Устройство для измерения сопротивления изоляции
/ . ., . ., . ., . .
- Опубл. 10.01.07, Бюл. № 1.
6. Ла чин В.К, Соломенцев КМ., Федий B.C. Повышение быстродействия устройств кон-
// . .- . . .
науки. - 2007. - Спецвыпуск. - С. 153-155.
7. Пат. 2310873 РФ, МПК G01R 27/18. Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей / Лачин В.И., Кильдияров А.В., Соломенцев К.Ю., Иванов Е.А.
- Опубл. 20.11.07, Бюл. № 32.
8. Пат. 2321008 РФ, МПК G01R 27/16. Способ измерения сопротивления изоляции электрических сетей (варианты) / Лачин В.И., Кильдияров А.В., Соломенцев К.Ю., Иванов Е.А. - Опубл. 27.03.2008, Бюл. № 9.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор А.Р. Гайдук.
Лачин Вячеслав Иванович
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)».
E-mail: lachinv/@mail.ru.
346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.
Тел.: +79185201252.
Кафедра автоматики и телемеханики; зав. кафедрой; д.т.н.; профессор.
Соломенцев Кирилл Юрьевич
E-mail: [email protected].
Тел.: +79085118931.
; . . .; .
Lachin Viatcheslav Ivanovich
Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “South-Russia State Technical University (Novocherkassk Politechnic Institute)”.
E-mail: lachinv/@mail.ru.
132, Education Street, Novocherkassk, 346428, Russia.
Phone: +78634360793.
The Department of Automation and Telemechanics; Head the Department; Dr. of Eng. Sc., Professor.
Solomencev Kirill Yurievich
E-mail: [email protected].
Phone: +79085118931.
The Department of Automation and Telemechanics; Cand. of Eng. Sc.; Associate Professor.
УДК 681.883
И.И. Маркович, Ю.В. Душенин, B.C. Жирнов, ПЛ. Семеняк, Д.В. Ковальчук ЛОКАТОР ПРЕПЯТСТВИЙ ГЛУБОКОВОДНОГО НОСИТЕЛЯ
Предложен к рассмотрению локатор препятствий, предназначенный для освещения подводной обстановки по ходу движения глубоководного носителя. Локатор формирует в частотной области статический веер лучей в приеме в вертикальной плоскости. Определен круг задач, решаемый с его помощью в ходе эксплуатации. Представлены основные параметры и структурная схема локатора. Описан принцип его работы. Изложены алгоритмы первичной и вторичной цифровой обработки сигналов, предложенные в ходе разработки локатора препятствий.
Локатор препятствий; глубоководный носитель; статический веер; характеристи-; - .
I.I. Markovich, YU.V. Dushenin, V.S. Zhirnov, P.P. Semenyak, D.V. Koval'chuk OBSTACLE AVOIDANCE SONAR FOR DEEP-WATER CARRIER
Obstacle avoidance sonar for underwater imaging along the deep-sea carrier displacement direction is provided. The sonar generates vertical static fan pattern in the receiving mode of frequency domain. Basic tasks, solved with the sonar are discussed. Block diagram of the system and its basic features are presented. Principles of system operation are described. Primary and secondary algorithms of digital signal processing in the receiving channel of the developed system are stated.
Obstacle avoidance sonar; deep-water carrier; static fan pattern; beam pattern; digital space-time signal processing.
Обеспечение возможности получения качественного отображения подводной обстановки в реальном масштабе времени и предупреждение столкновений с подводными препятствиями глубоководных аппаратов и комплексов невозможно без их оснащения современной гидроакустической аппаратурой.
В данной работе предложен локатор препятствий (ЛП), проработка возможности реализации которого проводится в НКБ цифровой обработки сигналов .
по ходу движения глубоководных носителей. В основе принципов работы ЛП изначально закладывается формирование и излучение простых и сложных зондирующих сигналов (ЗС) цифровыми методами, а также формирование статического веера характеристик направленности (ХН) в приемном тракте с последующей
- -ности распознавания крупных придонных объектов.
В процессе эксплуатации перед ЛП ставятся следующие задачи:
♦ оперативный обзор подводной обстановки по ходу движения носителя в заданном секторе;
♦ обнаружение препятствий, размеры которых являются значительными, потенциально опасными для навигации;
♦ выдача предупреждения об опасности оператору.
