Введение к работе
Актуальность темы. В электрических сетях предприятий ежегодно фиксируется большое количество отказов коммутационных аппаратов (КА) присоединений 0,4 кВ. Коммутационные аппараты в процессе эксплуатации могут находиться в состоянии скрытого отказа, который проявляется в самый неблагоприятный момент в аварийном режиме сети, что влечет за собой прекращение энергоснабжения электроустановок. Несвоевременное выявление таких скрытых отказов во многом вызвано практическим отсутствием на электроустановках предприятий специализированных регуляторов тока, создающих и регулирующих диагностические воздействия, представляющие собой испытательный ток синусоидальной формы, эквивалентный короткому замыканию в цепи диагностируемого аппарата.
Обзор известных регуляторов тока для диагностики коммутационных аппаратов выявил, что существующие регуляторы испытательного тока имеют ряд характерных недостатков:
необходимые значения испытательных токов для проверки КА (десятки кА) создаются путем закорачивания сети; получение, таким образом, больших значений испытательных токов оказывает неблагоприятное воздействие на сеть, что часто является серьезным препятствием (в том числе и психологическим для эксплуатационного персонала) для проведения испытаний КА;
форма испытательных токов существенно отличается от синусоидальной формы, что воспроизводит процессы в сети с большими отклонениями от требований, определяемых ГОСТ13109-97, а это в свою очередь влияет на точность измерения значений тока в силовой цепи КА;
схема управления не обеспечивает стабилизацию испытательных токов, значения которых уменьшаются из-за увеличения сопротивления кабелей, клеммных соединений и шунтов под действием потерь мощности при протекании больших токов в силовой цепи КА;
процедура проведения испытаний сложна и требует специального обучения обслуживающего персонала.
Настоящая работа посвящена решению актуальной проблемы, связанной с необходимостью создания регуляторов тока для диагностики коммутационных аппаратов. Диагностирование КА в процессе их нормального функционирования наиболее рационально осуществлять непосредственно на месте установки в распредустроиствах, из чего следует, что регуляторы тока для диагностики КА должны обладать минимальными массогабаритными параметрами для осуществления возможности их доставки к месту проведения диагностических мероприятий. В этой связи разработка регуляторов тока для диагностики КА, во многом свободных от вышеперечисленных недостатков и способных создавать испытательные токи необходимой величины при минимальных массогабаритных параметрах, является актуальной и сложной научно-технической задачей.
Работа по созданию мобильного регулятора переменного тока для диагностики КА была выполнена в соответствии с научным направлением Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ)
имени М.И. Платова «Теория и методы построения устройств и систем управления, контроля и диагностики» (утверждено решением ученого совета университета от 28.09.2011г.), работа выполнена по программе СТАРТ06 (№ 4152р/6505 от 26.06.2006).
Цель работы: развитие теории и практики формирования регуляторов синусоидального тока для диагностики коммутационных аппаратов с целью повышения их энергетической эффективности и эксплуатационной безопасности.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:
-
Разработка и исследование метода формирования и регулирования диагностирующего воздействия на КА.
-
Разработка системы автоматического регулирования (САР) диагностического воздействия, создаваемого регулятором тока для диагностики КА.
-
Разработка и исследование устройства стабилизации напряжения питания цифрового блока управления регулятора тока для диагностики КА.
-
Разработка измерительного преобразователя (ИП) испытательного тока для регулятора, обеспечивающего заданный диапазон линейности для всей шкалы задания величин испытательных токов при приемлемых массо-габаритных характеристиках.
-
Реализация предложенного метода в мобильном регуляторе тока для диагностики КА, оптимальном по критерию обеспечения максимальных диагностирующих воздействий при минимальных массогабаритных параметрах и обладающему улучшенными, по сравнению с известными аналогами, эксплуатационными характеристиками.
Методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы методы математического анализа, теории электрических цепей, математического и схемотехнического моделирования.
Научная новизна работы
-
Предложен новый метод формирования и регулирования диагностического воздействия на КА, отличающийся от известных тем, что позволяет получать испытательные токи синусоидальной формы в широком диапазоне номинальных значений.
-
Разработаны принципы построения и алгоритмы функционирования цифрового блока управления регулятором тока в виде САР выходного диагностического воздействия, отличающиеся от известных тем, что их использование позволяет решить проблему несинусоидальности формы тока диагностирующих воздействий, а так же обеспечивает стабилизацию испытательных токов.
-
Разработана структура устройства стабилизации напряжения питания для цифрового блока управления регулятора тока для диагностики КА, которая, в отличии от существующих, обеспечивает адаптацию входного напряжения к величине тока или напряжения нагрузки.
-
Предложено использование измерительных преобразователей испытательного тока на основе современных материалов для измерения диагно-
стических воздействий, отличающиеся от известных, минимальными погрешностями измерений за счет обеспечения заданного диапазона линейности для всей шкалы задания величин испытательных токов, имеют приемлемые массогабаритные и эксплуатационные характеристики.
5. Предложены математические и имитационные модели, в которых, в отличии от известных, интегрированы модели силового модуля, модель КА, модель измерительного преобразователя и модель цифрового блока управления регулятором тока.
Обоснование и достоверность результатов определяется использованием современной измерительной техники и корректностью допущений, применяемых при разработке различных схем и моделей, подтверждается сходимостью результатов математического, схемотехнического и физического моделирования.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
-
Предложены структуры и схемотехнические решения регулятора тока для диагностики КА, позволяющие формировать испытательные токи синусоидальной формы.
-
Разработаны схемные и алгоритмические решения цифрового блока управления регулятора тока, позволяющие обеспечить стабилизацию испытательных токов.
-
Разработана методика проведения испытаний, использование которой позволит улучшить качество диагностических мероприятий при проверке КА.
-
Разработан и изготовлен регулятор тока, обеспечивающий диагностику коммутационных аппаратов; общая масса регулятора - не превышает 30 кг при возможности формирования диагностирующего воздействия синусоидальной формы амплитудой - до 12 кА; погрешность измерений испытательного тока - не превышает 5%.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы использованы: в ООО «АББ» - для диагностики автоматических выключателей низкого напряжения, в ООО Конструкторское Бюро «Системотехника» при разработке аппаратных средств и программного обеспечения устройств диагностики КА, в ООО «Энерго Плюс» при осуществлении диагностических мероприятий коммутационных аппаратов на электроустановках, а так же при выполнении НИОКР - «Устройство выявления скрытого отказа автоматических выключателей» по программе СТАРТ06 (№ 4152р/6505 от 26.06.2006), в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова», г. Новочеркасск.
Положения, выносимые на защиту.
-
Теоретическое и практическое обоснование метода формирования и регулирования диагностического воздействия на КА.
-
Структурные и схемотехнические решения регулятора тока для диагностики КА.
-
Математические, имитационные и схемотехнические модели предложенного метода формирования диагностического воздействия.
-
Структура устройства стабилизации напряжения питания для цифрового блока управления регулятора тока.
-
Структура измерительной части регулятора тока, математические и схемотехнические модели измерительного преобразователя.
Апробация работы.
Основные результаты, полученные в работе, были доложены, обсуждены и одобрены на:
Международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые, цифровые и электромеханические устройства и системы», Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ)1, 2006; международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», Новочеркасск, ЮР-ГТУ(НПИ), 2006; научно-практической конференции «Проблемы энергосбережения и технической диагностики энергетического оборудования», Ростов н/Д, ВЦ «ВертолЭкспо», 2007; международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства», Новочеркасск, ЮР-ГТУ(НПИ), 2009; международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики», Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2009; международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», Новочеркасск, ЮР-ГТУ(НПИ), 2013; научно- технических конференциях ЮРГПУ(НПИ) 2006-2013г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК, 2 патента на изобретения РФ, 1 свидетельство об официальной регистрации программы в Отраслевом фонде алгоритмов и программ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 114 наименований и приложений. Общий объем работы 190 страниц, включая 36 страниц приложений и 87 иллюстрации.
С 24.06.2013г. приказом №482 Минобрнауки России федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» переименовано в федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (Н11И) имени М.И. Платова»
Похожие диссертации на Регулятор тока для диагностики коммутационных аппаратов
