автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Диагностирование зоны повреждения силовых кабельных линий с использованием компьютерного представления планов трасс

РГ5 ОД

2 5 СсН 2003

На правах рукописи

ТЮТИН Андрей Валерьевич

ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ЗОНЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ СИЛОВЫХ КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПЛАНОВ ТРАСС

Специальность 05.14.02 - Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссер тации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Новочеркасск, 2000

Работа выполнена на кафедре "Электрические станции" Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Платонов В.В.

Научный консультант - доктор технических наук,

доцент Быкадоров В.Ф.

Официальные оппонент: - Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор Фигурнов Е.П.

- кандидат технических наук, доцент Синегубов А.П.

Ведущее предприятие - ОАО "Ростовэнсрго"

Защита состоится " 30 " ноября 2000 г. в 11 часов в 107 ауд. главного корпуса на заседании диссертационного совета Д.063.30.01 в Южно-Российском государственном техническом университете ( Новочеркасском политехническом институте)

Огзыв на автореферат в двух экземплярах заверенный печатью, просим направлять по адресу: 346428, г.Новочеркасск, ул.Просвещения, 132, ЮжноРоссийский государственный технический университет ( Новочеркасский политехнический инстшуг).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета(Новочеркасского политехнического института).

Автореферат разослан " 27 " октября 2000 г.

Ученый секретарь

птглла«тпт1ттл1тттпт1л ЛАПЛТЛ

кандидат технических наук, доцент

Золотарев Н.Л.

ЫМЖ'М.М-Ь -05.0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В условиях промышленных предприятий и городов большая часть электроэнергии доставляется потребителям по силовым кабельным линиям 6-35кВ. Широкое развитие кабельных сетей высокого напряжения обусловлено рядом преимуществ кабельных линий по сравнению с воздушными: меньшая территория, отчуждаемая иод трассу, высокая надежность, меньшее взаимное влияние с окружающей средой. Вместе с тем, при прокладке силовых кабелей в грунте, последние подвержены отрицательным внешним воздействиям, таким как: агрессивность почвы, наличие блуждающих токов, возможность механических повреждений, дополнительный нагрев и т.п., что приводит к их периодическим отказам.

Анализ повреждаемости кабельных сетей показывает, что более 90% возникающих' в них повреждений приходятся на долю кабельных лилий, проложенных в земле, а определение места повреждения является наиболее сложной и длительной операцией. Поэтому локализация повреждений силовых кабелей с минимальными ошибками в расстоянии на местности и наименьшими затратами является важной задачей эксплуатации кабельных электрических сетей.

Доля средств па устройства определения мест повреждения (ОМП) в общих капитальных затратах предприятий электросетей мала, а внедрение прогрессивных методов и средств ОМП даст значительный экономический эффект. Перспективным направлением их развития является создание компьютерных технологий диагностирования зоны повреждения кабельных линий.

ОМП на кабельных линиях производится в несколько этапов: снижение переходного сопротивления изоляции в месте повреждения, определение расстояния до места повреждения, угощение места повреждения на трассе линии. Важным этапом ОМП, составляющим существенную часть в общей продолжительности работ по ликвидации дефекта, является диагностирование зоны повреждения, т.е. определение поврежденного участка кабельной лиши на местности по измеренному дистанционными устройствами ОМП расстоянию. Включение персональных компьютеров в состав электротехнических лабораторий позволит не только ускорить ОМП на трассе кабельных линий, но и производить предварительную обработку диагностической информации. Кроме того, ПЭВМ может оказать существенную помощь техническому персоналу при ведении технической документации по кабельным лишим.

Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с комплексными научно техническими программами ''Энергетика Юга РСФСР", "Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов", "Улучшение экологии и повышение надежности энергетики Ростовской области" Северо-Кавказкого научного центра высшей школы и отраслевыми научно-техническими программами по развитию диагностического оборудования и повышению надежности электрических сетей энершсйстем (ОНТН: 01.01.06; 01.01.03; 03.03.06).

В работе обобщены результаты исследований и разработок выполненных, лично и при непосредственном участии автора на кафедре "Электрические станции" Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Целью работы является совершенствование методов и технических средств диагностикрования зоны повреждения силовых кабельных линий с применением персональных ЭВМ, а также разработка алгоритмов и программ, позволяющих повысить эффективность диагностирования.

Для достижения цели работы потребовалось решение следующих задач:

- проанализировать характеристические параметры кабельных линий, как один из возможных источников погрешности при определении зоны повреждения кабельной линии;

- выбрать модель измерений и определить критерии оценки результатов обработки входного сигнала, поступающего в компьютер от аппаратных средств диагностирования зоны повреждения;

- разработать алгоритм и программу, позволяющие осуществлять обработку данных от аппаратных средств ОМП, с целью выделения полезного сигнала и определения расстояния до места дефекта силового кабеля;

- исследовать причины погрешности при определении мест повреждения на плане местности по измеренному дистанционными методами ОМП расстоянию;

- разработать алгоритм и программу, определяющую место повреждения кабельной линии на топографическом плане по измеренному дистанционными методами расстоянию, с автоматической коррекцией топографической ошибки и возможностью привязки координат места повреждения к ориентирам на местности;

- разработать алгоритм и программу-тренажер для обучения технического персонала электротехнических лабораторий работе с акустическими приемниками, предназначенными для уточнения места повреждения на арассе силовой кабельной линии.

Теоретические результаты и научная новизна:

1. Предложена концепция компышерной технологии диагностирования зоны повреждения силовых кабельных линий системно объединяющей процессы измерения, коррекции погрешности, фиксацию на трассе и привязку на местности места повреждения.

2. Рассчитаны зависимости фазовой скорости распространения электромагнитной волны и волнового сопротивления «¡левых кабелей от частоты приложенного сигнала, что позволило определить пути совершенствования аппаратного и программного обеспечения дистанционных средств ОМП.

3. Обосновано применение робастного метода наименьших квадратов в рамках критерия максимального правдоподобия для обработки сигналов, поступающих в ЭВМ от средств диагностирования зоны повреждения кабельных линий, и разработан алгоритм, основанный на данном методе обработки.

4. Предложена методика уменьшения погрешности определения места повреждения с использованием планов трасс силовых кабельных линий путем введения коэффициентов несоответствия между "электрическим" расстоянием, получаемым от дистанционных средств ОМТ7 и "топографическим" расстоянием, определяемым на топографических планах местности.

5. Предложена структура базы данных для хранения информации о технических характеристиках, производимых работах, протоколах испытаний, трассах прокладки и местах установки муфт на силовых кабельных линиях.

6. Предложен способ и реализован алгоритм определения места установки соединительной муфты на трассе кабельной линии по трем ориентирам на местности и расстояниям до них.

Практическая ценность результатов работы.

1. Предложены состав и структура диагностической системы для локализации повреждений силовых кабельных линий 6-35 кВ на базе ПЭВМ.

2. Разработана программа ("<Ж8К 2.0"), предназначенная для определения расстояния до места повреждения по оцифрованным данным дистанционных средств ОМП. Программа позволяет:

- производить обработку входных осциллограмм по одному из встроенных алгоритмов для выделения полезного сигнала с автоматическим или ручным выбором параметров обработки;

- производить операции, необходимые для определения изменений характеристик кабельной линии, которые произошли между измерениями;

- идентифицировать импульс, отраженный от места повреждения;

- определять расстояние до повреждения и неоднородностей кабельной линии.

3. Разработано программное обеспечение ("П170Р 2.0"), позволяющее упростить выполнение техническим персоналом электротехнических лабораторий ряда задач:

- ведение кабельного журнала и поиск в нем интересующей информации по кабельной линии;

- получение информации о результатах профилактических испытаний и следующих сроках их проведения;

- определение места повреждения на трассе кабельной линии;

- привязку места повреждения к ориентирам на местности;

- определение координат места установки муфты на плане кабельной линии по трем ориентирам и расстояниям до них.

Программа прошла официальную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарища! знакам.

4. Предложена принципиальная схема формирователя высоковольтных двухпо-лярных видиоимпулъсов для диагностирования зоны повреждения кабельных линий импульсными методами ОМП. Применение данного формирователя позволит определять расстояние до повреждения при высоком переходном сопротивлении в месте дефекта.

5. Разработано программное обеспечение для обучения технического персонала работе с ипдукционно-акустическими приемниками ПА-02, ПА-02М. Программа ("РА-02") прошла официальную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам. В настоящее время используется в учебном процессе при подготовке инженеров-электриков в ГОРГТУ(НПИ).

Апробация работы и публикации. Основные положения и научные результаты диссертации докладывались на научно-технических конференциях, семинарах, совещаниях. В том числе обсуждались на заседании регионального Совета специалистов по диагностике силового электрооборудования при ОЭС Уралэнерго (г.Киров, 1997 г.), на семинарах АН России "Кибернетика электрических систем" (г.Новочеркасск, 1994-2000 г.г.), на техническом совете ОАО Рос-товэнерго (г.Ростов-на-Дону, 1994-1995 г.г.), на научно-технических конференциях студентов и аспирантов НГТУ-ЮРГТУ (1993-2000 г.г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава НГТУ - ЮРГТУ (19962000 г.г.).

По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, 2 программы прошли официальную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников из 109 наименований. Работа изложена на 200 страницах, в том числе: 136с. основного текста, 53с. рисунков, 10 с. списка использованной литературы, 1 с. приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, показана структура построения материала в диссертации. Огмечен вклад ученых и специалистов в области, которой посвящена данная диссертационная работа.

В первой главе рассмотрены особенности прокладки силовых кабельных линий в грунте. Показано, что наличие перепадов уровней высот на местности, компенсаторов механических повреждений (в том числе укладка "змейкой") и монтажных колец приводит к несоответствию "топографической" протяженности кабельной линии, отмеченной на плане, и действительной, равной длине кабеля уложенного в траншею.

Выполнен анализ существующего программного обеспечения отображения топографической информации (система проектирования поточно-координатным методом, ГИС "Альбея") и показано, что значительный объем технической документации по силовым кабельньм линиям требует использования средств автоматизации с использованием ПЭВМ.

На основании анализа характеристических параметров силового кабеля, влияющих на процесс диагностирования зоны повреждения кабельных линий, показано, что фазовая скорость распространения электромагнитных сигналов в

линии и волновое сопротивление являются частотно зависимыми параметрами. Это обусловлено зависимостью индуктивности и активного сопротивления кабельной линии от частоты сигнала. Поэтому использование в дистанционных методах диагностирования (независимо от типа кабельной линии и способа подключения аппаратуры), фиксированной (160 м/мкс) скорости распространения электромагнитного сигнала требует обоснования.

Выполнен анализ существующих дистанционных средств ОМП и определены основные задачи, решение которых позволит усовершенствовать техноло-гшо диагностирования зоны повреждения кабельных линий с применением ПЭВМ: определение частотной зависимости фазовой скорости и волнового сопротивления для различных типов силовых кабелей; разработка алгоритмов и программ обработки сигналов, поступающих от устройств диагностирования зоны повреждения; разработка алгоритмов и программ визуализации места повреждения кабельной линии на экране дисплея с привязкой к ориентирам на местности.

Во второй главе определены количественные значения и соотношение волновых сопротивлений нулевого и междуфазного каналов кабельной линии, при помощи которых может быть получено'волновое сопротивление любого из ее трактов распространения электромагнитной энергии ("жила - жила", "жила -оболочка" и т.д.). Волновые сопротивления нулевого №жо/}) и междуфазного (2жжп) каналов, отнесенные к одной жиле, могут быть получены из волновых сопротивлений трактов "жила - оболочка" (2Л(.„) и "три жилы - оболочка" (2зжо), по соотношениям:

^гжоп ~ -1' ^Ъжо (О 7-жж1\=№жо-2ЪжоП)12. (2)

Значения волновых сопротивлений каналов 3-х фазных кабелей 3-10кВ, полученные с использованием экспериментальных данных (приводимых в технической литературе) но соотношениям (1), (2), представлены в табл. 1.

______Таблица 1.

Сечение кабеля, мм2 2ЖЖ!т, О.м ■^Злса'Ь Ом

Номинальное напряжение, кВ

3 6 10 з 6 10

25 14,25 21 27 30 45 57

240 5,175 7,65 10,5 10,05 15,6 21

Полученные значения волновых сопротивлений каналов совпадают с результатами, приведенными в работах Г.М. Шалыта с погрешностью менее 1% и экспериментальными данными, полученными В.В, Сидельниковым на силовом кабеле СК 3x70 длиной 340м, с погрешностью до 10%.

Анализ удельных параметров силовых кабелей показал значительный разброс величин частичных емкостей (Сю до 45%, С12 до 30%), приводимых в различной технической и справочной литературе (рис. 1). В последующих расчетах

использованы значения удельных индуктивности, активного сопротивления и емкости (Сурасч., С^асч.) силовых кабелей, полученные В.Ф. Бы-кадоровым. Удельные индуктивность и активное сопротивление выбраны с учетом использования при их расчете наиболее точного численного метода инте1ральных уравнений, а емкости -совпадением со среднестатистическими значениями частичных емкостей. Правильность выбора значений частичных емкостей подтверждена дальнейшими расчетами.

Выполнен расчет волновых сопротивлений силовых кабелей в зависимости от частоты без учета и с учетом активного сопротивления жил и проводимости изоляции. Полученные зависимости волнового сопротивления трактов "жила - жила" и "жила - оболочка", используемые при согласовашш устройств ОМП, представлены на рис. 2,3. ОиГП---1-' ' I--- Ом

мкф км 0.36

0.32

0.28

0.24

0.20

0.16

0.12

0.08

0.04 25

С /

-С,и / /, И г'

/>/ ГУ / //у 23 УЛ мпРЯ У?.

—- тЛ щ ¡ЯВЕ

й! & А

т га 1

Vй 1 г»

тт

1

50

100 150

Рис. 1

200 мм2

90 кГц

10 20 30 40 50 60 70

90 кГц

0,5 10 20 30 40 50 60 70 80

Рис. 2 Рис. 3

Как показал анализ полученных данных, в области низких частот погрешность значения волнового сопротивления, обусловленная пренебрежением активным сопротивлением жил и проводимостью изоляции, достигает 20-25%. Расчетные зависимости волнового сопротивления от частоты и соотношения волновых сопротивлений нулевою и междуфазного каналов силовых кабелей (1,7 - 2,3) подтверждены экспериментально на кабеле типа СБ, 6кВ, с сечением жил 16мм2.

Для повышения точности диагностирования зоны повреждения кабельных линий произведен расчет фазовых скоростей гармонических сигншшв с частотой {/), от которых зависит скорость распространения и деформация зондирующего импульса в силовом кабеле.

Фазовая скорость синусоидального сигнала (Оф =со/¡3) является функцией характеристического параметра кабельной линии - коэффициента фазы, который вычислялся с использованием ранее выбранных удельных параметров силовых кабелей по выражению:

р = . [(«21С - СЯ) + ^(Л2 + й>212) • (¿ЧрС2) ], где й> = .

Из полученных зависимостей фазовой скорости от частоты для трактов "жила -жила" и "жила - оболочка" (рис. 4, 5) видно, что разница фазовых скоростей составляет 1-2%, до 5% отличаются фазовые скорости силовых кабелей с различным сечением жил.

Как показали расчеты, погрешность определения фазовых скоростей без учета активного сопротивления и проводимости силового кабеля в области низких частот может достигать 25%. Полученные зависимости и соотношения фазовых скоростей также подтверждены экспериментально на кабеле типа СБ, 6кВ, с сечением жил 16ммг. Фазовая скорость на частоте ЮОкГц и скорость распространения прямоугольного импульса, полученные при экспериментах, отличаются на 5 - 8%.

Анализ сигналов при диагностировании зоны повреждения кабельных линий волновым методом и методом колебательного разряда показал, что с увеличением расстояния до места повреждения их спектр смешается в область низких частот. Поэтому целесообразно использовать импульсные устройства диагностирования, имеющие постоянный спектр, с применением двуполярных зондирующих импульсов, которые позволяют уменьшить постоянную составляющую и сместить спектр зондирующего сигнала в область высоких частот, характеризующуюся постоянными значениями фазовых скоростей.

В третьей главе произведен анализ информационных сигналов, получаемых при диагностировании зоны повреждения, который показал, что уровень помех зависит от применяемой аппаратуры и условий проведения измерений. Наличие помех на уровне "шумов" в диагностическом сигнале уже затрудняет идентификацию импульса отраженного от повреждения и фиксацию интервалов

времени, лежащих в основе определения расстояния до повреждения. Поэтому, задачу автоматизированного определения места повреждения предложено решать в два этапа: выделить полезный сигнал; идентифицировать импульс, отраженный от места ' повреждения, с определением времени его распространения в кабельной линии.

Модель измерений при диагностировании зоны повреждения, с учетом их дискретности (¡=1,...,и), принята в виде: х, = /(¿с,) + £, где х - измеренное значение, х - оценка сигнала, принимаемая за истинное значение измерений, £ - аддитивные, независимые, одинаково распределенные погрешности. Одним из подходов к синтезу робастных алгоритмов обработки сигналов является принцип минимакса, конкретная реализация которого - метод максимального правдоподобия (или метод М-оценивания) предложен П.Хьюбертом в 1964г. Использование в качестве функции контраста метода М-оценивания квадратичной функции позволяет выполнить переход к наиболее распространенному методу наименьших квадратов.

Принимая во внимание конечность выборки измерений в процессе диагностирования, который может считаться стационарным и прямолинейным только локально, целесообразно применение рекуррентного метода наименьших квадратов на скользящем окне. Анализ конкретной реализации данного метода в виде адаптивного алгоритма выборочного среднего с конечной памятью на скользящем окне (рис. 6), предложенного A.B. Макшановым, показал, что получаемая оценка сигнала имеет смещение по величине до 12% (а) и уход по времени до 2% от длительности обрабатываемого сигнала (б).

Причиной возникновения погрешностей является применение весовых коэффициентов, основанных на крайних значениях выбранного окна.

I

1

'■■Получаемая при г Щобработке оценка-

щ

■Исходный сигнал

ж

V

f

Щ

и ■

• Получаемая при ;

f V ¥

К. Л

У / у.-. <

X h 7 щ V Ч/ ц /

vi, in одн C.W Vi

::: t

10 12 14

02468 10 12 14 02468 Рис. 6 Рис.7

Поэтому предложен модифицированный алгоритм не имеющий смещений с усредненными весовыми коэффициентами всех измеренных значений х^ входящих в рассматриваемое окно (рис. 7), включающий в себя следующие операции:

1 ы

1. Начальную оценку: х1г1,2 = - £ хк , где 1 - величина окна.

' 4=/

1 *+Л2,-

2. Насчет коэффициента нредыду дих измерений: = .¿L

¡ы

"1С/

3.Расчет коэффициента последующих измерений: =

4. Расчет коэффициента передачи для нового измерения:

туг Е(*М/2-**).

Ч^-кМ+т

К,

(«М/2 + «/+//2,0 /2 + (Дч,/2 + Д+//2+1 )/2

¡+1/2+1 '

-25с,

1+1/2+1

4х,

■1+1/ 2+1

5. Оценку нового измерения: х,ч;/2+1 = х,_,/2+1 + АГ1>,/2+1л)Ч//2+1.

6. Выбор величины окна исходя из минимума дисперсии оценки:

1 " т

тш.

Для более четкой фиксации места повреждения при автоматизированном диагностировании предложено использовать в качестве идентификационного признака не амплитуду, а значение энергии отраженного импульса (рис. 8):

/=/1

где потр - коэффициент отражения, у - коэффициент распространения, I - расстояние, пройденное импульсом.

Рис.8.

1\гшр=тах

Полагая коэффициент отражения постоянным на интервалах отраженных импульсов и учитывая, что в месте повреждения он имеет максимальную величину, можно выявить импульс, имеющий максимальное значение энергии. При отсутствии данных, необходимых для расчета коэффициента распространения, его можно учесть косвенно, используя данные о количестве установленных на кабельной линии муфт и расстояния до мест их установки.

Отсчет интервалов времени, характеризующих расстояшгс до повреждения, производится по точкам с амплитудой напряжения равной нулю, что позволяет минимизировать ошибку смешения во времени. Рост дисперсии срабатывания порогового устройства, характерный для данной точки, компенсируется предварительной обработкой исходного сигнала модифицированным алгоритмом метода наименьших квадратов на скользящем окне. Таким образом, алто-

ритм определения расстояния до места повреждения силового кабеля (при отсутствии данных о первичных параметрах кабеля) включает следующие операции: 1) обработка исходного сигнала при помощи модифицированного алгоритма метода наименьших квадратов на скользящем окне; 2) определение начальных точек и энергий отраженных импульсов; 3) фильтрация импульсов отраженных от мест установки муфт; 4) выделение импульса имеющего максимальную энергию; 5) определение расстояния по отрезку времени между начальными точками зондирующего и отраженного импульсов.

В четвертой главе рассмотрена возможность создания программы автоматизированного диагностирования повреждений с привязкой к топографическим ориентирам, что существенно облегчает и ускоряет определение зоны повреждения кабельной линии на местности, по расстоянию, полученному дистанционными методами ОМП. Передача топографической информации в ПЭВМ производится сканированием топографических планшетов кабельных линий, а полученное растровое изображение векторизуется, что позволяет снизить объем сохраняемых данных на 1-2 порядка. Векторизованное изображение содержит координаты элементарных отрезков (рис. 9), которыми заменяется исходное -растровое. _____

Рис.9.

Определение координат места повреждения, для его отображения на дисплее и привязки к ориентирам на местности, производится с использованием методики текущего расчета, основашюй на методе пошагового приближения:

1. Вычисляются длины векторов L¡ = -xt_x)2 ~{y¡ - y,^)2 и производится их суммирование до вшголпепия условия L^ -Lnoe < ¡s,, tl > гДе As„ ~ сумма длин п векторов, Lnoe - расстояние до места повреждения.

2. Определяются приращения координат для конечною участка перед повреждением: ЛХ = (¿япв - LSr )• cos а, АГ = \Lnue - Ls J- sin a.

3. Определяются координаты места повреждешш: Хпов = X¡ + ДА , Ynoe = Y¡ + дг , где X¡, Y¡ - координаты точки перед местом повреждения.

Учитывая наличие разницы "электрического" (полученного дистанцион-

ными методами диагностирования) и "топографического" (измеренного на плане) расстояний, предложено использовать коэффициент несоответствия между их значениями для уменьшения погрешности при определении координат места повреждения. В процессе эксплуатации кабельной линии могут добавляться коэффициенты несоответствия для четко зафиксировашшх точек (муфта, повреждение, запас кабеля в виде кольца). Использование коэффициента несоответствия для данной фиксированной точки позволяет компенсировать до этой точки всю совокупность погрешностей, включая погрешность в определении фазовой скорости. Таким образом, коордшгаты места повреждения, с использованием коэффициентов несоответствия (АГ), определяются по выражениям:

где фт - индекс фиксированной точки перед повреждением. Компенсация неоднозначности показаний приборов различного типа производится приведением измеренного расстояния к показаниям "базового" (наиболее часто используемого) прибора.

Принимая во внимание сложности визуализации и определения координат места повреждения, возникающие при использовании существующих методов отображения и хранения информации о трехмерном пространстве (кабельные коммуникации зданий и сооружений), в работе предложено использование метода секущих плоскостей. Использование этого метода, при несколько меньшей наглядности отображения общей'структуры объекта, позволяет упростить операции, необходимые для точного определения зоны повреждения.

Значительный объем информации, хранимой и обрабатываемой при определении зоны повреждения, потребовал ее систематизации в базе данных. Для совместимости с программным обеспечением сторонних производителей в качестве основного принят формат реляционной базы данных Paradox. Топографическая информация выделена в отдельный блок, имеющий формат сетевой модели данных, что позволяет ускорить вывод графической информации на экран дисплея.

В пятой главе предложен состав диагностической системы для определения зоны повреждения силовых кабельных лилий с применением ПЭВМ. Система включает: регулируемый источник высокого напряжения, формирователь импульсов, АЦП, модули памяти, устройство передачи данных, ПЭВМ. Для оценки погрешности определения зоны повреждения приближенно определено время формирования разряда в месте дефекта.

Разработаны DOS и Windows версии программ регистрации расстояния до места повреждения. Windows версия программы ("ÜRSK" v.2.0, рис.10) имеет десять независимых окон для обработки и отображения осциллограмм диагностирования. Программа позволяет: выделять полезный сигнал из осциллограмм

диагностирования, производить сравнение сигналов, определять расстояние до повреждения в ручном или автоматическом режиме с индикацией результата в метрах или микросекундах.

Для привязки места повреждения силовых кабельных линий к ориентирам на местности также разработаны DOS и Windows версии программы визуализации зоны повреждения. Windows версия программы ("DIZOP" v.2.0, рис.11), реализованная с применением реляционной базы данных в формате Paradox, прошла официальную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам. Программа позволяет: вести кабельный журнал, осуществлять импорт/экспорт графической информации в формате WMF, производить масштабирование топографической информации, определять место повреждения на трассе кабельной линии с указанием до 5 точек привязки (с учетом коэффициентов несоответствия). Для определения координат фиксированных точек на плане местности предложен алгоритм, основанный на использовании трех точек привязки. Объем хранимых и обрабатываемых данных ограничивается возможностями применяемой ПЭВМ.

Наличие топографических планов трасс в программе визуализации повреждений позволяет создать на их базе специализированные тренажеры для обучения персонала электротехнических лабораторий работе с устройствами диагностирования повреждений применительно к конкретной сети. Разработана первая версия обучающей программы с использованием индукционно-акустических приемников ПА-02, ПА-02М, которая учитывает учебно-методические и технические требования, предъявляемые к автоматизированным тренажерам. Данная программа прошла официальную регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Анализ требований, предъявляемых к прокладке силовых кабельных линий и учет специфики местности на трассе показали, что используемые топографические планы трасс кабельных линий имеют существенные погрешности в отображении реальных длин кабельных линии. Это обусловлено отсутствием учета вертикальной составляющей прокладки силовых кабелей на местности, имеющей значительные уклоны, неучетом запасов по длине, необходимых для компенсации возможных смещений почвы и температурных деформаций, а также монтажных колец. Наличие данных погрешностей приводит к увеличению времени локализации повреждения

2. Наибольшее распространение среди дистанционных средств определения места повреждения получили приборы, основанные на импульсном методе измерений. Их развитие обусловлено более высокой точностью по сравнению с устройствами, использующими волновой метод и метод колебательного разряда. Недостатком данных приборов является отсутствие возможности выявления повреждений с высоким переходным сопротивлением в месте дефекта и приближенный учет скорости распространения зондирующего импульса.

Рис. 10.

Внешние графические редакторы (формат 1УМР')

Ввод

/наименования КЛ: Л^ Загрузка / сохранение паспорта Ю1: Рк1

/ Изменение типа муфты, ее координат^

/ \

X

Вывод информации на дисплей

Ввод и изменение информации е кабельном журнале, запрос на поиск Ри

Внешняя программа обработки осциллограмм

Импорт / экспорт топографической информации

"Повр."

расстояния до места повреждения у

и

_] Нет

/Ввод ориентиров и расстояний

31

Р1ьР1-гК0„0гЛ\Лг) Л3,Л4=-/Г02,0,,Л2,Д3/)

Печать

участка плана

с повреждением

Рис. 11.

3. Расчеты волнового сопротивления трактов силовых кабелей и фазовой скорости распространения сигналов в них показали, что данные параметры являются частотно зависимыми. С ростом частоты волновое сопротивление трактов уменьшается на 25-35%, а фазовая скорость возрастает на 60-70 м/мкс. Соотношение волновых сопротивлений междуфазного и нулевого каналов распространения электромагнитной энергии практически не зависит от частоты и находится в пределах 1,7 - 2,3. Для компенсации изменений фазовой скорости при. импульсных измерениях целесообразно использовать двуполярные зондирующие импульсы, спектр которых смещен в область высоких частот, характеризующуюся равенством фазовых скоростей.

4. Анализ дшшых по удельным электромагнитным параметрам силовых кабелей показал существенное различие (Сю до 45%, С12 до 30%) в количественных значениях частичных емкостей, приводимых в различной технической литературе. Указанная неоднозначность определяется различием в методиках вычисления удельных параметров и зависит от сечения жил силоиого кабеля. Поэтому, при проведении измерений на кабельной линии, целесообразно уточнить ее волновое сопротивление и скорость распространения в ней зондирующего сигнала.

5. Сигнал, получаемый от средств определения зоны повреждения, содержит помехи, уровень которых зависит от применяемых устройств диагностирования, схемы их подключения и условий проведения измерений. Для обработки данного сигнала сформулирована задача оценивания, включающая в себя: математическую модель измерений, априорную информацию, измерительную информацию, критерий оптимизации. При решении поставленной задачи обоснован и применен метод наименьших квадратов в рамках критерия максимального правдоподобия.

6. Разработан модифицированный робастный алгоритм обработки сигналов от импульсных устройств диагностирования, в котором учтены недостатки конкретной реализации существующего алгоритма оценивания, что позволило уменьшить смещения оценки до 2-3% от амплитуды зондирующего импульса и исключить уход оценки по интервалам измерений. Идентификацию импульса, отраженного от места повреждения, предложено производить с оценкой значения его энергии, а не амплитуды, для компенсации деформации импульса при распространении в кабельной линии.

7. Анализ информации, используемой при эксплуатации кабельных линий, показал актуальность создания на энергетических объектах автоматизированной базы данных с использованием ЭВМ, позволяющей сократить время и повысить точность определения мест повреждений, упростить процесс ведения техшгче-ской документации. Для уменьшения погрешности определения места повреждения кабельной линии на топографическом плане местности предложено использовать коэффициенты несоответствия между "топографическим" и "электрическим' расстояниями, которые учитывают ошиоки вноспмьгб перепадами уровня высоты прокладки и наличием компенсаторов механических повреждений.

8. Предложено использовать места установки муфт в качестве фиксированных точек, разделяющих участки кабельной линии, имеющие различные коэффициенты несоответствия, что позволяет повысить точность локализации места дефекта, за счет компенсации всей совокупности погрешностей измерешм до данной фиксированной точки. Количество фиксированных точек и коэффициентов несоответствия увеличивается при проведении земляных работ на трассе кабельной линии.

9. Для обработки информации по топологии кабельных коммуникаций, проложенных в зданиях и сооружениях, предложен метод секущих плоскостей, базирующийся на специфике их прокладки. Метод позволяет упростить ввод, обработку и отображение графических данных в трехмерном пространстве без потери точности при определешш зоны повреждения кабельной линии.

10. Предложены состав и структура диагностической системы на базе ПЭВМ, позволяющей осуществлять фильтрацию диагностического сигнала, определять место повреждения с привязкой к ориентирам на местности с использованием серийных приборов диагностирования зоны повреждения и автоматизировать обработку технической документации по силовым кабелям. Для диагностирования кабельных линий, имеющих высокое переходное сопротивление в месте дефекта и уменьшения искажений зондирующего импульса при распространении по линии, предложена схема формирователя двуполярных прямоугольных импульсов высокого напряжения, позволяющая увеличить энергию зондирующего импульса и сместить его спектр в область высоких частот.

11. Разработаны программы "ORSK" и "DIZOP", предназначенные для обработки сигналов полученных при диагностировании зоны повреждения кабельных линий, определения расстояния до места повреждения с возможностью привязи! места повреждения к ориентирам на местности и автоматизации процесса ведения кабельной документации. Программа "DIZOP" v.2.0 прошла регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.

12. Разработан автоматизированный тренажер по применению акустического метода с использованием индукционно-акустических приемников ПА-02, ПА-02М. Тренажер позволяет при использовании топографических планов местности производить обучение персонала электротехнических лабораторий работе с данными устройствами применительно к конкретной сети. Протрамма тренажера прошла регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Тютин A.B. Автоматизированный тренажер на базе персональной ЭВМ по применению акустического метода диагностики повреждений кабельных линий. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. - 1994. - № 6. - С.89-90.

2. Быкадоров В.Ф., Тютин A.B., Березкин В.Д. Структура и алгоритмы функционирования информационно-диагностической системы для токонесущих коммуникаций электрической сети. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. -1996.-№3-4.-С.124-125.

3. Тютин A.B. Алгоритм и программа для визуализации места повреждения кабелей в системах электроснабжения с использованием персональной ЭВМ. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. - 1996. - № 3-4. - С.127-128.

4. Тютин A.B. Компьютерная топография в диагностике зоны повреждения силовых кабельных линий. Сб. статей науч.-техн. конф. студентов и аспирантов НГТУ: Гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1996.- С.94-98.

5. Ершов Ю.К. Быкадоров В.Ф. Тютин A.B. К анализу волнового процесса в трехфазном силовом кабеле в режимах диагностики зоны повреждения. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. - 1997. - № 1-2. - С.92.

6. Тютин A.B. Алгоритм и программа регистрации зоны повреждения кабельной линии на ПЭВМ. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. - 1997. - № 1-2.-С.93.

7. Быкадоров В.Ф., Михайлов A.A., Тютин A.B. Обработка информационных сигналов при измерениях зоны повреждения силовых кабельных линий с целыо повышения их достоверности. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. -1997.-№1-2.-С.94.

8. Быкадоров В.Ф., Михайлов A.A., Тютин A.B. Оценка интервала дискретизации временного параметра при определении зоны повреждения силовых кабельных линий. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. - 1998. - № 2-3. - С.126.

9. Михайлов A.A., Тютин A.B. Выбор информационного признака для оценки временных интервалов при диагностике высоковольтных кабельных линий. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. - 1999. - № 1. - С.89.

10. Быкадоров В.Ф., Тютин A.B., Кривопустов П.В. Устройство для визуализации зоны повреждения кабельной линии. Тез. докл. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ: Юж. Рос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999.-С.115.

11. Тютин A.B., Кривопустов П.В., Быкадоров В.Ф. Опыт формирования компьютерных топографических планов трасс силовых кабельных линий. Тез. докл. Изв. вузов. Электромеханика. - 1999. - № 1. - С.90.

12. Тютин A.B. Тренажер для обучения технического персонала электротехнических лабораторий работе с акустическим приемником ПА-02. Свид. о

ХГпППЛТПП______ХГ-ЛЛЛЛ1 Г Г\Г\ ЛЛ

per. Прогр. Jisyyu I J\J, но .5или. ivijyw 1 ¿, uT o.uj.-jy.

13. Тютин A.B. Диагностирование зоны повреждения силовых кабельных линий. Свид. о per. прогр. №2000610489, по заяв. №2000610334 от 10.04.00.

14. Быкадоров В.Ф., Пирожник A.A., Климентьев А.М., Тютин A.B., Ку-ценко В.А. Принципы построения импульсных измерителей зоны повреждения В Л 1!0-500кВ с использованием компьютерных технологий. Сб. "Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования" Вып. 11. Материалы совместного заседания регионального Совета по диагностике Уралэнерго и постоянно действующего семинара Минэнерго РФ: Екатеринбург - С.Пб, 2000-

П 1£1 1 £Л V/.iy l-iut.

Подписано к печати 25.10.2000 г. Объем 1.0 п. л. Тир. 100 экз. Заказ № ZOi'S Типография ЮРГТУ(НПИ). 346421 г. Новочеркасск ул. Просвещения, 132.

Введение. 5.

Глава 1. Анализ методов и технических средств диагностирования зоны повреждения силовых кабельных линий.

1.1. Особенности прокладки и формирования трасс кабельных линий. 10.

1.2. Характеристические параметры кабельных линий. 22.

1.3. Методы определения зоны повреждения кабельной линии. 31.

1.4. Техническая реализация и оценка погрешности измерителей расстояния до места повреждения. 43.

1.5. Выводы. 54.

Глава 2. Характеристические параметры силовых кабелей при диагностировании зоны повреждения.

2.1. Общие сведения. 56.

2.2. Анализ первичных параметров силовых кабелей. 66.

2.3. Волновые сопротивления силовых кабелей на повышенных частотах. 72.

2.4. Фазовая скорость распространения сигналов повышенной частоты в силовых кабелях. 80.

2.5. Частотные спектры зондирующих сигналов при диагностировании зоны повреждения кабельных линий. 87.

2.6. Выводы. 92.

Глава 3. Обработка информационных сигналов при измерении зоны повреждения кабельных линий.

3.1. Анализ помех в информационных сигналах регистраторов зоны повреждения. 95.

3.2. Выбор методики математической обработки сигналов при диагностировании зоны повреждения. 98.

3.3. Алгоритмы обработки результатов измерений при диагностировании зоны повреждения. 104.

3.4. Методика и алгоритм определения расстояния до повреждения при импульсном методе диагностирования. 109.

3.5. Выводы. 116.

Глава 4. Принципы построения программных средств визуализации зоны повреждения кабельной линии.

4.1. Компьютерное формирование планов трасс кабельных линий. 118.

4.2. Определение координат места повреждения на 125. компьютерном плане кабельной линии.

4.3. Визуализация токоведущих коммуникаций в трехмерном пространстве. 132.

4.4. Формирование базы данных кабельной сети. 140.

4.5. Выводы. 151.

Глава 5. Техническая и программная реализация средств диагностирования зоны повреждения кабельной линии.

5.1. Сопряжение диагностических устройств с ПЭВМ для регистрации зоны повреждения кабельной линии. 154.

Интенсивность процессов урбанизации и роста единичных мощностей энергопотребления привели к созданию обширной сети кабельных линий 635кВ, которые обладают повышенной надежностью и требуют меньших отчуждаемых площадей по сравнению с воздушными линиями. Вместе с тем, при прокладке кабелей в грунте, последние подвержены отрицательным внешним воздействиям: агрессивность почвы, наличие блуждающих токов, возможность механических повреждений, дополнительный нагрев и т.п. Длительный срок эксплуатации (до 30 лет) приводит к старению электрических коммуникаций и для их капитального ремонта в ЖКХ отдельных регионов требуется до 250 млн. руб.

Анализ повреждаемости кабельных сетей показывает, что более 90% возникающих в них повреждений приходятся на долю кабельных линий, проложенных в земле, а определение мест повреждения является наиболее сложной и длительной (до 5 суток) операцией. Поэтому локализация повреждений силовых кабелей с минимальными ошибками в расстоянии и наименьшими затратами является важной задачей эксплуатации кабельных электрических сетей.

Доля средств, затрачиваемых на определения места дефекта, составляет от 25% до 50% от общих затрат на ликвидацию повреждения кабельной линии. При этом, доля расходов на устройства диагностирования повреждений кабельных линий в общих капитальных затратах предприятий электросетей мала, а внедрение прогрессивных методов и средств выявления мест повреждений даст значительный экономический эффект.

Большинство дистанционных методов диагностики основано на измерении времени распространения электромагнитной волны от места установки аппаратуры до места повреждения кабельной линии. При этом полагают скорость распространения электромагнитной волны постоянной для различных видов силовых кабелей и способов подключения диагностической аппаратуры. Такое предположение требует обоснования, учитывая значительный разброс геометрии и электрических характеристик силовых кабелей.

Одним из наиболее перспективных путей совершенствования дистанционных методов определения зоны повреждения кабельных линий является включение в состав комплекса диагностической аппаратуры персональных ЭВМ. Применение ПЭВМ в электротехнических лабораториях позволит автоматизировать процесс обработки диагностической информации и оказать существенную помощь техническому персоналу при ведении технической документации по кабельным линиям.

Данная работа посвящена совершенствованию методов и технических средств диагностирования зоны повреждения силовых кабельных линий с применением персональных ЭВМ, а также разработке алгоритмов и программ, позволяющих повысить эффективность диагностирования. При выполнении работы использованы теоретические основы и результаты экспериментальных исследований в области диагностирования воздушных и кабельных линий полученные ведущими учеными и специалистами: В.В. Платоновым, Г.М. Шалытом, А.К. Маном, В.Ф. Быкадоровым, М.В. Костенко, К.П. Кадомской, В.В. Сидельниковым, В.К. Спиридоновым.

Исследования по теме диссертации выполнялись в соответствии с комплексными научно техническими программами "Энергетика Юга РСФСР", "Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов", "Улучшение экологии и повышение надежности энергетики Ростовской области" Северо-Кавказкого научного центра высшей школы и отраслевыми научно-техническими программами по развитию диагностического оборудования и повышению надежности электрических сетей энергосистем (ОНТП: 01.01.06; 01.01.03; 03.03.06).

Для достижения поставленной цели решались следующие научно-технические задачи:

- анализ частотной зависимости характеристических параметров кабельных линий, как одного из возможных источников погрешности при определении зоны повреждения кабельной линии;

- выбор модели измерений и определение критериев оценки при обработке входного сигнала, поступающего в компьютер от аппаратных средств диагностики зоны повреждения;

- разработка алгоритма и программы, позволяющей осуществлять обработку данных от аппаратных средств диагностики с целью выделения полезного сигнала и определения расстояния до места дефекта силового кабеля;

- исследование причин погрешности определения места повреждения, на плане местности по расстоянию, измеренному дистанционными методами диагностирования;

- разработка алгоритма и программы определения места повреждения кабельной линии на плане местности, по измеренному дистанционными методами расстоянию, с автоматической коррекцией топографической ошибки и возможностью привязки координат места повреждения к произвольным ориентирам;

- разработка алгоритма и программы автоматизированного тренажера для персонала электротехнических лабораторий по использованию индукци-онно-акустических приемников, применительно к конкретной сети.

Основными теоретическими результатами и научной новизной полученными в работе являются:

-концепция компьютерной технологии диагностирования зоны повреждения силовых кабельных линий, системно объединяющей процессы измерения, коррекции погрешности, фиксацию на трассе и привязку на местности места повреждения;

- расчет зависимости фазовой скорости и волнового сопротивления силовых кабелей от частоты приложенного сигнала;

- обоснование применения робастного метода обработки данных, полученных при определении зоны повреждения кабельных линий, для выявления полезного сигнала;

- методика уменьшения погрешности определения координат места повреждения на топографических планах силовых кабельных линий путем введения коэффициентов несоответствия между "электрическим" и "топографическим" расстояниями;

- разработка структуры базы данных для хранения и обработки информации по силовым кабельным линиям в ПЭВМ;

- программный способ определения места установки соединительной муфты на трассе кабельной линии по трем ориентирам на местности и расстояниям до них.

Работа включает введение, пять глав, заключение и список литературы.

В первой главе выполнен анализ топографических особенностей прокладки силовых кабельных линий в грунте. Показано, что значительный объем информации по силовым кабельным линиям требует использования средств автоматизации с использованием ПЭВМ. Определены характеристические параметры силовых кабелей, влияющие на процесс диагностирования зоны повреждения кабельных линий. На основании анализа установлено преимущество импульсных средств диагностирования кабельных линий.

Во второй главе определены значения волновых сопротивлений нулевого и междуфазного каналов кабельной линии и их соотношение. Выполнен анализ удельных параметров силовых кабелей, приводимых в различной технической и справочной литературе. Получены зависимости волнового сопротивления кабельных линий и фазовой скорости гармонических сигналов в них от частоты. Выполнен анализ частотного спектра сигналов при диагностировании зоны повреждения кабельных линий различными методами, показавший целесообразность применения импульсных устройств с использованием двуполярных зондирующих импульсов.

В третьей главе определены причины возникновения и возможный уровень помех в сигналах, получаемых от устройств диагностирования зоны повреждения. Принята модель выполняемых измерений и определен метод обработки данных. Разработан модифицированный алгоритм обработки сигнала, поступающего от импульсных устройств диагностирования повреждений. Предложено производить идентификацию импульса, отраженного от повреждения по значению энергии, а не по амплитуде. Разработан алгоритм определения расстояния до места повреждения силового кабеля.

В четвертой главе выполнен анализ форматов представления графических данных в ЭВМ. Разработаны методики определения координат места повреждения на топографическом плане трассы кабельной линии по измеренному расстоянию. Предложено использование коэффициентов несоответствия "электрического" и "топографического" расстояний и фиксированных точек для уменьшения погрешности при определении координат места повреждения. На основании принятых принципов визуализации, для трехмерного пространства предложен метод секущих плоскостей применительно к топографии кабельных коммуникаций в зданиях и сооружениях. Разработаны состав и структура базы данных по силовым кабелям.

Пятая глава посвящена разработке аппаратного и программного обеспечения диагностирования зоны повреждения. Предложен состав диагностической системы для определения зоны повреждения кабельных линий с применением ПЭВМ. Разработаны DOS и Windows версии программ регистрации расстояния до места повреждения. Также разработаны DOS и Windows версии программы визуализации зоны повреждения с возможностью ее привязки к ориентирам на местности. Разработана первая версия автоматизированного тренажера по работе с индукционно-акустическими приемниками.

В работе обобщены результаты исследований и разработок, выполненных лично и при непосредственном участии автора, на кафедре "Электрические станции" Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

5.5 Выводы

1. Для уменьшения трудозатрат и увеличения точности определения зоны повреждения силовых кабелей предложена диагностическая система на базе ПЭВМ, позволяющая: производить измерения с использованием импульсов высокого напряжения, осуществлять фильтрацию диагностического сигнала, определять место повреждения с привязкой к

Рис.5.19. Функциональная схема автоматизированного тренажера по использованию индукционно-акустических приемников типа ПА-02, ПА-02М

ВКЛ- О ЛНТАННЕ КОНТРОЛЬ ННА9КЦНОНШЙ КАНАЛ • . О КОКТРОЛЬ кастнчЕский КАНАЛ вкп.Г © ИНЯИКАТМ»

ТЕКУЩЕЕ ВРЕМЯ 115.44.29

ВРЕМЯ ПОИСКА 0.1.49

ОБУЧЕНИЕ

Рис. 5.20. Вид экрана дисплея при работе автоматизированного тренажера ориентирам на местности и автоматизировать обработку технической документации по силовым кабелям.

2. Для диагностирования кабельных линий, имеющих высокое переходное сопротивление в месте дефекта, и уменьшения искажений зондирующего импульса при распространении по линии предложена схема формирователя двуполярных прямоугольных импульсов высокого напряжения. Применение высокого напряжения позволяет увеличить энергию зондирующего импульса для пробоя дефектной изоляции в месте повреждения, а двуполярность импульса позволяет сместить его спектр в область высоких частот, что уменьшает его деформацию, обусловленную разностью фазовых скоростей составляющих спектра.

3. Для оцифровки и передачи в ПЭВМ сигнала от измерителей зоны повреждения кабельной линии предложена схема быстродействующего АЦП с сохранением данных на переносимых модулях памяти, что позволяет производить измерения без наличия ЭВМ в составе передвижной электротехнической лаборатории.

4. Разработана программа обработки сигналов, полученных при диагностировании зоны повреждения "OR.SK", позволяющая выявлять полезный сигнал при наличии помех и определять расстояние до места повреждения путем непосредственных вычислений по осциллограмме диагностирования и сравнением различных осциллограмм с учетом предыдущих измерений.

5. Для определения коэффициентов несоответствия "электрического" и "топографического" расстояний кабельных линий, предложены алгоритм и программа, позволяющие выполнять определение координат мест установки муфт на плане трассы по трем точкам привязки и расстояниям до них.

6. Для получения привязки места повреждения кабельных линий к ориентирам на местности и автоматизации процесса ведения кабельной документации разработана программа визуализации зоны повреждения

185

DIZOP v.2.0. Программа прошла регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.

7. С учетом требований, предъявляемых к обучающим программам, разработан автоматизированный тренажер для обучения персонала электротехнических лабораторий работе с индукционно-акустическими приемниками ПА-02, ПА-02М, позволяющими уточнять место повреждения на трассе кабельной линии без "дожигания" изоляции в месте дефекта. Программа прошла регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.

186

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ требований, предъявляемых к прокладке, силовых кабельных линий и учет специфики местности на трассе показали, что используемые топографические планы трасс кабельных линий имеют существенные погрешности в отображении реальных длин кабельных линий. Это обусловлено отсутствием учета вертикальной составляющей прокладки силовых кабелей на местности, имеющей значительные уклоны, неучетом запасов по длине, необходимых для компенсации возможных смещений почвы и температурных деформаций, а также монтажных колец. Наличие данных погрешностей приводит к увеличению времени локализации повреждения.

2. Наибольшее распространение, среди дистанционных средств определения места повреждения, получили приборы, основанные на импульсном методе измерений. Их развитие обусловлено более высокой точностью по сравнению с устройствами, использующими волновой метод и метод колебательного разряда. Недостатком данных приборов является отсутствие возможности выявления повреждений с высоким переходным сопротивлением в месте дефекта и приближенный учет скорости распространения зондирующего импульса.

3. Расчеты волнового сопротивления трактов силовых кабелей и фазовой скорости распространения сигналов в них показали, что данные параметры являются частотно зависимыми. С ростом частоты волновое сопротивление трактов уменьшается на 25-35%, а фазовая скорость возрастает на 60-70 м/мкс. Соотношение волновых сопротивлений междуфазного и нулевого каналов распространения электромагнитной энергии практически не зависит от частоты и находится в пределах 1,7 - 2,3. Для компенсации изменений фазовой скорости при импульсных измерениях целесообразно использовать двуполярные зондирующие импульсы, спектр которых смещен в область высоких частот, характеризующуюся равенством фазовых скоростей.

4. Анализ данных по удельным электромагнитным параметрам силовых кабелей показал существенное различие (Сю до 45%, Си до 30%) в количественных значениях частичных емкостей, приводимых в различной технической литературе. Указанная неоднозначность определяется различием в методиках вычисления удельных параметров и зависит от сечения жил силового кабеля. Поэтому, при проведении измерений на кабельной линии, целесообразно уточнить ее волновое сопротивление и скорость расщюстранения в ней зондирующего сигнала.

5. Сигнал, получаемый от средств определения зоны повреждения, содержит помехи, уровень которых зависит от применяемых устройств диагностирования, схемы их подключения и условий проведения измерений. Для обработки данного сигнала сформулирована задача оценивания, включающая в себя: математическую модель измерений, априорную информацию, измерительную информацию, критерий оптимизации. При решении поставленной задачи обоснован и применен метод наименьших квадратов в рамках критерия максимального правдоподобия.

6. Разработан модифицированный робастный алгоритм обработки сигналов от импульсных устройств диагностирования, в котором учтены недостатки конкретной реализации существующего алгоритма оценивания, что позволило уменьшить смещения оценки до 2-3% от амплитуды зондирующего импульса и полностью исключить уход оценки сигнала по оси времени. Идентификацию импульса, отраженного от места повреждения предложено производить с оценкой его энергии, а не амплитуды, для компенсации деформации импульса при распространении в кабельной линии.

7. Анализ информации, используемой при эксплуатации кабельных линий, показал актуальность создания на энергетических объектах автоматизированной базы данных с использованием ЭВМ, позволяющей сократить время и повысить точность определения мест повреждений, упростить процесс ведения технической документации. Для уменьшения погрешности определения места повреждения кабельной линии, на топографическом плане местности, предложено использовать коэффициенты несоответствия между "топографическим" и "электрическим" расстояниями, которые учитывают ошибки, вносимые перепадами уровня высоты прокладки и наличием компенсаторов механических повреждений.

8. Предложено использовать места установки муфт в качестве фиксированных точек, разделяющих участки кабельной линии, имеющие различные коэффициенты несоответствия, что позволяет повысить точность локализации места дефекта за счет компенсации всей совокупности погрешностей измерения до данной фиксированной точки. Количество фиксированных точек и коэффициентов несоответствия увеличивается при проведении земляных работ на трассе кабельной линии.

9. Для обработки информации по топологии кабельных коммуникаций, проложенных в зданиях и сооружениях, предложено использовать метод секущих плоскостей, базирующийся на специфике их прокладки. Метод позволяет упростить ввод, обработку и отображение графических данных в трехмерном пространстве без потери точности при определении зоны повреждения кабельной линии.

10. Предложены состав и структура диагностической системы на базе ПЭВМ, позволяющей осуществлять фильтрацию диагностического сигнала, определять место повреждения с привязкой к ориентирам на местности с использованием серийных приборов диагностирования зоны повреждения и автоматизировать обработку технической документации по кабельным линиям. Для диагностирования кабельных линий, имеющих высокое переходное сопротивление в месте дефекта, и уменьшения искажений зондирующего импульса при распространении по линии, предложена схема формирователя двуполярных прямоугольных импульсов высокого напряжения, позволяющая увеличить энергию зондирующего импульса и сместить его спектр в область высоких частот.

189

11. Разработаны программы "СЖ8К" и 'ТЖОР", предназначенные для обработки сигналов, полученных при диагностировании зоны повреждения кабельных линий, определения расстояния до места повреждения с возможностью привязки места повреждения к ориентирам на местности и автоматизации процесса ведения кабельной документации. Программа 'ТЖОР" у.2.0 прошла регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.

12. Разработан автоматизированный тренажер по использованию индукционно-акустических приемников ПА-02, ПА-02М. Тренажер позволяет, при использовании топографических . планов местности, производить обучение персонала электротехнических лабораторий работе с данными устройствами применительно к конкретной сети. Программа прошла регистрацию в Российском агентстве по патентам и товарным знакам.

1. Ларина Э.Т., Силовые кабели и высоковольтные кабельные линии. 2-е изд., перераб. И доп. -М.: Энергоатомиздат, 1996.

2. Электрические кабели, провода и шнуры: Справочник / Белоруссов Н.И., Саакян А.Е., Яковлева А.И. 5-е изд., перераб. и доп. М.:Энергоатомиздат, 1988.

3. Зевин М.Б. Справочник молодого электромонтера — кабельщика. 2-е изд., перераб. и доп. М.:Высшая школа, 1986.

4. Коптев А.А. Справочник молодого электромонтажника по кабельным сетям. М.: Высшая школа, 1987.

5. Зуев Э.Н. Основы техники подземной передачи электроэнергии: Учеб. пособ. Для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1999.

6. Пантелеев Е.Г. Монтаж и ремонт кабельных линий.: Справочник электромонтажника / Под ред. Смирнова А.Д. и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1990.

7. Зевин М.Б., Трифонов А.Н. Электромонтер кабельщик. М.: Высшая школа, 1989.

8. Камнев В.Н. Электромонтажные работы. В 11 кн. Кн. 10. Вторичные цепи под ред. Трифонова А.Н. - М.: Высшая школа, 1990.

9. Геоинформационная система "Альбея" версия 2.0. Рекламный проспект научно-внедренческого предприятия "Альбея".-Уфа, 1997.

10. Геоинформационная система "Генплан". Рекламный проспект научно-внедренческого предприятия "Альбея".-Уфа, 1997.

11. Круг К.А., Переходные процессы в линейных электрических цепях. -Л.Государственное энергетическое издательство, 1948.

12. Нейман Л.Р., Демирчян К.С., Теоретические основы электротехники. Т1,-Л.-.Энергия, 1967.

13. Шимони К., Теоретическая электротехника. М.:Мир, 1964.

14. Нетушил A.B., Страхов C.B., Основы электротехники. 42, M.: Государственное энергетическое издательство, 1955.

15. Калантаров П.Л., Цейтлин JI.A. Расчет индуктивностей: Справочная книга.- 3-е изд., перераб. и доп. Л.:Энергоатомиздат, 1986.

16. Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники. Т1, М.: Государственное энергетическое издательство, 1962.

17. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Теоретические основы электротехники. Т2: Линейные электрические цепи., М.: Энергия 1972.

18. Холодный С.Д., Методы испытаний и диагностики кабелей и проводов. М:Энергоатомиздат, 1991.

19. Платонов В.В. Руководство по определению мест повреждения кабелей. Сборник руководств по наладочным работам. Главэлектромонтаж.-М.: Энергия, 1975.

20. Платонов В.В. Аппаратура для выявления повреждений в силовых кабельных линиях.-М.: Энергия, 1972.

21. Спиридонов В.К. Электронный микросекундомер ЭМКС для определения расстояния до места повреждения в силовом кабеле // Труды ВНИИЭ.- 1959.-вып.8.

22. Манн А.К., Спиридонов В.К. Волновой метод определения расстояния до места повреждения в силовой кабельной линии// Труды ВНИИЭ.-1959.-вып.8.

23. Татур Т.А., Татур В.Е. Анализ электрических цепей. Часть II. Переходные процессы в линейных, нелинейных электрических цепях и цепях с распределенными параметрами. М.: Издательство МЭИ, 1997.

24. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. 2-е изд., исп. М.гСоветское радио, 1964.

25. Арцишевский Я. Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в сетях с изолированной нейтралью .-М.:Высшая школа, 1989.

26. Брауде Л.И., Коваленко В.П. Определение места повреждения в кабельных линиях//Энергохозяйство за рубежом.-1987.-№ 2.

27. Wechsuhg Н. Резонансный метод определения мест повреждения кабелей. Пер. с нем.// Elektroitats-wirtschaft.-1960.-№ 5, Т.60.

28. Измеритель расстояния до места повреждения кабеля типа ЭМКС-58М. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Энергия 1968.

29. Измеритель расстояния до места повреждения Щ 4120 техническое описание и инструкция по эксплуатации. Черкасы. Облполиграфиздат. 1982.

30. Измеритель расстояния до места повреждения кабеля ЦР0200. Инструкция по эксплуатации.

31. Приборы для обнаружения повреждения для кабелей и воздушных линий. Рекламное описание фирмы Funkwerk. 1966.

32. Аппарат переносной для испытания изоляции силовых кабельных линий. АШЖ 2769004. Паспорт, техническое описание и инструкция по эксплуатации. Новочеркасск, НГТУ, 1994г.

33. Платонов В.В., Быкадоров. В.Ф., Пирожник A.A., Климентьев A.M. Переносной испытательный аппарат ИК-10АП. // Информ. листок Ростовского. ЦНТИ. Ростов н/Д, 1993,- N334-93. -4с.

34. Измерители неоднородностей линий Р5-10, Р5-12, Р5-13, Р5-15, Р5-17. Рекламный проспект.

35. Портативный цифровой рефлектометр РЕИС-105Р. http://www.watson.ru.

36. Telflex М, TDR for power cable fault location, http://primegroupindia.com.

37. Рефлектометры Miniflex, Easyflex, Digiflex. http://www.commeng.spb.ru.

38. Рефлектометры для медных кабелей, http://www.skomplekt.com.

39. Измеритель неоднородностей кабелей и линий Р5-5. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

40. Измеритель неоднородностей линии Р5-10/1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Москва.: 1989.

41. Ионов А.Д., Попов Б.В. Линии связи. -М.:Радио и связь, 1990.

42. Гринберг Г.А., Бонштедт Б.Э. Основы точной теории волнового поля линий передачи // ЖТФ, т.24, вып. 1, 1954.

43. Костенко М.В. Распространение синусоидальных колебаний по трехпроводной линии с горизонтальным расположением проводов //Электричество.-1959.-№ 8.

44. Костенко М.В. Перельман Л.С., К расчету волновых процессов в многопроводных линиях. "Известия АН СССР. Энергетика и транспорт", № 6,1963.

45. Перельман Л.С., Уточнение теории распространения волн вдоль длинной многопроводной линии в связи с некоиторыми техническими вопросами. "Известия НИИПТ", сб. 10., 1963

46. Костенко М.В., Сидельников В.В., Орлов В.Н., Параметры каналов высокочастотной связи по воздушным и кабельным линиям электропередачи, Сборник работ по электромеханике АН СССР, вып. 5, 1961.

47. Костенко М.В., Кадомская К.П., Левинштейн М.Л., Ефремов И.А. Перенапряжения и защита от них в воздушных и кабельных электропередачах высокого напряжения. Л.: Наука, 1988.

48. Костенко М.В. и др., Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. М: Энергия, 1973.

49. Дударев Л.Е., Модель кабельной сети для исследований дуговых замыканий между жилой и оболочкой//Труды Донецкогополитехнического института. Сб. Автоматизация и оптимизация режимов электрических систем и приводов. 1971.

50. Сидельников В .В. Распространение синусоидальных электромагнитных волн высокой частоты по силовым трехфазным кабелям с поясной изоляцией // Известия АН СССР. Автоматика, телемеханика и приборы.-1964. -№ 4.

51. Шалыт Г.М. Импульсные измерения в трехпроводных кабельных и воздушных линиях электропередачи, сб. " Определение мест повреждения воздушных и кабельных линий электропередачи ".М.: Энергия, 1966.

52. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения линий электропередачи импульсными методами.-М.: Энергия, 1968.

53. Бабиков М.А., Комаров Н.С., Сергеев A.C. Техника высоких напряжений. М:Госэнергоиздат, 1963.

54. Дмитевский B.C., Расчет и конструирование электрической изоляции., М:Энергоатомиздат, 1981

55. Белорусов Н.И. Электрические кабели и провода: Теоретические основы кабелей и проводов, их расчет и конструирование. М.: Энергия, 1971

56. Нейман Л.Р., Калантаров П.Л. Теоретические основы электротехники М.: Госэнергоиздат, 1959

57. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения /Под. ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Знергоатомиздат, 1989

58. Электротехнический справочник. 4-е изд., перераб. Т.1., кн. первая М.:Энергия, 1971

59. Бачелис Д.С. и др., Электрические кабели, провода и шнуры. М.: Госэнергоиздат, 1963

60. Электротехнический справочник. Под. Ред. Голована А.Т. и др. Т.1. М., Госэнергоиздат, 1962

61. Сирота И.М. Защита от замыканий на землю в электрических системах. Киев, изд. АН УССР, 1955

62. Бачелис Д.С. и др. Электрические кабели, провода и шнуры. М.: Госэнергоиздат, 1971

63. Гроднев И.И., Сергейчук К.Я. Экранирование аппаратуры и кабелей связи. М.: Связьиздат, 1960

64. Гроднев И.И. Кабели связи. -2-е изд., перераб идоп. М.: Энергия, 1976

65. Алехин В.М. Определение эквивалентных параметров массивных линейных проводов в многофазных системах//Известия вузов СССР. Электромеханика.-1958.-№ 1.

66. Колесников Э.В. Квазистационарные электромагнитные поля в системах с однонаправленным полем тока//Известия вузов СССР. Электромеханика.-! 970.-№ 12.

67. Шевченко A.B., Лебедев A.A., Ершов Ю.К., Быкадоров В.Ф. Расчет электромагнитных параметров силовых кабелей при несимметричных режимах // Изв. вузов СССР. Электромеханика. №8 1990.

68. Григорьянц В.Г., Введение в курс радиолокационной аппаратуры. М: МЭИ, 1964.

69. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях.-М.:Энергоиздат, 1982.74. ГОСТ 8.009-7275. ГОСТ 8.011-72

70. Михайлов A.A., Тютин A.B. Обработка информационных сигналов при измерениях зоны повреждения силовых кабельных линий с целью повышения их достоверности. Тез.доклада // Известия вузов. Электромеханика.- 1997.-№ 1-2., с.94;

71. Пытьев Ю.П. Методы анализа и интерпретации эксперимента. М.: Изд-во МГУ, 1990. - 288 с.

72. Липес A.B. Применение методов математической статистики для решения электроэнергетических задач. Учебное пособие. — Свердловск: Изд-во УПИ им. С.М.Кирова, 1983.

73. Хьюбер Дж.П., Робастность в статистике: Пер. с англ. М.: Мир, 1984. - 304 с.

74. Костылев A.A., Миляев П.В., Дорский Ю.Д. Статистическая обработка результатов экспериментов на микро-ЭВМ и программируемых микрокалькуляторах. Л.: Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

75. Адаптивные фильтры: Пер. с англ. / Под. ред. А.Ф. Коуэна, П.М. Гранта. М.: Мир, 1988. - 392 с.

76. Макшанов A.B., Смирнов A.B., Шашкин A.B. Робастные методы обработки сигналов в радиотехнических системах синхронизации: Учеб. Пособие. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского университета, 1991.- 176 с.

77. Тойберт П. Оценка точности результатов измерений: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 88 с.

78. Михайлов A.A., Тютин A.B. Выбор информационного признака для оценки временных интервалов при диагностике высоковольтных кабельных линий. Тез.доклада // Известия вузов. Электромеханика.-1999.-№ 1., с.89;

79. Васмут A.C. Моделирование в картографии с применением ЭВМ. М.: Недра, 1985.

80. Васмут A.C., Бугаевский JI.M. Автоматизация и математические методы в картосоставлении. М.: Недра, 1991.

81. Тютин A.B., Быкадоров В.Ф., Кривопустов П.В. Опыт формирования компьютерных топографических планов трасс силовых кабельных линий. // Изв. вузов СССР. Электромеханика. №1 1999.

82. Тютин A.B. Алгоритм и программа для визуализации места повреждения кабелей в системах электроснабжения с использованием персональной ЭВМ. // Изв. вузов СССР. Электромеханика. №3-4 1996.

83. Тютин A.B. Компьютерная топография в диагностике зоны повреждения силовых кабельных линий. Сб. статей и кратких сообщений по материалам научно-технической конференции студентов и аспирантов НГТУ. -1996.

84. Катыс Г.П. Объемное и квазиобъемное представление информации. М.: Энергия, 1975.

85. Лобанов А.Н. Фототопография. М.: Недра, 1983.

86. Аммерал JI. Принципы программирования в машинной графике. М.: Сол. Систем, 1992.

87. Змитрович А.Н. Базы данных. Минск: Университетское, 1991.

88. Ревунов Г.Н., Самохвалов Э.Н., Чистов В.В. Базы и банки данных изнаний. М.: Васшая школа, 1992.

89. Хорафас Д., Легг С., Конструкторские базы данных. М.: Машиностроение, 1990.

90. Тинней Д. Программирование в Paradox for Windows на примерах: Пер. с англ. М.: БИНОМ, 1994.

91. Стефанов К.С. Техника высоких напряжений. Л.: Энергия, 1967.

92. Тиняков H.A., Степанчук К.Ф. Техника высоких напряжений. Минск: Вышейшая школа, 1971.

93. Техника высоких напряжений /Под. общ. ред. Д.В. Разевига. -М.: Энергия, 1964.

94. ЮО.Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП: функционирование, параметры, применение. М: Энергоиздат, 1990.

95. Быстродействующие интегральные микросхемы. А.И. Марценкявичус, А.К. Багданскис, Р.Л. Пошюнас и др. М.: Радио и связь, 1988.

96. Ю2.Тютин A.B. Алгоритм и программа регистрации зоны повреждения кабельной линии на ПЭВМ. // Изв. вузов СССР. Электромеханика. №12 1997.

97. Современное состояние и проблемы диагностики силовых кабельных линий/ Информационный бюллетень: Екатеринбург.-Региональный Совет специалистов по диагностике силового электрооборудования при ОЭС Уралэнерго.-1997.-№ 6.

98. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2000610489. Диагностирование зоны повреждения силовых кабельных линий ("DIZOP 2.0")/ Тютин A.B. //заявка №2000610334 -2000.199

99. Платонов В.В., Быкадоров В.Ф. Методы и аппаратура для поиска повреждений на трассе кабельной линии. М.: Информэнерго, 1992.

100. Платонов В.В., Быкадоров В.Ф. Определение мест повреждения на трассе кабельной линии. М.:Энергоатомиздат, 1993.

101. Цень Цзилао Тренажер как система обучения и тренировки персонала в энергетике. // МЭИ Изв.вузов СССР. Электромеханика. №1-2 1994.

102. Ю8.Тютин A.B. Автоматизированный тренажер на базе персональной ЭВМ по применению акустического метода диагностики повреждений кабельных линий. // Изв. вузов СССР. Электромеханика. №6 1994.л

103. Работа выполнена на кафедре "Электрические станции" ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

104. Использование результатов диссертации А.В.Тютина в Центральных электрических сетях ОАО "Ростовэнерго".

105. Разработаны и переданы на магнитных носителях в опытную эксплуатацию компьютерные планы трасс узла кабельных линий 35 кВ.

106. Разработана и передана в опытную эксплуатацию программа для ПЭВМ "ЕЖОР 2.00", предназначенная для определения зоны повреждения кабельных линий на местности с использованием компьютерных планов трасс их прокладки.