автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Использование электрических линий 0,38 кВ для передачи информации о состоянии сельскохозяйственных объектов

ВВЕДЕНИЕ. а I. ОБЪЕМЫ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ» СЕТЯМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

1.1. Состояние контроля объектов электроснабжения и электрооборудования в сельских распределительных сетях.

1.2. Расчет объемов централизованного контроля в зоне ТП 10/0,4 кВ распределительной сети

0,38 кВ сельскохозяйственного назначения

1.3. Объемы контроля тепличного комбината

1.4. Существующие средства централизованного контроле по распределительным сетям сельскохозяйственного назначения.

Выводы. а 2. ПОМЕХИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 0,38 кВ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

2.1. Частотный диапазон для передачи сигналов в распределительной сети 0,38 кВ.

2.2. Помехи в распределительных сетях 0,38 кВ

2.3. Помехи от высших гармоник напряжения промышленной частоты и их комбинаций

2.4. Систематические импульсные помехи в распределительных сетях 0,38 кВ.

2.5. Импульсные помехи "большого" уровня

Выводы а 3. ПАРАМЕТРЫ ПЕРЕДАВАЕМОГО СИГНАЛА

3.1. Минимальный уровень сигнала на приеме

3.2. Длительность передаваемой частотной посылки

3.3. Форма передаваемого сигнала

Выводы э 4. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ПРИЕМА И ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛОВ ПО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫ'/! СЕТЯМ 0,38 кВ

4.1. Структура приемного устройства

4.2. Синтез цифровой схемы распознавания

4.3. Генератор сигналов в системе централизованного контроля.

4.4. Искажения сигнала, вносимые схемой присоединения 113 Выводы а 5. УСТРОЙСТВА ТЕЛЕСИГНАЛИЗАЦИИ ДЛЯ ЛИНИЙ 0,38 кВ

5.1. Построение схем сообщений при организации централизованного контроля по распределительным сетям 0,38 кВ.

5.2. Двухпозиционная сигнализация из одной точки . '.

5.3. Телесигнализация от четырех точек контроля с передачей четырех сигналов от каядой точки.

5.4. Оценка технико-экономической эффективности устройств телесигнализации

Выводы

Е ВЫВОДЫ.

РАТУРА.

ШЕНИЯ.

Современное сельскохозяйственное производство основано на широком использовании электроэнергии* Обеспечение высоких темпов электрофшсации сельского хозяйства во многом способствует реализации заданий по развитию этой важной отрасли народного хозяйства в соответствии с направлениями» выработанными ХХУТ съездом КПСС н последующими Пленумами ЦК КПСС.

Начало своего развития электрификация сельского хозяйства берет с плана ГОЭЛРО, разработанного по инициативе В.И.Ленина, в котором отмечается, что электрификация земледелия осуществима лишь на базе районных электростанций. Главное внимание в плане уделено электрическое приводу стационарных сельскохозяйственных машин, а также использованию электроэнергии для общекультурных целей деревенского быта.

В настоящее время в СССР создана мощная энергетическая база. Установленная мощность электростанций страны превысила 255 млн. кВт. Производство электроэнергии в 1980 году достигло 1295 млрд.кВт часов. Такие достижения электроэнергетики позволяют интенсивно развивать электрификацию сельскохозяйственного производства.

Продовольственная программа СССР на период до 1990 года" направлена на дальнейший подъем сельского хозяйства, что является одним из основных направлений повышения благосостояния советского народа. Отпуск электроэнергии сельскому хозяйству страны в 1990 году составит 210.235 щрд.кВтч (2).

Современный период развития сельского хозяйства характеризуется широким внедрением в производство электромеханизированных и автоматизированных технологических процессов. Особенно интенсивно этот процесс происходит в таких отраслях сельского хозяйства, как животноводство, птицеводство, тепличное хозяйство и др. В этих условиях повышаются требования и надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, причем в ряде случаев уровень надежности находится не ниже достигнутого в промышленности (10.29).

Вопросам повышения надежности сельского электроснабжения посвящены работы советских ученых: И.А.Е^дзко, Н.М.Зуля, M.G. Левина, В.Ю.Гессена, А.И.Якобеа и других (4,23,33).

Одним из мероприятий, направленных на повышение качества электроснабжения, является создание надежных и простых средств для передачи телемеханической (ТМ) информации по распределительным сетям (6,7).

Исследования, проведенные на кафедре электроснабжения сельскохозяйственного производства МИИСПа под руководством академика ВАСХНИЛ И.Л.15удзко, показали, что для повышения надежности сельского электроснабжения решение задачи передачи сигналов ТМ по силовым сетям 0,38 -10 кВ является первоочередной задачей, так как используемые устройства в сетях 35 кВ и выше сложны и дороги.

Вопросами разработки средств телемеханики в распределительных силовых сетях 0,38 -10 кВ занимаются коллективы ученых ВНИИЭ, ЭНИНА, ВЙЭСХа, Сельэнергопроекта, НИПТЙЗМа, Института электродинамики АН УССР и др. Устройства, разработанные ими, не могут быть признаны удовлетворяющими всем требованиям сельского электроснабжения (4,7).

Благодаря работам таких специалистов в области телемеханики и передачи сигналов по высоковольтным линиям, как Смирнов Б.В., Микуцкий Г.В., Митюшкин К.Г., Ильин А.А., Малов B.C., ЗУтевич В.Н. и др. (9,35,36,37,48,49), создана система средств телемеханики, широко внедренных в электрических сетях. Однако специфика сельских распределительных сетей не позволяет эффективно использовать эти средства ( 7).

Над решением проблем телемеханизации сильноразветвленных сетей сельскохозяйственного назначения 0,4-10 кВ работает коллектив кафедры электроснабжения МИИСП. В разное время активное участие в этих работах принимали В.Т.Сергованцев, Н.М.Эуль, И.Г.Беляков, Н.В.Даки, А.И.Селивахин и др. (5,6,7,56,57).

Совершенствование и усложнение технологических процессов в сельском хозяйстве делает все более необходимой разработку и создание средств дистанционного контроля и управления основными электрифицированными технологическими объектами. Территориальная разобщенность сельскохозяйственных объектов контроля и управления удорожает и усложняет создание каналов связи между ними. Этим, в основном, сдерживается широкое внедрение таких систем в настоящее время. Использование силовых распределительных сетей напряжением 0,38 кВ для передачи телемеханической информации позволяет снизить капитальные затраты на создание каналов связи. Телемеханизация технологических процессов сельскохозяйственного производства характеризуется увеличением объемов передаваемой информации, что обусловлено большим числом контролируемых объектов и параметров.

Применение средств только для телесигнализации (ТС) и телеуправления (ТУ) оказывается недостаточной, так как все большее значение приобретает необходимость телеизмерения отдельных параметров технологических процессов (например, контроль параметров микроклимата теплиц, животноводческих помещений и т.п.).

Увеличение объемов передаваемой информации при ограниченных временах циклов опроса приводит к необходимости оценки пропускной способности каналов связи, организуемых в сетях 0,38кВ.

Данная диссертация посвящена исследованию и разработке способов и средств передачи телемеханической информации по распределительным сетям (РС) напряжением 0,38 кВ сельскохозяйственного назначения.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

I. Анализ аварийных и ненормальных режимов, возникающих на срупных сельскохозяйственных предприятиях промышленного типа, )вязанных со значительными, материальными потерями, указывает ia необходимость организации централизованного контроля как отдел: шх. объектов электроснабжения и электрооборудования этих предприятий ТД 10/0*4 кВ, котельные, теплопункты ит,д, , так и основ-шх параметров используемых технологических процессов температура и влажность воздуха, содержание С0^ им, •

2» Оценка-информационных характеристик упомянутых объектов, зыполненная с использованием общего энтропийного подхода» и сравнение этих, характеристик с пропускной способностью линий ),38 кВ как канала связи показали возможность и целесообразность IX использования для передачи телемеханической информации.

3. На основании анализа параметров линий 0,38 кВ сельскохозяйственного назначения оптимальный частотный диапазон, используемый для передачи сигналов, составляет величину 10+12 кГц.

4. Экспериментальное исследование помех в принятом частот-юм диапазоне и анализ литературы по аналогичным исследованиям з других близких частотных диапазонах показали преобладающее влияние на средства приема сигналов хаотических импульсных no-sex и помех синхронных с напряжением сети, причем, установлено, то первые описываются логарифмически-нормальным законом распределения, а вторые близки по форме к затухающей экспоненте или гатухающей синусоиде с амплитудами до 15 В и длительностью до :00* 10"^ сек.

5. Разработанный новый способ передачи и. приема сигналов ю линиям 0,38 кВ и реализующий этот способ алгоритм идентифиса.ии сигнала позволяют выделять полезный сигнал на фоне импуль-)ных помех с вероятностью ошибки не выше 10"^.

6. Определена структура и получены схемотехнические реше-гая устройств приема-передачи телемеханической информации по ганиям 0,38 кВ, позволившие аппаратурно реализовать предложен-шй способ.

7. Разработана система телесигнализации, для контроля объ-зктов сельскохозяйственного назначения с использованием предложенных методов и средств на базе которых возможно построение 5олее сложных, систем телесигнализации, телеизмерения и телеуправ-гения.

8. Устройства контроля параметров системы электроснабжения, разработанные, на основе предложенных методов, эксплуатируются в опытно-промышленных условиях в совхозе "Тепличный" ПО "Весна" ?. Москвы, а отраслевой лабораторией повышения надёжности электроснабжения сельских потребителей МИИСП совместно с НПО 1Arpoприбор" осуществляется комплексная программа разработки j внедрения "Системы дистанционного контроля и управления электрифицированными технологическими объектами крупных сельскохозяйственных предприятий с передачей информации по линиям 0,38 кВ"

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС - Ы.-: Политиздат,1581.-223 с.

2. Продовольственная программа СССР на период до 1990 г.и меры ее реализации: Материалы майского Пленума ЦК КПСС,1982 г. М.: Политиздат, 1982. - III с.

3. Алексеенко А.Г. Основы микросхематехники. М.: Советское радио, 1977. - 405 с.

4. Будзко И.А. Задачи науки в области развития сельских электрических сетей. М.s Энергетик, 1978, К 6.-6-8 с.

5. Будзко H.A., Даки Н.В. Устройство телесигнализации для разветвленных электросетей 6-35 кВ. Электрические станции, 1975, I? I, с.76-78.

6. Беляков И.Г., Селивахин А.И. Состояние и перспективы применения систем телесигнализации в сетях 6-10 кВ. Энергетик, 978. I."- 2, с.4-5.

7. Бородин И.Ф., Кирилин Н.И. М.: Колос: 1977, - 329 с.

8. Билик Р.В., ЗКояикашвили В. А., Митюшкин К.Г., Прангиш-зили И.В. Бесконтактные элементы и системы телемеханики. Нзд-во 'Наука", 1964.

9. Борисов Е.И., Комаров Д.Т. Повышение наденности электроснабжения. Механизация и электрификация соц.с.х., 1973, № 10, 3.26,27.м

10. Барзам А.Б. О надежности релейной защиты. П.: Электричество, 1967, .Ь 8, с.83-87.

11. Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов. -Л.: Энергия, 1974, 216 с.

12. Васильев P.P., Шастова Г.А. Передача телемеханической информации. -Госэнергоиздат, I960.

13. Вентцель E.G. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964, 80-87 с.

14. Венчиковский Л.Б. Исследование помех в силовой сети напряжением 0,4/6 кВ. Автоматика и телемеханика, Ii 8, I960.

15. Венчиковский Л.Б. Воздействие импульсных помех на телемеханические устройства. Автоматика и телемеханика, ft 9, 1961.

16. Зуль Н.М. Повышение надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей средствами автоматизации. Автореферат дисс. доктора техн.наук. П.: 1970, 48 с.

17. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. -Теория передачи сигналов. И.: Связь, 1980, 288 с.

18. Ильин В.А. Телеконтроль и телеуправление рассредоточенными объектами. Госэнергоиздат, 1963.

19. Ильин Б.А. Телеуправление и телеизмерение. 1.1.: Энергоиздат, 1980, 558 с.

20. Ильин A.A. Силовые сети, как каналы связи. Библиотека по автоматике. Выпуск № 38, M.-JI., 1961.

21. Использование канала нулевой последовательностив сетях напряжением 6-35 кБ с изолированной нейтралью /Астахов 10.И., Гарарская Н.И., Лебедев В.В. и др. Электрические станции, 1972, 54-57 с.

22. Квачев Г.С. Электроустановки в сельскохозяйственном 1роизводстве. Киев: Гостехиздат, 1965, 296 с.

23. Комаров Д.Т., Валенский Ю.П. Повышение надежности электроснабжения сельского хозяйства средствами автоматизации электросетей. Энергетик, 1978, lü 2, 3-4 с.

24. Комаров Д.Т. Повышение надежности электроснабжения зельских потребителей. LI.: Информэнерго, 1976, 77 с.

25. Колдуэл С. Логический синтез релейных устройств ИИЛ. I.: 1962, 553-560 с.

26. Левин Ы.С., Мурадян А.Е., Сырых Н.Е. Качество электроэнергии в сетях сельских районов. И.: Энергия, 1975. - 225 с.

27. Налов B.C. Телемеханика в энергетических системах. -Госэнергоиздат, 1955.

28. Микуцкий Г.В. Высокочастотные каналы релейной защиты. -М.: Госэнергоиздат, 1959 , 272 с.

29. Микуцкий Г.В., Скитальцев B.C. Высокочастотная связь по линиям электропередачи. М.: Энергия, 1977.

30. Митюшкин К.Г. Телемеханика в энергосистемах. -М.: Энергия, 1975, -351 с.

31. Михайлов В.В. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1973.

32. Петров В.М. Использование сетей энергоснабжения для передачи информации по каналам нулевой последовательности. -В., 1983.

33. Петров В.М. Использование трансформаторов напряжения для присоединения аппаратуры диспетчерского управления к сельским распределительным сетям. Дисс.канд.техн.наук, LI., 1972., 129 с.

34. Петров В.М. и др. Организация каналов телемеханики и связи по распределительным сетям с использованием канала нулевой последовательности. Электрические станции, 1973, ft 10-13 с.

35. Пенин П.й. Системы передачи цифровой информации. -'I.: Советское радио, 1976, Збб с.

36. Пронов В.И. Исследование сельских электросетей с фильтрами тока нулевой последовательности для передачи сигналов управления оросительными системами. Автореферат дисс.канд. сехн.нпук. М., 1975, 19 с.

37. Пат.3946243 /США/. Дистанционное управление нагрузками. Опубл. 23.03.76.

38. Пат. 50-22216 /Япония/. Система телеуправления. Опубл. 29.07.75.

39. Пат. 52-41458 /Япония/. Управление выключателями с помощью команд, передаваемых по сети. Опубл. 18.10.77.

40. Райнес P.A. Циркулярное телеуправление на тольннх частотах в распределительных сетях. П.: БТИ ОРГРЭС, 1961,59 с.

41. Смирнов Б.В., Быстрицкий Д.П., Зуль U.M., Ионисян С.Г., Сергованцев В.Т. Основные положения по объему телемеханизации сельских электрических станций и подстанций. И.: ОНТИ.

42. ВШИ электрификации с.х., 1958, 19 с.

43. Смирнов Б.В., Ильин A.A. Передача сигналов по распределительным электрическим сетям. Основы теории и расчет. К.: Гостехиздат, УССР, 1963, 423 с.

44. Система циркулярного телеуправления ЦТУ объектами городского хозяйства. В кн. Новая техника в жилищно-коммунальном хозяйстве. М.: Стройиздат, 1977, 24-26 с.

45. Сирота И.М., Стариков Р.Б. Системы телеуправления и телесигнализации по распределительным сетям на четных гармониках. Электричество, 1969, Л- 6, 29-34 с.

46. Смирнов Б.В., Сарапрш В.В. Образование и структура помех в воздушных электрических сетях 0,4-35 кВ. Электросвязь, i960, 10 7, 66-75 с.

47. Смирнов Б.В., Пронов В.И. Передача сигналов управления ю электросети через токовые фильтры. Механизация и электрификация соц.с.х., 1974, II-' II, с.45-47.

48. Смирнов Б.В. Служебная связь по сельским еысоко-зрльтным сетям. М.: Сельхозгиз, 1957.

49. Сарапкин В.В. Исследование мешающих высокочастотных колебаний б сельских электрических сетях, используемых для диспетчеризации в сельском хозяйстве. Автореферат дисс.канд. техн.наук. Ы., 1963, 25 с.

50. Сергованцев В.Т., Артемов В.А., Конев К.А. и др -Газопровод как канал связи в системах телемеханики. М.: Недра, 1984, 244 с.

51. Сергованцев В.Т. Исследование трубопроводного канала телемеханики и систем централизованного управления магистральными трубопроводами. Автореферат дисс.докт.техн.наук М. ,1975.

52. Сергованцев В.Т., Слонов И.Л. Использование операторных сетей при синтезе многопрограммных схем управления технологическими процессами в интенсивном животноводстве. ?!.:26.научн.трудов МЙИСП, 1974, 66-69 с.

53. Слонов И.Л., Селивахин А.И., Беляков И.Г. Опыт и перспективы использования импульсных средств телемеханики в зельских распределительных сетях 0,38-35 кВ. Зкспресс-инфор-лация Информэнерго, вып.З. М.: 1983.

54. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. 2.1.: 1аука, 1964, 242 с.

55. Сотсков Б.С. Основы теории и расчета надежности эле-!ентов автоматики и вычислительной техники. М.: Высшая школа, 970, 274 с.

56. Серафимович Л.П. Расчет надежности и конструирование адиоэлектронной аппаратуры /справочное руководство/ Томск: омским университет, 1972, 210 с.

57. Темников Ф.Е., Афонин В.А., Дмитриев В.И. Теоретичес-ие основы информационной техники. М.: Энергия, 1971, 425 с.

58. Тутевич Б.И. Основы телемеханики. М.-Л.: Энергия, 1967, 52-59 с.

59. Теория и техника передачи сигналов тональной частоты по линиям электрических сетей. М.: Сб.научн.тр. ЗНИН, 1983, 126 с.

60. Устройство импульсного телеуправления УТП-0,38. М.: СПО Союзтехэнерго, информ.лист, 1981.

61. Устройство TCK-IO. М.: ОНО Союзтехэнерго, инфоры. лист, 1982.

62. Филиппов М.М. Автоматизация электросетей в сельской местности. М.: Энергия, 1977, 104 с.

63. Харкевич A.A. Спектры и анализ. Госизд. техн.-теор. ЛИТ., М.: 1956, 140-150 С.

64. Харкевич A.A. Борьба с помехами. М.: Госизд. физ-мат. лит. ,1963, 276 с.

65. Хальд А. Математическая статистика с техническими приложениями. М.: ИИЛ, 1956, 140-150 с.

66. Цыганкова Л.Г. О низкочастных помехах в электрических сетях- В кн. Вопросы автоматики и релейной защиты энергетических систем. .?- 20-К., изд.АН УССР, 1963.

67. Шалыт Г.И. Определение мест повреждения линий электро-тередачи импульсными методами. IL: Энергия, 1968, 216 с.

68. Шастова Г.А. Кодирование и помехоустойчивость переучи телемеханической информации, М.: Энергия, 1966, 93-94 с.

69. Юдицкий С.А. Об операторных сетях для реализации дискретг. шх систем управления производственными процессами. Автоматикателемеханика, К 12, 1969.

70. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. :зд. иностранной литературы. М.: 1963, 832 с.о и

71. Юргенсон Р.И. Помехоустойчивость цифровых систем передачи телемеханической информации. Л.: Энергия, 1971.

72. A.c. 132509 /СССР/. Система контроля секционирующих устройств на линии распределительной сети высокого напряжения. Сергованцев В.Т., Плеханова U.E. Опубл. в Б.И., I960, Г 19.

73. A.c. 503368 /СССР/. Комплексное устройство для электроснабжения и управления электрооборудованием. Пронов Б.И. Опубл. в Б.И. 1976, К

74. A.c. 805384 /СССР/. Устройство для телесигнализации. Беляков И.Г., Боровский В.В., Слонов И.Л. Опубл. в Б.И., I98I, Ii 6.

75. A.c. I0847I5 /СССР/. Способ телесигнализации по линии электропередч. Сергованцев В.Т., Слонов И.Л., Сукманов В.И., Селивахин А.И. Опубл. в Б.И., 1984, It 13.

76. Conizoilncj ihe zipptey in Cop^Toun- ECeciiic at Äevt«H/ (fc.ßtii) №9rtlN26,pS6,

77. Cycloconho? could modify daify iend demand-ECeclbycat tlj4 min, M20. p iG~n,

78. Hn&efiQuen R, Synthese tlesivjcfiGi Nehwetie, München, Mtun,

79. Heihtein IV.E, Maimer) kLH Ыш Pitb^s 4ot Integtaied Citcuds, Münc/?<?n, Mien, R.Otdeniouiy,4 Si1. ПРИЛОЖЕНИИ

80. Утверждаю" Главный иняенер совхоза "Тепличный" Московского овощеводческого тепличного объеди1. Ш^ЩШт "Весна"1. Л к.' / , ■ о \ 11. »•ЙчйуУ. «-Г1*1. Е. Т. Малшс1. ПРОТОКОЛпроизводственных испытаний устройств аварийной телесигнализации "С I"

81. Краткая характеристика устройств

82. Контроль работоспособности комплекта, при отсутствии аварийной ции, обеспечивается переодической посылкой в сеть от КП частотных посылок с параметрами: переодичность серии 3 мин., число посылок в серии - 16, длительность серии - 0,32 С.

83. Условия проведения испытаний

84. Настоящая подтверждает опытно-промышленное внедрение <>;ств аварийной телесигнализации "С-1 " в совхозе "Тепличный" :оеского овощеводческого тепличного объединения "Веска".

85. Годовой экономический эффект от внедрения устройств ¡сигнализации "С-1" составил 350 рублей на один комплект.5ный инженер

86. Ьза "Тепличный" ----Е.Т.Малик1. СПРАВКА