автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Метод автоматизированного проектирования систем комплексной электробезопасности на сельскохозяйственных объектах

ЯЛТПДСКИЯ ГОСШРСТВЕШЯ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ р ¡" 5 0Д и*ени Й.К.Ползчкоза

Н-т правах рукописи

ДРОБЯЗКО Олег Николаевич

К£Г0Д ЙВТОНЙТИЗИРОВЙННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ КОШЕКСНОИ ЭЛЕКТРОБЕЗОПР.ШСТИ Нй СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ

Специальность : 05.20.02 -Электрификация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 1994

(ШпйСШ Г0ШЧРСТВЕН1Ш ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.И.Иолзцнова

ЛРОБЯЗКО Олег Николаевич

МЕТОД АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИГ.ТЕй КОМПЛЕКСНОЙ ЗЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ

Специальность : 05.20.02 -Электрификация сельскохозяйственного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Барнаул - 1394

Работа выполнена в Алтайском государственно* техническом университете им. И.И. Ползунова (ВлтГТУ).

Научные руководители - доктор технических наук.

профессор O.K. Никольский: - доктор технических наук А.Я. Совников.

Официальные оппоненты - доктор технических наук.

профессор О. ЯкоОс: кандидат технических наук, дицент И.П. Выдрин. "

Ведущая организация - Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства СО РЙСХН (г. Новосибирск).

Защита состоится __ 1394 г! в JQ. час.

на заседании специализированного совета К 064.29.03 по присуаде-ш'.и ученой степени нанду,дата технических наук в Алтайском государственном технической университете по адресу: 655064, г. Барнаул, пр-т. Ленина, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке йлтГТУ.

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

П.Г. Порошен;

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСОТН

АКТУАЛЬНОСТЬ. Важны* показателем, характеризующим системы электроснабжения (СЭС) напряжение« 0.38 кВ наряда с традиционными показателями экономичности, надежности и качества электроэнергии, является безопасность электроснабжения.

Анализ особенностей эксплуатации сельских электрических сетей напряжением 0.38 кВ позволяет сделать вывод о низком уровне их безопасности. Так в "Концепции энергетического обеспечения сельского хозяйства ...'"РАСХН ( 1993 г.) отмечено, что сельское хозяйство России в настоявее время несет "больной у*ерб ... от электротравматизма". За январь-июнь ¡991 г. на территории России было зарегистрировано 156 тысяч пожаров,, причем более трети из них произошли по "электрическим" причинам.

Результаты исследований, проведенных в действувдих-СЗС напряжением 0.38 кВ, показывают, что значительная часть эксплуатирующихся предохранителей и автоматических выключателей имеет параметры. не соотзетствуЕ?ие требованиям ПУЗ. Такое несоответствие вызвано, в частности, несовериенством процкдуры проектирования элек-трозачиты.

Эффективность проектирования снстен электробезопасности может быть повыжена на основе использования современных принципов системотехники, базирующихся на методах системного анализа и проектирования, использования методов математического моделирования и многокритериальной оптимизации (в том числе в условиях неопределенности). реализуемых с поиовьо современных ЗВИ. Представляется перспективным здесь использование и комплексного подхода к оценке эффективности электрической завиты, позволяющего произвести выбор варианта завиты, являющимся наилучяим по всем аспектам безопасности электроснабжения.

В настоящее время в сельском хозяйстве эксплуатируется около миллиона СЭС производственных объектов, параметры занитных средстз которых не оптимальны. Отсюда следует актуальность разработки.методов автоматизированного проектирования систем злектробезсыснос-ти на сельскохозяйственных объектах.

Реаениа указанной задачи и посвяцена настоящая работа, которая проводилась в соответствии с государственной научно-технической программой на 1986-1990 гг. и до 2000 года 0.51.21 "Разрабо-

тать и внедрить новые методы и технич-<ки* сррдс тво *лектри}ик1:;ии сельского хозяйства", с научно-технической программой ЕАШ1!.1 но 1986-1990 гг. О.сх.71, задание 09 "Розрабоить аналитические методы оценки элгктробезопасности на предприятиях агропромз. новые ведомственные нормативные, руковидяцие и инструктивные документы по электробезопаснссти".

Диссертационная работа вносит такве вклад в решение проблем, отоавенных в "Концепции энергетического обеспечения сельскохозяйственного производства ..." РЙСХН (1393 п.

Диссвртациог'.ля работа выполнена так*е в рамках региональной научно-технической программы "Алтай".

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цельг данной работы является по-выыение эффективности зл°ктрической завиты в системах гэльского электриснабвения напря1еннеи 0.38 кВ за счет разработки методов ее расчета и выбора на основе многокритериальной оптимизации и ичета неопределенности исходной информации, а та*е создания снг-темк автоматизированного проектирования (САПР) элек'трозааиты. Основныни задачами исследования являьтся:

- разработка методического подхода к paccMotpemno электрической завиты в СЗС 0^38 кВ как технической снстеыа комплексной электробезопасности С включая разработку необходимой терминологии);

- разработка методики моделирования систекы комплексной электробезопасности (включая разработку частных моделей, доработку и систематизацию имеющихся моделей):

- разработка методов многокритериальной оптимизации завиты двух видов в условиях (вероятностной) определенности и с учетом неопределенности части исходной информации;

- разработка принципов рационального построения СР.ПР электрозащиты и создание отдельных компонент системы (икфоряаЦионного и программного обеспечения);

- проведение серии расчетов, подтверядавщих работоспособность и эффективность САПР электрозащиты.

МЕТОДИКА ПРОйЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ. При реиении- поставленных в работе задач был использозаны методы системотехники ( включающие методы системного анализа, многокритериальной оптимизации и построения САПР), теория вероятностей и математическая статистика, теория исследования операций (теория принятия ревений). При разработке и опытной эксплуатации САПР электрозащиты использовались персональные компьютеры IBM PC/AT и система программирования Fox-8ase+ (КАРАТ).

" НОТШЯ НОВИЗНА. Разработан подход к рассмотрении электрической за*иты в СЗС 0.38 кБ как к технической системе, обеспечивающей комплекснув электробезопасность сельскохозяйственных объектов. Разработана методика математического моделирования системы комплексной -»л»ктробеэопасности на действувщих или проектируемых сельскохозяйственных объектах, позволяющая производить комглекснуа техни-ко-экономическуп оценку эффективности завиты. Разработаны модели электробезопасности ладей при защите занулением, модель электробезопасности яивотнах при защите системой занулекия и УВЗП, модели "электропо»аров" и ущербов. связанных с функционированием защиты. Для построенных моделей разработаны соответствующие алгоритмы расчета. Разработаны методы и алгоритма многокритериальной оптимизации система комплексной электробезопасностк (в том числе в условиях неопределенности исходной информации), позволяющие определить наилучвиЯ вариант защиты. Обоснована САПР электрозачиты, разработаны подсистемы информационного и программного обеспечения проектирования. 8 рамках подсистемы информационного обеспечения разработан способ определения параметров цепи короткого замыкания (а.с. N 815683, в соавторстве).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанные в диссертации методы моделирования и оптимизации электрической защиты, алгоритма, реализованные в виде программного комплекса, а так*е другие компоненты САПР позволяат на обоснованно и качественно проектировать система комплексной электробезопасности на сельскохозяйственных объектах. Так для молочных ферм .разработанные метода дапт возможность выбрать оптимальные варианты злектричзской защиты, позволяющие достичь одновременного сниаения уровней электропораяения лядей и ги-вотных соответственно в 10...15 и 4...4,5 раза, умэкьаить вероятность погаров в свлзи с загоранием электропроводки в 4...4,5 раза, снизить ущерби от выхода из строя двигателей в 4...5 раза, а такяе получить экономический эффект, достигающий 1 млн. руб. в год на объект (в ценах 1394). Разработанные принципы моделирования электрозащиты являвтся методической основой для создания модификаций и разработок новых моделей. Предложенный в диссертации метод автоматизированного проектирования электрозащиты, реализованный в САПР, представляет собой современный оснаву расчета и выбора оптимальных пярааетроз технических средств, позволяющих повысить почти на порядок уровень электробезопасности на сельскохозяйственных объектах.

РЕАЛИЗАЦИЯ. Разработанные методики расчета и проектирования,

программный комплекс внедрены в проектных институтах г. Барнаула ("Роспроект-2" и "Алтайагропромпровкт"). Проведены расчеты лл-х-трической защиты на действующих объектах в ряде хозяйств Алтайского края. Экономический эффек! о* использования методов оптимизации составил по молочным фермам в среднем 0.92 млн. руб. в год на объект. Разработанный метод определения параметров цепи короткого замыкания был реализован в измерительном приборе, выполненном в рамках хоздоговорной работы для Вильнюсского предприятия РЗС (г. Каунас). Разработанные методы расчета электрозащиты используется в учебном процессе ; АлтГТУ при подготовке студентов специальности "Электроснабжение".

АПРОБАЦИЯ. Основные положения диссертационной работы представлялись на краевом совещании-семинаре "Актуальные проблемы энергетики и электрификации народного хозяйства" (Барнаул. 23 апреля 1980 г), научно-практической конференции "Пучи и задачи электрификации сельского хозяйства ..." (Барнаул, 1983 г.). на IX международной научно-технической конференции "Защита от поражений электрическим током" (Польма. Вроцлав. 1993 г.). Работоспособность компонентов разработанной САПР электрозащиты апробирована в хозяйствах Алтайского края в 1993 г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные рездльтатм исследований опубликованы в 21 печатной работе. Получено одно авторское свидетельство.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация содержит введение, пять глав, список литературы и приложения. Основное содержание изложено на 104 страницах текста, вклпчавщих 8 рисунков и 4 таблицы. Список литературы - 112 наименований, приложений - 6.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОЙ главе проведен анализ современного состояния расчета и проектирования электрической зажиты на производственных сельскохозяйственных объектах. Систематизированы традиционные методики проектирования (выбора) защиты, базкрукигся на расчетах параметров нормальных и аварийных режимов СЗС. К недостаткам используемых методов расчета защиты следует отнести отсутствие учета ее эффективности н процедуры.выбора наилучвего варианта защити, трудоемкость расчетов (в частности, определение значений токов к.з.).

Устранение этих недостатков может быть достигнуто при использовании современных принципов и методов синтеза технических систем, составлявяих содержание системотехники, вклвчапщих последователь-

- ?

япе проведение этапов системного анализа и проектирования, исполь-эцщего методы математического моделирования и оптимизации.

В р^оте проведен системный анализ злектричвской зашиты. Эвсдчно понятие комплексной электробеэопасностя, под которой понимается состояние СЗС, характеризцваееся отсутствием опасности ви'никновения в процессе ее санкционирования злектропораяений ля-дий. животных и пожаров по "электрический" причинам, В произссс анализа определено понятие системы комплексной электробеэопаснос-ти. под которой предложено поникать совокапность технических мероприятий и защитных средств, обеспечиваизих коиплекснуп злектробе-зо!мсность. Предложена единая терминология для определения целай сиь.гмы. ее элементов и "вневней среды".

При ..ден анализ имесзихся матекзтических моделей электробезо-Погчости. постановок и методов ремения задач оптимизации, позволив-аий наметить направления их дальнейвего рэзпития, эытекаваие из комплексного подхода к оценке эффективности электрической зачитя. В злклсчительной части главы сформулирована задачи, возника-при разработке специальной система автоматизированного проектирования систеч комплексной электробезопасности на сельскохозяйственных объектах.

Во ВТО^С?. главе разработан метод хзтезатического моделирования системы комплзксной электробезопасности, состояний в использован;:« группы связанных по определенным принципам частных моделей, оценизагзих эффективность дейстзия зацита. Структура такой системы приведена на рис. 1.

Проведена классификация видов известных моделей злектробезо-пасности лгдей.

Обоснован класс моделей, наиболее пригодных для проектирования электрозащиты на конкретных производственных объектах. Его об-разугт аналитические модели, представлявдкз собой формула для расчета необходимых показателей, базирупзнеся на вероятностях свержения "элементарных" случайных событий за заданное зреил Т (в отдель-нах случаях на простбйяих_потоках-элекентарннх событий) и исполь-зувзде для определения ряда компонент интегральная форму формулы полной зероятности.

3 систему аоделей (рис. 1) вклзченц известные модели электробезопасности ладей при пряанх' и непрямых прикосновениях к токове-дузии частям электроустановок при защите с помоцьа устройств за-яитного откличения (УЗО) по току ут8чки, а такае построенные при

Модели злектро5езооасносгпц людей

Модели зж^гпроделолск -нослн/ при прикдсно&нии к нетокоВ&ущчп чсктяп

систем зенцкнчя

уэп . ле/КУ«'

Модели электродезопос-ности аос грихое*а£см.ч к часгпяп

м. установок

(¿3 Л у. сиспкъо

30'тy^fvu<9

/Лхлчьо ейлои пХ*>9лоня/ сет/.

2 . Принцип *дичоО етрухту/ж и оа/Я;гктро6 СКЗ.

атгязщгния &ЭДО яолмосп/зскциты

Модели алекгръ

жч&отных

замути»

Рис.1. Структура модели системы комплексной электробезопасности

, участии автора модели пожарной безопасности электропроводок, ущербов от повреждений электродвигателей вследствие иеполнофазних режимов и ущербов от перерывов злектроснабнекия при завите системой зануления (вклвчамей предохранители и автоматические выключатели).

В диссертации разработаны модели электропоражений лвдей при

¡¡¡•[¡разок контакте и завит® системой зануления, учитывавшие реаль-нчр длительности срабатывания зааиты на производственных объектах, а такзе неслучайный характер касаний человеком электроустановок в срязи с выполнение* своих слувебных обязанностей. Разработка такт иоде/,ей бала аазвзна необходимостью уточнения применязвихся до н<к.!зяхего времени приеков моделирования "пересечения во времени" касания человеком нетоковедуяей части и появлением на ней опасного напрязекия вследствие к.з. В работе прздлозен кетод моделирования тпкого явления, основанный на "геометрической" подходе к вычисление вероятностей событий, в соответствии с которни интервал времени суаествования напряязния на не-токоиедуаих частях бросается "наугад" на интервал времени рабочая смена Т(„ с находядикся на ней интервалов (или интервалами) времени Ткос неслучайного касания челов»;-ко» установки (рис. 2). Такой подход позволяет определить условную вероятность электропорааекиа человека (при -¿а < 1ксс ) в виде

Рис. '¿, Диаграмма пересечений к^тервалов.

11:

где Р(/<3)~ вероятность возникновения к.з. за время Т, К«- количество рабочих смен за календарное зреия Т, М(Р/Л7//7^/СЗ)/-матенгтическое' озидачие условной вероятности эяектропоразенйя при возникновении к. з. и пересечении интервалов Г„и Тас. представл'явяее собой "взвешек-нув по вероятностна" суину условных вероятностей возмоакых электропоранений человека по каздоиу из видов пересечений ("неполному левому" полному и "неполному правому"). Выразение для определения этого математического озидания имеет вид ,

Псе

(2)

гди Р(9П/Зм)[{К}- условная вероятность злектропоразэния человека при попадании его под определенное-напрязание при длительности его воздействия .

При использовании разработанного метода для моделирования система зануления предполагается, что человек касается "совокуп--

- 1С -

ней электроустановки" объекта. При этом множество интервалов вре-.-«¡.ни определяется временами срабатывания соответствующих защит. Разработан также метод определения такой вероятности при возникновении напрямения вследствие однофазного замыкания на нулевой провод (в системе ТН-С). при случайно распределенной "точке" замыкания вдоль участка сети, основанный на суммировании вероятностей злектропорааекня, имеющих место при КЗ на каждом конечном "элементарных" участке сети.

Построена аналитическая модель злектробезопасности животных, учитывавшая совместное защитнее действие систека зануления и устройства выравнивания электрических потенциалов (УВЗП).

Система моделей, реализованная с покоаьз разработанных алгоритмов и программ для ЭВМ, поззоляет по заданный параметрам СЭС г объектов завиты (03) произзьсти расчет комплексной эффективности СКЗ. Такие расчеты были произведены на ряде действувщкх ыолоч-кых ферм Алтайского края. В качестве примера в табл. 1 приведены результаты расчета 5-ти показателей эффективности СКЗ на ферме на 200 голов при десяти вариантах систем зануления. В качестве 1-го варианта рассматривалась реально действуащая на объекте система зануления с автоматическим выклачателгм ЙЗ'/ОО на трансформаторной подстанции (ТП) 10/0.4 кВ, предохранителями ПВ-2 в силоеом распределительном акафу СРЕЗ> внутри здания и "автоматами" ЙП50 в комплектном оборудовании!! нгвозоуборочках транспортеров. Второй вариант представлял собой систеку с тени ее аппаратами защиты, выбран-

Таблица 1. Результата расчета показателей эффективности зажиты.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАПИТЫ

N Г ..('И ^нта м. о. вероятности . эл. пор. челов. (* 10-6) вероятное. эл. пора*, животнь < (х10-6) вероятность пожара (х10-3) уцерб от вых. из ЭЛ. ДВИГ*. тыс. руб. уцерб от перерывов эл.снаб. тыс. руб.

1 4. 50000 687. 560 6. 505 109. 9В 669.61

2 0. 30917 188. 185 5. 963 113. 7в 674.29

3 1. 00466 767. 073 6. 505 64. 23 623.93

4 0. 73051 570. 803 4. 296 57. 45 617.99

5 0. 44712 623. 115 4. 296 57. 45 617.99

6 0. 30917 164. В35 1 368 23. 20 594.63

7 0. 95133 297. 227 2. 586 38. 78 610.21

II. 1 . 99521 539. 422 3 738 57. 45 62В.89

4 и. 4631В 215. ООО 5 674 162. 01 722.53

1м о. 0 4<з2. 108 6. 411 157 63 71В.15

- и ■

ннаи'в соответствии с традкциэннкаа нетодиками расчета. Остальные ваииантк формировались на основе выбора других видов аппаратов за-

(ЙЕ2000, БА5£. ПР-2). установленных э тех же аестах СЭС объекта.

Клн следует из таблицы, предпочтительных представляется вестой вариант, обеспечиваний наииекьгио значок«: вероятностей элек-трипораЕечия и поааров при минимальных ущербах.

В ТРЕТЬЕЙ главе разргсотаны методу оптимизации СКЗ. Необходимость ресеккз задачи оптимизации вытекает из возиогностк иногоса-риаятиого заполнения завиты, обусловленного выбором различных бн-д«в аппаратов эагкты и асст их установки на производственной объекте.

Задача оптимизации в обшзь виде формулируется следуваим образок: из множества допустимых вариантов завиты выбрать такой, который обеспечивает при заданных ограничениях наивыезий уровень элек-тробгзспасностк (каивысеув эффективность СКЗ).

Основными особенностями задачи оптимизации СКЗ являются: много-кркгеризльность (ентекагдая из комплексности оценки эффективное т.! заиктн). структурно-пзранетрический характер (вклочгя рассмотрение нскенклатурно-параметрической оптикизации. состоящей в выборе конкретных видов и параметров аппаратов зааиты при фиксированных местах их установки), конечность множества допустимых вариантов СЭЗ и наличие ограничений Сна затраты, на значения показателей технической эффективности).

В качестве частных критериев эффективности целесообразно использовать показатели экономической и технической эффективности СКЗ: приведенные затраты на создание и эксплуатации защиты 3 , вероятные У5ербы от электропоразений людей и гивотных- У(ЗП) и

У(ЗЛ>к), математические ожидания вероятностей электропоражений ладей и животных на на производственном объекте вероятность пожара на обьекте Р((!т) , вероятные дяерба от выхода из строя электродвигателей н от перерывов а электроснабжении У(ЭА) и У(Пер) ;

Речение задачи многокритериальной оптимизации закиты предложено осуществлять путем объединения ("свертывания") частных критериев эффективности в единый обойденный критерий..Такой скалярный критерий когет "быть образован либо только из показателей экономической эффективности, либо из показателей обеих рассматриваемых видов. В качество основного обобщенного экономического критерия эффективности СКЗ предлагается использование шшкзнруемого

критерия, представляющей) собой сумму приведенных затрат и ущербов, вызываемых рассматриваемыми негативными проявлениями злектрическо-! и тока

min 3, - min j3 + У(ЭП) +У(Ш) +У(По*) +У{ЭХ) + У/ßy)} < 3)

Однако, несмотря на удобство и логическую обоснованность, экономическим критериям присуди ряд недостатков (зависимость от диспропорций з систеае ценообразования, неполнота отражения злектрозакитной офФектиБности). р связи с этим более предпочтительно использование сбобщокньх технико-экономических критериев, построенных путем мультипликативного или аддитивного способов "свертывания" частных критериев различной размерности. Предлагаемый мультипликативный критерий оптимальности имеет вид

Min ТЗ, - min {з* н[Р(ЭП)]х М[р(ЭЩ] * р[Гш) > У(Щ А (4)

а аддитивный -

min T3Z - vlnf 3 + ЩР(Щ +М[Р(ЭПх)1+Р(Яо*) + У(Н) + } . (5)

При этом слагаемые критерия (5) представляют собой нормированные значения соответствующих сомножителей критерия (4>, а важность каждого из аспектов комплексной элактробезопасности полагается одинаковой.

При постановке задачи оптимизации в качестве ограничений могут быть принята: капитальные затраты ка создание зазиты, допустимый уровень опасности злектропоражений на объекте, допустимая вероятность пожара на каждой из участков сети.

Рекомендуемая математическая постановки задачи оптимизации СКЗ при использовании техники-экононических критериев имеет вид: райти

fixtr T3(z)

zeZ (6)

ГФИ К < Kj . м[рЩ1 < М[РШ]3 . \/л Р(Пс*)л 4 • Vi-pj/frfjh & '

где г - оптимизируемый вариант защиты, Z - множество допустимых вариантов защиты (отличаскихся, в обвей случае, структурой, номенклатурой и параметрами аппаратов защита), К -капятальные затрать на создание защиты, - вероятность пожара ка /-м участ-

кг сети. ]. - нормированное значение 1-го частного критерия эффективности (при этоя индекс "з" характеризует задаваемое граничное значение параметра, а символ V описывает внсказываниэ "для всех .. < ").

Процедуру оптимизации целесообразно реализовать методом полного перебора вариантов.

Прадлагаемый метод оптимизации реализован в виде алгоритма и программы для ЗЕК. с помозьв которых были найдекн оптимальные параметры систем зануления для действувцих молочнотоварных феры. В качестве примера рассмотрим процедуру оптимизации системы зануле-нит на ферме (см. главу 2): рассмотрено 1С вариантов эзцити, отли-чаяаяхся типами и параметрами .-иларатоэ максимальной токовой завиты. Проводится ноаенклатурно-пзраметрическая оптимизация по мультипликативному (4) и аддитивно*;; (5) критериям, В таблице 2 приведены значения рассчитанных обо-

Та'чииа 2.

Значения критериев оптимизации.

!1

Критеои1« Критерий

ои 73, Ра 73, Ра

т и г иг

1 2 1607 10 4 Ь169 10

2 0 51:39 2 2 64В0

3 9 69Э7 3 ¿942 9

4 3 0527 7 2 77бЗ 4

5 2 035/ 6 2 7958 5

ь 0 04=2 1 1. 0026 1 ,

7 0 8306 з 1 846 3 2

в ъ О 7 ¿9 в 3. 0014 6

* О3!0 4 з. 2853 7

10 1 5600 , 5 3. 7346 9

бзенных критериев для каадого из 10-ти вариантов залиты (размерность критерия (4) - рубл, (5) - относительне единицы). Из анализа таблицы следует, что оптимально вариантом, обеспечивавшим минимальное значение обобщенных критериев ТЭ, и ТЭ± , является вариант N 6 (отвечаюций установке автоматических выключателей Вн51 с минимальными значениями тонов отсечки на ТП и РШ помещения).

Анализ упорядоченности критериев по порядку возрастания их значений (по рангу) показывает. что критерии могут иметь различные последовательности упорядочивания вариантов. В связи с этим рекомендуется проводить оптимизация одновременно по обеим критериям н в'случае различия в выборе оптимального варианта реяение выборе критерия оставлять за ЛПР.

Рассмотренный пример позволяет (используя табл.1) проиллюстрировать эффект, достигавшийся за счет оптимизации. Так, (¡¡ри ограничении на капитальные затраты), оптимальный вариант (И 5) по отновения к реально установленному варианту зацкты (N1) позволил едяозреиэкно 5 14,6 и 4.2 раза соответственно снизить уровень злектроперазення лгдей и кгзотшп. з 4,3 - ве;аятность "элек-

триповарое", о 4.7 раза - вероятный у«ер6 от выхода из строя электродвигателей объекта.

Ь работе предложен иетод, оптимизации СИЗ ь условиях неопределенности части исходной икфоркации. Разработке метода предвество-в*л анализ характера неопределенности параметров коделей. Было установлена, что неопределенность больвинства факторов имеет "интер-ь.иьний" характер, не допускаввкй дифференциации достоверности различных значений пнутрн интервалов (например, параметры моделей, янлдввкеса вероятностями "элементарных" событий к т.д.). Уччгывз-ллсь такьа спвцг.^кка задачи, состоящая в наличии конечного хяовес-тьэ независимых неопределенных факторов, ккегцих бесконечное мно-врствс значений. В связи с этим предложено использовать представление тз совокупном неопределенно» факторе к проводить е-о дискретизации. получач тек самый мкогомернул "природу".

После проведение необходимой подготовки информации для реве-чия задачи оптимизации СКЗ в рассматриваемых условиях целесообразно использование теории статистических реяенкй б рааках принципа "недостаточного основания Лапласа" или подхода Байеса. В отдельных случаях целесообразно также использовать методы теории игр в рамках принципа "гарантированного результата".

Б диссертации разработан алгоритм оптимизации, реализувщий разработанный метод. Алгоритм позволяет провести "дискретизации" состояний "природы" путем эвристического выбора "вага" вариаций неопределенности и сформировать мновество состояний многоыерной "Природы".

Для рассмотренных выве молочных ферк были рекэны задачи оптимизации в условиях неопределенности при вариациях больвинства параметров моделей (вероятностей безотказной работы завита, значений напрягений "до прикосновения", вероятностях КЗ, семействах защитных характеристик и т.д.). Б качестве примера в табл. 3 приведена платевная матрица значений мультипликативного критерия (4) (размерности руб5) к значений критерия Байеса (имевшего ту же размерность) на десяти вариантах завиты при мести состояниях "природы", задав^змых комбинацией трех уровней вероятностей безотказной работы защиты р£> в двумя уровнями значений напряжения "до прикосновения" ¿/а,.«, рассчитанных для производственного объекта (си. гл. ?. к 3).

Из анализа таблица следует, что минимальное значение критерия Байеса соответствует варианту N 6, в силу чего он является оптимальна« при вести рассмотренных состояний неопределенности "природы".

Забранный вариант оказы^етсз оптимальны* и по минимаксному критерия теории игр.

Использование последнего метода оптимизации позволяет найти болег обоснованное проектное резение, учитывасвев объективно су-*^ствуЕ5ув неопределенность исходных данных.

ТаГ^г-ца 3. Платевнзя катрица выбора варианта завита

___ _ ____ _ _ .... --- — — —.— — - ------------ --- ----■—

7Г.ЛТЕ ■»ил Я МАТРИЦА

с в о у нмо''" нсопр"Дчпеннпго Фа»1; тора

^ И " Г | - 1 . ОФ&' г л- 7- ! г' < Р г'ер -1.ООО 1РСр -о.75 0>Р4р 500 критерий

■-Д1 -Р-:: -¡УДС -р-юо О'дклр« 73 идолр« 3 = Удопр^ 35 Байге-:*

' [ : 1 7?.;.7 з: ! 15- 7631 1. 7930 5.1734 9. 7695 10. 7404

о 0077 ) 0. 5589 1 т: 5783 0. 0013 0.1073 0. '645 0. 4897

з! л 9. 698^ ! ¡5. 2915 0. 1531 0.7871 1. 7025 3. 4718

А • I ::1б ! Z. '.-227 ! 5. 7103 0. оюз 0.2504 0. 7741 1. З^Чо

5| : 2. ' 357 1 2310 0. 0243 0.2513 0. 6638 1. ¿-422

¿.! г.З 1 '"4 62 1 0. 8625 0. 0000 0.4195 0. 1636 о. 1824

7! .'■¿"0 ! . ; 3. 7894 0. 0068 0. 1МЗ 0. 7154 о 9227

Г с ; 5. 976? 1:3. ZZZi о. о&зз 0. 2. 3551 5. 01 17

71 его: | опз zчzь 0. 0000 0.1555 7420 1.

!01 0. '"-Г-аЗ 1. ! з- 5743 0. 0146 0.1394 0. 4134 1 0293

3 ЧЕТВЕРТОЙ главе обоснована принципа построения и структура систем информационного н программного обеспечения САПР электрической защити.

Для ркгения задач информационного обеспечения необходимы сбор и анализ информации об аварийных реаииах и нэдагности средств злэк-трозадита, статистика электротразматизма, измерительная, хрснонет-рическая, визуальная и экономическая информация. Разработаны методические рекомендации по организации сбора и анализа перечисленных видов информации. Использование этих рекомендаций позволило получить информации для проведения расчетов завиты на конкретных производственных объектах Алтайского края.

Разработан метод- измерения параметров цепи короткого замыкания. в основу которого положен принцип графического репениа системы нелинейных уравнений, определявших максимумы токов к.з.

В работе сформулированы требования к программному обеспечении (учитывавшие специфику вычислительных операций и потребности пользователей) ;; определены его компоненты : кгасс ЗЗН, операционная система, система программирования, прикладное программное обеспечение. Показано, что з качество системы программирования целесо

образно использование систем «правления базами данных группы . Прикладное программное обеспечение выбора электрозаикты целесообразно строить в виде пакета прикладных программ, имеющего модульную структуру. Разработаны ходули такого пакета для моделирования и оптимизации СКЗ. проведена "стыковка'' с модулями имеющегося программного комплекса АРИАС для расчета эффективности защиты в сетях С.38 кВ. в результате чего сформирован пакет прикладных программ оптимального выбора комплексной защиты в сельскохозяйственных объектах.

Разработан предварительный вариант методики проектирования СКЗ. включающей'описание типовых последовательностей выполнения прпектных операций и процедур.

В ПЯТОЙ главе рассмотрены вопроси построения системы автоматизированного проектирования (САПР) электрозащиты'(рис. 3). Система содеряит подсистему математического обеспечения САПР. включающую математические модели электрозащиты и методы оптимизации, подсистемы информационного и программного обеспечения, а также проектировщика. руководствующегося методикой проектирования. Расмотре- ' им принципы взаимодействия подсистем и отдельных компонент САПР.

Рассматриваемая САПР имеет "открытый" характер и позволяет вводить .новые элементы зо всех подсистемах с минимальным влиянием на уме имеющиеся компоненты.

Приведены примеры проектирования электрической защиты на группе производственных объектов, иллюстрнруввие работоспособность САПР.

ВЫВОДИ

1. Традиционные методы проектирования электрической защиты в СЭС 0.38 кВ характеризуйся слабой обоснованностью, не учитывают комплексную эффективность ее действия и не позволяют выбрать луч-аий из возможных ее вариантов,

Оцсщ'а комплексной эффективности запиты должна производиться по совокупности показателей, отражающих вероятности электропоражения людей и животных, "электрических" пожаров и вероятного ущерба, вм данного перерывами электроснабжения и аварийными режимами злек-т1"и]становок.

2. Разработанный метод математического моделирования электри-чегкой зениты реализуется на основе системы аналитических вероят-мо'тных моделей, позволяющих рассчитывать показатели комплексной

эффективности защити на конкретно* производственном объекте. Эти модели строятся по единым принципам, дают возможность согласованно моделировать различные опасные ситуации я аварийные регг.мы.

3. Разработанные частные модели позволяет учесть реальные длительности срабатывания аппаратов завиты систс-ы закуления, а также влияние этой системы на электробезопасность ииеотнмх.

4. Разработанной метод многокритериальной оптимизации системы комплексной электробезоласности предполагает построение эбоб-»ы'ных технико-экономических критериев (аультиплнмтивнего или аддитивного) на базе "свертки" шести частных критериев (приведениях затрат, математических ожиданий вероятностей ¿лептропоражения ль-деи и животных, вероятности пожара по "электрическим причина*". вероятным ущербам от повренцений электродвигателей и от перерывов электроснабжения) и учет ограничений.

5. Значительной части информации о параметрах моделей элек-рибизопаснссти свойственна неопределенность, носявая в бользинст-вс случаев "интервальный" характер. Отличительными особенностями неопределенности является ее "многомсрнссть" м бесконечность множеств значений каждого из неопределенных параяетриз.'

Для реиения задачи оптимизации в этих условиях предложено использование методов теории статистических р'егекай б рамках принципа "недостаточного основания" Лапласа и подхода Вайеса при условии предварительной дискретизации совокупного неопределенного Фактора. В отдельных случаях при проектировании следует использовать методы теории игр с "природой".

Характерной особенностью реализации предложенного метода оптимизации при приектпрозании электрической ?лопы сзлается необходимость оперирования с Солышх количество* "даскр«;тазировают" состояний "природы". В диссертации разработаны специальное алгоритмы оптимизации, сочетаюцие эвристически,": четой вчбчра "гага вариации" кагдого из неопределенных факторов и аьтиьатический спосоО Формирования значений совокупного неопределеннегс фактора.

6. Структурно-параметрическая оптимизация системы комплексной ч1ектробеэопаскости предусматривает вибор такого ее варианта, при котором обеспечиваются кккямально- Есмонные ьерогтнзе-ткйэделтрапоражений идей и вивоткых, "злг.'.-раяозарзз". а такь« минимальные уи'ербы от перерывов электроснабжения и выхода из строя электрооборудования. 6 результате зроведенпах рэсчзтсв ус-тс!':^^лено. что предельная эффективность оптиаизациа, достигаемая в рамках систем занулания на молочных фзрках хс.р^тер»;знетсй од-

нопр'еменнки снмениая (но 15-ти раз) уровня опасности злектропо-рш?ния для лвдей. ( 4о 4-х раз) того ае уровня для шйзотных. (до 5-ти раз) вероятностей "злектроповаров", (до 5-ти раз) уяербов от внхоаа йз строя электродвигателей, (до 1,5 раз) ущербов от перерымов электроскабгекия. Предельный зконокичесйй эффект (в ценах 1933 г>) достигает при этой 1,0 - 1.2 млн. руб в год на объект.

7. Подсистема информационного обеспечения представляет собой совокупность методов и средств сбора а анализа информации, необходимей для проектирования злектрозазиты на объекте. В состав под-с:ии:»»а программного обеспечения входит комплекс прикладник прог-рс1*к. реализуезих методы и алгоритмы моделирования и оптимизации, а тг;лзе средства для реаеиия задач и разработки новых программ.

3. Внедрение « проектнуп практику разработанного метода СйПР зло'ктрезаанты позволяет без дополнетелькых кэпиталсвло1екий повысят' уровгнь злектройсзоласнссти на производственных объектах почти н-1 ппсядок при использовании принятых в сйльс^зм хозяйстве тех-чич1.-ск::х ысрсп,п:;яткй я завитках средств.

ОсноЕ^ое содчряакяе диссертация гтрагено в работах:

Í. ¿етоД'.'.'.огическне вопросы ¡гадзлнрссанкя систзян обеспечения электрсЗезсгасностк // допросы сельской электрификации : Сб. науч. тр. / Барнаул.- АПИ. 1375.-Вып. 51.-C.12-1S. (Соавторы Ха-л«н Е.Б.. Никольский O.K.).

2. Об одно* подходе к оценке экономической эффективности система средств злектробезопасности. : там не.-С.23-33. (Соавторы (алии Е.В.. Никольский O.K.. Петроченко Я.Н.).

3. Защита электрооборудогзния и электроСезопдсность // При-гссение элсктрозиергни d сельском хозяйстве Сибири. Новосибирск.-1зд--1с. С::5. НИИ н:х. и элоктрнф. сел. хоз.-га. 1976,- С. 19-45. CodBTopf Никольский U.K., Яоровенко Я.Г.. Со»киков й.й. и др.).

4. Математическое моделирование процесса функционирования hcTe^H за?.чтнзго отклпчс;:::я ::а хкготководческих комплексах // еханиззцяя л электрификация соц. сельского хозяйства.-1977.-N4.-,37-35. ""озпторы Х^лин Е.В.. Никольский O.K.).

5. Сценка экономической эффективности сисгсив.обеспечения лектробе^ииасности // Злектробезопзскость соло^кохоззЛствсннога рокзводсгва : С5. науч. тр. / ЗИЗСХ. 1377.-Т.43.-С.38-42. :садторз Никольский O.K., Хзлкн Е.5., Петроченко Й.Н.).

5. Злептрсбазсгтаснисть к £.;сл.туатааиа эл8ктро*;таноэок в

сельской хозяйстве // Актуальные проблемы энергетики и электрификации народного хозяйства. : Методические рекомендации научко-тихнической конфэренцкии.-Барнаул. 1979.-С.5-23. (Соавторы Никольский O.K.. Пороленко ft.Г.. Соаников А.А. и ер.К

7. А.С. Й156ИЗ (СССР) СПосэб определения параяетров цепи короткого замыкания / Авт. кзобр. Д.Г. Пороменки, О.Н. Дробязко. Заявлено 3 апреля 197S г. Зареу1стрир. 21 ноября 1380 г.

8. Создание система электробеэопасности р сельском хозяйстве Гкбири. - Науч.-техн. бел. / Сиб. КИИ механизации н электрификации сел. хоз-в? 1981.-Вып.20.-С.42-46. (Соаэторы Никольский O.K., Сомникоз А.Й.. Поромс-нко ft.Г. и др.).

9. Научные основы создания рациональной системы злехтробезо-паг.ности к эксплуатации электроустановок в сельском хозяйстве Сибири и Дальнего Востока. Сибирский вестник 'сельскохозяй^вгннсй науки.-Новосибирск. 1982.-Hi.-С.77-83. (Соавторы Никольский O.K., Порощеико ft.Г.. Созников А.А. и др.).

10. Оценка экономической эффективности системы электробезо-пагности // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1982. -N6.-C.23-25. (Соавторы Никольский O.K.. Москаленко Г.Н.).

11. К обоснование периодичности технического обслуживания электрозащитных средств в сельском хозяйстве // Пути и задачи электрификации сельского хозяйства в свете реаеннй майского (1982 Г.) пленума UK КПСС.: Тез. докл. к науч.-техн. конф.- Барнаул. 1983.-С.75-76. (Соавторы Коструба С.И.. Никольский O.K.).

12. Разработка региональной автоматизированной системы учета и анализа электротравматизма. там ie . С.111-113. (Соавтор Маркина F.M.).

13. Основы построения ог.тимальной c«cte«s электробезопасности в сельском хозяйстве // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1984.-N Б.-С.29-32. (Соавтор Никольский O.K.).

И. 9чет требований пожарной. безопасности при эыборе защиты от аварийках режимов в сетях 0.38 кВ // Эксплуатация устройств сельского электроснабжения : Сб. науч. тр. / М., ¡¡ЯМСП. i991.-C. 63-fiS. (Ссантор Совников А.А.).

15. Построение оптимальной электрической защиты в системах электроснабкения 0.38 кВ // Проблемы электробззопасностн в сельском хозяйстве. Уез. докл. Всесоюзной научн.-практ. конф.-Челябинск. 1991. (Соавторы Сожникоз А.А.. Никольский O.K.),

1С. Определение критериев оптимизации систем сельского электроснабжения 0.38 кВ // Техника в сельском хозяйстве, 13S2.-K1.-

С.21-24. (Соавтор Совнккоз Й.О.).

1?. Автоматизированный выбор завиты от аварийных рееимоз в системах сельского- элсктроснабзения 0.38 «3 // Ритуальные проб-лскч энергетики и электрификации : Сб. науч. тр. / Барнаул. Йлт-ПУ. 1993.-был. 2.-С.6-8. (Соавтор Соаьиков fl.fl.).

18. Математические модели электробезспасности лидей з г.рокз-вг.л.ственнкх глектроустдновках напрягением 0.38 кВ // там *е. -С. 16 24.

19. Нидель для оценки вероятностей электропорагения лядей при завите занулением // там гз. -С.25-31.

20. Проблемы информационного обеспечения расчетов систем элехтрозанитн э сельских сетях напряжением 0.38 кВ // там зе. С.35-42.

21. Учет неопределенности исходной информации при оптимизации электрозащиты систем сельского электроснабзения 0.38 кВ // та* же. -С.48-56.

22. NlcolsklJ 0.. Drobjazko 0.: Hodellrouanle systeaöu bez-peczenstua elektryczneeo // Ochrona przeclHporazenoua u urzadze-niacy electrycznlch / IX Migdzynarodowa konferencja naukouo-tech-nlczna. Lodz, wrzeslen 1993.-S.78-86.

Подписано к печати 16.05.34. Объем 1.0 п.л. Заказ 647. Тнраг 100 экз.

Тиищ рафи^ Алтайского краевого управления статистики.