автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка методов функционального контроля систем электро- и теплоснабжения объектов бытового назначения

Содержание.

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса контроля электро- и теплоснабжения бытовых объектов и задача исследований.

1.1. Анализ видов и особенностей функционирования систем электро- и теплоснабжения (СЭТС) объектов бытового назначения.

1.1.1. Централизованные СЭТС и их структура.

1.1.2. Характеристика и анализ электро- и теплоисточников.

1.1.3. Характеристика и анализ соединительных сетей.

1.2. Анализ контролируемых величин, а также способы и методы их обработки.

1.2.1. Анализ оборудования СЭТС и его технические характеристики.

1.2.2. Средства измерений контролируемых величин в СЭТС.

1.2.3. Особенности действий операторов, обслуживающих оборудование системы электро- и теплоснабжения.

Глава 2. Теоретические предпосылки исследований и математическая постановка задачи.

Глава 3. Разработка системы оценки и контроля технического состояния модели СЭТС на основе измерительно-вычислительных комплексов.

3.1. Функциональная схема контроля технического состояния СЭТС.

3.2. Методика контроля технического состояния СЭТС.

3.3. Методика обучения распознаванию технического состояния СЭТС.

3.4. Методика обучения распознаванию отказов в СЭТС.

3.5. Методика определения и расчет вероятностей технических состояний

СЭТС.

Глава 4. Разработка методик оценки изменяющихся во времени состояний

СЭТС и практическая реализация полученных результатов исследования.

4.1 Методика учета априорной информации при планировании экспериментов на испытаниях СЭТС.

4.2. Методика сравнительного многомерного анализа при определении условий испытаний и контроля СЭТС.

4.3. Методика обработки информации о техническом состоянии СЭТС.

4.4. Практическая реализация и проверка полученных результатов, в том числе их технико-экономическая эффективность.

Общая характеристика работы.

Актуальность выбранной темы. Развитие энергетических комплексов в первую очередь определяется применением высокоэффективных систем автоматизации производственных процессов, их устойчивой и экономичной работой. Среди многообразия таких систем большое внимание уделяется техническим системам электро- и теплоснабжения (СЭТС) производственных предприятий, населенных пунктов, жилых помещений и т.п.; устойчивая, надежная и безотказная работа которых главным образом обеспечивается обоснованными методами функционального контроля этих систем.

На сегодняшний день проблемы обеспечения обоснованными методами контроля затронули и энергетический комплекс /1, 3, 9, 12, 15, 51, 52, 53, 58, 59/, так как около 60% используемых систем давно выработали свой технический ресурс, а используемые методы функционального контроля устарели, что приводит к частым отключениям электроэнергии, перебоям в теплоснабжении и т.д. В последнее время особое внимание со стороны руководящих структур энергетических комплексов стало уделяться усилению своевременного контроля за техническими состояниями СЭТС, основанного на внедрении систем функционального контроля на базе измерительно-вычислительных комплексов. Это связано, в первую очередь, со снижением эффективности контроля ("человеческий фактор") за состоянием того или иного оборудования, и, как следствие, приводит к перебоям в электроснабжении производственных предприятий, нестабильной работе СЭТС, аварийным ситуациям в системе теплоснабжения - простаивает технологическое оборудование, население остается без воды и тепла.

Решить проблему функционального оперативного контроля пытаются на основе применения более совершенных приборов определения состояния многочисленных узлов технологического оборудования путем отбора через определенный момент времени численных значений, характеризующих то или иное техническое состояние СЭТС. Подобные устройства значительно усложняют конструкцию энергетических систем, увеличивают объем занимаемого места, находятся на значительном расстоянии друг от друга, характеризуются недостаточной точностью определения ими контролируемых параметров и имеют достаточно высокую цену /12, 13, 24, 25, 48, 60/.

Более эффективным является применение измерительно-вычислительных комплексов, предназначенных для построения многоканальных измерительных систем, автоматических и автоматизированных систем измерения, контроля, учета, регулирования и управления производственными процессами, технологическими линиями и агрегатами. Опыт их эксплуатации показывает, что они успешно могут работать в роли контролирующей системы, позволяющей оператору со значительной достоверностью и в кратчайшие сроки определить причину нестабильной работы СЭТС /4, 16, 20, 21, 26, 36, 39, 49, 56, 58/.

Но для правильного и рационального использования таких измерительно-вычислительных комплексов необходимы разработки новых методов функционального контроля сложных систем бытового назначения, а именно такой является СЭТС. На сегодняшний день подобные методы функционального контроля для измерительно-вычислительных комплексов отсутствуют. Поэтому их разработка является актуальной задачей.

Цель исследования - повышение эффективности функционирования систем электро- и теплоснабжения объектов промышленного и бытового назначения путем совершенствования методов функционального контроля, основанного на применении измерительно-вычислительного комплекса.

Объект исследования - система контроля, визуального отображения и регистрации процесса функционирования СЭТС бытовых объектов.

Научная новизна результатов исследования:

1. Разработаны методики получения и обработки электротехнической информации на основе теории распознавания образов и теории принятия решения в условиях воздействия на СЭТС случайных факторов, обеспечивающие выявление в кратчайшие сроки причин неисправностей и уменьшение материальных затрат на их устранение;

2. Предложена математическая модель, формализующая и адекватно описывающая состояние и взаимодействие между контролируемыми параметрами СЭТС, позволяющая на этапе предварительных исследований и разработок осуществить оптимизацию контролируемых технологических узлов СЭТС в зависимости от предъявляемых к ней требований и условий эксплуатации;

3. Получены методики контроля технического состояния системы электро- и теплоснабжения, обнаружения отказов в ней и расчета вероятностей ее технического состояния, повышающие оперативность системы контроля и точность определения причин выхода из строя технологического оборудования СЭТС;

4. Разработаны методики оценки технического состояния СЭТС, реализующие сравнительный многомерный анализ при определении условий испытаний и контроля технического состояния СЭТС, позволяющие значительно сократить время контроля в совокупности с повышением качества выполнения элементарных операций и сокращением численности обслуживающего персонала.

Практическая ценность работы: разработана система контроля основных составляющих СЭТС бытовых объектов с помощью методик получения и обработки электротехнической информации на основе теории распознавания образов и теории принятия решения в условиях воздействия на СЭТС случайных факторов с использованием измерительно-вычислительных средств, что подтверждено соответствующими актами о внедрении.

Реализация работы: разработки внедрены на предприятиях Московской области Пушкинского района, а также используются в учебном процессе Московского института инженеров транспорта и Московского государственного университета сервиса, что подтверждено актами о внедрении.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель, показывающая взаимодействие между контролируемыми параметрами СЭТС, оптимальные характеристики которых могут оказывать влияние на потребителей электроэнергии и тепла;

2. Комплекс методик оценки и контроля технических состояний, в том числе методики обучения распознаванию образов и оценки вероятностей их принадлежности установленным эталонам для СЭТС, позволяющие принимать решения о правильности функционирования СЭТС и проводить дообучение контролирующей системы в процессе эксплуатации СЭТС;

3. Комплекс методик оценки динамических (изменяющихся во времени) состояний СЭТС в условиях случайно действующих факторов.

Апробация работы: основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Института техники сервиса МГУ сервиса (пос. Черкизово Пушкинского района Московской области, 2001-2003г.г.); на научно-практической конференции молодых специалистов при Московском институте теплотехники (Москва, 2001г.), на 5-й научно-практической конференции "Безопасность движения поездов" при МИИТе (Москва, 2004г.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из содержания, введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 63 наименования библиографии. В приложениях представлены материалы внедрения результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформулируем полученные основные результаты работы:

1. Проведен анализ методов и способов обеспечения электроэнергией и теплом типовых жилых зданий и промышленных сооружений. Показано, что такое обеспечение основывается на применении комплексов и систем электро- и теплоснабжения, состоящих из большого количества агрегатов, приборов и узлов, безотказная работа которых напрямую зависит от правильности контроля их технического состояния. Функционирование и характеристики таких комплексов динамичны и поддерживаются проведением регулировок, направленных на восстановление их оптимальных показателей.

2. Проведен анализ построения систем контроля качества функционирования типовых систем электро- и теплоснабжения объектов бытового назначения. Показано, что существующие организация и обеспечение достаточно трудоемки и неоперативны.

3. На основе полученных результатов анализа показана целесообразная необходимость организации и методического обеспечения контроля СЭТС на основе применения и использования программно-аппаратных комплексов. С этой целью сформулирована математическая задача и модель, формализующая и адекватно описывающая состояние и взаимодействие между контролируемыми параметрами СЭТС.

4. Разработан комплекс методик, позволяющих с помощью измерительно-вычислительного комплекса эффективно оценивать техническое состояние СЭТС, в котором она находится в реальный момент времени, с большой вероятностью распознавать отказовые технические состояния СЭТС и оперативно принимать управленческие решения по устранению причин прекращения функционирования СЭТС. Произведен расчет вероятностей возникновения технических состояний СЭТС на основе предложенной методики их определения.

5. Представлен комплекс методик оценки изменяющихся во времени технических состояний СЭТС. Показано, что имеется необходимость учета априорной информации о результатах функционирования СЭТС, получаемых на этапах предварительных исследований и испытаний. Разработана процедура решения задачи по планированию испытаний СЭТС, позволяющая сократить число экспериментов над реальной СЭТС или ее моделью. Предложен методический аппарат по расчету вероятностей ошибочных или целенаправленных действий операторов, оказывающих негативное влияние на работу оборудования СЭТС. Обоснованы критерии выбора решающих правил в условиях повышенной сложности, регламентирующие безотказную работу всех технологических составляющих СЭТС.

6. Осуществлена практическая реализация и проверка результатов теоретических исследований и математического моделирования. Показано, что в условиях реального функционирования СЭТС предложенные разработки, представленные в настоящей диссертационной работе, показали себя с наилучшей стороны, повысив оперативность системы контроля, качество выполнения элементарных операций, точность определения причин выхода из строя оборудования СЭТС, и сократив время проведения контроля, количество обслуживающего персонала, время и затраты на обнаружение неисправностей, а также их устранение.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ней Я.С. "Внедрение программно-аппаратного комплекса в эксплуатацию". Материалы конференции молодых специалистов Московского института теплотехники. М.: МИТ, 2001г., стр.41-42.

2. Ней Я.С. "Применение программно-аппаратного комплекса в практике промышленных работ". М.: МИТ, 2003г., стр.78-79.

3. Ней Я.С. " Методика учета априорной информации при планировании экспериментов по обеспечению испытаний сложных систем теплоэнергоснабжения (СТЭС)". Известия ВУЗов - электротехнические комплексы и информационные системы. Москва 2005г., стр. 24-27.

4. Байков А.А., Ней Я.С. "Методические предложения по расчету ошибочных или целенаправленных действий оператора, оказывающих негативное влияние на работу оборудования системы теплоэнергоснабжения". Сборник научных трудов аспирантов МГУСа. М.: МГУС, 2005г., стр. 47-50.

5. Ней Я.С. "Методика сравнительного многомерного анализа при определении условий испытаний и контроля систем теплоэнергоснабжения (СТЭС)". Известия ВУЗов - электротехнические комплексы и информационные системы. Москва 2005г., стр. 20-24.

6. Байков А.А., Ней Я.С. "Задача и методика обучения распознаванию отказов в СТЭС". Сборник научных трудов аспирантов МГУСа. М.: МГУС, 2005г., стр. 50-55.

7. Байков А.А., Ней Я.С. "Математическая формулировка задачи и критерии обработки информации о техническом состоянии системы теплоэнергоснабжения". Известия ВУЗов - электротехнические комплексы и информационные системы. Москва 2005г., стр. 27-34.

8. Ней Я.С., Байков А.А. "Модели случайных и несанкционированных действий операторов на опасных производственных объектах". Материалы 5-й научно-практической конференции "Безопасность движения поездов"". М.: МИИТ, 2004г., стр.59-61.

ТЕХНОЛОГИЯ

Технология

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫИ ЦЕНТР

127050, г. Москва, ул. Новосущевская, д.19б, телУфакс: (095) 973-16-62 E-mail: tehno@ikcptb.com

АКТ о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Ней Ярослава Сергеевича «Разработка методов функционального контроля систем электро- и теплоснабжения объектов бытового назначения»

Комиссия в нижеприведенном составе составила настоящий акт о-том, что результаты кандидатской диссертации Ней Ярослава Сергеевича «Разработка методов функционального контроля систем электро- и теплоснабжения объектов бытового назначения» внедрены для контроля функционирования системы электроснабжения ООО «Технология». В частности, использованы следующие результаты диссертационной работы: электроснабжения; методические предложения по расчету ошибочных или целенаправленных действий группы операторов, оказывающих негативное влияние на работу оборудования системы электроснабжения;

- методика учета априорной информации при планировании экспериментов на испытаниях системы электроснабжения;

- методика определения и практические рекомендации по обработке информации о техническом состоянии системы электроснабжения.

Члены комиссии: , методика контроля технического состояния системы

A '-t^v.c с ---С' Пименов В.А. ttfa^Zcy--- Добряков В. В.

У&1 -Митрофанов Ю.Ю

1. "Натурный эксперимент" под ред. Н.И. Баклашова, Москва: "Радио и связь", 1982г.

2. А.К. Дмитриев, П.А. Мальцев "Основы теории построения и контроля сложных систем", Ленинград: "Энергоатомиздат", 1988г.3. "Человеко-машинные системы и анализ данных". Под ред. И.А. Овсеевича, -Москва: "Наука", 1992г.

3. И.Г. Железнов "Сложные технические системы". Москва: "Высшая школа", 1984г.

4. П.В. Новицкий, И.А. Зограф "Оценка погрешностей результатов измерений". Ленинград: "Энергоатомиздат", 1985г.

5. Справочник под ред. Клюева В.Р. "Неразрушающий контроль и диагностика" М.: Машиностроение, 1985г.

6. В.А. Боднер, А.В. Алферов "Измерительные приборы". Москва, 1986г.

7. Э.И. Цветков "Основы теории статистических измерений" Москва: "Энергия", 1979г

8. В.В. Цветков, И.А. Бережнов "Справочник по теплоснабжению промышленных предприятий", г. Харьков: "Прапор", 1987г.

9. Л. Горелик " Распознавание образов", М.: "Наука", 1987г.

10. К.А. Браунли "Статистическая теория и методология в науке и технике", М.: "Наука", 1977г.

11. В.А. Гольцман "Приборы контроля и автоматики тепловых процессов", М.: "Высшая школа", 1976г.

12. М.В. Кулаков "Технологические измерения и приборы для химических производств", М.: "Машиностроение", 1974г.

13. С.Ф. Чистяков, Д.В. Радун "Теплотехнические измерения и приборы", М.: "Высшая школа", 1972г.

14. Г.А. Мурин "Теплотехнические измерения", М.: "Энергия", 1979г.16. "Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы" подред. Б.Д. Кошарского, JL: Машиностроение", 1976г.

15. Добровольский И.Г. "Докторская диссертация. Повышение достоверности результатов измерений в системах электромагнитного контроля энергооборудования на основе анализа и синтеза алгоритмов обработки информации.", М.: МГАПИ, 2002г., 256 стр.

16. Шкатов П.Н., Трофимов Ю.И. и др. "Анализ погрешностей измерения глубины трещины электропотенциальным методом. Труды III НТК Моделирование электронных приборов и техпроцессов, обеспечение качества и надежности аппаратуры", М.: МИФИ, 1997г.

17. Добровольский И.Г. "Повышение достоверности оценивания параметров технического состояния компрессорных машин. Контроль. Диагностика" -№6-2002г. С. 32.35.

18. Горский В.Г., Моткин Г.А., Шаталов А.А. и др. "Научно-методические аспекты анализа аварийного риска". М.: "Экономика и информатика", 2002г.

19. Нечипоренко В.И. "Структурный анализ систем". М.: "Советское радио", 1997г.

20. Нейлор К. "Как построить экспертную систему". М.: Энергоатомиздат,1991г.

21. Буланенко С.А., Воронов С.И. и др. Под общей редакцией Фалеева М.И. "Защита населения и территорий в чрезвычайных ситуациях". Калуга, ГУЛ "Облиздат", 2001г.

22. Серов Г.П. "Экологический аудит. Концептуальные и организационно-правовые основы". М.: "Экзамен", 2000г.

23. Баклашов Н.И., Белюнов А.Н. и др. "Натурный эксперимент: информационное обеспечение экспериментальных исследований". М.: Радио и связь, 1982г. 304с.

24. Кузовков Н.Г., Карабанов С.В., Салычев О.С. "Непрерывные и дискретные системы управления и методы идентификации". М.: Машиностроение, 1978г.

25. ГОСТ 20912-75. "Автоматизированные системы управления предприятиями. Общие технические требования".

26. Вентцель Е.С. "Исследование операций". М.: "Советское радио", 1972г.

27. Козлов Б.А., Ушаков И.А. "Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики". М.: "Советское радио", 1975г.

28. Холл А.Д. "Опыт методологии для системотехники". Под ред. Поварова Т.Н., М.: "Советское радио", 1985г.

29. Душин В.К. "Теоретические основы информационных процессов и систем". М.: изд-во "Дашков и К°", 2003г.

30. Лимар Е.Е. "Методология расчета риска при авариях на газотранспортных системах". М.: ВНИИТАЗ, 1994г.

31. Шаракшанэ А.С., Железнов И.Г., Ивницкий В.А. "Сложные системы". М.: "Высшая школа", 1977г.

32. X. Гулд, Я. Тобочник "Компьютерное моделирование в физике". М.: изд-во "Мир", 1990г.

33. Шустер Г., "Детерминированный хаос: введение". М.: "Мир", 1988г.

34. Д. Штойян "Качественные свойства и оценки стохастических моделей". М.: "Мир", 1979г.42. "Справочник по системотехнике" под ред. Р. Макола, М.: изд-во "Советское радио", 1970г.

35. Ж. Сеа "Оптимизация. Теория и алгоритмы". М.: "Мир", 1973г.

36. Р. Альсведе, И. Вегенер "Задачи поиска". М.: "Мир", 1982г.

37. А.С. Шаракшанэ, В.П. Шахин, А.К. Халецкий "Испытания программ сложных автоматизированных систем". М.: "Высшая школа", 1982г.

38. И.Н. Коваленко "Анализ редких событий при оценке эффективности и надежности систем". М.: "Советское радио", 1980г.

39. В. Hayes, "Computer recteations", Sci. Amer. 250,12 (March 1984)

40. Ней Я.С. "Внедрение программно-аппаратного комплекса в эксплуатацию". Материалы конференции молодых специалистов Московского института теплотехники. М.: МИТ, 2001г., стр.41-42.

41. Ней Я.С. "Применение программно-аппаратного комплекса в практике промышленных работ". М.: МИТ, 2003г., стр.78-79.

42. Ней Я.С. " Методика учета априорной информации при планировании экспериментов по обеспечению испытаний сложных систем теплоэнергоснабжения (СТЭС)". Известия ВУЗов электротехнические комплексы и информационные системы. Москва 2005г., стр. 24-27.

43. Ней Я.С. "Методика сравнительного многомерного анализа при определении условий испытаний и контроля систем теплоэнергоснабжения (СТЭС)". Известия ВУЗов электротехнические комплексы и информационные системы. Москва 2005г., стр. 20-24.

44. Байков А.А., Ней Я.С. "Задача и методика обучения распознаванию отказов в СТЭС". Сборник научных трудов аспирантов МГУСа. М.: МГУС, 2005г., стр. 50-55.

45. Байков А.А., Ней Я.С. "Математическая формулировка задачи и критерииобработки информации о техническом состоянии системы теплоэнергоснабжения". Известия ВУЗов электротехнические комплексы и информационные системы. Москва 2005г., стр. 27-34.

46. Ней Я.С., Байков А.А. "Модели случайных и несанкционированных действий операторов на опасных производственных объектах". Материалы 5-й научно-практической конференции "Безопасность движения поездов"". М.: МИИТ, 2004г., стр.59-61.

47. Волков Б.И., Добровольский И.Г., Шкатов П.Н., Темрюх В.М., Родюков М.С. "Роботизированный модуль для контроля технического состояния роторов турбин тепловых электростанций со стороны осевого канала" Мелатроника №5. 2001.

48. Добровольский И.Г. "Алгоритмические методы повышения достоверности электромагнитного контроля трубопроводов" Труды 3 Международной конференции "Диагностика трубопроводов". -М.: 2001г.

49. Добровольский И.Г. "Анализ и синтез алгоритмов обработки информации в системах электромагнитного контроля энергооборудования." М.: "Научтехлитиздат" 2002г.

50. Трофимов Ю.И., Шкатов П.Н., Добровольский И.Г. "Информационно-измерительная система для контроля технического состояния роторов паровых турбин ТЭС со стороны осевого канала." "Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика." №7, 2002г.

51. Добровольский И.Г. "Анализ точности измерений значений информационно-измерительных систем." "Контроль. Диагностика." №5, 2002г.

52. И.Е. Тамм "Основы теории электричества" М.: изд-во "Наука", 1976г.

53. А.А. Федоров, В.В. Каменева "Основы электроснабжения промышленных предприятий", М.: изд-во "Энергия", 1979г.

54. Б.Ю. Липкин "Электроснабжение промышленных предприятий и установок", М.: изд-во "Высшая школа", 1981г.