автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Система контроля и прогнозирования состояния контактных соединений электрических сетей

, ^ , ............." " ' " "

I »1 Л»'™"«} п: г 1 ч ~ - •

На правах рукописи

Корнеев Константин Борисович

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ КОНТАКТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Корнеев Константин Борисович

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ КОНТАКТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Измайлов Владимир Васильевич

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор

Дмитриев Геннадий Андреевич

Доктор физико-математических наук, профессор Уварова Людмила Александровна

Ведущая организация: Московский энергетический институт

(технический университет)

Защита состоится « » мая_ 2004 г. в 15 часов на заседании

диссертационного совета Д 212.262.04 в Тверском государственном техническом университете по адресу: 170026, г.Тверь, наб.А.Никитина, 22 (Ц-212).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_»_

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Жгутов А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Широкое использование разборных многоамперных контактных соединений предъявляет повышенные требования к их надёжности. Анализ статистики выхода из строя энергетического оборудования показывает, что от 20 до 25 процентов аварий на силовом оборудовании обусловлено отказом в контактном соединении. Одной из мер предотвращения отказов является прогнозирование аномальных режимов работы контактных соединений на ранних стадиях.

Актуальность выбранного направления исследований обусловлена: необходимостью повышения надежности, экономичности, экологичности и безопасности электротехнического оборудования; большим количеством контактных соединений, используемых практически в любом промышленном энергетическом оборудовании; ответственностью функций электроконтактных соединений; тяжестью последствий аварий, вызванных некачественным электроконтактным соединением.

Применяющийся в настоящее время выборочный мониторинг температурного состояния электроконтактных соединений не обеспечивает должный уровень надежности.

Наиболее целесообразной с экономической и технической точек зрения является автоматизированная система, позволяющая предсказать остаточный ресурс выбранного электроконтактного соединения на основе построения математической модели протекания процессов электро- и тешюпереноса в нем и позволяющая оценить вероятность выхода нормируемых параметров (температуры и сопротивления) за допустимые пределы.

Программная реализация позволяет также внедрить модуль предсказания остаточного ресурса электроконтактных соединений и расчета потерь в них в существующие комплексы мониторинга работы энергосетей, повысив, таким образом, эффективность и надежность энергосистемы в целом.

Таким образом, задача разработки и внедрения информационно-аналитической системы контроля состояния и прогнозирования остаточного срока службы электроконтактных соединений является актуальной.

Работа по созданию информационно-аналитической системы расчета процессов электро- и теллопереноса в электроконтактных соединениях выполнялась в рамках программы «Энергосбережение» в Тверской области в 1999 — 2002 годах. Часть исследований, представленных в диссертации, выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации (грант Т02-01.5-248).

Целью диссертациопной работы является создание информационно-

аналитической системы расчета и контроля процессов тепло- и электропереноса в контактных соединениях и прогнозирования их работоспособности с целью повышения надежности и эффективности энергетического оборудования.

В соответствии с указанной целью определены следующие задачи исследования:

1. Исследовать состав и взаимовлияние параметров, влияющих на надежность электроконтактных соединений.

2. Провести математическую формализацию и разработать теоретические принципы построения и функционирования информациошю-аналитической системы расчета процессов нагрева электроконтактных соединений при протекании по ним электрического тока.

3. Программно реализовать указанную систему.

4. Разработать методику прогнозирования остаточного ресурса электроконтактного соединения.

5. Произвести проверку адекватности теоретических моделей реальным процессам в контактных соединениях.

6. Проанализировать экономический эффект прогнозирования надежности контактных соединений методом оценки упущенной выгоды.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системною анализа, элементы теории проектирования баз данных, методы объектно-ориентированного программирования, численные методы решения задач надежности.

Объектом исследования выступает разборное электроконтактное соединение, нагреваемое протекающим электрическим током и взаимодействующее с окружающей средой. Научная новизна.

1. Произведено уточнение математических моделей процессов теплопереноса в электроконтактных соединениях с использованием метода последовательных приближений применительно к трехмерной модели соединения двух контакт-деталей.

2. Определены факторы, влияющие на ключевые характеристики контактного соединения (температуру перегрева и контактное электросопротивление), установлены их взаимосвязь и степень влияния на надежность электроконтактного соединения.

3. Разработана информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактпых соединениях, учитывающая динамически изменяющиеся токовые нагрузки, параметры среды и характеристики контактного соединения

4. Разработана методика прогнозирования остаточного срока службы на базе построения временных рядов ключевых параметров электроконтактного соединения.

5. Предложен и реализован алгоритм выбора наиболее эффективных мер, предлагаемых пользователю для повышения эксплуатационных свойств электроконтактных соединений.

На защиту выносятся:

1. Обобщенная математическая модель процессов теплопереноса в электроконтактных соединениях, анализ воздействия внутренних и внешних факторов на основные характеристики электроконтактного соединения (температуру перегрева, контактное сопротивление), определяющие его ресурс.

2. Методика расчета температурного режима электроконтактного соединения, нагреваемого протекающим электрическим током с учетом взаимосвязи влияющих факторов.

3. Алгоритм построения системы расчета процессов тепло- и электропереноса в электроконтактных соединениях.

4. Модульная информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях;

5. Методика прогнозирования отказа электроконтактного соединения по критериям выхода величины температуры перегрева и/или сопротивления за пределы, установленные нормативными документами.

6. Оперативный многофакторный поиск решений по повышению надежности электроконтактного соединения.

Практическая ценность и реализация работы. На основе разработанных в диссертации положений создана информационно-аналитическая система, позволяющая прогнозировать выход из строя электрических контактных соединений по критериям параметрического отказа. Применение её для расчета предполагаемого остаточного срока службы контактного соединения на основе построения временных рядов зависимости температуры и сопротивления контактного соединения от величины протекающего тока при заданных условиях эксплуатации контакта позволяет на ранних стадиях предсказать возможный выход соединения из строя и обеспечить своевременное принятие мер по недопущению аварийных ситуаций.

Реализация данной системы в виде двух независимых программных блоков позволяет использовать её, во-первых, как модуль в существующих комплексах мониторинга работы энергосетей, во-вторых, в виде инструмента для проведения анализа и предсказания эксплуатационных характеристик вновь проектируемого электроконтактного соединения. Наглядность и доступность результатов, вкупе с архивацией результатов расчета позволяет обеспечивать доступ к данным в любой момент для последующего анализа. Отсутствие жесткой привязки к платформе запуска также расширяет возможности применения данной информационно-аналитической системы.

Данная инфомационно-аналитическая система используется на предприятиях ОАО «Тверьэнерго» в составе единой системы диспетчерского управления, что подтверждено соответствующими актами о внедрении. Расчетный модуль разработанной системы используется при выполнении практических и курсовых работ по специальности 100400 в Тверском государственном техническом университете и в научно-исследовательской деятельности УНГЩ «Энергоэффективность» ТГТУ. Полученные результаты могут быть использованы для построения систем непрерывного мониторинга состояния электроконтактных соединений, везде, где требуется неразрушающий контроль состояния токоведущих контактных соединений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях: Всероссийская конференция "Современная образовательная среда" (Москва - 2001, 2002, 2003

годы), Международная научно-техническая конференция "Проблемы энергосбережения" (Тверь - 2001 год), Всероссийская конференция и семинар «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (Нижний Новгород - 2001, 2002, 2003), Международная конференция «Электрические контакты» (Санкт-Петербург - 2002), Первая всероссийская Школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва - 2002), научно-техническая конференция «Электроснабжение, электрооборудование, электросбережение» (Новомосковск, РХТУ, 2002), Международная научно-техническая конференция «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (Тверь, ТГТУ, 2002), 5-я Международная конференция «Электромеханика, электротехнология и электроматериаловедение» (Крым, Алушта, 2003). Исследования автора отмечены почетным дипломом 2 степени Первой всероссийской Школы-семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва - 2002).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 162 страницах,

содержит 53 таблицы, 62 рисунка и состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 112 наименований.

Содержание работы

Во введении рассматривается актуальность проблемы расчета процессов протекания электрического тока в контактных соединениях, определяется круг практических задач, на которые направлена данная система. Обосновывается структура построения программного комплекса, даются описания основных функциональных возможностей системы.

В первой главе проанализирована статистика отказов в энергосистемах. Анализ выявил значительную долю аварий и отключений, вызванных отказами в контактных соединениях. Определены основные причины и критерии отказов, обоснован выбор факторов, необходимых для построения математической модели электроконтактного соединения, позволяющей оптимизировать его эксплуатационные характеристики и предсказать его ресурс.

Проводится критический анализ существующих систем расчета электроконтактных соединений и применяющихся при их разработке моделей, алгоритмов и методов расчета.

Существующие в настоящее время системы расчета параметров электротехнических схем (Algor® Professional Heat Transfer, CADKEY® InCAD Designer, ANSYS) предназначены преимущественно для расчета схем в виде элементов с сосредоточенными параметрами, то есть в виде идеальных сопротивлений, емкостей, индуктивностей. Они не учитывают рассредоточенные параметры и нелинейность характеристик многих элементов.

Большинство математических моделей электроконтактных соединений не учитывают такие важные факторы, как предистория электроконтактного соединения, наличие и свойства межконтактной среды, взаимодействие электроконтактного соединения с окружающей средой. Существующие методики

расчета процессов нагрева электроконтактного соединения базируются на учете влияющих факторов по принципу суперпозиции, то есть рассматривается аддитивное воздействие отдельных факторов, которые при этом полагаются независимыми друг от друга. Вследствие этого наблюдаются расхождения теоретических и экспериментальных данных.

Методам построения автоматизированных систем расчета эксплуатационной надежности сложных комплексов посвящено много работ российских и зарубежных ученых: Bezdek J.C., Дегтярева Ю. И., Дмитриева Г.А., Дорохова И. Н., Батыршина И.З., Емельянова С. В., Кафарова В. В., Моисеева Н. Н., Напельбаума Э. Д., Палюха Б.В., Рыбникова К.А., Семенова Н.А., Лотфи Заде, Уваровой Л.А., сделавших большой вклад в становление и развитие системного анализа, теорий управления и математического моделирования.

Вопросам исследования процессов протекания электрического тока по контактным соединениям, а также их тепловым моделям уделяется достаточно большое внимание. При исследованиях, связанных со структурным построением электроконтактных соединений, вероятностным анализом процессов деградации, математическим моделированием, системным анализом, автор опирался на труды ведущих отечественных и зарубежных ученых: Брона О.Б., Дзекцера Н.Н., Измайлова В.В., Кима Е.И., Кордонского Х.Б., Лысова Н.Е., Мерла В., Омельченко В.Т., Харина С.Н., Хольма Р. и др.

Выявленные в результате критического анализа современного состояния вопроса некоторые нерешенные проблемы обусловили выбор цели и задач исследования.

Во второй главе рассматривается обобщенная математическая модель, описывающую сиздему из двух контакт-деталей, находящихся под действием электрического тока в стационарных и нестационарных условиях.

В первом разделе дается описание тепловых процессов в электроконтактном соединении, проходящих под действием протекающего по нему электрического тока.

В настоящей работе в качестве базиса для расчетов используется математическая модель, в которой картина теплового поля единичного контакта может быть представлена в виде сверхпроводящего шара с диаметром 2Ь, по которому происходит касание контакт-деталей I и И. (рис.1). Такая картина характерна для контактного взаимодействия двух плоских контакт-деталей с распределением выступов по высоте, подчиняющимся некоторому статистическому закону. В этом случае в единичной точке взаимодействия (соприкосновение двух выступов) образуется проводящий металлический мостик, по которому и происходит протекание тока между контакт-деталями. Максимум тепловой энергии приходится на область соприкосновения. Количество таких точек взаимодействия определяется такими взаимозависимыми факторами, как материал контакта, качество обработки поверхности, сила сжатия и начальная температура взаимодействующих элементов.

Рисунок 1.

Количество тепла, выделяющегося в элементарном объеме шарового слоя в результате джоулевых потерь составит:

(1)

где - количество выделяющегося тепла, - сила тока, протекающего по контактам, - удельное сопротивление контакта, - радиус шарового слоя, -толщина шарового слоя.

Рассчитанное на данном этапе количество тепла используется в дальнейшем для определения температуры нагрева зоны контакта. В результате расчета методом конечных элементов температуры единичных зон каждой контакт-детали получаем дискретную трехмерную матрицу точечных значений по объему электроконтактного соединения. Пример такого распределения температуры показан на рис.2. На нем видны ярко очерченные зоны изменения температуры внутри контакт-детали.

Срез трехмерной матрицы распределения температуры в электроконтактном соединении

Рисунок 2.

Для более точного расчета температурного поля в объеме контакт-детали в работе была впервые применена методика расчета тепловых потоков с учетом параметров приповерхностного слоя окружающей среды, то есть в расчетную

матрицу значений температуры были добавлены краевые точки, обладающие характеристиками воздушной среды, окружающей контакт-деталь.

Во втором разделе рассматривается расчет тепловых характеристик системы из двух контакт-деталей - максимальной, минимальной, мгновенной и средней по времени температур. Рассматривается построение системы уравнений, описывающих формирование тепловых потоков, передачу тепла от одной контакт-детали к другой. Также дается аналитическая зависимость, описывающая процесс изменения температуры контакт-деталей.

В случае стационарного режима величина тепловых потоков, протекающих по контактам, может быть определена из соотношений:

где - величины тепловых потоков через первую и вторую контакт-

детали, I - протекающий ток, Як - контактное сопротивление, Ь - радиус единичного пятна, - радиус шарового слоя, - постоянная величина, пропорциональная тепловому сопротивлению.

Тогда температура контактной площадки будет равна:

где - напряжение, приложенное к контактной площадке, -

теплопроводность материала контакт-деталей, - удельное сопротивление материала контакт-деталей, 8), 02 - объемная температура первой и второй контакт-детали соответственно.

Так как нагрев контактной площадки приводит к изменению удельного сопротивления материала контактов, теплопроводности, а также числа контактирующих элементов в зоне взаимодействия, то необходимо производить итерационный расчет тепловых потоков с учетом изменившихся факторов.

Для повышения скорости расчета может быть задано количество итераций или точность расчетов. В качестве допустимой погрешности расчетов может быть принята погрешность измерения температуры контактов бесконтактным способом, являющимся наиболее оперативным способом мониторинга токоведущих частей. Рассмотрение представленных на рынке технических (не лабораторных) бесконтактных термометров позволяет остановиться на уровне 0,15°С. Следовательно, по достижении указанной разности между результатами двух следующих одна за другой итераций произведение дальнейших расчетов практически бессмысленно, поэтому расчет прекращается.

В третьем разделе рассматривается воздействие факторов окружающей среды: температуры и влажности - на материал контакт-детали. Показана необходимость учета эффективной поверхности охлаждения, температуры и наличия либо отсутствия принудительной конвекции воздуха.

Так как рассматриваемая система контакт-деталей находится в воздушной среде, обеспечивающей удаление тепловой энергии с поверхностей контактных

пластин, был добавлен этап расчета для учета отвода тепла посредством конвекции с поверхности контакт-детали и посредством теплопередачи через объем контакт-детали. При этом были приняты следующие допущения:

- система «контактное соединение - окружающая среда» в начальных условиях (в момент начала отсчета) находятся в режиме теплового равновесия;

- отсутствует лучистый подогрев контактного соединения сторонними источниками энергии;

- конвекция воздушной среды - естественная.

Теплота, подводимая к поверхности контакт-детали вследствие нагрева её протекающим током равна теплоте отводимой:

где - теплота, отдаваемая в окружающую среду посредством

излучения, теплота, отдаваемая в окружающую среду посредством

конвекции, теплота, отводимая от зоны контакта через объем контакт-

деталей.

где F - площадь поверхности излучения; q = Е • о • (Tw4 - Too4) = е ■ 5,67 -[(Tw/100)4 - (Too/100)4];

о = 5,67.10'8 Вт/м2/К4 - постоянная Стефана-Больцмана;

е -степень черноты поверхности;

Tw - температура излучающей поверхности;

Too - температура удаленных точек окружающей среды.

Qkohb =/(Gr; Рг),

где Gr - число Грасгофа, характеризующее теплоперенос тепла при конвективном теплообмене для случая свободной конвекции.

gr=g • р • дт -lV;

g - ускорение свободного падения; Р= 1/273;

L - характерный размер поверхности контакт-детали; кинематическая вязкость воздуха = число Прандтля, характеризующее состояние окружающей среды, для заданных параметров среды составляющая Рг=0,69-0,73.

Расчеты, проведенные в широком диапазоне изменения параметров окружающей среды, а также геометрических параметров контакт-деталей показывают, что соотношение величин тепловой энергии, отводимой посредством указанных трех процессов, характерно для данного конкретного материала контакт-детали, что учитывалось при формировании внутренней базы данных программы.

В четвертом разделе описывается взаимное влияние таких факторов, как температура, удельное электросопротивление, микрогеометрия поверхности.

В процессе нагрева происходит изменение величин температуропроводности, контактной твердости, удельного сопротивления, что также необходимо учитывать. Для этого была построена графическая схема,

отражающая взаимосвязь параметров. Затем, после определения вклада значащих величин, а также ранга связей между отдельными элементами, был разработан алгоритм выполнения расчетов для учета данных факторов.

Для вычисления используются как аналитические зависимости, так и табличные значения и оцифрованные номограммы параметров.

Расчеты ведутся по базовым точкам, составляющим трехмерный массив размерностью 100x50x20 (ДхШхТ). Для поверхностных слоев производится расчет с учетом процессов на границе раздела материала контакт-деталей и атмосферного воздуха.

На основе расчетов последовательных режимов нагрева и по значению перегрева максимально нагретого участка строится функция зависимости перегрева контактного соединения от времени (рисунок 3).

Графики параграфа контакт деталей

40

35

30 25

У 20

15 10

о _

0 1 2 Э 4 5 6 1 В 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1В 19 20 21 22 23 24 25 2Б 27 28 25 30 31 Я 3)

Вряая, вммуш

'■ ДОЛ]

Рис.3. Кривые перегрева контакт-деталей

Расчетные ряды служат для задания математического описания функции кривой нагрева и определения возможного достижения критической для данного контактного соединения температуры, превышение которой приводит к перегреву и лавинообразному нарастанию контактного электросопротивления, что, в конечном итоге, ведет к разрушению контактного соединения. На рисунке 3 видно, что для конкретной контакт-детали по истечению определенного времени температура стабилизируется, что позволяет вести расчет до определенного предела. Критерием такого предела является отсутствие приращения температуры в течение 10 последовательных отсчетов времени (при постоянном значении протекающего тока).

Таким образом, были формализованы и сведены воедино математические описания процессов тепло- и электропереноса в электроконтактных соединениях, определены критерии зависимости параметрической надежности соединения от Внутренних параметров и факторов среды.

В третьей главе представлено описание программного подхода к реализации математических моделей, описанных во второй главе.

В первом разделе дается описание структуры системы, рассматривается взаимосвязь факторов, определяются их удельные веса с учетом расчетных данных построения дерева нейросетевого алгоритма, полученного с использованием программных средств пакета Malhematica (рис.4). Данная схема позволяет выбрать оптимальный алгоритм расчета, учитывающий межфакторные связи.

Обобщенная схема факторов, влияющих на изменение температуры и сопротивления

7 т, к)

Рисунок 4.

Во втором разделе описываются протоколы взаимодействия между компонентами, производится построение блок-схемы взаимодействия компонентов информационно-аналитической системы (рисунок 5).

Рисунок 5.

Взаимодействие между блоками программы строится на передаче файлов данных, а также ссылок на результаты расчета. При подходе к построению системы учитывается возможность использования ее на различных компьютерных платформах и с различными установленными программными средствами. Чтобы избежать необходимости поставки вместе с программным модулем дополнительных библиотек поддержки интерфейса ввода-вывода, было принято решение о построении раздельных блоков пользовательского интерфейса и блока расчета. К блоку ввода данных предъявляются высокие требования наглядности, доступности и однозначности, а расчетный блок не несет значительной интерфейсной нагрузки.

Созданную информационно-аналитическую систему расчетов составляют три компонента:

1. блок интерфейсной части, представляющий собой html-форму, в которую пользователем вносятся исходные данные для расчетов. Он имеет свой обработчик событий, написанный с использованием языка сценариев JavaScript, проверяющий правильность, полноту и непротиворечивость ввода данных и отсылающий их расчетному компоненту. Ввод данных осуществляется в среде любого интернет-браузера.

2. Расчетный компонент, производящий расчеты. Он может быть расположена либо на том же компьютере, где и интерфейсная часть, либо на

специализированном сервере. Получая на входе данные от клиентской части в виде файла, содержащего описание параметра и его величину, он производит расчет, выдавая отчеты в виде гипертекстовых документов, в которых представлены рассчитанные параметры в табличной и графической форме со ссылками на дополнительную информацию, а также файлы с объемными срезами температурного поля;

3. блок дополнительных данных, содержащий вспомогательные величины, табличные и аналитические значения констант и переменных, использующихся в расчетах, но не предназначенных для ввода пользователем, справочную информацию.

Пользователь имеет возможность задавать динамически изменяющиеся величины, уточнять характеристики каждой контакт-детали, вносить коррективы в процесс расчета. Общая проверка корректности введенных данных производится на клиентской стороне с помощью обработчика форм данных на языке Java Script, проверяющего полноту ввода, разделители и масштаб величин.

В третьем разделе представлено описание программной реализации комплекса. Приводятся описание расчетных блоков, реализуемых в них функций, взаимосвязь и структура вызовов подпрограмм. В ней также производится анализ древа построения алгоритма с целью его оптимизации и определения порядка выполнения. Расчетная часть является исполняемым файлом, написанном на языке высокого уровня Delphi/Kylix.

Базовая часть программы строится на основе взаимодействия вызовов подпрограмм расчетов в итерационном цикле с проверкой на выполнение условий, накладываемых на точность расчетов, а также допустимый диапазон изменения параметров контакт-деталей.

В четвертом разделе представлены описания выходных форматов, особенности формирования отчетов. Расчет ведется итерационно до достижения точности 1% или 0,15°С (расхождение между последовательными итерационными вычислениями). Итоговые файлы записывается в созданную директорию, а клиентской форме пересылается ссылка на полученный выходной html-файл, содержащий табличные результаты расчетов и графики, иллюстрирующий проведенный расчет.

В результате были сформулированы алгоритмы выполнения расчетной задачи, описаны основные структурные компоненты системы, предложены расчетные функции, заданы критерии ввода пользовательской информации, сформированы базы данных вспомогательных элементов.

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальной проверки результатов расчетов, строящейся па сравнении расчетных и фактически измеренных значений температуры перегрева электроконтактных соединений, проведенных на 150 объектах энергоснабжения г.Твери и Тверской области.

Измерения проводились на линиях напряжения 0,4, 6, 10, 35 и ПО кВ. Характеристики некоторых электр оконтактных соединений, на которых производились измерения, представлены в таблице 1.

Характеристики некоторых типичных обследованных электроконтактных

соединений

____Таблица 1.

№п/п Материал Габариты соединения, Класс обработки рабочей Усилие нажатия,

контакт-деталей ДхШхВ,мм поверхности кН

1 Алюминий 210x140x12 5 40

2 Ашоминий 300x80x8 5 40

3 Медь 190x80x8 5 60

4 Медь 190x60x7 7 60

5 Медь 210x140x12 5 80

Замеры величин температуры, напряжения и тока производились при помощи следующего оборудования: инфракрасный бесконтактный термометр КМ628 и анализатор качества и количества электрической энергии AR5-2000RU, - для разных материалов контакт-деталей с целью подтверждения результатов вычислений.

Результат одного из натурных измерений тока представлен на рис.6. На основании данного измерения производился расчет температуры перегрева контакт-деталей с помощью предлагаемой системы.

Результаты расчетов, выполненные на основе входных данных о параметрах контакт-деталей, а также результатов замера тока с интервалом 10 минут показали сходимость расчетных и экспериментальных величин температуры поверхности с точностью порядка 5-12% в зависимости от погрешности исходных данных, а также равномерности графика тока. Так как результаты расчетов показывают, что время температурной релаксации для медных контактов, использовавшихся в эксперименте, составляет 20 минут, а реальная скорость изменения тока составляла 3-4 минуты, то достигнутая точность является высокой.

На рисунке 7 приведен расчетный график температуры перегрева контакт-детали для значений силы тока, представленных на рисунке 6. Расчетный график температуры имеет более сглаженный вид и достоверно отражает процессы изменения величины температуры при изменении протекающего тока. Сглаженность процесса изменения температуры обусловлена значительной величиной постоянной времени нагрева контакт-деталей.

Таким образом, проведенные натурные испытания показали хорошую сходимость результатов расчетов с экспериментальными данными, что подтверждает возможность применения предложенного математического аппарата для прогнозирования температурных характеристик электроконтактного соединения.

В пятой главе производится рассмотрение экономических и эргономических факторов, определяющих эффективность внедрения данной системы, производится рассмотрение критериев построения интерфейса взаимодействия «пользователь-программа».

Wed 17 Thu18 Frt 19

Jul 2002 Дата замера

Art [1(5/07/2002 09 22 14] От [16/07/2002 09 22 14] До [19/07/2002 13 45 00] Art 197 (A)_Максимум 231 (A)_Минимум 74 СЮ

Рисунок 6. Изменение тока во времени для соединения №3, работающего на напряжении 6 кВ

Расчетный график

5 45

J5 S

•с ¡5 2 15

05

0 I,—..,.— i.............. ч..—и .. ,.,.,.,..,..■.....■■■■... —............i i..

J8888888S388888SS88388888"388S3SS8ggSSS

Рисунок 7. Изменение температуры перегрева контакт-детали во времени. Линия -расчет, точки - экспериментальные значения

В первом разделе производится рассмотрение структурных элементов интерфейса, выбираются варианты, обеспечивающие адекватное восприятие требуемой для ввода информации. В связи с этим внешний вид и структурное распределение элементов интерфейса выбиралось с учетом максимальной доступности и наглядности. Поля с вводом данных имеют контекстную подсказку и справочный материал, гарантируя тем самым однозначность понимания пользователем вводимой информации. Пример внешнего вида интерфейса представлен на рисунке 8.

Второй раздел данной главы посвящен экономическим аспектам применения предложенной системы для повышения надежности электроконтактных соединений. Как уже отмечалось, большое количество аварий электрических аппаратов происходит за счет разрушения контакта, либо ухудшения его характеристик. Причем эти аварии могут вести как к отключению электрической нагрузки потребителя, так и к более значительным в плане наносимого ущерба последствиям. Подобные аварии можно подразделить па два основных типа по составу наносимого ими ущерба:

отключение потребителя и недополученная прибыль в результате простоя оборудования;

выход из строя оборудования, аварийное прекращение технологического процесса и понесенные в связи с этим значительные финансовые потери.

На основе введенных пользователем данных и расчетной модели строятся вероятностные временные ряды основных параметров электроконтактного соединения (сопротивление, температура). Расчет ведется с упреждением на 10 расчетных интервалов. При неизменных значениях тока можно проводить расчет и на более длительный промежуток времени, что позволяет рассмотреть процесс параметрического износа контакта в перспективе- Выход любого из прогнозируемых параметров за. заданные пределы свидетельствует о необходимости принятия превентивных мер по сохранению свойств контактного соединения.

Использование разработанной системы позволяет прогнозировать параметрический отказ электроконтактного соединения и предложить меры по недопущению выхода его из строя.

В третьем разделе производится расчет эффективности применения данной системы с использованием метода оценки стоимости упущенной выгоды. Расчеты строятся на сравнении возможного экономического ущерба при отсутствии

данной системы с предполагаемым снижением его при применении системы с учетом незначительно возросших эксплуатационных затрат.

Прогнозирование вероятности перегрева электроконтактного соединения или превышения установленного значения контактного электросопротивления позволяет обеспечить возможность их предотвращения, либо заранее предупреждает о значительном снижении ресурса электроконтактного соединения. Для этого необходимо произвести сравнение величины теплового потока, полученного в результате расчета с максимально допустимым для такого соединения. Наряду с этим, необходимо учесть, что превышение некоторого критического значения величины теплового потока приводит либо к обгоранию контактов и нарушению проводимости, либо к их свариванию и невозможности коммутирующей аппаратуры расцепить их. Все это необходимо учитывать при проведении технико-экономического анализа конкретного контактного соединения.

В четвертом разделе приводятся критерии, используемые блоком расчета при анализе возможных методов снижения температуры контакт-деталей при условиях, введенных пользователем, таких как добавление смазки, увеличение сечения контакт-детали, увеличение силы сжатия контакт-деталей или улучшение соприкосновение контакт-деталей за счет их более качественной обработки. В первую очередь это касается использования смазки, повышения класса обработки рабочих поверхностей, увеличения усилия нажатия. С помощью разработанной системы можно проанализировать, насколько применение предложенных мероприятий позволяет увеличить срок эксплуатации контактного соединения.

Расчетный блок предложенной системы проводит анализ эффективности применения различных мероприятий. В случае, если данной мероприятие обеспечивает снижение температуры и электросопротивления контактного соединения, а также увеличивает ресурс его работы, оно признается эффективным и рекомендуется для применения.

Предложенная информационно-аналитическая система контроля состояния и прогнозирования эксплуатационного ресурса электроконтактного соединения была внедрена как расчетный компонент в составе системы диспетчерского управления для предсказания остаточного ресурса эксплуатации электроконтактных соединений на предприятиях ОАО «Тверьэнерго». Это позволило вести постояшшй мониторинг эксплуатациошюго ресурса электроконтактных соединений и формировать график профилактических и ремонтных мероприятий на основе критериев остаточного эксплуатационного ресурса. Эффект достигается за счет введения упорядоченности в график мероприятий, а также снижения вероятности возникновения аварийных ситуаций, вызванных отказом электроконтактиых соединений.

Основные результаты и выводы.

1. Уточнена математическая модель процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях за счет более точного учета факторов внешней среды, а также характера протекания нестационарных процессов в указанных соединениях; произведен анализ факторов, влияющих на основные

эксплуатационные характеристики (температуру перегрева, контактное электросопротивление), определяющие ресурс электроконтактного соединения.

2. Разработана методика расчета температурного режима электроконтактного соединения, нагреваемого протекающим электрическим током с учетом взаимосвязи влияющих факторов: теплопроводности, контактной твердости, электрического сопротивления. Методика позволяет вести расчет температурных режимов разборных электроконтактных соединений при стационарных и изменяющихся значениях внешних факторов.

3. Разработан алгоритм построения информационно-аналитической системы контроля состояния и прогнозирования* эксплуатационного ресурса электроконтактного соединения, позволяющий создавать модульные компоненты системы расчета эксплуатационного ресурса основных элементов энергосистемы.

4. На основе предложенного алгоритма разработана информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в контактных соединениях, позволяющая вести непрерывный мониторинг электроконтактного соединения по критериям эксплуатационной надежности.

5. Разработана методика прогнозирования выхода из строя электроконтактного соединения по критериям термического разрушения. Методика позволяет на основе построения вероятностной модели параметрического отказа предсказать вероятность выхода из строя электроконтактного соединения.

6. Разработана система оперативного многофакторного поиска решений по повышению надежности электроконтактного соединения, позволяющая предложить технические мероприятия по увеличению эксплуатационного ресурса. Проведен экономический анализ эффективности внедрения каждого из видов мероприятий.

7. Проведена экспериментальная проверка предложенной системы на 150 объектах ОАО «Тверьэнерго». Проверка показала хорошую сходимость расчетных показателей и результатов реальных замеров параметров состояния электроконтактных соединений.

8. Разработанная системы внедрена как компонент системы диспетчерского управления на предприятиях ОАО «Тверьэнерго». Это позволило внедрить постоянный мониторинг эксплуатационного ресурса электроконтактных соединений на силовых подстанциях энергосистемы города и области. Экономический эффект достигается за счет введения структурности в график профилактических мероприятий по замене соединительных элементов, а также снижения вероятности возникновения аварийных ситуаций, вызванных отказом установленных электроконтактных соединений.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Измайлов В.В., Корнеев К.Б. Применение энергосберегающих технологий в электроконтактных соединениях. // Проблемы энергосбережения. Теплообмен в электротермических и факельных печах и топках: Материалы

международной научно-технической конференции. Кн.2. Проблемы энергосбережения. - Тверь: ТГТУ, 2001. - С. 15-17.

2. Измайлов В.В., Корнеев К.Б. Аналитическая система расчета энергетических потерь. // Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения: Тезисы докладов V Всероссийской конференции и семинара. -Нижний Новгород: НГТУ, 2001. - С.43-45.

3. Измайлов В.В., Корнеев К.Б., Узикова Т.И. Информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных устройствах. // Материалы Международной конференции «Электрические контакты». - С.-Пб, 2002. - С.25-30.

4. Корнеев К.Б. Автоматизированная система расчета процессов тепло- и электропереноса в энергетических коммуникациях. // Энергосбережение -теория и практика: Труды Первой всероссийской Школы-семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» - М.: Издательство МЭИ, 2002. - С. 14-19.

5. Измайлов В.В., Корнеев К.Б. Использование прогностической информационной системы в целях повышения надежности и эффективности контактных соединений/ Регион. проблемы энергосбережения и пути их решения: Тезисы докладов VI Всероссийской конференции. - Нижний Новгород: НГТУ, 2ОО2.Нижний Новгород, 2002

6. Корнеев К.Б. Информационно-аналитическая система расчета энергетических процессов в электрических коммуникациях. / Тезисы докладов научно-технической конференции «Электроснабжение, электрооборудование, электросбережение». - Новомосковск, РХТУ, 2002. -С.99-101.

7. Корнеев К.Б Информационно- аналитическая система прогнозирования ресурса эксплуатации электроконтактных соединений / Материалы Международной научно-технической конференции "Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании". - Тверь; ТГТУ, Высшая школа г. Вормс, Германия; 2002. С.35-39.

8. Корнеев К.Б. Повышепие надежности и эффективности электроконтактных соединений на основе информационно-аналитической системы протекания процессов тепло- и электропереноса //Вестник ТГТУ. - Тверь, 2003.С.43-46.

9. Komeyev K.B. The increasing of reliability and efficiency of electric contacts by using the predictive algorithmic computer system. International Conference of Electromechanics, Electrotechnology and Electromaterial Science. V.I -Crimea, 2003. pp.69-72.

10. Корнеев К.Б. Использование методов математического моделирования для предсказания эксплуатационных характеристик электроконтактного соединения. // Механика и физика фрикционного контакта: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 10. -Тверь, 2003.С.89-95.

«»-7194

Подписано в печать 5.04.04

Физ.печ.л. 1,25 Заказ №90 Тираж 100 экз.

Типография ТГТУ

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Анализ текущего состояния вопроса надежности электроконтактных соединений.

1.1. Статистика отказов электроконтактных соединений. Аналитический обзор.

1.2. Методы контроля температуры электроконтактных соединений.

1.3. Аналитические системы расчета параметров электроконтактных соединений.

1.4 Актуальность ' расчетных моделей надежности электроконтактного соединения.

Глава 2 Аналитические модели тепловых процессов в электроконтактных соединениях.

2.1 Тепловые процессы в электроконтактном соединении

2.2 Определение тепловых характеристик электроконтактного соединения.

2.3 Влияние температуры и влажности окружающей среды на физико-механические характеристики и окисление контакт-деталей

2.4 Учет взаимовлияния физических характеристик контакт-детали

Глава 3 Техническая реализация системы автоматизированного контроля состояния эксплуатационного ресурса электроконтактного соединения.

3.1 Концепция функционального построения системы.

3.2 Протоколы взаимодействия компонентов информационно-аналитической системы.

3.3 Структура программной реализации информационноаналитической системы.

3.4 Структура вывода.

Глава 4 Результаты экспериментальной проверки характеристик, полученных при выполнении расчетов с помощью информационно-аналитической системы.

4.1 Объекты проведения экспериментальной проверки достоверности модели.

4.2 Измерительные устройства.

4.3 Экспериментальные данные проверки достоверности модели

Глава 5 Экономические и эргономические факторы, определяющие эффективность внедрения построенной системы. * ^

5.1 Реализация интерфейсной части. Эргономика.

5.2 Экономические аспекты применения информационно-аналитической системы для повышения надежности электроконтактных соединений.

5.3 Расчет эффективности внедрения системы.

5.4 Анализ возможных методов повышения эксплуатационного ресурса электроконтактного соединения.

Актуальность проблемы и общая характеристика работы

Широкое использование разборных многоамперных контактных соединений предъявляет повышенные требования к их надёжности. Анализ статистики выхода из строя энергетического оборудования показывает, что от 20 до 25 процентов аварий на силовом оборудовании электрических станций и подстанций обусловлено отказом в электроконтактных соединениях. Одной из мер предотвращения отказов является прогнозирование аномальных режимов работы контактных соединений на ранних стадиях.

Активное применение компьютерной техники позволяет прогнозировать эксплуатационные характеристики электроконтактных соединений, их отдельных систем и узлов, начиная уже с самых ранних-стадий проектирования, а также в режиме их непосредственной эксплуатации. Это особенно актуально для многоамперных контактных соединений, эксплуатируемых на электрических станциях и подстанциях, выход эксплуатационных характеристик которых за лимитируемых ГОСТ 17441-84 и ГОСТ 8024-90 рамки свидетельствует об их постепенной деградации. В результате таких аналитических расчетов можно построить вероятностную модель, отражающую гамма-процентный ресурс — Тру% — наработку, в течение которой данное электроконтактное соединение не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.

Использование этого метода позволит снизить затраты на доработку конструкции и технологии, на корректировку технической документации, сократить сроки внедрения проектируемых электроконтактных соединений.

Прогнозирование качества и надежности электроконтактных соединений является весьма сложной проблемой в силу ряда их специфических особенностей.

Во-первых, электроконтактное соединение представляет собой совокупность открытых систем с разными физическими процессами в них: механическая система сжатия контактов, электрическая система протекающего по соединению электрического тока, система, описывающая характеристики окружающей среды и другие. Соответственно эти системы описываются различными моделями.

Во-вторых, деградационные процессы являются вероятностными процессами, не имеющими точной математической формализации.

В-третьих, в системах соединения под воздействием различных видов энергии возникают процессы различной природы и различной скорости: колебательные, тепловые, износ, старение, коробление и другие — в связи с чем возникает потребность строить продолжительные динамические временные ряды для всестороннего учета всестороннего влияния на надежность этих факторов.

Новым и перспективным направлением в математическом моделировании системы эксплуатации электроконтактного соединения является использование в качестве базовой модели, предназначенной для оценки надежности соединений, в первую очередь параметрическую надежность. Модель учитывает вероятностную природу процесса износа электроконтактного соединения. Наиболее полным и достоверным подходом к оценке качества и надежности механизмов и машин является вероятностный подход. Вероятностный подход к моделированию определяется тем, что на рассматриваемое соединение в процессе эксплуатации действует большое число внешних и внутренних факторов. Не всегда факторы действуют одновременно и не все следует или возможно учитывать при проектировании. Но каждый из них является случайной величиной или функцией [1].

Реализовать вероятностный подход при проектировании можно несколькими путями: созданием вероятностных моделей компонентов системы электроконтактного соединения (этот путь сложен и далеко не всегда удается получить вероятностную модель объекта достаточно достоверной или получить ее вообще); используя детерминированные модели в сочетании со статистическим моделированием (этот путь проще и, как правило, дает весьма достоверные результаты; статистические испытания обычно проводятся по методу Монте-Карло); применяя модели параметрических отказов, дающие компактные решения при прогнозировании параметрической надежности. [2,3,4].

Работа по созданию информационно-аналитической системы расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях выполнялась в рамках программы «Энергосбережение» в Тверской области в 1999 - 2002 годах. Часть исследований, представленных в диссертации, выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации (грант Т02-01.5-248).

Цель работы. Основной целью диссертационной работы является создание информационно-аналитической системы расчета и контроля процессов тепло- и электропереноса в контактных соединениях и прогнозирования их работоспособности с целью повышения надежности и эффективности энергетического оборудования.

В соответствии с указанной целью определены следующие задачи исследования:

1. Исследовать состав и взаимовлияние параметров, влияющих на надежность электроконтактных соединений.

2. Провести математическую формализацию и разработать теоретические принципы построения и функционирования информационно-аналитической системы расчета процессов нагрева электроконтактных соединений при протекании по ним электрического тока.

3. Программно реализовать указанную систему.

4. Разработать методику прогнозирования остаточного ресурса электроконтактного соединения.

5. Произвести проверку адекватности теоретических моделей реальным процессам в контактных соединениях.

6. Проанализировать экономический эффект прогнозирования надежности контактных соединений методом оценки упущенной выгоды.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, элементы теории проектирования баз данных, методы объектно-ориентированного программирования, численные методы решения задач надежности. Научная новизна работы заключается в том, что в ней

• Произведено уточнение математических моделей процессов теплопереноса в электроконтактных соединениях с использованием метода последовательных приближений применительно к трехмерной модели соединения двух контакт-деталей.

• Определены факторы, влияющие на ключевые характеристики контактного соединения (температуру перегрева и контактное электросопротивление), установлены их взаимосвязь и степень влияния на надежность электроконтактного соединения.

• Разработана информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях, учитывающая динамически изменяющиеся токовые нагрузки, параметры среды и характеристики контактного соединения

• Впервые разработана методика прогнозирования остаточного срока службы на базе построения временных рядов ключевых параметров электроконтактного соединения.

• Предложен и реализован алгоритм выбора наиболее эффективных мер, предлагаемых пользователю для повышения эксплуатационных свойств электроконтактных соединений.

Практическая значимость работы. На основе разработанных в диссертации положений создана информационно-аналитическая система, позволяющая прогнозировать выход из строя электрических контактных соединений по критериям параметрического отказа. Применение её для расчета предполагаемого остаточного срока службы контактного соединения на основе построения временных рядов зависимости температуры и сопротивления контактного соединения от величины протекающего тока при заданных условиях эксплуатации контакта позволяет на ранних стадиях предсказать возможный выход соединения из строя и обеспечить своевременное принятие мер по недопущению аварийных ситуаций.

Реализация данной системы в виде двух независимых программных блоков позволяет использовать её, во-первых, как модуль в существующих комплексах мониторинга работы энергосетей, во-вторых, в виде инструмента для проведения анализа и предсказания эксплуатационных характеристик вновь проектируемого электроконтактного соединения. Наглядность и доступность результатов, вкупе с архивацией результатов расчета позволяет обеспечивать доступ к данным в любой момент для последующего анализа. Отсутствие жесткой привязки к платформе запуска также расширяет возможности применения данной информационно-аналитической системы.

Н Полученные данные и сделанные выводы использованы при выполнении следующих проектов в рамках научно-технических программ Министерства образования России: проект "Разработка программно-методического комплекса (ПМК) по повышению квалификации специалистов образовательных учреждений в области энергосбережения" (программа «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования», подпрограмма «Научные основы федерально-региональной политики в области образования», раздел Научно-методическая разработка системы энергосбережения в образовательных учреждениях».

Данная инфомационно-аналитическая система используется на предприятиях ОАО «Тверьэнерго» в составе единой системы диспетчерского управления, что подтверждено соответствующими актами о внедрении. Расчетный модуль разработанной системы используется при выполнении практических и курсовых работ по специальности 100400 в Тверском государственном техническом университете и в научно-исследовательской деятельности УНПЦ «Энергоэффективность» ТГТУ. Полученные результаты могут быть использованы для построения систем непрерывного мониторинга состояния электроконтактных соединений, везде, где требуется неразрушающий контроль состояния токоведущих контактных соединений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенная математическая модель процессов теплопереноса в электроконтактных соединениях, анализ воздействия внутренних и внешних факторов на основные характеристики электроконтактного соединения (температуру перегрева, контактное сопротивление), определяющие его ресурс.

2. Методика расчета температурного режима электроконтактного соединения, нагреваемого протекающим электрическим током с учетом взаимосвязи влияющих факторов.

3. Алгоритм построения системы расчета процессов тепло- и электропереноса в электроконтактных соединениях.

4. Модульная информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях;

5. Методика прогнозирования отказа электроконтактного соединения по критериям выхода величины температуры перегрева и/или сопротивления за пределы, установленные нормативными документами.

6. Оперативный многофакторный поиск решений по повышению надежности электроконтактного соединения.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих конференциях: Всероссийская конференция "Современная образовательная среда" (Москва - 2001, 2002, 2003 годы),

Международная научно-техническая конференция "Проблемы энергосбережения" (Тверь - 2001 год), Всероссийская конференция и семинар «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (Нижний Новгород - 2001, 2002, 2003), Международная конференция «Электрические контакты» (Санкт-Петербург — 2002), Первая всероссийская Школа-семинар молодых ученых и специалистов «Энергосбережение — теория и практика» (Москва - 2002), научно-техническая конференция «Электроснабжение, электрооборудование, электросбережение»

Новомосковск, РХТУ, 2002), Международная научно-техническая конференция «Компьютерные технологии в управлении, диагностике и образовании» (Тверь, ТГТУ, 2002), 5-я Международная конференция «Электромеханика, электротехнология и электроматериаловедение» (Крым, Алушта, 2003). Исследования автора отмечены почетным дипломом 2 степени Первой всероссийской Школы-семинара молодых ученых и специалистов «Энергосбережение - теория и практика» (Москва - 2002).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 162 страницах, содержит 25 таблиц, 29 рисунков и состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка использованных источников из 112 наименований.

Основные результаты и выводы

1. Уточнена математическая модель процессов электро- и теплопереноса в электроконтактных соединениях за счет более точного учета факторов внешней среды, а также характера протекания нестационарных процессов в электропроводниках; произведен анализ факторов, влияющих на основные эксплуатационные характеристики (температуру перегрева, контактное электросопротивление), определяющие ресурс электроконтактного соединения.

2. Разработана методика расчета температурного режима электроконтактного соединения, нагреваемого протекающим электрическим током с учетом взаимосвязи влияющих факторов: теплопроводности, контактной твердости, электрического сопротивления. Методика позволяет вести расчет температурных режимов разборных электроконтактных соединений при стационарных и меняющихся значениях внешних факторов.

3. Разработан алгоритм построения автоматизированной системы расчета процессов тепло- и электропереноса в электроконтактных соединениях, позволяющий создавать модульные компоненты системы расчета эксплуатационного ресурса основных элементов энергосистемы.

4. На основе предложенного алгоритма разработана информационно-аналитическая система расчета процессов электро- и теплопереноса в контактных соединениях, позволяющая вести непрерывный мониторинг электроконтактного соединения по критериям эксплуатационной надежности.

5. Разработана методика прогнозирования выхода из строя электроконтактного соединения по критериям термического разрушения. Методика позволяет на основе построения вероятностной модели параметрического отказа предсказать вероятность выхода из строя электроконтактного соединения.

6. Разработана система оперативного многофакторного поиска решений по повышению надежности электроконтактного соединения, позволяющая предложить технические мероприятия по увеличению эксплуатационного ресурса. Проведен экономический анализ эффективности внедрения каждого из видов мероприятий.

7. Проведена экспериментальная проверка предложенной системы на 150 объектах ОАО «Тверьэнерго». Проверка показала высокую сходимость расчетных показателей реальным замерам состояния электроконтактных соединений.

8. Разработанная системы внедрена как компонент системы диспетчерского управления на предприятиях ОАО «Тверьэнерго». Это позволило внедрить постоянный мониторинг эксплуатационного ресурса электроконтактных соединений на силовых подстанциях энергосистемы города и области. Экономический эффект достигается за счет введения структурности в график профилактических мероприятий по замене соединительных элементов, а также снижения вероятности возникновения аварийных ситуаций, вызванных отказом установленных электроконтактных соединений.

1. Проникова А.С. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978.

2. Стрельников В.П. Новые результаты в теории и практике параметрической надёжности. Киев, общество Знание УССР, 1984.

3. Стрельников В.П. К оценке статистических характеристик пространственно-распределённых определяющих параметров. Сб. "Физические основы прочности и пластичности", Н.Новгород , 1991.

4. Стрельников В.П. Новая технология исследования надёжности // Математические машины и системы, № 2, 1997. С. 34-40.

5. Велигурский Г.А. Аппаратно-программные методы анализа надежности сложных систем. Мн.: Наука и техника, 1986.

6. Хольм Р. Электрические контакты. М.: Изд-во иностр. Лит., 1961.

7. Брон О.Б. Электрические аппараты с водяным охлаждением .-Л.: Энергия, 1967.

8. Третьяк Г.Т., Лысов Н.Е. Основы тепловых расчетов электрической аппаратуры.-Л.;М.: ОНТИ НКТП, 1975.

9. Keil A., Merl W.A, Vinaricky Е. Elektrische Kontakte und ihre Werkstoffe. -Berlin, 1984.

10. Ю.Ким Е.И., Омельченко B.T., Харин C.H. Математические модели тепловых процессов в электрических контактах- Алма-Ата: Наука, 1977.

11. П.Бойченко В.И., Дзекцер Н.Н. Контактные соединения токоведущих шин. Л., Энергия, 1978.

12. Праник Б.В., Стрельников В.П., Костра М.Г. Математическая модель надежности слаботочного скользящего контакта // Гибридные вычислительные машины и комплексы. Киев: Наукова думка, 1980. — Вып.З.

13. Вероятностный анализ процессов изнашивания./Х.Б. Кордонский, Г.М. Харач, В.П. Артамоновский и др. — М.: Наука, 1968.

14. М.Прогнозирование поведения замкнутых контактов при длительной эксплуатации в различных средах./О.Б.Брон,Б.Э.Фридман,М.Е.Евсеев и др.//Электротехника.-1978.-Ы2.-С.5-7.

15. Математические модели тепловых процессов в электрических контактах/Е.И.Ким,Д.У.Ким,В.Т.Омельченко и др.// Изв.ВУЗов. Электромеханика.-1978.-N1 .-С.6-28.

16. Allen R.C. Establishing failure criteria for dry circuit contact resistance.//Lectures of the 11th Int.Conf. on Electric Contact Phenomena.- Berlin: VDE-Verlag GmbH, 1982.- P.81-84.

17. Whitley J.H.,Malucci R.D. Contact resistance failure criteria.//Proc.9th Int.Conf. on Electric Contact Phenomena and 24th Annual Holm Conf.-Chicago,1978.-P.l 11-116.

18. Брон О.Б., Евсеев M.E. Тепловое сопротивление контактов. Нагревание несимметричных контактов. Сб. «Электрические контакты». М., «Наука», 1965.- С. 128-131

19. Хольм Р., Электрические контакты, Изд-во иностранной литературы, 1961, С. 57-59.

20. I.Brockman, C.Sieber, R.Mroczkowski: Contact Wiping Effectiveness: Interactions of Normal Force, Geometry and Wiping Distance, Proc. Int. Conf. On Electrical Contacts and Electromechanical Components, Beijing, May, 1989. P.202-207.

21. H.E. Лысов. Об устанавливающемся процессе нагрева электрических контактов. Изв. Вузов. Электротехника, 1963, №8.22.3иновьев В.Е. "Теплофизические свойства металлов при высоких температурах". Справочник . Москва , Металлургия , 1989.

22. Бойченко В.И.,Дзекцер Н.Н. Контактные соединения токоведущих шин.-Л.:Энергия.-1978.-144 с.

23. Thomas T.R., Charlton G. Variation of roughness parameters on some typical manufactured surfaces.//Precision Engineering.- 1981.-v.3.-P.91-96.

24. Берент В.Я., Гершман И.С., Зайчиков А.В. Вторичные структуры на поверхности сильноточных скользящих контактов./ЛГрение и износ.-1989.-Т.10,N6.-C .1019-1025.

25. Технология тонких пленок: Справочник.- Т.2.- М.: Сов.радио, 1977.768 с.

26. Основные механизмы переноса носителей заряда в пленочных системах./М.Н.Елинсон, Г.В.Степанов, П.И.Перов, В.И.Покалякин. //Вопросы пленочной электроники:Сб.тр.-М.:Сов.радио.-1966.- С.5-81.

27. Бернштейн M.JT., Займовский В.А. Механические свойства металлов.-М.:Металлургия, 1979.-496 с.

28. Woo-Jong Kang. Electrothermal Analysis of Large Electric Current Systems by the Finite Element Method), http://csmd.kaist.ac.kr/eng/researche/r6-le.html.

29. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов.-М.:Металлургия, 1980.-320 с.

30. Демкин Н.Б.,Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин.-М.Машиностроение, 1981 .-244 с.

31. Лысов Н.Е. Об установившемся нагреве и сопротивлении замкнутых электрических контактов.//Изв.ВУЗов.Электромеханика.- 1963.-N6.-С.743-756.

32. Greenwood J.A.,Williamson J.B.P. Electrical conduction in solids. II.Theory of temperature-dependent conductors.//Proc. Roy. Soc.-1958.-v.A246, N1244.-P.13-31.

33. Карпенко Л.Н.,Скорняков В.А. Распределение потенциала и плотности тока в цилиндрических контактах в зависимости от их радиуса.//Электричество.-1984.-N4.-C.61 -65.

34. Aronstein J. Qualification criteria for aluminum connectors. // Electric Contacts-1986:Proc.32nd Meet.IEEE Holm Conf. On Electrical Contact Phenomena.-New-York, 1986.-P. 127-131.

35. Андреев И.Е. Имитационное моделирование электрического контакта.//Скользящие электрические контакты: Сб.науч.тр.-ч.1.-Расчет и диагностирование,- М.: Радио и связь, 1988.-С.49-51.

36. Демкин Н.Б.Контактирование шероховатых поверхностей,- М.: Наука, 1970.-227 с.

37. Амосов А.А , Дубинский Ю.А. , Копченова Н.В. "Вычислительные методы для инженеров" , Москва , Высшая школа , 1994.

38. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. "MathCad 7.0 в математике , физике и в Internet" , Москва, Нолидж , 1998 .

39. The increasing of reliability and efficiency of electric contacts by using the predictive algorithmic computer system.//5th International Conference of Electromechanics, Electrotechnology and Electromaterial Science. V.l — Crimea, 2003. pp.69-72.

40. Абакумова Г.С.,Атаева О.В.,Бакалейников М.Б. Пластичные смазки для электрических контактов.// Скользящие электрические контакты: Сб.науч.тр.-ч.2.- Материалы и конструкции.-М.:Радио и связь, 1988.-С. 18-20.

41. Айнбиндер С.Б. Холодная сварка металлов. Рига: изд.АН Латв.ССР,1957.-162 с.

42. Айнбиндер С.Б. О механизме граничного трения.//Трение и износ.-1983 .-т.1 V,N 1 .-С.6-11.

43. Айнбиндер С.Б. Некоторые дискуссионные вопросы теории трения. //Трение и износ.-1983.-t.IV,N2.-C.223-231.

44. Айнбиндер С.Б.Дюнина Э.Л. Введение в теорию трения полимеров.-Рига:3инатне, 1978.-221 с.

45. Алексеев Н.М. Металлические покрытия опор скольжения,-М. :Наука, 1973 .-75 с.

46. Амосов Н.П. Исследование влияния температуры на взаимодействие твердых тел при трении: Автореф. дис. канд.техн.наук.-Красноярск, 1973.-20 с.

47. Андреев И.Е. Имитационное моделирование электрического контакта.//Скользящие электрические контакты: Сб.науч.тр.-ч.1. Расчет и диагностирование.- М.:Радио и связь, 1988.-С.49-51.

48. Аникеев В.Ф.,Чепеленко В.Н.,Колесников Н.Д. Физико-химические свойства элементов и их влияние на эксплуатационные характеристики электроконтактных материалов.// Известия ВУЗов. Электромеханика.-1981 .-N10.-С. 1126-1128.

49. Бакли Д.Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии.-М.Машиностроение, 1986.-360 с.

50. Балакин В.А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения.-М.Машиностроение, 1988.-136 с.

51. Балаков Ю.Н. Исследование электрических характеристик неподвижных контактах соединений: Автореф.дис. . к.т.н.- М., 1978.-18 с.

52. Берент В .Я. Материалы деталей сильноточного скользящего контакта электрифицированных железных дорог.//Скользящие электрические контакты: Сб.науч.тр.-ч.1.-Расчет и диагностирование.-М.:Радио и связь, 1988.-С.66-69.

53. Берент В .Я., Гершман И.С., Зайчиков А.В. Вторичные структуры на поверхности сильноточных скользящих контактов.//Трение и износ.-1989.-Т. 10,N6.-C. 1019-1025.

54. Бернштейн М.Л.,Займовский В.А. Механические свойства металлов.-М.:Металлургия, 1979.-496 с.

55. Бертинов А.И.,Алиевский Б.Л.,Троицкий С.Р. Униполярные электрические машины.-М.-Л.:Энергия, 1966.-312 с.

56. Бершадский Л.И. О самоорганизации и концепциях износостойкости трибосистем.//Трение и износ.-1992.-t.13,N6.-C. 1077-1094.

57. Борисенко В.А. Общие закономерности изменения механических л свойств тугоплавких материалов в зависимости оттемпературы./ЯТроблемы прочности.-1975.-Ы6.-С.58-63.

58. Бородич Ф.М.,Онищенко Д.А. Фрактальная шероховатость в задачах контакта и трения (простейшие модели).//Трение и износ,-1993.-t.14,N3.-C.452-459.

59. Боуден Ф.П.,Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел.М.:Машиностроение,1968.-543 с.

60. Бочков Г.Н.,Кузовлев Ю.И. О некоторых вероятностных характеристиках l/f-шума.// Изв.ВУЗов.Радиофизика.- 1984.-t.27,N9.1. С.1151-1157.

61. Братерская Г.Н. Материалы для скользящих контактов на основе благородных металлов.//Электрические контакты и электроды.: Сб.науч .тр.-Киев:Наукова думка, 1977.-С. 111-117.

62. Браун Э.Д.,Евдокимов Ю.А.,Чичинадзе А.В. Теория моделирования и возможности ее применения в трибологии.//Справочник потриботехнике.-тЛ .-Теоретические основы.- М. Машиностроение, 1989.-С.324-334.

63. Карасик И.И.,Кукол Н.П. Оценка режимов трения при несовершенной смазке по статистическим характеристикам электропроводности.//Трение и износ.-198 1.-t.II,N3.-C.45 1-458.

64. Карпенко J1.H.,Скорняков В.А. Распределение потенциала и плотности тока в цилиндрических контактах в зависимости от их радиуса.//Электричество.-1984.-N4.-C.61 -65.

65. Киршин Н.Н. Исследование влияния температуры на фактическую площадь контакта и контактные деформации: Автореф. дис. .канд.техн.наук.- Калинин, 1975.-22 с.76143. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела.- М.:Наука,1978. -792 с.

66. Комбалов B.C. Оценка триботехнических свойств контактирующих поверхностей.-М.:Наука, 1983 .-136 с.

67. Кончиц В.В. Электропроводность точечного контакта при граничной смазке.-Ч.1.//Трение и износ.-1991.- t.12,N2.-C.267-277.

68. Кончиц В.В. Электропроводность точечного контакта при граничной смазке.-Ч.2.//Трение и износ.-1991. t.12,N3.-C.465-475.

69. Кубашевский 0.,Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов.-М.: Металлургия, 1965.-428 с.

70. Курова М.С. Удельная сила трения и проводимость электрических контактов.: Автореф. дис. канд.техн.наук.- Калинин, 1982.-21 с.

71. Кюльман-Вильсдорф Д. Зависимость температур пятен контакта от скорости и роли каждого из двух участвующих в скольжении тел .//Проблемы трения.-1988.-Ы1.-С.97-107.

72. Ланков А.А. Расчет деформационных характеристик при сжатии твердых шероховатых тел,поверхности которых выполнены в виде элементов сфер.//Надежность и долговечность деталей машин:Сб.науч.тр.-Калинин:КПИ, 1974.-С. 19-29.

73. Ланков А.А. Природа закона Мейера и естественное деформационное упрочнение упругопластических материалов.//Трение и износ.-1993.-т. 14,N6.-C.991 -1003.

74. Левин А.П. Контакты электрических соединителей радиоэлектронной аппаратуры.-М. :Сов.радио, 1972.-216 с.

75. Лысов Н.Е. Об установившемся нагреве и сопротивлении замкнутых электрических контактов.// Изв. ВУЗов. Электромеханика.- 1963.-N6.-С.743-756.

76. Малахов А.Н., Якимов А.В., Краевский М.А. Связь фликкерных флуктуаций с деградацией систем.//Флуктуационные явления в физических системах: Материалы III Всесоюзной конф.-Вильнюс, 1983.- С.35-37.

77. Мамхегов М.А. Электродинамическая природа изнашивания сильноточных электрических неподвижных контактов переменного тока.//Трение и износ.-1988.-t.9,N6.-C. 1076-1081

78. Мышкин Н.К. К оценке температурной стойкости материалов и смазок электрическими методами.// Трение и износ.- 1984. С.744-747.

79. Мышкин Н.К.,Кончиц В.В. Граничная смазка электрических контактов.//Трение и износ.-1980.- t.I,N3.- С.483-494.

80. Найак П.Р. Применение модели случайного поля для исследования шероховатых поверхностей.//Проблемы трения и смазки 1971.-t.93,N3.- С.85-95.

81. Некрасов С.А. Сопротивление стягивания многоточечного контакта.//Изв.ВУЗов.Электромеханика.- 1986.-N3.-C.13-17.

82. Некрасов С.А., Шабанова З.В. Моделирование методом Монте- Карло электрического и теплового полей в многоточечных контактах.//Изв.ВУЗов.Электромеханика.-1988.-N4.-C. 14-21.

83. Нетягов П.Д. Исследование временной зависимости фактической площади касания и контактных деформаций металлических поверхностей: Автореф.дис. канд.техн.наук.-Калинин,1973.-27 с.

84. Новое о структурных особенностях трения твердых тел./ Н.М.Алексеев,Р.И.Богданов,Н.А.Буше и др.// Трение и износ.- 1988.-t.9,N6.- С.965-974.

85. Палатник " JI. С., Ильинский А.И. Механические свойства металлических пленок.//У.Ф.Н.- 1968.-т.95,вып.4.-С.613-645.

86. Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам статистики. -М.:Финансы и статистика,2002.-344 с.

87. Попов В.М. Теплообмен в зоне контакта разъемных и неразъемных соединений.-М.:Энергия,1971.-216 с.

88. Попов В.М., Лазарев М.С. К вопросу определения термического сопротивления контакта систем с волнистыми поверхностями.// Инженерно-физический журнал.- 1971.-t.20,N5.- С.846-852.

89. Прогнозирование поведения замкнутых контактов при длительной эксплуатации в различных средах./О.Б.Брон,Б.Э.Фридман,М.Е.Евсеев и др.//Электротехника.-1978.-N2.-C.5-7.

90. Пьянков В.А.,Костюк А.П. Об образовании оксидной пленки на поверхности меди.// Украинский химический журнал.- 1960. -т.ХХУ1,вып. 1 .-С. 13 8-141.

91. Савицкий Б.М. Влияние температуры на механические свойства металлов и сплавов.-М.:Изд.АН СССР, 1957.-294 с.

92. Сноубол Р.Ф. Новый метод измерения надежности электрических контактов.//Зарубежная радиоэлектроника.-1968.- N11.-С.114- 123.

93. Справочник по расчету и конструированию контактных частей сильноточных электрических аппаратов./ Под ред.В.В.Афанасьева-Л.:Энергоатомиздат, 1988.-384 с.

94. Федоров В.Н. Разработка методики прогнозирования срока службы медных контактов электрических аппаратов в воздухе: Автореф.дис. канд.техн.наук.-Л., 1985.-22 с.

95. Хан Г., Шапиро С. Статистические модели в инженерных задачах. М.:Мир, 1996.-395 с.

96. Харин С.Н. Электрические,магнитные и температурные поля в замкнутых электрических контактах.//Изв.ВУЗов.Электромеханика.-1981 .-N10.-С. 1075-1078.

97. Чичинадзе А.В., Мышкин Н.К. Трение и износ электрических контактов.// Трение,изнашивание и смазка: Справочник.-Т.2./Под ред.И.В.Крагельского,В.В.Алисина.- М.:Машиностроение,1979.-С.339-350.149