Диагностика линейных электрических цепей по частям тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.05, кандидат технических наук Васьковская, Татьяна Александровна

• Васьковская, Татьяна Александровна
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Васьковская, Татьяна Александровна

Введение.

Глава 1. Диагностика по частям линейных резистивных цепей.

1.1. Диагностика по частям линейных резистивных цепей в базисе узловых напряжений.

1.2. Диагностика по частям линейных резистивных цепей в базисе контурных токов.

1.3. Диагностика по частям линейных резистивных цепей методом смешанных величин.

Глава 2. Предельные случаи декомпозиции резистивных цепей при их диагностике по частям.

2.1. Методы определения параметров элементарных подцепей при диагностике цепей по частям.

2.2. Диагностика цепей по частям методами «звезд» и «контуров» с использованием базиса токов и напряжений ветвей.

2.3. Диагностика линейных резистивных цепей при поочередном использовании базисов узловых напряжений и контурных токов.

Глава 3. Влияние погрешностей измерений на решение задачи диагностики по частям линейных резистивных цепей.

3.1. Оценка погрешности решения задачи диагностики линейных резистивных цепей по частям на основе матричных норм.

3.2. Оценка погрешности решения задачи диагностики линейных резистивных цепей по частям на основе интервальных преобразований.

3.3. Диагностика линейных резистивных электрических цепей, содержащих почти особые разрезы.

Глава 4. Диагностика сложных систем по частям на примере трехфазных трансформаторов.

4.1. Учет влияния процессов в магнитопроводе трехфазного трансформатора при построении его математической модели.

4.2. Разработка математических моделей диагностики трехфазных трансформаторов по частям.

4.3. Особенности использования общей упрощенной диагностической модели трехфазного трансформатора применительно к трансформаторам с различными соединениями обмоток.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Диагностика линейных электрических цепей по частям»

Актуальность темы. Под диагностикой электрических цепей понимается «определение неизвестных параметров электрической цепи при известных топологии цепи, части параметров цепи и ее реакции на различные воздействия» [31]. Решение задачи диагностики цепей состоит из двух этапов - экспериментального этапа и расчетного этапа. На экспериментальном этапе происходит выбор, организация воздействий на цепи и измерение реакций цепи на эти воздействия. На расчетном этапе формируется математическая модель цепи, отвечающая целям ее диагностики, и осуществляется численная обработка этой модели для соответствующих данных измерений. Диагностика сравнительно новая для истории электрических цепей задача. Около 30 лет назад она была впервые формально поставлена [33] и были получены условия ее однозначной разрешимости в рамках так называемой базисной постановки задачи [39, 41]. Затем была поставлена задача диагностики многополюсников [7, 47] и исследованы условия разрешимости. В начале 80-х годов разрабатывались подходы к решению задач диагностики электрических цепей в задачах неполноты и/или противоречивости данных измерений [35], затем - методы и проблемы ее решения применительно к конкретным электрическим цепям [8, 9, 17, 32]. В настоящее время из-за массового старения электротехнического оборудования, ужесточения норм и требований к его эксплуатации задача диагностики электрических цепей является весьма важной задачей. В связи с дефицитом средств контроля за техническим состоянием оборудования актуальным становится повышение эффективности решения задач диагностики, разработка методов решения задачи диагностики по частям. Исследованию вопросов расчета электрических цепей по частям (диакоптике) посвящены работы Г. Крона

43], X. Хэппа [52], В.Г. Миронова [44], М.А. Шакирова [54, 55], О.Т. Гераскина [27, 28] и др.

Целью работы является разработка теоретических основ диагностики линейных электрических цепей по частям.

Достижение цели исследования предполагает решение следующих основных задач:

- разработка класса методов диагностики сложных линейных электрических цепей по частям;

- оценка эффективности разработанного класса методов диагностики линейных электрических цепей по критериям затрат на требуемые числа измерений, режимов, математических операций на обработку данных измерений; оценка точности решения задачи диагностики линейных электрических цепей по частям; анализ возможности применения разработанных методов диагностики для трехфазных цепей на примере диагностики параметров трехфазного трансформатора как одного из наиболее распространенных и ответственных элементов данного класса цепей.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы теории электрических цепей, теории матриц, линейной алгебры, интервального анализа и математического моделирования.

Научная новизна основных результатов диссертационной работы.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые поставлена и решена задача систематического исследования возможностей диагностирования электрических цепей по частям, в рамках которой разработан целый класс эффективных методов такого диагностирования.

Конкретное личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации.

Все результаты диссертационной работы получены лично автором. П.А. Бутырину, в соавторстве с которым опубликовано 5 работ, М.Е. Алпатову, в соавторстве с которым опубликована 1 работа, принадлежит постановка соответствующих задач.

Практическая значимость основных результатов диссертационной работы:

- реализация разработанных методов диагностики линейных электрических цепей по частям позволяет резко сократить требуемое число измерений, измерительных приборов, рассматриваемых режимов, вычислительных операций и одновременно повысить точность решения задачи диагностики;

- разработанные упрощенные математические модели трехфазных трансформаторов позволяют проводить диагностику последних под нагрузкой по данным измерений только режимных параметров - токов и напряжений

Реализация результатов работы. Работа выполнялась в соответствии с хозяйственным договором № 2431000. Работа поддержана грантами РФФИ № 00-15-96556 и Президента РФ НШ-1511.2003.8.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

Шестой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (Москва, МЭИ, 2000);

IV Международной конференции «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» (Москва, 2000);

- V Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2001);

- Международной научно-практической конференции «Теоретические и практические проблемы развития электроэнергетики России» (Санкт-Петербург, 2002).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 11 печатных работах, в том числе опубликованных в журналах академии наук РФ «Электричество» [11, 14], «Известия РАН. Энергетика» [12].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 63 наименования, и приложения. Текстовая часть изложена на 184 страницах (рисунков 42, таблиц 2). В приложении на 3 страницах размещаются документы, подтверждающие:

Заключение диссертации по теме «Теоретическая электротехника», Васьковская, Татьяна Александровна

выводы

1. Разработаны теоретические основы проведения диагностики сложных линейных электрических цепей по частям. Разработаны методы диагностики цепей большой размерности по частям с использованием узлового, контурного и гибридного базиса описания цепи.

2. Разработаны методы диагностики, основанные на определении параметров предельно малых - «элементарных» подцепей с использованием базисов напряжений и токов. Показано, что последовательное или параллельное использование процедур диагностики элементарных подцепей, а также их сочетание, позволяет сократить число измерений до числа соизмеримого с числом неизвестных параметров диагностируемой цепи.

3. Показана высокая эффективность разработанных методов диагностики цепей по частям, которая проявляется в резком сокращении чисел требуемых измерений, измерительных приборов, вычислений, рассматриваемых приборов по сравнению с соответствующими числами диагностики этих цепей без разбиения их на части.

4. Получена оценка точности решения задачи диагностики сложных электрических цепей по частям. Показано, что использование методов диагностики электрических цепей по частям дает более высокую точность решения задачи диагностики.

5. Предложена упрощенная диагностическая математическая модель трехфазного трансформатора, получены упрощенные диагностические модели трансформаторов с различным соединением обмоток, позволяющие эффективно решать соответствующие задачи диагностики параметров трансформаторов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Васьковская, Татьяна Александровна, 2003 год

1. Адалев А.С. Идентификация параметров электротехнических устройств с жесткими математическими моделями: 05.09.05 Теоретическая электротехника. Автореф. .канд. техн. наук — СПб., 2001 — 16 с.

2. Алексеев Б.А. Контроль состояния (диагностика) крупных силовых трансформаторов. — М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2002. — 216 с.

3. Алефельд Г., Херцбергер Дж. Введение в интервальные вычисления. — М.: Мир, 1987. — 360 с.

4. Алпатов М.Е. Диагностика электромагнитных параметров трансформаторов на основе методов теории электрических цепей: 05.09.05 -Теоретическая электротехника. Дисс. д-ра техн. наук. — М., 1996. — 237 с.

5. Алтунин М.В., Семухин А.Е. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях. Монография. — Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2000. — 352 с.

6. Ащепков Л.Т., Долгий Д.В. Универсальные решения интервальных систем линейных алгебраических уравнений: Препринт. — Владивосток, 1992. — 18 с.

7. Бутырин П.А. Диагностика линейных многополюсников // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. — 1983. — №6.— С. 81-85.

8. Бутырин П. А., Алпатов М.Е. Диагностика силовых трансформаторов под нагрузкой // Изв. РАН Энергетика. — 1996. — №1. — С. 74-81.

9. Бутырин П.А., Алпатов М.Е. Непрерывная диагностика трансформаторов // Электричество. — 1998. — №7. — С. 46-55.

10. Бутырин П.А., Алпатов М.Е. Уравнения и схемы замещения трансформаторов с учетом магнитопроводов // Электро. — 2001. — №4. — С.

11. Бутырин П.А., Васьковская Т.А. Восстановление матрицы узловых проводимостей Y по отдельным элементам ее обратной матрицы Z=Y-1 в задачах диагностики // Электричество. — 2000. — №3. — С. 60-62.

12. Бутырин П.А., Васьковская Т.А. Диагностика сложных электрических цепей по частям // Изв. РАН Энергетика. — 2000. — №2. — С. 136-137.

13. Бутырин П.А., Васьковская Т.А. Принципы декомпозиции сложных электрических цепей при их диагностике по частям // Электричество. — 2001. — №6. — С. 41-48.

14. Бутырин П.А., Васьковская Т.А., Алпатов М.Е. Упрощенные математические модели трехфазных трансформаторов для целей диагностики // Электро. — 2002. — №1. — С. 17-20.

15. Бутырин П.А., Кукайнис О.А., Тестанов А.А. Восстановление разряженной матрицы по соответствующим элементам ее обратной матрицы. // Изв. АН Латв. ССР физических и технических наук, 1986. — №2.1. С. 116-118.

16. Бэндлер Дж. У., Салама А.Э. Диагностика неисправностей в аналоговых цепях. // ТИИЭР. — 1985. — Т. 73. — №8. — С. 35-87.

17. Васьковская Т.А. Диагностика сложных резистивных цепей по частям с использованием гибридного базиса. // Труды IV международной конференции "Электротехника, электромеханика и электротехнологии". — М., МЭИ, 2000. — С. 180.

18. Васьковская Т.А. Диагностика сложных резистивных цепей по частям // Шестая Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. В 3-х т. — М., МЭИ, 2000. — т. 3.1. С. 278, 279.

19. Воеводин В.В., Кузнецов Ю.А. Матрицы и вычисления. — М.: Наука, 1984. — 320 с.

20. Вольдек А.И. Электрические машины— Л.: Энергия, 1974. —840 с.

21. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. — М.: Наука, 1988. — 576 с.

22. Гераскин О.Т. Основы теории и методов расчета режимов больших электроэнергетических систем / О.Т. Гераскин, Институт повышения квалификации государственных служащих. — М., 1996. — 166 с.

23. Глушак JI.B. Интервальные математические модели элементов в задачах исследования технических систем (на примере электрических цепей): Автореф. . канд. техн. наук. — Владивосток, 1998. — 15 с.

24. Голуб Дж, Ван Лоун Ч. Матричные вычисления. — М.: Мир, 1998. —548 с.

25. ГОСТ Р5202-2003. Электротехника. Основные понятия.

26. Демирчян К.С. Проблемы диагностики электрических цепей // Диагностика и специальные методы анализа электрических цепей: Труды ДВПИ. — Владивосток: ДВПИ, 1975. — Т. 105. — С. 3-6.

27. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. — М.: Высшая школа, 2000. — 335 с.

28. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Решение одного класса некорректных задач теории электрических цепей // Электронное моделирование. — 1981. — №1. — С. 3-10.

29. Долин А.П., Першина Н.Ф., Смекалов В.В. Опыт проведения комплексных обследований силовых трансформаторов // Электрические станции. — 2000. — №6. — С. 46-52.

30. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. —М.: Энергоатомиздат, 1989. — 528 с.

31. Калмыков С.А., Шокин Ю.И., Юлдашев З.Х. Методы интервального анализа. — Новосибирск: Наука, 1986. — 222 с.

32. Киншт Н.В., Герасимова Г.Н, Кац М.А. Диагностика электрических цепей. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — 192 с.

33. Киншт Н.В., Кац М.А. Интервальный анализ в задачах теории электрических цепей // Электричество. — 1999. — №10. — С. 45-47.

34. Киншт Н.В., Кац М.А., Рагулин П.Г. Диагностика линейных электрических цепей. — Владивосток: Изд-во Дальневосточного ун-та, 1987.232 с.

35. Копылов И.П. Электрические машины. — М.: Высшая школа, 2000. —607 с.

36. Крон Г. Исследование сложных систем по частям диакоптика. — М.: Наука, 1972. — 542 с.

37. Миронов В.Г. Макромоделирование подсхем сложных линейных электрических цепей для детерминированного и статистического анализа // Электричество. — 1998. — №5. — С. 57-64.

38. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники, т. 1. —Л.: Энергоиздат, 1981. — 536 с.

39. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники, т. 2. — Л.: Энергоиздат, 1981. —416 с.

40. Ройтман Л.М., Свами М.Н. Метод диагностики цепей // ТИИЭР США. — 1981. —№5. —С. 194-195.

41. Соколов В.В. Актуальные задачи развития методов и средств диагностики трансформаторного оборудования под напряжением // Изв. РАН Энергетика. — 1997. — №1. — С. 155-168

42. Стренг Г. Линейная алгебра и ее применение. — М.: Мир, 1980.454 с.

43. Хачатрян B.C., Этмекчян Э.А., Бадалян Н.П. Решение гибридных уравнений систем стационарных условий методом диакоптики // — Электричество. — 1999. — №4. — С. 7-12.

44. Хачатрян B.C., Бадалян Н.П. Расчет установившегося режима большой электроэнергетической системы методом диакоптики // — Электричество. — 2003. — №6. — С.

45. Хэпп X. Диакоптика и электрические цепи. — М.: Мир, 1974. —344 с.

46. Чуа Л., Пен-Мин Лин. Машинный анализ электронных схем. — М.: Энергия, 1980. —638 с.

47. Шакиров М.А. Преобразования и диакоптика электрических цепей. — Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. — 196 с.

48. Шакиров М.А. Теоретические основы электротехники. Новые идеи и принципы. Схемоанализ и диакоптика. — СПб.: Изд-во СпбГТУ, 2001. —212 с.

49. Шарый С.П. Интервальные алгебраические задачи и их численное решение: Дисс. . д-ра физ.мат. наук. — Новосибирск, 2002. — 327 с.

50. Blomquist F. Verifizeierende Numerik mit PASCAL-XSC BCD-Version. Inverse Matizen. — Bergische Universitaet Wuppertal, Fachbereich 7, Mathematik, 2000. www.math.uni-wuppertal.de/org/WRST/blom.html.

51. Dettmann K.-D., Heuck K., Hirsch G., Lotter O. Transient node admittance matrices of three-phase power transformers. Part 1. Two-winding transformers // Electrical Engineering. — 2002. — V. 84. — n 5. — C. 241-249.

52. Dettmann K.-D., Heuck K., Hirsch G., Lotter O. Transient node admittance matrices of three-phase power transformers. Part 2. Multiwinding transformers // Electrical Engineering. — 2002. — V. 84. — n 5. — C. 251254.

53. Feng Z., Li M., Robmanith H., Unbehauen R. Digital real-time simulation of power transformer by means of a suitable integration method // Electrical Engineering. — 2001. — V. 83. — n3. — C. 157-163.

54. Harini S.M. The use of matlab/maple in solving interval hull of a system of linear interval equations // ACDCA 5th Summer Academy. — 1999. http://www.acdca.ac.at/kongress/goesing/g mahmud.htm.

55. Moore R.E. Interval Analysis. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ,1966.