Неразрушающий метод технической диагностики кабелей электросвязи объектов АПК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат технических наук Федоров, Владимир Петрович

• Федоров, Владимир Петрович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Федоров, Владимир Петрович

Введение.

Раздел 1. Анализ методов и средств поиска отказов в кабельных линиях электросвязи.

1Л. Анализ методов и средств поиска отказов в кабельных линиях электросвязи.

1.2. Электрические и магнитные поля в пространстве около провода.

1.3. Формирование полей методом параметрического управления.

1.4. Рассмотрение вопроса с общих позиций теории электромагнитного поля.

Выводы.

Раздел 2. Информационные признаки электромагнитного поля над трассой кабельной линии электросвязи.

2.1. Локальные условия параметрической идентифицируемости.

2.2. Алгоритмы оценивания исследуемых процессов.

2.3. Проблема аппаратно-программной реализации.

2.4. Физический уровень процесса параметрического управления.

Выводы.

Раздел 3. Электромагнитные влияния на кабели электросвязи.

3.1. Блуждающие токи в земле.

3.2. Емкостные связи между трехфазной и однопроводной цепями.

3.3. Оценка значений плотности тока в земле для кабельных и воздушных линий связи.

3.4. Общий характер движения процессов в создаваемом при контроле контуре.

Выводы.

Раздел 4. Ускоренная обработка информации по выявлению отказов и экспериментальные результаты.

4.1. Информационные признаки отказов и условия однозначной разрешимости задачи на основе анализа характера амплитудных характеристик тока в месте отказа.

4.2. Визуальные и псофометрические характеристики отказов.

4.3. Обобщенный алгоритм оценивания и идентификации отказов.

4.4. Общая задача типичной среды программирования для решаемой проблемы.

4.5. Физический объект и экспериментальные исследования.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Неразрушающий метод технической диагностики кабелей электросвязи объектов АПК»

Существовавшая единая автоматизированная сеть связи страны (ЕАСС) с перестройкой экономики подверглась существенной деформации, однако увеличение количества телефонов в городах и сельской местности, протяженности междугородных телефонных каналов, количества газетных полос, передаваемых фототелеграфным способом, появление интернета и т. д., не уменьшило проблемы эксплуатации каналов связи. Повышаются требования к помехоустойчивости и защищенности цепей и каналов систем передачи от влияния внешних электромагнитных полей различных источников, в том числе линий высокого напряже-ния-линий электропередачи и электрифицированных железных дорог, ударов молний и радиостанций.

Вопросы технической диагностики и защиты линий связи от влияния внешних электромагнитных полей всегда были актуальными в связи темпами электрификации, строительством сотен мощных электростанций, новых линий электропередачи большой протяженности высокого и сверхвысокого напряжения.

Длина сближений линий связи с линиями высокого напряжения непрерывно растет. В настоящее время нет кабельной магистрали, которая не имела бы сближения с линией электропередачи или электрифицированной железной дорогой. Поскольку около проводов ВЛ и контактных сетей электрифицированных железных дорог существуют электромагнитные поля большой протяженности, то при взаимном сближении линий связи и линий высокого напряжения в цепях и каналах проводных систем передачи могут возникать длительные (при нормальной эксплуатации линий высоких напряжений) и кратковременные (при аварийных режимах работы ВЛ) посторонние напряжения и токи. Эти напряжения и токи оказывают как опасные воздействия на обслуживающий персонал, линии и аппаратуру связи, так и мешающее действие на передачу сигналов электросвязи, снижая ее качество и достоверность. Особенно остро стоит вопрос мешающего действия при диагностике отказов.

Мешающие и опасные напряжения и токи в жилах и проводах линий связи также могут возникать при разрядах атмосферного электричества во время грозового периода. При попадании токов молний непосредственно в провода воздушных и кабельных линий возникают повреждения линий, а также отдельных элементов аппаратуры, приводящие к длительным и простоям связи. Обычно подобные повреждения на линиях связи приносят значительный экономический ущерб и их необходимо предотвращать, особенно на междугородных кабельных линиях с симметричными и коаксиальными цепями, на которых организуются сотни и тысячи каналов электросвязи.

Внедрение многоканальных систем передачи по кабельным линиям с аппаратурой на схемах большой интеграции, чувствительных к электромагнитным влияниям, и цепям дистанционного питания большой протяженности, появление новых типов кабелей в пластмассовых наружных оболочках, строительство линий электропередачи сверхвысокого напряжения поставило новые задачи перед теорией диагностики отказов и влияния внешних электромагнитных полей на линии связи.

Цель работы. Разработка метода технической диагностики кабелей электросвязи на основе неразрушающих технологий

Научные задачи:

- анализ существующих методов технической диагностики кабелей электросвязи и инструментального набора по их реализации;

- разработка математических моделей режимов неразрушающих технологий;

- построение уравнений состояния исследуемого объекта в формах, позволяющих исследовать пространственную структуру поля на трассах прокладки кабелей электросвязи аналитическими методами, методами математического и электродинамического моделирования, а также экспериментами в дейтвующих се тях электросвязи;

- разработка метода ускоренной обработки априорной информации на фоне электромагнитных влияний (активных и пассивных помех);

- разработка и испытание в действующих сетях физического варианта переносного устройства по реализации разработанных технологий;

- программное обеспечение и алгоритмизация на основе регуляризирующих подходов обработки априорной информации для случаев решаемых некорректных задач,

В первом разделе приводится анализ состояния проблемы технической диагностики кабелей электросвязи. Обилие методов указывает на непрерывный поиск новых путей решения задач непрерывного контроля технического состояния и поиска отказов. Рассматривается состояние вопросов, порождаемых электромагнитными влияниями. Эти вопросы расширяются в связи с развитием техники и обостряются с каждым годом, с ростом производства электрической энергии и ее применением. Рассматривается возможность работы отдельного кабеля электросвязи в режиме параметрического управления, когда возникают автопараметрические колебания и с позиций общей теории электромагнитного поля удается сформировать оценки, информационные, измеримые значения носителей информации о состоянии физического объекта.

Во втором разделе рассматриваются локальные процессы, пространственные структуры полей, алгоритмы формирования оценок и возможность аппаратно-программной реализации устройства, создание устройства для решения теоретических задач. Физический уровень объекта характеризуется специфическими особенностями рассеяния энергии на отдельных отрезках кабелей электросвязи, и оценки этих процессов возможны через ускоренную обработку структур электромагнитных полей вдоль трасс прокладки кабелей.

В третьем разделе работы рассматриваются вопросы связанные с электромагнитными влияниями при работе в режимах оценок фактического технического состояния оцениваемых характеристик кабелей электросвязи. Рассматривается расстекание токов в земле и их влияние на формируемые параметрическим управлением информационные признаки обобщенных оценок. Получены результаты оценок бегущего и неподвижного осциллирующего полей, порождаемых физическими процессами при появлениях существенных неоднородностей. С позиций общности рассматривается движение процессов поддающихся формированию обобщенных оценок, носящих характер приложения по решению задач эксплуатации. 6

В четвертом разделе приводятся результаты обоснования и построения алгоритма для синтеза физических систем оценивания и идентификации. Рассматриваются операционные среды программирования, построение решателей специфика ресурсных проблем микроконтроллеров. Жесткость требований эксплуатации приводит к необходимости применения быстрых алгоритмов, объектно и визуально ориентированному программированию. Приводятся результаты многочисленных экспериментальных наработок в действующих физических системах. Синтезированный и прошедший ряд этапов опытно-конструкторских работ апппаратно-программный продукт представляется для дальнейшего расширения функций в областях применения.

Заключение диссертации по теме «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве», Федоров, Владимир Петрович

Выводы

1. В режиме параметрического управления при поиске отказов наряду с бегущим полем появляется локальные неподвижные поля, характеризующиеся повышенным рассеянием энергии.

2. При непрерывной обработке поля вдоль трасс прокладки в зависимости от значений переходных сопротивлений в местах с ослабленной изоляцией следует управлять не только дополнительно подключаемыми к диагностируемому кабелю параметрами, но и значением приложенного напряжения и его частотой (которая может быть фиксирована стандартно).

3. Разработанный метод технической диагностики реализован в виде аппаратно-программного продукта и позволяет, как показали опытно-конструкторские разработки и проведенные испытания решить задачи, поставленные в работе.

4. Применение быстрых алгоритмов, визуализации и обобщенных оценок позволяет обеспечить ускоренную непрерывную работу оператора в режиме параметрического управления без применения традиционных разрушающих технологий.

Заключение

Разработан метод параметрического управления для решения задач диагностики кабелей электросвязи позволяющий раскрыть новые специфические особенности автопараметрических цепей и существенно изменить существующие методы технической диагностики кабелей электросвязи и технико-экономические показатели применяемых для диагностики приборов и устройств.

1. В результате глубокого анализа физических процессов, происходящих в цепях передачи сигналов, установлено, что путем параметрического управления можно довиться качественного изменения свойств и энергетических показателей этих цепей. К существенным изменениям, вызываемыми переходом цепи в режим параметрического управления, относятся:

- возрастание рассеиваемой в местах ослабления изоляции энергии;

- вдоль трасс прокладки формируются "овражные" участки, вызываемые циркуляцией различных по своей природе реактивными токами индуктивного и емкостног характера;

75

- в местах с возрастанием рассеивания энергии спектральные характеристики поддаются идентификации, распознаванию вида отказа.

2. Разработаны алгоритмы диагностики отказов на базе цифрового спектрального анализа.

3. Синтезированы схемотехнические варианты по реализации результатов теоретических исследований.

4. Проведены экспериментальные работы по диагностике отказов в дейтвующих физических цепях. Обобщенные оценки и идентификация отказов приводит к новому качественному результату, существенному сокращению затрат материальных и временных ресурсов при проведении ремонтно-восстановительных и профилактических работ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Федоров, Владимир Петрович, 2000 год

1. Андронов А.А, Витт A.A., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М.:ФМЛ, 1981, 568с.

2. Андреев B.C. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Связь, 1972, 326 с.

3. Андре Анго. Математика для электро- и радиоинженеров. М. "Наука", 1964.

4. Баутин H.H., Леонтович Е.А. Методы и приемы качественного исследования динамических систем на плоскости. М.: Наука, 1976, 495 с.

5. Боголюбов H.H., Митропольский Ю.А. Асимптотические методы в теории нелинейных колебаний. М.: Физматгиз, 1963, 410 с.

6. Брюно А. Д. Локальный метод нелинейного анализа дифференциальных уравнений. М.: Наука, 1979, 225 с.

7. Брюно АД. Асимптотика решений нелинейных систем дифференциальных уравнений. Дан СССР, 1962, 143, №4, с 763.

8. Брюно А.Д. Нормальная форма дифференциальных уравнений. ДАН СССР, 1964, 157, №6, с. 1276-1279.

9. Беляков H.H. Исследование перенапряжений при дуговых замыканиях на землю в сетях 6 и 10 кВ с изолированной нейтралью. -Электричество, 1957, №5, с. 25 -30.

10. Березовский А.Ф. Расчет установившегося режима в цепях с нелинейными индуктивностями. Электричество. 1981, №5, с 71 - 74.

11. Бугров Я.С., Никольский С.М. Элементы линейной алгебры и аналитической геометрии. М.: Наука 1980, с. 135-159.

12. Бессонов Л.А. Нелинейные электрические цепи. М.: Высшая школа, 1977, 343 с.

13. Бессонов JI.A. Автоколебания в электрических сетях со сталью. М.:Госэнергоиздат, 1958, 304 с.

14. Быков М.А., Шуцкий В.И., Гончар H.A. Новый способ непрерывного контроля изоляции трехфазных шахтных электрических сетей с изолированной нейтралью. М.: Сборник научных трудов МГИ, 1972, Вып. V.

15. Вильгейм Р., Уотерс А. Заземление нейтрали в высоковольтных системах. М.: ГЭИ, 1959, 416 с.

16. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высшая школа, 1970, 460 с.

17. Валеев К.Г., Мисак В.В. Об устойчивости почти периодического решения обобщенного уравнения Дуффинга. Киев. Наука, 1972, вып. 12, с. 9-13.

18. Валеев К.Г., Ганиев А.Ф. Исследование колебаний нелинейных систем. Высшая школа, 1981, 367 с.

19. Ван-дер-Поль Б., Бремер X. Операционное исчисление на основе двухстороннего преобразования Лапласа. М. ИИЛ, 1952, 507 с.

20. Валеев К.Г., Мисак В.В. Исследование колебаний нелинейных систем. Прикл. матем., 1973, 9, вып.2. с.53-59.

21. Валеев К.Г. Исследование колебаний в автономной квазилинейной системе в резонансном случае. Прикл. механ., 1969, 5, вып.4, с. 25-31.

22. Валеев К.Г. Об устойчивости решений линейных дифференциальных уравнений второго порядка с синусоидальными коэффициентами. Изв. вузов. Радиофизика, 1962, т.5 №4, с.36-42.

23. Васильева А.Б., Бутузов В.Ф. Асимптотические разложения решений сингулярно возмущенных уравнений. М.: Наука, 1973, 272 с.

24. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1967, 575 с.

25. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. М.: Наука, 1971, с.379-537.

26. ГореевА.А. Переходные процессы синхронной машины. Л.: Госэнергоиздат, 1950, 312 с.

27. Гребенников Е.А., Рябов A.A. Конструктивные методы анализа нелинейных систем. М.: Наука, 1979,431 с.

28. Городецкий Я.А. Приближенные метод анализа некоторых нелинейных систем при наличии случайного сигнала. Электричество, 1974, №2, с, 65-69.

29. Долгинов А.И. Резонанс в электрических цепях и системах. М.-Л.: ГЭИ, 1957, 328 с.

30. Долин П.А. Основы техники безопасности в электрических установках. М.: Энергия, 1970, 336 с.

31. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. Матлаб 5. Система символьной математики. М. "Нолидж", 1999.

32. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Теоретические основы электротехники. М.: Энергия, 1965, 234 с.

33. Жарков Ф.П., Соколов В.А. Цепи с переменными параметрами. М.: Энергия, 1976, 212 с.

34. Заездный A.M. Гармонический анализ в радиотехнике и электросвязи. Л.: Энергия, 1972, 527 с.

35. Заездный A.M. Основы расчета нелинейных и параметрических радиотехнических цепей. М.:, Связь, 1974, 447 с.

36. Исмаилов Э.И. Рахимов Г.Р. Метод фазовой аппроксимации. Ташкент.: Уктувчи, 1972, 172 с.

37. Ивашев В.И., Парилис И.И. Колебания в нелинейных электрических системах. Ташкент: ФАН, 1967, 178 с.

38. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978, 831 с.

39. Колосюк В.П. Защитное отключение рудничных установок. М.: Недра, 1980,334 с.

40. Ломов С.А. Введение в общую теорию сингулярных возмущений. М.: Наука, 1981, 389 с.

41. Лихачев Ф.А. Замыкание на землю в сетях с изолированной нейтралью и компенсацией емкостных токов. М.: Энергия, 1971, 152 с.

42. Лихачев Ф.А, Выбор, установка и эксплуатация дугогасящих аппаратов. М.: ГЭИ, 1954, 144 с.

43. Марквардт Е.Г. Электромагнитные расчеты трансформаторов. М.ОНТИ, 1938.

44. Малкин И.Г. Теория устойчивости движения. М.: Наука, 1996, 530 с.

45. Манделыитамм Л.И. Полное собрание трудов под редакцией Рыжова С.М. М.: Изд-во АН СССР, 1948-1955, 352 с.

46. Манделыитамм Л.И. Лекции по теории колебаний. М,: Наука, 1972, 470 с.

47. Мищенко Е.Ф., Розов Н.Х. Дифференциальные уравнения с малым параметром и релаксационные колебания. М.: Наука, 1975, 274 с.

48. Митропольский Ю.А. Асимптотические и качественные методы в теории нелинейных колебаний. Киев: Изд-во АН УССР, 1971, 242 с.

49. Митропольский Ю.А., Лопаткин А.К. О преобразовании систем нелинейных дифференциальных уравнений к нормальной форме. Киев: Hayкова думка, 1973, Вып. 14, с. 125-140.

50. Митропольский Ю.А., Лыкова О.Б. Исследование поведения решений нелинейных уравнений в окрестности положения равновесия. -Сб. мат. физ. Киев: Наукова думка, 1965, с. 74-96.

51. Мак-Лахлан Н.В. Теория и приложения функции Матье. М.: ИИЛ, 1953, 178 с.

52. Неймарк Ю.Н. Методы точечных отображений в теории нелинейных колебаний. М.: Наука, 1972,471 с.

53. Найфельд М.В. Заземление, защитные меры безопасности. М.: Энергия, 1971, 311 с.

54. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Наука, 1973, 538 с.

55. Рюденберг Р. Переходные процессы в электроэнергетических системах. М.: ИИЛ, 1955, 714 с.

56. Розенвассер Е.Н. Колебания нелинейных систем. Метод интегральных уравнений. М.: Наука, 1969, 576 с.

57. Розо М. Нелинейные колебания и теория устойчивости. М.: Наука, 1971,288 с.

58. Сирота И.М. Переходные процессы в компенсированной сети при замыкании фазы на землю. В кн. Вопросы устойчивости и автоматики энергетических систем. - Киев: Изд-во АН УССР, 1959, с. 5675.

59. Сирота И.М Влияние режимов нейтрали в сетях 6-35 кВ на условия безопасности. В кн. Режимы нейтрали в электрических системах. - Киев: Наукова думка, 1974, с. 84-104.

60. Татур Т.А. Основы теории электрических цепей. М.: Высшая школа, 1980, 249 с.

61. Теодорчик К.Ф. Автоколебательные системы. М.: Гостехиздат, 1952, 272 с.

62. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1964, 704 с.

63. Фельдбаум А.А. Введение в теорию нелинейных цепей. М.:ГЭИ, 1948,314 с.

64. Филиппов Е. Нелинейная электротехника. М.: Энергия, 1976, 288 с.

65. ХаясиТ. Нелинейные колебания в физических системах. М.: Мир, 1968, 432 с.

66. Хьюз В. Нелинейные электрические цепи. М.: Энергия, 1967, 336 с.

67. Чернобровов П.В. Релейная защита. М.: Энергия, 1974, 240 с.

68. Федоров В.П. Чайкин В.П., Султанов Г.А., Чайкин В.В. Неразрушающие методы технической диагностики на основе параметрического управления. КГАУ, «Краснодарэлектро» ,2000.

69. Федоров В.П. Чайкин В.П., Султанов Г.А., Чайкин В.В. Неразрушающие технологии технической диагностики на основе волновых уравнений электромагнитного поля. КГАУ, «Краснодарэлектро». 2000.

70. Федоров В.П. Чайкин В.П., Султанов Г.А., Чайкин В.В., Диагностика отказов на основе выявления осциллирующих точек. КГАУ, «Краснодарэлектро». 2000.

71. Федоров В.П. Чайкин В.П.,Султанов Г.А.,Чайкин В.В. Перспективы развития неразрушающих методов диагностики электрической изоляции. КУБГаУ, «Краснодарэлектро». 2000.

72. Федоров В.П.,Чайкин В.П., Чайкин В.В. Обработка априорной информации на основе оценок псофометрических значений токов электромагнитных полей. КубГАУ, Кубаньгазпром, 2000.

73. Федоров В.П.,Чайкин В.П., Чайкин В.В. Проблемы развития систем электроснабжения агропромышленного комплекса.82

74. КубГау, Кубаньгазпром, 2000.

75. Федоров В.П.,Чайкин В.П., Чайкин В.В. Автоматизация систем электроснабжения объектов агропромышленного комплекса. КубГАУ, Кубаньгазпром, 2000.

76. ФедоровВ.П. « Киловольтметр» Измерительная техника. РАН: 1996 г.

77. Федоров В.П. Р1 81 Датчик жестких ионизирующих излучений. Приборы и техника измерительного эксперимента. РАН:, 1996 г.