CC BY
77
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
ш
х(о) = (е-Б"+1)-1[ Е"О0 +( Б"-1 + Б"-2 +... (ц)
... + Е )Б2 + ^ ВФ) Алгоритм ускоренного расчета установившегося режима работы электронных устройств периодического действия на основе формул точного решения уравнений состояния выгодно отличается от остальных своей наглядностью и простотой реализации Заключение
Расчеты установившегося режима работы статического преобразователя частоты, работающего на индукционный нагреватель, показали полную адекватность результатов. При этом погрешность определяется методом решения уравнения (1), используемым для получения информации с (п +1) или одного периода переходного процесса в исследуемых устройствах. Затраты машинного времени на расчет минимальны, так как для выхода на установившийся режим с использованием разработанных программ требуется информация о переходном состоянии устройства не более чем с (п +1) периода.
Таким образом, предложены алгоритмы ускоренного расчета установившихся режимов сложных электронных устройств, описываемых дифференциальными уравнениями с периодически изменяющимися коэффициентами. Предложенные
алгоритмы удобны для численной реализации на ЭВМ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шеин А.Б., Лазарева Н.М. Методы проектирования электронных устройств. М. : Инфра-инженерия,
2011. 456 с.
2. Чуа Л.О., Лин Пен-Мин. Машинный анализ электронных схем: алгоритмы и вычислительные. М. : Энергия. 1980. 640 с.
3. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчет электрических цепей. М. : Высшая школа. 1998. 335 с.
4. Чье Ен Ун, Шеин А.Б. Метод решения уравнений состояния электронных устройств // Проектирование и технология электронных средств.
2012. № 1. С. 19-25.
5. Чье Ен Ун, Шеин А.Б. Решение уравнений состояния в задачах схгмотехнического моделирования при произвольных воздействиях // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре гос. техн. ун-та. 2012. № 4. С. 45-51.
6. Чье Ен Ун, Шеин А.Б. Решения уравнений переменных состояния электронных устройств на основе обнуления невязки // Проектирование и технология электронных средств. 2014. № 1. С. 1720.
7. Крылов В.И. Бобков В.В., Монастырный П.И. Вычислительные методы. Т. 1. М. : Наука. 1976. 304 с.
УДК 621.315.612.2; 621.315.624.61 Куценко Сергей Михайлович,
к. т. н., доцент кафедры «Автоматика, телемеханика и связь», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. (3952)638-338, e-mail: kucenko_s@irgups.ru
Федоров Марк Эдуардович, аспирант кафедры «Автоматика, телемеханика и связь», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. +79526210109, e-mail: metalgear@inbox.ru
МЕТОДЫ ДИСТАНЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ ВЫСОКОВОЛЬТНОЙ ИЗОЛЯЦИИ
КОНТАКТНОЙ СЕТИ
S. M. Kutsenko, M. E. Fedorov
METHODS OF REMOTE DIAGNOSIS OF HIGH VOLTAGE INSULATION
OF OVERHEAD SYSTEM
Аннотация. Рассмотрены актуальность, методы и средства диагностики изоляции контактной сети на железной дороге. Выполнен обзор применяемых для этого приборов, принцип их действия и особенности использования. Рассмотрены основные формулы для расчета мощности излучения частичных разрядов. Рассмотрены основные способы диагностики высоковольтной изоляции методом регистрации частичных разрядов. Несовершенство способов диагностики высоковольтной изоляции ведет к увеличению числа отказов, влечет за собой нарушение графика движения поездов и задержку перевозки грузов и пассажиров на железной дороге. Представлены блок-схемы некоторых приборов. Этим обусловлена актуальность данной проблемы. Проанализированы основные способы определения наличия в изоляции частичных разрядов с помощью неразру-шающих бесконтактных методов. Выдвинуты предложения по улучшению качества диагностирования неисправных изоляторов контактной сети.
Ключевые слова: высоковольтная изоляция, железнодорожный транспорт, частичный разряд, диагностика: акустическая, электромагнитная, оптическая; контроль: неразрушающий, дистанционный; диагностические приборы.
Abstract. Relevance, methods and diagnostic devices of isolation of a catenary system on the railroad were considered. The review of devices applied for this purpose, the principle of their action and features of use were executed. The basic formula for the calculation of the radiation power of partial discharges was made. The main ways of diagnostics of partial discharge were considered. Imperfection of ways of diagnostics of high-voltage isolation conducts to increase of number of refusals, involves violation of the train schedule and a delay of transportation of goods and passengers to the railroad. It caused relevance of a problem. The main ways of definition
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
of partial categories by means of nondestructive contactless methods were analyzed. Block diagrams of some devices are represented. Suggestions for improvement of quality of diagnosing offaulty insulators of a contact network were made.
Keywords: high-voltage isolation, railway transport, partial discharge, diagnostics: acoustic, electromagnetic, optical, control: nondestructive, remote, diagnostic devices.
Введение
Проблема диагностирования предотказного состояния высоковольтных изоляторов на основе регистрации частичных разрядов (ЧР) является важной частью обеспечения безопасного и бесперебойного движения поездов на всем протяжении электрифицированных железных дорог. Актуальность проблемы заключается в необходимости поддержания надежности изоляторов контактной сети железных дорог России, которые подвержены разрушению, в частности при возникновении в них ЧР. При дистанционной диагностике изоляторов контактной сети регистрируются различными способами характеристики проявления ЧР, которые являются диагностическим признаком предотказного состояния изоляции [1].
Методология рассмотрения различных подходов к диагностированию базируется на основных положениях системного анализа сложных систем реального времени, изложенных в [2].
Цель статьи: системный подход к диагностике высоковольтной изоляции контактной сети как системе реального времени для выработки рекомендаций по совершенствованию контроля электроснабжения железнодорожного транспорта.
1. Акустический способ
Принцип работы устройств, использующих акустический способ диагностики, основывается на регистрации акустического сигнала в диапазоне от 20 кГц до 100 кГц ультразвуковым детектором. Мощность акустического источника [3]:
P =
р2 • 4жг2
ср
(1)
расстояние от точки скорость звука, р -
где р - звуковое давление, г измерения до источника, с плотность воздуха.
Акустическая диагностика на железной дороге производится с помощью ультразвукового детектора УД-8 или прибора «Ультраскан-2004», который регистрирует звуки («щелчки»), создаваемые электрическими разрядами в твердых телах. Акустический детектор регистрирует излучение, а индикаторы оповещают оператора о состоянии объекта. Существенным недостатком акустических методов является влияние на регистрируемый акустический сигнал посторонних помех (шуршание сухой травы, шорохи, треск кузнечиков, звуки поверхностных частичных разрядов (ПЧР) [4]).
Измерения проводятся без определения напряжения в контактной сети Этот фактор влияет на достоверность данных, получаемых в ходе проведения диагностики высоковольтной изоляции, так как чем ниже напряжение в контактной сети, тем меньше вероятность обнаружения дефектных изоляторов [5].
2. Оптические способы
Оптические способы основываются на анализе излучения ЧР в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне. Мощность оптического излучения можно вычислить по формуле [6]
^ dQ
Фе = -Q, [Вт], dt
(2)
где Фе - мощность оптического излучения, О -
энергия излучения в интервале времени & .
Поиск неисправностей изоляции в инфракрасном диапазоне заключается в использовании тепловизоров для определения нагрева гирлянды изоляторов. Одним из подходящих приборов для нужд железной дороги является тепловизор с термальной чувствительностью < 0,1 0С при 30 0С [7].
На результат исследования влияют погодные условия, загрязнения поверхности, сопротивление каждого изолятора в гирлянде, нагрев поверхности и многое другое. Более того, разность температур между исправными и пробитыми изоляторами очень невелика: 0,1-0,4 оС, что близко к пределу разрешающей способности тепловизоров. Поэтому контроль этим способом подвесной фарфоровой линейной изоляции не представляется возможным.
Другой способ основан на визуализации электромагнитного излучения при возникновении ПЧР и короны в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне.
Разделитель УФ лучей Г I
Свет
Линза Камера
видимого видимого
диапазона диапазона
Солнечно -слепой фильтр/
Линза УФ УФ
диапазона камера
Блок совмещения изображений
Рис. 1. Упрощенная схема двухспектральной УФ-камеры [8]
Свет, проходя через объектив камеры, попадает на световой разделитель, первый луч прини-
Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы
мается обычной видеокамерой, второй луч проходит через оптический фильтр и попадает в УФ-камеру диапазона (240^280) нм. В этом диапазоне практически отсутствует воздействие солнечной радиации, это позволяет визуализировать ПЧР. Два изображения суммируются и выводятся на экран прибора для анализа. Работа с прибором эффективна в темное время суток.
Недостатком метода является то, что работа с прибором возможна только в темное время суток, однако в последних моделях приборов влияние засветки уменьшено, но освещенность объекта играет существенную роль и ухудшает результаты исследования.
Электромагнитные способы
Электромагнитные способы контроля ЧР позволяют с использованием направленных антенн производить дистанционные измерения характеристик ЧР.
Мощность электромагнитного излучения определяется по формуле [9]
=
E • г2
E д г
30
[Вт],
(3)
где E^ - действующее значение напряженности
электрического поля радиоволны, r - расстояние от точки измерения до источника.
Недостатки способа: а) отсутствие количественной оценки характеристик ЧР; б) подверженность электромагнитным помехам от сторонних электротехнических устройств.
Электромагнитный метод регистрации ЧР не используется для диагностирования высоковольтной изоляции на железнодорожном транспорте, однако в сфере электроснабжения этот метод часто используется. Примером может служить продукция компании «Димрус» (г. Пермь). Для бесконтактного диагностирования ЧР используются антенны СВЧ-диапазона типа «волновой канал» и штыревые всенаправленные антенны. Например, UHF-Recorder.
Однако, по нашему мнению, электромагнитный способ диагностики частичных разрядов является одним из наиболее перспективных дистанционных методов диагностики изоляции. Сравнительный анализ наиболее надежного контактного электрического метода диагностирования частичных разрядов показывает, что электромагнитный бесконтактный метод при использовании СВЧ в диапазоне длин волн от 1 до 100 мм обеспечивает надежное обнаружение ЧР [10]. Способ перспективен по причине того, что достигается расширение области применения неразрушающего контроля, так как для контроля диэлектрических,
ш
полупроводниковых, ферритовых и композитных материалов радиоволновые методы наиболее эффективны [11].
Следует отметить, что диапазон СВЧ требует дополнительного исследования для использования его в реальных условиях эксплуатации на железной дороге.
Выводы
Разнообразие методов бесконтактной диагностики высоковольтной изоляции на железной дороге позволяет сделать вывод, что для контроля высоковольтной изоляции необходимо использовать комплексный подход для увеличения достоверности получаемых данных. Например, структурная схема диагностического прибора (рис. 2) может содержать: 1) антенное устройство; 2) акустический датчик; 3)ультрафиолетовый датчик и 4) видеокамеру.
Антенное устройство
Акустический датчик
Ультрафиолетовый датчик
Видеокамера
Блок анализа полученных данных
Устройство
вывода информации
Рис. 2. Структурная схема предполагаемого устройства
В перспективе электромагнитный метод регистрации ЧР может быть использован для построения комплексного измерителя параметров ЧР. Комплекс различных измерителей параметров контролируемого процесса повысит достоверность и надежность контроля.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Параметры частичных разрядов в высоковольтных изоляторах / Муратов В. И. и др. // Электромагнитные волны и электронные системы. 2008. Т. 13. С. 55.
2. Системный анализ навигационного обеспечения подвижных транспортных объектов / под ред. В.С. Марюхненко. Новосибирск : Наука, 2014. 256 с.
3. Базанов В. П., Спирин М. В., Тураев В. А. Ультразвуковой метод контроля фарфоровой изоляции воздушных линий электропередачи 35 -220 кВ // Энергетик. 2000. № 4. С. 16-17.
4. Волков В.М. Головин Э.С., Кудряшов В.А. Электрическая связь и радио на железнодорожном транспорте : учеб. для вузов. 1991. 310 с.
5. Контроль параметров контактной сети железной дороги дистанционным способом / Куценко С.М. т др. // Измерение, контроль, информатизация : материалы Междунар. науч.-техн. конф., 1-3 июня 2004 г. / под. общ. ред. А.Г. Якунина. Барнаул, 2004. С. 41-44.
6. Гуревич М.М. Фотометрия. 2 изд., Л. : Энергоатомиздат, 1983. 272 с.
7. Применение тепловизоров на железной дороге [Электронный ресурс] // «ЗАО» Евромикс [Сайт]. URL: http ://zaoeuromixru/primenenie-teplovizorov-na-zheleznoj-doroge.html. (Дата обращения 12.09.2014).
8. Плотников Ю.И., Федоришин Ю.М., Железнов Ф.Д. Методы и средства повышения достоверности ультрафиолетовой диагностики изоляции контактной сети [Электронный ресурс] // UVIRCO
tecnologies URL: http://www.corocam.su/static/article5. (Дата обращения: 18.05.2014).
9. Гейн Э. Э., Курганов Л. С. Техника измерения напряженности поля радиоволн. М. : Связь, 1967. 151 с.
10. Беляевский О.А., Курбатова А.Ф., Идиатуллов Р.М. Опыт применения СВЧ зонда для контроля высоковольтного оборудования [Электронный ресурс] // RLab [Сайт] // URL: http://rudy.user.s-and-b.ru/partial_discharges/use_uhf1/uhfusing1.htm (дата обращения: 01.09.2013).
11. Неразрушающий контроль : справ. Т. 6. Кн. 3. Радиоволновой контроль / В.И. Матвеев. ; под общ. ред. Клюева В.В. М. : Машиностроение, 2003.
УДК 519.6:311 Краковский Юрий Мечеславович,
д. т. н., профессор, профессор кафедры ИС и ЗИ, Иркутский государственный университет путей сообщения, e-mail: kum@stranzit.ru
Давааням Тамир,
аспирант кафедры ИС и ЗИ, Иркутский государственный университет путей сообщения
РАЗРАБОТКА МНОГОФАКТОРНЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГРУЗООБОРОТА
И ОБЪЕМА ПЕРЕВЕЗЕННЫХ ГРУЗОВ
Y. M. Krakovskiy, D. Tamir
DEVELOPMENT OF THE MULTIVARIATE MODEL FOR GOODS TURNOVER FORECASTING AND TRANSPORTED CARGO VOLUME
Аннотация. Исследовано влияние различных факторов, характеризующих процесс перевозки грузов, на грузооборот и объем погрузки грузов. На первом шаге, используя значения парных коэффициентов корреляции, отобрали факторы, слабо коррелирующие между собой. Из 10 исследуемых факторов таких оказалось пять: х1 - статическая нагрузка, тн; х2 - оборот вагона, сут; х4 - средняя зарплата, тыс. тугр; х9 - среднесуточный пробег локомотива, км/сут; х10 - эксплуатационный парк локомотивов, лок./сут. На втором шаге, используя значения t-статистики, исключили незначимые факторы. В проведенном исследовании этими факторами для объема погрузки грузов оказались статическая нагрузка и оборот вагона, а для грузооборота - статическая нагрузка, оборот вагона и эксплуатационный парк локомотивов. При практическом применении полученных моделей в задаче прогнозирования основных показателей необходимо в дальнейшем для каждого существенного фактора создать прогнозную модель как функцию времени (факторные модели прогнозирования). Используя эти модели, необходимо определить прогнозные значения по факторам, а далее, подставляя эти значения в многофакторные модели, вычислять прогнозные значения основных показателей.
Ключевые слова: прогнозирование, грузовые перевозки, многофакторный регрессионный анализ.
Annotation. Influence of various factors characterizing the process of goods transportation on turnover and volume of cargo loading is studied. On the first step, using the double coefficient values of correlation factors weakly correlated with each other were selected. From 10 studied factors there were five: х1 - static load, tons; х2 - wagon turnover, days; х4 - average salary, thousand MNT; х9 - average mileage of locomotive, km/day; х10 - operational fleet of locomotives, loc/day. On the second step, using the values of t-statistics insignificant factors were excluded. In this study, these factors for turnover were static load and wagon turnover, and for the volume of cargo loading - static load, wagon turnover and operational fleet of locomotives. In the practical application of models obtained in task prediction of the main indicators it is necessary to create predictive model in the future for each significant factor such as function of time (factors ofpredictive models). Using these models it is needed to determine the predicted value by factors, and then substituting these value in the multivariate models to calculate the predicted values of the main indicators.
Keywords: forecasting, freight transportation, multivariate regression analysis.
Введение
Монголия занимает территорию 1531,0 тыс. кв. км, население составляет 2,3 млн чел. Нехватка автомобильных дорог объективно обусловливает ведущую роль железнодорожного транспорта в экономике страны. В настоящее время общая эксплуатационная длина Улан-Баторской железной дороги (УБЖД) составляет
1815 км, в том числе 1110 км составляет главная магистраль, соединяющая Россию и Китай.
В силу географического положения Улан-Баторская железная дорога играет важную роль в обеспечении транспорта, не только является надёжной транспортной сетью, но и в условиях динамичного развития мировой экономики имеет большой потенциал для транзитных перевозок в сообщении Европы и России с Китаем и страна-
