CC BY
145
Г лущенко Павел Витальевич
Сочинский государственный университет, доцент кафедры информационных технологий, кандидат технических наук, доцент, член-корреспондент РАЕН, e-mail: [email protected]
КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СЕТЕВЫХ ОБЪЕКТОВ: ПОКАЗАТЕЛИ И ВЫБОР СОВОКУПНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ПРИ
ФОРМИРОВАНИИ
В работе освещаются актуальные аспекты систем диагностирования, свойства, характеризующих и объект диагностирования как систему, рассмотрения объекта с позиций качества целевого функционирования. Предложены методы выбора показателей систем диагностирования и диагностических параметров сетевых объектов, примерная классификация диагностических моделей.
Ключевые слова: модель; система; диагностирование; параметр; показатели; качество;
жизненный цикл; классификация.
CONCEPTUAL MODEL OF THE SYSTEM OF DIAGNOSING NETWORK OBJECTS: THE INDICATORS AND THE CHOICE OF THE SET OF PARAMETERS IN THE FORMATION OF
The article discusses the main issues of application of systems of diagnostics, properties that characterize and object of diagnosis as a system, consideration of the subject from the standpoint of the quality of the target function. Proposed methods of choosing the parameters of systems of diagnosis and diagnostic parameters of network objects, approximate classification of diagnostic models.
Key words: model; system; diagnosis; parameter; indicators; quality; life cycle; classification.
1.Сущность системы диагностирования. Под сетевым объектом будем понимать сети электроснабжения и/или компьютерные, которые имеют в своем составе проводные линии передачи электроэнергии и/или информационных сигналов, различные устройства, аппаратуру, узлы и т.д. Сетевые объекты - это сложные системы. Процесс определения состояния сетевого объекта (системы), т.е. диагностирование может быть [3] как самостоятельным процессом при исследовании с определенными или неопределенными заранее показателями, устанавливающим вид состояния, так и частью процесса при прогнозировании состояния системы. Реализовать процедуру диагностирования можно путем измерения количественных значений параметров, анализа и обработки результатов измерения и управления системы в соответствии с алгоритмом диагностирования.
Диагностирование сетевого или иного объекта выполняется в системе диагностирования (СД), которая представляет [3] собой совокупность объекта и средств диагностирования, подготовленных к диагностированию, для осуществления его по правилам, установленным соответствующей документацией. Составляющими данной системы являются: 1) объект
диагностирования (ОД), под которым понимают сам объект или его составные части, состояние которых подлежит определению; 2) средства диагностирования
- совокупность измерительных приборов, средств коммутации и сопряжения с ОД; программное обеспечение компьютерной диагностики, обработки, передачи, хранения информации результатов диагностики для последующего прогнозирования поведения или состояния объекта. Система диагностирования работает в соответствии с алгоритмом диагностирования, который представляет совокупность предписаний о проведении диагностирования.
Условия проведения диагностирования, включают в свой состав: диагностические параметры (ДП) и их предельно допустимые наименьшие и наибольшие предотказовые значения; периодичность диагностирования объекта и эксплуатационные параметры применяемых средств; режим диагностирования и контроля. Под диагностическим параметром (признаком) - понимается параметр, применяемый в установленном порядке для определения состояния объекта или системы.
2. Основные общие свойства, характеризующие объект диагностирования как систему, и распознавание систем по признаку - качество целевого функционирования. При диагностировании под системой понимают [1] объект и/или процесс, которые имеют следующие свойства:
1. Целостность, что означает наличие целевой неразрывной связи между компонентами;
2. Селективность, т.е. выбор компонентов предназначенных для выполнения функции; 3. Функция, функционирование, поведение. Здесь - функция это
свойство системы, проявляющееся при достижении цели, а функционирование -процесс достижения цели. Поведение может быть функциональным, дисфункциональным, нейтральным. Цель или цели, образующиеся из уяснения противоречий «среда-система». Цели вытекают из анализа проблемы взаимодействия системы со сферами среды: физической, информационной, экономической, технической, социальной и т.д. Возникновение сфер приводит к размытости (теория Заде) [6]. 4. Организация. Здесь надо отметить, что организация - это многообразное понятие: структура, порядок проведения, учреждение и т.д. В нашем случае организация - это построение системы, т.е. статика и ее развитие, и поведение во времени и пространстве, т.е. динамика. 5. Управление - как часть организационного процесса. Сюда входят: а) наличие ресурсов /материальных и информационных; б) управление, как сбор, обработка, уяснение информации и выработка управляющих импульсов; в) реализация сигналов управления. 6. Качество целевого функционирования - показатели эффективности на выходе системы.
При наличии этих свойств, по определению А.Г. Варжапетяна, система -организованная целостность селективно отобранных компонентов, взаимосвязь и взаимообусловленность которых позволяет осуществлять управление функционированием для достижения поставленной цели с оптимальным качеством целевого функционирования в условиях противодействия среды [1].
Рассмотрим несколько подробнее по [1] распознавание (классификацию) систем с точки зрения качества целевого функционирования (КЦФ или Qf). Системы делятся на:
а) простые КЦФ = 1 при работоспособности
КЦФ = 0 при выходе из строя
П
рпр = ПPi; (1)
г
и не связаны с количеством компонентов.
б) сложные с различными видами избыточности /структурной, функциональной, информационной, временной/, при этом КЦФ принимает ряд дискретных значений от 1 до QfдOп
р =р +д•
± сл ± пр 1 ^ ?
(2)
(3)
где Ег
-
т..
X тг
в простейшем случае.
При отсутствии процесса восстановления, процесс деградации системы при накоплении нарушений происходит до уровня QfдOп (рис. 1).
Qf
<Одоп
------------------------------------------►
^ Г t
Рис. 1
Г ГГ
Так t характеризует простую систему, а t - сложную.
Понижение Qf оценивается коэффициентом значимости Кш, оцениваемое математическим ожиданием ухудшения Qf при деградации.
в) большие, к которым относятся технические, организационные, организационно-технические системы
Рб = Рсл • Рч (4)
где РЧ - влияние человеческого фактора: оператора, ЛПР.
Все названные виды систем, как определение относятся только к искусственным, техническим или организационным системам, но не затрагивает естественные системы, как например, биосферу, космос и т.п. Сведем вышесказанное в табл. 1
Табл. 1.
Классификация систем с позиций качества целевого функционирования - КЦФ
№ п/п Класс системы Признаки Значение КЦФ
1 Простая Любое количество компонентов, объединенных по схеме основного соедине- п ния: Ри = Прі / = 1 Два дискретных значения: Работает ()г= 1 Не работает £?/= 0
2 Сложная (технические системы) 1) многоканальность; 2) иерархичность; 3) наличие разного вида избыточности; 4) эмерджентность; 5) неоднозначность критерия отказа: Рс- Л» + А Д = 1(1 -р)(1 - К) Набор дискретных значений от 1 до (Зд0П: (2аоп — значение, согласованное с заказчиком
3 Большая (организационно* технические или хозяйственные системы) Все свойства сложной системы и дополнительный учет человеческого звена (оператора; лица, принимающего решение (ЛПР); лица, определяющего решение (ЛОР)) Набор дискретных значений в случае безошибочных действий человека
3. Показатели систем диагностирования и диагностические параметры.
Процесс диагностирования сложных сетевых систем является неотъемлемой
часть процессов их обслуживания. Поэтому ряд показателей качества,
характеризующих надежность функционирования объектов и ее отдельные
5
составляющие, могут являться одновременно показателями системы диагностирования, так и объекта диагностирования. С другой стороны, диагностирование объекта осуществляется в СД, а это в свою очередь также означает, что целый ряд параметров системы и объекта диагностирования трудно отделить друг от друга.
Параметры системы как ОД, разделяют [3,5] на группы, которые характеризуют: а) потребности системы в диагностировании;
б) диагностируемость системы; в) конструктивную приспособленность системы к диагностированию и контролю.
Потребность сетевого объекта в диагностировании определяются стратегией самого процесса эксплуатации и обслуживания, во время проведения которого осуществляется управление состоянием компонентов системы (в частности контроль показателей состояния системы). Например, такими показателями для сетевого объекта являются: Тд - периодичность проведения диагностирования или наработка объекта, после которой требуется диагностирование; тд - среднее время проведения диагностирования как функция наработки тд =ДГ0).
Диагностируемость объекта (системы) характеризуется совокупностью параметров, их допусков и производных, определяющих виды состояния всей структуры системы. Важнейшим показателем диагностируемости является совокупность параметров для контроля работоспособности. Количественно этот показатель может быть представлен множеством параметров ир=и(иь..иь..ип) и коэффициентом полноты проверки работоспособности - КПП. В свою очередь КПП = ^к/^0, где ^к - суммарный параметр потока отказов составных частей системы; ^0- суммарный параметр потока отказов всех составных частей объекта.
В случае, если параметры потока отказов системы ее составных частей оказываются неизвестными, то приближению Кп.п. = пк/п0, где пк - число
диагностических параметров; п0 - число параметров состояния, использование которых обеспечивает методическую достоверность проверки. Поиск места отказа в процессе диагностирования характеризуется [3,5, 7] глубиной поиска дефекта, которую задают с указанием составной части объекта диагностирования или ее участка. Количественно глубину поиска дефекта можно оценить с помощью коэффициента глубины поиска дефекта
Kг.п=F/R (5)
F - число однозначно различимых составных частей объекта на принятом уровне деления, с точностью до которых определяется место дефекта; R - общее число составных частей объекта, с точностью до которых требуется определить место дефекта (отказа).
В целом операции диагностирования по определению работоспособности объекта и возможного дефектного узла и/или места отказа можно характеризовать [3, 5] рядом показателей, таких как:
L - длина теста диагностирования, определяемая числом элементарных тестовых воздействий;
Ру - вероятность ошибки диагностирования вида (1 , j) - вероятность совместного наступления двух событий: ОД находится в состоянии 1, а в результате диагностирования считается находящимся в состоянии j;
D - вероятность правильного диагностирования - полная вероятность того, что система диагностирования определяет то состояние, в котором действительно находится объект диагностирования.
Конструктивная приспособленность сетевого объекта к проведению диагностирования и контроля заданными средствами определяется показателями диагностирования и контролепригодности:
Тд - средняя оперативная продолжительность диагностирования -математическое ожидание оперативной продолжительности однократного диагностирования;
Тд - средняя оперативная трудоемкость диагностирования;
Сд - средняя оперативная стоимость диагностирования;
Кус - коэффициент унификации устройств сопряжения со средствами диагностирования - Кус = N/N0, где N3, - число унифицированных устройств, N0
- общее число устройств сопряжения;
Куп - коэффициент унификации параметров сигналов системы или объекта
Ку.п=5у/8о (6)
Где 5у - число унифицированных диагностических параметров; 50 - общее число параметров;
Кт.д - коэффициент трудоемкости подготовки объекта к диагностированию; Кт.д = ^Д - WВ) / WВ, где WВ - средняя трудоемкость подготовки объекта к диагностированию; Wд = WО+WВ , а WО - основная трудоемкость диагностирования;
КИ.С = (Сс.д - Сс.с.д) /^с.д , коэффициент использования специальных средств диагностирования, где Gc.д и Gc.c.д - соответственно объемы серийных и специальных средств диагностирования.
Очевидно, что принятие решения о состоянии системы и отнесение его к одному из видов - работоспособному или неработоспособному может быть осуществлено только в процессе измерения и сопоставления с нормами совокупности параметров, характеризующих это состояние.
Диагностический параметр (ДП) - это параметр (признак) объекта диагностирования [3,5,7], используемый в установленном порядке для определения состояния объекта. Для каждого типа системы определенного вида можно указать множество параметров (или их признаков), характеризующих ее состояние. Большинство ДП по своему назначению могут иметь двойственную природу, являясь одновременно диагностическими и параметрами функционального использования. Именно эти параметры, чаще всего, поддаются непосредственному измерению, и для них проще всего установить
нормы и допуски, выход за пределы которых характеризует отказ или дефект в функционировании системы.
Характеристикой функционального отказа является выход за пределы допуска одного ДП. Решение о работоспособном состоянии объекта
принимается на основе измерения совокупности ДП, причем эта совокупность тем больше, чем сложнее система.
Очевидно, что определение состояния на основе оценки совокупности ДП оказывается сложной научно-технической задачей, включающие операции: выбор совокупности ДП, выбор допусков на каждый ДП, измерение текущих значений параметров и другие рассмотренные операции, включая
прогнозирование. В случае, если значения диагностических параметров не поддаются непосредственному измерению, то эти значения могут быть найдены путем обработки других параметров, связанных с искомыми прямыми функциональными зависимостями.
Вся совокупность [3,5] диагностических параметров и(и1,.,ип) предназначается для определения работоспособности - ир (ир1,...,ир1,...,ирп), поиска места отказа (дефекта) иПд(иПд1,...,иПд1,...,иПдп), ипдси и
прогнозирования состояния системы ипр (ипр1,., ипр1,..., ипрк). Как правило, в большинстве своем представленные три подмножества совокупностей ДП являются пересекающимися.
Совокупность ДП должна характеризоваться и определять: всю полноту контроля, возможности поиска дефектов и оптимизацию алгоритмов поиска; возможности прогнозирования поведения (состояния) объекта, возникновения повреждения (отказа) и, пожалуй, самое главное - это определять чувствительность к изменению состояния отдельных составных элементов (устройств) системы и составных частей и ходу течения деградационных процессов.
При выборе такой совокупности ДП необходимо также помнить, что процесс определения ДП связан с определенными экономическими затратами и поэтому эту совокупность ДП следует минимизировать, уменьшая ее информационную избыточность, при сохранении определенного качества диагностирования (полноты контроля, достоверности, возможностей поиска, прогноза, чувствительности).
Другой важной особенностью [3] выбора совокупности ДП является то, что, как правило, в сложных системах выходные параметры, которые могут характеризовать работоспособность и отражать состояние системы, стабилизируются путем применения обратных связей. Чувствительность цепей при применении обратных связей уменьшается, т.е. уменьшается степень отражения состояния системы. Необходимо отметить, что главной характеристикой совокупности ДП (как и одиночного ДП) должна быть чувствительность к изменению состояния системы, происходящего под воздействием деградационных процессов.
Таким образом, процесс выбора совокупности диагностических параметров можно разделить на следующие алгоритмические этапы:
1. Определение множества состояний S.
2. Выбор совокупности ДП - U(S)=U[U(Si).. ,U(Sn)] по заданным КПП ^max, 5U(Si) / <9S ^ max.
3. Минимизация совокупности U(S).
4. Синтез рациональных алгоритмов проверки работоспособности и поиска места дефекта (отказа).
5. Установление рациональных допусков на нормы параметров (НП).
Формализованные методы выбора совокупности ДП предусматривает построение и анализ математических моделей ОД и моделей его возможных дефектов. Эти модели позволяют в первую очередь установить взаимосвязь между состояниями системы, условиями и режимами ее работы, входными
сигналами и параметрами выходных сигналов. Таким образом, формулируется задача синтеза диагностической модели.
4. Классификация диагностических моделей. Как правило, у каждого сетевого объекта свое назначение, общее же у всех объектов одно - полное выполнение возложенных на объект функциональных задач. В процессе их создания вопросам формирования совокупностей ДП, подчас должного внимания не уделяется, хотя это необходимо для обеспечения контроля состояния объекта (системы).
Моделирование является одним из самых надежных методов и эффективных инструментов исследования, как простых, так и сложных систем, на всех этапах их жизненного цикла. Научное, определение «модель объекта» имеет точное семантическое (смысловое) содержание, а будучи дополнено сопровождающими определениями из обширного спектра классификаторов -становится предельно ясным понятием. Поэтому с учетом вышеуказанного, можно ограничиться определением, что модель объекта или процесса представляется [3,4,7,9] некой формализованной сущностью (например, множеством параметров и их взаимосвязей), характеризующей какие-либо определенные свойства реального объекта (процесса), представленные в приемлемой или наглядной форме. Здесь важно отметить, что между объектом и моделью существует связь: модель в основе своей отражает реальность объекта и позволяет в определенных пределах, близких к истине, имитировать свойства объекта, вызывающие у исследователя аналогичные ощущения и представления.
Диагностические модели (ДМ) - это [3,5,8] модели объектов, процессов диагностирования, т.е. их формализованные описания, которые являются исходными для определения и выполнения алгоритмов диагностирования. Иначе говоря, ДМ следует рассматривать как совокупность методов построения математической модели, определяющей также методику формирования
способов и алгоритмов определения состояния объекта. Диагностическая модель может быть задана в двух формах. Первая явная форма модели - это совокупность формальных описаний исправного и работоспособного объекта и всех его неисправных и неработоспособных состояний. Вторая неявная форма модели - представляет собой, в отличие от первой какое-либо только одно формальное описание объекта, математические модели его физических неисправностей и правила или алгоритм получения по этим данным других нужных описаний, характеризующих иные состояния. Как правило, задается математическая модель исправного ОД, на базе которой можно построить модели неисправных состояний.
Сетевые системы, как объекты моделирования, обладают функциональным разнообразием, конструктивной сложностью, широким спектром решаемых ими задач, высокой стоимостью отказов и высокой степенью автономности. Поэтому, распознавание, т.е. классификация моделей, как рациональных описаний, наиболее тесно связана с самими структурами объектов.
Учитывая вышесказанное, ДМ целесообразно делить [3] на следующие группы: 1. Непрерывные модели, представляющие объект и протекающие процессы в непрерывно меняющемся времени, которое является аргументом определенных функций. Непрерывные ДМ - это в основном алгебраические или дифференциальные линейные и нелинейные уравнения, включая передаточные функции. 2. Дискретные модели, определяющие состояния ОД для последовательности дискретных значений времени, как правило, без учета характера протекающих в промежутках процессов. Данные модели обычно представляются конечно-разностными уравнениями или конечными автоматами и используются для описания цифровых и импульсных устройств. 3. Гибридные модели, описывающие реальные объекты, включающие как устройства непрерывного действия аналоговые, так и импульсные (цифровые) устройства.
4. Специальные модели, характеризующие большую группу моделей, построение которых определяется самой спецификой объектов и особенностями диагностического обеспечения. К данной группе можно отнести функциональные модели, модели характеристик, информационных потоков..
Подчеркнем, что по методам представления взаимосвязей между состоянием объекта, его составными элементами и параметрами выходных сигналов, методы построения моделей можно разделить на логические, графоаналитические, аналитические и информационные.
5. Диагностические параметры объектов исследования. 5.1. Общие концептуальные соображения. Здесь, прежде всего, необходимо отметить, что выбор совокупности ДП для реализации одной или нескольких операций диагностирования представляет собой многоальтернативную задачу. В общем можно считать, что выбор совокупности ДП для решения задач диагностирования определяется рядом факторов, основными из которых [3,5] являются: 1) целевая функция объекта диагностирования; 2) стратегия его обслуживания; 3) задаваемый набор средств диагностирования; 4) время диагностирования; 5) стоимость средств диагностирования и самого процесса диагностирования.
Выбор ДП, как правило, осуществляется [3,5,7] на двух стадиях жизненного цикла системы: 1) на стадии проектирования сетевого объекта, когда
производится первичное определение целей и задач проектируемого объекта; 2) на стадии эксплуатации, когда возникает проблема совершенствования функционального использования, или улучшения показателей обслуживания, или необходимость повышения надежности в условиях эксплуатации. При этом характерным является то, что если на стадии проектирования общая задача выбора ДП решена оптимально, то на второй стадии остается незначительное поле деятельности. Но вся суть вопроса, на наш взгляд, как раз и заключается в том, что решить на стадиях проектирования и изготовления проблемы
диагностического обеспечения максимум оптимально практически весьма трудно, по причине различия критериев оптимальности.
Необходимо также учитывать, что условия эксплуатации систем (объектов) меняются значительно быстрее, чем технические условия на проектирование. Следовательно, то, что при проектировании и испытаниях представляется весьма удовлетворительным, что через короткий или длинный период функционального применения, может возникнуть потребность и в новых подходах, принципиально иных решений - методов и средств. Очевидно, что оптимальную, со всех этих точек зрения современную сетевую систему производства создать всегда очень сложно.
Все вышеуказанное говорит о необходимости совершенствовать диагностический анализ и выбор ДП на стадии эксплуатации, методологию и средства для решения диагностических задач. Подчеркнем еще раз - чем лучше, тщательнее и шире задача диагностирования решается на стадиях проектирования производства - тем полнее вопросы диагностирования будут реализованы при эксплуатации [3, 4, 5, 7,8]. Таким образом, выбор совокупности ДП является одной из самых основных задач диагностического обеспечения на всех стадиях жизненного цикла объекта.
Совокупность ДП зависит, прежде всего, от всех режимов диагностирования. Соответственно этому, можно говорить о совокупности ДП для определения состояний: функционирования; работоспособности; поиска дефекта
(повреждения); локализации места отказа при замене; поиска места отказа при ремонте; для контроля работоспособности (исправности) после проведения всего комплекса ремонтно-восстановительных работ. Определяющим фактором при выборе совокупности ДП является информативность - полнота проверок, характеризуемая соответствующим коэффициентом, а также стоимость СД, стоимость диагностирования и средств диагностирования. Поскольку в результате диагностирования системы она может быть признана
неработоспособной, а может и не быть (если не прекратилось функционирование), то большое внимание при формировании совокупности ДП занимает проблема выбора [2] номинальных значений и назначения допусков.
5.2. Возможные и целесообразные параметры ДП в электроэнергетике. Относительно сетевых объектов электроэнергетики отметим, что качество электроэнергии может изменяться [9] в зависимости от потребления ее в течение суток, т.е. при изменении нагрузки энергосистемы, возникновения аварийных режимов в сети, а также от колебания погодных и климатических условий. Снижение качества электроэнергии вызывает изменение режима работы электроприемников и, следовательно, ведет к уменьшению производительности рабочих механизмов, ухудшению качества продукции, сокращению срока службы электрооборудования, повышению вероятности аварий и т.д. Поддержание показателей качества электроэнергии в заданных пределах в энергосистемах обеспечивается автоматическим регулированием напряжения и автоматическим регулированием частоты, а также и работой с потребителями по выполнению последними режимов (графиков) потребления электроэнергии. Поэтому все вышеназванные аспекты могут быть включены в перечень ДП.
Как известно, надежность - свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значение эксплуатационных показателей. Из этого следует, что надежность изделия тесно связана с его работоспособностью. Основными показателями надежности являются: 1) безотказность; 2)
долговечность; 3) ремонтопригодность; 4) сохраняемость. Номенклатура показателей надежности, а также основные методы их расчета и экспериментального определения регламентированы соответствующими стандартами. Здесь, только кратко прокомментируем их суть, что позволит их рассматривать при выборе ДП.
Так, безотказность - это свойство системы, выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение
требуемого промежутка времени или требуемой наработки в конкретных условиях и режимах эксплуатации этого изделия. К показателям безотказности относятся: 1) вероятность безотказной работы; 2) средняя наработка до
первого отказа; 3) наработка на отказ; 4) интенсивность отказов; 5) гарантийная наработка.
Долговечность объекта и его подсистем характеризует его срок службы с учетом физического и морального износа до первого капитального ремонта, модернизации и списания. Основными показателями долговечности являются: 1) ресурс; 2) средний срок службы; 3) срок службы до первого капитального ремонта; 4) межремонтный срок службы; 5) срок службы до списания; 6) ресурс до первого капитального ремонта.
Ремонтопригодность - это свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей при техническом обслуживании и ремонте.
Сохраняемость - это свойство объекта сохранять обусловленные эксплуатационные показатели в течение и после сроков хранения и транспортирования, установленных в технической документации. Показателями сохраняемости являются: 1) срок сохраняемости; 2) средний срок сохраняемости.
Помимо названных выше показателей с надежностью, тесно связаны такие понятия, как исправность, неисправность, работоспособность, отказ, восстанавливаемость, расход сменных, ремонтных частей на единицу работы, выполняемой этим объектом.
Под качеством электроэнергии в общем смысле понимается [9,10] совокупность свойств энергии электрического тока, определяющих режим работы электроприемников: электродвигателей, нагревательных установок, осветительных приборов, радиоэлектронных устройств и других
электроустановок. Напомним, что существуют сети переменного и постоянного тока. Поэтому показатели качества электроэнергии, имеют и некоторые различия [9]. Показатели качества для: 1. Сетей однофазного переменного тока -отклонение частоты и напряжения, колебания частоты и напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения; для сетей трехфазного переменного тока - то же, что и для сетей однофазного тока, а также несимметрия фазных напряжений основной частоты (фазные напряжения не равны между собой и сдвиг по фазе отличен от 120°); 2. Для сетей постоянного тока - отклонение напряжения, колебания напряжения и коэффициент пульсации напряжения (отношение амплитуды переменной составляющей к выпрямленному напряжению).
Поясним, что означает отклонение частоты, колебания частоты, отклонение напряжения, колебания напряжения, несинусоидальность и т.д. Отклонение частоты означает разность между номинальным и фактическим значениями основной частоты, усредненная за 10 мин; в нормальном режиме допускается отклонение частоты в пределах ± 0,1 Гц, иногда разрешается временное отклонение частоты до ± 0,2 Гц. Под колебанием частоты понимается разность между наибольшим и наименьшим значениями основной частоты при скорости изменения ее не менее 0,2 Гц/сек; в нормальных условиях колебания частоты не должны превышать 0,2 Гц сверх указанных выше допустимых отклонений.
Отклонение напряжения - означает разность между номинальным и фактическим для данной сети значениями напряжения, возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения менее 1% в сек. Колебания напряжения представляет собой разность между наибольшим и наименьшим действующими значениями напряжения в сети, возникающая при достаточно быстром изменении режима работы, когда скорость изменения не менее 1% в сек. Несинусоидальность
формы кривой напряжения, т.е. несоответствие формы кривой гармонического колебания длительно допускается на зажимах электроприемника при условии, что действующее значение всех высших гармоник не превышает 5% действующего значения напряжения основной частоты.
В настоящее время Межгосударственным (для СНГ) стандартом “Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения установлены 11 показателей качества электроэнергии (ПКЭ): установившееся отклонение напряжения; размах изменения напряжения (величина резкого скачка напряжения в зоне ± 10% номинального напряжения); доза фликера (накопленное воздействие резких скачков напряжения с разными размахами, происшедших в течение установленного в стандарте интервала времени); длительность провала напряжения (кратковременной посадки напряжения ниже уровня - 10%); коэффициент искажения синусоидальности; коэффициент п-й гармонической составляющей; коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности; коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности; импульсное напряжение; коэффициент временного перенапряжения; отклонение частоты.
Как отмечается в [9] не на все перечисленные выше ПКЭ стандартом установлены нормы. В частности, установившееся отклонение напряжения (под этим термином подразумевается среднее за 1 минимальное отклонение напряжения, хотя процесс изменения действующего значения напряжения в течение этой минуты может быть совсем не установившимся) нормируется только в сетях 380/220 В, а в точках сетей более высокого напряжения оно должно определяться расчетом. Для провалов напряжения установлена лишь предельно допустимая длительность каждого провала (30 с) в сетях напряжением до 20 кВ и даны статистические данные об относительной доле провалов разной глубины в общем числе провалов, но не приводятся статистические данные о числе провалов за единицу времени (неделю, месяц и
т.п.). по импульсным напряжениям и временным перенапряжениям нормы не установлены, но дана справочная информация о возможных их значениях в сетях энергоснабжающих организаций.
По нормированным показателям качества электроэнергии устанавливает два вида норм: нормально допускаемые и предельно допускаемые значения. В течение 95% времени каждых суток (22 часа 48 мин.) фактические значения показателя не должны превышать нормально допускаемых значений. Остальные 5% времени (1 ч. 12 мин.) фактические значения могут быть выше нормально допускаемых, но не превышать предельно допускаемых.
Установлены следующие нормальные и предельные значения показателей: 1) допускаемые отклонения напряжения на выводах электроприемников -соответственно ± 5 и ± 10% номинального напряжения электрической сети; 2) допускаемые размахи изменения напряжения (для них установлены только предельные значения) определяют по приведенной в стандарте кривой в зависимости от частоты их повторения; 3) допускаемую дозу фликера рассчитывают по приведенным в стандарте формулам. Для этого показателя также установлено только предельно допускаемое значение (для большинства случаев равное 1); 4) допускаемые значения для коэффициента
несинусоидальности напряжения в сетях 0,38 кВ составляют 8% (нормальное) и 12% (максимальное), в сетях 6-20 кВ - 5 и 8%, в сетях 35 кВ - 4 и 6% и в сетях 110-330 кВ - 2 и 3%; 5) допускаемые значения гармоник напряжения определяют по приведенной в стандарте таблице в зависимости от номинального напряжения сети и порядка гармоники; 6) коэффициенты несимметрии по обратной и нулевой последовательности имеют одинаковые допускаемые значения: нормальное - 2%, максимальное - 4%; 7) допускаемые отклонения частоты равны соответственно ± 0,2 и ± 0,4Гц.
Такова краткая суть показателей качества электроэнергии, что важно знать
при выборе ДП сетевых объектов электроэнергетики, и использование которых в практической работе, будет повышать качество электроснабжения и эффективность энергосбережения [11] .
Принятие же решения о том или ином состоянии сетевой системы осуществляется [3,4,8] на основе собранной и обработанной соответствующим
образом информации и ее отображения. В автоматизированных системах, после операции управления, например, аварийного переключения, отображение осуществляется в виде, удобном для последующего органолептического восприятия и осмысливания его оператором, а впоследствии и вышестоящим специалистом. Проведению контроля работоспособности всегда предшествует проверка функционирования технической системы.
Вся совокупность ДП для определения функционирования выбирается для объекта или системы, управление которыми осуществляет оператор или информация, от которых используется непосредственно человеком. Например, в радиоэлектронике, к числу таких параметров можно отнести: параметры воспроизведения звука; 2) буквопечатание; 3) шумовой подсвет развертки индикатора и т.д. Отметим здесь, что органолептический метод проверки объектов на функционирование отнюдь не лишен возможностей выявления повреждений в системе даже в случае формально работоспособного изделия.
Для каждого сетевого объекта необходимо иметь перечень признаков, позволяющих выявить основные возможные допустимые состояния, характеризующие нормальное функционирование или потерю работоспособности. В ряде случаев часть параметров системы, которая не может быть проконтролирована визуально, должна контролироваться с помощью специальных средств диагностики и контроля, работающих в режиме «годен -негоден». Оптимизация всей совокупности параметров при контроле функционирования, как правило, не производится, но при необходимости она
осуществляется теми, же методами, которыми осуществляется выбор совокупности ДП для контроля работоспособности системы.
Литература
1. Варжапетян А. Г., Глущенко В.В., Глущенко П.В. Системность процессов создания и диагностики технических структур. - СПб.: Политехника, 2004.
2. Варжапетян А. Г. Обеспечение качества технических средств автоматизации.
- Л.: Машиностроение, 1984.
3. Глущенко П.В. Техническая диагностика. Моделирование в диагностировании и прогнозировании состояния технических объектов. - М.: Вузовская книга, 2004.
4. Глущенко П.В. Информационные технологии и интеграция систем управления. - СПб.: Судостроение, 2006.
5. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. - М.: Радио и связь, 1988.
6. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений. - М.: МИР, 1976.
7. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В., Глазунов Л.П., Ерастов В.Д. Автоматический поиск неисправностей. - Л.: Машиностроение, 1967.
8. Глущенко В.В. Прогностика: теоретические аспекты прогнозирования с использованием экономико-математических методов в принятии решений о качестве систем. - М.: Вузовская книга, 2009.
9. Кушнарев Ф.А. и др. Управление качеством продукции в электроэнергетике: Учебное пособие.- Новочеркасск: изд-во ЮРГТУ, 2000.
10. Закон РФ «Об электроэнергетике» от 26.03.03.
11. Дьяков А.Ф. и др. Менеджмент в электроэнергетике. - М.: МЭИ, 2000.
