CC BY
23
Теплопотери,
Рис. 3. Значения тсплопотерь через трехслойное ограждение по месяцам Черный цвет — без драпирования конструкции, белый — при экранировании
ния теплопроводности с переменными граничными условиями удовлетворительно описывает процесс передачи тепла внутри стены при ее периодическом экранировании. Расчеты обосновывают целесообразность периодического экранирования наружной стены. Установлено, что
в зимний отопительный период максимальное уменьшение теплопотерь будет достигнуто при круглосуточном использовании экрана, например в виде настенных жалюзи. Летом, когда система напольного отопления отключена, экран будет зашишать помещение от перегрева.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Разумов Н.Ф., Муста Л.Г. Математическая модель переноса тепла при экранировании внутренней поверхности строительных конструкций / / Труды молодых ученых. Ч. I / СПбГАСУ. СПб., 2001. С. 62-65.
2. Самарский A.A. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. 656 с.
3. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. 3-е изд. М.: Наука, 1989.
УДК 621.315.1
Р. Г. Минуллин, Д.Ф. Губаев
КРИТЕРИИ И ИНДИКАТОРЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ГОЛОЛЕДА НА ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ ЛОКАЦИОННОМ ЗОНДИРОВАНИИ
Гололедные аварии на линиях электропередачи (ЛЭП) сопровождаются большими материальными потерями. Поэтому раннее обнаружение гололеда на проводах ЛЭП — актуальная техническая задача. Среди различных методов обнаружения гололеда наиболее прост, оперативен, надежен и дешев локационный метод,не требующий при технической реализации телемеханического канала для передачи информации о гололеде с целью его плавки на диспетчерский пункт [1—4].
В работе |5) приведены результаты физического моделирования влияния гололедных отложений на время распространения и затухания импульсных сигналов. Полученные пределы изменения этих параметров позволяют эффективно использовать современные рефлектометры серии РЕЙС.
В данной статье рассматриваются методика и условия применения рефлектометра для обнаружения гололеда на воздушных линиях электропередачи.
Импульсный сигнал при локационном зондировании линии электропередачи с неоднородностью на ней в виде гололедных отложений претерпевает определенные изменения, обусловленные влиянием изменения диэлектрической проницаемости е пространства между проводами линии с появлением гололеда. При этом увеличивается емкость Смежду проводами линии:
/¿л/г'
где / и г—длина и радиус проводов; а — расстояние между проводами.
Увеличение С влечет уменьшение волнового сопротивления линии
р=лД7с,
где £ — индуктивность линии, а также уменьшение скорости распространения сигнала по линии
У = 1 /уЛС.
Возникает дополнительное запаздывание импульса во времени из-за уменьшения скорости распространения сигнала и уменьшение амплитуды (затухание) из-за возрастания потерь в диэлектрике (гололедные отложения) вследствие его нагрева. Поэтому дополнительные запаздывание и затухание импульса могут быть критериями появления гололеда. Естественно, чем массивнее гололедная муфта на проводах линии электропередачи, тем больше изменение этих параметров. Тогда любая неоднородность линии, от которой отражаются зондирующие импульсы, становится репернойточкой при обнаружении гололеда.
Следовательно, для мониторинга гололелало-кационным зондированием необходимо наличие импульса, отраженного от какой-либо неоднородности линии, с возможностью надежной регистрации его дополнительного запаздывания и уменьшения амплитуды (затухания) пол влиянием гололеда.
Такими неоднородностями волнового сопротивления линии могут быть концы линий или ответвлений от нее, которые могут быть разомкнуты (режим холостого хода), замкнуты (режим короткого замыкания) или нагружены на обмотки трансформаторов. Это могут быть места присоединения ответвлений отлинии, места присоединения высокочастотных (ВЧ) заградителей, места присоединения кабельных вставок, места с ухудшенной изоляцией, некачественные спай-
ки проводов, загрязненные изоляторы, места обрывов и коротких замыканий проводов линии. Чем больше в месте нахождения неоднородности сопротивление линии отличается от волнового сопротивления, тем больше амплитуда отраженного импульса, тем легче выделить его на рефлектограмме (3,4].
Любая неоднородность лин и и при зондировании вызывает не только отраженный импульс, при этом появляется еше и импульс преломленный. Эти импульсы, порожденные неоднородностью, начинают распространяться по линии во все стороны, многократно отражаясь и преломляясь в местах существования неоднородностей, до полного своею затухания. Кроме того, из-за недостаточности ширины полосы пропускания фильтров присоединения на линиях электропередачи при зондировании короткими импульсами (несколько микросекунд) около основных импульсов появляются затухающие колебания (эффект контура ударного возбуждения).
В итоге рефлектограмма представляет собой весьма сложную картину, так как все возникающие импульсы и колебания сигнала суммируются и вычитаются по амплитуде, имея при этом различные амплитудные значения и временные сдвиги при разной полярности [3,4]. Вследствие чего расшифровать реальную рефлектограмму с целью диагностики состояния линии электропередачи весьма непросто. Поэтому среди возможного многообразия отраженных и преломленных импульсов необходимо выбрать наиболее "яркие", которые, имея большую амплитуду и легко выделяясь на обшем фоне, смогут служить индикаторами для обнаружения гололеда.
11ри появлении гололеда отраженные импульсы, выбранные в качестве индикаторов, начнут испытывать запаздывание во времени и уменьшение амплитуды. Эти изменения могугбытьобнаружены при сравнении путем вычитания из данной рефлектограммы предыдущей, которая быласнята при отсутствии гололеда налинии. На разностной рефлектограмме при отсутствии гололеда будут видны только сигналы шумов и помех небольшой амплитуды, гак как данная и предыдущая рефлектограммы идентичны при неизменности конфигурации электролинии и диэлектрических свойств среды между ее проводами.
С появлением гололеда на фоне шумовых сиг-налов и помех возникают разностные сигналы из-за неодинаковости анализируемых рефлектограмм.
Разностные сигналы тем больше, чем больше масса гололедных отложений на проводах электролиний. На основе этих данных можно будет принимать решение о начале плавки гололеда.
Рассмотрим в свете вышеизложенного типичные ситуации, встречающиеся на электролиниях, и проведем анализ их рефлектограмм.
Экспериментальные исследования условий обнаружения гололеда проводились на территории Бугульминских электрических сетей ОАО "Татэ-нерго". Измерения осуществлялись на конкретных действующих линиях, имеющих систему плавки гололеда, с помощью рефлектометра. Прослеживалась динамика изменения объема гололедных масс на проводах электролиний во время их плавки.
В [3,4] были показаны импульсные реакции неоднородностей линий электропередачи, которые могут использоваться в качестве индикаторов обнаружения гололеда. Одним из таких индикаторов достаточно эффективно служит импульс, отраженный от конца линии. Линия можетоканчиваться обмоткой трансформатора (при отсутствии высокочастотной обработки) или высокочастотным заградителем с ответвлением через конденсатор связи фильтра присоединения на аппаратуру релейной зашиты, системы телемеханики и связи (при наличии высокочастотной обработки). В любом случае в конце линии возникает неоднородность волнового сопротивления, от которой отражается зондирующий импульс рефлектометра. Если импульс отражается от обмотки трансформатора
при отсутствии высокочастотной обработки, то на экране дисплея он будет виден как четкий положительный импульс. При наличии системы ВЧ обработки форма отраженного импульса может быть искажена из-за суммарного воздействия на нее элементов ВЧ обработки линии.
В качестве реперных точек могут быть выбраны и другие неоднородности линии, если импульс, отраженный от них, имеет амплитуду, превышающую сигналы шумов и помех в канале, и достоверно обнаруживается на экране индикатора (дисплее).
Штатная ситуация, которая имеет место в обычных условиях, иллюстрируется рефлекто-граммой рис. 1, на котором показаны результаты зондирования действующей воздушной линии электропередачи между подстанциями Бу-гульма-500 и Азнакаево напряжением 220 кВ и длиной 56 500 м при отсутствии гололеда.
На линии имеется ВЧ канал для релейной защиты типа ДФЗ. Зондирование осуществлялось по схеме фаза-земля рефлектометром РЕЙС-205, который на подстанции Бугульма-500 присоединялся к ВЧ кабелю, отключенному от ДФЗ. На подстанции Азнакаево питание поста ДФЗ оставалось включенным.
На рефлектометре были установлены следующие параметры: амплитуда зондирующего импульса V— 22 В, длительность х = 8 мке, диапазон регистрации по дальности = 76 800 м, усреднение равно 15.
Зондирование осуществлялось треугольными импульсами в земляном канале, который
а) П/ст Бугульма-500
ПУст Азнакаево
б)
и
V*
Сигнал,
отраженный
отВЧЗ
—-«С
в-/, м
Рис. 1. Зондирование действующей воздушной линии 220 кВ длиной 56 500 м между подстанциями Бугульма-500 и Азнакаево: а — схсма линии; б— рефлектограмма линии без гололеда
создан одним из фазных проводов линии электропередачи, имеющим ВЧ обработку, и землей. Скорость распространения электромагнитной волны Ив таком канале несколько меньше скорости света. На рефлектограмме в точке А зондирующий импульс виден как прямоугольный (из-за ограничения по амплитуде в канале и на рисунке) с характерными затухающими колебаниями (эффект контура ударного возбуждения). В концелинии, вточке 6, виден отраженный от ВЧ заградителя импульс, который также сопровождается затухающими колебаниями сигнала. Между точками А и Б видны небольшие по амплитуде флуктуационные сигналы шумов и помехи. Параметры зондирующего импульса выбраны оптимальными для линии данной длины, поэтому импульс, отраженный вточке Б, явно обнаруживается на рефлектограмме среди помех, создаваемых системой релейной защиты типа ДФЗ.
При появлении гололеда время прихода импульса, отраженного от конца линии вточке Б, должно увеличиться. Это на экране рефлектометра проявится в кажущемся удлинении элект-
П/ст Бугульма-500
ролинии. На экране рефлектометра (локатора) происходит отсчет длины линии (пройденного расстояния) через время /, затраченное импульсом на этот путь при скорости света с', как / = с'/. При увеличении времени / за счет снижения V появляется как бы дополнительное "увеличение" длины линии А/. Поэтому при появлении гололеда на экране рефлектометра происходит отсчет кажущейся длины линии
1^1+М.
Была выполнена серия измерений в режиме усреднения 10—15 рефлектограмм для проверки их долговременной стабильности. ЛЭП напряжением 35 кВ и выше, как правило, имеют ВЧ обработку. В таких ЛЭП всегда присутствуют ВЧ сигналы систем релейной зашиты и автоматизации, систем телемеханики и связи, которые являются помехой при импульсном локационном зондировании ЛЭП. Поскольку эти сигналы асинхронные, то их уровень может быть снижен путем усреднения нескольких рефлектограмм.
На рис. 2 представлены результаты зондирования импульсами т = 4 мке и амплитудой 22 В
П/ст Письмянка
Усреднение 1
Усреднение 5 Сигнал.
отраженный от ВЧЗ
Рис. 2. Повышение качества рефлектограмм за счет увеличения кратности усреднения в случае присутствия помех от аппаратуры ВЧБ при зондировании действующей воздушной линии 220 кВ длиной 33 800 м между подстанциями Бугульма-500 и Письмянка
линии электропередачи между подстанциями Бугульма-500 и Письмянка напряжением 220 кВ и длиной 33 800 м, оборудованной системой релейной зашиты типа ВЧБ. Использовались фильтры присоединения ФПМ-3200 (ширина полосы пропускания в пределах от 76 до 1000 кГц), заградительные фильтры ВЗ-1000-0,6 и ВЧ кабели РК-103 длиной 200 м (рис. 2, а).
Согласно рефлектограмме рис. 2, 6при отсутствии усреднения импульсы, отраженные от конца линии в точке ¿, на фоне сигналов ВЧБ, которые для локационного зондирования являются помехами, абсолютно неразличимы. Но при усреднении, равном пяти, на рефлектограмме рис. 2, в вточке ¿'явно выделяется импульс, отраженный от высокочастотного заградителя ВЧЗ. Становится очевидным, что в линии сигнал помехи по амплитуде превышает отраженный импульс примерно в пять раз.
Процедура усреднения 10—15 рефлекто-грамм локационного зондирования Л ЭП при работающих ВЧ системах нами успешно применяется для выделения отраженных импульсов на фоне мешающих асинхронных помех.
Так как гололед обнаруживается путем сравнения рефлектограмм, полученных с разносом во времени при отсутствии и при наличии гололеда, то нужны сведения о стабильности рефлектограмм (неизменности их длины со временем) за этот промежуток времени, если не были изменены конструкция и конфигурация линии. Необходимо установить, можно ли пользоваться рефлекгограммами как эталонными, если они были сняты несколько дней назад при неизменной структуре линии электропередачи.
Для решения этой задачи нами были выполнены специальные измерения на линиях электропередачи напряжением 110 и 220 кВ.
Как пример на рис. 3 приведены результаты таких измерений на линии, соединяющей подстанции Бугульма-500 и № 14, напряжением ПОкВ и длиной 10 800 м. Зондирование осуществлялось импульсами т = 3 мкс и амплитудой 22 В. Линия оборудована системой плавки гололеда.
Исследования линии показали неизменность ее параметров и параметров систем ВЧ обработки в течение не менее 18 дней. Как видно на разностной рефлектограмме Д6Д/), представленной на рис. 3, г, после вычитания рефлектофамм рис. 3, б, г остаются только сигналы шумов и помех с небольшой амплитудой, дополнительные значимые сигналы не появляются. Кроме того, видно, что на уча-
стке рефлектограммы Д £/(/) после точки ¿сохраняется помехово-шумовой фон, значимые и явно выраженные сигналы отсутствуют. Это свидетельствует об отсутствии гололеда налинии.
Следовательно, можно утверждать, что рефлектограммы без обновления в базе данных в памяти микропроцессора могут сохраняться неизменными втечение нескольких дней. Этот период значительно короче времени нахождения гололеда на ЛЭП. Рефлектограммы при отсутствии гололеда могут обновляться вбазеданныхелю-бой заданной оператором периодичностью (минимальный период 1 с).
18 декабря 2007 года произошло обледенение проводов на линиях электропередачи Бугуль-минских электрических сетей между подстанциями Бугульма-500 и № 14, во время которого удалось снять несколько рефлектограмм с помощью прибора РЕЙС-205 при усреднении, равном шести. Условия зондирования такие же, как 28.01.2008 и 15.02.2008, т. е. х = 3 мкс, амплитуда импульса 22 В. Толщина стенки гололедной муфты составила 1 см.
На рис. 4, о приведена рефлектограмма, снятая после плавки гололеда и освобождения линии от гололедных масс. На концелинии вточке ¿хорошо виден положительный импульс, отразившийся от высокочастотного заградителя. Рефлектограмма, снятая при наличии налинии гололеда, показана на рис. 4, в. Теперь линия за счет запаздывания отраженного импульса "удлинилась" на величину Д/= 300 м (3 %) поотно-шению к точке ¿, и отраженный импульс уменьшился по амплитуде на 6 дБ, что соответствует модельным расчетам. Это признаки наличия гололеда на проводах линии.
Более явно признаки гололеда обнаруживаются на разностной рефлектограмме Д£/(/) рис. 4, г. где на конце линии вточке ¿поя вился сигнал колебательного характера (сигнал дополнительно усилен), который показывает различие в рефлек-тограммахлинии при наличии и отсутствии гололеда. Появившийся сигнал является четким индикатором наличия налинии гололедной муфгы.
Если линия свободна от гололедных масс, то такой сигнал вточке ¿на разностной рефлектограмме, представленной на рис. 3, <?, отсутствует.
Расчеты показывают, что общее затухание в линиях 35—220 кВ, достигающих длины 100 км с учетом затухания в элементах ВЧ обработки, не превышает 50 дБ, что с запасом перекрывается усилением рефлектометров серии РЕЙС (60—80 дБ).
Рис. 3. Режим ожидания гололеда на воздушной линии 110 кВ длиной 10 800 м между подстанциями Бугульма-500 и № 14: а — схема линии; б, в — рсфлсктограммы линии без гололеда; г— разность рефлектограмм в к б (ожидаемые из-за гололеда колебания сигнала в точке Б отсутствуют)
Рис. 4. Режим обнаружения гололеда на воздушной линии ПОкВ длиной 10 800 м между подстанциями Бугульма-500 и № 14: а — схема линии; рефлектограммы линии с гололедом (а) и без гололеда (б); г — разность рефлектограмм б иве колебаниями сигнала в точке Б
Таким образом, выполненные полевые исследования показывают, что предлагаемый способ обнаружения гололеда с помощью рефлектомет-ровсерии РЕЙС может успешно применяться на действующих ЛЭП при работающих системах релейной зашиты и противоаварийной автоматики. Рефлектограм.мы, полученные в условиях перекрестных помех на линиях напряжением 110 и 220 кВ, свидетельствуют, что после их обработки путем усреднения соотношение сигнал/помеха резко возрастает. Даже если асинхронная помеха превышает по амплитуде сигнал в пять раз, то после усреднения отраженный импульс достоверно выделяется и может быть использован в качестве индикатора гололеда для выработки управляющих команд. Рефлекто-граммы, снятые за несколько дней до появления гололеда, обладают достаточной стабильностью
параметров и могут использоваться как "уставки" (эталонные рефлектограммы). Обновление рефлектограмм в базе данных может осуществляться с минимальной периодичностью в 1 с. Чувствительность рефлектоме тров серии РЕЙС (лабораторная погрешность 0,2 % и динамический диапазон 60—80 дБ) достаточна для раннего обнаружения появления гололеда на проводах ЛЭП.
Выявленные в данной работе особенности процедуры локационного зондирования электролинии в условиях отсутствия и наличия на ее проводах гололедных образований являются основой для организации мониторинга гололедных отложений и позволяют при использовании цифровой техники создать автоматическое устройство для оперативного и дистанционного обнаружения гололеда на линиях электропередачи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шалыт Г.М. Определение мест повреждений линий электропередачи импульсным методом. М.: Энергия. 1968. 216 с.
2. Шалыт Г.М. Определение мест повреждения в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1982. 312 с.
3. Минуллин Р.Г., Фардиев И.III., Губаев Д.Ф. и др. Локационный мониторинг неолнородностсй распределительных электрических сетей // Электротехника. 2006. № 5. С. 210.
4. Минуллин Р.Г., Фардиев И.III. Локационная диагностика воздушных линий электропередачи.
Казань: Изд-во Казан, гос. энерг. ун-та, 2008. 202 с.
5. Минуллин Р.Г., Фардиев И.Ш., Петрушен-ко Ю.Я., Губаев Д.Ф., Мезиков А.К., Коровин AB.
Локационный способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи // Электротехника. 2007. № 12. С. 17—23.
6. Способ обнаружения появления гололеда на проводах линии электропередачи: Пат. 2402495 РФ, 20.02.2006. Приоритете 15.04.05 М. Кл. Н02 G7/16 / Минуллин Р.Г., Фардиев И.Ш., Петрушен-ко Ю.Я., Губаев Д.Ф., Мезиков А.К., Коровин A.B.
УДК 655:004.383.5
Е.С. Яковлева
АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАСТРИРОВАНИЯ ПРИ ДОПЕЧАТНОЙ ПОДГОТОВКЕ ОРИГИНАЛОВ
зия большого количества оттенков при печати слоем краски постоянной толщины.
Преобразование изображения в бинарное, где цвет каждого элемента либо черный, либо белый, представляет интерес для широкого круга задач, в число которых входит распознавание образов [2], контроль и анализ материалов, видеонаблюдение, видеокодированис [3] и др.
Чтобы напечатать цифровое изображение, его необходимо преобразовать в бинарную форму, поскольку печатное устройство имеет двоичный выход. Для этого служит Raster Image Processor (RIP), который осуществляет процедуру растрирования — алгоритмический процесс воспроизведения полутонового изображения малыми бинарными точечными элементами [1]. Именно так в полиграфии создается иллю-
