CC BY
359
V. Обсуждение результатов
Результаты моделирования показывают, что полученная математическая модель в стационарном состоянии позволяет выявлять диагностическую взаимосвязь между диагностируемым дефектом (статическим эксцентриситетом) и диагностическим признаком (превышение тока на характерной частоте в спектре тока статора АД).
VI. Выводы и заключение
По результатам выполнения данной работы можно сделать следующие выводы.
1. Получена математическая модель АД, которая позволяет произвести моделирование работы АД в стационарном состоянии при различных значениях статического эксцентриситета ротора.
2. Математическая модель реализована в Simulink/Matlab. Математическая модель в стационарном состоянии ведет себя аналогично стандартным sps-моделям Simulink/Matlab из библиотеки SimPowerSystems. Результаты моделирования в Simulink/Matlab показывают, что полученная математическая модель АД в стационарном состоянии позволяет выявлять диагностическую взаимосвязь между диагностируемым дефектом (статическим эксцентриситетом) и диагностическим признаком (превышение тока на характерной частоте в спектре тока статора АД).
3. Имеется возможность совершенствования полученной математической модели для моделирования смешанного эксцентриситета ротора АД.
Список литературы
1. Петухов В. С. Диагностика состояния электродвигателей на основе спектрального анализа потребляемого тока // Новости электротехники. 2005. № 1 (31). С. 23-26.
2. Neelam Mehala. Detecting of bearing faults of induction motor using Park's vector approach // International Journal of Engineering and Technology. 2010. Vol. 2 (4). C. 263-266.
3. Thomson W. T. On-Line MCSA to diagnose shorted turns in low voltage stator windings of 3-phase induction motor prior to failure // IEMDC 2001. IEEE International Electric Machines and Drives Conference. DOI: 10.1109/IEMDC.2001.939425.
4. Вейнреб К. Б. Диагностика неисправностей ротора асинхронного электродвигателя методом спектрального анализа токов статора // Электричество. 2012. № 7. C. 51-57.
5. Сарваров А. C., Халикова А. Р. Актуальные проблемы диагностики электропривода переменного тока // Электротехнические комплексы и системы. 2012. № 20. C. 386-389.
6. Темников Ю. В. Моделирование асинхронного двигателя со статическим эксцентриситетом ротора // Технические науки в России и за рубежом: материалы III Междунар. науч. конф. М.: Буки-Веди, 2014. C. 62-66. 7. Пантель О. В. Методика расчета параметров асинхронного двигателя для моделирования режимов его работы в среде Matlab/Simulink // Academy. 2015. № 2 (2). C. 7-11.
8. Прудников А. Ю., Боннет В. В., Логинов А. Ю. Математическая модель асинхронного двигателя с эксцентриситетом ротора // Вестник КрасГАУ. 2015. № 6 (105). C. 94-97.
УДК 621.315
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ПРИ КОНТРОЛЕ И ДИАГНОСТИКЕ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ
PROSPECTS APPLICATION OF UNMANNED AERIAL VEHICLES IN THE CONTROL AND DIAGNOSTICS OF ENERGY OBJECTS
П. В. Беляев, А. П. Головский, Д. С. Садаев
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
P. V. Belyaev, A. P. Golovskii, D.S. Sadaev
Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. В работе рассмотрены перспективы применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для контроля состояния и диагностики воздушных линий электропередач и других энергетических объектов (градирен, зданий электростанций, охранных зон объектов), ветроэнергетических установок и станций, солнечных панелей и станций. Показан широкий спектр возможностей БПЛА: установка оборудования фото и видеофиксации, маневренность, способность приближаться к опасным для жизни человека объектам. БПЛА необходимо рассматривать как отдельные способы эксплуатации и диагно-
стики электроэнергетического хозяйства. Даны рекомендации по регулярному и единичному использованию БПЛА для решения широкого круга задач.
Ключевые слова: осмотр воздушных линий электропередач, беспилотные летательные аппараты, осмотр энергетических объектов.
DOI: 10.25206/2310-9793-7-2-18-24
I. Введение
Известно, что от качества и своевременности получаемой информации о состоянии высоковольтных линий электропередач зависит надежность работоспособности всего электросетевого хозяйства. Для получения актуальных данных о состоянии воздушных линий регулярно обслуживающий персонал воздушной линии производит осмотр. В осмотр входит диагностика воздушной линии: получение систематизированных и географически привязанных данных, фиксирующих отклонения от требований нормативной и технической документации в эксплуатации оборудования воздушных линий электропередачи (ВЛ), состояние охранных зон. Эта информации используется для объективной оценки технического состояний всех элементов линии (изоляторы, провода, подвесы, опоры, фундаменты); для выявления дефектов и их элементов, нарушений правил технической эксплуатации; для формирования плана ремонта и составления графика ремонта ВЛ [1].
Спектр применяемых методов осмотра сегодня достаточно широк. Это и осмотры с земли (пешие), и осмотры с применением моторизированной техники, и аэроосмотры с применением летательных аппаратов. Традиционные методы осмотра ВЛ нашли широкое применение [2] ввиду отсутствия альтернативных методов, в труднодоступных условиях (болотистая местность, горная местность, тундра, условия низких температур) они являются неэффективными и затратными.
В последнее время сделаны большие достижения в области беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Это ведет к проектированию и разработке беспилотных летательных аппаратов различных размеров, которые обладают повышенными возможностями обработки, памяти, хранения и связи на борту [3].
В странах Европы беспилотные летательные аппараты применяются для сканирования зданий на предмет осмотра и мониторинга с помощью цифровой камеры высокого разрешения. MAV оснащен системой управления полетом на основе микроконтроллера и различными датчики для навигации и стабилизации полета [4, 5].
II. Постановка задачи
Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) получили распространение в энергетики и с каждым годом находят все большее применение. Однако многие специалисты высказываются негативно с точки зрения эффективности данных осмотров и особенно диагностики из-за необходимости получения разрешения на полет для осмотра ВЛ [6] необходимости подготовки эксплуатационников с новым набором компетенций. При этом вопрос получения разрешения носит организационный характер и может быть решен.
БПЛА возможно рассматривать как самостоятельное средство для решения многих задач, связанных не только с осмотром ВЛ, но и газопроводов, зданий и сооружений, требующих подъема на высоту и т. д.
Главным критерием при выборе БПЛА является установленное на него оборудования, определяющего перечень решаемых в области электроэнергетики задач:
• воздушная диагностика объектов электросетевого хозяйства - воздушных линий электропередачи всех типов, трансформаторных и иных подстанций, распределительных пунктов и других объектов;
• аэрообследование инженерных сооружений: градирен, технологических корпусов электростанций, плотин гидроэлектростанций, ветроэнергетических установок, солнечных станций;
• осмотр градирен и естественных охладителей электростанций;
• тепловизионное обследование зданий и сооружений;
• оперативный учет состояния дымовых труб, запас угля в открытых хранилищах и т. п.
III. Теория
В данной статье рассмотрено использование беспилотной авиационной техники для аэродиагностики технического состояния ВЛ и ее элементов в ходе периодических и внеочередных осмотров, ремонтных и аварийно-восстановительных работ, а также перспективы применения БПЛА при осмотре и диагностике объектов энергетического хозяйства. Кроме того, рассмотрено применение БПЛА для мониторинга состояния ВЛ во время чрезвычайных ситуаций и для решения охранных задач. Аэродиагностика применима для решения следующих задач [7]:
• определение технического состояния ВЛ, выявление дефектов (рис. 1) [4];
• выявление нарушений правил и норм эксплуатации ВЛ;
• выявление нарушений в охранных зонах (рис. 2) [4].
Рис. 1 Выявление поврежденного изолятора
Рис. 2 Выявление нарушения охранной зоны ВЛ
Маневренность БПЛА позволяет сделать вывод об эффективности использования данного вида техники для верхового осмотра ВЛ. Энергетические объекты, в отношении которых выполняется осмотр с применением БПЛА, можно условно разделить на три группы:
• детальные: отдельные элементы опор, изоляторы, контактные соединения, фундаменты и т. д.
• групповые: непосредственно воздушные линии электропередачи;
• общие: охранная зона ВЛ.
Пользователями БПЛА могут быть как непосредственно внутренние службы организаций, эксплуатирующих ВЛ, так и сторонние организации, предоставляющие услуги по диагностике объектов электросетевого хозяйства или выполняющие инженерные изыскания. Кроме того, БПЛА могут применяться в интересах управляющих компаний и контролирующих органов. Причем речь идет не только об объектах энергетических компаний, но и о ведомственных электросетях.
Возможные варианты применения беспилотных авиационных систем выглядят следующим образом:
• инженерно-технические работники, ремонтные бригады могут быть оснащены мультикоптерами для решения локальных задач в ходе очередных и внеплановых осмотров, а также при выполнении АВР (верховой осмотр, выявление мест повреждений ВЛ, в том числе на труднодоступных участках (сильнопересеченная, заболоченная местность и т. д.));
• комплексная диагностика ВЛ выполняется как с применением БПЛА самолетного, так и мультиротор-ного типа;
• разовые работы большого объема для задач проектирования, кадастра и прочих аналогичных задач выполняются с помощью БПЛА самолетного типа.
Для нестандартных задач техническое оснащение и методы выполнения работ выбираются исходя из экономической целесообразности и технической эффективности.
Поскольку БПЛА применяются в любых условиях, возможно их применение для контроля технического состояния многих энергообъектов (рис. 3), в том числе находящихся в отдаленных районах [9].
а) контроль состояния дымовых труб
б) - контроль газопроводов и зданий Рис. 3. Варианты применения БПЛА для энергетического хозяйства
Применение БПЛА как способа контроля над техническим состоянием зданий, строений, сооружений электроэнергетики позволит значительно снизить объем предварительной информации для методики подготовки планово-предупредительных ремонтов.
В целях визуального обследования БПЛА могут применяться как при обследовании наземных сооружений, так и водных. Например, нетрадиционные источники электроэнергии - ветрогенераторы - могут размещаться на водоемах (рис. 4), площадь достигает нескольких десятков гектар, а в высоту каждый ветрогенератор может достигать 219 метров [11]. На сегодняшний день осмотр таких сооружений проводится с применением водного транспорта (рис. 5), что влечет за собою большие финансовые затраты, которые возможно снизить с применением БПЛА.
Рис. 4. Ветрогераторы, размещенные на водоемах
Солнечные панели размещаются на полях площадью несколько сот гектар. Большие площади усложняют процесс осмотра и дефектации солнечных панелей (рис. 6) [12], в том числе подъемом пыли от движения транспорта и ухудшением поглощающей способности поверхностей солнечных панелей.
Рис. 5. Обслуживание ветронгенератора с применением водного транспорта
Рис. 6. Солнечные панели солнечной станции
IV. Результаты экспериментов
Сегодня на БПЛА возможно установить следующее оборудование [9]:
1) фотооборудование;
2) видеооборудование;
3) тепловизор;
4) ультрафиолетовую камеру;
5) GPS-навигатор.
В зависимости от целей и постановки задачи возможно выбрать и оснастить БПЛА любым количеством оборудования, что позволяет производить контроль, осмотр и диагностику многих объектов энергетического и иного хозяйства (рис. 7).
Рис. 7. БПЛА с установленным оборудованием для съемки
Наибольшая эффективность диагностики ВЛ с помощью БПЛА достигается при комплексном подходе, когда получаемые данные обрабатываются и анализируются средствами геоинформационного программного обеспечения, а результирующая информация затем используется в системах управления предприятием. Данные аэродиагностики приобретают наибольшую эффективность, будучи представленными в геоинформационных системах и системах управления предприятием. Практически ценный результат дает технология, которая включает непосредственно технические средства (БПЛА, оснащенный определенным аэросъемочным оборудованием), методику выполнения работ, программно-аппаратные средства обработки, хранения и представления данных, метрологическое обеспечение, нормативную базу.
V. Обсуждение результатов
Применение БПЛА в энергетике в ближайшие годы будет существенно развиваться. БПЛА - это технически сложное изделие, требующее определенного уровня подготовки пользователей и культуры эксплуатации. Как показано выше, универсальных систем, способных охватить весь спектр задач по диагностике ВЛ не существует. Однако правильный выбор технического решения является залогом успешного решения рассмотренных задач по сбору пространственных данных о воздушных линиях электропередачи и об их техническом состоянии. Применение БПЛА должно производиться с соблюдением технологии выполнения работ для выбранного аэрометода диагностики. Подобные методики пока отсутствует. Наибольшая же эффективность аэродиагностики ВЛ с помощью БПЛА достигается при комплексном подходе, когда получаемые данные обрабатываются и анализируются средствами геоинформационного программного обеспечения, а результирующая информация затем используется в системах управления предприятием.
VI. Выводы и заключение
Для регулярного использования БПЛА для решения широкого круга задач потребуется оснащение эксплуатирующего подразделения необходимым оборудованием; обучение специалистов более широкого профиля; организация производственных процессов обработки и анализа пространственных данных аэрофотосъемки; применение управленческих технологий для решения задач предприятия.
Широкий спектр возможностей БПЛА: установка оборудования фото- и видеофиксации, маневренность, способность приближаться к опасным для жизни человека объектам и т. д. говорит о том, что необходимо рассматривать БПЛА как отдельные способы эксплуатации и диагностики электроэнергетического хозяйства.
Эффективность применения БПЛА по сравнению с традиционными методами осмотра энергетических объектов [9] представлена и доказана, эффективность может быть значительно повышена путем выбора и установкой соответствующего оборудования.
Применение БПЛА может выполнять дополнительные услуги в регионах, где проходят полеты, может обеспечить дополнительные рабочие места в удаленных регионах. В то же время, по экономическим соображе-
ниям, предприятие, эксплуатирующее ВЛ, может получать готовый аналитический материал по результатам аэродиагностики, выполняемой внешней организацией.
Список литературы
1. Арбузов Р. С., Овсянников А. Г. Современные методы диагностики воздушных линий электропередачи. Новосибирск: Наука, 2009. 135 с.
2. Байков И., Голубев П., Сизых Ю. Применение дистанционных методов при обследовании воздушных линий электропередачи // Электроэнергия. Передача и распределение. 2016. № 1. C. 56-59.
3. Imad J., Nader M., Jameela Al-J., Dharma A., Sheng Z. Communication and Networking of UAV-Based Systems: Classification and Associated Architectures // Journal of Network and Computer Applications. 2018. Vol. 3. P. 52-55.
4. Kurz J. Das virtuelle Bauwerk - Kombinierte skalenübergreifende Visualisierung von ZfPBau Ergebnissen // Fachtagung Bauwerksdiagnose - Praktische Anwendungen Zerstörungsfreier Prüfungen und Zukunftsaufgabe. 2012. Р. 45-50.
5. Eschmann C., Kuo C.-M., Kuo C.-Н., Boller C. Unmanned Aircraft Systems for Remote Building Inspection and Monitoring // 6th European Workshop on Structural Health Monitoring. 2019. Th.2. B. 1. Р. 213-217.
6. Валиев А. В. Опыт применения БЛА «Птеро-Е» для поиска мест аварии на ЛЭП // Кабель-news. 2009. № 11. C. 20-22.
7. Грядунов Д. А., Барков Р. Р. О выборе беспилотных авиационных систем для аэродиагностики воздушных ЛЭП // Вести в электроэнергетике. 2017. № 5 (91). С. 64-73.
8. Беляев П. В., Головский А. П. Контроль и осмотр высоковольтных линий электропередач с применением беспилотных летательных аппаратов в условиях крайнего севера // Проблемы машиноведения: материалы III Междунар. науч.-техн. конф., 23-24 апр. 2019 г. В 2 ч.Ч. 1. Омск, 2019. С. 234-238.
9. Косова А. Е., Кориков А. М. Применение видеокамер на борту беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для задач автоматического определения координат БПЛА // Электронные средства и системы управления: материалы XII Междунар. науч. практ. конф. Томск, 2016. С. 32-34.
10. Deng C., Wang S., Huang Z., Tan Z., Liu J. Unmanned Aerial Vehicles for Power Line Inspection: A Cooperative Way in Platforms and Communications // Journal of Communications. 2014. Vol. 9, no. 9. P. 687-692.
11. Энергоиформ-альтернативная энергетики. М., 2018. URL: http://www.energoinform.org (дата обращения: 15.04.2019).
12. Популярная механика. М., 2019. URL: https://www.popmech.ru (дата обращения: 17.04.2019).
УДК 629.064.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАРТЕРНОЙ СИСТЕМЫ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ НА ЕЕ РАБОТУ ПРЕДПУСКОВОГО РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
SIMULATION OF THE ELECTRIC STARTER SYSTEM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE START-UP TO STUDY THE IMPACT ON ITS OPERATION OF THE PRE-START BATTERY DISCHARGE
Б. В. Журавский1, А. В. Занин2, И. Н. Квасов2
'Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет, г. Омск, Россия 2Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
B. V. Zhuravsky11, A. V. Zanin2, I. N. Kvasov2 'Siberian State Automobile and Highway University, Omsk, Russia
2Omsk State Technical University, Omsk, Russia
Аннотация. Статья посвящена актуальной проблеме пуска автомобильного двигателя в условиях низких температур. Для повышения вероятности пуска двигателя в случае применения автономных средств предпусковой тепловой подготовки необходимо оптимальным образом распределять энергию аккумуляторной батареи на предпусковой и пусковой разряды. В рамках создания системы, автоматизированной предпусковой тепловой подготовки автомобильного двигателя, возникает необходимость проведения исследований влияния предпусковых разрядов аккумуляторной батареи на параметры, характеризующие функционирование электростартерной системы пуска. Методы исследования. Представлена математическая модель электростартерной системы пуска двигателя внутреннего сгорания. Модель реализована с помощью программного продукта Mathcad 15. Результаты. В результате моделирования ра-
