CC BY
47
Следящая система автоматического регулирования толщины полосы.
Карандаев А.С.,Храмшин В.Р., Петряков С.А.
ліюїдїнтяш ілґі, е.е.
Рис. 5. Результаты моделирования САРТ сдополнительным задающим воздействием
тизм второго порядка по управляющему воздействию, т.е. позволяет свести скоростную ошибку при линейном изменении сигнала задания на перемещение НУ к нулю. При этом нет необждимости в дополнительной про -верке полученной системы регулирования с комбинированным управлением наустойчивость.
На рис. 5 в относительных единицах представлены кривые переходных процессов напряжения на выходах регулятора положения (кривая 1), корректирующего устройства (кривая 2) и ошибки регулирования толщины по управляющему воздействию (кривая 3) при линейном изменении сигнала задания с принятой выше скоростью =22,5 мм/с. Переждные процессы
получены при моделировании САРТ косвенного типа, с комбинированным управлением, структурная схема которой показана на рис. 4.
При моделировании, с целью увеличения устойчивости системы регулирования, передаточная функция корректирующего устройства вместо идеального дифференцирующего звена была заменена реальным дифференцирующим звеном:
к • р
1+Тк • р
(19)
где Гк=0,001 с - постоянная времени фильтра.
Анализ переходного процесса ошибки регулирования (кривая 3 на рис. 5) показал, что при заданной скорости изменения сигнала задания максимальное значение суммарной ошибки регулирования толщины
в относительных единицах равно 0,9, т.е. не превышает максимально допустимого по технологическим
требованиям (+1% или +0,06 мм).
Список литературы
1. Петряков С.А., КарандаевА.С. Коррекция задания на толщину «головы» полосы для САРТ стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» // Материалы 67-й научно-технической конференции: сб. докл. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. Т. 2. С. 60-63.
2. БасковС.Н., КарандаевА.С., ОсиповО.И. Энергосиловые параметры приводов и система профилированной прокатки слябов стана 2800 // Приводная техника. 1999. № 1-2. С. 21-24.
3. Карандаев А.С. Исследованиесистемы управления профилированной прокаткой слябов в черновой кпети топстопистового стана Ч. 1: Описание системы // Научные идеи В.А. Шубеню на рубежевеюв: меж^унф. науч.-техн. конф.: сб. ст. Екатеринбург: УГТУ, 1999. С. 40-47.
4. Hydrauic automatic gauge control // Davy McKee (Sheffield) Ltd. 1987. 10 p.
5. Петряков C.A., Карандаев A.C., Храмшин В.P. Основные принципы построения САРТ непрерывного стана горячей прокатки // Электро-тех нические системы и комплексы: межЕуз. сб. науч. трудов. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2008. Вып. 15. С. 142-149.
6. Расчет авгсматмческихсистем / А.В. Фатеев, А.А. Вавилов, Л.П. Смольников и др. М.: Высш шк., 1973. 336 с.
7. Терехов В.М. Непрерывные и цифровые системы угравления скоростью и положением электроприводов. М.: Изд-во МЭИ, 1996. 100 с.
8. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. 768 с.
Bibliography
1. Petrjakov S.A., Karandaev A.S. correction of the job for a thickness of «head» of a strip for CAPT a mill 2000 hot rolling of open joint-stock company «ММК» // Substances of 67th scientific and technical conference: a Sat. Doc. Magnitogorsk: state educational establishment of the high professional education «МГТУ», 2009. T. 2. With. 60-63.
2. Baskov S.N., Karandaev A.S., Osipov O. I. Power energy parameters of drives and system shaped slabbings of a mill 2800 // the Power-driven engineering. 1999. № 102. with. 21D24.
3. Karandaev A.S. exploration of a management system shaped slabbing in the plate mill roughing stand. 4.1: the System definition // V.A.Shubenko Scientific ideas on a boundary of centuries: international. tehn. konf.: a Sat. The item. Ekaterinburg: УГТУ, 1999. With. 40D47.
4. Hy drauic automatic gauge control // Davy McKee (Sheffield) Ltd. 1987. 10 with.
5. Petrjakov S.A., Karandaev A.S., Hramshin V.R. of construction thickness automatic control system (CAPT) of a continuous hot-rolling mill // Electrotechnical systems and complexes: Interhigh school. collected papers. Works. Magnitogorsk: state educational establishment of the high professional education «МГТУ», 2008. Issue. 15. With. 142-149.
6. Account of automatic systems / A.V.Fateyev, A.A.Vavilov, L.P.Smolnikov, etc. M: Hi. School, 1973. 336 with.
7. Terekhov V.M. Continuous and digital management systems of rate and a rule of electric drives. M: Publishers MEI, 1996. 100 with.
8. Besekersky E.A, Popov E.P. Theory of automatic control systems of regulatory type. M: Publishers «Science», 1975. 768 with.
УДК 621.317.31
Коваленко Ю.П., Чернышёв Г.В., Коваленко А.Ю., Корнилов Г.П., Николаев А.А., Иванов В.А.
ВЫЯВЛЕНИЕ НЕИСПРАВНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПРИМЕРЕ ОАО «ММК»*
сов. Технические устройства, из которых они состоят, вносят заметную погрешность в измерения, определяемую более чем тридцатью составляющими [1]. Частичное повреждение или полный отказ в работе аппаратных средств приводят к грубым ошибкам энергоучета.
Это относится, прежде всего, к многочисленному семейству счетчиков электроэнергии с устаревшей
Объемы элекгропотребления промышленного предприятия, его цежв и технологических агрегатов вычисляются по показаниям измерительных комплек-
* Работа проводилась прифинансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям (государственный контракт № 02.740.11.0755).
электромеханической конструкцией. Они имеют большую нормативную погрешность и весьма невысокую эксплу атационную надежность. Например, в энергоучете ОАО «ММК» используется свыше 6000 электросчетчиков. Из них - 90% являются индукционными. Длительность работы в классе не превышает 1,5-2 года. Но и микропроцессорные счетчики, как показывает практика [2], могут поставлять недостоверную информацию в результате воздействия электромагнитных полей промышленной частоты, электростатических разрядов, а также из-за конструктивных дефектов и функциональных недоработок.
Трансформаторы тока и напряжения привносят свои погрешности в результаты измерения. Причем погрешности, как в коэффициенте трансформации, так и угловая, имеют тренд на увеличение, поскольку магнитоэлектрические характеристики этих устройств ухудшаются со временем, в т.ч. под воздействием аварийных токов короткого замыкания. Но поверка (калибровка) оборудования не всегда выполняется, истинная величина погрешности оказывается неизвестной, а используются ее паспортные или справочные значения.
Точность замеров снижается в нестационарных режимах электроснабжения металлургических агрегатов. Инерционная механика индукционных счетчиков реагирует с запаздыванием на изменения токов от резко переменной нагрузки, созданной силовыми машинами прокатных станов и элекгродуговыми установками сталеплавильных цежв.
Все меры, направленные на повышение точности данных, сводятся в настоящее время к техническому обслуживанию, метрологическому контролю и надзору за средствами учета электроэнергии, к периодическим проверкам вторичных цепей. Не умаляя важности каждой из них, считаем целесообразным дополнить эту совокупность профилактических мероприятий непрерывным контролем качества учетной информации. Он позволит осуществить раннее выявление грубых ошибок в измерениях, повысить точность идентификации дефектного измерительного комплекса и, тем самым, создает предпосылки для сокращения времени нажж-
дения поврежденного прибора в системе учета.
Появление ошибочных данных в измерениях можно обнаружить в ранние сроки, если контрольные функции, разработанные на основе балансового метода [3], исполнять неоднократно на протяжении месяца. Такую вычислительную процедуру организовать несложно при наличии у предприятия автоматизированной системы учета электроэнергии. Основные затруднения возникают на этапе поиска неисправного измерительного комплекса. Специалисты не располагают типовой методикой выявления конкретного источника искаженных измерений.
Для выделения аномального значения небаланса мощности и последующего анализа вклада в него каждого из счетчиков используют правило «трех сигм» [4] или топологический метод оценивания со -стояния энергосистем [5]. Здесь важно отметить, что известные методы обеспечивают приемлемые результаты только в том случае, когда выборка имеет большие размеры и нормальное распределение [6].
Следовательно, перед использованием любого из указанных методов необходимо убедиться в допустимости приложения гипотезы о нормальном законе распределения к временным рядам небаланса мощности.
Такая проверка выполнена в системе учета электроэнергии ОАО «ММК» по трем критериям, а именно: Колмогорова-Смирнова, «омега-квадрат» и «кси-
квадрат» при помощи программы «Stadia» [7]. Выборки содержат значения небаланса мощности, усредненные на 30-минутных интервалах в пределах расчетного периода (месяца). Балансовые уравнения составляют для электростанций и подстанций, а также для отдельных секций шин распределительных устройств.
Тестирование показалэ, что результирующие уровни значимости трех критериев, в основном, не позволяют принять нулевую гипотезу о нормальном распределении (см. таблицу). Предварительные преобразования числовых массивов не всегда приводят к нормализации исследуемых распределений. Таким образом, можно констатировать, что условие, определяющее область применения отмеченных выше методов, не наждит гарантированного подтверждения в выборках небалансов мощности, подготовленных для узлов внутризаводской сети 10-220 кВ ОАО «ММК». Поэтому не исключена опасность внесения искажений в результаты достовери-зации измерительной информации системы учета электроэнергии металлургического предприятия.
Вместе с тем, для формализованного анализа небалансов мощности можно применить другие критерии, не требующие подтверждения соответствия распределения нормальному закону. Они подготовлены на основе трех известных выборочных характеристик эмпирического распределения: среднего, стандартного отклонения и коэффициента парной корреляции между небалансом и нагрузкой каждого из присоединений подстанции, представленных в балансовом уравнении. Сущность предложения заключается в целенаправленном отслеживании показателей динамики этих
Проверка выборок небаланса мощности на соответствие нормальному закону распределения
Электростан- Напряжение Распределение Нормализующее
ция, подстан- номинальное, отличается от преобразование
ция кВ нормального Функция Критерий
ПС № 4 220кВ да не известна -
ПС № 30 220/110 нет - -
ПС № 60 220/110/35/10 да sin(X) X2
ПС № 64 110/10 да не известна -
ПС № 77 110 да не известна -
ПС № 86 220/10 да >g(X) X2
ПС № 87 110/10 нет
ПС № 90 220/110 нет - -
ПС № 96 110/35/10 да sin(X) X2
ТЭЦ 110/35/10 да 1/Х X 2
ТЭЦ 10 да ln(X) Колмогоров
ТЭЦ 35 нет - -
ТЭЦ 110 да не известна -
ЦЭС 10 да sin(X) X2
ЦЭС 110 да ln(X) X2
Выявление неисправных измерительных комплексов расхода.
Коваленко Ю.П., Чернышёв Г.В., Коваленко А.Ю. и др.
характеристик во времени по конфигурации графиков скользящих значений.
Необждимость в скользящем усреднении обусловлена тем, что многие временные ряды небалансов мощности в узлах заводской сети металлургического предприятия представляют собой широкие вариации значений при средней за расчетный период величине, равной или меньше допустимого показателя. Например, все энергообъекгы, перечисленные в таблице, за исключением ТЭЦ и ЦЭС, имеют графики небалансов с коэффициентом вариации, превышающим 0,33. При этом фактический небаланс в отдельные моменты времени (и весьма часто) может быть больше его допустимой величины. Не исключено и обратное, когда текущие значения фактического небаланса, возросшие по причине выхода из строя счетчика, по-прежнему находятся в пределах допустимых границ.
Выделение тренда путем подавления случайных компонент, содержащихся в исхэдных графиках, достигается вычислением скользящего среднего [8]. Линейная кросскорреляция предназначена для исследования динамики взаимных регуляций временных рядов, т.е. для выявления величины и направления скрытой «шумом» причинно-следственной связи между небалансом и нагрузками.
Остановимся на этом подробнее.
Пусть первичными числовыми рядами X и У служат временные ряды длиной К, (/=1, 2, ..., N1) с равно -отстоящими значениями двух переменных 1) небаланса мощности ДР={ДРь ДР2,..., ДРт..., ДРК-1, 2) мощности нагрузки одного из присоединений подстанции, показания счетчика которого участвуют в уравнении баланса, Р={РЬ Р2, ...,Рт..., РК-1,РК}.
Тогда скользящие (]) средние арифметические значения, стандартные отклонения (8) и коэффициент парной корреляции (г^) при фиксированной ширине к (1<к<Л) прямоугольного окна вычисляются по известным формулам [9].
1 к
= — V X . ,
к£ ,+^
^=*1-
(х+./-1 - ху)2
1
у. =тХ у
'+.'-1
5 . =
уу
(у,+ ,-_1 - у,)2
к , = 1 5ху5уу
(х,+ /-1 - х,-)(У1 + ,-1 - у,) ■
(1)
(2)
(3)
Значения коэффициентов парной корреляции г^, рассчитанные для всех интересующих нас ] (1<т<Аг—к+1), составляют функцию кросскорреляции.
Важно отметить, что скользящие значения выборочных характеристик распределения небаланса мощности, в т.ч. и функции кросскорреляции, существенно изменяются при отказе в работе измерительного комплекса. Типичность поведения проявляется в форме монотонного и практически прямолинейного роста параметра по абсолютной величине в течение времени, равного половине или полной ширине окна усреднения, т.е.:
V у ^ Р ^ у + к; хр+1 - Хр > 0 V х^ - хр < 0, (4)
V У < р < У + к; 5хр+1 - 5хр > 0; (5)
к
Vу <р <у + Гхур+1 -Гхур >0 V Гх,р+1 -Гхур <0; (6)
(7)
Эти формальные признаки (4)-(7) могут быть представлены в качестве единого комплексного критерия для оперативного выявления грубых ошибок в измерениях и места искажения информации в технической системе учета электроэнергии.
Процедура достоверизации данных, проводимая с его помощью, является более строгой, четкой и конкретной, чем в случае применения расчетной величины допустимого небаланса в качестве порогового значения
Приведем пример отслеживания достоверности данных учета электроэнергии на присоединениях 3 секции 10 кВ подстанции № 70 ОАО «ММК» с использованием (4)-(7).
В каждый / момент текущего времени вычисляются небалансы мощности ({АР[}, 1<1<Л) с дискретностью в 0,5 ч на глубину архива Т (ч) по информации, поступившей в автоматизированную систему контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) со счетчиков. Его значения образуют конечный временной ряд ДР={ДР1, ДР2,..., ДР1,..., ДРК-1, ДРК}, где Л=2Т.
Члены этого ряда используются для расчета двух последовательностей - скользящего среднего и стандартного отклонения небаланса при ширине окна усреднения к<Л. Размер окна выбирается в пределах от 3 до 12 ч, что соответствует 6-24 интервалам при 30-минутных значениях мощности в графике небаланса. В нашем примере к=12.
Для каждого из 18 присоединений (8) балансируемого узла сети из базы данных АСКУЭ извлекается фрагмент непрерывного графика нагрузки {р81}, ограниченный рамками того же интервала времени Т.
Вычисляется последовательность значений коэффициента парной кросскорреляции между небалансом и нагрузками присоединений.
Если измерительная система соответствует метрологическим правилам и нормам, то графики этих трех последовательностей, построенные вдоль оси времени, фиксируют наличие знакопеременных и малых по величине приращений статистических параметров. Участок графиков, изображенных на рисунке, между метками № 1 и № 40 оси времени, подтверждает исправное состояние технической системы учета. Здесь следует отметить, что теснота корреляционной связи небаланса с нагрузками каждого из присоединений подстанции находится, в основном, на уровне «слабая» и «очень слабая» (|г|<0,2, тогда как критическая величина этого коэффициента находится в диапазоне 0,45-0,55 при числе степеней свободы у=11 и доверительной вероятности q=0,95 [9]).
Неисправность, возникшая в измерительном ком -плексе присоединения ф. 70-46, автоматически отра-
Остановка счетчикаф.7046 | счетного механизма к і . /\
^ф7046 Нггрузка
nc.NS7Q Зс10кВ Небалгнс: -текущее знамение ^^-скользящее среднее у-стандартнее отклонение
Л И l \ * . /і \/ I \ I ч Л*і Г і У л Л 1 — 4—агл—LA г\ і vl_
1 5 9 1З 1T 21 25 29 ЗЗ З7 41| 45 49 5З 5T 61 65 | 69 j V ■ і 1 З TT З1 З 39 9З 9T 101 105 109 11З 11T 121 125 129 1З
Интервал эпизодических 1 зацепов сметного механизма | предшествующих его 1 остановке I V Коэффициент гарной корреляции между небалансом и нагрузкой ф.70-46
1 1
Число 5-минутных интервалов времени
Статистические характеристики при небалансе мощности
жается на динамике скользящих параметров (см. рисунок). Среднее и стандартное отклонение небаланса монотонно увеличиваются, начиная с метки 73, при сохранении неизменным знака у приращения. Устойчивое проявление этих количественных и качественных признаков сигнализирует о присутствии грубых ошибок в учетной информации.
Характерные изменения происждят с абсолютной величиной коэффициента парной кросскорреляции между небалансом и нагрузкой этого присоединения. Этот коэффициент возрастает с 0,2-0,4 до 0,8-0,9 и более, тогда как корреляционная связь для других присоединений (с исправными приборами учета) сохраняется на прежнем низком уровне. Переход к «сильной» и «очень сильной» корреляции с последующим ее глубоким ослаблением (вид «шипа» на графике) указывает на возможное место генерации искажений в измерениях расхода электроэнергии.
Контрольный отрезок времени для анализа скользящего среднего равен ширине окна (см. рисунок, между метками 73-85), а для стандартного отклонения и коэффициента корреляции - в 2 раза меньше (см. рисунок, между метками 73-79).
С высокой вероятностью можно утверждать, что источник грубых ошибок в данных энергоучета окончательно выявлен, если совпадает во времени начало «кризисных» изменений на графиках скользящих значений среднего, стандартного отклонения, коэффициента парной кросс корреляции и нагрузки присоединения предпо -ложительно с дефектным измерительным комплексом.
Так был выявлен поврежденный счетчик ф. 70-46. При дефектологическом исследовании этого прибора обнаружена причина его неисправности - заклинивание счетного механизма на переходе с числа 9999,9.
Дополнительно отметим, что первые проявления эпизодических сбоев в работе счетного механизма, предшествующие остановке счетчика, можно увидеть только на графике коэффициента кросскорреляции. Они располагаются между метками 42 и 67 (см. рисунок).
Разработанный способ обнаружения источника грубых ошибок в измерениях элекгропотребления внедрен в технологию ежесуточных проверок досто-
верности данных системы автоматизированного учета электроэнергии ОАО «ММК».
Успешно и в короткие сроки выявлены измерительные комплексы, имеющие следующие дефекты: 1) остановка счетчика под нагрузкой; 2) отказ счетчика в работе в момент подачи напряжения на электроприемник; 3) эпизодические пропуски в генерации импульсных сигналов или избыточное «мерцание» телеметрического блока счетчика; 4) разрушение передающего устройства счетчика;
5) ослабление контактов в измерительных цепях на клеммных сборках; б) замыкание между витками обмотки трансформатора тока; 7) размыкание одной фазы вторичных измерительных цепей «трансформатор напряжения - счетчик» контактами блокировки
КСА и др.
Список литературы
1. Загорский Я.Т., Комкова Е.В. Границы погрешности измерений при расчетном и техническом учете электроэнергии // Электричество. 2001. № S. С. 14-17.
2. ГуртсвцевА, БорцаевВ., ЧижонокВ. Электронные счетчики. Доверять или проверять// Новости электротехники. 2005. № 1 (31); № 2 (32).
3. Т иповая инструкция по у чету электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении: РД34.09.101-94. М.: Служба передового опыта ОРГРЭС, 1995. 41 с.
4. Налимов В.В. Применение математической статистики при анализе вещества. М.: Физматгиз, 1960. 430 с.
5. ГаммА.З. Обнаружение недостаточно достоверных данных при оценивании состояния ЭЭСс помощьютопологического анализа// Электричество. 197S. № 4. С.1-8.
6. Колосок И.Н., Евдокимов Е.Ю. Повышение достоверности измерительной информации в системе учета электроэнергии крупного промышленного предприятия на основе статистических методов обработки данных // Промышленная энергетика. 2009. № 12. С.27-34.
7. КулаичевА.П. Методы и средства анализа данных в среде Windows. Stadia 6.0. М.: InCo НПО «Информатика и компьютеры», 199S. 26S с.
S. ДуброваТ.А. Статистическиеметоды прогнозирования. М.: ЮНИТИ-
ДАНА. 2003. 206 с.
9. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических
формул. М.: Высш шк., 19S2. 224 с.
Bibliography
1. Zagorsky Y.T., Komkova E.V. The boundaries of the measurement error at design and technical account of electricity // Electricity. 2001. No S. P. 14-17.
2. Gurtovtsev A., Bondarev V., Chizhonok V. Electronic counters. Trusted or verified // News of Electrical Engineering. 2005. No 1 (31); No (32).
3. Typical instructions for electricity metering in its production, transmission and distribution: RD34.09.101-94. M.: The service excellence ORGRES. 1995. 41 p.
4. Nalimov V.V. Applcation of mathematical statistics in the analysis of the substance. M: Fizmatgiz, 1960. 430 p.
5. Gamm A.Z. Detection of incorrect data when evaluating EPS using topological analysis // Electricity. 197S. No 4. P. 1-S.
6. Kolosok I.N., Evdokimov E.Y. Increasing the reliability of measurement data in the metering of large industrial enterprises on the basis of statistical data processing methods // Industrial power engineering. 2009. № 12. P. 27-34.
Kulaichev A.P. Methods and data analysis tools in Windows/Stadia 6.0. M.: InCo NGO «Information and Computers. 199S. 26S p.
Dubrova T.A. Statistical forecasting methods. M: UNITY-DANA. 2003. 206 p. Lvovsky E.N. Statistical methods for constructing the empirical formulas. M.: Graduate School. 19S2. 224 p.
7.
S.
9.
