Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Диагностика оборудования систем электроснабжения. Учебное пособие
.pdf
122
Количественными показателями надежности функционирования
оператора являются:
вероятность безошибочно-безотказного выполнения предписанного
способа функционирования
f
A
- при условии, что учитывается
возможность возникновения как ошибок F, так и устойчивых отказов
S, но отсутствует их восстановление:
/,
f
P A F S
; (3.10 )
вероятность правильного выполнения способа функционирования
f
A
при условии, что учитывается как возможность возникновения
ошибок F и устойчивых отказов S, так и возможность их устранения:
, , / ,
f F S
P A U U F S
; (3.11)
вероятность правильного выполнения способа функционирования
f
A
при условии, что учитывается как возможность возникновения
ошибок F и устойчивых отказов S, так и возможность их устранения
с ограничениями на время устранения ошибок
F
и отказов
S
:
, , , , / ,
f F S F S
P A U U F S
. (3.12)
Выходными устройствами ЧО являются речь и органы движения. С
помощью речи можно решать только ограниченное число задач. Наиболее
эффективными средствами являются управляющие движения рук, с
помощью которых человек воздействует на ОД и управляет работой ТСД
через панель оператора.
123
Руки человека могут двигаться со скоростью от 5 до 80 см/с.
Важнейшей чертой двигательного развития человека является
функциональное разделение левой и правой рук. По моторным функциям в
90% случаев правая рука оказывается ведущей, но по уровню различения
статических напряжений, по осязанию - левая.
Характеристики человека-оператора взаимосвязаны. Время
прохождения сигнала через схему (рисунок 3.10), складывается из
интервалов времени задержек в каждом элементе:
1
n
Зi
i
, (3.13)
где
i
- время задержек в i-м элементе;
п - число функциональных элементов.
Наиболее существенной составляющей в этой сумме является время
ответной реакции ЧО, которое составляет 0,11...10 с. Это время
складывается из двух частей: времени от появления сигнала до начала
ответного движения и времени самого движения.
Первая составляющая зависит от того, на какой анализатор он
воздействует, а также от характера обработки информации человеком.
Время ответной реакции также зависит от состояния ЧО, его обученности
и тренированности. В реальных условиях ЧО приходится реагировать на
множество сигналов, выполняя операции выбора. Время ответной реакции
в этом случае увеличивается.
Изменить характеристики ЧО в сторону их улучшения можно путем
обучения и тренировок. Эти же меры приводят к сокращению времени
ответной реакции и уменьшению ошибок.
В таблице 3.1 приведены усредненные данные о скорости моторных
реакций, наиболее характерных для ЧО.
124
Таблица 3.1 - Данные о скорости моторных реакций, характерных для ЧО
№
Виды движения
Скорость движения
1
Перемещение рычагов управления
9…17см/сек
2
Вращение рукоятки штурвала
1,5…5,5см/сек
3
Удары пальцами по клавишам
3…5см/сек
Моторная реакция человека оценивается размерами моторного поля,
формами траектории движения, скоростью, силовыми усилиями,
точностью движений, энергетическими затратами.
Под моторным полем подразумевают пространство, в котором
осуществляется моторная деятельность ЧО. В моторном поле различают
оптимальную и максимальную зоны.
Границей максимальной зоны является поверхность, которой может
достигнуть человек ростом 162 см кончиками пальцев рук и ног при
фиксированном положении туловища.
Оптимальная зона определяется как область с минимальными
затратами энергии и времени, для нес характерна и наибольшая точность
движений. Оптимальная зона располагается на уровне груди и на удалении
от нее до 30см.
Траектории движений могут быть самыми разнообразными, однако
предпочтительны плавные эллиптические и круговые движения. Точность
движения конечностями (без зрительного контроля) определяется
дифференциальными порогами анализатора.
Наибольшая чувствительность по направлению и размаху движений
достигается в зоне с пространственным углом 50...60° от средней точки тела
и на расстоянии от нее 15...35 см.
125
Точность попадания рукой в нужное место на пульте управления для
опытного ЧО составляет в средней зоне ниже груди 0,5...2,5 см, а на
предельных удалениях в максимальной зоне достигает 20...30 см.
Наиболее точно оценивается амплитуда движений в пределах
8...12см. Одновременное движение рук и ног понижает точность и
ухудшает координацию.
Показатели позволяют сформулировать ряд требований, которые
должны быть удовлетворены при проектировании пульта (панели) ЧО:
размещение органов управления в оптимальной моторной зоне;
порядок расположения должен соответствовать алгоритму работы
ЧО;
согласование направления их движения с изменением регулируемых
величин: перемещение органа управления от себя, вверх, вправо
способствуют включению, пуску, увеличению координаты; нажатие
верхних, передних и правых кнопок должно вызывать включение,
пуск, увеличение;
размеры и форма органов управления должны быть удобны для
захвата и приложения усилий.
Рассмотренные характеристики элементов СДЭО следует учитывать
при решении проектных задач создания системы диагностирования.
ГЛАВА 4
ПОСТРОЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Обеспечить требуемый уровень приспособленности
электроэнергетического оборудования к диагностированию можно только
126
в том случае, если уже с первого этапа проектирования электроустановок
(ЭУ) будут учитываться требования технической диагностики.
Анализ объекта диагностирования (ОД) с целью определения его
состояния предполагает построение математической модели.
Теоретический анализ ОД при решении задач диагностирования
предполагает идеализацию, которая абстрагирует выбранные
существенные свойства объекта.
Реальный объект при этом заменяется диагностической моделью
(ДМ).
Оценка состояния ЭУ осуществляется по диагностическим признакам
(параметрам и характеристикам). В качестве диагностических параметров
принимаются параметры ДМ.
Выбор или построение адекватной ДМ имеет существенное значение
для оценивания состояния ЭУ.
Нормативный документ определяет ДМ как формализованное
описание ОД, необходимое для решения задач диагностирования.
Описание объекта представляют в аналитической, табличной,
векторной, графической или другой форме.
Диагностическая модель определяет зависимость выходных
параметров объекта от его структурных параметров и входных сигналов.
На практике в некоторых случаях ДМ учитывают время.
ДМ могут иметь различный вид. Для описания ЭУ применяют
алгебраические уравнения (линейные и нелинейные), дифференциальные
уравнения, передаточные функции, характеристические уравнения, графы,
диаграммы прохождения сигналов и булевы функции.
4.1 Классификация непрерывных диагностических моделей
127
Под электроустановкой (ЭУ) или объектом диагностирования (ОД)
понимается динамическая система, у(t) преобразующая совокупность
входных воздействий X (t) = {хi (t)}, где i =1,…п в совокупность выходных
реакций Y (t) = {yi, (t)}, где j = 1,…m (рисунок 4.1).
Рисунок 4.1 – Структурная схема объекта диагностирования
Входные воздействия на ОД включают рабочие и тестовые сигналы,
и помехи. Совокупность внутренних переменных Z(t) = {zy (t)},
где у = 1,…k представляет собственные параметры объекта, определяющие
его свойства как преобразователя Х(t) в Y(t), т.е. T(t) = Z(t) X(t).
Если зафиксировать входные воздействия в установленных пределах,
то выходная реакция ОД должна быть в пределах области
работоспособности в случае работоспособного состояния ЭУ.
Если же при нормальном входном сигнале Y(t) выходит за
установленные пределы, то произошли изменения свойств ОД, связанные с
изменением Z(t).
Поскольку требуется выбрать диагностические признаки ОД, когда
он еще физически отсутствует, то для этой цели приходится использовать
модель или модели ЭУ.
Под моделью понимают упрощенный абстрактный или физический
образ реального объекта (оригинала), подлежащего изучению.
Следовательно, модель - приближенная копия оригинала, отображающая
его определенные свойства, наиболее важные с точки зрения проблемы
диагностирования ЭУ.
128
На практике разрабатывают такие модели, которые представляют
собой гомоморфный (частично соответствующий) образ ОД и изоморфный
(полностью соответствующий) образ изучаемых свойств и характеристик
электроустановок.
На практике аппарат булевой алгебры применяют для определения
работоспособности и поиска дефектов в дискретных ОД. Такими
объектами являются системы управления ЭУ, регулирования и защиты
трансформаторов (Тр), электрических машин, воздушных линий (ВЛ), а
также система контроля и проверки цепей релейной защиты автоматики.
В связи с большим разнообразием элементов ЭУ, как по назначению
и режимам использования, так и по принципам построения и конструкции,
разработчикам систем диагностирования электроэнергетического
оборудования (СДЭО) приходится использовать большое число различных
ДМ.
Чтобы облегчить выбор вида ДМ для конкретного оборудования на
стадии его разработки, целесообразно классифицировать эти модели. Из
всех возможных принципов построения системы классификации приведем
классификацию ДМ, основанную на методах их анализа.
Такая классификация позволяет ориентировать разработчика при
выборе ДМ на определенные методы их анализа и соответственно на
использование конкретного математического аппарата.
По методам представления связей между состояниями объекта, его
элементами и параметрами все ДМ, которые могут найти применение для
описания ЭУ, разбиваются на три группы: непрерывные, дискретные и
специальные. Рассмотрим первую группу моделей ОД.
Непрерывные диагностические модели (НДМ). Непрерывными
моделями оборудование представляют в том случае, когда
рассматриваемые в ЭУ процессы протекают непрерывно или в непрерывно
129
изменяющемся времени, которое является аргументом соответствующих
функций. НДМ объединяют линейные и нелинейные алгебраические и
дифференциальные уравнения, передаточные функции и
характеристические уравнения.
Алгебраические уравнения. Простыми НДМ являются линейные
алгебраические уравнения, описывающие установившиеся (статические)
процессы. Коэффициенты этих уравнений являются параметрами,
характеризующими состояние ОД. Задача диагностирования сводится к
оцениванию коэффициентов и сравнению с допустимыми значениями.
В общем случае такая модель записывается в виде:
Y = AX, (4.1)
где X - совокупность входных воздействий; Y - совокупность реакций ОД;
А - оператор преобразования X в У;
X={xi}, I=1,n; Y={yi}; j=1,m;
11 1
1
...
... ...
...
n
m mn
aa
A
aa
(4.2)
Если a
i j
= const, то ОД описывается линейными алгебраическими
уравнениями, если a
i j
= f(x), то - нелинейными уравнениями.
Состояние ОД оценивает оператор А, структура и параметры которого
определяют показатели качества работы объекта. При этом задачи контроля
работоспособности и поиска дефектов решаются контролем соответствия
действительного оператора А требуемому А0.
В случае активного сопротивления (рисунок 4.2) уравнение (4.1):
1
IU
R
, (4.3)
( 3)
130
где 1/R = а- коэффициент уравнения.
Задача анализа таких моделей сводится к определению
коэффициентов, а
i j
, которые являются прямыми диагностическими
параметрами.
Рисунок 4.2 – Схема цепи модели ОД 1
Дифференциальные уравнения. Широкое применение для описания
процессов функционирования электроэнергетического оборудования
получили дифференциальные уравнения. Коэффициенты
дифференциальных уравнений являются диагностическими параметрами,
которые позволяют выявить дефекты ОД, появляющиеся в динамических
режимах.
Задача диагностирования состоит в определении коэффициентов
дифференциального уравнения (передаточных коэффициентов и
постоянных времени) и сравнении их с допустимыми значениями.
В общем виде такие НДМ для динамического ОД с одним входным
воздействием х(t) и одним выходным сигналом y(t) имеют вид:
00
( ) ( )
ii
nm
ij
ij
ij
d y t d x t
ab
dt dt
(4.4)
с некоторыми начальными условиями:
____
0
()
, 0,
y
y
t
d y t
n
dt
, (4.5)
131
где аi, и bj - коэффициенты (прямые диагностические параметры)
уравнений, если т<п.
Такое представление универсально, т.к. если коэффициенты аi, и bj
постоянны, то уравнение определяет поведение линейного динамического
ОД с сосредоточенными параметрами.
В случае зависимости коэффициентов от времени аi = ai(t) и bi = bi(t)
уравнение определяет поведение ОД с переменными параметрами, который
можно отнести к классу линейных нестационарных ЭУ. Если аi = ai(t) и bi
= bi(t), то уравнение является описанием нелинейного нестационарного
объекта; если аi = ai(y,t) и bi = bi(x,t)), то уравнение служит описанием
нелинейного нестационарного ОД.
На практике в двух последних случаях отсутствуют аналитические
методы решения дифференциального уравнения в общем виде даже для
известных функций аi(t), и bj(x).
Априорные сведения о процессах, происходящих в ОД, позволяют
упростить нелинейные уравнения и применять доступные методы анализа
линейных дифференциальных уравнений. Примером такой модели
являются уравнения, описывающие работу схемы (рисунок 4.3)
Рисунок 4.3 - Схема цепи модели ОД 2
при подаче на вход сигнала включения u=U0I(t)
0
i
i
d
R L U
dt
. (4.6)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]