Информационно-измерительная система для электромагнитных испытаний шунтирующих реакторов Гнеденко, Владислав Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы. Развитие электроэнергетики страны характеризуется созданием мощных объединенных энергосистем, охватывающих большие по площади районы страны. При этом часто приходится передавать электроэнергию на значительные расстояния от мест генерации до мест потребления.

Передача реактивной мощности связана с рядом нежелательных явлений, приводящих к ухудшению технико-экономических показателей работы сетей системы и работе приемников электроэнергии при недопустимых отклонениях напряжения от номинальных значений.

Для снижения перетоков по сетям реактивной мощности применяются компенсирующие устройства, устанавливаемые в непосредственной близости от мест ее потребления или генерации. Повышенная генерация реактивной мощности возникает, как правило, на линиях сверхвысокого напряжения вследствие большой емкостной проводимости на землю. В качестве компенсирующих устройств здесь используются устройства индуктивного характера - реакторы.

Кроме того, шунтирующие реакторы выполняют функции обеспечения возможности непосредственного присоединения линии толчком к источнику питания на передающем конце, облегчения перенапряжений после сброса нагрузки или короткого замыкания, облегчения восстановления энергосистемы после короткого замыкания.

В настоящее время выпускаются шунтирующие реакторы без маг-нитопровода, со стержневой магнитной системой и с броневым магнито-проводом. Реакторы без. магнитопровода обеспечивают лучшую добротность, однако это приводит к увеличению их габаритов.

Одним из элементов контроля качества реакторов являются элек-громагнитные испытания. Большой объем испытаний, а также, преду-:мотренная стандартом, автоматическая регистрация результатов требуют разработки информационно-измерительных систем (ИИС), обеспечи-зающих цифровую обработку измерительной информации, предусматри-зающих возможность дистанционного управления процессом испытания эеакторов.

При электромагнитных испытаниях основными измеряемыми па-эаметрами являются: электрическое сопротивление, активная мощность, ;реднеквадратические значения напряжения и тока. В создании теоретиче-:ких основ и реализации средств измерения этих величин большой вклад шесяй ученые: Кизилов В.У., Куликовский К.Л., Мартяшии А.И., Орнат-:кий П.П., Попов B.C., Шахов Э.К. и другие.

Особенностями испытания реакторов в режиме измерения мощно-гги потерь являются низкий коэффициент мощности и наличие высших армонических составляющих в сигналах (у реакторов с магнитопрово-юм). Это предъявляет высокие требования к точности, быстродействию і широкополосное измерительных средств. Широкий диапазон значе-

ний электрического сопротивления обмоток реакторов, а также в требования к точности и быстродействию измерения требуют ее новых методов и средств измерения сопротивления с автоматизащ ределення установившегося режима в измерительной цепи.

В связи с этим разработка и исследование автоматизиро ИИС для электромагнитных испытаний шунтирующих реакторов < кими метрологическими характеристиками является важной и акту задачей.

Целью диссертационной работы является создание информ но-измерительной системы, позволяющей повысить производител электромагнитных испытаний шунтирующих реакторов и точності рения основных электрических параметров.

Для достижения указанной цели были поставлены и решеї дующие задачи:

проведен анализ методов электромагнитных испытаний і рующих реакторов и характеристик объекта исследования;

проведен анализ методов измерения электрического сопрс ния и разработан высокоточный метод измерения сопротивления о постоянному току;

проведен анализ методов определения постоянной време мерительной цепи и разработаны методы, обеспечивающие сокра времени измерения данного параметра;

проведен анализ методов измерения интегральных хара стик периодических сигналов сложной формы;

разработана методика оптимального выбора числа точе кретизации в зависимости от спектра сигналов, обеспечивающего і чение методической погрешности определения интегральных хара стик сигналов по их мгновенным значениям;

разработаны методы измерения интегральных характе{ сигналов, основанные на определении периода сигнала по совокуг его мгновенных значений при имитации изменения начальной фазі нала;

разработана структурная схема ИИС и проведен анализ пс ности системы в статическом и динамическом режимах;

реализована и внедрена ИИС.

Методы исследования. В работе использованы методы т электрических цепей, теории измерений, численного анализа и циф обработки сигналов. Для подтверждения результатов теоретическог< лиза использовались методы экспериментального исследования и м< рования.

Научная новизна. В результате выполнения данной работы теоретически выявлены и обоснованы, а также экспериментально подтверждены следующие положения:

методы измерения сопротивления обмоток реактора постоянному току, определения постоянной времени измерительной цепи по отдельным мгновенным значениям сигнала, измерения интегральных характеристик сигналов, основанные на определении периода сигнала по совокупности его мгновенных значений при имитации изменения начальной фазы сигнала;

классификация методов и средств измерения постоянной времени электрической цепи по времени функциональной связи с данным параметром;

методика выбора оптимального числа точек дискретизации в зависимости от спектра сигналов, обеспечивающего исключение методической погрешности определения интегральных характеристик сигналов по их мгновенным значениям.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

предложен метод измерения сопротивления обмоток реактора постоянному току и, реализующее его устройство, обеспечивающее повышение точности измерения;

предложена классификация методов и средств определения постоянной времени измерительной цепи г по времени функциональной связи с величиной г, позволяющая выбирать методы измерения данного параметра в зависимости от требуемого быстродействия;

разработаны методы измерения постоянной времени электрической цепи, состоящей из активного и реактивного элементов, обеспечивающие значительное сокращение времени измерения данного параметра;

получены аналитические соотношения для расчета погрешности основных методов измерения интегральных характеристик сигналов сложной формы по мгновенным значениям, позволяющие выбрать область их использования в зависимости от спектра сигналов и требуемой точности;

предложена методика определения числа точек дискретизации в зависимости от спектра сигналов, обеспечивающего исключение методической погрешности определения интегральных характеристик сигналов по их мгновенным значениям, что позволяет обоснованно подойти к выбору параметров разрабатываемых средств измерения;

разработана структурная схема ИИС, обеспечивающая высокую точность измерения и повышение производительности испытаний реакторов;

получены аналитические соотношения и графики для инженерного расчета метрологических характеристик ИИС.

Практическая реализация работы. На основе полученных в работе результатов разработана ИИС для электромагнитных испытаний шунти-

рующих реакторов, которая внедрена на АО "Трансформа г.Толъятти.

Апробация работы. Положения работы докладывались Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирг "Радиоэлектроника. Микроэлектроника. Системы связи и управлени Таганрог, 1997г.), на межвузовской научно-технической конфере "Математическое моделирование и краевые задачи" (г. Самара, 19 на международной научно-технической конференции "Надежность ; чество в промышленности, энергетике и на транспорте" (г. Саг 1999г.) и научно-технических семинарах кафедры "Информацис измерительная техника" Самарского государственного технического верситета.

Публикация. Результаты работы отражены в 4 статьях и 4 тез

докладов.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения тырех разделов, заключения, изложенных на 86 страницах машинопи го текста, списка литературы из 85 наименований, 3 приложений, з мающих 18 страниц, содержит 42 рисунка и 8 таблиц.

На зашиту выносятся следующие положения:

1. Метод измерения сопротивления обмоток реактора постояі му току, обеспечивающий высокую точность измерения.

2. Классификация методов и средств измерения постоянной мени электрической цепи по времени функциональной связи с данным раметром.

3. Метод определения постоянной времени измерительной цепі одновременно измеренным через образцовый интервал времени с мом( подачи напряжения мгновенным значениям напряжения на активно реактивном элементах цепи относительно их общего вывода.

4. Метод определения постоянной времени измерительной цеш трем мгновенным значениям напряжения, измеренным на средней тс цепи через одинаковые интервалы времени, причем измерение перв мгновенного значения напряжения производится в произвольный MOW времени.

5. Методика выбора оптимального числа точек дискретизаци зависимости от спектра сигналов, обеспечивающего исключение мете ческой погрешности определения интегральных характеристик сигна по их мгновенным значениям.

6. Методы измерения интегральных характеристик сигналов, нованные на определение периода сигнала по совокупности его мгное ных значений при имитации изменения начальной фазы сигнала.