Способ и устройство для прогнозирования цикла службы сростка Российский патент 2021 года по МПК G01R31/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к любому соединению сплетением подобных или отличающихся материалов, через которые электрический ток можно пропускать, проверять и анализировать, используя такие методы и контролируя признаки снижения эффективности, чтобы спрогнозировать будущие условия отказа сростка.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Точки соединения сетей электропередачи исторически соединялись посредством механического средства, именуемого «сросток». Такие соединения, как правило, являются «слабым звеном» любой сети передачи, и в настоящее время существуют ограниченные способы определения целостности сростка после механического соединения таких компонентов. При монтаже сростков в полевых условиях, простых и экономически эффективных способов проверки целостности сростка как при первоначальном монтаже, так и в результате будущих поломок, обусловленных условиями окружающей среды или снижением качества материала, не существует. Такое снижение эффективности ограничивает электропроводность, увеличивает потери при передаче и, как правило, приводит к катастрофическим отказам перед заменой сростка.

[0003] Существует критический спрос на технологии и/или изделия, которые можно внедрить быстро, точно и экономически эффективно с целью описания условий смонтированных сростков и прогнозирования ожидаемого срока службы сростка прежде, чем наступят катастрофические события. Процедуры профилактического обслуживания могут быть внедрены с информацией о «времени наработки на отказ» (TTF), которая предоставляет руководящему составу средства прогнозирования рабочей силы, бюджетов и ресурсов для поддержания исправного состояния сети.

[0004] Одной из таких типичных конфигураций, которые нуждаются в профилактическом поддержании целостности соединений, является высоковольтная сеть передачи, которая состоит из линий высокого напряжения, для каждой из которых сростки требуется монтировать приблизительно через каждые ½ километра. Эти отдельные участки линий электропередачи соединены габаритным механическим гофрированным сростком, который коммунальные компании считают критическим звеном. В настоящее время срок службы большинства таких соединений истек и по своей природе вызывают катастрофические отказы в Северной Америке.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Настоящее изобретение предлагает способ прогнозирования ожидаемого срока службы внедренных сростков путем мониторинга соединений на предмет снижения эффективности.

[0006] Из уровня техники известны только средства, позволяющие определить исправность или неисправность (отказ) сростка. Такие способы испытания «исправный/неисправный» не предлагают средств для предотвращения катастрофического отказа или прогнозирования ожидаемых сроков службы, хотя известный уровень техники относится к способам пересечения нуля при измерении одного сигнала.

[0007] Заявленный способ контроля состояния сростка включает в себя установление известного базового сигнала для конкретного типа сростка (между которыми существуют незначительные различия) и определение этих характеристик относительно точки пересечения нуля, напряжения (амплитуды) и периода (длительности) формы волны. В идеале угловая составляющая синусоидальной волны должна быть вертикальной или под углом 90 градусов к оси Х. Базовая синусоидальная волна может быть током, напряжением, любой их гармоникой или комбинацией этих сигналов, наилучшим образом указывая на прогнозное измерение, относящееся к конкретному типу сростка, находящегося под наблюдением. Будущие формы волны указывают на темп разрушения на основе агрегированных угловых, амплитудных и периодических составляющих точки пересечения нуля по сравнению с базовым сигналом и/или предыдущей формой волны конкретного сростка, находящегося под наблюдением. По прогнозам, темп разрушения определяет ожидаемый срок службы конкретного соединения.

[0008] Угловое смещение в точке пересечения нуля, период синусоидальной волны и/или другие характеристики сигнала этих отдельных сигналов агрегируются посредством алгоритма для предоставления информации о TTF для управления сетью.

[0009] Хотя в известном уровне техники такие методы измерений были описаны по отдельности, ни один из них не объединял или не анализировал составляющие этих измерений в способе для прогнозирования будущих видов отказов или ожидаемого срока службы. Такие примеры включают в себя сигнал напряжения углового смещения, составляющий 10% или более, указывающий на ухудшение испытываемого сростка. В этот момент испытываемый сросток находится в точке имманентного отказа. Или другой пример может включать измерение гармоник исходного сигнала со сдвигом фазы 150 градусов или более. Опять же, испытываемый сросток находится в точке неизбежного отказа и не подлежит прогнозному анализу.

[0010] Настоящее изобретение предлагает способы и устройство, предлагающие средства прогнозирования в реальном времени для управления сетью с целью практического применения экономически эффективного профилактического управления. Устройство и интегрированная сеть связи позволяют принимать эти важные решения из центральной диспетчерской. Более конкретно, в одном режиме способ по настоящему изобретению прогнозирует цикл службы сростка, сначала устанавливая базовый момент времени для сростка заранее определенной конструкции на основе отклонений в кривой сигнала для сростка вблизи точки пересечения нуля кривой сигнала с использованием синусоиды и первого соотношения амплитуды во время мониторинга и амплитуды в момент начала и коэффициента изменения периода на основе периода во время мониторинга и периода в момент начала. Затем выполняется мониторинг сростка в процессе эксплуатации вблизи точки пересечения нуля для сигнала сростка в процессе эксплуатации с использованием отклонений, использованных на этапе, и сравнение базового уровня с информацией, полученной на этапе мониторинга, для определения снижения качества сростка в процессе эксплуатации. Такой мониторинг позволяет построить кривую темпа разрушения, которая показывает зависимость времени от темпа разрушения. Это позволяет определить процент оставшегося срока службы и время наработки на отказ для сростка в процессе эксплуатации, и эту кривую темпа разрушения можно использовать для прогнозирования поведения аналогичных сростков для определения того, когда может потребоваться ремонт или замена сростка. Хотя сросток может быть любого типа, предпочтительным является сросток в линии электропередачи. Изобретение также включает в себя устройство, адаптированное для практического применения способа по настоящему изобретению, которое включает в себя зонды для определения мгновенного потенциала напряжения в сростке, устройство измерения тока для определения мгновенного выходного тока на основе сростка и средство для установления базового уровня, мониторинга сростка в процессе эксплуатации и сравнения базового уровня этапа (а) с информацией, полученной на этапе (b), чтобы определить снижение качества сростка в процессе эксплуатации и кривой темпа разрушения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0011] На фиг. 1а и 1b представлены типичные примеры сростка линии электропередачи, его составляющие и места контроля сростка силовых кабелей.

[0012] На фиг. 2 представлена блок-схема, показывающая обработку потенциала напряжения, выходного тока и вычисленного коэффициента гармоник для ввода в алгоритм.

[0013] На фиг. 3 представлен график нормализованных значений напряжения и тока в зависимости от периода времени для известного нового сростка.

[0014] На фиг. 4 представлен график нормализованных значений напряжения и тока в зависимости от периода времени известного дефектного сростка.

[0015] На фиг. 5 представлен график нормализованных значений напряжения и тока в зависимости от периода времени второго известного дефектного сростка.

[0016] На фиг. 6 представлена подробная иллюстрация нового сростка в точке пересечения нуля относительно «идеальной» синусоидальной формы волны.

[0017] На фиг. 7 представлена подробная диаграмма известного исправного сростка в точке пересечения нуля относительно «идеальной» синусоидальной формы волны.

[0018] На фиг. 8 представлена подробная диаграмма известного исправного сростка в точке пересечения нуля относительно «идеальной» синусоидальной формы волны.

[0019] На фиг. 9 представлена типичная кривая темпа разрушения соединения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Настоящее изобретение предлагает устройство и способ для измерения каждого из критических составляющих сростка, обеспечения комбинированного исследования признаков, прогнозного анализа полного времени TTF и передачи отчета в удаленную центральную логистическую систему для операций по управлению.

[0021] На фиг. 1а показана типичная линия электропередачи 1 и сросток 3 с мгновенным электрическим током 101 и потенциалом (синусоидальной формы волны) 111, которые либо содержатся в системе, либо вводятся в течение определенного времени в линию электропередачи 1 и сросток 3. Зонды напряжения 103 смонтированы как часть системы зажима устройства для контроля мгновенного падения напряжения на сростке в точках 102 и 104, обеспечивающих составляющую амплитудной характеристики формы волны (приблизительно один вольт). Устройство измерения тока 105 выполнено с возможностью измерения мгновенного электрического тока 101 за идентичное время. На фиг. 1b показана альтернатива устройству, показанному на фиг. 1а. Типичный зажим 303с фиксатором закреплен на линии электропередачи на любом конце оцениваемого сростка. Эти зажимы 303 также будут функционировать в качестве зондов для сбора сигналов входа и выхода. Дополнительный зонд 305 размещен в центре сростка для сбора данных. Механизм зажима будет удерживать непроводящую платформу 308 и соответствующее устройство 306 для мониторинга сростка. Радиочастотная (RF) и/или инфракрасная (IR) антенна 307 предусмотрена для передачи данных на «другое» оборудование для сбора и анализа данных, локальное или удаленное, для оценки.

[0022] Синхронизированный сбор данных о потенциале напряжения 102 и 104 и выход устройства измерения тока105 обрабатываются для расчета коэффициентов углового искажения точки пересечения нуля, амплитуды и периода, используя либо аналоговые, либо цифровые способы, как показано на фиг.2.

[0023] В предпочтительном варианте осуществления сигналы V_sense и I_sense обрабатываются через аналого-цифровые преобразователи 202 и 205. Затем цифровые выходы V_d и I_d фильтруются для анализа сигнала с использованием отдельных аппаратных фильтров 207 и 209 или других фильтров частотной области, включая алгоритмы дискретной или непрерывной частотной области, обрабатываемые аппаратными средствами, прошивкой и программным обеспечением или гибридной комбинацией этих способов, как описано ниже. Выходы и/или коэффициенты аналитического компонента гармонического сигнала обрабатываются микропроцессором 208 или другим аппаратным обеспечением цифрового компаратора, аппаратным обеспечением аналогового компаратора, прошивкой или программным методом для завершения анализа точки пересечения нуля. Приведенная выше методология анализа также может быть дополнена чисто аналоговыми способами или комбинацией аналоговых и цифровых способов, которые достигают одинаковых или сходных конечных точек.

[0024] Ссылаясь на фиг.2 и в другом варианте осуществления, мгновенный потенциал напряжения на сростке 102 и 104, и выходы измерителя мгновенного тока 105 обрабатываются через аналого-цифровые преобразователи 202 и 205, а выходы V_d и I_d затем анализируются для анализа точки пересечения нуля с использованием цифрового аппаратного обеспечения 210 или аналоговых способов. Приведенная выше методология анализа также может быть дополнена чисто аналоговыми способами или комбинацией аналоговых и цифровых способов, которые достигают одинаковых или сходных результатов.

[0025] Сравнение трех выходов от 310 до 303 из аппаратных фильтров 207 и 209 и четвертого выхода 304-307 из аппаратного обеспечения 210 с оригинальным 111 дает микроскопическое снижение эффективности с коэффициентом точки пересечения нуля 401-403.

[0026] Характеристическая амплитуда, точка пересечения нуля и коэффициенты периодов для этих сигналов используются для классификации и количественной оценки степени ухудшения конкретного сростка или электрического соединения. Исходная форма волны 111 может генерироваться с помощью внешних средств с использованием стандартного электронного оборудования, генерирующего форму волны, или генерироваться самой цепью в стандартных условиях работы, как в случае с проводами высокого напряжения, работающими при синусоидальной форме волны 50 и 60 Гц с уровнями тока в диапазоне силы тока 1000 - 2000 А. Этот метод может применяться к любым переменным сигналам со смещением постоянного тока или без него, включая, без ограничений, различные формы волны, которые содержат желаемые характеристики, включая сигналы с переменными рабочими циклами.

[0027] Мгновенные измерения и последующий анализ могут быть выполнены с постоянным или переменным интервалом в зависимости от темпа разрушения сростка, находящегося под управлением. Разрушение сростка - это нелинейное событие, см. фиг. 9, означающее, что темп разрушения меняется с течением времени. Алгоритм темпа разрушения основан на коэффициентах амплитуды, точки пересечения нуля и периодов, рассчитанных для каждого цикла измерения по сравнению с исходным состоянием и предыдущим циклом измерения.

[0028] Представленные выше описания на фиг. 1 и 2 описывают средства для определения коэффициента для углового снижения эффективности при пересечении точки нуля в сочетании с амплитудой и периодом последующих сигналов и сигналов гармоник с помощью зондов, которые определяют мгновенный потенциал напряжения на сростке, и устройства измерения тока, которое определяет выход мгновенного тока на любом сростке.

[0029] Чтобы показать, как мониторинг сростка может определить снижение эффективности, было проведено сравнение между известными исправными и дефектными сростками. Исходя из этих значений можно определить коэффициент для каждой характеристики, которая позволяет проводить прогнозный анализ.

[0030] В Таблице 1 представлены три сростка; исправный сросток, сросток № 365 и сросток № 477, последний из которых является известным дефектным сростком. В Таблице 1 представлено чистое падение напряжения на сростке, мгновенный ток сростка и рассчитанная потеря мощности.

ТАБЛИЦА 1: Полная потеря мощности на сростке     Исправный сросток Сросток № 365 Сросток № 477 Падение напряжения (V_RMS)   0,06 0,282 0,517 Ток сростка (A_RMS)   771 711 467 Потеря мощности сростка (Вт)   46 201 241

[0031] Из простого расчета резистивной потери мощности можно видеть, что исправный сросток в 4-5 раз эффективнее, чем дефектный.

[0032] Затем было проведено сравнение нормализованных форм волны для каждого сростка, чтобы определить величину продемонстрированного комплексного реактивного сопротивления. Результаты представлены на фиг. 3-5 и показывают общий характер качества каждой формы волны, а также временной сдвиг между напряжением и током, который индуцирует каждый сросток. На фиг. 3 изображена форма волны для исправного сростка, хотя и не идеальная; в то время как на фиг. 4 и 5 изображены формы сигналов неисправных сростков № 365 и № 477, соответственно. Очевидно, что все они четко показывают временной сдвиг между формами волны тока и напряжения, однако неизвестно, сколько времени требуется, чтобы такой временной сдвиг проявился и в какой момент произошел «отказ». На представленных фигурах видно, что состояние исправного сростка известно (идеальный стянутый сросток имел бы идентичные сигналы тока и напряжения, без сдвига в момент времени T_i), и в некоторый момент отказа в момент времени T_f существует временной сдвиг между этими формами волны, однако простое измерение потерь мощности, связанное с удельным сопротивлением, не позволит построить прогнозируемую кривую разрушения.

[0033] Данные в Таблице 2 предполагают, что индуктивное реактивное сопротивление может играть большую роль в общих потерях при снижении эффективности, наблюдаемых в этих сростках. Это обосновано в условиях высокого тока, так как даже небольшое отклонение от идеально прямого тока, протекающего через сросток, вызовет локализованные магнитные поля и нагрев вихревым током. Это также объясняет, почему простые измерения удельного сопротивления не особенно точны в прогнозировании циклов службы сростков.

ТАБЛИЦА 2: Индуктивный сдвиг фазы     Исправный сросток Сросток № 365 Сросток № 477 Временной сдвиг (мсек)   0,64 3,24 3,92 Сдвиг фазы   14 70 85 Дополнительный сдвиг фазы по сравнению с исправным сростком   -- 56 71

[0034] Поскольку нелинейность по-разному влияет на напряжение и ток, этим можно было бы объяснить демонстрируемый нелинейный нестабильный индуктивный механизм, поскольку ток представляет собой силу в различных непараллельных каналах внутри токоведущих жил сростка. Эти непараллельные тракты тока позволили бы установить небольшие индуктивные области, генерирующие паразитные магнитные поля и внутренние области вихревых токов, которые обеспечили бы неравномерность потенциалов нелинейной прогнозной кривой. Также можно видеть, что формы волны на фиг. 3-5 имеют менее чем идеальный синусоидальный характер. Для точного анализа гармонических искажений было выполнено БПФ в реальном времени на 3^й и 5^й гармониках, которые ранее были известны из уровня техники. Эта процедура состоит из ряда коэффициентов, которые представляют величину пульсации на различных частотах в форме волны. Если отношение коэффициентов превышает примерно 150% по сравнению с исправным сростком, отношения могут быть индикаторами коррозии между металлическими проводниками.

[0035] Полученные данные гармоник представлены в Таблице 3, и ясно, что чисто индуктивный фазовый анализ не позволит построить прогнозную кривую, подходящую для анализа цикла службы.

ТАБЛИЦА 3: Коэффициенты преобразования Фурье для анализа гармоник     Исправный сросток   Сросток № 365   Сросток № 477       Напряжение Ток Напряжение Ток Напряжение Ток 60 Гц Коэффициент (мВ)   41 167 162 143 236 85 180 Гц Коэффициент (мВ)   2,169 9,78 8,643 6,796 12 1,87 300 Гц Коэффициент (мВ)   1,168 5,362 2,217 5,411 4,123 6,457

[0036] Чтобы получить прогнозную кривую разрушения, требуется найти спектральное отклонение от исправного сростка. Чтобы выполнить этот анализ, коэффициенты нормализованы к их первичному значению 60 Гц; результаты представлены в Таблице 4.

ТАБЛИЦА 4: Нормализованные коэффициенты преобразования Фурье для анализа гармоник     Исправный сросток   Сросток № 365   Сросток № 477       Напряжение Ток Напряжение Ток Напряжение Ток Первая гармоника   1 1 1 1 1 1 Третья гармоника   0,053 0,061 0,065 0,054 0,053 0,04 Пятая гармоника   0,024 0,028 0,012 0,033 0,019 0,074

[0037] На первый взгляд, этот анализ, по-видимому, обеспечивает некоторую потенциальную стабильность прогнозной кривой разрушения, но условия коррозии, которые могут вызвать разрушение, по-видимому, исчезают. По-видимому, форма волны была изменена, но не в обычном смысле при пересечении нуля. Таким образом, было проведено дальнейшее исследование для сравнения того, как формы волны тока и напряжения сдвигаются относительно друг друга по сравнению со сдвигом, демонстрируемым в исправном сростке. С этой целью было рассмотрено относительное изменение путем деления тока на коэффициент напряжения (своего рода проводимость Фурье). Полученные коэффициенты представлены в Таблице 5.

ТАБЛИЦА 5: Коэффициенты точки пересечения нуля Фурье Коэффициент точки пересечения нуля Исправный сросток Сросток № 365 Сросток № 477 Первая гармоника   1 1 1 Третья гармоника   1,14 0,83 0,75 Пятая гармоника   1,17 2,79 3,91

[0038] Эти результаты интересны тем, что они предполагают другую форму искажения гармоники в точках пересечения нуля, которое приводит к возрастающему отклонению формы совпадающего сигнала от сигналов тока и напряжения в любом конкретном сростке. В частности, по-видимому, дефектные сростки больше искажаются с 5^й гармоникой и меньше в 3^й гармонике, по сравнению с исправным сростком. Это особо четко наблюдается, когда коэффициенты 3^й и 5^й гармоник нормализованы (Таблица 6).

ТАБЛИЦА 6: Коэффициенты точки пересечения нуля Фурье Коэффициент точки пересечения нуля Исправный сросток Сросток № 365 Сросток № 477 Первая гармоника   -- -- -- Третья гармоника   1 0,72 0,65 Пятая гармоника   1 2,39 3,35

[0039] Вышеуказанные данные являются убедительными в качестве анализатора прогноза темпа разрушения. Из этого можно видеть, что коэффициент точки пересечения нуля формы волны может обеспечить средство для построения кривой темпа разрушения. Были проведены дополнительные испытания, в которых условия соединения для ввода тока менялись в максимально возможной степени, чтобы проанализировать тракты прохождения тока через предполагаемые исправные и дефектные участки неисправных сростков. Главным образом, это было обусловлено лабораторным характером испытаний, так как они больше не подключены к системе высокого напряжения.

[0040] Эти результаты представлены в Таблице 7 и предполагают, что есть еще один полезный параметр в попытке предсказать общее состояние неизвестного сростка.

ТАБЛИЦА 7: Изменение отношений коэффициентов точки пересечения нуля в 5-й гармонике     Сросток № 365 Сросток № 477         Испытание № 1   2,39 3,35 Испытание № 2   3,76 3,21

[0041] Посредством анализа формы волны на существующей частоте F_O Hz относительно падения напряжения и формы волны тока через сросток для определения общего динамического реактивного сопротивления сростка (общее удельное сопротивление, индуктивность и емкостные значения в качестве коэффициента), состояние сростка может быть определено из коэффициента точки пересечения нуля.

[0042] В идеальном сростке, нагрузка является чисто резистивной, и величина сопротивления очень мала. По мере разрушения сростка, величина резистивной нагрузки может увеличиваться, и/или нагрузка может стать комплексной и, следовательно, вводится нелинейность. Комплексная нагрузка может также вводить емкостные элементы по мере образования диэлектрических элементов или может вводить индуктивные составляющие, когда токи вынуждены перемещаться по кольцевым трактам вокруг областей с более высоким сопротивлением. Измеряя коэффициенты точки пересечения нуля форм сигналов, амплитуды напряжения и тока, а также коэффициенты периодов в отношении анализа комплексной нагрузки конкретного сростка, можно получить аналитический инструмент со стабильным темпом разрушения для прогнозирования цикла службы конкретного сростка.

[0043] Ссылка дана на фиг. 3-9. На фиг. 3 следует отметить, что угловое смещение при пересечении нуля указывает на то, что это не идеальный сросток, угол кривой в точке пересечения нуля не равен нулю, как можно было бы ожидать от идеального сростка, см., например, фиг. 6.

[0044] На фиг.4, которая представляет собой график нормализованных значений напряжения и тока в зависимости от периода времени известного дефектного сростка, период кривых напряжения и тока слегка несовместим, и возникает «временной сдвиг». Угловое смещение пересечения нуля каждой из них начало ухудшаться. Амплитуда каждой кривой пока относительно совместимая.

[0045] На фиг. 5, которая представляет собой график нормализованных значений напряжения и тока в зависимости от периода времени второго известного дефектного сростка, период кривых напряжения и тока является относительно слегка совместимым, хотя «временной сдвиг» все еще наблюдается. Угловое смещение пересечения нуля каждой из них сильно ухудшилось. Амплитуда каждой кривой несовместима.

[0046] На фиг. 6, которая является подробной иллюстрацией нового сростка в точке пересечения нуля (сигнал снижения эффективности 2) по отношению к «идеальной» синусоидальной форме волны (сигнал исправности 1), угловое смещение между ними составляет приблизительно одно градусное смещение относительно перпендикулярности оси Х.

[0047] На фиг. 7, которая является подробной диаграммой известного исправного сростка в точке пересечения нуля (сигнал снижения эффективности 2) по отношению к «идеальной» синусоидальной форме волны (сигнал исправности 1), угловое смещение между ними составляет приблизительно пять градусов смещения относительно перпендикулярности оси Х.

[0048] На фиг. 8, которая является подробной диаграммой известного исправного сростка в точке пересечения нуля (сигнал снижения эффективности 2) относительно «идеальной» синусоидальной формы волны (сигнал исправности 1), угловое смещение между ними составляет приблизительно десять градусов смещения относительно перпендикулярности оси Х. Хотя этот сросток считался «исправным», сигнал снижения эффективности является признаком того, что срок до наступления отказа очень короткий.

[0049] На фиг. 9 демонстрируется, как выглядит типичная кривая темпа разрушения для соединения с течением времени. На фиг. 9 также показано пороговое значение для классификации сростков и определения их «процента оставшегося срока службы» (PULR). Это пороговое значение произвольно устанавливается руководством коммунального предприятия и основывается на значениях, полученных производителем новых сростков, или на стандарте, установленном при проверке существующих сростков. Эти базовые значения могут варьироваться в зависимости от географического региона, от материалов, механических методов крепления и монтажа линии электропередачи.

[0050] Как только соответствующая базовый уровень установлен для конкретного сростка, который составляет около 50% от темпа разрушения на фиг. 9, количественное пороговое значение может быть установлено для вычисления PULR. На фиг. 9 демонстрируется, что пороговое значение 50%-ого разрушения экстраполируется на период времени от 60 до 70 лет. Это дало бы инспектору сростка представление о том, как следует выполнять техническое обслуживание сростка. PULR можно восстановить на основе будущего анализа, а профилактические мероприятия по обслуживанию могут быть запланированы на основе прогнозов PULR. Зная PULR, лица, ответственные за техническое обслуживание сростка, могут знать, когда требуется выполнить ремонт или замену сростка.

[0051] В изобретении используется сросток с теоретической базовой кривой сигнала, мониторинг кривой сигнала вблизи точки пересечения нуля на предмет отклонений с течением времени. Функция синуса и отношение изменения амплитуды во время мониторинга/исходной амплитуды и отношение изменения периода во время мониторинга/первоначального периода используются для установления измерения базового уровня (до наступления отказа). Затем таким же образом выполняется мониторинг рабочего сростка на предмет отклонения от измерения базового уровня. С помощью такого мониторинга можно определить для данного отклонения для рабочего сростка, что сросток нуждается в ремонте или замене.

[0052]. Например, при мониторинге базового сигнала данные собираются в непосредственной близости от точки пересечения нуля, т.е. данные собираются во время пересечения (что делает его нулевой точкой) и в 2-3 точках с каждой стороны (+/- сторона кривой) с интервалом 1 мс (всего 5-7 точек данных), чтобы установить нулевую точку и ее отклонение (период). Также могут быть использованы другие интервалы. [0053] Как только данные собраны для рабочего соединения и с учетом PULR, можно определить, когда необходимо предпринять какое-либо действие на соединение, например, 50%-й PULR может указывать на необходимость ремонта соединения. Соответствующее устройство 306 на фиг. 1b вместе с составляющими, предназначенными для измерения напряжения и тока, и составляющими на фиг.2 являются средством для установления базового уровня с течением времени для сростка заранее определенной конструкции на основе отклонений в кривой сигнала для сростка вблизи точки пересечения нуля кривой сигнала с использованием синусоидальной кривой и первого коэффициента амплитуды во время мониторинга и амплитуды в момент начала и коэффициента изменения периода на основе периода во время мониторинга и периода в момент начала и мониторинга сростка в процессе эксплуатации вблизи точки пересечения нуля для сигнала сростка в процессе эксплуатации с использованием отклонений, использованных на этапе (а) для сигнала сростка в процессе эксплуатации; для определения снижения эффективности сростка в процессе эксплуатации и построения кривой темпа разрушения. Универсальный компьютер используется для обработки данных, полученных при мониторинге сростка в процессе эксплуатации, с использованием алгоритма, описанного здесь.

[0054] Базовый сигнал может быть введен в сросток из стандартного электронного оборудования, генерирующего форму волны, или может использоваться существующий сигнал напряжения/тока, чтобы установить отправную точку для оценки и прогнозирования. В случае нового сростка, базовый уровень может использоваться для оценки «прочности» сростка, по сравнению с другими аналогичными сростками. Для внедрения на существующих сростках, устанавливается базовый уровень для определения состояния такого сростка не только «как есть», но и для оценки и прогнозирования.

[0055] Чистый базовый сигнал будет иметь точку пересечения нуля, которая является почти вертикальной, или при нулевых градусах при оценке с использованием соответствующего компонента алгоритма приведет к получению неаддитивного результата. Синус (0) при использовании в качестве коэффициента умножения отменяет другие компоненты алгоритма, связанные с периодом и амплитудой.

[0056] Примером такого алгоритма является: синус (точка пересечения нуля) x изменение периода/первоначальный период x изменение амплитуды/исходная амплитуда x коэффициент сращивания, который приведет к получению нулевого чистого результата. Коэффициент сращивания определяется материалами (сталь, алюминий или их комбинация), техникой обжима (ручной или автоматический) и размерами сростка (длина и диаметр). Идеальный коэффициент сращивания будет равен 1, хотя типичный «исправный» сросток дает коэффициент около 1,25 из-за обычных расхождений в материалах, технике обжима и размерах.

[0057] Небольшое изменение угла критической точки пересечения нуля приведет к небольшому отклонению от чистого сростка и приведет к небольшому положительному результату, который инициирует кривую темпа разрушения. Компоненты алгоритма периода и амплитуды влияют на кривую разрушения выхода алгоритма путем мониторинга сложных элементов нагрузки сростка (емкостной и индуктивной составляющих). Коэффициенты сращивания характеризуются конкретным оцениваемым сростком и зависят от материалов, методов обжима и габаритных характеристик.

[0058] Построение этих алгоритмов с течением времени приводит к нелинейной кривой темпа разрушения для конкретного типа сращивания, см., например, фиг. 9. Ось X на кривой темпа разрушения на фиг. 9 представляет время и процент оставшегося срока службы (PULR) и время наработки до отказа (TTF). Как только базовая кривая и связанный темп разрушения станут известны, все остальные можно сравнить с кривой для прогнозного анализа новых и существующих сростков.

[0059] Варианты алгоритма возможны для любого потенциального сростка и составляющей электрического соединения.

[0060] Как таковое, изобретение было раскрыто с точки зрения предпочтительных вариантов осуществления, которое удовлетворяет всем и каждому из целей настоящего изобретения, изложенных выше, и предоставляет новый и улучшенный способ и устройство для прогнозирования цикла службы сростка в линии электропередачи.

[0061] Очевидно, что специалисты в данной области могут делать предположения о различных изменениях, модификациях и вариаций принципов по настоящему изобретению, не выходя за пределы его предполагаемой сущности и объема. Предполагается, что настоящее изобретение ограничено только условиями прилагаемой формулы изобретения.

Настоящая группа изобретений представляет собой способы и устройство для прогнозирования цикла службы сростка в линии электропередачи в реальном времени для управления сетью с целью практического применения экономически эффективного профилактического управления. Устройство и способ по настоящему изобретению прогнозируют цикл службы сростка, сначала устанавливая базовый момент времени для сростка заранее определенной конструкции на основе отклонений в кривой сигнала для сростка вблизи точки пересечения нуля кривой сигнала с использованием синусоиды и первого соотношения амплитуды во время мониторинга и амплитуды в момент начала и коэффициента изменения периода на основе периода во время мониторинга и периода в момент начала. Затем выполняется мониторинг сростка в процессе эксплуатации вблизи точки пересечения нуля для сигнала сростка в процессе эксплуатации с использованием отклонений, использованных на этапе, и сравнение базового уровня с информацией, полученной на этапе мониторинга, для определения снижения качества сростка в процессе эксплуатации. Такой мониторинг позволяет построить кривую темпа разрушения, которая показывает зависимость времени от темпа разрушения. Это позволяет определить процент оставшегося срока службы и время наработки на отказ для сростка в процессе эксплуатации, и эту кривую темпа разрушения можно использовать для прогнозирования поведения аналогичных сростков для определения того, когда может потребоваться ремонт или замена сростка, например в линии электропередачи. Устройство включает в себя зонды для определения мгновенного потенциала напряжения в сростке, устройство измерения тока для определения мгновенного выходного тока на основе сростка и средство для установления базового уровня, мониторинга сростка в процессе эксплуатации и сравнения базового уровня этапа (а) с информацией, полученной на этапе (b), чтобы определить снижение качества сростка в процессе эксплуатации и кривой темпа разрушения. Технический результат - обеспечение прогнозирования цикла службы сростка в линии электропередачи, анализа полного времени TTF и передачи отчета в удаленную центральную логистическую систему для операций по управлению. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 7 табл.

1. Способ прогнозирования цикла службы сростка, включающий:

а) установление базового момента времени для сростка заранее определенной конструкции на основе отклонений в кривой сигнала для сростка вблизи точки пересечения нуля кривой сигнала с использованием синусоиды и первого соотношения амплитуды во время мониторинга и амплитуды в момент начала и коэффициента изменения периода на основе периода во время мониторинга и периода в момент начала;

b) мониторинг сростка в процессе эксплуатации вблизи точки пересечения нуля для сигнала сростка в процессе эксплуатации с использованием отклонений, использованных на этапе (а) для сигнала сростка в процессе эксплуатации; а также

c) сравнение базового уровня на этапе (a) с информацией, полученной на этапе (b), для определения снижения качества сростка в процессе эксплуатации и кривой темпа разрушения, причем кривая темпа разрушения указывает процент оставшегося срока службы и время до наступления отказа для сростка в процессе эксплуатации, причем кривая темпа разрушения является ориентиром для мониторинга других сростков на предмет срока службы и времени до наступления отказа.

2. Способ по п. 1, при котором сросток представляет собой сросток в линии электропередачи.

3. Устройство, адаптированное для практического применения способа по п. 1, содержащее:

а) зонды для определения мгновенного потенциала напряжения на сростке;

b) устройство измерения тока для определения мгновенного выходного тока на основе сростка;

c) непроводящую платформу для поддержки связанного устройства, причем связанное устройство собирает и анализирует данные из сростка в процессе эксплуатации, находящегося под наблюдением; а также

d) средство для установления базового уровня, мониторинга соединения в процессе эксплуатации и сравнения базового уровня на этапе (а) с информацией, полученной на этапе (b), для определения снижения эффективности сростка и построения кривой темпа разрушения.