И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016                                          

133 

 

В  настоящее  время  к  основным  областям  применения  систем  передачи  данных  можно  отне-

сти системы релейной защиты и автоматики (РЗА), диспетчерского и автоматизированного техноло-

гического  управления  электроэнергетическими  объектами  (АСТУ),  а  также  системы  автоматизиро-

ванного учета энергоресурсов.  

Построению математической модели для электроэнергетической системы была посвящена статья [1] 

 

Функциональное наполнение информационной системы для устойчивости электроэнер-

гетических систем. 

Информационная  система  состоит  из  системного,  функционального  наполнений,  а  также  фай-

лов и данных. Общая структура информационной системы для исследования устойчивости электро-

энергетических систем приводится на рисунке 1.  

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Общая структура информационной системы. 

 

Системное наполнение информационной системы состоит из данных, необходимых для расче-

та, диалогового  окна, настройки расчетов и управлением процессов. В функциональном наполнении 

анализируется устойчивость ЭЭС, определяются режимы работы энергосистемы, описываются мето-

ды  для  расчета  математических  моделей  и  рассматривается  электрическая  сеть  и  нагрузки  ЭЭС.  В 

соответствии с функциональным назначением в системе выделяется три основные подсистемы[2]. 

Значения  параметров  в  начальной  точке  моделирования  переходного  процесса  задает  устано-

вившийся  доаварийный  режим  ЭЭС.  Для  анализа  устойчивости  используется  набор  доаварийных  и 

послеаварийных  режимов,  который  отражает  различные  режимы  работы  ЭЭС.  Для  расчета  режима 

используются методы Гаусса, Ньютона, Рунге Кутта и трапеций, выбираемые автоматически в зави-

симости от выбранных моделей и условий сходимости расчета.  

Информационная система электроэнергетической системы  

Системное  наполнение 

Функциональное   

наполнение 

Файлы и данные 

входные   

данные  

Диалоговая  

система  

Настройка  

расчета  

Обработка и 

управление 

данных данных  

Методы   

Сценарий   

Модели  

Анализ   

Файлы   

Модули  

Наборы данных  

Рунге-Кутта  

4 порядка   

Симпсона   

Трапеции    

Эйлера   

Противоаврий-

ный    

Аварийный    

Режимы   

 

●

 Технические науки 

 

134                                                                                            

№2 2016 Вестник КазНИТУ

 

 

Синхронные  и  асинхронные  машины  представляются  дифференциальными  уравнениями  во 

вращающихся ортогональных осях, жестко сцепленных со “своими” роторами. Это позволяет учесть 

электромагнитные и электромеханические свойства этих роторов. В состав системы уравнений отно-

сятся  уравнения  первичных  двигателей  т.е.турбин  и  механизмов,  также  возбудители  синхронных 

машин  и регуляторов  т.е.  АРВ  и  АРС. Уравнения учитывают  инерционность  динамических  элемен-

тов,  ограничения  по  некоторым  параметрам  и  логику  работы  управляющих  автоматических 

устройств.  Автоматические  устройства  можно  разделить  на  локальные  устройства,  изменяющие 

внутреннее  состояние  этого  элемента  на  основе  изменения  локальных  параметров,  и  устройства  си-

стемной автоматики, отслеживающие изменения в ЭЭС и работающие на предотвращение аварийных 

ситуаций или на выход из аварий к устойчивому движению[3]. 

Нагрузки  ЭЭС  представлены  постоянной  проводимостью  или  мощностью  и  моделями  син-

хронных и асинхронных двигателей с типовыми параметрами (рисунок 2). 

В модели ЭЭС одна из синхронных машин принимается за базовую, в координатах осей кото-

рой рассчитываются остальные. Сетевые элементы, включая эквивалентные системы, моделируются 

в осях базовой машины. Математические модели остальных машин, в том числе асинхронных двига-

телей,  сопрягаются  с  моделью  ведущей  машины  с  помощью  динамических  преобразователей  коор-

динат[5]. 

Динамическая модель ЭЭС должна отражать процессы и режимы электрооборудования и поз-

волять  задавать любую  комбинацию  синхронных  генераторов  и  эквивалентных асинхронных  двига-

телей при любой начальной загрузке. Работа с моделью предусматривает: 

– выбор электрической схемы электросети;  

– выбор генераторов по каталогу локальной базы данных; 

– выбор системы возбуждения генератора; 

– учет электродвигательной и обобщенной нагрузки; 

– ввод и изменение параметров электрооборудования сети; 

– расчет параметров схем замещения электрической системы; 

– расчет эксплуатационных и аварийных режимов[6]. 

Возмущения  в  элементах  энергосистемы,  описываются  в  аварийных  воздействиях,  нарушаю-

щие  работу  энергосистемы,  в  работе  противоаварийной  автоматики,  которая  направлена  на  обеспе-

чение  динамического  перехода  в  новую  точку  устойчивой  работы  системы,  соответствующую  при-

емлемому послеаварийному режиму[7,8].  

Для анализа устойчивости ЭЭС необходим удобный блок визуализации с широкими возможно-

стями  структурирования  информации  как  по  элементам,  так  и  по  расчетным  сериям.  Это  позволит 

быстро  и  наглядно  исследовать  или прогнозировать  режимы  работы  электростанций  разного  типа и 

любой мощности при их проектировании, наладке и эксплуатации. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Модели электроэнергетических систем 

 

 

Модели ЭЭС 

модели с учетом 

АРС 

Нагрузки  

модели с учетом 

АРВ 

Генераторы  

мощность 

модели с учетом 

демфирования 

синхронный  

двигатель 

асинхронный 

двигатель 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016                                          

135 

 

Информационная  система  осуществляется  за  счет  расширения  и  включения  в  систему  новых 

модулей, которые отражают различные математические модели ЭЭС и методы для их обработки, до-

бавляемые в ходе развития ИС[3,9]. 

В качестве объектной реализации программного обеспечения рассматриваются математические 

объекты, вычислительные алгоритмы объектов и алгоритм моделирования переходного процесса. 

Математический  объект  представляет  собой  сущность,  выражающую  некоторую  математиче-

скую категорию и составляющую объект вычислений. Объектами энергосистемы являются векторы и 

матрицы. Каждый  математический  объект  обладает  набором  математических  признаков  и  являются 

инструментальным средством для ее решения[4]. 

При реализации классов методы привязываются к каждой структуре данных, а их виртуальное 

использование переносится на абстрактный уровень. В этом  случае, используя вызовы виртуальных 

методов,  сложные  организованные  вычислительные  процессы  реализуются  на  самых  верхних  уров-

нях классовой иерархии по указателям на объекты базового класса вызываются методы тех классов, 

на объекты которых он на самом деле указывают. 

 

Заключение 

В  данной  статье  была  рассмотрена  структура  информационной  системы  для  устойчивости 

электроэнергетических систем. Приводятся системное и функциональное наполнение информацион-

ной системы для устойчивости ЭЭС и подход к их практической реализации. 

 

 

ЛИТЕРАТУРА 

[1]  Калимолдаев М.Н., Абдилдаева А.А., Мамырбаев О.Ж., Амирханова Г.А. Методика построения ин-

формационной системы для электроэнергетических систем // Одиннадцатая Международная Азиатская Школа-

семинар  "Проблемы  оптимизации  сложных  систем",  Кыргызская  Республика,  Иссык-Кульская  область, 

г.Чолпон-Ата, 2015.C. 312-319. 

[2]  М.Н. Калимолдаев, О.Ж. Мамырбаев, А.А. Абдилдаева, Г.А. Амирханова. Проектирование инфор-

мационной  системы  для  исследования  устойчивости  электроэнергетических  систем.  Материалы  научной  кон-

ференции  ИИВТ  МОН  РК  «Современные  проблемы  информатики  и  вычислительных  технологий».  Алматы, 

2015. С.67-73. 

[3]  Попов  Д.Бj_  Разработка  и  реализация  информационно-вычислительной  системы  для  исследования 

динамической устойчивости электроэнергетических систем. // Вычислительные технологии. Т.13. 2008. -С. 59-68. 

[4]  Бернас  С.,  Цек  З.  Математические  модели  элементов  электроэнергетических  систем.                                   

– М.:Энергоиздат, 1982. – 312с.  

[5]  Коротков  В.А.  Оптимальная  стабилизация  энергосистем  на  основе  метода  функции  Ляпунова                       

// Труды СибНИИЭ. – 1975. – вып.26. – С.65-72. 

[6]  Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины. М.: Госэнергоиздат, 1950. 552 с. 

[7]  Попов Д.Б. Разработка программного обеспечения в научных подразделениях // Компьютерное мо-

делирование – 2007: Тр. Междунар. научно-техн. конф., СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. С. 250-258. 

[8]  Bucknall J. Tomes of Delphi: Algorithms and Data Structures. Texas: Wordware Publ., Inc., 2001. 

[9]  Efimov  D.N.,  Popov  D.B.  Open  system  for  simulation  of  transients  in  electric  power  systems  //  ICEE. 

2001. Vol. 1. Xi’an/China. P. 233-237. 

 

Қалимолдаев М.Н., Абдилдаева А.А., Мамырбаев Ө.Ж. 

Электр энергетикалық жүйелер үшін ақпараттық жүйенің қызметтік элементтері.  

Түйіндеме. Бұл мақалада электроэнергетикалық жүйенің тұрақтылығы үшін ақпараттық жүйенің  құры-

лымы  қарастырылған.    Мақалада  электр  энергетикалық  жүйелердің  тұрақтылығы  үшін  ақпараттық  жүйенің 

жүйелік және қызметтік толтырылуы және практикалық жолдары көрсетілген.  

Түйін сөздер: электр энергетикалық жүйелер, тұрақтылық, ақпараттық жүйе, модель 

 

Kalimoldayev M., Abildayeva A., Mamyrbayev O. 

Elements of the information system for electric power systems. 

Summary. This article has examined the structure of the information system for the stability of power systems. 

Given the systemic and functional content of the information system  for the stability  of the EPS and the approach to 

their implementation. 

Key words: electric power systems, sustainability, information system, model 

 

 

 

 

●

 Технические науки 

 

136                                                                                            

№2 2016 Вестник КазНИТУ

 

 

УДК 621.3.066.621.382. 

 

А.Е. Казангапов  

(Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева, 

Алматы, Республики Казахстан, kazangapov_a@mail.ru) 

 

К ВОПРОСУ МЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ 

ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ 

 

Аннотация. В работе процесс разрушения твердых тел рассматривался в основном как процесс превра-

щения  энергии.  Полная  энергия,  рассеянная  колеблющейся  деталью  или  на  распространения  трещин  горных 

породах, имеет мало отношения к усталостной долговечности или хрупкому разрушению. В то тоже время об-

ращено  внимание  на  точность  употребления  некоторых  технических  терминов  по  разрушению.  Результаты 

данной работы могут быть с успехом применены при определении параметров процессов буровзрывных работ 

горного массива деталей больших технических систем. 

Ключевые слова: массив пород, разрушения горных пород, трещины, динамические нагрузки.  

 

Механизм разрушения твердых тел зависит от свойств и вида напряженного состояния. Если у 

металлов  разрушение  происходит  вследствие  усталостных  явлений  с  появлением  поверхностных 

трещин,  то  в  горных  породах  разрушение  происходит  за  счет  развития  внутренних  дефектов  и  т.д 

действием  внешних  сил.  Оно  наступает  в  тех  местах,  где  присутствуют  естественные  (природные) 

трещины, сколы. Поэтому в рамках концепций теории трещин, разрушение твердого тела рассматри-

вается как процесс развития генеральной трещины. Такая теория более точно описывает явление раз-

рушения. Она предусматривает следующий механизм разрушения [3].  

В процессе деформации тела в окрестности контура трещины возникает зона предразрушения. 

Развитие и формирование этой зоны происходит до тех пор, пока напряжения или деформации в ней 

не  достигнут  определенного  (предельного)  значения,  т.е.  пока  не  наступит  предельно-равновесное 

состояние. В этот момент и происходит распространение трещины в зону предразрушения.  

Природа разрушения горных пород и металлов одна и та же – основана на теории прочности. 

Она представлена четырьмя группами.  

К  первой  группе  относятся  исследования  связанные  с  разработкой  метода  расчета  усталости  - 

метода  механики  разрушения,  дающего  полное  описание  конфигураций  трещины,  величины  и  вида 

нагрузки в зависимости от реального напряжения. 

Вторую  группу представляет эмпирический метод, разделяющий упругие и пластические ком-

поненты измеряемой деформации и устанавливающий   линейную зависимость логарифма величины 

пластической деформации от логарифма числа циклов до разрушения.  

Следующий подход, названный металлофизическим, основан на  теории распространения уста-

лостных микротрещин на базе теории дислокации кристаллов.  

Четвертая группа – основана на энергетическом подходе, где критерий усталостного разруше-

ния установлен в зависимости от накопления пластической деформации при пластическом гистерези-

се.  Данный    подход  является  наиболее  приемлемым  для  описания  макроскопического  разрушения 

крупных сооружений и массивов [3]. 

Резюмируя  вышеизложенное,  можно  сказать,  что  местная  трещина  возникает  тогда,  когда 

напряжение в некоторой точке постепенно увеличиваясь достигает значения сопротивления разрыву. 

В дальнейшем, под действием нагрузки накапливаются повреждения, приводящие к снижению проч-

ности  твердых  тел.  Графически  это  имеет  вид,  представленный  на  рисунке  1.  Заштрихованная  пло-

щадь  отражает  энергию,  соответствующую  напряжению,  превышающему  предел  выносливости  

-1

. 

Эта площадь равна: 

                                    

















1

1

d

b

b

                                                                  (1) 

где 



1



напряжение выносливости, 



1



деформация, соответствующая пределу выносливо-

сти; 





текущее  значение  напряжения  (амплитуда  напряжения); 





деформация,  соответствующая 

амплитуде напряжения. 

 

 

●

 Техникалық ғылымдар 

 

ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016                                          

137 

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Снижение прочности динамической нагрузки 

 

При  рассмотрении  напряженно-деформированного  состояния  изделия,  несомненно,  надо  учи-

тывать и рассеяние энергии (внутреннее трение, демпфирование). При циклическом нагружении оно 

является  «инструментом»  определения  свойств твердых тел, характеризующих процессы не  упруго-

сти  на  различных  этапах  разрушения.  Внешними  параметрами,  определяющими  уровень  рассеяния 

энергии в материале, служат частота и амплитуда приложенного внешнего напряжения, температуры, 

магнитного  и  электрического  поля  и  т.  д.  Металловедами  широко  используется  метод  внутреннего 

трения для распознавания структурных и фазовых состояний. С этой точкой зрения, при повышении 

действующего  в  материале  внешнего  напряжения на  кривой  амплитудной  зависимости  внутреннего 

трения  необходимо  выделить  область  (0,

кр



)  характерной  амплитуде  деформации.  В  этой  области 

внутреннее  трение  не  зависит  от  амплитуды  деформации.  Рассматривая  эти  области  в  пределах 

i

кр









2

кр



получаем слабую зависимость и при 

2

кр









3

кр



– сильную зависимость дефор-

мации, вызывающую микроразрушение материала, что приводит к выражению:  

 

                                   R – S = 0,                                                                           (2) 

 

где R – прочность исследуемого материала, S – действующее напряжение.  

При такой постановке задачи, необходимо учитывать предельное состояние материала, т.е. его 

потенциальную возможность.  

В большинстве моделей функций надежности изделий прочность и нагрузка считаются стати-

чески независимыми и стационарными. Тогда вероятность отказа F(t) может быть выражена уравне-

нием: 

                                  









0

)

(

)

(

)

(

dt

t

f

t

f

t

F

N

R

                                                 (3) 

 

где f

R

(t) – накопленное распределение прочности изделия R и f

N

(t) – функция прочности вероят-

ности нагрузки N. 

Теория разрушения включают в себя две теоремы: теорему верхнего предела и теорему нижне-

го предела. Первая теорема связана с допустимым полем скоростей и гласит: если кинематически до-

пустимое поле скоростей может быть найдено на любой стадии нагружения, то вероятность наступ-

ления разрушения велика или имеет место её ранее появление. Поле скоростей определяется как ки-

нематически  допустимое,  если  элемент  скорости  

I

  удовлетворяет  граничным  условиям  (

I

=0  на 

участке поверхности S, где поверхностное напряжение T

i

 не задано), условию несжимаемости  

I,j

=0 

и условию сжимаемости с элементами скоростей деформации внутри изделия: 

 

                                     

)

(

2

1

,

,

,

i

j

j

i

j

i











                                                     (4) 

 

Теорема  нижнего  предела  сформулирована  следующем  образом:  если  безопасная,  статически 

допустимая  напряженность  может  быть  найдена  на  каждой  стадии  нагружения,  то  разрушенияпри 

в

1

 

в 

 



-1 

0 



-1

 

 

жүктеу/скачать 51,43 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: