CC BY
154
ОВбщетехнические и социальные проблемы
Общетехнические и социальные проблемы
УДК 656.212.039.8-52 Н. А. Борисенкова
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
На современном этапе реформирования отечественной энергетики и железнодорожного транспорта проблемы качества электроэнергии приобретают первостепенное значение. Рассмотрены принципы создания информационноизмерительных систем контроля качества электроэнергии как способ организации процесса управления качеством электроэнергии.
качество электрической энергии, показатели качества, информационноизмерительная система, средства измерений показателей качества.
Введение
Электрическая энергия как товар обладает потребительскими свойствами, такими как количество и качество. На современном этапе реформирования российской энергетики и железнодорожного транспорта с учётом перехода на рыночные отношения проблемы качества электроэнергии приобретают первостепенное значение.
Железнодорожный транспорт является крупным потребителем электрической энергии. От качества электроэнергии зависят эффективность и безопасность работы электроподвижного состава, устройств СЦБ, связи и т. д. Низкое качество электроэнергии в конечном итоге становится одной из причин повышения энергетической составляющей себестоимости перевозок.
В то же время железнодорожный транспорт как потребитель сам оказывает негативное влияние на качественные характеристики электроэнергии. В этом случае энергетическая составляющая себестоимости перевозок также увеличивается вследствие выплаты штрафных санкций. Решение проблем качества электроэнергии позволит
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
разработать мероприятия, направленные на снижение составляющей железнодорожных перевозок.
____________255
энергетической
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
£58щетехнические и социальные проблемы
1 Анализ состояния проблемы качества электроэнергии на современном этапе
1.1 Повышение интереса к проблемам качества электроэнергии
Развитие рыночных отношений в энергетике и на железнодорожном транспорте стимулирует повышение научной активности в сфере качества электрической энергии. На рисунке 1 представлена временная зависимость изменения количества публикаций в мире, использующих термин
качество электроэнергии [1].
s 1200
3 1000
с;
ю
>ч
800
600
400
200
0
о
со
I—
о
О)
Т
10 г-
Q Г оды
Рис. 1. Временная зависимость изменения количества публикаций в мировой литературе, посвящённых качеству электроэнергии
Как можно заметить, особый интерес к вопросам качества электроэнергии проявляется с 1995 года. Именно с этого времени начинается осознание важности проблемы управления качеством электроэнергии. Существуют различные причины возрастания интереса к проблемам качества электроэнергии, основные из них следующие:
силовое оборудование становится всё менее терпимым к нарушениям качества электроэнергии. Помехи приводят к некорректному управлению оборудованием и простоям в процессах производства. Как следствие, происходит значительное повышение стоимости продукции;
либерализация энергетики заставила пересмотреть представление об электроэнергии. Если раньше считалось, что электрическая энергия -«всеобщее благо», то сегодня в развивающихся рыночных отношениях это товар, обладающий определёнными свойствами. А покупатели вправе предъявлять требования к качеству этого товара и получать всю необходимую информацию о параметрах качества.
1.2 Нормативно-техническая база в области качества электроэнергии
В России право потребителя на качественную электроэнергию закреплено статьями 542, 543 Гражданского кодекса Российской
Федерации. Требования к качеству электрической энергии определяет
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
257
Межгосударственный стандарт ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» [2].
Потребители, использующие электрическую энергию для личных нужд, защищены законом Российской Федерации «О правах потребителей». Отпускаемая им электроэнергия подлежит обязательной сертификации на основании постановления Правительства Российской Федерации № 1013 от 13.08.97 г. Для этого созданы и аккредитованы при Госстандарте РФ соответствующие органы по сертификации и испытательные лаборатории по определению показателей качества электрической энергии. Практическая работа по сертификации электроэнергии, отпускаемой физическим лицам, широко развернулась только после того, как была достигнута договорённость и подписано совместное трёхстороннее решение РАО «ЕЭС России», Минэнерго и Госстандарта. Однако в настоящее время электроэнергия сертифицируется только по двум показателям - по отклонению напряжения и отклонению частоты.
Взаимоотношения юридических лиц с энергоснабжающими организациями должны регулироваться договорами энергоснабжения, в которых указываются пределы допустимых величин показателей качества электрической энергии на границе балансовой принадлежности или в точках общего присоединения потребителей, а также ответственность сторон при их нарушении. Это делается на основании следующих нормативных документов:
ГОСТ 13109-97;
Правила присоединения потребителей электрической энергии к сетям общего назначения по условиям качества;
Правила энергоснабжения;
Правила пользования электрической энергией;
Правила применения скидок и надбавок к тарифам на электрическую энергию.
Однако на сегодняшний день все эти правила в старой редакции отменены, а в новой ещё не утверждены [3]. Поэтому следует отметить, что для возможности практического применения нормативно-техническая база в области качества электроэнергии в России должна быть существенно переработана. В частности, необходимы методика определения стоимости электроэнергии в соответствии с её качеством, требования к средствам измерения показателей качества, способ определения реального ущерба при отклонениях показателей качества
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
электроэнергии от установленных норм, порядок предъявления претензий к виновникам ухудшения качества и др.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
259
2 Информационно-измерительная система контроля качества электроэнергии
2.1 Цели создания информационно-измерительной системы контроля качества электроэнергии. Функции системы
Управлять качеством электроэнергии возможно лишь при наличии полной и своевременной информации о параметрах её состояния, т. е. о показателях качества электрической энергии, нормы и требования к которым установлены в ГОСТ 13109-97. Эта задача решается с помощью создания информационно-измерительной системы контроля качества электроэнергии, функциями которой являются:
мониторинг параметров напряжения согласно ГОСТ 13109 и тока в режиме on-line;
определение виновников ухудшения качества электроэнергии; автоматизированный расчёт неустоек за нарушение норм качества. Наличие оперативной информации о параметрах электрической сети позволит в итоге:
намечать мероприятия по устранению причин ухудшения качества электроэнергии;
эффективно использовать средства и методы регулирования напряжения;
выдавать технические условия на новые присоединения с учетом показателей качества электроэнергии;
составлять и контролировать договора на электроснабжение потребителей, учитывая качество электроэнергии.
Информационно-измерительная система контроля качества электроэнергии должна удовлетворять основным принципам информатизации, а именно:
открытость, гибкость, адаптируемость к изменяющимся условиям функционирования системы электроснабжения;
полная информационная совместимость между автоматизированными системами (АСУ) различных уровней управления;
независимость структуры автоматизированной системы от используемой техники и базовых технологий;
надёжность и высокая надёжность системы в нормальных и аварийных режимах;
использование электронного документооборота;
ориентация при разработке инфраструктуры информатизации на архитектуру взаимодействия открытых систем, использование современных архитектур.
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
2.2 Структура информационно-измерительной системы контроля качества электроэнергии
Задача построения системы контроля качества электроэнергии решается на основе использования современных высокотехнологичных устройств для измерения показателей качества электроэнергии. Как было сказано выше, в последнее десятилетие всё больше возрастает интерес к проблемам качества электроэнергии (см. рис. 1). Поэтому рынок средств измерения показателей качества электроэнергии достаточно велик и представлен как отечественными разработками, так и зарубежными приборами.
Однако требования ГОСТ 13109 и других отечественных нормативов к средствам измерения показателей качества электроэнергии значительно отличаются как от европейского стандарта EN 50160, так и от требований контролирующих органов различных европейских стран. В документах разных стран указаны разные параметры, не всегда соответствующие российским требованиям. В целом требования ГОСТ 13109 значительно жёстче. Кроме того, цена на зарубежные приборы существенно выше, чем на отечественные аналоги. Поэтому сегодня конъюнктура рынка средств измерения ПКЭ складывается в пользу российских производителей.
Большинство приборов, выпускаемых в настоящее время, имеет возможность функционирования как автономно, так и в составе информационных систем с использованием стандартных коммуникационных протоколов. Возможности приборов различны, и выбор того или иного средства измерения показателей качества электроэнергии определяется областью применения прибора. На предприятиях железнодорожной энергетики такие приборы пока практически не применяются, в то время как на преобразовательных подстанциях уже имеется небольшой опыт контроля качества электроэнергии. Поэтому для примера возьмём преобразовательную подстанцию 330/220/110/10 кВ. На рисунке 2 приведена структура системы контроля качества для такой подстанции.
Здесь 1, 2, ..., N - средства измерения показателей качества электроэнергии. Как известно, в высоковольтных сетях качество электроэнергии, поступающей от производителя, изменяется мало. Поэтому нет необходимости измерять значение всех показателей качества на вводах 330 кВ (прибор 1). К шинам 220, 110 и 10 кВ могут быть подключены потребители, оказывающие влияние на качество электроэнергии в сети. Для расчётов с ними в точках общего присоединения и на границах балансовой принадлежности должны быть установлены приборы, с помощью которых можно было бы анализировать качество электроэнергии, выявлять виновников его ухудшения и рассчитывать неустойки (приборы 2,3,. ,N) в зависимости от числа
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
261
потребителей. Приборы с такими функциями необходимы и самим потребителям.
Автоматизированное рабочее место АИИС КУЭ
Стандартный протокол передачи данных
Сервер АИИС КУЭ
Стандартный протокол передачи данных
1 2 3 4 5 6 N
т! t'
330 кВ
220 кВ
110 кВ
10 кВ
А
Объект электроэнергетики
Рис. 2. Информационно-измерительная система контроля качества электроэнергии, интегрированная в АИИС КУЭ, на объекте электроэнергетики общего вида
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
Кроме того, средства измерения показателей качества электроэнергии в точках общего присоединения целесообразно интегрировать в автоматизированную информационно-измерительную систему
коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ), что позволит уменьшить общую стоимость системы контроля за счёт совместного использования различных ресурсов, а также увеличить удобство и безаварийность эксплуатации с помощью единого интерфейса средств управления и оперативного персонала. Некоторые приборы уже совмещают в себе функции счётчика электроэнергии и регистратора её качества. Это, с одной стороны, упрощает задачу анализа параметров электроэнергии, особенно для коммерческих расчётов. С другой стороны, следует учитывать, что надёжность такой системы значительно снижается.
2.3 Примеры информационно-измерительных систем контроля качества электроэнергии
В сетевой компании Финляндии FINGRID используется совмещённая система контроля количества и качества электрической энергии, построенная на базе интеллектуальных счётчиков ION и программного обеспечения ION Enterprise канадской фирмы Shneider Electric. Контроль качества электроэнергии ведётся в режиме on-line на семи подстанциях 400 кВ. Система энергетического мониторинга состоит из трех основных компонентов: счётчиков, программного обеспечения и каналов связи.
Интеллектуальный счетчик ION проводит измерения, сохраняет данные [4]. Приборы устанавливаются на объектах, ведут постоянный сбор информации и выполняют необходимые операции. Одной из отличительных особенностей приборов является измерение дозы фликера - в стандарте EN 50160 это один из важнейших показателей качества электроэнергии. В России дозу фликера измеряют с помощью специального прибора фликерметра, тогда как регистраторы качества электроэнергии, как правило, такой возможности не имеют.
Программное обеспечение ION Enterprise собирает данные со счетчиков, предоставляет их в удобном виде и позволяет управлять учетом, контролем графика нагрузки и выпиской счетов.
Каналы связи осуществляют передачу данных. Счётчики и программное обеспечение связываются между собой через последовательные каналы, модемы или каналы Ethernet. Счетчики ION и программное обеспечение используют существующую инфраструктуру связи, такую как Internet, Ethernet, телефонную сеть, беспроводную связь.
Следует отметить, что при наличии необходимых документов, подтверждающих сертификацию приборов в России, описанная система могла бы применяться на отечественных объектах электроэнергетики. Однако нетрудно догадаться, что стоимость ION Enterprise может
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
263
значительно отличаться в большую сторону от стоимости аналогичных российских систем. Тем не менее конкуренцию может составить информационно-измерительная система контроля качества электроэнергии на базе приборов ППКЭ-1-50.М фирмы ООО НПФ «СОЛИС-С». Система может быть интегрирована в АИИС КУЭ и позволяет: осуществлять коммерческий учёт электроэнергии; обеспечивать контроль качества электроэнергии, получаемой от сетей электроснабжающих организаций согласно ГОСТ 13109;
обнаруживать технические и коммерческие потери электроэнергии; контролировать количество потребляемой электроэнергии, её мощности и их отклонения от договорных условий;
планировать потребности в электроэнергии объектов на основе статистических данных.
Заключение
В заключение можно сделать следующие выводы.
• На современном этапе реформирования отечественной энергетики и железнодорожного транспорта с учётом перехода на рыночные отношения проблемы качества электроэнергии приобретают первостепенное значение. Решение этих проблем для железнодорожного транспорта позволит разработать мероприятия, направленные на снижение энергетической составляющей железнодорожных перевозок.
• Одним из решений по снижению энергетической составляющей железнодорожных перевозок является создание информационноизмерительных систем контроля качества электроэнергии на основе использования опыта применения подобных систем в отечественной и зарубежной энергетике.
• Система должна обеспечивать:
контроль параметров напряжения согласно ГОСТ 13109 и тока в режиме on-line;
определение виновников ухудшения качества электроэнергии; автоматизированный расчёт неустоек за нарушение норм качества.
• Основу системы могут составлять средства измерения показателей качества электроэнергии различных функциональных возможностей в зависимости от конкретной области их применения и задач, которые они будут решать.
• Приборы должны иметь стандартные коммуникационные протоколы передачи информации для интеграции в информационноизмерительную систему контроля качества данного объекта и другие информационно-измерительные и управляющие системы.
Библиографический список
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
Общетехнические и социальные проблемы
• Signal Processing of Power Quality Disturbances / Math H. J. Bollen, Irene Yu-Hiua Gu // By the Institute of Electrical and Electronics Engineers. - 2006. - 861 p. - ISBN 13 978-0-471-73168-9; ISBN 10 0-471-73168-4. Published in Canada. Printed in the United States of America.
• ГОСТ 13109-97 Качество электрической энергии. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - М. : Изд-во стандартов, 1998. - 38 с.
• Обеспечение качества электрической энергии / А. В. Ланцов. - http:// e-audit.ru/quality/guaranty.shtml.
• Официальный сайт компании ADD - эксклюзивного дистрибьютора продукции ION в России. - http://www.add.ru.
• Методика определения неустойки за пониженное качество электроэнергии / В. С. Соколов. - www.ppke.ru.
УДК 621.512
А. Б. Буянов, С. И. Степанов, В. И. Крылов
ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОЗДУХОДУВОК ГОРОДСКИХ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Рассматривается экспресс-анализ технического состояния воздуходувок типа Н-750-23-6, установленных на станции производства сжатого воздуха для городских очистных сооружений. Состояние элементов проточной части воздуходувок определялось на основании сопоставления результатов измерений параметров агрегатов с их заводскими паспортными значениями. Необходимость в оценке технического состояния агрегатов возникла в связи с уже более чем 20-летним сроком их эксплуатации. Представлены методики проведения испытаний и обработки полученных опытных данных. Определены величины перерасхода электрической энергии на привод воздуходувок ввиду их износа.
сжатый воздух, воздуходувка, аэротенки, технические характеристики.
Введение
Одним из основных и дорогостоящих элементов городских очистных сооружений является станция производства сжатого воздуха с воздуходувными установками. Сжатый воздух, производимый воздуходувками, подается на аэротенки очистных сооружений для обработки канализационного ила. Ввиду значительного срока службы воздуходувок руководством городских очистных сооружений была поставлена задача на основе натурных испытаний определить техническое
ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС 2008/1
