CC BY
29
© И.Н. Хамидуллин, А.В. Шагидуллин, В.К. Ильин УДК 621.316
ПОВЫШЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
И.Н. Хамидуллин1, А.В. Шагидуллин1, В.К. Ильин2
1Филиал ОАО «Сетевая компания» Приволжские электрические сети,
г. Казань, Россия
2Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: Статья посвящена необходимости повышения работоспособности сети путем создания и использования датчика мониторинга состояния воздушных линий распределительных сетей, приведены основные аппаратные решения.
Ключевые слова: линия электропередачи, контроль напряжения, низковольтные сети, датчик, показатель надежности, распределительные сети.
INCREASE OF OPERATING ACTIVITY OF DISTRIBUTION ELECTRIC
NETWORKS
I.N. Hamidullin1, A.V. SHagidullin1, V.K. Ilyin2
1Branch of JSC "Grid Company" Privolzhsky electrical networks, Kazan, Russia 2Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: The article is devoted to the need to improve the network's working capacity by creating and using a sensor for monitoring the condition of overhead lines in distribution networks, basic hardware solutions.
Keywords: power line, voltage monitoring, low-voltage networks, sensor, reliability index, distribution networks, SAIDI, SAIFI.
В настоящее время во всем мире компании, отвечающие за поставку электрической энергии, прилагают максимальные усилия для выполнения требований к показателям качества оказываемых услуг.
Ввиду того, что большинство распределительных электросетевых организаций в РФ являются естественными монополиями, качество поставляемых ими услуг нормируется законодательно ПП РФ от 06.05.2011 № 354, которое определяет требования, представленные в табл. 1.
Таблица 1
Требования к показателям качества оказываемых услуг_
Показатель Допустимые отклонения Условия и порядок компенсации
Бесперебойное круглосуточное электроснабжение в течение года* Допустимая Продолжительность перерыва электроснабжения: 2 часа - при наличии двух независимых взаимно резервирующих источников питания; 24 часа - при наличии 1 источника питания За каждый час превышения допустимой продолжительности перерыва электроснабжения, исчисленной суммарно за расчетный период, в котором произошло указанное превышение, размер платы за коммунальную услугу за такой расчетный период снижается на 0,15 процента размера платы, определенного за такой расчетный период в соответствии с приложением №2 к Правилам, с учетом положений раздела IX Правил
Постоянное соответствие напряжения и частоты электрического тока требованиям законодательства Российской Федерации о техническом Регулировании (ГОСТ 321442013 и ГОСТ 29322-2014) Отклонение напряжения и (или) частоты электрического тока от требований законодательства Российской Федерации о техническом регулировании не допускается За каждый час снабжения электрической энергией, не соответствующей требованиям законодательства Российской Федерации о техническом регулировании, суммарно в течение расчетного периода, в котором произошло отклонение напряжения и (или) частоты электрического тока от указанных требований, размер платы за коммунальную услугу за такой расчетный период снижается на 0,15 процента размера платы, определенного за такой расчетный период в соответствии с приложением №2 к Правилам, с учетом положений раздела IX Правил
Помимо этого, существуют универсальные международные индикативные показатели надежности электроснабжения потребителей - IEEE. Данные показатели являются основными в большинстве западных стран для оценки деятельности электросетевых компаний, а в последнее время учитываются и электросетевыми организациями РФ в соответствии с Приказом Министерства Энергетики Российской Федерации от 29 ноября 2016 г. №1256 «Об утверждении методических указаний по расчету уровня надежности и качества поставляемых товаров и оказываемых услуг для организации по управлению Единой национальной (общероссийской) электрической сетью и территориальных сетевых организаций.
Средний индекс частоты прерываний в работе системы SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) - это среднее количество длительных перерывов в электроснабжении на одного потребителя в год или отношение количества ежегодных перерывов в работе системы к общему количеству потребителей. При этом если какие -то потребители пострадали более одного раза, то каждое отключение рассматривается как независимое. SAIFI показывает сколько раз в год возникали перебои в энергоснабжении среднестатистического потребителя [1]. Показатель SAIFI характеризует общую безотказность системы: общее техническое состояние электрических сетей, уровень и качество проводимых эксплуатационных работ. Улучшить данный показатель возможно увеличивая капитальные затраты на модернизацию и реконструкцию сетей.
Средний индекс длительности прерываний в работе системы SAIDI (System Average Interruption Duration Index) - это средняя продолжительность перерывов в электроснабжении на одного потребителя в год или отношение общей продолжительности длительных ежегодных перерывов в работе системы к общему количеству потребителей. Показатель SAIDI помимо технического состояния электрических сетей определяется скоростью восстановления электроснабжения потребителей: оперативностью определения причин аварийного отключения и организации его устранения. Сокращение времени отыскания причин аварийного наиболее перспективный фактор, с точки зрения возможности ее улучшения [2].
Оба показателя определяются в совокупности для всех уровней напряжения и по отдельности для электрических сетей 0,4 кВ и 10 (6) кВ. Данные показатели рассчитываются отдельно по аварийным и плановым отключениям [3, 4]. Например, на рис. 1 изображены рассчитанные показатели надежности SAIDI для Республики Татарстан и стран Евросоюза.
500 400 300 200 100 0
Рис 1. Показатель надежности SAIDI для Республики Татарстан в сравнении со странами
Европы [5]
Для расчета, а также для возможности улучшения каждого из вышеперечисленных показателей необходимо иметь актуальную информацию о состоянии сети и ее параметрах.
Оптимизировать управление энергетической системой и ее развитие, повышать качество энергоснабжения становится затруднительно без применения современных технологий и «цифровизация» сетей. Задача по «цифровизации» экономики в целом и инфраструктурных отраслей в отдельности приобрела еще большую актуальность в связи с взятым курсом на реализацию программы «Цифровая экономика Российской Федерации», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 июля 2017 года №1632-р.
Следует отметить, что распределительные электрические сети в России имеют низкий уровень цифровизации, что является причиной отсутствия у сетевых организаций полной актуальной информации о состоянии сетей. Электросетевая организация в большинстве случаев не имеет полной информации о качестве поставляемых им услуг [6].
325
К ОС С ОС _ п-
1 % £ § I I
В настоящее время в распределительных сетях 10 (6) кВ информация об отсутствии напряжения в сети поступает по двум каналам:
1. По средствам телемеханики, телесигнализации (если такие средства установлены на силовых подстанциях 220/110/35/10 кВ).
2. Информированием от потребителей электроэнергии.
В сетях 0,4 кВ единственным источником информации является потребитель электроэнергии. То есть об аварийном отключении электроэнергии или же о фактах поставки некачественной электроэнергии электросетевая организация узнает по факту обращения потребителей с соответствующей претензией.
В связи с чем, задача получения объективной, своевременной и достоверной информации о качестве реализуемой электрической энергии является актуальной. Анализ существующих приборов мониторинга состояния воздушных линий электропередачи [7] показал, что для распределительных сетей 0,4 кВ необходимым функционалом обладают счетчики электроэнергии Меркурий 230, Меркурий 234, Матрица ^71, Энергомера СЕ102, ПСЧ-4ТМ, ZMG405 CR4, СЭТ-4ТМ.02, СЭТ-4ТМ.03, которые помимо контроля значений фазных напряжений осуществляют контроль токов силовой сети и расхода электроэнергии, вследствие чего цена на такие устройства весьма высока [8]. Аналоги представлены на рынке узлом учета электроэнергии и контроля параметров, производства НПК «Силеста» и комплексами программно-аппаратных средств телемеханики, АО «ЮГ-СИСТЕМА ПЛЮС».
Цена приборов, как правило, имеет определяющее значение при выборе системы мониторинга, так как распределительные сети имеют сложную древовидную структуру с большим количеством линий, и требует значительных финансовых вложений для создания подобных систем. Для примера, ОАО «Сетевая компания» РТ имеет на своем балансе около 32 000 км ВЛ-0,4 кВ [9].
Наиболее оптимальным решением, указанной проблемы, считаем установку на конечных точках сетей датчиков мониторинга напряжения с функцией обратной связи и определенным алгоритмом работы (рис. 2). Мониторинг состояния сети по параметрам напряжения считаем наиболее целесообразным, ввиду того что именно уровень напряжения является индикатором рабочего состояния сети и позволяет отслеживать значения напряжения в сети в соответствии с ГОСТ 32144-2013, что способствует своевременному выявлению и быстрому устранению факторов, влияющих на качество электроэнергии.
Рис.2. Алгоритм работы датчика контроля напряжения VR-1
Для решения поставленных задач авторами разработан датчик напряжения VR-1, который монтируется на конечной опоре ВЛ-0,4 кВ. Датчик состоит: из программируемого контроллера, трансформаторов напряжения, GSM/GPRS-модуля. Схема реализации датчика изображена на рис 3.
Питание датчика осуществляется от двух источников: от подключенной сети 0,4 кВ - в нормальном режиме, от аккумулятора (ионистора) - в аварийном режиме в случае отключения напряжения в сети.
Данный датчик обладает минимальным необходимым функционалом: измерение напряжения на каждой из фаз, передача информации в виде SMS или GPRS пакета документов об отсутствии напряжения. Схема датчика контроля напряжения VM-1 изображена на рис. 4.
Данный функционал датчика позволяет:
1. Определять место повреждения сети для оперативного устранения причин аварийного отключения.
2. Отслеживать отклонения напряжения от величин, регламентируемых ГОСТ.
3. Информировать диспетчера оперативной информацией о состоянии сети, что способствует снижению времени восстановления электроснабжения потребителей, и улучшению показателя SAIDI, снижением рисков применения фискальных мер из -за несоблюдения требования законодательства.
4. Обеспечить сохранность сетей от хищения.
Рис.4. Схема датчика контроля напряжения VM-1
Монтаж датчика осуществляется на опору ВЛ 0,4 кВ с подключением на каждую фазу с использованием прокалывающего зажима (рис.5). Опробование устройства производилось на ВЛ-0,4 кВ филиала ОАО «Сетевая компания» Приволжские электрические сети. Тестирование в течении трех недель подтвердило эффективность разработки и возможность промышленной эксплуатации.
Рис.5. Монтаж датчика контроля напряжения VR-1 на действующей ВЛ 0,4 кВ
Преимуществом разработанного датчика является наличие необходимого функционала при относительно небольшой себестоимости, что позволяет рассматривать возможность его применения в распределительных сетях в рамках программы цифровизации сетей.
Выводы
1. Определена проблема отсутствия информации в реальном времени о состоянии воздушных линий 0,4 кВ.
2. Разработан датчик контроля напряжения с минимальным необходимым функционалом для мониторинга состояния распределительных сетей 0,4 кВ.
3. Применение разработанного датчика позволит оперативно пресекать факты хищения проводов в сетях 0,4 кВ, уменьшить время реагирования на аварийные отключения электроэнергии, сократить жалобы на качество электроэнергии и повысить работоспособность сетей.
Литература
1. Биллингтон Р., Аллан Р. Оценка надёжност и электроэнергетических систем: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1988. 288 с.
2. Sonwane P.M., Kushare B.E. Algorithms and methodology for development of ocp-pso tool for optimal capacitor placement to enhance system reliability // 2016 IEEE International Conference On Advances In Electronics, Communication And Computer Technology, ICAECCT 2016. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2016. С. 320-327.
3. Усачева И.В., Хуршудян Ш.Г. Повышение энергетической эффективности на основе модернизации электросетевой инфраструктуры как фактор экономического роста регионов Юга России // Известия Санкт-Петербургского Государственного Экономического Университета. 2015. №3 (93). С. 63-70.
4. Сахарова И.В. Об учете качества услуг в тарифном регулировании распределительных электросетевых компаний в российской и зарубежной практике // Современная экономика: проблемы и решения. 2013. №5 (41). С. 43-51.
5. CEER Benchmarking Report 5.2 on the Continuity of Electricity Supply // Coucil of Eurepean Energy Regulators. 2015.
6. Цифровые технологии в сетевом комплексе // Энергетический бюллетень. Октябрь 2017. URL: http://ac.gov.ru/files/publication/a714737.pdf (дата обращения: 19.06.2018).
7. Современные технологии мониторинга воздушных электросетей ЛЭП / Control Engineering. URL: http://controlengrussia.com/otraslevye-resheniya/sovremenny-e-tehnologii-monitoringa-vozdushny-h-e-lektrosetej-le-p/ (дата обращения: 19.06.2018).
8. Неганов Л., Тульский В., Олексюк Б. Концепция системы мониторинга показателей бесперебойности электроснабжения потребителей московской области // Электроэнергия. Передача и распределение. 2016. №1 (34). С. 28-33.
9. Годовой отчет ОАО «Сетевая компания» // URL: http://gridcom-rt.ru/aktsioneram-i-investoram/obyazatelnoe-raskrytie-informatsii-emitentami/godovye-otchety/ (дата обращения: 19.06.2018).
Авторы публикации
Хамидуллин Искандер Наилевич - начальник службы распределительных сетей, филиал ОАО «Сетевая компания» Приволжские электрические сети. Email: [email protected].
Шагидуллин Андрей Владиславович - инженер службы распределительных сетей, филиал ОАО «Сетевая компания» Приволжские электрические сети.
Ильин Владимир Кузьмич - доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой Энергообеспечение предприятий и энергоресурсосберегающих технологий Казанского государственногоый энергетического университета.
References
1. Billington R., Allan R. Evaluation of reliability and electric power systems: Per. with English. M.: Energoatomizdat, 1988. 288 p.
2. Sonwane P.M., Kushare B.E. Algorithms and methodology for development of ocp-pso tool for optimal capacitor placement to enhance system reliability // 2016 IEEE International Conference On Advances In Electronics, Communication And Computer Technology, ICAECCT 2016. Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2016. pp. 320-327.
3. Usacheva I.V., Khurshudyan Sh.G. Increase of energy efficiency on the basis of modernization of the electric grid infrastructure as a factor of economic growth of the regions of the South of Russia // Izvestiya of the St. Petersburg State Economic University. 2015. No. 3 (93). pp. 6370.
4. Sakharova I.V. On accounting for the quality of services in the tariff regulation of distribution grid companies in Russian and foreign practice // Modern economy: problems and solutions. 2013. No. 5 (41). pp. 43-51.
5. CEER Benchmarking Report 5.2 on the Continuity of Electricity Supply // Coucil of Eurepean Energy Regulators. 2015.
6. Digital technologies in a network complex // The Energy bulletin. October 2017. URL: http://ac.gov.ru/files/publication/a714737.pdf (date of the application: 19.06.2018).
7. Modern technologies for monitoring of power transmission lines / Control Engineering. URL: http://controlengrussia.com/otraslevye-resheniya/sovremenny-e-tehnologii-monitoringa-vozdushny-h-e-lektrosetej-le-p/ (date of the application: 19.06.2018).
8. Neganov L., Tulsky V., Oleksyuk B. The concept of the system of monitoring the indicators of the uninterrupted power supply of consumers in the Moscow region // Electric Power. Transmission and distribution. 2016. No. 1 (34). pp. 28-33.
9. Annual report of JSC "Grid Company" // URL: http://gridcom-rt.ru/aktsioneram-i-investoram/obyazatelnoe-raskrytie-informatsii-emitentami/godovye-otchety/ (date of the application: 19.06.2018).
Authors of the publication
Iskander N. Hamidullin - Head of Distribution Networks Service, Branch of JSC "Grid Company" Privolzhsky Electric Networks. Email: [email protected].
Andrey V. Shagidullin - engineer of Distribution Networks Service, Branch of JSC "Grid Company" Privolzhsky Electric Networks.
Vladimir K. Ilyin - doc. sci. (techn.), associate professor, head of the Department «Energy supply of enterprises and energy-saving technologies», Kazan State Power Engineering University.
Поступила в редакцию 10 июля 2018 г.
