методов контроля качества электроэнергии

1. Актуальность

1.1. Зарубежный опыт.

По имеющимся оценкам, проблемы качества электроэнергии обходятся промышленности и в целом деловому сообществу Европейского Союза около 10 миллиардов евро в год, в то время как затраты на превентивные меры составляют менее 5% от этой суммы.

Такие известные зарубежные фирмы, как «Хонда», «Боинг» и «Оракл» установили на своих предприятиях крупномасштабные системы мониторинга качества электроэнергии.

Заключен 10-летний контракт между энергоснабжающей организацией «Detroit Edison» и «Большой тройкой» автопризводителей, в котором оговорены допустимые характеристики по качеству электроэнергии и величины штрафов при электроснабжении автозаводов «Большой тройки». В 57 центрах питания установлено 133 прибора контроля качества электроэнергии.

Фирма «Claasen Mushroomc» получила в качестве компенсации за нарушение качества электроэнергии 5,5 млн. долларов США.

Метрологические сравнительные измерения некачественной энергии в трехфазной цепи при большом количестве гармоник приводят, по данным фирмы «Fluke», к ошибкам в показаниях традиционных счетчиков до 68%.

Проблема качества электроэнергии как товара многогранна, и в настоящее время она становится и правовой, и технической, и финансовой.

Проблема качества электроэнергии напрямую связана с коммерческой деятельностью предприятия, с затратами на его переоснащение и внедрение энергосберегающих технологий.

Качество электроэнергии зависит от процессов производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Оценка качества электроэнергии – это интегральная характеристика всей работы электроэнергетики:

- правильности выдачи технических условий на присоединение, проектирование и ввод в эксплуатацию энергетических объектов, качества электрооборудования;

- состояния эксплуатации энергетических объектов и правильности ведения электрических режимов;

- правильности выбора и работы систем гарантированного энергоснабжения, противоаварийной автоматики и релейной защиты;

- работы юридических и энергосбытовых служб.

1.2. Законодательная база мер технического регулирования в электроэнергетике

С 26 марта 2003 года вступил в действие Федеральный закон «Об электроэнергетике». Согласно Статье 28 этого закона в состав мер технического регулирования в электроэнергетике входит контроль (надзор) за качеством электрической энергии.

Обязательные требования к качеству электрической энергии определены Федеральным законом «О техническом регулировании», который вступил в силу с 1 июля 2003 года.

Указанная законодательная база требует от электроснабжающих организаций поставки электроэнергии надлежащего качества, в противном случае могут быть применены меры воздействия в соответствии с гражданским и уголовным законодательством. Подобные серьезные требования предъявляются и к потребителям электроэнергии.

В ГОСТ 13109-97 указано, что нормативы стандарта подлежат включению в технические условия на присоединение потребителей электроэнергии и в договоры на пользование электроэнергией. При этом согласно п.5.2 стандарта обязательному включению в договора подлежат отклонения на напряжение 0,35кВ и выше.

2. Состояние вопроса

1. Взаимодействие энергоснабжающих организаций, потребителей и надзорных органов в основном проходят в сфере формирования нормативно-правовой базы и находятся в плоскости организационных методов управления качеством электроэнергии.

2. По данным журнала «Контрольно-измерительные приборы и системы» №4 (август) 2004 г., в Государственный реестр средств измерений внесено 16 наименований средств измерений (СИ), предназначенных для контроля качества электроэнергии.

2.1. Тенденции развития систем измерений (СИ).

1-е поколение СИ: системы измерений, предназначенные для разовых измерений мгновенных значений тока, напряжения, мощности и т.п.;

2-е поколение СИ (современное состояние отечественных СИ): периодические измерения, анализаторы показателей качества электроэнергии (ПКЭ) для регистрации измерений и запоминания значений тока, напряжения, мощности и т.п.; ПКЭ, формы волны и событий в электросети;

3-е поколение СИ: непрерывные измерения, в добавление к вышеназванным статистической обработка данных.

Таким образом, развитие идет от периодических измерений к непрерывному мониторингу ПКЭ. Более того, строятся системы мониторинга ПКЭ в контрольных точках объектов (территорий), поскольку ряд задач, например, поиск источника возникновения помехи в электросети, может быть решен лишь в условиях построения системы.

2.2. Тенденции развития систем мониторинга ПКЭ.

1-е поколение: Измерения тока, напряжения, мощности и т.п.+ (опционно) измерения показателей качества электроэнергии;

2-е поколение: Измерения ПКЭ + событий в электросети + внутрисистемная связь – последовательный интерфейс RS 485, RS 232, есть возможность отображения (индикации) данных.

3-е поколение (системы, вводимые в эксплуатацию на Западе в настоящее время, отечественная разработка - система «ПРОРЫВ»): непрерывные измерения, ПКЭ + высокоскоростной обмен данными +статистическая обработка + обмен данными через Интернет.

В настоящее время в мировой практике представлены два подхода построения таких систем:

• Системы, основанные на автономных средствах измерения, собирающих, обрабатывающих, анализирующих и передающих информацию по всему спектру событий в электросети.
• Централизованные системы, у которых средство измерения регистрирует информацию, а подавляющее число операций по статистической обработке и анализу осуществляет единый на всю систему центральный процессор (сервер). Передовые отечественные разработки (например, система «ПРОРЫВ») продвигают концепцию централизованной системы.

2.3. Преимущества централизованных систем.

• Значительно ниже стоимость как самого средства измерения, так и всей системы.
• Централизованная система имеет значительно больше возможностей для расширения, модернизации и адаптации к конкретным условиям.
• Централизованная система имеет значительные преимущества по скорости передачи и обмена данными.

2.4. Общие требования для разрабатываемых систем:

- возможность встраивания и техническая совместимость с существующими и разрабатываемыми телеметрическими системами;

- наличие внутренней сети;

- высокоскоростная связь с интернетом;

- графический интерфейс для пользователя через интернет;

- все данные для статистической обработки и анализа передаются на центральный процессор;

- возможность построения разветвленной территориальной системы для диагностики состояний и тенденций событий в электросети.

3. Для чего нужна система мониторинга показателей качества электроэнергии в России?

3.1. Поставщикам электроэнергии

Сертифицируемые показатели качества электроэнергии: отклонения напряжения и отклонения частоты в контрольных точках распределительной сети находятся в оперативном управлении диспетчерского персонала поставщика электроэнергии. Непрерывные измерения показателей качества электроэнергии в контрольных точках распределительной сети будут лежать в основе управления качеством электроэнергии и позволят поставщику определять требования к конкретным потребителям.

3.2. Потребителям электроэнергии

• Обеспечение права потребителя на получение электроэнергии надлежащего качества путем корректного составления Договора на электроснабжение и последующего контроля за соблюдением договорных условий. Закон «О техническом регулировании» требует от энергоснабжающих организаций поставки электроэнергии надлежащего качества, в противном случае могут быть применены меры воздействия в соответствии с гражданским и уголовным законодательством.
• Обеспечение доказательной базы для эффективного страхования от опасных событий в электросети жизни и здоровья граждан, имущества физических и юридических лиц, муниципального и государственного имущества и окружающей среды. Оптимизация режимов энергопотребления предприятия с учетом требований качества электроэнергии.
• Непрерывный контроль за техническим состоянием силового оборудования, контуров заземления, состояния изоляции, зануления, установившегося режима работы распределительной сети.
• Непрерывный контроль работы релейной защиты и автоматики, систем гарантированного энергоснабжения, грозозащиты и отключающих аппаратов.
• Информирование об аварийных событиях, таких как короткие замыкания, провалы и перенапряжения, угрозы возниковения пожара.

Примечание: Есть информация, что в России приступили к установке подобных систем на предприятиях ОАО Красноярскэнерго и ОАО Транснефть.

4. Затраты на создание и сопровождение системы

Предварительный расчет стоимости системы, состоящей из 5 или из 32 приборов "Прорыв-КЭ", работающих на один УСПД (индустриальный компьютер для сбора и передачи данных) показывает, как меняется приведенная стоимость прибора в системе (равна всем затратам, деленным на число приборов в системе) в зависимости от числа приборов в системе:

В системе, состоящей из пяти приборов, приведенная стоимость равна 3256 Евро, при увеличении числа приборов, работающих в системе на один УСПД, приведенная стоимость падает более, чем в два раза, до 1538 Евро. Если все монтажные работы по устройству сетей Заказчик выполняет самостоятельно или силами местного Соисполнителя, то, вероятно затраты будут еще меньше.

Важным преимуществом является то, что три уровня системы могут вводиться в эксплуатацию поэтапно и уже после введения первого этапа заказчик начнет получать информацию.

Прибор "Прорыв-КЭ" сразу построен с учетом возможности расширения на восемь показателей, т.е. в базовом приборе за 999 ЕВРО эти возможности уже есть. Все остальное лишь надстройка для того, чтобы регистрировать, записывать, архивировать, анализировать и т.д. эти данные в режиме реального времени. Для этого нужны: индустриальный компьютер - УСПД, локальные сети, сервер, ПО и т.д.

Более того, есть все условия для дальнейшего расширения системы для анализа потерь на основе созданной системы.

5. Окупаемость контроля ПКЭ

Окупаемость системы определяется:

· Сокращением затрат на ремонт и замену оборудования, вышедшего из строя по причине систематических неконтролируемых событий в сети электропитания.

· Возмещение исков поставщиками электроэнергии за поставку некачественной электроэнергии.

· Возмещением страховых случаев по событиям в электросети.

Отсутствием потерь, связанных с браком выпускаемой продукции, вызванным плохим качеством электроэнергии

Прибор «ПРОРЫВ» (г.Петрозаводск) обеспечивает измерение следующих ПКЭ:

- установившееся отклонение напряжения, dU_y;

- отклонение частоты, Df;

- коэффициент искажения синусоидальнос­ти кривой напряжения, K_u;

- коэффициент n-й гармонической состав­ляющей напряжения, K_U(n);

- коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности, K_2U;

- коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности, K_0U;

- глубина провала напряжения, δU_п;

- длительность провала напряжения, Dt_п;

- коэффициент временного перенапряжения, K_перU;

- длительность временного перенапряжения, Δt_перU;

- среднеквадратичное значение тока, I;

- коэффициент искажения синусоидальности тока, K_I;

- коэффициент n-ой гармонической составляющей тока, K_I(n);

- коэффициент несимметрии токов по обратной последовательности, K_2I;

- коэффициент несимметрии токов по нулевой последовательности, K_0I.

Метрологические характеристики средств измерений прибора «ПРОРЫВ»

Литература:

1. НПО «Алан-Абрис» https://www.abris.sura.ru/index.html

2. НПМП «Связьэнергосервис» E-mail: pehota@proton-online.kharkov.org

3. ГОСТ 13109-97