16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/258/16582.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 22 (258) ноябрь 2014 года

Счетчики серии BINOM3. Новые технологии для контроля и управления качеством электроэнергии

Производство для энергетики Ольга ВАСИЛЬЕВА ЗАО «Алгоритм», Санкт-Петербург, vasilyeva@algspb.ru 5988

Обеспечение надежного и энергоэффективного функционирования систем электроснабжения является одним из приоритетных направлений в современной электроэнергетике. В этой связи остро стоят задачи управления качеством и повышения достоверности измерения количества электрической энергии. Для их решения необходима исчерпывающая информация о характеристиках электроэнергии, непрерывный автоматизированный мониторинг ее параметров, возможность управления нагрузкой при нарушениях режимов потребления.

Внимание к проблеме обеспечения качества электрической энергии в последние годы существенно возросло, что обусловлено объективными причинами.

Во-первых, усилилось негативное влияние потребителей электроэнергии на качество сетевого напряжения. Это связано с принципиальными изменениями в составе электроприемников, произошедшими за последние десятилетия, – значительно увеличилось количество оборудования с нелинейной вольт-амперной характеристикой входных цепей (современная информационно-вычислительная и бытовая техника, люминесцентное и светодиодное освещение, частотно регулируемые приводы и др.). По результатам исследований, проведенных Научно-исследовательским университетом «МЭИ», количество нелинейных потребителей в общей нагрузке сети за последние десятилетия увеличилось с 5 % до 40 %. Нелинейные электроприемники являются источниками высших гармоник тока, создавая искажения синусоидальной формы кривой напряжения в узлах электросети. Несинусоидальность токов и напряжений оказывает отрицательное влияние на работу электрооборудования, вызывая его дополнительный нагрев, преждевременный отказ и сокращение срока службы, приводит к увеличению потерь напряжения и мощности, уменьшению пропускной способности линий электропередачи, возникновению аварийных ситуаций из‑за ускоренного износа изоляции, а также из‑за ложных срабатываний средств автоматики. Другой вид искажений – несимметричная нагрузка, которая у коммунально-бытовых потребителей и на отдельных предприятиях может составлять до 85‑90 %, также вызывает дополнительные электрические потери в сетях и повышает аварийность электрооборудования.

Несоответствующее качество электроэнергии приводит к увеличению потерь электроэнергии, снижению надежности электроснабжения, создает условия для дополнительного технологического и экономического ущерба как у поставщиков, так и у потребителей электроэнергии.

Во-вторых, электроэнергия как предмет товарных отношений имеет коммерческую стоимость. Ввиду того что ее потребительские свойства не всегда соответствуют установленным нормам качества, а виновником этого может быть не только поставщик, но и потребитель, все чаще поднимаются вопросы распределения ответственности между ними и дифференцирования стоимости потребленной электроэнергии.

При отпуске электроэнергии могут быть установлены коммерческие санкции в зависимости от уровня качества электроэнергии и источника искажения ее параметров.

Важно отметить, что в соответствии с государственной программой Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» основные технические мероприятия в электроэнергетике должны быть направлены на «снижение потерь электроэнергии и совершенствование систем коммерческого и технического учета электроэнергии». В этой связи во исполнение поручения Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России при Президенте Росийской Федерации (№Пр-839 от 29.03.2010) Министерством энергетики Российской Федерации разработаны «Методические рекомендации к характеристикам систем и приборов учета электроэнергии на основе технологий интеллектуального учета» (Приказ № 86 от 22.03.2011). Этот документ предписывает приборам учета электроэнергии наличие следующих функций:

• автоматизированные измерения, сбор, накопление и обработка нформации о количестве электроэнергии;

• контроль технологических параметров электрической сети в точках учета электроэнергии;

• контроль параметров качества электрической энергии;

• передача дискретной информации с устройств сигнализации;

• ограничение, отключение и включение нагрузки посредством внешней команды или по заданному алгоритму функционирования.

Перечисленным положениям в полной мере соответствуют приборы российского производства – трехфазные счетчики – измерители показателей качества электроэнергии многофункциональные серии BINOM3 (ЗАО «Алгоритм», Санкт-Петербург).

Приборы разработаны с учетом требований российских и межгосударственных стандартов, отраслевых нормативных документов, соответствуют обязательным требованиям безопасности, электромагнитной совместимости, устойчивости к внешним воздействующим факторам.

Являясь универсальным инструментом для выполнения измерительных и аналитических задач, любая модель BINOM3 измеряет и вычисляет более 2300 параметров трехфазного присоединения и результатов их статистической обработки. Часть моделей оснащена функцией осциллографирования, дискретными входами и релейными выходами. Далее рассматриваются основные функции и характеристики этих приборов.

Как счетчики коммерческого и технического учета электрической энергии BINOM3 соответствуют ГОСТ 31818.11‑2012. Учет активной энергии ведется в классе точности 0,2S по ГОСТ 31819.22‑2012, реактивной энергии – в классе точности 0,5 по методикам ГОСТ 31819.23‑2012.

Показания количества электроэнергии включают данные об энергии активной и реактивной, включая энергию потерь, импортируемую и экспортируемую. Одновременно учитывается количество электроэнергии по двум настраиваемым профилям, по четырем тарифным зонам, вне тарифов и суммарно. Дополнительно ведется учет энергии активной и реактивной основной частоты (без учета гармонических составляющих тока и напряжения) и прямой последовательности (без учета тока и напряжения обратной и нулевой последовательности).

Наличие в BINOM3 данных о количестве полной энергии, энергии основной частоты и прямой последовательности позволит определить энергию искажений для установления коммерческих санкций при отпуске электроэнергии потребителям с нелинейной и несимметричной нагрузкой, и, следовательно, уменьшить величину коммерческих потерь.

Все без исключения модели BINOM3 являются средствами измерения показателей качества электроэнергии (ПКЭ). Измерение ПКЭ реализовано для самого высокого класса – класса А согласно методам ГОСТ 30804.4.30‑2013 и класса точности I по ГОСТ 30804.4.7‑2013. Усреднение (объединение) результатов измерений ПКЭ на требуемых интервалах и статистическая оценка соответствия ПКЭ установленным нормам выполняется по ГОСТ 32144‑2013. Прибор формирует протокол испытаний электроэнергии по рекомендациям ГОСТ 32145‑2013. Помимо этого реализовано измерение полного перечня дополнительных характеристик электроэнергии, согласно ГОСТ Р 8.655‑2010, необходимых для различных аналитических задач.

Обобщенный перечень характеристик электроэнергии и ПКЭ, измеряемых прибором, включает:

• основные параметры электрической сети: напряжение (фазное, междуфазное и среднее), ток (фазный и средний), мощность активная, реактивная, полная (фазная и трехфазная), коэффициент мощности (фазный и средний), частота;

• параметры несинусоидальности: гармонические (от 1 до 50 порядка) и интергармонические (от 0 до 49 порядка) составляющие напряжения и тока, гармонические составляющие мощности (активной, реактивной, полной) и углов фазового сдвига между гармониками тока и напряжения (от 1 до 50 порядка), углы фазового сдвига между фазными напряжениями и между фазными токами основной частоты, коэффициенты гармоник и интергармоник тока и напряжения и суммарные коэффициенты гармоник;

• параметры несимметрии: симметричные составляющие прямой, обратной и нулевой последовательности для тока, напряжения, мощности (активной, реактивной полной), углы фазового сдвига между напряжением и током прямой, обратной и нулевой последовательности, коэффициенты несимметрии напряжения и тока;

• нормируемые показатели качества электроэнергии на заданных интервалах измерения и усреднения: положительное и отрицательное отклонения напряжения, отклонение частоты; кратковременная и длительная доза фликера, коэффициенты несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности, коэффициенты гармоник и суммарные коэффициенты гармоник напряжения;

• результаты статистической оценки соответствия ПКЭ установленным нормам (верхние / нижние, наибольшие / наименьшие значения, относительное время превышения нормативных значений);

• параметры случайных событий: провалов и прерываний напряжения, перенапряжений, их классификация по величине и длительности.

Возможности счетчиков BINOM3 позволяют использовать их в целях:

• контроля КЭ для определения соответствия параметров КЭ установленным нормам, условиям договоров на поставку электроэнергии, при рассмотрении претензий к КЭ; проведении периодических и сертификационных испытаний;

• мониторинга КЭ при проведении диагностических и исследовательских работ, расчетах режимов работы электросети, для выработки мероприятий по управлению КЭ и поиска виновника искажений, выработки коммерческих санкций, скидок и надбавок к тарифам электроэнергии.


Динамический диапазон, на котором прибор сохраняет заявленную точность измерений по всем параметрам, составляет 2Uн и 2Iн, что превышает требования стандартов к счетчикам электроэнергии и средствам измерения ПКЭ (требуемый диапазон измерений тока для средства измерений ПКЭ – 1,5Iн).

Счетчик имеет встроенный WEB-сервер, в котором реализованы готовые формы для наглядного представления результатов измерений, вычислений и статистической обработки.

Для хранения данных используется энергонезависимая память, встроенная в счетчик карта памяти Micro SD или сетевые накопители узловых концентраторов, в качестве такого может выступать многоканальный концентратор ТM3com (ЗАО «Алгоритм», Санкт-Петербург). Каждый 1 Гб памяти хранит 16  000  000 единиц информации (аналоговых значений и дискретных событий).

Интересны результаты измерений и статистической обработки ПКЭ, произведенные счетчиками BINOM3 у потребителей с характерными видами электрической нагрузки (рис. 1-3). Счетчики установлены в разных городах, показания сняты в режиме on-line подключений к WEB-серверам счетчиков.



Пункт мониторинга КЭ – ввод 0,4 кВ блока административно-производственного здания. Потребителя характеризует наличие люминесцентной осветительной нагрузки, компьютерной техники, источников бесперебойного питания, лабораторно-испытательного оборудования. Зафиксировано превышение нормально допускаемых значений коэффициентов гармоник напряжения 3, 9 и 15‑го порядка, относительное время превышения 32 % интервала времени наблюдения (рис. 1). Примечательно отсутствие нарушений по гармоникам 3‑го порядка и более низкий уровень нарушений по гармоникам 9‑го и 15‑го порядков в выходные и праздничные дни.

Пункт мониторинга КЭ – фидер 0,4 кВ предприятия городского электрифицированного транспорта. Фидер питает входные цепи ИБП, осуществляющего энергообеспечение устройств централизации и блокировки. Зафиксировано превышение нормально и предельно допускаемых значений коэффициентов гармоник 12, 14‑22-го порядка, относительное время превышения составляет от 5 до 100 % интервала времени наблюдения (рис. 2).



Пункт мониторинга КЭ – фидер 6,3 кВ предприятия добывающей отрасли. Параметры несинусоидальности в сети не нарушены. Но зафиксировано превышение коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности в течение 93 % интервала времени наблюдения, а также положительное отклонение напряжения, наибольшее значение которого в течение недели составило 14 % от номинального (рис. 3).



Таким образом, во всех случаях наблюдается нарушение норм, установленных ГОСТ 32144‑2013, что подтверждает актуальность решения проблемы обеспечения качества электроэнергии.

Модели BINOM3, оснащенные функцией осциллографического регистратора, фиксируют в режиме реального времени с высоким разрешением и точностью историю искажений напряжения и тока. На рис. 5 показана осциллограмма переходного процесса, записанная BINOM337 во время провала напряжения.Сообщение о провале напряжения зафиксировано в Журнале событий (рис. 4). Из осциллограммы следует, что провал напряжения возник в результате аварии в системе электроснабжения, вызванной двухфазным повреждением в фазах B и C. Повреждение сопровождалось несимметрией и искажением синусоидальности напряжения в этих фазах. Далее нарушение перешло в трехфазный симметричный провал с большей глубиной, после чего напряжение восстановилось до значения в нормальном режиме работы.





В точке коммерческого (технического) учета дополнительно к важной информации о качестве измеренного количества электроэнергии счетчики BINOM3 обеспечивают осциллограммы переходных процессов в случае нарушений норм качества и случайных событий (провалов, прерываний, перенапряжений), имевшихся в сети.

Характеристики функции осциллографирования:

• частота отсчетов – 32 кГц (640 точек за период частоты);

• точность привязки отсчетов к единому времени – 1 мкс;

• длительность осциллограммы – 0‑30 с, длительность предыстории – 0‑25 с;

• запуск по событиям: провал или прерывание напряжения, перенапряжение, изменение на дискретном входе, срабатывание алгоритма формирования условий пуска;

• запись на карту памяти Micro SD (4 Гб) или сетевой накопитель;

• хранение в каждом 1 Гб памяти осциллограмм длительностью 41,5 минуты.

Дополнительно к осциллографированию мгновенных значений тока и напряжения прибор может архивировать среднеквадратические и усредненные (объединенные) результаты измерений и вычислений, исходя из заданных в нем конфигурационных настроек.

Отдельные модели серии BINOM3, выступающие в качестве контроллеров присоединений, оснащены:

• 16 дискретными входами для сбора и регистрации сигналов о состоянии коммутационных аппаратов, систем релейной защиты и противоаварийной автоматики, инженерных и вспомогательных систем;

• двух-, трех-, четырехканальными выходными реле (электромагнитными и твердотельными).

На вcтроенном WEB-сервере счетчика реализуется страница со схемой присоединения (рис. 6).



Характеристики функции регистрации дискретных сигналов и управления:

• период опроса дискретных входов – 100 мкс,

• дискретность настройки антидребезгового фильтра – 100 мкс,

• настраиваемый фильтр по числу срабатываний в секунду,

• коммутируемый переменный и постоянный ток – до 5 А при напряжении до 250 В.

Использование счетчиков BINOM3 c дискретными входами и релейными выходами позволяет рассматривать их как средства локального и удаленного управления нагрузкой при нарушениях режимов потребления или искажении качества электроэнергии.

Результаты измерений, учета, сбора дискретных состояний, статистической обработки ПКЭ могут быть переданы приборами BINOM3 в реальном времени по каналам Ethernet, RS-485, RS-232 в протоколах ГОСТ Р МЭК 60870‑5‑101 / 104 одновременно в несколько информационных систем: АСУ ТП, ССПИ, СМиУКЭ, АИИС КУЭ / ТУЭ. При этом WEB-доступ к текущим и архивным данным устройства не ограничивается.

Одной из основных задач при разработке встроенного в BINOM3 программного обеспечения являлось создание унифицированных графических форм и отчетов для пользователя (частично представлены на рис. 1-6). Несмотря на большой объем измерительной информации и сложность вычислительных задач, получен удобный и понятный интерфейс для контроля и анализа работы электрической сети.

Тщательно прорабатывались вопросы автоматизации конфигурирования прибора. Настройки параметров измерительной информации сгруппированы по типам задач (диспетчеризация, учет, контроль качества электроэнергии) на отдельных WEB-страницах. Прибор автоматически изменяет параметры обработки данных, исходя из выбираемых пользователем класса напряжения, вида схемы подключения к сети (трехпроводной или четырехпроводной), интервалов усреднения и статистической обработки, профилей учета и тарифного расписания. Гибко настраиваются параметры архивирования, осциллографирования, фильтры дискретных входов, условия и параметры передачи данных по каналам связи. И что также важно, работа пользователя с прибором осуществляется через WEB-браузеры без использования специальных программных средств, а подключение осуществляется как локально, так и удаленно из любой географической точки при условии обеспечения доступа в сеть со стороны прибора и пользователя.



Выводы

1. Для надежного и энергоэффективного функционирования электрических сетей необходимо проведение мероприятий по управлению качеством электрической энергии. Разработка этих мероприятий должна основываться на статистической информации о показателях качества и дополнительных характеристиках электроэнергии, получаемых в ходе непрерывного автоматизированного мониторинга и контроля.

2. Новые приборы российского производства серии BINOM3 обеспечивают достоверный и высокоточный учет электроэнергии, измерение широкого перечня характеристик и контроль качества электроэнергии, осциллографирование, регистрацию положений коммутационных аппаратов, могут производить прямое и дистанционное управление нагрузкой. Приборы являются универсальными средствами для решения задач учета, контроля и управления качеством электроэнергии.

3. Применение приборов серии BINOM3 обеспечивает существенный экономический эффект при автоматизации электросетей благодаря возможности функционирования прибора одновременно в нескольких системах: АИИС КУЭ / ТУЭ, СМиУКЭ, ССПИ, АСУ ТП, использования WEB-доступа и встроенных в счетчик средств архивирования, а также за счет невысокой стоимости прибора, сопоставимой со стоимостью коммерческого счетчика.

Техническая и эксплуатационная документация на многофункциональные приборы серии BINOM3 представлена на сайте компании www.algspb.ru.




ЗАО «Алгоритм»
195265, г. Санкт-Петербург, Гражданский пр., д. 111, лит. А 
Тел. / факс: (812) 596‑58–00, 324‑66–29, 596‑58‑01
e-mail: info@algspb.ru, www.algspb.ru

Автоматизация в энергетике

Похожие Свежие Популярные