Электроснабжение и вычислительная техника

Современные информационные технологии и их аппаратное обеспечение в задачах управления системами электроснабжения

Е. В. Дубинский, к.т.н., гл. инженер Энергосбыта АО "Мосэнерго"

И.С.Пономаренко, к.т.н., исп. директор ООО "Энергоконтроль" (МЭИ)

С.Н. Тодирка, гл. инженер МКС АО "Мосэнерго"

Системы электроснабжения (СЭС) 6-10/0.4 кВ городов, промышленных предприятий и сельского хозяйства располагают наиболее разветвленными и протяженными сетями. Оптимизация процесса эксплуатации рассматриваемых СЭС по критериям эффективности функционирования, надежности и качества электроснабжения потребителей требует применения систем управления высокого уровня на базе современных комплексных систем автоматизированного диспетчерского управления, учета электроэнергии, контроля ее качества, автоматизации работы технических служб. Решение этих задач должно быть построено на внедрении современных информационных технологий, реализованных на основе использования адекватных аппаратных и программных средств управления.

Одна из таких комплексных автоматизированных систем управления распределительными электрическими сетями (АСУ РЭС) "ЭРИС" (Энергетическая Расчетно-Информационная Система) разрабатывается в содружестве с ООО "Энергоконтроль" (Московский энергетический институт) и АО "Мосэнерго". В ее основе пять подсистем-функций (рис. 1), которые характеризуются единым программно-информационным и техническим обеспечением:

функция оперативного управления (автоматизированная система диспетчерского управления - АСДУ);

автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ);

автоматизированная система управления качеством электроэнергии (АСУКЭ);

автоматизированная система управления техническими службами (АСУТС);

функция переподготовки и тренировки персонала (автоматизированный учебно-тренажерный комплекс - АУТК).

Все подсистемы можно использовать как в виде единого комплекса, так и по отдельности. Предусмотрена возможность добавления дополнительных функциональных модулей, увязка с другими внешними устройствами, базами данных и т.д.

Технические средства представляют собой трехуровневую систему на основе использования единых технических средств нового поколения, единых каналов связи и единого программного обеспечения. Кроме того, она имеет дополнительную новую функцию, практически отсутствующую во всех существующих системах - анализ и управление качеством электроэнергии.

Измерение показателей качества электроэнергии (ПКЭ) осуществляется в соответствии с ГОСТ 13109-97 "Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения", причем измеряются одновременно и непрерывно все ПКЭ в трех фазах. Система ориентирована на проведение длительного непрерывного контроля, что особенно важно для коммерческих расчетов, а также для организации оперативного контроля ПКЭ в сети.

Для решения задачи измерения и анализа ПКЭ разработан специализированный прибор "ЭРИС-КЭ.01", который сочетает в себе функции анализатора ПКЭ и регистратора случайных событий. Отличительной особенностью прибора является то, что он регистрирует не только ПКЭ по напряжению, но и дополнительные параметры электроэнергии, такие как несимметрия и гармонический состав токов, величины и направления протекания мощностей искажения и т.д. Это позволяет не только фиксировать показатели качества электроэнергии, но и, что очень важно, устанавливать источник искажений ПКЭ. Прибор может работать как автономно, так и в составе единой автоматизированной системы.

В настоящее время завершается разработка и готовится к выпуску целый ряд новых приборов для измерений ПКЭ. Среди них можно отметить многоканальный упрощенный регистратор параметров режимов и ПКЭ "ЭРИС-РКЭ", который с достаточно высокой точностью позволяет фиксировать показатели качества напряжения в узле и соответствующие характеристики мощности одновременно в нескольких отходящих линиях (до 8 штук). Такой прибор незаменим для задач энергоаудита и технического контроля ПКЭ. Другая интересная разработка - это счетчик электрической энергии с одновременным измерением показателей ее качества "ЭРИС-СКЭ". Использование соответствующей системы тарифов позволит производить расчеты за электроэнергию дифференцированно, в соответствии с ее качеством.

Для широкого применения такого счетчика должны быть разработаны и утверждены в соответствующих органах на государственном или региональном уровне методика определения виновника искажений и система тарифов за электроэнергию в зависимости от показателей ее качества. Такие исследования в настоящее время интенсивно проводятся, и авторы принимают в них самое активное участие. Сертификация и поверка приборов измерения ПКЭ является весьма сложной задачей. Для ее успешного решения создан специализированный генератор калиброванных сигналов (калибратор), позволяющий автоматизировать и значительно упростить метрологическую аттестацию любых анализаторов ПКЭ.

Специальное программное обеспечение (СПО) "ЭРИС-ПО" работает как совместно с техническими средствами, так и для решения задач автоматизации технических служб СЭС. Основой СПО являются сетевые многопользовательские базы данных, реализованные на клиент-серверной технологии и предусматривающие возможность работы как в автономном режиме, так и с другими программными комплексами более высокого иерархического уровня.

Следует отметить, что по сложности и трудоемкости разработка такого СПО значительно превосходит затраты на разработку технических средств. Это обстоятельство, как правило, недооценивается, что приводит к созданию различных систем АСУ, в которых СПО представлено в самом минимальном объеме, что не отвечает в полной мере современным потребностям СЭС.

Первая очередь такого СПО в настоящее время проходит опытную эксплуатацию в 7-м районе Московской кабельной сети. Она позволяет хранить в едином комплексе всю необходимую информацию по основному сетевому оборудования, технологическому процессу эксплуатации сети, проведению ремонтов, включению нового оборудования и т.д. Все пользователи в сети обращаются и работают с единой базой данных, конечно, с различными правами доступа на возможность изменения информации в соответствии с выполняемыми ими функциями. Система позволит отказаться практически от всей системы бумажного ведения документации, оставив только наиболее ответственные из них, например, оперативный журнал. После ее завершения планируется ее широкое использование в других сетевых районах МКС, а также может быть предложена другим распределительным электрическим сетям Московского региона.

Широкое применение данной комплексной АСУ РЭС "ЭРИС" обеспечивает решение в едином комплексе следующих основных задач автоматизированного управления электрическими сетями систем электроснабжения городов и промышленных предприятий:

рационального расхода электроэнергии за счет ее правильного учета и рационального использования;

снижения потерь электроэнергии в сети путем оперативной оптимизации режимов ее работы;

повышения качества и надежности функционирования энергосетевого хозяйства;

уменьшения аварийного недоотпуска электроэнергии;

снижения времени ликвидации аварий в сетях;

повышения безопасности работы персонала в нормальных и аварийных ситуациях;

обеспечения качества электроэнергии установленного ГОСТом и как результат повышение сроков службы оборудования, уменьшение штрафных санкций и т.д.;

увеличения выпуска продукции и уменьшения расходов на заработную плату.

21 Виды и выбор схем

№22Выбор номинальных напряжений

Выбор напряжений участков электрической сети объекта определяется путем технико-экономического сравнения вариантов. При выборе окончательного проектного решения, принимаемого на основе сравнения вариантов, необходимо отдавать предпочтение варианту с более высоким напряжением. В большинстве случаев проектировщик определяет напряжения в пределах двух ближайших по шкале номинальных значений напряжения, для которых и проводится сравнение вариантов. В ряде случаев исходные данные для проектирования приводят к однозначному определению номинального напряжения без детальных технико-экономических расчетов.

При выборе номинального напряжения внешнего участка сети принимаются во внимание существующие напряжения возможных источников питания энергосистемы, расстояние от этих источников до предприятия и нагрузка предприятия в целом.

В питающих и распределительных сетях небольших и средних предприятий и городов применяются номинальные напряжения 6 и 10 кВ. Как правило, следует применять напряжение 10 кВ как более экономичное, чем напряжение 6 кВ. Напряжение 6 кВ применяется при преобладании на объекте электроприемников с напряжением 6 кВ. В ряде случаев электроснабжение электроприемников с напряжением 6 кВ осуществляется по питающим линиям напряжением 10 кВ с последующей трансформацией на напряжение 6 кВ непосредственно для данных электроприемников.

Напряжение 660В как внутрицеховое целесообразно на тех предприятиях, на которых по условиям расположения цехового технологического оборудования или окружающей среды нельзя или затруднительно приблизить цеховые трансформаторные подстанции к питаемым ими электроприемникам. Напряжение 660 В целесообразно также на предприятиях с большой удельной плотностью электрических нагрузок, концентрацией мощностей и большим числом двигателей мощностью 200... 600 кВт. Наиболее целесообразно сочетание напряжения 660 В с первичным напряжением 10 кВ. Необходимо учитывать, что при применении напряжения 660 В возникает необходимость и в сетях напряжением 380 В для питания небольших электродвигателей и светотехнических установок. Наиболее широко применяется и является основным напряжение 380/220 В.

№23: Режимы работы электроустановок.

Приемники электрической энергии могут быть подразделены на группы по сходству режимов, т.е. по сходству графиков нагрузки. Деление потребителей на группы позволяет более точно находить суммарную электрическую нагрузку.

Различают три характерные группы приемников:

1. Приемники, работающие в режиме с продолжительно неизменной или мало меняющейся нагрузкой. В этом режиме электрическая машина или аппарат может работать продолжительное время без повышения температуры отдельных частей машины или аппарата свыше допустимой. Примерами приемников, работающих в этом режиме, являются электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов и т. п.

2. Приемники, работающие в режиме кратковременной нагрузки. В этом режиме рабочий период машины или аппарата не настолько длителен, чтобы температура отдельных частей машины или аппарата могла достигнуть установившегося значения. Период остановки машины или аппарата настолько длителен, что машина практически успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примерами данной группы приемников являются электродвигатели электроприводов вспомогательных механизмов металлорежущих станков (механизмы подъема поперечины, зажимы колонн, двигатели быстрого перемещения суппортов и др.), гидравлических затворов и т. п.

3. Приемники, работающие в режиме повторно-кратковременной нагрузки. В этом режиме кратковременные рабочие периоды машины или аппарата чередуются с кратковременными периодами отключения. Повторно-кратковременный режим работы характеризуется относительной продолжительностью включения (ПВ) и длительностью цикла. В повторно-кратковременном режиме электрическая машина или аппарат может работать с допустимой для них относительной продолжительностью включения неограниченное время, причем превышение температур отдельных частей машины или аппарата не выйдет за пределы допустимых значений. Примером этой группы приемников являются электродвигатели кранов, сварочные аппараты и т. п.

Для перечисленных выше режимов работы приемников в соответствии с ГОСТ 183-74 электропромышленность выпускает электродвигатели, рассчитанные на указанные условия работы.

В действительности график нагрузки каждого приемника отличается от заданного при проектировании. На режим работы приемника влияют технологические особенности каждой отрасли промышленности. График нагрузки приемника является основным показателем, по которому его следует классифицировать.

Кроме разделения потребителей по режимам работы следует учитывать несимметричность нагрузки или неравномерность загрузки фаз. К симметричным нагрузкам относятся электродвигатели и трехфазные печи. К несимметричным нагрузкам (одно- и двухфазным) следует отнести электрическое освещение, однофазные к двухфазные печи, однофазные сварочные трансформаторы и т. п. в том случае, когда распределить их симметрично по фазам не удается.

№24: Характеристика режимов работы прокатных станов, преобразовательных агрегатов, электротермических установок и влияние их на систему электроснабжения.

Для электропривода клетей большинства прокатных станов выделяют три вида движения: реверсивное регулируемое, нереверсивное регулируемое, нереверсивное нерегулируемое. Режимы работы электропривода прокатного производства являются тяжелыми: ударное приложение нагрузки в момент захвата металла; широкий диапазон регулирования скорости; большие динамические перегрузки. Электродвигатели реверсивных прокатных станов работают в очень напряженном режиме: большая частота пусков (более 1500 в час); частые реверсы и остановки; большие перегрузки. Общим для всех станов является длительный нереверсивный режим работы двигателей.