Учёт и управление качеством электроэнергии

Существенное влияние на надежность и качество электроснабжения оказывают кондуктивные электромагнитные помехи, которые характеризуются показателями качества электроэнергии (ПКЭ). Исследования и оценка влияния ПКЭ на различные приёмники электроэнергии (ЭЭ) и электрооборудование проводятся давно и постоянно.  Виды ущербаОсновные формы ущерба, который несут потребители и энергосистема вследствие ухудшения качества ЭЭ, следующие :-           снижение эффективности процессов генерации, передачи и потребления электроэнергии за счет увеличения потерь в элементах сети;-            уменьшение срока службы и выход из строя электрооборудования из-за нарушения его нормальных режимов работы и старения изоляции;-            нарушение нормальной работы и выход из строя устройств релейной защиты, автоматики и связи;-         снижение производительности;-         остановку производства с затратами на его возобновление;-         порчу технологического оборудования;-         брак продукции. Пока в нормативных документах недостаточно внимания уделяется влиянию ПКЭ на технические потери в электрических сетях. Рассмотрим основные составляющие этих потерь.  Причиной дополнительных потерь энергии в трансформаторах является поток гармонических составляющих. При нагрузке трансформатора, близкой к максимальной, эти потери могут вызвать отказы оборудования вследствие общего дополнительного нагрева и нагрева отдельных участков обмоток. Гармоники увеличивают потери на вихревые токи при наличии обычной смешанной нагрузки в девять раз, т.к. возрастают пропорционально квадрату частоты, практически удваивая суммарные потери в нагрузке. Отсюда следует, что до расчета потерь в трансформаторе, должен быть определен спектр гармоник.Дополнительные потери, вызывающие перегрев трансформаторов при наличии высших гармоник, возникают из-за скин-эффекта меди обмотки, а также в связи с увеличением потерь на гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе трансформатора. Перегрев проводников вследствие поверхностного скин-эффектаВысшие гармоники являются причиной дополнительных потерь в проводниках. Действие скин-эффекта (увеличение активного сопротивления проводника с ростом частоты) значительно возрастает на частоте 350 Гц (7-ая гармоника) и выше. Например, полное сопротивление проводника сечением 20 мм на частоте 350 Гц возрастает на 60% по сравнению с его сопротивлением постоянному току. Рост сопротивления, особенно его реактивной составляющей (на высоких частотах), приводит к дополнительному падению напряжения и, соответственно, дополнительным потерям. Дополнительные потери в кабелях силовой сети при наличии высших гармоник, вызываются следующими основными причинами:-                увеличением действующего значения негармонического тока;-                увеличением активного сопротивления проводника из-за скин-эффекта;-                увеличением потерь в диэлектрике изоляции кабеля. Перегревание цепи нейтрали Одной из причин перегревания цепи нейтрали является тот эффект гармоник, что гармоники, кратные третьей, суммируются в проводнике нейтрали. В результате, с учетом того, что они составляют большую долю в действующем значении фазных токов, общий ток в нейтрали может превышать фазные токи, если при этом имеется повышенный коэффициент обратной последовательности токов.  Нагрев конденсаторовДополнительные потери при наличии высших гармоник в конденсаторах обусловлены увеличением «угла потерь» в диэлектрике и ростом действующего значения тока конденсатора. Возникающий перегрев в конденсаторе может привести к пробою диэлектрика. Конденсаторные установки при несимметрии напряжений неравномерно загружаются реактивной мощностью по фазам, а в таком режиме невозможно использовать их на полную мощность. Кроме того, конденсаторные установки в этом случае усиливают уже существующую несимметрию, т.к. мощность, передаваемая в сеть по фазе с наименьшим напряжением,  будет меньше, чем по остальным фазам. Недостоверный учет электрической энергии и претензии к энергоснабжающим организациямПока далеко не все предприятия выставляют претензии энергоснабжающим организациям к качеству электроэнергии. Но это неизбежно случится в будущем, т.к. при использовании современной аппаратуры и методов анализа качества электроэнергии, возможен точный расчет экономического ущерба, нанесенного предприятию при недопоставке ЭЭ или ее недостаточном качестве, и соответственно, юридически обоснованные требования компенсации финансовых потерь.  Влияние на надежностьНапример, при пониженном на 10% напряжении срок службы асинхронного двигателя (АД) сокращается в 2 раза. При повышении на 1% - реактивная мощность возрастает на 5-7%. При несимметрии напряжений 2% срок службы АД сокращается на 10, 8%, синхронных – на 16, 2%, трансформаторов – на 4%.При несинусоидальном напряжении с Кu=7% ток утечки в изоляции кабеля за 3, 5 года возрастает на 43%. В конденсаторных батареях за 2 года tg δ увеличивается в 2 раза.Понятно, что снижение сроков службы электротехнического оборудования ведет к снижению надежности электроснабжения в целом.Отдельно следует рассматривать такой ПКЭ, как провал напряжения. Провалы имеют случайный характер, а значимость их последствий весьма существенна.    Оценка ущербаПредприятием «НПП Марс-Энерго» в 2007 году проводилась оценка экономической эффективности внедрения системы учёта показателей качества электроэнергии АИИС-ПКЭ на нефтехимическом заводе Холдинга СИБУР. Основные характеристики:-         средняя мощность потребляемой электроэнергии – 16 МВт, -         выручка от реализации продукции за год – 1, 11 млрд. руб.;-         категория электроснабжения - 1. Наибольшее влияние несоответствие ПКЭ оказывает на такие экономические показатели производства продукции :-    уменьшение количества выпускаемой продукции, -    убыток от перерасхода электроэнергии, -     убыток от изменения срока службы токоприемников и электрооборудования.Например, один провал напряжения на 90% длительностью более 0, 5 с приводит к остановке непрерывного процесса производства продукции. Убытки (упущенная выгода) в связи с остановкой производства только по одному цеху – 931500 руб. Дополнительный расход энергоносителей, необходимый для возобновления технологического процесса, приводит к убыткам в 145500 руб. Итого по заводу - 1, 7 млн. руб. А зарегистрированный при экспресс-обследовании провал длительностью 0, 08 с, глубиной 24, 7% не привел к инциденту. Измерения проводились переносным прибором «Энергомонитор 3.3Т». При наличии длительной непрерывной регистрации можно определить критические параметры провалов и определить нормативы для договора, что позволит поставщику ЭЭ выбрать необходимое оборудование для АПВ и АВР.Далее, из-за повышенного установившегося отклонения напряжения (на +4, 8%), переплата по расчётному учёту электроэнергии составляет за год 7 млн. руб. – это прямые коммерческие убытки. Упрощенно это означает, что оборудование потребляет энергии больше, чем отдает, и «лишняя» энергия расходуется на перегрев двигателей, трансформаторов и пр. То есть имеются повышенные технические потери. И это без учёта уменьшения срока службы электрооборудования.При наличии на промышленном предприятии АИИС-ПКЭ и соответствующих договорных обязательств, эти убытки должны быть компенсированы поставщиком электроэнергии. Такой учёт ПКЭ стимулирует обе стороны к проведению мероприятий по приведению качества электроэнергии к нормам ГОСТ 13109 или более жестким (по договору).  
Принципы построения АИИС-ПКЭ
Не проводя непрерывных измерений ПКЭ как по напряжению, так и по току, нет никакой возможности, во-первых, определить источник искажений (виновную сторону) – для учёта и последующих коммерческих расчётов, а во-вторых, знать параметры ПКЭ для выбора мероприятий по их компенсации. Гарантировать необходимое КЭ может только система, построенная:-       на непрерывной регистрации ПКЭ (по току и напряжению) в точках поставки и критических центрах питания (технический аспект);-       на договорных отношениях поставщика и потребителя ЭЭ (экономико-правовой аспект).

Для решения технической задачи коммерческого учёта ПКЭ предлагается встроить АИИС-ПКЭ в действующую АИИСКУЭ. Вариант структурной схемы системы показан на рисунке 1. Параллельно электросчетчикам в точках учета нужно установить приборы регистрации ПКЭ типа «Энергомонитор 3.2»  и ), которые передают учётную информацию через GSM-модемы или иные каналы связи на сервер ПКЭ. Информация передается в виде суточного массива данных. При наличии сети стандарта Ethernet от приборов «Энергомонитор 3.2» на сервер передаются текущие измеренные значения в режиме реального времени, что позволяет организовать автоматический анализа ПКЭ и оперативно принимать решения. Таким образом, обеспечивается учёт ПКЭ, в т.ч. определяется и фиксируется виновник снижения качества ЭЭ в пределах каждых суток, поскольку прибор измеряет и регистрирует мощности искажений с учетом знака (потребление/генерация). Например, на рисунке 3 представлен недельный график мощности обратной и нулевой последовательности в РУ. Из графика видно, что мощность нулевой последовательности отрицательная, и, следовательно, её источник – несимметричная нагрузка потребителя. Мощность обратной последовательности меняет знак постоянно. Единичное измерение мощности (в пределах 1 минуты) в этом случае не дает истинной картины.
Другой пример. Представлен недельный график мощности 3, 5 и 7-й гармоник. Договором электроснабжения может оговариваться набор гармоник, к которым наиболее критично оборудование потребителя с точки зрения потерь и электромагнитной совместимости.
Из сказанного очевидно, что для проведения взаиморасчетов «поставщик-потребитель» по ПКЭ необходимо вести непрерывный учет энергии искажений ( кВт·час) с разделением «потребление-генерация» за отчетный период. Взаимодействие с поставщикомВ экономико-правовой части ключевым является практическое введение договорных обязательств о разделении взаимной ответственности за КЭ между поставщиками и потребителями электроэнергии. Договорами на электроснабжение должно устанавливаться безусловное обязательство энергоснабжающей организации поддерживать в точке общего присоединения (или в другой оговоренной точке контроля) значения ПКЭ в соответствии с нормами ГОСТ 13109-97 (или более жесткими). Со стороны потребителя обязательными условиями договора должно быть: установка АИИС и выполнение оговоренных графиков электропотребления и других режимных мероприятий. Договор должен составляться с указанием конкретных нормально и предельно допускаемых значений ПКЭ. Следующим шагом должен быть договорной учёт ПКЭ, т.е. потребления и генерации энергии искажений, с их тарификацией и последующими взаимными финансовыми расчётами. Здесь принцип простой – мощность искажений оплачивает тот, кто эти искажения генерирует. Особым образом в договорах должны расцениваться перерывы поставки ЭЭ (провалы напряжения) - конкретно для каждого потребителя. С 2011 года планируется отменить государственный контроль за тарифами на ЭЭ на оптовом рынке, что позволит более гибко подходить к договору поставки ЭЭ.Основная цель внедрения систем мониторинга ПКЭ на промышленных предприятиях – это сокращение издержек за счёт тесного взаимодействия с поставщиком электроэнергии.Для электросетевых предприятий АИИС-ПКЭ – это инструмент для анализа состояния электрооборудования и выявления источников технических потерь. Дополнительные возможности
Дополнительно, мониторинг ПКЭ и электроэнергетических величин даёт измерительную информацию (например, то, что cosφ =0.7 – рисунок 5) для проведения энергетических обследований (энергоаудитов) как у потребителей, так и у поставщиков электроэнергии. При этом анализ охватывает длительный период (например, год) без пропусков, что даёт совершенно объективную картину состояния энергоснабжения предприятия и позволяет выбрать оптимальные варианты решения проблем его надежности и эффективности. Прибор «Энергомонитор 3.2» может измерять коэффициент реактивной мощности (tg φ) на заданных интервалах времени, что позволит определять коэффициент к тарифу (приказ Минпромэнерго № 49 от 22/02/2007). Это является экономическим стимулом для снижения нагрузки на сетевое оборудование и повышение пропускной способности сетей.  ВыводыВнедрение систем мониторинга ПКЭ на предприятиях энергетического комплекса и промышленности позволяет легитимно решать экономически значимые проблемы надежного и качественного электроснабжения, эффективного использования сетевого оборудования. Анализ результатов мониторинга позволяет находить оптимальные решения проблем электромагнитной совместимости.   Сергеев Сергей Ростиславович, заместитель директора по качеству ООО «НПП Марс-Энерго»Санкт-Петербург, наб. р. Фонтанки, 113 А, Тел. (812) 327-2111E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript    Перегрев трансформаторов при умеренной нагрузке






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.