Автоматизированная информационно-измерительная система

Создание автоматизированной информационно-измерительной системы безопасности электрической энергии как составной части

интеллектуальной электроэнергетической системы России

Генеральный директор научно-производственного предприятия "ПРОРЫВ"д.т.н., проф. Тухас Вячеслав Анатольевич

1

2

Энергетическая безопасность - состояние защищенности экономики государства и его граждан от угроз надежному обеспечению топливом и электроэнергией;

характеризуется тремя главными факторами:

-обеспечение экономики достаточным количеством энергоносителей надлежащего качества;

(качество электроэнергии)

-рациональным использованием энергоресурсов;

(энергоэффективность, снижение потерь в энергосистеме за счет увеличения качества электроэнергии)

-устойчивостью ТЭК к внешним техногенным и природным угрозам.

(электромагнитный терроризм и прогноз технического состояния и надежности энергосистемы через показатели качества электроэнергии)

Что объединяет эти факторы? Необходимость организации систематического контроля за состоянием (мониторинг) электрооборудования и энергосистемы в целом.

3

Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством

Характерные виды помех в системе электроснабжения в процессе производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии

ПС- подстанции; ЦП – центры питания; ГРЭС – генераторы электростанций; РТП, РП, ТП распределительные трансформаторные подстанции; СК – синхронные компенсаторы; СТК – статические тиристорные компенсаторы; ФКУ – фильтрокомпенсирующие устройства; КБ – конденсаторные батареи; ДСП – дуговые сталеплавильные печи.

( из кн.: Управление качеством электроэнергии/И.И. Карташев и др. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006.- 320 с.).

4

Основная цель создания АИИС БЭЭ - развитие инновационных технологий и алгоритмов прогноза режимной надежности в электроэнергетике

Перечень критических технологий в электроэнергетике

(Минэнерго США, Программа Roadmap 2030):

- Полупроводниковые и сверхпроводниковые технологии

- Технологии аккумулирования (сохранения и накопления) электроэнергии

- Мониторинг энергосистемы в реальном масштабе времени

- Силовая электроника

5

СПРАВКА

В США и Канаде – общенациональная система мониторинга и управления электроэнергией создается с 2003 года по государственной Программе (50 тыс приборов).

Основные задачи этой Программы:

1. Прогноз надежности энергосистемы через показатели качества электроэнергии,

2. Безопасность и устойчивость энергосистемы при воздействии естественных и техногенных помех (электромагнитный терроризм),

3. Снижение потерь в энергосистеме,

4. Коммерческое качество электроэнергии (стоимость электроэнергии определяется с учетом ее качества).

Программа идет в следующих временных рамках:

2003-2006 г.г. – Определение требований к системе на основе развертывания и эксплуатации локальной системы;

2005-2009 г.г. – Развитие системы, демонстрация прототипа, развитие стандартов; (у нас с 2005 г. в РЖД идет опытная экспл. Фрагмента системы и его адаптация к треб. заказчика)

с 2010 г. – территориальное расширение системы, коммерческое качество электроэнергии, коммерциализация и трансфер технологий (более 3 млн приборов, только в Калифорнии).

Эта система в 2007 году защищена патентом США.

Почему нужна специализированная система АИИС БЭЭ?

Анализ результатов измерений, полученных с помощью системы мониторинга электроэнергии в режиме реального времени в США и Канаде показал, что:

- 96% событий в электросети имеют длительность менее 2 секунд,

-более 30% простоев технологического оборудования вызваны проблемами с качеством электроэнергии.

Подобный подход находит все больше сторонников и в странах Евросоюза, где вначале упор был сделан на создание локальных автоматизированных информационно-измерительных систем в электроэнергетике.

Очевидна необходимость принятия подобной Программы в России.

6

Нормативы Совета Европейских Органов, Регулирующих Электроэнергию (CEER 2005),

различают три аспекта качества при поставках ЭЭ :

- качество напряжения (качество электроэнергии, определяемое показателями качества ЭЭ),

- коммерческое качество (определяется индивидуальными договорными отношениями поставщика и потребителя электроэнергии),

- непрерывность, надежность, гарантированность поставок ЭЭ в соответствии с требованиями потребителя ЭЭ.

7

1.Снижение финансовых потерь за счет увеличения качества электроэнергии

Состояние качества ЭЭ в точке учета в режиме реального времени характеризуется

8 и более показателями качества электроэнергии.

Энергетическая эффективность - характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта.

Класс энергетической эффективности - характеристика продукции, отражающая

ее энергетическую эффективность (№261 – ФЗ). Понятия энергоэффективности оборудования и класса энергоэффективности,

уместны лишь для сети с известными показателями качества электроэнергии.

СПРАВКА

Убытки от «плохого» качества электроэнергии по 16 индустриальным секторам стран Евросоюза составляют 1% от годового товарооборота – это 150 Млрд евро ежегодно; в США - около 200 Млрд долларов ежегодно; по России подобных оценок не проводилось.

8

Основные виды финансовых потерь от плохого качества электроэнергии по Евросоюзу цифры приведены в млрд Евро,

общие издержки составляют 150 Млрд Евро/год, Источник: Обзор ECI PQ, 2007

Потери рабочего времени

Незавершенная продукция

Снижение темпов производства

Повреждение оборудования

Другие издержки

9

Основные показатели качества электроэнергии, приводящие к финансовым потерям в Евросоюзе

цифры приведены в Млрд Евро, общие издержки составляют 150 Млрд Евро/год, Источник: Обзор ECI PQ, 2007

Провалы и короткие прерывания напряжения

Длительные прерывания напряжения

Гармоники

Импульсные и ВЧ-помехи

Фликер, разбаланс фаз, помехи в цепях заземления

10

Для обеспечения энергетической безопасности важно создание системы мониторинга в электроэнергетике на базе отечественных технологий и оборудования.

Результаты работы нашей системы показаны на следующих слайдах.

11

12


1. Регистрация пользователя.

При регистрации пользователю присваивается определённая роль.

Роль определяет возможности пользователя.

«Потребитель» - самая простая роль, выводится информация только об отклонениях и провалах напряжения.

«Управленец» - данная роль подразумевает возможность создания различных отчётов.

«Диспетчер» - самая подробная информация по всем аспектам работы системы и приборов подключённых к ней. Возможность изменения настроек приборов.

Такое разделение прав может быть изменено в будущем. Например можно отображать дополнительную информацию для «опытных пользователей», ввести новую роль «МЧС».

13


При входе в систему пользователь имеет возможность просмотреть карту с отмеченными на ней устройствами.

Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качествомУровень потребителя (провалы / пропадания / перенапряжения)

Получение информации по тем параметрам, которые могут принести убытки потребителю.

15


Уровень потребителя (провалы / пропадания / перенапряжения)

Установившееся отклонение напряжения (интервал - неделя)

• Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·Uном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза.

16


Уровень потребителя (провалы / пропадания / перенапряжения)

Установившееся отклонение напряжения (интервал - день)

• При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться.


Уровень управленца (обобщённые данные)

Отчёты и наглядная информация в виде графиков интересующих параметров за запрашиваемый период.

18


Уровень управленца (обобщённые данные)

Отчёты за интересующий период времени


Уровень диспетчера (детальная информация)

Графики всех ПКЭ, протоколы измерений, журнал событий.

20



Установившееся отклонение напряжения (интервал - неделя)

• Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет:— 10 % специфической нагрузки (например, в Москве это метро — 11 %);— 30 % освещение и прочее;— 60 % асинхронные электродвигатели.

21



Установившееся отклонение напряжения (интервал - сутки)

• При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и возможность возникновения пожара.

• При длительной работе на напряжении 0,9·Uном срок службы двигателя снижается вдвое.

22



Отклонение частоты (интервал - неделя)

• Повышение частоты может быть вызвано резким уменьшением нагрузки

• Наиболее чувствительны к изменению частоты вращающиеся машины.

• Возможен срыв технологического процесса.

23



Несимметрия напряжения (интервал - неделя)

• суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85...90 % несимметричной нагрузки.

• при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U = 2...4 %, срок службы электрической машины снижается на 10...15 %, а при работе на номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое.

24



Несимметрия напряжения (интервал - неделя)

• Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20 %, что в точке общего присоединения может превысить нормально допустимые 2 %.

25


Несинусоидальность напряжения (интервал - неделя) Причина - электроприёмники с нелинейной вольт амперной характеристикой, например, полупроводниковые преобразователи напряжения для энергоэффективных ламп (СПРАВКА. 35% электроэнергии преобразуется и потребляется на постоянном напряжении.)

• Неправильно срабатывают устройства управления и защиты

26



Несинусоидальность напряжения (интервал - неделя)

• Гармоники являются индикатором типа оборудования (различные сектора производства имеют

характерный спектр искажений) и его ресурса (Высшие гармоники взаимодействуют с магнитным потоком электрических машин, в результате возникают вибрации на резонансной частоте ротора. Это приводит к накоплению усталости металла и возможному разрыву ротора.)

27



Несинусоидальность (интервал - неделя) 9-я гармоника

• Фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач, ― учащаются однофазные короткие замыкания на землю.

28



Несинусоидальность (интервал - неделя) 22-я гармоника

• Пробиваются конденсаторы.

29



Провалы напряжения

• Нарушение нормального хода технологического процесса.

• Особенно важно для индустриальных секторов с непрерывным производством (металлургия, бумагоделательная, полупроводниковая, телекоммуникации)

2. Прогноз технического состояния оборудования и негативных факторов, повышающих риск техногенных аварий в энергосистеме

- Мониторинг - Анализа гармоник генерируемых оборудованием токов и напряжений - Использование показателей качества электроэнергии в качестве новых диагностических параметров, характеризующих изменение состояния или режима работы оборудования

Результат:

1. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования

2. Методы повышения безопасности эксплуатации оборудования, основанные на анализе взаимосвязи его технического состояния с параметрами генерируемых им токов и напряжений.

СПРАВКА ( Холдинг МРСК, сентябрь 2010 г.): Средний износ оборудования – 69%,

52% - отслужило нормативный срок, из них около 7% - два срока.

30

СПЕКТР ТОКА ПРИ НАЛИЧИИ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКАХ СТАТОРА (ПРИМЕР)СПЕКТР ТОКА ПРИ НАЛИЧИИ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКАХ СТАТОРА (ПРИМЕР)

Исправный электродвигатель Наличие межвиткового замыкания

31

3. Противодействие электромагнитному терроризму

Электромагнитный терроризм - новый вид террористических действий. Электромагнитный терроризм - злонамеренное генерирование электромагнитной энергии в электрические и электронные системы для преступных целей. Первый национальный стандарт в области электромагнитных воздействий большой мощности – ГОСТ Р 51317.1.5–2009 (МЭК 61000-1-5: 2004).

Прогнозы специалистов - вероятность использования силового деструктивного воздействия по сетям электропитания год от года возрастает.

АИИС БЭЭ позволят решить проблему контроля и управления ситуациями в системах энергоснабжения в условиях раздельного и совместного действия электромагнитных факторов природного и техногенного происхождения.

Одна из обязательных составляющих защиты - снятие контрольного портрета электросети с помощью специализированных средств измерений после завершения ее монтажа и организация непрерывного мониторинга сети электропитания

32

Окупаемость систем мониторинга ЭЭ

Каналы возврата денежных средств:

- арбитраж

- тарифы на ЭЭ

- страхование (в данном случае, похоже, не нужна дополнительная нормативная база, важен лишь прецедент как в случае с Майкрософт и школьным учителем!)

Кроме того, финансовый результат от применения системы мониторинга ПКЭ складывается из:

Снижения потерь электроэнергии.

Известно, что

- несимметрия и несинусоидальность напряжения приводят к ошибкам при учете электроэнергии счетчиками до ± 40%.

- измерения без учета гармонических составляющих приводят к значительному занижению уровней токов, иногда до 40%. Это приводит к тому, что в электроустановках используются проводники недостаточного сечения, и потери энергии увеличиваются на 2-3% от значения величины нагрузки.

Дохода за счет штрафных санкций за несоблюдение требований ГОСТ 13109-97 потребителями электроэнергии на производственные нужды, при условии включения этих санкций в Договоры электроснабжения;

Сохранение денежных средств от возможных потерь по санкциям потребителей электроэнергии (коммунально-бытовые нужды);

Сокращение 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.

33

Инновационный потенциал АИИС БЭЭ

Проект создания и развертывания АИИС БЭЭ содержит все атрибуты СТРАТЕГИЧЕСКОЙ ИННОВАЦИИ:

1. Создание новой потребительской стоимости:

- Обеспечение права потребителя на получение электроэнергии надлежащего качества;

- Обеспечение доказательной базы для эффективного страхования;

- Непрерывный контроль за состоянием износа оборудования;

- Информация об аварийных событиях.

2. Новые методы распределения и сбыта электроэнергии:

- Цена электроэнергии формируется с учетом ее качества.

3. Выход на новые рынки:

- Энергосберегающие технологии;

- Прогнозирование отказов технологического оборудования;

- Противодействие электромагнитному терроризму.

4. Новые бизнес-модели:

- Заказчику продается не оборудование, а информационные услуги.

5. Создание новых рынков:

- Рынок информационных услуг по качеству электроэнергии.

34

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!Научно-производственное предприятие "ПРОРЫВ"

Россия, 185035, г.Петрозаводск,ул.Андропова, д.10

т. +7 8142 78 62 19 +7 8142 76 13 49 +7 8142 78 49 89 ф.+7 8142 76 88 52

mailto:E-mail: [email protected] page <http://proryv.karelia.ru>

35

mailto:E-mail

mailto:[email protected]

http://proryv.karelia.ru/



Documents

Автоматизированная информационно-измерительная система