(2008) Учёт и управление качеством электроэнергии - элементы системы повышения надежности электроснабжения
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. Этому вопросу уделяется много внимания, проводится анализ причин, вырабатываются мероприятия для решения проблем. Особенно выделяются работы ученых из исследовательского центра European Copper Institute (ECI) www.eurocopper.org, http://www.cda.org.uk/PQP/PQAG.htm и Московского Энергетического Института.
Виды ущерба
Ущерб, который несут потребители и энергосистема вследствие ухудшения качества ЭЭ, принято делить на электромагнитный и технологический.
Основные формы электромагнитного ущерба:
- 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.
К технологическому ущербу относят:
- снижение производительности;
- остановку производства с затратами на его возобновление;
- порчу технологического оборудования;
- брак продукции.
Влияние на надежность
Например, 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 ущерба
Предприятием «НПП Марс-Энего» в 2007 году проводилась оценка экономической эффективности внедрения 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 характеристики :
- 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). Приведенные примеры и сделанные расчёты показывают, что срок окупаемости АИИС-ПКЭ на промышленном предприятии составляет не более 1-1,5 года.
Принципы построения АИИС-ПКЭ
Измерений ПКЭ как по напряжению, так и по току, нет никакой возможности определить, во-первых, источник искажений (виновную сторону) – для учёта и, во-вторых, параметры ПКЭ для выбора мероприятий по их компенсации. Гарантировать необходимое КЭ может только система, построенная:
- на непрерывной регистрации ПКЭ (по току и напряжению) точках поставки и критических центрах питания (технический аспект);
- на договорных отношениях поставщика и потребителя ЭЭ (экономико-правовой аспект).
Задачи коммерческого учёта ПКЭ предлагается встроить АИИС-ПКЭ в действующую АИИСКУЭ. Параллельно электро-
счетчикам нужно установить приборы регистрации ПКЭ типа «Энергомонитор 3.2» (см. www.mars-energo.ru ), 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).
Взаимодействие с поставщиком
В 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 в рамках собственной Системы Менеджмента Качества, что предусматривается стандартами ISO 9000.
Дополнительные возможности
Дополнительно, мониторинг ПКЭ и электроэнергетических величин даёт измерительную информацию (например, то, что cosφ=0.7 ) 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.