Проблемы эксплуатации информационно-измерительной системы для мониторинга качества электроэнергии в городских условиях

Современный этап развития энергетики характеризуется значительным ростом несимметричных и нелинейных нагрузок, что приводит к ухудшению показателей качества электрической энергии (ПКЭ). Увеличение потерь электроэнергии, нарушение технологических процессов, приводящие к снижению производительности оборудования, преждевременное старение и выход из строя дорогостоящей техники – это далеко не полный перечень последствий, обусловленных ухудшением качества электроэнергии (КЭ).

Электроэнергия как товар обладает целым рядом специфических свойств. Она непосредственно используется при создании других видов продукции и оказывает существенное влияние на экономические показатели производства и качество выпускаемой продукции. Качество электроэнергии проявляется через качество работы электроприемников. Специфика электрической энергии как товара, в отличие от других видов промышленной продукции, состоит в том, что конкретный потребитель может ухудшать ее качество в сети энергоснабжающей организации. При этом он не только сам потребляет энергию пониженного качества, что может быть допустимо для его энергоустановок, но и заставляет других потреблять некачественную энергию. Если считать, что улучшать параметры электроэнергии независимо от причины их ухудшения – дело исключительно энергоснабжающей организации, она будет вкладывать средства в дополнительные устройства, устраняющие проблемы, внесенные конкретным потребителем.

Электроприемники и аппараты, присоединенные к электрическим сетям, предназначены для работы при определенных номинальных параметрах: номинальной частоте, номинальном напряжении, номинальном токе, изменяющемся по синусоидальному закону. При работе электроприемников возможно отклонение от этих требований, определяемых показателями качества электрической энергии. На показатели качества электрической энергии влияние оказывают параметры сетей, а электроприемники и аппараты могут присоединяться в их различных точках. Общим параметром режима для электроприемников является напряжение, поэтому все показатели качества электроэнергии представляют собой характеристики напряжения.

Практические шаги в решении проблемы обеспечения качества электроэнергии в России сделаны в последние 10 – 15 лет. За эти годы появилась реальная возможность контролировать КЭ с помощью отечественных средств измерений. Контроль позволил установить, что качество электроэнергии в сетях остается на низком уровне, способствуя увеличению отказов электронной и микропроцессорной техники, особенно зарубежного производства. Реконструирование экономики России отражается и на ее электроэнергетике, поэтому качеству электроэнергии уделяется внимание в направлении пересмотра правовой базы. Принято ряд важнейших законов и постановлений РФ, определяющих правовые нормы вопросов качества электроэнергии, а некоторая часть находится в разработке.

В связи с тем, что законодательными документами электроэнергия определяется как товар, ей дано и соответствующее определение. «Электроэнергия, выступающая в процессе купли – продажи как товар, отличается особыми потребительскими свойствами: совпадением во времени процессов производства, транспортировки и потребления, зависимостью характеристик качества электроэнергии от процессов ее потребления; невозможностью хранения и возврата некачественной электроэнергии». Анализ показателей КЭ в условиях городских электрических сетей стало возможным благодаря использованию необходимых СИ и созданию аккредитованной лаборатории по испытанию ПКЭ.

Результаты проведенных испытаний ЭЭ показывают существующее положение ее показателей, их влияние на состояние электрооборудования электрических сетей и потребителей и наметить мероприятия по устранению отрицательных влияний некачественной электроэнергии.

Для постоянного обеспечения требуемого качества электроэнергии необходим постоянный мониторинг ее параметров в контрольных точках, в том числе и в точках присоединения потребителей искажающих ее параметры, во всех точках электрической сети общего назначения. За последние годы в связи с формированием рыночной экономики и, как следствие, необходимостью правового регулирования взаимодействия субъектов рынка разработан ряд новых правовых документов. Некоторые из них устанавливают права и обязанности юридических и физических лиц независимо от сферы деятельности, но включают в себя отдельные положения, непосредственно относящиеся к электроэнергетике (например, Гражданский кодекс Российской Федерации).

Другие относятся к области правового регулирования непосредственно в энергетике (например, Правила энергоснабжения в Российской Федерации). Некоторые из разработанных документов еще не введены в действие и находятся на различных стадиях рассмотрения, однако основные их положения не вызывают возражений и утверждение этих документов лишь вопрос времени. Представим основные документы в области КЭЭ на структурной схеме (см. рис. 1).

Рисунок 1 – Обзор нормативно-правовых документов в области ККЭ

К основным показателям качества электроэнергии относятся: отклонение частоты, отклонение напряжения, колебания напряжения, искажения синусоидальности напряжения, несимметрия напряжения, провалы напряжения, временные перенапряжения, импульсы напряжения (см. рис. 2).

По      характеру      потребления электрической энергии, потребители в городских      электрических      сетях подразделяются на:

• -    потребители с линейным характером нагрузки;

• -    потребители     с     нелинейным

• -    потребители     с     смешанным

характером нагрузки.

В условия городского электрического хозяйства, преобладают потребители с смешанным характером нагрузки.

Согласно исследованиям, основными факторами, оказывающими влияние на показатели КЭ в городских электрических сетях являются:

• -    влияние изменения напряжения;

• -    влияние колебания напряжения;

• -    влияние нессиметрии напряжения;

• -    влияние        несинусоидальности

напряжения.

характером нагрузки;

Показатели качества электроэнергии

Рисунок 2 – Показатели качества электроэнергии согласно ГОСТ 13109-97 [2]

Для того чтобы выявить влияние потребителей, с различным характером нагрузки на КЭ, достаточно определить значения показателей при помощи средств измерения, позволяющие получить измеренные величины всех значений определенных в стандартах [1, 2]. Для постоянного обеспечения требуемого качества электроэнергии необходим постоянный мониторинг ее параметров в контрольных точках, в том числе и в точках присоединения потребителей, искажающих ее параметры во всех точках электрической сети общего назначения. Необходимость такого мониторинга отмечается и западными специалистами. С этой целью проводится определенная работа по оснащению электрических сетей средствами измерения качества электроэнергии.

В настоящее время парк СИ качества электроэнергии различен и на этапе формирования единого измерительного парка предлагаются прежде всего, для периодического контроля КЭ, т.е. переносные. Такие СИ рассчитаны на непрерывную работу в течение от нескольких недель до нескольких месяцев, сохраняя в памяти результаты измерений [5, 6, 7].

Это свойство существенно расширяется, если СИ оснащено дисплеем для просмотра результатов. На дисплей выносится информация, соответствующая функциональному назначению прибора, а обращение к ней обеспечивается с помощью встроенной клавиатуры. Некоторые типы приборов (ЭРИС-КЭ.01 и ЭРИС-КЭ.02) снабжены помимо алфавитно-цифрового дисплея (АЦД) и графическим дисплеем (ГД), на который могут выноситься осциллограммы напряжения и тока, векторные диаграммы, гистограммы, спектры высших гармоник.

[6, 7]. ГД необходим не только для просмотра результатов в текущем режиме, но и более для проверки правильности подключения прибора к трехфазным цепям вторичных обмоток трансформаторов напряжения и тока.

Контроль КЭ, а особенно мониторинг требует длительной непрерывной работы СИ, в течение которой, весьма возможны длительные и глубокие провалы и исчезновения напряжения. СИ, естественно должны зарегистрировать эти события, сохранив свои функциональные возможности, без вмешательства оператора при восстановлении напряжения.

Такое требование в различных приборах может быть обеспечено применением блоков питания (БП), поддерживающих работу приборов при глубоких провалах, автоматическим управление БП в зависимости от напряжения в контролируемой сети.

При всем многообразии форм контроля и анализа КЭ, которым в большей или в меньшей степени отвечают рассмотренные СИ, необходимо обратить внимание на единообразие характеристик применяемых в них аппаратных средств, комплектующих и программного обеспечения. Только в этом случае может быть обеспечено единство измерений, полученных с помощью СИ различных типов.

Успешное применение в энергетике находят разработки отечественных производителей. Так НПО «ГОСАН» разработано оборудование, позволяющее успешно контролировать как технологические параметры оборудования и сетей, так и параметры КЭ и передавать сигналы по каналам телеметрии диспетчеру.

При всех видах испытаний, контроля и измерений КЭ, за исключением технологического контроля должны использоваться средства измерений, реализующие алгоритмы обработки измерительной информации в соответствии с требованиями ГОСТ 13109-97 и РД 153-34.015.501-00 [2], и имеющие метрологические характеристики не хуже указанных в таблице 1.

Таблица 1 – Функциональные возможности приборов для контроля КЭ

Измеряемые величины	Название прибора
	Эрис КЭ.02	Ресурс-UF2M	ППКЭ -1-50	ИВК «Омск»	Уран 100М	Парма РК6.05	АПКЭ-1
Архив, Мбт	16	28	+Flah-карта	+ жестк диск ЭВМ	+жестк диск ПЭВМ	+	+
Совместимость с ПЭВМ	+	+	+	+	+	+	+
Виды отображения	АЦД/ГД	АЦД	АЦД	АЦД	АЦД	АЦД	–
Уровень входных измеряемых напряжений, В	40-120 60-264	до500	до400	до 420	до 264	40-460	до 500
Уровень входных измеряемых токов, А	15	15	–	0-5	5-600	0,1-6	0-10
Диапазон измерения частоты, Гц	45-55	45-55	49-51	–	49-51	40-60	–
Питание прибора, В	60-250	85-265	176-264 198-231	220	220	220	85-264 120-370
Рабочие условия применения, t 0C	-30/+50	-20/+55	-20/+40	+10/+35	–	-30/+50	-10/+60
Габаритные размеры, мм	295/280/ 168	280/245/ 125	250/200/ 65	–	–	260/160/ 75	140/230/ 258
Масса, кг	4	4,5	1,5	–	–	1,7	10

К сожалению, на сегодня нет общих технических требований к приборам, предназначенным для измерения ПКЭ. Перечень, требований предъявляемых к СИ достаточно определено вытекает из требований стандартов [1, 2], поэтому все представленные приборы и измерители КЭ соответствуют требованиям и различаются только количеством измеряемых параметров.

Рассмотрев    предложенный    ряд отечественных приборов для измерения ПКЭ, отмечаем, что все они соответствуют требованиям определенные в стандартах, а такие как «Ресурс-UF 2M», «ЭРИС-КЭ-02» позволяют производить измерения не предусмотренных и ненормированных параметров (измерение активной и реактивной мощности, дозы фликера).