Внедрение системы учета электрической энергии в электроснабжении Емельяновского района Красноярского края

Введение. В современной экономической ситуации в России сбор и обработка данных энергоресурсов основаны на использовании автоматизированного приборного энергоучёта, при котором участие человека минимизируется. Современные измерительные приборы обеспечивают эффективную работу по учету отданной в сеть электроэнергии и получаемой потребителями.

На сегодняшний день коммерческие потери электроэнергии в сетях 0,4 кВ наносят огромный экономический ущерб, что отражается при анализе балансовых расчетов. Для сетей, имеющих большое количество точек поступления и отпуска электроэнергии, обеспечение синхронного снятия показаний практически невозможно [1].

В Емельяновском районе Красноярского края происходит интенсивное подключение новых потребителей со значительным потенциалом развития инфраструктуры энергообеспечения района. В связи с этим увеличивается сложность снятий показаний счетчиков электрической энергии в ноль-ноль часов местного времени последнего числа каждого расчетного месяца.

Территориальная разбросанность многочисленных приборов учета не представляет возможности полного контроля со стороны персонала РЭС, правильности снятия показания счетчиков.

Цель исследований. В связи со сложившейся ситуацией в Емельяновском районе по потерям электроэнергии в сельских сетях перед нами была поставлена цель: создать автомати- зированную систему контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ).

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи :

• -    провести анализ роста потребителей и мощности отдаваемой в сеть электроэнергии;

• -    разработать архитектуру построения АСКУЭ в Емельяновском районе.

Материалы и методы исследований. Материалом исследования явились коммерческие потери электроэнергии в электрических сетях 0,4 кВ, технология и архитектура внедрения системы АСКУЭ, оптимально подходящая для сетей Емельяновского района.

При проведении исследований мы использовали два основных метода расчетов потери электроэнергии. Оперативный расчет проводили по полученным данным РЭС Емельяновского района, при котором учитывали рост потребителей и мощность отдаваемой в сети электроэнергии (рис. 1, 2) [2, 4, 5].

Перспективный расчет проводили с целью определения ожидаемых потерь электроэнергии на ближайшие годы и восстановления экономики ПАО «МРСК-Сибири» - «Красноярскэнерго».

Емельяновский район является пригородом г.Красноярска, в нем проводится широкая застройка энергоемкими дачно-кооперативными объектами. На рисунке 1 показан рост потребителей электроэнергии за период с 2010 по 2015 г. для физических и юридических лиц.

Рис. 1. Рост числа потребителей электрической энергии в Емельяновском районе

Снятие показания при таком количестве потребителей не будет действительным и точным. Внедрение системы АСКУЭ повысит точность и правдивость данных при контроле достоверности учета электроэнергии, чему способствует ежемесячное составление баланса поступившей и отпущенной электрической энергии.

Внедрение АСКУЭ – эффективный путь снижения коммерческих потерь в сетях электроснабжения 0,4кВ. Одной из важнейших функций АСКУЭ является борьба с хищениями электроэнергии. Серьезная доля хищений приходится на частный сектор. На рисунке 2 приведена динамика роста мощности, отдаваемой ПАО «МРСК-Сибири»-«Красноярскэнерго» в сети Емельяновского района. Анализ кривых потребляемой мощности позволяет оценить величину реальных потерь, связанную с хищениями, что составляет около шести тысяч киловатт ежемесячно. Производители АСКУЭ предусматривают в своих разработках целые комплексы защитных мероприятий. Самый действенный способ борьбы с хищениями – это контроль баланса по объекту. Эта функция реализована в АСКУЭ практически всех производителей. Система ведет постоянное сведение баланса во внутридо- мовых сетях: сколько «пришло» на счетчик подстанции и сколько «ушло» через счётчик на опоре. Если баланс не сходится, значит, кто-то пользуется электроэнергией в обход счетчика. Плюс к этому АСКУЭ выявляет аномальные режимы потребления в каждом доме. А на основании этих данных несложно определить жильца, занимающегося хищениями. На основании собранных данных система контролирует небалансы на объектах учета, что позволяет выявлять оператору проблемные участки. Что касается систем дистанционного отключения проштрафившегося абонента, то с этой опцией АС-КУЭ следует обращаться осторожно. Причем главная проблема не в отключении, а в последующем включении питания. АСКУЭ после внесения платежа должником должна автоматически восстановить его энергоснабжение. Но неизвестно, какие приборы в квартире в этот момент включены в сеть. Внезапное включение может привести к порче оборудования. Чтобы избежать таких ситуаций, надо хотя бы продублировать автоматическое включение ручным. Абонент получает информацию о возобновлении энергоснабжения, после чего сам, с осознанием ответственности, поворачивает рубильник.

Рис. 2. Увеличение максимальной мощности, отдаваемой в сети потребителям Емельяновского района в период с 2010 по 2015 г.

В основе построения АСКУЭ используется PLC-технология, при которой информация о потребленной электроэнергии передается по проводам линии электропередачи. PLC включает BPL – широкополосную передачу данных по линии электропередачи со скоростью до 500 Мбит/с и NPL – узкополосную передачу информации по линии электропередачи со значи- тельно меньшими скоростями передачи данных до 1 Мбит/с.

В зависимости от диапозона рабочих чистот, пропускной способности и удаленности потребителя от концентратора существует несколько проводных технологий передачи информации показаний приборов учета.

Анализ существующих проводных технологий приведен в таблице [3].

Основные параметры проводных технологий

Параметры	Технология
	HFC	ADSL	VDSL	ADSL2+	PLC	FTTH
Диапазон рабочих частот, МГц (полоса частот/канал, МГц/канал)	5...1000 (6...8)	До 1,1		До 2,2	1...30	1000
Пропускная способность, Мбит/с (расстояние, км)	США: 3...4 Канада: до 10 Великобритания: 1...8 Франция: до 100	1,5 (5,4)...12 (0,3)	13 (1,3)...52 (0,3)	7,5 (2,7)...26 (0,3)	200, пиковая, для узла сети: 2...4	1 Гбит/канал
Максимальное расстояние, км	100 (с использованием усилителей)	5,4	1,3	2,7	3 (10...50 кВ); 0,2 (0,22...0,38 кВ)	20
Параметры развертывания	Просто при наличии ТВ-кабеля. Большие затраты при создании новой сети	Просто при наличии точек подключения			Легко. Не требуется прокладка кабеля	Большие проблемы при прокладке кабеля
Преимущества	Можно использовать существующие сети кабельного ТВ	Возможность использования уже существующих точек подключения			Наличие разветвленной инфраструктуры	Очень широкий диапазон частот
Недостатки	Ограниченная пропускная способность. Асимметричность	Скорость передачи в большой степени зависит от расстояния. Асимметричность			Отсутствие единого стандарта	Большие затраты при создании сети

Наличие разветвленной инфраструктуры энергопотребления и низких финансовых затрат на установку системы АСКУЭ дает предпочтение PLC-технологии.

Для технической реализации PLC-технологии на объектах энергопотребления частного сектора используются однофазные счетчики Меркурий 200, 201, 202, 206 и трёхфазные счетчики Меркурий 230, 234, 236 с встроенным модемом передачи данных по силовой сети (PLC-модем). Счетчики обеспечивают накопление и хранение энергопотребления с нарастающим итогом, работу в многотарифном режиме, учет реактивной энергии, дистанционное вкл/откл или ограничение потребления, измерение и индикацию мгновенных значений мощности, напряжения тока, cos F. Следует учитывать, что интерфейс PLC-I обеспечивает получение данных только об учтённой электроэнергии.

На подстанциях 10/0,4 кВ располагаются концентраторы "Меркурий 225.11". Концентратор осуществляет синхронизацию передачи и приём данных от счетчиков электроэнергии по одной фазе и передачу данных через выбранный канал связи на центральный диспетчерский пункт. Возможен съём накопленной информации на переносной компьютер инспектора непосредственно на месте установки концентратора.

Концентратор обеспечивает:

• -    прием, обработку и хранение данных об энергопотреблении от 1024 счетчиков;

• -    передачу индивидуальных и групповых команд счётчикам;

• -    синхронизацию внутренних часов многотарифных счетчиков;

• -    ретрансляцию данных для увеличения зоны охвата;

• -    формирование данных об аварийнотехническом состоянии системы;

• -    подключение GSM и радиомодемов, адаптеров сети ethernet.

Для контроля потребления энергоресурсов используется трехуровневая схема.

• 1.    Нижний уровень – включает комплекс приборов для учета энергоресурсов, передает данные о потоках энергии.

• 2.    Средний уровень – маршрутизатор устройства для сбора и передачи данных (УСПД) опрашивает счетчики, группирует данные и пакетами пересылает их наверх.

• 3.    Верхний уровень (сервер) обеспечивает сбор, хранение и обработку данных, а также решение прикладных задач.

Как правило, использование PLC-технологии предполагает наличие в счетчиках микропроцессорных УСПД [5].

В результате получается самоорганизующаяся система, в которую может быть завязано любое количество приборов учета, расположенных на сколь угодно большой территории (рис. 3) или в многоквартирном доме.

На рисунке 3 показана структурная схема электроснабжения объектов с использованием иерархии системы учета электроэнергии, приведено расположение измерительных приборов и пункта концентратора в подстанции для передачи информации в диспетчерский пункт Еме-льяновского РЭС.

Рис. 3. Самоорганизующаяся система АСКУЭ:

1 – счетчики электрической энергии; 2 – дом потребителя; 3 – линия электропередачи; 4 – концентраторы "Меркурий 225.11" (располагаются в ТП)

На рисунке 3 изображено движение эл.энергии от трансформаторной подстанции к приборам учёта потребителей и обратное движение данных о потреблении с приборов учета в приемник сбора данных, располагающийся в трансформаторной подстанции.

PLC-концентратор, интегрированный в УСПД, позволяет собирать данные от счетчиков в радиусе до 2 км. Один счетчик опрашивается в течение нескольких минут. К тому же расстояние, на котором обеспечивается качественная работа PLC-концентратора, может уменьшиться в разы, если силовые сети старые, с большим числом «скруток».

На рисунке 4 показано внедрение системы АСКУЭ в поселке Солонцы. Выбор установки системы АСКУЭ в п.Солонцы связан с большими коммерческими потерями электроэнергии в частном секторе.

На рисунке 5 показан график снижения коммерческих потерь до и после внедрения системы АСКУЭ в п. Солонцы (Емельяновский район).

ЛС-is

Рис. 4. Схема постепенного внедрения и установки приборов учета системы АСКУЭ:

– объекты потребления; – КТП; – бетонная опора с укосом; • – бетонная опора;

– деревянная опора с бетонным укосом; △ – деревянная опора с укосом;

@ – прибор учета

Рис. 5. График снижения потерь в Емельяновском районе за период с 2012 по 2015 год

В центре схемы располагается черный круг с белым квадратом, это КТП, от нее отходит линия 0,4кВ Ф-2. Для примера подключения от линии Ф-2 возьмем дом 9/2 по улице Дружбы. Дом

9/2 запитан через ПУ от опоры № 8, которая на схеме отмечена черным треугольником. После того как мы определили, как идет процесс передачи эл.энергии потребителю, приступим к объ- яснению, как работает система. Расчетный прибор учета находится непосредственно на границе балансовой принадлежности, то есть в верхней части опоры перед домом. Общий контрольный прибор учета на всю эту линию находится в КТП. По линии Ф-2 электроэнергия от КТП идет потребителю и по этой же линии с помощью PLC-системы вся информация о потреблении электроэнергии с расчетного ПУ попадает в общеконтрольный ПУ. С контрольного ПУ вся информация через GSM отправляется в Емельяновский РЭС. При попытке воздействия на ПУ сигнал передается специалистам РЭСа.

Замена прибора учета осуществляется по согласованию с подразделением ПАО «Энергосбыт». Это необходимо для принятия данных приборов учета на расчеты в ПАО «Энергосбыт».

План на 2015–2016 гг. по установке 9000 приборов учета выполнен на 55 %.

Заключение. При выборе поставщика аппаратуры или создании локальной АСКУЭ «под ключ» необходимо обратить внимание на открытость системы. Необходимо наличие описаний протоколов обмена данными с УСПД и счетчиками энергии/мощности, описания структуры и особенностей реализации базы данных, подробного описания принципов функционирования всех компонентов АСКУЭ – как аппаратных, так и программных. В противном случае могут возникнуть проблемы с интеграцией локальной АСКУЭ в региональную.

Соблюдение технических требований, предъявляемых к АСКУЭ, является залогом успешного ввода в промышленную эксплуатацию и надежного функционирования системы.

Выбранная система соответствует всем требованиям, предъявляемым к АСКУЭ, является наиболее экономичной и надежной.