CC BY
30
УДК 621.331:621.311.004.18
А. Л. Каштанов, А. А. Комяков, И. Ю. Норкин
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПО КОНТРОЛЮ И УПРАВЛЕНИЮ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ В ГРАНИЦАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО УЗЛА ПО ДАННЫМ АСКУЭ
Возможности, предоставляемые применением АСКУЭ, широки и часто используются не в полной мере. Обработка и использование информации, получаемой по данным АСКУЭ, позволяют осуществлять оперативный контроль электропотребления и на основании архива данных за предыдущие периоды с учетом изменения влияющих факторов определять лимиты электропотребления на нетяговые нужды на любой промежуток времени. К потребителю, допускающему превышение лимита, должны применяться управляющие воздействия, направленные на снижение электропотребления и повышение эффективности использования электрической энергии.
Одним из главных целевых ориентиров «Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 г.» является снижение энергоемкости перевозочного процесса, в том числе и на железнодорожном транспорте. Решение указанной задачи невозможно без использования научно обоснованной системы контроля и анализа расхода электрической энергии как на тягу поездов, так и в системе электроснабжения нетяговых потребителей.
Существующая в настоящее время система управления электропотреблением на нетяговые нужды предполагает отнесение расхода электроэнергии структурных подразделений (СП) железных дорог по видам деятельности с установлением лимита электропотребления на эксплуатационные нужды от уровня фактического потребления электроэнергии в предшествующий период с ежегодным заданием снижения электропотребления. При этом расход электрической энергии, отнесенный на другие виды деятельности СП, не лимитируется. Однако такой подход не позволяет учитывать влияние ремонтно-эксплуатационной работы СП, климатических факторов, изменения состава электрооборудования на объем электропотребления и не предполагает возможности непрерывного мониторинга расхода электроэнергии во взаимосвязи с влияющими факторами. Это не позволяет осуществлять эффективный анализ и управление расходом электроэнергии на нетяговые нужды.
Особая роль в вопросе повышения эффективности контроля электропотребления и наведения соответствующего интересам ОАО «РЖД» порядка в управлении энергоресурсами отводится созданию автоматизированной системы управления энергоресурсами, основной целью которой является снижение корпоративных расходов на энергопотребление. Прежде всего это можно обеспечить за счет снижения финансовых издержек, связанных с приобретением электроэнергии. Указанная задача решается в рамках внедряемой на железных дорогах автоматизированной системы коммерческого учета электрической энергии (АСКУЭ). Технологическая схема реализации проекта АСКУЭ удовлетворяет жестким условиям формируемого рынка и позволяет эффективно управлять не только внешними закупками энергии, но и успешно оптимизировать ее использование внутри железных дорог.
Автоматизированная система коммерческого учета электрической энергии на нетяговые нужды включает в себя два уровня:
автоматизированная система коммерческого учета железнодорожных узлов (АСКУЭ ЖУ);
автоматизированная система коммерческого учета в рамках розничного рынка электроэнергии (АСКУЭ РРЭ).
При внедрении данной системы может быть решен следующий комплекс задач [1]: сбор, обработка и представление информации об энергопотреблении; предоставление отчетов и справок о деятельности объекта на основе автоматизированного составления различных форм и видов информационных документов;
обработка информации на основе научно обоснованной методологии, поддержки принятия решений;
контроль и управление энергопотреблением объектов предприятий.
Первые две задачи являются практически стандартными для любого потребителя. Решение третьей и четвертой задач является более сложным и в полной мере определяется технологией электропотребления объекта исследования. Реализация перечисленных выше задач позволяет полностью реализовать возможности автоматизированных систем контроля учета энергоресурсов.
Контроль и управление энергопотреблением объектов за счет выработки управляющих воздействий в связи со значительным объемом исходных данных является весьма трудоемким процессом, в результате чего предлагаемые решения, направленные на снижение удельного расхода электрической энергии, могут содержать ряд ошибочных данных. Решение данной проблемы возможно за счет разработки и внедрения программного продукта (АРМ «Контроль и управление электропотреблением»), основанного на применении систем АСКУЭ ЖУ и АСКУЭ РРЭ, позволяющего автоматизировать процесс выработки управляющих воздействий и тем самым сократить трудозатраты, повысить точность выполняемых расчетов и своевременно реагировать на ситуации, которые ведут к увеличению непроизводительного расхода электроэнергии.
Автоматизированный программный комплекс «АРМ «Контроль и управление электропотреблением» в соответствии с механизмом проводимых расчетов имеет трехмодульную структуру (рисунок 1) и ориентирован на управление электропотреблением предприятия, вследствие чего систематизация и обработка исходных данных, а также результатов расчета выполняются раздельно по каждому структурному подразделению СП - филиалу ОАО «РЖД».
Первый модуль АРМа «Контроль и управление электропотреблением» включает в себя четыре основных блока, назначением которых является следующее:
обработка данных по расходу электрической энергии структурными подразделениями;
анализ объема выполненных работ за отчетный период (месяц, квартал) и изменение состава электрооборудования (установленной мощности) по структурным подразделениям;
ввод данных, характеризующих показатели природно-климатических факторов, влияющих на уровень электропотребления;
формирование отчетных форм.
В настоящее время основной проблемой является обеспечение синхронизации работы программного комплекса с автоматизированными системами АСКУЭ ЖУ и АСКУЭ РРЭ. Ввод остальных параметров, характеризующих уровень энергоэффективности предприятия, выполняет вручную персонал структурных подразделений.
Автоматизация заполнения типовых форм позволит исключить необходимость повторного ввода данных и их утерю. Утвержденные и защищенные от видоизменения типовые формы обеспечат единообразие и техническую правильность их заполнения.
Наличие второго модуля позволит контролировать достоверность исходных данных и выполняемых расчетов. Выходная информация по проверке типовых форм представляется в виде справки об обнаруженных ошибках.
Третий уровень АРМа «Контроль и управление электропотреблением» представляет собой модуль, отвечающий за анализ полученных результатов. Выходной информацией анализа результатов является следующее:
- сравнительный анализ удельных норм по СП в границах железной дороги;
- сравнительный анализ фактического расхода электроэнергии и установленных норм по СП;
- направления по повышению экономической эффективности;
- динамика изменения эффекта по отчетным периодам;
- представление полученных результатов (в графическом или табличном виде) с разбивкой по направлениям получения экономического эффекта.
АСКУЭ ЖУ, АСКУЭ РРЭ
1111
АРМ «Контроль и управление электропотреблением»
Сбор информации по расходу электроэнергии по СП
Объем выполненных работ и изменение состава электрооборудования в границах СП
Показатели природно-климатических факторов, влияющих на потребление электроэнергии
С
О
Заполнение отчетных форм
I
I
Проверка достоверности исходных данных и полученных результатов
Расчет фактического удельного расхода электрической энергии на выпуск
продукции
"Т
Анализ результатов расчета удельного расхода электроэнергии
Анализ результатов расчета эффекта от внедрения АСКУЭ
Управляющие воздействия по повышению энергоэффективности
Рисунок 1 - Структура программного продукта АРМа «Контроль и управление электропотреблением»
На основании данных выполненного анализа проводится разработка управляющих воздействий, направленных на повышение эффективности потребления электрической энергии.
В качестве основы предлагаемой системы контроля и управления электропотреблением предлагается применять метод нормирования расхода электроэнергии по направлениям использования или по типовым объектам. Под типовыми объектами СП следует понимать цеха, отделения или производственные участки независимо от их принадлежности по хозяйствам железной дороги или иных филиалов ОАО «РЖД», характеризующиеся определенным набором оборудования, видами выполняемых работ и режимами работы.
Выбор измерителей работы для каждого типового объекта (либо направления использования электроэнергии) должен основываться на следующих принципах:
- в границах типового объекта должен быть единый измеритель конечной продукции;
- измеритель готовой продукции должен быть отражен в существующей статистической отчетности железной дороги;
- объем работы типового объекта должен подлежать достоверному прогнозированию.
Количество типовых объектов в границах каждого СП должно быть достаточным для
достоверного отражения особенностей электропотребления.
Рассмотрим порядок определения удельного расхода электроэнергии на нетяговые нужды на примере дистанций электроснабжения Кузбасского отделения Западно-Сибирской железной дороги. Предварительный перечень основных типовых объектов и измерителей ре-монтно-эксплуатационной работы для исследуемых СП представлен в таблице 1.
Таблица 1 - Укрупненный перечень основных типовых объектов в дистанциях электроснабжения Кузбасского отделения Западно-Сибирской железной дороги
Наименование типового объекта Измеритель работы Основные внешние факторы, оказывающие влияние на расход электроэнергии
Тяговые подстанции, районы контактной сети, посты секционирования (ПС) и пункты параллельного соединения (1111С) Прочие административные и служебно-технические здания без применения электроотопления (контора, гараж, ремонтно-ревизионный участок, административные здания сетевых районов) 100 технических единиц 1 2 1 м площади зданий Температура воздуха, изменение состава электрооборудования Продолжительность светового дня, изменение состава электрооборудования
Для определения степени влияния внешних факторов на расход электрической энергии использованы методы корреляционного и регрессионного анализа [2]. При этом в качестве исходных данных принята информация об объеме электропотребления и об изменении внешних факторов по дистанциям электроснабжения за 2007 - 2009 гг. поквартально. В результате получено, что расход электроэнергии на собственные нужды тяговых подстанций зависит главным образом от температуры воздуха с коэффициентом корреляции, находящимся в пределах 0,95 - 0,97 для разных дистанций электроснабжения, а расход электроэнергии в прочих административных и служебно-технических зданиях - от продолжительности светового дня (коэффициент корреляции изменяется от 0,61 до 0,97). В соответствии с этим разработаны аналитические выражения для определения расхода электроэнергии на нетяговые нужды, представленные в таблице 2. В выражениях, приведенных в таблице 2, приняты следующие обозначения: Ж - расход электрической энергии на нетяговые нужды, тыс. кВт-ч; г - среднеквартальная температура воздуха, °С; Ьсв. дня - продолжительность светового дня, мин.
№ 2( 2010
Таблица 2 - Аналитические выражения для определения расхода электроэнергии на нетяговые нужды
Наименование типового объекта Дистанции электроснабжения
Тайга Кемерово Белово Новокузнецк
Тяговые подстанции, районы контактной сети, ПС и ППС Прочие административные и служебно-технические здания Ж = -51,7/ + + 1271,2 Ж = -0,38!св. дня + + 383,11 Ж = -47,6/ + + 1225,9 Ж = -0,06!св. дня + + 77,91 Ж = -47,9/ + + 1194,7 Ж = -0,96!св. дня + + 925,94 Ж = -62,7/ + + 1658,9 Ж = -0,5!св. дня + + 502,24
Значимость полученных уравнений регрессии (см. таблицу 2) подтверждена с использованием коэффициента детерминации. Приведенные в таблице 2 выражения позволяют рассчитать планируемые объемы потребления электроэнергии для типовых объектов, что с учетом планируемого изменения ремонтно-эксплуатационной работы дает возможность определения удельной нормы расхода электроэнергии на выпуск единицы продукции. Для примера на рисунке 2 представлены результаты расчета фактического удельного расхода электро-энергии на собственные нужды тяговых подстанций, районов контактной сети, ПС и ППС за 1-й квартал 2009 и 2010 гг. Плановые значения определялись в соответствии с выражениями, приведенными в таблице 2.
80
тыс. кВт-ч/ 100 техн. ед.
40
20
54,6
36,9
48,5
□ - 1-й кв. 2009 (факт)
□ - 1-й кв. 2010 (план) й- 1-й кв. 2010 (факт)
50,1
42,8
71,3
57,3
46,8
60,5
51,8
40,6
Тайга
Кемерово
Белово
Новокузнецк
0
Рисунок 2 - Удельный расход электрической энергии на выпуск единицы продукции в дистанциях электроснабжения Кузбасского отделения Западно-Сибирской железной дороги
Удельный расход электроэнергии в 2010 г. существенно вырос в сравнении с предыдущим годом, что в значительной мере обусловлено снижением средней температуры воздуха (-9 °С в 2009 г., -18 °С - в 2010 г.). Установление лимита электропотребления по факту предыдущего периода (по существующей системе) дает значительное расхождение планируемо -го и фактического удельного расхода (36,9 % для исследуемых дистанций электроснабжения). Однако применение предлагаемого метода позволяет с высокой степенью достоверности определять плановые значения расхода электроэнергии с погрешностью, равной 4,4 %.
Мониторинг удельного расхода электроэнергии позволяет определить СП, допускающие превышение нормируемых показателей. Как видно из рисунка 2, к таким СП относятся дистанции электроснабжения Белово и Новокузнецк (превышение - на 24,4 и 17,7 % соответственно). Своевременное выявление таких случаев дает возможность применять соответствующие управляющие воздействия для снижения нерационального расхода электрической энергии.
Список литературы
1. Методика определения экономической эффективности создания автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии розничных рынков электрической энергии (АСКУЭ РРЭ) ОАО «РЖД» [Текст] / Под ред. В. Т. Черемисина / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2009. - 82 с.
2. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей [Текст] / Е. С. Вентцель. - М.: Наука, 1969. - 576 с.
УДК 621.331:621.311.4:621.3
П. В. Тарута, М. А. Карабанов
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ПРОВАЛА НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ПОДКЛЮЧЕНИИ РЕЗЕРВНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
В статье приведены -исследования процесса подключения выпрямительных агрегатов. Установлено, что в момент подключения возникает бросок тока, который приводит к недопустимой величине провала напряжения на шинах 10 и 0,23 кВ.
В последние годы наблюдается увеличение грузоперевозок и повышение весовых норм поездов. Это, в свою очередь, вызывает увеличение тяговых нагрузок, которое приводит к все более частому автоматическому подключению на тяговых подстанциях вторых выпрямительных агрегатов параллельно работающим. Данные моменты сопровождаются провалами напряжения на шинах 10 кВ, приводящие к серьезным сбоям в работе устройств СЦБ и связи, к излишним переходам с основного питания на резервное и обратно, а также к ложному срабатыванию КТСМ (комплект технических средств модернизированный) и УКСПС (устройство контроля схода подвижного состава), перекрытию маневровых сигналов, отключению фидеров нетяговых потребителей. Это определяет существенное изменение требований к системе электроснабжения устройств железнодорожной автоматики и связи.
Особый подход проявляется в первую очередь в безусловном соблюдении соответствия качества питающих напряжений требованиям РОСТ 13109-97. Только при этом условии может быть обеспечено надежное функционирование электронной и микропроцессорной аппаратуры указанных выше систем.
В связи с многократными случаями сбоев и отказов этих устройств на ЗападноСибирской железной дороге были проведены измерения провалов напряжения на шинах 10 кВ и шинах собственных нужд 0,23 кВ, к которым подключены трансформаторы СЦБ, при включении вторых выпрямительных агрегатов. Для измерений использовался регистратор аварийных событий «Транс-АУР А», схема подключения которого приведена на рисунке 1.
Во время эксперимента было проведено более 100 включений выпрямительных агрегатов. В результате статистической обработки данных построена интегральная функция распределения (рисунок 2) глубины провала напряжения на шинах 0,23 кВ в процессе включения выпрямителей.
