АСУ энергоснабжения (АСУЭ) как ключ к энергосбережению Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Зимин Валерий Анатольевич, к.т.н., генеральный директор ООО ВФ «ЭЛНА»

Клиндухов Сергей Николаевич, начальник управления ООО ВФ «ЭЛНА»

АСУ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ (АСУЭ) КАК КЛЮЧ К ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ

В вступительной части к плану правительства России на 2002-2010 годы по заинтересованности предприятий в создании новых энергосберегающих технологий упоминается, что энергоемкость продукции российских предприятий в 2,5 раза больше, чем в странах ЕС. В условиях, когда за последние годы постоянно увеличиваются цены на энергоносители, возрастают требования по охране окружающей среды, задача повышения эффективности использования энергетических ресурсов приобретает приоритетное значение и для экономики каждого конкретного предприятия.

Отношения, возникающие в процессе деятельности предприятий в области энергосбережения, регулируются Федеральным законом «Об энергосбережении» от 03.04.1996г. № 28-ФЗ с целью создания экономических и организационных условий для эффективного использования энергетических ресурсов.

Важным положительным решением первого этапа энергосбережения должно быть создание автоматизированной системы управления энергоресурсами (АСУЭ). Создание АСУ энергоресурсами является ключевым фактором снижения энергозатрат и увеличения прибыли предприятия.

АСУ энергоснабжения, в состав которой входят АСУ ЭС (электроснабжения) и АСУ Т (теплоснабжения), предназначена для автоматизированного контроля и управления в реальном времени электроснабжением, теплоснабжением и водоснабжением компрессорной станции, а также для передачи необходимой информации в АСУ ТП (технологическими процессами) всей станции.

Целями создания системы АСУ Э являются:

• Повышение оперативности управления качеством энергообеспечения

• Замена морально и физически устаревшего оборудования

• Повышение надежности электроснабжения

• Улучшение системы учета количества и качества получаемой электроэнергии

• Учет и контроль расходования электроэнергии

• Своевременное представление оперативному персоналу достоверной информации о ходе технологического процесса, состояния оборудования и средств управления с целью быстрой ликвидации ненормальных аварийных и по-слеаварийных режимов в электроснабжении

• Снижение непроизводительных расходов и потерь энергоресурсов

• Улучшение диагностики первичного оборудования и снижение затрат на ремонт оборудования

• Обеспечение персонала ретроспективной технологической информацией (регистрация, архивация событий; расчет показателей для анализа, оптимизации и планирования работы оборудования и его ремонта)

• Возможность включения АСУЭ в автоматизированные системы • высшего уровня

АСУЭ имеет трехуровневую структуру. На нижнем уровне ипользуются датчики, первичные измерительные приборы и цифровые реле. Средний уровень - контроллер ЭЛПК-03 и сетевые средства. Верхний уровень - АРМы и серверы, работающие под управлением операционной системы Windows и SCADA - системы TRACE MODE. Рассмотрим пример построения АСУЭ (рис. 1).

Особенностью системы энергоснабжения предприятия является ее единая структура. Она объединяет системы энергоснабжения основного и вспомогательного производства, включает генерирующие мощности, аварийные источники, линии, распределительные устройства, потребителей. В силу этого АСУЭ должна быть выполнена как целостная система, обеспечивающая централизованный контроль и управление всеми объектами энергоснабжения при помощи входящих в ее состав автоматизированных рабочих мест (АРМ).

1. Основные функции АСу электроснабжения (АСу ЭС):

• противоаварийная защита оборудования энергообеспечения (локальные системы на базе ЦРЗА); коммерческий и технический учет электроэнергии, формирование

Передача данных в электроснабжающие организации

В АСУ ТП верхнего уровня

Рис. 1 Функциональная структура АСУ Э

Обозначения :

АРМ - автоматизированное

АСКУ ЭР - автоматизированная АСКУ ЭС - автоматизированная АСТУ Э - автоматизированная АСУ ЭС - АСУ электроснабжения ;

АСУ Т - АСУ теплоснабжением ;

АСУ В - АСУ водоснабжением ;

АСУ КОС - АСУ канализационно -очистных сооружений

рабочее место;

система коммерческого учета энергоресурсов ; система коммерческого учета электроснабжения система технического учета энергоснабжения ;

информации о потреблении энергоносителей, передача информации о расходе электроэнергии в энергоучетную организацию;

• формирование на дисплее оператора мнемосхемы электроснабжения с отображением наиболее важных параметров;

• дистанционное управление объектами электроснабжения КС;

• предупредительная и аварийная сигнализация;

• диагностика и контроль энергетического оборудования (ресурсов выключателей, двигателей и др.);

• диагностика состояния аппаратуры и программного обеспечения АСУ;

• регистрация состояния объектов АСУЭ и действий оператора, в том числе:

• последовательности срабатывания защит и противоаварийной автоматики;

• ведение суточной и сменной ведомости, графиков изменения текущих параметров, архива (в том числе аварийной информации);

• значений контролируемых параметров (токов, напряжений, частоты, мощности и др.) в момент пуска защит и в момент срабатывания защит с присвоением метки времени;

• аварийных и предупредительных сигналов с присвоением метки времени;

• действий оператора при выполнении оперативных переключений;

• проверка достоверности входной информации;

• обработка и вывод на экран дисплея информации о событиях в текстовой (табличной) форме;

• ведение во всех контроллерах АСУЭ единого времени;

• осциллографирование параметров аварийных и переходных;

• измерение качества электроэнергии.

2. Основные функции АСу теплоснабжения (АСу Т):

• формирование и отображение на мнемосхеме наиболее важных па-

раметров (температуры, давления и расхода прямой и обратной сетевой воды, подпиточной воды);

• отображение на мнемосхеме состояния местных устройств автоматики котлов, насосов и тепловых сетей;

• контроль наличия напряжения на сборках 0,4 кВ котельной;

• предупредительная сигнализация о неисправностях устройств локальной автоматики нижнего уровня;

• учет потребляемого газа и выработанного тепла;

• передача на верхний уровень информации о расходе газа, выработанном тепле, расходах и температурах прямой и обратной сетевой воды;

• другие функции АСУ Т в зависимости от технологической схемы системы теплоснабжения.

3. Основные функции подсистем АСу

водоснабжения (АСу В) и

канализационно-очистных сооружений (АСу КСО):

• формирование и отображение на мнемосхеме наиболее важных параметров (рабочих и резервных насосов, положения задвижек, давлений и температуры воды, расхода воды, уровней и температуры воды в резервуарах и т.д);

• отображение на мнемосхеме и сигнализация состояния местных устройств автоматики, предупредительная сигнализация о неисправностях устройств локальной автоматики нижнего уровня;

• аварийная и предупредительная сигнализация возникновения аварийных и ненормальных режимов (отключение насосов, снижение давления, переполнение емкостей и др.);

• контроль наличия напряжения на сборках 0,4 кВ питания насосных станций;

• учет расхода воды и стоков;

WWW.NEFTEGAS.INFO \\ АВТОМАТИЗАЦИЯ \\ 15

на правах рекламы

Рис . 2. Структурная схема системы сбора - передачи данных энергопотребления (ССПДЭ )

• учет наработки насосов;

• другие функции, определяемые в зависимости от технологической схемы системы водоснабжения и КОС.

4. Основные функции АРМ начальника ЭВС (энергетика)

4.1.Информационные функции:

• формирование графических элементов мнемосхем системы энергоснабжения с различной степенью детализации;

• получение данных из всех подсистем:

• отображение исторических трендов и таблиц значений параметров процесса энергоснабжения за определенный промежуток времени (за час, смену, сутки и т.д.).

4.2. Сигнализирующие функции:

• привлечение внимания начальника ЭВС (энергетика) световой, цветовой и звуковой сигнализацией к изменению состояния энергетического оборудования;

• обязательное подтверждение (квитирование) от начальника ЭВС (энергетика) факта приема им данного сообщения;

• вывод на экран дисплея информации в обобщенном виде или с детализацией места возникновения сигнала по запросу начальника ЭВС (энергетика) при возникновении следующих событий:

- отклонения за пределы уставок параметров процесса энергообеспечения;

- невыполнения команд управления, направленных исполнительному механизму;

- получения сигналов о неисправностях энергетического оборудования от встроенных систем контроля;

- срабатывание систем автоматического включения резерва (АВР) электроснабжения;

- переход энергетического оборудования на работу от резервных источников питания;

4.3. Регистрирующие функции:

• выдача и исполнение управляющих команд оператора, оперативного персонала и начальника ЭВС (энергетика);

• документирование хода процесса энергоснабжения в базах данных и на бумажных носителях.

4.4. Вычислительные функции:

• выполнение расчетных операций над значениями показаний датчиков энергетического оборудования для вычисления производных параметров, включая подсистему технического учета электроэнергии.

5. Основные функции АСКу ЭР - подсистемы коммерческого учета энергоресурсов и входящей в ее состав АСКу ЭС - подсистемы коммерческого учета электрической энергии. Подсистема коммерческого учета знер-горесурсов обеспечивает информацией об общих расходных показателях КС по всем видам потребленной предприятием энергии в натуральном и стоимостном выражениях.

Подсистема коммерческого учета электрической энергии и мощности обеспечивает информацией об общих расходных показателях КС по электроэнергии в натуральном и стоимостном выражениях. АСКУЭ создается в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации», утвержденными Минэнерго от 19.06.03 № 229.

6. Основные функции АСТу Э - подсистемы технического учета энергоресурсов

Подсистема технического учета энергоресурсов обеспечивает информацией о расходных и генерирующих показателях объектов предприятия по всем видам энергии в натуральном выражениях (внутренний технический учет энергоресурсов, детализированный по цехам, участкам, установкам).

Частным случаем АСУЭ, ограниченное

выполнением функций системы учета энергоресурсов, является «Система сбора-передачи данных энергопотребления (ССПДЭ)» (см. рис.2).

Ядром ССПДЭ является устройство сбора и передачи данных энергоресурсов, использующая контроллер типа ЭЛПК-06Э. ССПДЭ предназначена для технического учета энергопотребления, воды и газа на промышленных предприятиях и передачи данных о количестве потребленной тепловой энергии, воды и газа на верхний (региональный) уровень управления энергетического хозяйства отрасли.

В качестве источников информации о количестве потребленной энергии, воды и газа для контроллера ЭЛПК-06Э могут выступать соответствующие измерительные приборы, прошедшие метрологическую аттестацию, или первичные датчики учета тепловой энергии (масса теплоносителя, давление,

температура), воды и газа. В последнем случае обработку информации с датчиков выполняет теплоэнергоконтроллер, размещенный в ЭЛПК-06Э.

Устройство сбора и передачи данных энергоресурсов реализует следующие основные функции:

• Текущий и суммированный учет по каждому каналу в физических величинах

• Текущий и суммированный учет по каждому виду энергии в физических величинах

• Автоматическая запись максимального пикового потребления или значений «больше» («меньше»)по отношению к значениям, заранее установленным уставками, в каждом канале и по каждому виду энергии в физических величинах

• 20-годичный календарь с учетом високосного года и летнего/зимнего периода

Наименование ячейки Ввод №1 Тр1 630кВА ФЗМО ВЛ 10кВ ЭХЗ-Сев. Тр1 400кВА ВЛ 10кВ ЭХЗ-Юг. Резерв (КТП) ТСН №1

(№шкафа) 3 7 9 11 15 17 19 23

Тип Sepam 1000+S41 1000+Т40 1000+Т40 1000+S40 1000+Т40 1000+S40 1000+Т40 1000+Т40

Функции

Диагностика сети

1 Контекст отключения ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

2 Ток отключения (ТпрИ,Тпр12,Тпр13Дпр1о) ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

3 Коэфф.несимметрии/ток обр. последоват.(П) ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

4 Фазовый сдвиг(]0,]1,]2,]3) ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

5 Запись осциллограмм аварийных режимов ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

б Нагрев ■ ■ ■ ■ ■

7 Время работы до отключения по перегрузке ■ ■ ■ ■ ■

8 Время ожидания после отключения при перегрузке ■ ■ ■ ■ ■

9 Счетчик часов работы/время работы ■ ■ ■ ■ ■

Диагностика выключателя

1 Кумулятивное значение токов отключения ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

2 Количество коммутаций, время наработки, время взвода привода □ □ □ □ □ □ □ □

3 Контроль цепи отключения □ □ □ □ □ □ □ □

4 Контроль ТТ/ТН ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

Перечень диагностических сигналов для ЗРу на 10 кВ с применением РЗА типа Sepam ■ - стандарт □ - по выбору

WWW.NEFTEGAS.INFO

\\ АВТОМАТИЗАЦИЯ \\ 17

• расчет стоимости потребленной энергии в рублях с учетом тарифных зон. Расписание тарифных зон можно переустановить в исходное состояние вручную (при условии введения пароля) или по заранее определенному графику

Некоторые примеры использования подсистем АСу Э, дающие конкретный ощутимыйэффект

1. Всей системы АСУ Э в целом: сокращение затрат на обработку информации экономическими итехниче-скими подразделениями предприятия за счет получения оперативной и достоверной информации об энергопотреблении и состоянии оборудования в электронном виде;

2. Регистратор аварийных процессов. Документально подтверждает и устанавливает причины выхода из строя оборудования - временного отсутствия (до 1 м/сек) питающего напряжения, несвоевременное срабатывание какой-либо из защит и т.п.

3. Измеритель качества электроэнергии. Документально подтверждает и устанавливает характер потерь электроэнергии по причине присутствия высших гармоник на входе оборудования и как следствие увеличение реактивной составляющей.

4. Диагностика работы электротехнического оборудования Энергетическое оборудование компрессорных станций Газпрома чрезвычайно разнообразно по типу, странам-производителям, а кроме того, оно сложно по применяемым схемным решениям, так как оно оснащено устройствами релейной защиты (часто электронной) и автоматики. В связи с этим очень актуальным является задача надежной эксплуатации электрооборудования, на решения которой тратятся большие средства. Для иллюстрации сказанного можно привести следующие цифры: затраты на ремонт электрооборудования в себестоимости производства электроэнергии могут достигать 25%.

Практика эксплуатации оборудования

свидетельствует, что основой поддержания его технического состояния является система своевременного обслуживания, ремонта и замена оборудования и его составных частей, выработавших свой технический ресурс.

Очень важно своевременно определить предельное состояние оборудования, при котором должна быть прекращена его дальнейшая эксплуатация. При решении этой проблемы большую помощь может оказать диагностика оборудования в процессе эксплуатации с помощью АСУЭ. При этом с помощью полученных данных из АСУЭ, учитывающих не только фактическое время работы оборудования и количество коммутаций (для выключателей), но и факторы, сокращающие (увеличивающие) время наработки. К таким факторам можно отнести токи переключения, температура окружающей среды и т.п. Многообразие диагностических сигналов можно оценить на примере ЗРУ (табл. № 1) для одной из компрессорных станций Газпрома, использующей в качестве ЗРА терминалы типа Sepam.

В процессе выпуска проекта АСУ ЭС Волховской КС была разработана программа и методика оценки технического состояния высоковольтных выключателей по данным,полученным в процессе его эксплуатации от контроллеров нижнего уровня.

Кроме того, полученные данные о техническом состоянии каждой единицы оборудования позволят автоматизировать ведение технического паспорта этого оборудования и как следствие, выдавать рекомендации по объемам и срокам ремонтно-восстановительных работ. В дальнейшем при широком охвате системами АСУЭС (АСУЭ) объектов Газпрома возможно создание отраслевой диагностической базы данных, основы которой разрабатываются в настоящее время в ООО «Газпром-энергодиагностика».

5. АСКУ ЭР:

• возможность выхода на ФОРЭМ;

• снижение затрат на электроэнергию за счет перехода на зонные тарифы;

• контроль фактически потребленной мощности и снижение заявленной (договорной мощности);

• повышение точности учета (за счет уменьшения ошибок при ручном съеме данных, замены старых типов счетчиков на более современные и точные);

• контроль энергопотребления по каждому структурному подразделению с возможностью расчета их доли затрат на энергию в общей себестоимости продукции.

Дальнейшее развитие АСУ Э состоит в организации энергоменеджмента на предприятии, которое включает ряд организационных действий, направленных на сокращение энергетических затрат и увеличение производительности труда. Данный подход особенно важен при практическом внедрении энергетического менеджмента в системы безопасности, управления качеством, в соответствии с международными стандартами 1Б0 9000, а также экологической безопасности в соответствии со стандартами 14001.

В связи с ростом тарифов на электроэнергию АРМ энергоменеджера на предприятии становится все более востребованным. Энергоменеджер выполняет задачи планирования и контроля ключевых экономических показателей

- удельных норм потребления энергии на единицу произведенной продукции и оптимизацию производственного цикла, мониторинга и управления режимами работы системы электроснабжения.

Э л н А

ООО Внедренческая фирма «ЭЛНА»

123060, г. Москва,

ул. Расплетина, д. 5

Тел./факс: (499) 198-75-61, 946-98-21

Тел.: (499) 198-96-49, 946-98-20,

946-98-22

e-mail: elna@sniip.ru www.elnavf.ru

на правах рекламы

НЕ ХВАТАЕТ МЕСТА?

ЗЫ1

ООО „Пепперл и Фукс“

Россия, 123007, Москва,

ул. 4-ая Магистральная, 11, строение 1, 8 этаж

Тел.: +7 (495) 995-88-42

Факс: +7 (495) 259-58-72

Бесплатная телефонная линия

по России 8-800-333-88-42

Е-таИ:тЬ@реррегНисЬ^.ш

http://www.pepperl-fuchs.ru

http://www.pepperl-fuchs.com

Сохранение места без потери функциональности

Для случаев, когда в шкафах имеется минимум свободного места, мы предлагаем специальную серию барьеров. Новая компактная серия барьеров искрозащиты “система Н” от компании Пепперл и Фукс сочетает небольшой размер с широкими возможностями. Эти особо тонкие модули не только занимают меньше места, они также обладают повышенной надежностью, поскольку меньше нагреваются в процессе работы. Это позволит Вам на треть увеличить количество барьеров внутри шкафа, не беспокоясь об установке дополнительной системы охлаждения. Не забудем также упомянуть об уникальной системе подключения РСУ, которая положит конец использованию громоздких кабелей, упростит установку и эксплуатацию. Получите все эти преимущества, установив серию Н, которая сохранит Вам пространство, увеличит надежность и производительность.

PEPPERL+FUCHS

PROTECTING YOUR PROCESS