CC BY
206
торов необходимо расширить функции и объем эксплуатационного штатного контроля. Вновь проектируемые, модернизируемые турбогенераторы и оборудование необходимо оснащать интеллектуальными си-
стемами диагностики, способными не только регистрировать информацию, но и давать соответствующие рекомендации для принятия решений.
Статья поступила 06.05.2014 г.
Библиографический список
1. ГОСТ 21964-76. Внешние воздействующие факторы. Классификация, номенклатура и характеристики. Введ. 01.07.1977 г. М.: Изд-во стандартов, 1976. 33 с.
2. Методические указания по оценке технического состояния турбогенераторов, отработавших установленный нормативный срок службы. Утв. 31.03.2008 г.
3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. Утв. 19.06.2003.
4. РД 34.45-51.300-97. Объемы и нормы испытания электрооборудования. Утв. 8.05.1997 г.
5. Стандарт РАО ЕЭС России. Тепловые электрические станции. Методика оценки состояния основного оборудования. Приложение к приказу РАО ЕЭС России от 28.03.2007 г. № 200.
6. Афанасенко А.С., Мурашко Н.А. Что стало причиной аварии на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года? // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 4. С. 115-117.
7. Вольдек И.А. Электрические машины. М.: Энергия, 1978. 839 с.
8. Дубицкий М.А. Надежность энергоснабжения и безопасность систем энергетики // Вестник Иркутского государ-
ственного технического университета. 2013. № 9 (80). С. 211-216.
9. Дубицкий М.А. Асламова В.С. Безопасность электроэнергетических систем // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012 . Вып. 3 (35). С. 221-226.
10. Дубицкий М.А., Руденко Ю.Н., Чельцов М.Б. Выбор и использование резервов генерирующей мощности в электроэнергетических системах. М.: Энергоатомиздат, 1988. 272 с.
11. Надежность систем энергетики. Терминология. Сборник рекомендуемых терминов. Вып. 95. М.: Наука, 1980. 43 с.
12. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. 2-е изд., перераб. и доп. М.: ЭНАС, 2007. 352 с.
13. Ушаков И.А. Курс теории надежности систем: учеб. пособие для вузов. М.: Дрофа, 2008. 239 с.
14. Dubitsky M.A. Reliability of energy systems // Reliability: Theory & Applications. Elektronic journal of international group on reliability. 2013. V. 8. I. 3. [Электронный ресурс]. URL: http://connection.ebscohost.com/c/articles/90219916/reliability-energy-systems
УДК 620.9
ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА РОЗНИЧНЫХ РЫНКАХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
© В.Ю. Наумчук1, Н.В. Савина2
Амурский государственный университет,
675027, Россия, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 21.
Рассматривается проблема качества электрической энергии, весьма актуальная в настоящее время в силу того, что снижение уровня напряжения, появление несимметрии, несинусоидальности и других отрицательных факторов, ухудшающих качество напряжения, оказывает заметное влияние на работу потребителей, становится причиной ущербов государственного хозяйства страны. Анализируется вновь введенный ГОСТ Р 54149 -2010 на качество электрической энергии, приборы контроля качества электрической энергии, которые наиболее применимы в сложившейся ситуации. Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 7 назв.
Ключевые слова: качество электроэнергии; контроль качества; измерительные комплексы; морфологический анализ.
ELECTRICAL ENERGY QUALITY CONTROL ORGANIZATION IN RETAIL ELECTRICITY MARKETS V.Yu. Naumchuk, N.V. Savina
Amur State University,
21 Ignatievskoe Shosse, Blagoveshchensk, 675000, Russia.
The article treats the problem of electric energy quality. The former is relevant since the decrease in voltage level, manifestation of asymmetry, unsinusoidality and other negative factors affecting voltage quality have a significant impact on consumers' operation and cause losses of the national economy. The analysis is given to the newly introduced GOST P 54149-2010 for electric power quality, electric energy quality control devices, which are most applicable in the current situation.
1Наумчук Валерия Юрьевна, магистрант, тел.: 89098189928, e-mail: 21-03@mail.ru Naumchuk Valeria, Master's degree student, tel.: 89098189928, e-mail: 21-03@mail.ru
2Савина Наталья Викторовна, доктор технических наук, профессор кафедры энергетики, тел.: 89246774430, e-mail: nataly-savina@mail.ru
Savina Natalia, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Power Engineering, tel.: 89246774430, e-mail: nataly-savina@mail.ru
3 figures. Itable. 7 sources
Key words: electric energy quality; quality control; metering systems; morphological analysis.
Более сорока лет в России единственным нормативным документом, устанавливающим в стране номенклатуру показателей качества электрической энергии (КЭ) и нормы КЭ, а также основополагающие требования к контролю, методам и средствам измерений показателей качества электроэнергии (ПКЭ), являлся ГОСТ 13109-97 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» (последовательно в редакциях 1967, 1987 и 1997 гг.) [1]. С 2013 г. в действие вступил новый стандарт - ГОСТ Р 54149-2010 [2]. Целью разработки стандарта было введение в действие в РФ нового нормативного документа по требованиям к КЭ, отвечающего рыночным отношениям в электроэнергетике и экономике страны, учитывающего рекомендации и положения международных стандартов и новых национальных стандартов по методам и средствам измерения и оценки показателей КЭ, а также сближение структуры и положений данного стандарта с европейским стандартом ЕН 50160: 2010. В связи с этим требовались также новые методы контроля и анализа качества электроэнергии, подбор новых приборов учета, обеспечивающих заданные новым стандартом параметры показателей КЭ.
Причинами нарушения (искажения) качества электрической энергии являются включенные в электросеть сварочные установки, вентильные преобразователи, индукционные и дуговые электрические печи, преобразователи частоты, тяговые подстанции железных дорог, троллейбусов и трамваев, электродуговые сталеплавильные и рудотермические печи, газоразрядные лампы, специальные однофазные нагрузки и ряд других электронных технических средств с нелинейной вольт(вебер)-амперной характеристикой (телевизоры, ПЭВМ, противопожарные средства, системы кондиционирования и т.д.).
Для достижения максимального производственного эффекта желательно получать электроэнергию возможно высокого качества, что обычно связано с удорожанием электроэнергетических установок.
Обоснование понятия качество электроэнергии имеет принципиальное значение для анализа вопросов улучшения КЭ в системах электроснабжения промышленных предприятий, городов, сельского хозяйства, сетях энергосистем, а также для разработки рациональной системы управления качеством.
Качество электрической энергии в системе электроснабжения и ее надежность имеют тесную взаимосвязь и главным образом определяют уровень основного критерия оптимальности - уровень приведенных затрат на систему электроснабжения. Так, при снижении качества электроэнергии уменьшается производительность производственных механизмов, а это ведет к недоотпуску продукции. Для сохранения плана выпуска продукции следует увеличить нагрузку на производственные механизмы, что в конечном итоге
приведет к увеличению расхода электроэнергии.
Электрическая энергия, как и любая другая продукция производства, имеет свои характеристики качества, которые регламентируются нормативными документами и согласуются с определенными режимами работы электрооборудования. Потребители электрической энергии и электротехнические аппараты, которые присоединяются к электрическим сетям, рассчитаны для работы при определенных номинальных параметрах. Такими параметрами могут быть номинальное напряжение, номинальный ток, номинальный коэффициент мощности и т.п. Только при номинальных параметрах достигается оптимальный режим работы электрооборудования, в противном случае мы всегда будем иметь дело с дополнительными экономическими затратами. Поэтому при электроснабжении потребителей электрической энергией должно быть обеспечено требуемое качество электроэнергии.
Потребители электрической энергии и электротехнические аппараты могут быть подключены к электрической сети в различных точках, в которых качество электрической энергии будет различным. При этом технические и экономические показатели работы потребителей электроэнергии и аппаратов также будут различными, однако они должны находиться в приемлемых пределах.
Допустимые значения показателей качества электроэнергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного или однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети или приемники электрической энергии, устанавливаются ГОСТом Р 54149-2010 [5].
Для предотвращения последствий от низкого КЭ или для их ограничения необходимо управление качеством электроэнергии (рис. 1).
Одним из ключевых моментов управления качеством электроэнергии является контроль КЭ.
Контроль КЭ - проверка соответствия ПКЭ установленным требованиям, то есть требованиям, указанным в нормативных документах, договорах энергоснабжения, технических условиях на присоединение и иных документах.
Задачами контроля электроэнергии в условиях розничных рынков являются [5]:
- обнаружение помех (искажения напряжения), оценка их значений;
- регистрация измеренных частотных характеристик в целях обработки и отображения результатов; проведение анализа измеренных значений ПКЭ (чаще отклонение напряжения и частоты) и оценка их соответствия установленным требованиям;
- определение источника искажения;
- проведение коммерческих расчетов между поставщиком и потребителем электроэнергии.
К видам контроля КЭ в условиях розничных рынков относятся:
Управление качеством
электроэнергии-
Методические мероприятия
Рис. 1. Структура управления КЭ
- контроль на соответствие техническим требованиям или ГОСТу Р 54149-2010 (данный вид контроля должен прописываться отдельным пунктом в договоре на энергоснабжение потребителя);
- диагностический контроль (должен быть произведен по заявлению потребителя, а также при присоединении нового потребителя к электрической сети);
- коммерческий контроль (должен прописываться в договоре энергоснабжения отдельным пунктом);
- претензионные испытания электроэнергии (по заявлению потребителя либо при судебных тяжбах);
- арбитражные испытания электроэнергии (при судебных тяжбах);
- сертификационные испытания электроэнергии (по заявлению потребителя либо поставщика электрической энергии).
Контроль на соответствие требованиям ГОСТа Р 54149-2010 или технических регламентов осуществляется органами государственного надзора, ответственными за электрохозяйство, испытательными лабораториями при сертификации КЭ.
Традиционно пунктами контроля КЭ на розничных рынках электроэнергии в распределительных сетях являются (таблица):
- точка передачи электроэнергии согласно ГОСТу Р 54149-2010 (вместо точки общего присоединения по ГОСТу 13109-97);
- граница раздела балансовой принадлежности;
- выводы электроприемника;
- другие точки сети, согласованные энергоснаб-жающей организацией и потребителем электроэнергии.
Выбор точек контроля в соответствии с видом контроля в условиях работы розничного рынка
Вид контроля Точка контроля
Э с Т Граница раздела балансовой принадлежности Выводы характерного ЭП Выводы питания фидеров РП Точка коммерческого контроля электроэнергии Шины 0,4 кВ ТП 6-35/0,4 кВ
Контроль на соответствие требованиям ГОСТ Р 54149-2010 + + + + - +
Диагностический + + - - - -
Коммерческий + + - + + +
Претензионный + + + + + +
Арбитражные испытания + + + + + +
Сертификационный + + - + - +
Инспекционный контроль + + - + - +
Примечание. Данные точки контроля могут применяться в том случае, если необходима регистрация тока, если же проводится контроль по напряжению, то пункты контроля обычно располагаются на границе раздела балансовой принадлежности.
Рис. 2. Указание границ раздела балансовой принадлежности на ПС «Птицефабрика»
На примере ПС «Птицефабрика» г. Благовещенска Амурской области указываются границы раздела балансовой принадлежности, которые в данном случае совпадают с точками контроля КЭ (рис. 2).
Для производства электроэнергии и измерений показателей качества электроэнергии используются специальные приборы, определяющие статистические характеристики ПКЭ за период изменения. В настоящее время используется малое количество измерительных комплексов (ИК) ПКЭ, осуществляющих контроль КЭ, то есть распределительные сети в условиях работы розничного рынка не полностью наблюдаемы с точки зрения качества электроэнергии. Это объясняется рядом причин. Во-первых, отсутствует корректная методика, позволяющая выбрать оптимальную с точки зрения наблюдаемости точку контроля КЭ в сети, отвечающую в то же время требованиям нормативных документов. Во-вторых, не определено, какой вид или виды контроля проводить в сложившейся ситуации. В-третьих, при эксплуатации отсутствует четкая позиция по выбору приборов, что обусловлено отсутствием методики, позволяющей объективно сравнивать приборы, поступающие на рынок средств измерений (СИ).
Для разработки методики сравнительного анализа ИК, позволяющей выбрать наиболее подходящие средства контроля, необходимо:
- провести анализ признаков с целью их ранжирования по значимости;
- дать характеристику видов контроля;
- разработать классификацию приборов на основе морфологического анализа;
- выявить признаки, позволяющих объективно сравнивать различные приборы;
- составить морфологические таблицы.
В зависимости от вида контроля ИК должен обладать определенным набором свойств, выделяющих какой-либо прибор из ряда подобных, однако общим для всех должно быть соответствие государственному стандарту по измеряемым ПКЭ. Кроме того, немаловажны оценка выполнения условий ГОСТа 22261-94, определяющего основные требования к исполнению СИ, и проверка электромагнитной совместимости для
определения их устойчивости к воздействию внешних помех (ГОСТ 29156, ГОСТ 29191, ГОСТ Р 50008, ГОСТ Р 50627).
На рынке представлено большое количество приборов контроля и измерения ПКЭ. Среди них - разработанные в России и за рубежом измерители, регистраторы, анализаторы ПКЭ. Из отечественных разработчиков ИК, регистрирующих количество и параметры ПКЭ, можно выделить основные: НПП «Электротехника» - Ресурс^2, Ресурс^2М, Ресурс-ПКЭ (г. Пенза); ООО «МарсЭнерго» - Энергомониторинг 3.3, ООО «Парма» - Парма РК 6.05 (г. Санкт-Петербург); ООО «НПФ Солис-С» - ППКЭ-1-50.М (г. Москва); НПО «Омск-Мир» - ИВК Омск (г. Омск); НПП «Прорыв» - Прорыв-КЭ (г. Петрозаводск). Для измерения показателей качества электроэнергии (анализаторы и регистраторы) используются также приборы производства Германии (Janitza), Франции, Украины и Австрии (корпорация «LEM» - МемоЬох 300, Тораs 100, Analyst 2060).
Однако большинство приборов разработано под старый ГОСТ 13109-97, и для того чтобы выбрать наиболее подходящий в условиях розничных рынков и в соответствии с новым ГОСТ Р 54149-2010, необходим их анализ.
Принципиально система контроля качества электроэнергии может быть основана на периодических измерениях КЭ или на непрерывном их мониторинге [2].
Система периодического контроля КЭ в условиях розничных рынков, сроки проведения которого должны указываться в договорах энергоснабжения, организуется с помощью переносных средств измерений, например, Ресурс^2М, ППКЭ- 1-50.М. Для ее реализации необходимо правильно выбирать пункты контроля, а также длительность и периодичность измерений. Главное достоинство такой системы - низкая стоимость по сравнению с системой мониторинга, а также использование небольшого числа приборов.
Недостатком переносных приборов в системе периодического контроля КЭ является невозможность одновременно осуществлять регистрацию ПКЭ в сети в целом, что резко снижает ее наблюдаемость с точки
зрения КЭ. Кроме того, переносные средства измерений не предназначены для длительной регистрации, что существенно ограничивает их применение при выяснении причин инцидентов в электросетях, вызванных импульсами, провалами напряжения и временными перенапряжениями. В случае использования стационарных приборов контроля качества электроэнергии (например, предприятия, искажающие качество) целесообразно использовать новый прибор -LPW-305, предназначенный для контроля, мониторинга и анализа ПКЭ в соответствии с ГОСТом Р 51317.4.30-2008 (МЭК 61000-4-30:2008) класс А, ГОСТом Р 54149-2010.
Так как каждый вид контроля требует измерения определенной совокупности параметров электроэнергии и показателей качества электроэнергии, необходимо разработать рекомендации, позволяющие правильно выбрать именно тот комплект приборов, который обеспечит наилучшую его реализацию. Для этого целесообразно разработать классификацию ИК на основе морфологического анализа. Такой анализ предполагает выбор признаков, позволяющих проводить объективный сравнительный анализ приборов. Перечень признаков, расположенных по увеличению значимости сверху вниз, и связи между ними, приведены на рис. 3.
Как показано на рис. 3, вид контроля определяет наиболее важные признаки - наличие ИК в перечне госреестра, измеряемые ПКЭ, точность измерений в соответствии с ГОСТом Р54149-2010 и др. Цена, как и вид контроля, влияет на признаки, в том числе на менее важные - регистрацию переходных процессов и возможность поверочных испытаний. Однако менее
Вид контроля -
важные признаки тоже играют роль при выборе СИ для какого-либо вида контроля.
Подведя итог всему выше сказанному, можно заключить, что наиболее значимыми признаками при выборе СИ являются вид контроля и цена прибора. Однако на рынках измерительных комплексов цена на некоторые приборы открыто не объявляется и может быть названа лишь при взаимной договоренности покупателя и продавца, что затрудняет выбор приборов в условиях эксплуатации.
Если в условиях работы розничного рынка необходимо помимо коммерческого контроля измерять вспомогательные ПКЭ, то с точки зрения надежности и удобства в эксплуатации целесообразно применять приборы одного разработчика. Так, приборы серии Ресурс-ЫР соответствуют этим требованиям. Прибор Ресурс-ПКЭ 1.1 идеально подходит для технологического контроля при наличии электроприемников, являющихся источниками несимметрии. Так как этот прибор определяет установившееся отклонение напряжения и ПКЭ, характеризующие несимметрию напряжения, его целесообразно применять в городских сетях. Основываясь на результатах проведенного сравнения выделенных признаков, можно сделать вывод о том, что для всех видов контроля более всего подходят приборы Ресурс^2, Ресурс^2М и Эрис КЭ.02. При окончательном выборе необходимо учитывать не только технические, но и дополнительные характеристики. Так, Ресурс^2 дешевле, чем Ресурс-UF2М или Эрис КЭ.02, но не является переносным. И все же целесообразно рассматривать модификации именно этих приборов [6].
Зарубежные приборы ТОРАS 1000 и МемоЬох-300
Наличие в перечне госреестра ^-
—► Измеряемые ПКЭ
—► Возможность учета ЭЭ ч-
—^ Точность измерения в соответствии с ГОСТ Р54149-2010 ^—
Длительность подключения м_
Способ подключения ч_
Автоматический сбор и передача информации ^_
_^ Количество анализируемых присоединений на подстанции
_^ Количество измерительных каналов
Глубина сохранения данных ч_
Вид представления результатов Удобство анализа данных замеров м—
— Цена м-
—^ Регистрация переходных процессов _р. Возможность проведения поверочных испытаний
Рис. 3. Ранжирование признаков по значимости
многофункциональны, поэтому их можно применять для исследовательских целей, но они, соответственно, имеют и более высокую цену. Кроме того, их использование для контроля на соответствие требованиям ГОСТа Р54149-2010 затруднительно из-за того, что они разработаны и адаптированы под европейский стандарт EN 50160, который, как известно, устанавливает более жесткие требования к КЭ.
Итак, на основе морфологического анализа предложена классификация средств измерения для кон-
троля качества электроэнергии в условиях розничных рынков, выявлены признаки, позволяющие выбирать оптимальный комплект приборов для каждого вида контроля. Установлено, что наиболее полно удовлетворяющими требованиям являются приборы серии Ресурс^ и его модификации, Эрис КЭ.02 и Парма РК 6.05М: они достаточно удобны для всех видов контроля и способны измерять практически все ПКЭ.
Статья поступила 17.06.2014 г.
Библиографический список
1. ГОСТ 13109-97. Группа Е02. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Изд-во стандартов, 1998. 31 с.
2. ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2012. 16 с.
3. Нормирование показателей качества электрической энергии и их оптимизация / под ред. А. Богуцкого, А.З. Гамма, И.В. Жежеленко. Гливице: Изд-во Силезского политехнического института, 1988. 249 с.
4. Белоусов В.Н., Никифорова В.Н., Кармашев В.С., Суднова В.В. Основные положения порядка сертификации электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения // Тригенерация [Электронный ресурс]. URL: http://www.combienergy.ru/stat1021 .html
5. Суднова В.В. Качество электрической энергии. М.: Изд-во ЗАО «Энергосервис», 2000. 105 с.
6. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества электроэнергии. Киев: Наукова думка, 1985. 268 с.
7. Гаврилов Ф.А. Качество электрической энергии. Мариуполь: Изд-во Приазовского ГТУ, 2007. 96 с.
УДК 620.9: 697(075.3)
ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ НИЖЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
© В.С. Степанов1, Т.Б. Степанова2, А.А. Старикова3
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Проанализированы предложенные ранее методы определения эксергии теплоты для исследования процессов, протекающих при температурах ниже температуры окружающей среды. Показано, что они являются некорректными, поэтому все попытки применить эксергетический анализ для исследования процессов обеспечения микроклимата зданий различного назначения, процессов низкотемпературного разделения газовых смесей, других низкотемпературных и криогенных процессов оказались неубедительными. Разработан новый метод определения эксергии теплоты, который для этих процессов дает непротиворечивые результаты и показывает преимущества использования эксергетического метода для их анализа. Ил. 4. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: низкотемпературные процессы; эксергетический анализ; эксергия теплоты; методы определения.
EXERGY ANALYSIS OF PROCESSES RUNNING AT TEMPERATURES LOWER THAN ENVIRONMENTAL ONE V.S. Stepanov, T.B. Stepanova, A.A. Starikova
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Having analyzed the existent methods of thermal exergy estimation for studying processes running at temperatures that are lower than the environmental one, they are shown to be incorrect. Therefore, all the attempts to apply the exergy analysis for studying the processes providing microclimate in buildings of different assignments, processes of low-temperature separation of gas mixtures, other low-temperature and cryogenic processes are proved to be unconvincing.
Степанов Владимир Сергеевич, доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения и общей электротехники, тел.: 89149228606, e-mail: stepanov@istu.edu
Stepanov Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Power Supply and General Electrical Engineering, tel.: 89149228606, e-mail: stepanov@istu.edu
2Степанова Татьяна Борисовна, доктор технических наук, профессор кафедры электроснабжения и общей электротехники, тел.: 89149022410, e-mail: stepanov@istu.edu
Stepanova Tatyana, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Power Supply and General Electrical Engineering, tel.: 89149022410, e-mail: stepanov@istu.edu
3Старикова Анастасия Андреевна, магистрант, тел.: 89500797866, e-mail: stepanov@istu.edu.ru Starikova Anastasia, Master's Degree Student, tel.: 89500797866, e-mail: staika@rambler.ru
