CC BY
71
УДК 621.317.7
С. Н. ЧИЖМА
Омский государственный университет путей сообщения
СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРИБОРАМ КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
На основании анализа современного состояния сметчиков электрической энергии, приборов контроля качестве электроэнергии, регистраторов событий в электрических сетях и характерных особенностей систем электроснабжения железнодорожного транспорта сформулированы современные требования к приборам контроля показателей качества электроэнергии электрических сетей железных дорог.
Ключевые слова: приборы контроля показателей качества электроэнергии, счетчики электрической энергии, электрические сети железных дорог.
Автоматизированные системы коммерческого учета электроэнергии, внедренные в последнее время и сети железных дорог, позволяют решить вопрос учета элек троэнергии. Тем не менее важным вопросом остается расширение функций анализа состояния электрических сетей, решаемых с помощью анализаторов качеепт электроэнергии и регистраторов событий в элек трических сетях, связанных в единую информационную сеть.
Современные счетчики электрической энергии позволяют не только измерить различные виды электроэнергии за заданные промежутки времени, но и хранить информацию за достаточно большой отрезок времени, измерять мгновенную мощность, напряжение, ток, частоту и даже значения показателей качества электроэнергии. Эти дополнения определены современными тенденциями развития — созданием смотчиков электроэнергии с функциями кон троля качества электроэнергии. Однако эго направление находится в начальной стадии, и необходимо определить основные пути дальнейшего разви тия.
Задачи, решаемые различными средствами контроля в элек трических сетях, сводятся к трем моментам: учет электроэнергии, контроль показателей качества электроэнергии и регистрация событий в электрических се тях.
Современная тенденция развития измерительной техники состоит в интеграции в одном устройстве практически всех измерительных задач. Отсюда следует. чю дальнейшим развитием систем контроля элект-роэнерши является создание многофункционального измерительного прибора для контроля сигналов в электросети (МИПЭ). Указанное устройство должно иметь развитую подсистему коммуникации и быть включено в сеть передачи данных. Набор функций МИПЭ конкретного типа определяется теми зада-чами.для выполнения которых он предназначен |1|.
Общие требования по стандартам. Определим требования, предъявляемые в настоящее время к приборам кон троля параметров электрических сетей, в перспективе создания МИПЭ с функциями счет-
чика электроэнергии, контроля качества и регистрации аварийных событий. Основные -требования к анализаторам качес тва электроэнергии (АКЭ) изложены в |2, 3, 4|. Однако достаточно обширный перечень не охватывает некоторых необходимых параметров, когда стоит задача анализа КЭ, т.е. комплекс измерений и расчетов, необходимых при анализе состояния электрооборудования в сети, для выявления источника ухудшения КЭ (виновника), при определении вклада в уровни ПКЭ в точке общего присоединения. Методики решения таких задач нашли отражение в [б. 0,9|. Однако они появляются исчер пинающими, так как в свое время при их разработке можно было ориентироваться только на существующие СИ, тогда как современные СИ должны позволять вычислить и мощности искажений, определяемые гармоническим составом напряжений и токов, напряжениями и гоками обратной и нулевой последовательности.
Требования железнодорожного транспорта. Электроснабжение железнодорожного транспорта накладывает на приборы контроля качества электроэнергии свои требования, которые исходят из характеристик нагрузки. Электрифицированный транспорт характеризуется большим числом вентильных преобразователей, изменяющейся нагрузкой и является источником искажений в сеч и. В результате кривые тока и напряжения в сети оказываются несимметричными и несннусоидальными.
Арубой особенностью электроснабжения является то, что существуют сети переменного и постоянного тока, а сети переменного тока имею т несколько разновидностей, как по номиналу напряжения, так и по схемам подключения. В качестве примера можно привести схему питания контактной сети два провода - рельс.
Особенности ж/д транспорта как потребителя электроэнергии:
1. Резкое изменение нагрузки за счет резкого изменения тяговых усилий и за счет изменения положения локомо тивов относительно тяговых подстанций.
2. Изменение количества локомотивов на различных участках элек троснабжения.
3. Наличие Пол много количества вентильных преобразователей обуславливает несимметричность и несипусоидальность напряжений в сети.
‘I. Режим рекуперации электроэнергии.
5. Питание от тяговой сети нетяговых потреби-
•П'-ЛСЙ.
G. Различные схемы подключения нагрузок.
7. Часть электротранспорта питается от постоянного напряжения.
Контроль параметров сети постоянного тока является специфическим для ряда производств и осуществляется специализированными приборами, анализ и описание ко торых не приведены в настоящей работе.
Для более полного определения режимов работы электросетей МИПЭ должны определять токи в цепях и, соответственно, дополнительные параме тры:
— действующие значения напряжений и токон;
— активная, полная мощности фаз и трехфазная активная мощность;
— действующие значения для основных гармоник напряжений и токов;
— активная, реак тивная и полная мощности основной частоты по всем трем фазам;
— трехфазная активная, реактивная и полная мощности основной частоты;
— углы сдвига фаз между первыми гармониками фазных токов и напряжений;
— коэффициен ты искажения синусоидальности кривой напряжений и токов;
— коэффициенты несиммстрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям;
— коэффициент мощности;
— амплитуды, фазы и коэффициенты высших гармоник напряжений и токов;
— векторные диаграммы токов и напряжений основной частоты;
— временные диаграммы токов и напряжений;
— диаграммы спек тров напряжений и токов.
МИПЭ должен обеспечивать контрол), параметров при различных схемах подключения нагрузок.
Учет электроэнергии и контроль ее качества должен осуществляться не только на тяговых подстанциях. но и на электроподвижном составе. Это накладывает на приборы специфические требования, связанные, в первую очередь, со сложными условиями эксплуатации, высоким уровнем электромагнитных помех и широким темпера турным диапазоном.
Разновидности контроля. В целом же при определении номенклатуры параметров, измеряемых конкретными СИ, следует исходить из его назначения и области применения. Такой подход позволяет разрабатывать не универсальные приборы, а специализированные на решении определенных задач. В [3] представлено три такие задачи: анализ (или диагностика систем электроснабжения по КЭ), контроль КЭ и коммерческий учет электроэнергии с применением тарифов, зависящих от ПКЭ.
В [4] обобщенных целей измерения рааличаюттрн:
— экспресс-обследования электрической сети (аудит);
— непрерывный контроль за ПКЭ (мониторинг);
— обследование электрической сети с целыо выявления причин снижения качества электропитания и вырабо тки необходимых рекомендаций но ее улучшению.
Задачи контроля качества электроэнергии в |5) разделяю! натри: измерение, регистрация и анализ ПКЭ.
Анализ приведенных требований показывает, ч то приборы контроля качества электроэнергии можно делить на два типа: переносные и стационарные. Переносные выполняют функции экспресс-обследования и диагностики систем электроснабжения, стационарные позволяют ВЫПОЛНЯТ!, функции регистрации и мониторинга качества электроэнергии, анализа и диагностики, принимать участие в реализации функций коммерческого учета электроэнергии с применением тарифов, зависящих от ПКЭ.
Современная схемотехническая база позволяет построить измерители качества электрической энергии с широким набором функций, используя одну и туже элементную базу для решения разных задач.
Для переносных приборов основные требования — минимальные габариты, надежность, широкий температурный диапазон, малое потребление электроэнергии, возможность запоминать и хранить массивы данных для последующей передачи данных в компью терную сеть для анализа.
Стационарные приборы будут интегрироваться в состав многофункционального измерительного прибора для электроэнергии (МИПЭ). Эти приборы должны иметь максимально возможный набор контролируемых параметров и развитую систему передачи данных в подсистему верхнего уровня.
Требования к приборам контроля качества электроэнергии. Одним из существенных факторов, определяющих требования к СИ ПКЭ, является процедура измерений — постоянная (непрерывная) или периодическая.
Действующая нормативная документация (ИД) ориентируе т на периодический контроль КЭ с различными интервалами между очередными контрольными измерениями. Так, согласно |3|. длительность непрерывных измерений ПКЭ с целыо контроля выполнения требований этого стандарта определяется 24 ч как обязательная и 7 суток как рекомендуемая. Периодичность контроля КЭ в соответствии с |7| составляет в зависимости от вида ПКЭ от 2 раз в год до \ раза в два года. При сертификации электроэнергии периодический контроль в КЭ в сетях электро-снабжаюших организаций должен проводиться не реже 1 раза в год т.е. 3 раза за время действия сертификата на электроэнергию.
Даже при сертифицированной системе производства электрической энергии, которая предполагает стабильность ПКЭ в соответствии с установленными требованиями, при коммерческих расчетах за КЭ между электроснабжающей организацией и потребителем, которые отражаются на хозяйственной деятельности сторон, периодический контроль явно недостаточен. Это вытокаеттакже из коммерческого определения электроэнергии, которая выступает в процессах купли-продажи как товар, отличающийся особыми потребительскими свойствами, а именно, совпадением во времени процессов производства, транспортирования и потребления, и зависимостью от этого ее характеристик качества (5, 7].
Очевидно, что периодический контроль может быть оправдан в условиях дефицита СИ как временное условие. По разработка перспективных СИ должна быть ориентирована на их массовое производство и возможность обеспечения непрерывного контроля ПКЭ. без чего решение проблемы обеспечения КЭ при ее современном состоянии представляется маловероятным.
Регистраторы. Одновременное контролем показателей качества электроэнергии требуется производить регистрацию событий в электрических сетях.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ »1СЖИ* № 3 (33) 20С9 ПРИБОРОСТРОЕНИЕ. метрология и информационно-измерительные приборы и системы
ПГИБОРОСТРОЇНИЕ. МЕТРОЛОПМ И ИИФОРМАЦИОННО-ИЗЫЕРИ1ГАк>1Ы{ П|>И60®Ы И СИСТТМЫ
Регистраторы событий имеют два вида входов: аналоговые и дискретные. На аналоговые входы должны подаваться сигналы, пропорциональные токам и напряжениям в сети. На дискретные входы подаются сигналы с внешней ком мутационной аппаратуры Таким образом, для реализации миогофункциональ иого измерительного приборадля контроля элсктро сети (МИПКЭ), осуществляющего учет электроэнер гии, контроль качества электроэнергии и регистра цию событий в электросети, необходим универсаль ный прибор, имеющий аналоговые входы для контроля токов и напряжений и дискретные входы для подключения коммутационной аппаратуры.
Функции регистратора собы тий в электросе ти:
— регистрация действующих значений токов и напряжений;
— осциллографирование аналоговых и дискретных сигналов в заданном временном диапазоне;
— регистрация срабатывания дискретных сигналов от защит, устройств автоматики и коммутационной аппаратуры;
— получение дополнительной информации от подсистем регистрации аналоговых сигналов установившихся режимов, от микропроцессорных защити других внешних устройс тв;
— запуск записи по уставкам, превышение которых определяется регистратором или внешними устройствами;
— работа в режиме «предыстория», при котором запуск осуществляется реализацией события или по инициативе сверху, по заранее сформированным логическим сигналам;
— буферирование и сохранение информации на всех уровнях системы (на уровне модулей, функциональном контроллере, сервере и рабочей станции);
— анализ и просмотр осциллограмм.
Ныводы. I. Современное развитие элементной базы позволяет совместить в одном приборе большинство функций, которые должны выполнять приборы контроля электрических сетей. Основные отличия в функциях проборов будут отличаться не в схемотехнике, а в используемом программном обеспечении.
2. По исполнению могут использоваться приборы двух типов - стационарные для мониторинга электрических сетей и переносные для их экспресс-анализа.
3. Приборы контроля электрических сетей должны входить в состав интегрированных сетей, позволяя определять режимы работы систем электроснабжения в целом.
4. Специфика железнодорожного транспорта требует разработки и изготовления приборов, удовлетворяющих сформулированным требованиям. Приборы должны выполнять свои функции как на подстанциях, так и на электроподвижном составе.
Библиографический список
1. Осика Л.К. Современные требования к измерительным приборам для целей коммерческого учета электроэнергии. Электричество. — 2005. — N»3. - С-2 —9.
2. ГОСТ t3l09-9? «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества элек троэнергии и системах электроснабжения общего назначениям.
3. РД153-34.0-15.501 -00 Методические указания по коїггролю и анализу качества электрической энергии и системах электроснабжения общею назначения. Часть!. Контроль качества электрической энергии. — Москва: Министерство энергетики Российской Федерации, 2000.
4. РД 153-34.0-15.501 -00 Методические указания но кот ролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Часть 2. Анализ качества электрической энергии. — Москва; Министерство энергетики Российской Федерации, 2000,
5. СулнмовД В. Выбираем регистратор показателей качества электрической энергии. Режим доступа :/www.colan.ru.
6. Карташев И.И,, Пономаренко И.С., Ярославский В.ІІ. Требования к средствам измерения показателей качества электроэнергии. - Электричество. — 2000. — N»4. — С.. 11 — 17
7. Суднова В.В., Пригода в.П., Хакимов P.P. Принципы но строения ЛИИС мониторинга 1ЖЭи управления качеством электроэнергии. — Промышленная энергетика. - 2007. - № 3. -С. 37-44.
8. Тухас IJ.Л.. Эиитроп С.А., Пожидаев С.В. Посгрооннотерриториальной системы мониторинга показателей качества электроэнергии и режиме реального времени. - Режим доступа : / www.proryv.karelia.ru.
9. Горелик Т.Г., Гудилин С.В.. Лобанов С.В. Основные Ирин* цнпы построения и алгоритмы работы регистратора событий п ПЭС России. — Электрические станции. 2002. — №11. -С. 40-43.
ЧИЖМАСергей Николаевич, кандидаттехнических наук, заведующий кафедрой «Автоматика и системы управления».
Адрес для переписки: е-таП: ChizlnnaSN@ornQups.ru
Статья поступила в редакцию 27.05.2009 г.
© С. I I. Чижма
Книжная полка
Ливинец, Н. П. Справочник энергетика [Текст] / Н. П. Ливинец, А. Н. Немилостивый. — Київ : Техніка, 2008. — 506, [ 1 ] с.: рис., табл. — Библиогр.: с. 498-499. — ISBN 978-966-575-119-9.
В справочнике изложены требования к устройству, эксплуатации и технике безопасности при эксплуатации электроустановок напряжением до 10 кВ. Помещены сведения о наиболее используемом элек трооборудовании напряжением до 10 кВ, электроизоляционных и проводниковых материалах. Уделено внимание устройствам защитного отключения и правилам пользования электроэнергией. В книге перечислены требования к организации элек трохозяйства, его регистрации и вводу в эксплуатацию, права и обязанности потребителей электроэнергии, уделено внимание организации технической эксплуатации и безопаснос ти обслуживания электроустановок, а также вопросам заземления электроустановок и устройствам защитного отключения. Предназначен для электротехнического персонала, может быть полезен предпринимателям, имеющим электрохозяй ство.
