CC BY
111
05.20.02
УДК 621.3.019.3+621.3.032.269.2]-047.36
УСТРОЙСТВА И СИСТЕМА МОНИТОРИНГА НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 0,38 кВ
© 2017
Александр Владимирович Виноградов, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроснабжение» Орловский государственный аграрный университет им. Н. В. Парахина, Орёл (Россия) Алина Васильевна Виноградова, кандидат технических наук, доцент, преподаватель кафедры «Электроснабжение», Орловский государственный аграрный университет им. Н. В. Парахина, Орёл (Россия) Вадим Евгеньевич Большев, главный инженер БУЗ Орловской области «НКМЦ им. З. И. Круглой», Орёл (Россия)
Аннотация
Введение: обзор литературных источников выявил необходимость повышения надежности систем электроснабжения потребителей, в том числе за счет осуществления мониторинга отключений в электрических сетях 0,38 кВ.
Материалы и методы: анализ составляющих времени восстановления электроснабжения позволил сделать вывод, что мониторинг отключений позволит заметно снизить время восстановления. Так же необходимо осуществлять мониторинг качества электроэнергии, поставляемой потребителям. Разработаны схемы устройств и принцип построения системы мониторинга надежности электроснабжения и качества электроэнергии, поставляемой потребителям, подключенным к электрической сети 0,38 кВ. Предлагаемая система дает возможность определять количество и продолжительность отключений в контролируемой сети 0,38 кВ, а также отклонение уровня напряжения в сети и предоставлять сооответствующую информацию диспетчеру электросетевой организации.
Результаты: рассмотрены варианты исполнения датчиков отключений электроэнергии и отклонения напряжения и предполагаемые места их размещения. Датчики системы мониторинга отключений и качества электроэнергии (отклонения напряжения) предлагается располагать на вводах потребителей, а также на шинах трансформаторной подстанции. Рассмотрен вариант совмещения датчиков отключения и отклонения напряжения с приборами учета, устанавливаемыми на вводах потребителей.
Обсуждение: экономическая эффективность применения системы складывается в основном из двух составляющих. Поскольку она предназначена для осуществления мониторинга сети, то эффект достигается за счет сокращения времени восстановления электроснабжения потребителей.
Заключение: время восстановления электроснабжения за счет применения системы можно сократить ориентировочно на 2 часа, поскольку сокращается время на получение информации о повреждении примерно на 1 час и так же на один час сокращается время на определение места и вида повреждения. Ключевые слова: датчик отключений, датчик отклонения напряжения, качество электроэнергии, надежность электроснабжения, система мониторинга надежности электроснабжения и качества электроэнергии, система электроснабжения, сокращение времени восстановления электроснабжения, счетчик электроэнергии, электроснабжение.
Для цитирования: Виноградов А. В., Виноградова А. В., Большев В. Е. Устройства и система мониторинга надежности электроснабжения и отклонения напряжения в электрических сетях 0,38 кВ // Вестник НГИЭИ. 2017. № 11 (78). С. 69-81.
DEVICES AND MONITORING SYSTEMS OF POWER SUPPLY RELIABILITY AND VOLTAGE DEVIATIONS IN THE 0,38 kV ELECTRICAL GRID
© 2017
Alexander Vladimirovich Vinogradov, Ph. D (Engineering), the associate professor, the Head of the chair «Electric Supply» Orel State Agrarian University, Orel (Russia) Alina Vasilievna Vinogradova, Ph. D (Engineering), the associate professor, the lecturer of the chair «Electric Supply» Orel State Agrarian University, Orel (Russia) Vadim Evgenievich Bolshev, the chief engineer BUZ Orel region «NKMZ named after Z. I. Kruglaya», Orel (Russia)
Abstract
Introduction: a literature review revealed the need of improvement of power supply system reliability including by means of power outage monitoring of 0.38 kV power networks.
Materials and Methods: the analysis of power supply restoration time constituents allowed to conclude that power outage monitoring can significantly reduce the restoration time. It is also necessary to monitor the quality of electricity supplied to consumers. In the article there are developed structure diagrams and the integration principles of monitoring systems for power supply reliability and power quality in the 0.38 kV electrical grid. The proposed system makes it possible to determine the quantity and duration of power outages in a monitored 0.38 kV grid as well as the deviation of the voltage level. The system also provide the corresponding information to the dispatcher of the electric grid organization.
Results: the article proposes the installation variants of the power outage and voltage deviation sensors. The monitoring system sensors of power outages and power quality (voltage deviations) are proposed to be located at consumer inputs as well as on the buses of a transformer substation. The use of metering device installed at consumer inputs with the sensors of power outages and voltage deviation is considered.
Discussion: the economic efficiency of such system application consists mainly of two components. Since the system is designed for monitoring a network, the effect is achieved by the reduction of power supply restoration time. Conclusions: power supply restoration time by using the system can be reduced by approximately 2 hours as the time for obtaining failure information and the time for determining a location and a damage type are both decreased by approximately 1 hour.
Key words: power supply reliability, power quality, monitoring system of power supply reliability and power quality, reduction of power supply restoration time, voltage fluctuation sensor, power outage sensor, electricity meter, power supply, power supply system.
For citation: Vinogradov A. V., Vinogradova A. V., Bolshev V. E. Devices and monitoring systems of power supply reliability and voltage deviations in the 0,38 kV electrical grid // Bulletin NGIEI. 2017. № 11 (78). P. 69-81.
Введение
экономических механизмов стимулирования как потребителей, так и электросетевых организаций к обеспечению параметров качества электроэнергии [17]. Актуальными эти вопросы являются и для зарубежных исследователей. Значительная часть зарубежных статей направлены на изучение качества электрической энергии (КЭ). Так в [18] авторы анализируют КЭ в Словении и приводят возможные пути его повышения. В [19] авторы подробно приводят анализ КЭ на всех уровнях рабочего напряжения в Чешской Республике.
Надежность электроснабжения и качество электроэнергии - это показатели эффективности систем электроснабжения [1]. В работах многих авторов рассмотрены вопросы повышения надежности электроснабжения, обеспечения нормативных показателей качества электроэнергии. Предлагаются различные способы и средства совершенствования оборудования электрических сетей [2; 4; 5; 6; 7; 11; 12], рассматриваются варианты применения средств диагностики технического состояния линий электропередачи для своевременного выявления причин повреждений элементов систем электроснабжения и предотвращения отказов в них [5; 6; 7]. Большая работа проводится по разработке технико-
В статьях [20, 21] авторы обсуждают пользу от внедрения мониторинга КЭ и рассматривают существующие аппаратное и программное обеспечение для выполнения этой функции.
В [22] норвежские авторы уделяют внимание разрабатываемым тарифным планам на электроэнергию, показывают их структуру и представляют три примера пилотных проекта. В статье [23] авторы изучают существующие тарифные планы в европейской системе электроснабжения, представляют подробную структуру формирования тарифа.
Также продолжается изучение влияния конкретных характеристик КЭ на электрооборудование. Так в [24; 25; 26] изучают влияние падения напряжения на промышленное оборудование, приводятся данные, полученные в результате опытов для контакторов, реле замыкания на землю и электродвигателей. В [27] изучается воздействие гармонических составляющих напряжения на энергоэффективность.
Также в работах зарубежных авторов изучаются показатели эффективности системы электроснабжения, не связанные с КЭ. Так, например, в [28] изучается время восстановления электроснабжения, приводятся алгоритмы для определения времени восстановления с различной вероятностью, приведены схемы оптимизации для уменьшения времени восстановления.
В [29] автор из Нигерии приводит факторы, влияющие на эффективность и стабильность энергоснабжения в любой развивающейся стране. К ним отнесены: экономический фактор; природный фактор; фактор общества; эффективное управление энергией; квалифицированный персонал; эффективные технологии и фактор безопасности.
Материалы и методы
В то же время очень мало работ посвящено такому важному вопросу, как структура времени восстановления электроснабжения после отказов. В [3, 32] проводится анализ данного времени. Согласно данному источнику время восстановления можно определить по формуле:
^вост ^пол.инф + ^расп.инф + ^рем + ^согл.вкл > (-0
где Ьпслинф - время получения информации, ч; 1расп.инф - время на распознавание информации, ч; £рем - время на ремонт, ч; ^глвкл - время на согласование включения и включение, ч.
Каждая составляющая данной формулы может быть дополнительно раскрыта и содержит в себе еще по нескольку временных интервалов, каждый из которых оказывает, в конечном итоге, влияние на общее время восстановления.
Следует отметить, что в электросетевых компаниях ведется учет времени восстановления электроснабжения, но это время не учитывает составляющую времени на получение информации
об отказе, так как считается с момента получения информации об отказе диспетчером компании. Анализ, проведенный в [3], показал, что данная составляющая времени восстановления может составлять в среднем 1,01 часа. При этом под временем получения информации подразумевается временной интервал с момента возникновения отказа до момента времени получения информации о нем диспетчерской службой электросетевой организации, эксплуатирующей электрическую сеть, в которой произошел отказ. Этот интервал времени предлагается определять следующим образом:
^пол.инф ^инф1 + ^инф2 + ^инф3, (2)
где 1;инф1 - интервал времени получения информации об отказе первичным информационным звеном, в качестве которого может выступать электрооборудование, получающие питание от рассматриваемой электрической сети и отключающееся при отказе в сети или воспринимающий элемент системы автоматики или мониторинга состояния сети (датчик, например, датчик напряжения); 1инф2 - интервал времени получения информации об отказе вторичным информационным звеном. Этим звеном может быть: человек, заметивший остановку электрооборудования или сигнал датчика об отказе в сети; сравнивающий элемент системы автоматики или мониторинга состояния сети (определяющий, что произошел отказ в сети). Указанный интервал времени в случае применения автоматики может быть значительно сокращен, так как даже в случае, если человек (потребитель) быстро заметил отключение оборудования, он еще должен убедиться, что это отключение произошло вследствие отказа; 1;инф3 - интервал времени получения информации об отказе третьим информационным звеном. Этим звеном может быть: человек, диспетчер, принимающий сигнал об отказе в сети от потребителя или системы автоматики, мониторинга, работающих на сигнал; элемент системы автоматики или мониторинга состояния сети, должный на основании полученной информации принимать решение (например, блок обработки данных, микропроцессор и т. п.). Данный интервал времени в значительной степени зависит от канала передачи данных. Так, человек (потребитель) может сообщить об отказе по телефону, по электронной почте, лично диспетчеру и т. д. И в каждом из этих случаев время 1;инф3 будет различным.
Сократить это время можно при наличии системы мониторинга контролируемой сети. Эта система мониторинга должна автоматически сообщать диспетчеру об отключениях на конкретных
участках электрической сети, учитывать количество и продолжительность данных отключений.
Ущербы от недоотпуска электроэнергии потребителям зависят, прежде всего, от фактов отключений в сетях, питающих потребителей. Поэтому датчики системы мониторинга отключений в электрической сети должны располагаться на вводе потребителей или в нескольких точках сети, например в начале, середине и конце линии электропередачи, а также на шинах трансформаторной подстанции.
Что касается качества электроэнергии, то этот вопрос подробно рассмотрен в [17; 30]. В указанных работах обоснована установка датчиков мониторинга показателей качества электроэнергии также на вводах потребителей и построение систем регулирования параметров качества с опорой на данные, получаемые с этих датчиков. Предлагается также совмещать указанные системы мониторинга с системами учета электроэнергии, что позволяет использовать каналы АИИСКУЭ для передачи необходимых данных.
Таким образом, оптимальным местом установки датчиков мониторинга как качества электроэнергии, так и надежности электроснабжения являются вводы потребителей.
Результаты Предлагается построение системы мониторинга качества электроэнергии и надежности электроснабжения следующим образом. На вводах всех потребителей устанавливаются датчики контроля показателей качества электроэнергии и датчики учета количества и продолжительности отключений. Оба вида датчиков могут быть интегрированы в счетчик электроэнергии. Схемы устройств контроля отклонения напряжения на вводах потребителя приведена в [30], интегрированный в счетчик датчик контроля качества электроэнергии и корректировки стоимости электроэнергии в зависимости от ее качества приведен в [17]. Схема датчика учета количества и продолжительности отключений приведена на рисунке 1.
Рис. 1. Устройство учета количества и продолжительности отключений / Fig. 1. Device that records the number and duration of outages
Схема датчика (рисунок 1) содержит коммутационный аппарат КА1, датчик напряжения ДН2, датчик короткого замыкания ДтКЗ4, датчик перегрузки ДП5, Счетчик 12 электроэнергии с блоком обработки информации, элемент НЕ3, НЕ7, элемент ИЛИ 6, элемент И8, Память 9, Элемент БОИ 10/1, элемент БОИ 10/2, счетчик 11.
В нормальном режиме работы в питающей потребителя линии электропередачи присутствует напряжение, во внутренней сети потребителя нет перегрузки или короткого замыкания, соответственно на выходе датчика напряжения ДН2 сигнал присутствует, а на выходах элементов ДТКЗ4 и ДП5 сигнал отсутствует. В этом случае на выходе НЕ7 присутствует сигнал, подаваемый на один из входов элемента И8, а на выходах элементов НЕ3, ИЛИ6,
И8, Память 8, Память 11 сигнал отсутствует. При этом сигнал с выхода датчика напряжения ДН2 подается на сброс элемента Память 9. Схема не запускается.
В момент отказа в линии электропередачи исчезает напряжение на вводе потребителя, то есть пропадает сигнал с выхода элемента ДН2 и, соответственно, появляется сигнал на выходе НЕ3, который подается на один из входов элемента И8. Если при этом отсутствуют сигналы на выходах датчика тока короткого замыкания ДТКЗ4 и датчика перегрузки ДП5, то на выходе элемента НЕ7 сигнал присутствует и подаётся на второй вход элемента И8. На обоих входах И8 есть сигналы, следовательно и на его выходе появится сигнал, который будет запомнен элементом Память 9 и передан в специ-
альный блок обработки информации БОИ 10/1, встроенный в счетчик электроэнергии или выполненный отдельным блоком. БОИ 10/1 запоминает факт отключения и его продолжительность. Сигнал об отключении передается по каналу АИИСКУЭ или по другому каналу диспетчеру электросетевой компании. При восстановлении напряжения в линии электропередачи датчиком ДН 2 будет зафиксировано его наличие, сигнал с ДН 2 «сбросит» элемент ПАМЯТЬ 9, схема вернется в исходное состояние. Диаграмма сигналов на выходах элементов для данного режима приведена на рисунке 2.
Рис. 2. Диаграмма сигналов на выходе элементов, показанных на рисунке 1, при отключении напряжения на вводе потребителя / Fig. 2. Chart of signals at the output of the elements shown in figure 1, the voltage at the input of the consumer
В том случае, если во внутренней сети потребителя появится ток короткого замыкания и при этом после исчезновения тока к. з. напряжение в ЛЭП не исчезнет, то схема будет работать следующим образом. В момент появления тока к. з. на выходе элемента ДТКЗ4 появится сигнал, который будет подан на вход элемента ИЛИ6 и с его выхода на вход элемента НЕ7, а также в блок обработки информации БОИ 10/2, который фиксирует факты к. з. и перегрузок во внутренней сети потребителя. На выходе элемента НЕ7 сигнал в период присутствия тока к. з. будет отсутствовать. В то же время к. з. в сети потребителя вызовет провал напряжения на вводе, вследствие этого на выходе датчика ДН2 сигнал исчезнет, а на выходе элемента НЕ3 появится и будет подан на один из входов элемента И8. Но ввиду отсутствия сигнала на его втором входе, элемент И8 не сработает и сигнал на его выходе не появится. После исчезновения тока к. з. ввиду отключения коммутационного аппарата сигнал с выхода ДТКЗ 4 исчезнет, восстановится уровень на-
пряжения на вводе, появится сигнал на выходе ДН 2 и исчезнет сигнал на выходе НЕ3. Схема не запустится. Таким образом, в этом режиме работы блоком БОИ 10/2 будет зафиксирован факт к. з. в сети потребителя без отключения напряжения на вводе. Диаграмма сигналов на выходах элементов для данного режима приведена на рисунке 3.
Рис. 3. Диаграмма сигналов на выходе элементов, показанных на рисунке 1 , при к. з. во внутренней
сети потребителя / Fig. 3. Chart of signals at the output of the elements shown in figure 1, the short-circuit. in the internal network of the consumer
В случае, если произойдет неселективное срабатывание выключателя, установленного в ЛЭП (на рисунке не указан), питающей потребителя при к. з. во внутренней сети потребителя, то схема будет работать следующим образом. В момент появления тока к. з. на выходе элемента ДТКЗ4 появится сигнал, который будет подан на вход элемента ИЛИ6 и с его выхода на вход элемента НЕ7 и в блок обработки информации БОИ 10/2, который фиксирует факты к. з. и перегрузок во внутренней сети потребителя. На выходе элемента НЕ7 сигнал в период присутствия тока к. з. будет отсутствовать. В то же время к. з. в сети потребителя вызовет провал напряжения на вводе, вследствие этого на выходе датчика ДН 2 сигнал исчезнет, а на выходе элемента НЕ3 появится и будет подан на один из входов элемента И8. Но ввиду отсутствия сигнала на его втором входе, во время протекания в цепи тока к. з. элемент И 8 не сработает и сигнала на его выходе не появится. После исчезновения тока к. з. ввиду отключения коммутационного аппарата, установленного в ЛЭП, сигнал с выхода ДТКЗ4 исчезнет, но ввиду неселективного отключения коммутационно-
го аппарата в ЛЭП напряжение на вводе потребителя исчезнет (не восстановится). Следовательно, не появится сигнал на выходе ДН2 и не исчезнет сигнал на выходе НЕ3. Таким образом, на оба входа И8 будут поданы сигналы, появится сигнал и на его выходе. Этот сигнал, запомненный элементом Память 9, будет подан на вход блока БОИ 10/1. Факт отключения напряжения на вводе потребителя и продолжительность этого отключения будут зафиксированы данным блоком. Так же в этом режиме работы блоком БОИ 10/2 будет зафиксирован факт к. з. в сети потребителя. Информация о данных фактах будет храниться в БОИ и будет передана по каналам информации диспетчеру. Диаграмма сигналов на выходах элементов для данного режима приведена на рисунке 4.
Рис. 4. Диаграмма сигналов на выходе элементов, показанных на рисунке 1, при к. з. в сети потребителя и последующем неселективным отключением коммутационного аппарата в ЛЭП / Fig. 4. Chart of signals at the output of the elements shown in figure 1, the short-circuit in the network of the consumer and subsequent non-selective by disabling the switching device in power lines
В том случае, если во внутренней сети потребителя произойдет перегрузка, и при этом после ее исчезновения напряжение в ЛЭП не исчезнет, то схема будет работать следующим образом. В момент появления тока перегрузки на выходе элемента ДП5 появится сигнал, который будет подан на вход элемента ИЛИ6 и с его выхода на вход элемента НЕ7, а также в блок обработки информации БОИ 10/2, который фиксирует факты к. з. и перегрузок во внутренней сети потребителя. На выходе элемента НЕ7 сигнал в период присутствия тока перегрузки будет отсутствовать. На выходе датчика ДН2 сигнал
не исчезнет, а на выходе элемента НЕ3 не появится. Ввиду отсутствия сигнала на одном из входов, элемент И8 не сработает и сигнал на его выходе не появится. После исчезновения тока перегрузки ввиду отключения коммутационного аппарата сигнал с выхода ДП 5 исчезнет. Таким образом, в этом режиме работы блоком БОИ 10/2 будет зафиксирован факт перегрузки в сети потребителя без отключения напряжения на вводе. Диаграмма сигналов на выходах элементов для данного режима приведена на рисунке 5.
КА1
ÜH2 НО
атт
ЛП5 ИЛИ6 НЕ7 И8 Пом. 9
\ и tnep. t2
I
1
1-1
-1-1- -1 1—
-f- 1
1
1
|
Рис. 5. Диаграмма сигналов на выходе элементов, показанных на рисунке 1, при перегрузке в сети потребителя / Fig. 5. Chart of signals at the output of the elements shown in figure 1, with overload on the network user
В ситуация, когда происходит неселективное отключение коммутационного аппарата, установленного в ЛЭП, при перегрузке в сети потребителя в целом аналогична ситуации при неселективном срабатывании его при к. з. в сети потребителя с той разницей, что сигнал на вход элемента ИЛИ6 будет подан не с элемента ДТКЗ4, а с датчика ДП5. В этом случает так же, как и в описанном ранее, блоком БОИ 10/1 будет зафиксировано отключение в ЛЭП, а блоком БОИ 10/2 - перегрузка в сети потребителя.
История учета количества отключений и времени отключений хранится в памяти БОИ 10/1, а о фактах к. з. и перегрузок в сети потребителя в блоке БОИ 10/2 в виде протоколов, а также может передаваться в базу данных автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электрической энергии (АИИСКУЭ). Если БОИ 10/1 и БОИ 10/2 встроены в счетчик 11, то на панели счетчика 11 может отображаться информация о количестве потребленной электроэнергии, её стоимо-
сти, тарифе, количестве и продолжительности отключений за заданный период времени (при оснащении счетчика также системой корректировки стоимости электроэнергии в зависимости от ее качества). Если БОИ не встроены в счетчик, то информация о количестве и продолжительности отключений отображается на их информационных панелях. Таким
образом, разработанное устройство позволяет автоматически производить учет количества потребленной электроэнергии, учет количества и продолжительности отключений электроэнергии, контроль и учет аварийных ситуаций в сети потребителя.
Упрощенным вариантом устройства является вариант, показанный на рисунке 6.
Рис. 6. Устройство учета количества и продолжительности отключений с использованием датчика положения коммутационного аппарата / Fig. 6. Device that records the number and duration of outages using the position sensor switching device
В этом варианте отсутствуют датчики ДТКЗ и ДП, так как в общем их функции выполняет коммутационный аппарат КА. Но схема оснащена датчиком положения КА (ДПКА), что позволяет фиксировать отключение данного аппарата без указания причин этого отключения (ручное или вследствие аварийной ситуации в сети потребителя.
По сути, в этом случае устройство реагирует только на наличие или отсутствие напряжения на вводе потребителя. При отсутствии напряжения сигнал об этом поступает в БОИ и передается диспетчеру. Так же может фиксироваться включенное/отключенное состояние КА. Данная схема не позволяет выявлять случаи неселективного срабатывания коммутационных аппаратов, установлен-
ных в ЛЭП, при перегрузках и к. з. в сети потребителя. В случае, если коммутационный аппарат потребителя выбран неверно, это может привести не только в потере напряжения во всей питающей линии, но и к пожароопасным ситуациям у потребителей. Поэтому более рациональной является все же первый вариант схемы.
Более дешевым, по сравнению с вариантом, в котором контролируются все показатели качества электроэнергии (применение счетчика с контролем ПКЭ) и использованием интегрированного в счетчик устройства контроля количества и продолжительности отключения (рисунок 1), но в большинстве случаев достаточным по набору функций является вариант устройства, показанный на рисунке 8.
Рис. 7. Устройство контроля количества и продолжительности отключений электроэнергии и контроля уровня отклонения напряжения на вводах потребителей / Fig. 7. The device monitors the number and duration of power outages and control the level of voltage deviation at the input of consumers
Этот вариант позволяет учитывать в качестве контролируемого показателя качества электроэнергии только уровень отклонения напряжения на вводе потребителя, при этом функции устройства, показанного на рисунке 1, оставлены в полном объеме. Предлагаемый вариант можно применить без интеграции его в счетчик электроэнергии и без каналов АИИСКУЭ, что как раз и позволит удешевить вариант устройства. Датчики повышенного ДповН и пониженного ДпонН напряжения выдают сигнал об отклонении напряжения от нормируемого ГОСТ показателя. Информация о несоответст-
вии отклонения напряжения поступает на блок БОИ и с помощью устройства передачи данных по одному из каналов (1Р8, 1РЯ8, 01опа88, радио...) передается в диспетчерскую электросетевой компании (ДЭК).
Система мониторинга качества электроэнергии и надежности электроснабжения может быть реализована так, как показано на рисунке 8 (приведен пример для случая использования устройства, показанного на рисунке 7 - устройства контроля количества и продолжительности отключений и отклонения напряжения УККПОиОН).
Рис. 8. Реализация система мониторинга качества электроэнергии и надежности электроснабжения на примере отходящей линии 0,38 кВ / Fig. 8. Implementation of monitoring system of power quality and reliability of electricity supply for example, off-line 0,38 kV
Согласно рисунку ТП - трансформаторная подстанция; УККПОиОН - устройство контроля количества и продолжительности отключений и отклонения напряжения; 81...8п - потребители; ДЭК - диспетчерская электросетевой компании; УСПД -устройство сбора и передачи данных.
Система работает следующим образом. Информация от УККПОиОН каждого потребителя собирается в УСПД и передается в ДЭК, где на основе данной информации принимаются решения о необходимости выезда ремонтных бригад, исправности устройств УККПОиОН, о режиме напряжения в линиях электропередачи и необходимости регулирования напряжения. На ТП устанавливается также УККПОиОН, присоединяемое к шинам ТП. Это устройство контролирует отклонение напряжения на шинах и исчезновение напряжения на шинах ТП, информация об этом также передается с помощью УСПД в ДЭК. Аналогично работают УККПОиОН,
установленные на отходящих ЛЭП от ТП. Они подключены после автоматических выключателей отходящих ЛЭП и контролируют исчезновение напряжения, отклонения напряжения в начале ЛЭП. Если не ставить задачу контроля отклонения напряжения и если линии не имеют резервного питания, то контроль отключений в них можно осуществить более дешевым способом - установив устройства контроля наличия напряжения на шинах ТП и на отходящих линиях. Тогда при исчезновении напряжения на одной из линий можно было бы судить о перерывах в электроснабжении потребителей, подключенных к ней. При исчезновении напряжения на шинах ТП можно говорить о перерыве в электроснабжении у всех подключенных к ТП потребителей. Но данный способ не приемлем, если ЛЭП оснащены средствами АВР, средствами секционирования и если необходимо контролировать также уровень отклонения напряжения на вводах
потребителей. Поэтому более функциональным является вариант системы, в котором устройствами УККПОиОН оснащаются вводы всех потребителей. Применение данной системы дополнительно позволяет выявлять некоторые режимы сети, выявить которые другими способами бывает затруднительно. Например при обрыве провода (одной фазы) на участке между потребителями S2 и S3 сигнал от УК-КПОиОН, установленного у потребителя S3, покажет наличие отключения напряжения, а установленного у потребителя S2 покажет, что напряжение присутствует.
Обсуждение
Экономическая эффективность применения системы может изменяться в зависимости от поставленных перед ней задач. Если она предназначена только для осуществления мониторинга сети, то эффект достигается в основном за счет сокращения времени восстановления электроснабжения. Как было указано выше, время восстановления в этом случае можно сократить примерно на 1 час за счет сокращения времени на получение информации о повреждении и ориентировочно на один час за счет сокращения составляющей времени на определение места и вида повреждения. Таким образом, время восстановления в среднем можно сократить на 2 часа. При определении эффекта в этом случае также надо учитывать показатели надежности рассматриваемой сети, так как они могут быть различными в зависимости от того, кабельные использованы линии или воздушные, в городской или сельской местности [14; 31].
Если же система используется не только для мониторинга отключений и отклонений напряжения, но и для регулирования напряжения в сети, то к эффекту сокращения времени восстановления до-
бавится ряд эффектов, достигаемых соблюдением режима напряжения в сети, не отклоняющегося за пределы нормативных значений.
Заключение
Разработаны схемы устройств и принцип построения системы мониторинга надежности электроснабжения и качества электроэнергии, поставляемой потребителям, подключенным к электрической сети 0,38 кВ. Предлагаемая система дает возможность определять количество и продолжительность отключений в контролируемой сети 0,38 кВ, а также отклонение уровня напряжения в сети и предоставлять сооответсующую информацию диспетчеру электросетевой организации. Рассмотрены варианты исполнения датчиков отключений электроэнергии и отклонения напряжения и предполагаемые места их размещения.
Датчики системы мониторинга отключений и качества электроэнергии (отклонения напряжения) предлагается располагать на вводах потребителей, а также на шинах трансформаторной подстанции. Рассмотрен вариант совмещения датчиков отключения и отклонения напряжения с приборами учета, устанавливаемыми на вводах потребителей.
Экономическая эффективность применения системы складывается в основном из двух составляющих. Поскольку она предназначена для осуществления мониторинга сети, то эффект достигается за счет сокращения времени восстановления электроснабжения потребителей. Время восстановления электроснабжения за счет применения системы можно сократить ориентировочно на 2 часа, поскольку сокращается время на получение информации о повреждении примерно на 1 час и также на один час сокращается время на определение места и вида повреждения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анищенко В. А., Колосова И. В. Основы надежности систем электроснабжения : пособие для студентов специальности «Электроснабжение. Мн. : БНТУ, 2008. 151 с.
2. Виноградов А. В., Синяков А. Н., Семенов А. Е. Компьютерная программа по выбору системы мониторинга технического состояния воздушных линий электропередачи // Агротехника и энергообеспечение. 2016. № 3 (12). С. 52-61.
3. Виноградов А. В., Семенов А. Е., Синяков А. Н. Анализ времени восстановления электроснабжения сельских потребителей при отказах в линиях электропередачи // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2017. № 1 (13). С. 12-22.
4. Виноградов А. В., Виноградова А. В. Повышение надежности электроснабжения сельских потребителей посредством секционирования и резервирования линий электропередачи 0,38 кВ : Монография. Орел : Изд-во ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, 2016. 224 с.
5. Виноградова А. В., Виноградов А. В., Константинов А. В. Применение секционирования линий электропередачи 0,38 кВ для повышения надежности электроснабжения сельских потребителей // Теоретический и научно-практический журнал «Инновации в АПК: проблемы и перспективы». 2016. № 2 (10). С. 12-27.
6. Диагностические решения в энергетике [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://dimrus.ru/dilin.html (Дата обращения: 19.01.2017).
7. Костиков И. Система мониторинга CAT-1 - повышение пропускной способности и надежности в ЛЭП // Энергетика. 2011. № 3 (38) [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://kazenergy.kz/arhiv/38/44.htm (Дата обращения: 20.02.2017).
8. Лещинская Т. Б., Магадеев Э. В. Методика выбора оптимального варианта повышения надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. М. : ФГОУ ВПО МГАУ. 2008. 110 с.
9. Папков Б. В., Осокин В. Л. Вероятностные и статистические методы оценки надёжности элементов и систем электроэнергетики: теория, примеры, задачи : учеб. пособие. Старый Оскол : ТНТ. 2017. 424 с.
10. Положение о технической политике в распределительном электросетевом комплексе. Приложение к Приказу ОАО «МРСК Центра и Северного Кавказа» от 14.11.2006 № 228. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://programma.x-pdf.ru/16tehnicheskie/220204-1-polozhenie-tehnicheskoy-politike-raspredelitelnom-elektrosetevom-komplekse -moskva-nastoyaschee-polozhenie-tehnicheskoy-pol .php (Дата обращения 17.01.2017).
11. Положение ОАО «Россети» о единой технической политике в электросетевом комплексе. М. : ОАО «Россети», 2013. 196 с.
12. РАО ЕЭС РФ «Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ» РД 153-34.0-20.363-99. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.thermoview.ru/pdf/rd.pdf (Дата обращения 17.01.2017).
13. Самарин А. В., Рыгалин Д. Б., Шкляев А. А. Современные технологии мониторинга воздушных электросетей ЛЭП // Естественные и технические науки. 2012. № 2 (58). С. 341-347.
14. Семенов А. Е., Селезнева А. О., Виноградов А. В. Сравнение показателей надежности воздушных и кабельных линий в городской и сельской местности // Основные направления развития техники и технологии в АПК: материалы VII всероссийской научно-практической конференции. Княгинино : НГИЭУ, 2015. С. 71-75.
15. Технические отчеты Филиала ПАО «МРСК Центра» - «Орелэнерго» за 2014, 2015, 2016 гг.
16. Хорольский В. Я., Таранов М. А., Петров Д. В. Технико-экономические расчеты распределительных электрических сетей. Ростов-на-Дону, Изд-во «Терра Принт». 2009. 132 с.
17. Бородин М. В., Виноградов А. В. Повышение эффективности функционирования систем электроснабжения посредством мониторинга качества электроэнергии. Монография. Орел : ФГБОУ ВПО Орел ГАУ, 2014. 160 с.
18. Gheorghe S., Tanasa C., Ene, S. & Mihaescu M. Power quality, Energy efficiency and the performance in electricity distribution and supply companies. In 18th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution. Turin : IET. 2005.
19. Santarius P., Krejci P., Brunclik Z., Prochazka K., Kysnar F. Evaluation of power quality in regional distribution networks. In 23rd International Conference on Electricity Distribution. Lyon: AIM. 2015.
20. Lance Irwin. Asset management benefits from a wide area power quality monitoring system. In 23rd International Conference on Electricity Distribution. Lyon: AIM. 2010.
21. Suhas C. Dhapare, Nitin R. Lothe, Pillai Ramachandran. Power quality monitoring with smart meters. In 23rd International Conference on Electricity Distribution. Lyon: AIM. 2015.
22. Sxle H., Foosnxs J., Kristoffersen, V., Nordal, T., Grande, O., Bremdal, B. Network tariffs and energy contracts. In the CIRED Workshop «Challenges of implementing Active Distribution System Management». Rome: AIM. 2014.
23. MandatovaP., MassimianoM., Verreth D., Gonzalez C. Network tariff structure for a smart energy system. In the CIRED Workshop «Challenges of implementing Active Distribution System Management». Rome: AIM. 2014.
24. Goswami A. K., Gupta C. P., Singh G. K. An analytical approach for assessment of voltage sags. Int J Electr Power Energy Syst. 2009; № 31 (7-8). P. 418-26.
25. Honrubia-Escribano A., Gymez-L6zaro E., A. Molina-Gar^a J. A. Fuentes Influence of voltage dips on industrial equipment: Analysis and assessment. Electrical Power and Energy Systems. 2012. № 41. P. 87-95.
26. Honrubia-Escribano A., Gymez-L6zaro E., Molina-Garcia J. A., Martнn-Martнnez S. Load influence on the response of AC-Contactors under power quality Disturbances. Electrical Power and Energy Systems. 2014. № 63. P. 846-854.
27. Maheswaran D., Jembu Kailas K. K., Adithya Kumar W. Impact of voltage harmonic distortion on energy efficiency. In 23rd International Conference on Electricity Distribution. Lyon: AIM. 2015.
28. Jianfang Li, Xiaohui Song, Yuting Wang. Service Restoration for Distribution Network Considering the Uncertainty of Restoration Time. In 3rd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI): IEEE. 2016.
29. Oricha6 J. Analysis of interrelated factors affecting efficiency and stability of power supply in developing countries. In AFRICON '09: IEEE. 2009.
30. Голиков И. О., Виноградов А. В. Адаптивное Автоматическое Регулирование Напряжения В Сельских Электрических Сетях 0,38 Кв : Монография. Орел : Изд-во ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, 2017. 166 с.
31. Виноградов А. В., Васильев А. Н., Семенов А. Е., Синяков А. Н., Большее В. Е. Анализ времени перерывов в электроснабжении сельских потребителей и методы его сокращения за счет мониторинга технического состояния линий электропередачи // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 2 (27). С. 3-11.
Дата поступления статьи в редакцию 23.08.2017, принята к публикации 20.10.2017.
Информация об авторах: Виноградов Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электроснабжение»
Адрес: Орловский государственный аграрный университет им. Н. В. Парахина, 302019, Россия, Орел, ул. Генерала Родина, д. 69, ауд. 2-211 E-mail: [email protected] Spin-код: 6652-9426
Виноградова Алина Васильевна, кандидат технических наук, доцент, преподаватель кафедры «Электроснабжение»
Адрес: Орловский государственный аграрный университет им. Н. В. Парахина, 302019, Россия, Орел, ул. Генерала Родина, д. 69, ауд. 2-211 E-mail: [email protected] Spin-код: 8836-8684
Большев Вадим Евгеньевич, главный инженер
Адрес: БУЗ Орловской области «НКМЦ им. З. И. Круглой», 302028, Россия, Орёл, ул. Октябрьская, д. 4 E-mail: [email protected] Spin-код: 6978-4188
Заявленный вклад авторов:
Виноградов Александр Владимирович: научное руководство, формулирование основной концепции исследования, критический анализ и доработка текста
Виноградова Алина Васильевна: подготовка текста статьи, участие в обсуждении материалов статьи. Большев Вадим Евгеньевич поиск аналитических материалов в отечественных и зарубежных источниках, подготовка текста статьи, участие в обсуждении материалов статьи.
Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
REFERENCES
1. Anishchenko V. A., Kolosova I. V. Osnovy nadezhnosti sistem ehlektrosnabzheniya: posobie dlya studentov special'nosti «EHlektrosnabzhenie». [Fundamentals of reliability of power supply systems: a manual for students of the specialty «Power Supply»]. Russia, Moscow: BNTU, 2008. 151 p.
2. Vinogradov A. V., Sinyakov A. N., Semenov A. E. Komp'yuternaya programma po vyboru sistemy monitoringa tekhnicheskogo sostoyaniya vozdushnyh linij ehlektroperedachi [Computer program for choosing a monitoring system for the technical condition of overhead power lines], Agrotekhnika i ehnergoobespechenie [Agriculture and energy], 2016. No. 3 (12), pp. 52-61.
3. Vinogradov A. V., Semenov A. E. & Sinyakov A. N. Analiz vremeni vosstanovleniya ehlektrosnabzheniya sel'skih potrebitelej pri otkazah v liniyah ehlektroperedachi [Analysis of the restoration time of power supply to rural consumers in case of power line failures]. Innovacii v APK: problemy i perspektivy [Innovation in agriculture: problems and prospects], 2017. No. 1 (13), pp. 12-22.
4. Vinogradov A. V., Vinogradova A. V. Povyshenie nadezhnosti ehlektrosnabzheniya sel'skih potrebitelej po-sredstvom sekcionirovaniya i rezervirovaniya linij ehlektroperedachi 0,38 kV [Improving the power supply reliability
of rural consumers by the distri-bution sectionalizing and the backup of 0.38 kV power networks]. Orel, Russia: FGBOU VO Orel GAU. 2016.
5. Vinogradova A. V., Vinogradov A. V., Konstantinov A. V. Primenenie sekcionirovaniya linij ehlek-troperedachi 0,38 kv dlya povysheniya nadezhnosti ehlektrosnabzheniya sel'skih potrebitelej [Application of separation for 0,38 kv power lines to increase the electric supply reliability of rural consumers], Innovacii v APK: problemy i perspektivy [Innovation in agriculture: problems and prospects], 2016. No. 2 (10), pp. 12-27.
6. Diagnosticheskie resheniya v ehnergetike [Diagnostic solutions in power engineering]. Available at: http://dimrus.ru/dilin.html (accessed 19.01.2017).
7. Kostikov I. Sistema monitoringa CAT-1 - povyshenie propusknoj sposobnosti i nadezhnosti v LEHP [CAT-1 monitoring system - increase of capacity and reliability in power lines]. Ehnergetika [Energy], (2011). No. 3 (38). Retrieved 20.02.2017, Available at: http://kazenergy.kz/arhiv/38/44.htm (accessed 20.02.2017).
8. Leshchinskaya T. B. & Magadeev Eh. V. Metodika vybora optimal'nogo varianta povysheniya nadezhnosti ehlektrosnabzheniya sel'skohozyaj stvennyh potrebitelej [The method of choosing the optimal option for increasing the power supply reliability of agricultural consumers]. Moscow, Russia: FGOU VPO MGAU. 2008.
9. Papkov B. V., & Osokin V. L. Veroyatnostnye i statisticheskie metody ocenki nadyozhnosti ehlementov i sistem ehlektroehnergetiki: teoriya, primery, zadachi: ucheb. posobie [Probabilistic and statistical methods for assessing the reliability of elements and the systems of electric power industry: theory, examples, tasks], Staryj Oskol, Russia: TNT. 2017.
10. Polozhenie o tekhnicheskoj politike v raspredelitel'nom ehlektrosetevom komplekse. Prilozhenie k Prikazu OAO «MRSK Centra i Severnogo Kavkaza» ot 14.11.2006 № 228 [Regulations on technical policy in the distribution grid complex. Appendix to the Order of IDGC of Center and North Caucasus, JSC dated November 14, 2006. No. 228]. Available at: http://programma.x-pdf.ru/16tehnicheskie/220204-1-polozhenie-tehnicheskoy-politike-raspredelitelnom-elektrosetevom-komplekse-moskva-nastoyaschee-polozhenie-tehnicheskoy-pol.php (accessed 17.01.2017).
11. Polozhenie OAO «Rosseti» o edinoj tekhnicheskoj politike v ehlektrosetevom komplekse [Position of JSC «Rosset» on the unified technical policy in the power grid complex]. 2013. Moscow, Rosseti OJSC, 196 p.
12. RAO EEHS RF «Osnovnye polozheniya metodiki infrakrasnoj diagnostiki ehlektrooborudovaniya i VL» RD 153-34.0-20.363-99 [RAO UES of Russia «Basic provisions of the method of infrared diagnostics of electrical equipment and overhead lines» RD 153-34.0-20.363-99]. Available at: http://www.thermoview.ru/pdf/rd.pdf (accessed 17.01.2017).
13. Samarin A. V., Rygalin D. B., Shklyaev A. A. Sovremennye tekhnologii monitoringa vozdushnyh ehlek-trosetej LEHP [Modern technologies for monitoring of power trans-mission lines], Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and technical Sciences], 2012. No. 1. pp. 341-347.
14. Semenov A. E., Selezneva A. O., Vinogradov A. V. Sravnenie pokazatelej nadezhnosti vozdushnyh i ka-bel'nyh linij v gorodskoj i sel'skoj mestnosti [A comparison of the reliability of overhead and cable lines in urban and rural areas], Osnovnye napravlenija razvitija tehniki i tehnologii v APK: materialy VII vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii [The main directions of development of techniques and technologies in agriculture: materials of VIIall-Russian scientific-practical conference], Knyaginino, Russia : NGIEHU. 2015. pp. 71-75.
15. Tekhnicheskie otchety Filiala PAO «MRSK Centra» - «Orelehnergo» za 2014, 2015, 2016 gg. [Technical reports of Filial PAO «MRSK Centra» - «Orelehnergo» for 2014, 2015, 2016].
16. Khorolsky V. Ya., Taranov M. A., Petrov D. V. Tekhniko-ehkonomicheskie raschety raspredelitel'nyh eh-lektricheskih setej [Technical and economic calculations of electricity distribution networks]. Rostov-on-Don, ed. Terra Print. 2009. 132 p.
17. Borodin M. V., Vinogradov A. V. Povyshenie ehffektivnosti funkcionirovaniya sistem ehlektrosnabzheniya posredstvom monitoringa kachestva ehlektroehnergii [Improving of power supply system efficiency by means of power quality monitoring]. Orel, Russia: FGBOU VPO Orel GAU. 2014. 160 p.
18. Gheorghe S., Tanasa C., Ene S., Mihaescu M. Power quality, Energy ef-ficiency and the performance in electricity distribution and supply companies. In Proceedings of the 18th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution: CIRED. Turin, Italy: IET. 2005.
19. Santarius P., Krejci P., Brunclik Z., Prochazka K., Kysnar F. Evaluation of power quality in regional distribution networks. In Proceedings of the 23rd International Conference on Electricity Distribution: CIRED. Lyon, France: IET. 2015.
20. Lance Irwin. Asset management benefits from a wide area power quality monitoring system. In Proceedings of the 23rd International Conference on Electricity Distribution: CIRED. Lyon, Italy: IET. 2010.
21. Suhas C. D., Nitin R L., Pillai R. Power quality monitoring with smart meters. In Proceedings of the 23rd International Conference on Electricity Distribution: CIRED. Lyon, France: IET. 2015.
22. S^le H., Foosn^s J., Kristoffersen V., Nordal T., Grande O., Bremdal B. Network tariffs and energy contracts with incentives for demand response. In Proceedings of the CIRED Workshop . Rome, Italy: IET. 2014.
23. Mandatova P., Massimiano M., Verreth D., Gonzalez C. Network tariff structure for a smart energy system. In Proceedings of the CIRED Workshop. Rome, Italy: IET. 2014.
24. Goswami A. K., Gupta C. P., Singh G. K. An analytical approach for as-sessment of voltage sags. Int J Electr Power Energy Syst, 2009. No. 31 (7-8), pp. 18-26.
25. Honrubia-Escribano A., Gymez-L6zaro E., Molina-GarcHa A., Fuentes J. Influence of voltage dips on industrial equipment: Analysis and assessment. Electrical Power and Energy Systems, 2012. No. 41, pp. 87-95.
26. Honrubia-Escribano A., Gomez-Lazaro E., Molina-Garcia A., MartHn-Martinez S. Load influence on the response of AC-Contactors under power quality Disturbances. Electrical Power and Energy Systems, 2014. No. 63, pp. 846-854.
27. Maheswaran D., Jembu K., Adithya Kumar W. Impact of voltage harmonic distortion on energy efficiency.
In Proceedings of the 23rd International Conference on Electricity Distribution: CIRED. Lyon, France: IET. 2015.
28. Jianfang Li., Xiaohui S., Yuting W. Service restoration for distribution network considering the uncertainty of restoration time. In Proceedings of the 3rd International Conference on Systems and Informatics (ICSAI). Shanghai, China: IEEE. 2016.
29. Oricha J. Y. Analysis of interrelated factors affecting efficiency and stability of power supply in developing countries. In Proceedings of the AFRICON. Nairobi, Kenya: IEEE. 2009.
30. Golikov I. O., Vinogradov A. V. Adaptivnoe avtomaticheskoe regulirovanie napryazheniya v sel'skih eh-lektricheskih setyah 0,38 kV [Adaptive automatic voltage regulation in rural power networks of 0.38 kV]. Orel, Russia: FGBOU VO Orel GAU. 2017. 166 p.
31. Vinogradov A. V., Semenov A. E., Sinyakov A. N., Bolshev V. E. Analiz vremeni pereryvov v ehlektros-nabzhenii sel'skih potrebitelej i metody ego sokrashcheniya za schet monitoringa tekhnicheskogo sostoyaniya linij ehlek-troperedachi [Analysis of the time of interrup-tions in power supply for rural consumers and methods of its reduction due to monitoring the tech-nical condition of power lines], Vestnik VIESH [Bulletin of VIESH], 2017. No. 2 (27), pp. 3-11.
Submitted 23.08.2017; revised 20.10.2017.
About the authors:
Alexander V. Vinogradov, Ph. D. (Engineering), Senior lecturer, Head of Department «Electric Supply» Address: Orel State Agrarian University, 302040, Orel, st. General Rodin, etc. 69 E-mail: [email protected] Spin-code: 8836-8684
Alina V. Vinogradova, Ph. D. (Engineering), Senior lecturer, Teacher of Department «Electric Supply»
Address: Orel State Agrarian University, 302040, Orel, st. General Rodin, etc. 69
E-mail: [email protected]
Spin-code: 8836-8684
Vadim E. Bolshev, Chief Engineer
Address: BUZ Orel region «NKMZ them. Z. I. Round», 302028, Russia, Orel, Oktyabrskaya str., 4 E-mail: [email protected] Spin-code: 6978-4188
Contribution of the authors:
Alexander V. Vinogradov: research supervision, developed the theoretical framework, critical analyzing and editing the text.
Alina V. Vinogradova: writing of the draft, participation in the discussion on topic of the article. Vadim E. Bolshev: search for analytical materials in Russian and international sources, writing of the draft, participation in the discussion on topic of the article.
All authors have read and approved the final manuscript.
