АВТОМАТИЗАЦИЯ  УЧЁТА  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ  ЭНЕРГИИ  КАК  СРЕДСТВО  ПОВЫШЕНИЯ  ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ  ЭФФЕКТИВНОСТИ

Прошин  Иван  Александрович

д-р  техн.  наук,  зав.  кафедрой  «Автоматизация  и  управление»,  профессор  Пензенского  государственного  технологического  университета,  РФ,  г.  Пенза

E -mail:  proshin.Ivan@inbox.ru

Егоров  Станислав  Владимирович

магистрант  кафедры  «Автоматизация  и  управление»,  Пензенского  государственного  технологического  университета,  РФ,  г.  Пенза

E -mail:  hooligans58@mail.ru

Шепелев  Михаил  Викторович

аспирант  кафедры  «Автоматизация  и  управление»,  Пензенского  государственного  технологического  университета,  РФ,  г.  Пенза

AUTOMATION  OF  THE  ACCOUNTING  OF  ELECTRIC  ENERGY   AS  MEANS  OF  INCREASE  POWER  EFFICIENCY

Ivan  Proshin

doctor.  tehn.  Sciences,  Head.  Department  "Automation  and  Control",  professor  of  Penza  State  Technological  University,  Russia  Penza

Stanislav  Egorov

u ndergraduate  department  of  "Automation  and  Control",  Penza  State  Technological  University,  Russia  Penza

Mikhail  Shepelev

graduate  student  of  "Automation  and  Control",  Penza  State  Technological  University,  Russia  Penza

АНОТАЦИЯ

Целью  работы  является  повышение  энергетической  эффективности,  путем  внедрения  автоматизированной  системы  контроля  и  учета  электроэнергии. 

ABSTRACT

The  purpose  work  is  increase  of  power  efficiency,  a  way  introduction  of  the  automated  monitoring  system  and  the  accounting  of  the  electric  power.

Ключевые  слова:   электроэнергетика;  потери;  автоматизированная  система  контроля  и  учета  электроэнергии.

Keywords:   power  industry;  the  losses;  the  automated  monitoring  system  and  the  accounting  of  the  electric  power.

Одной  из  важнейших  проблем  современной  электроэнергетики  является  рост  потерь  электроэнергии,  определяемый  как  разница  между  отпущенной  в  сеть  и  оплаченной  электроэнергией.  Так,  в  некоторых  производственных  отделениях  относительные  потери  достигают  15—20  %,  а  в  муниципальных  и  районных  электрических  сетях  25—50  %.  Совокупность  всех  потерь  включает  технологические  и  коммерческие  потери  (рисунок  1). 

Среди  технологических  потерь  выделим  три  составляющие: 

·       технические  потери  электроэнергии  в  элементах  электрических  сетей,  обусловленные  физическими  процессами  преобразования  электрической  энергии  в  тепловую  энергию,  сопутствующие  её  передаче  по  электрическим  сетям;

·       расход  электроэнергии  на  собственные  нужды  подстанции,  вызванный  необходимостью  обеспечения  работы  технологического  оборудования  подстанций  и  потребностями  жизнедеятельности  обслуживающего  персонала;

·       инструментальные  потери  —  потери  электроэнергии,  связанные  с  инструментальными  погрешностями  её  измерения.

Рисунок  1,  Структура  потерь  электроэнергии

Основная  причина  возрастающего  уровня  электрических  потерь  —  рост  коммерческих  потерь,  большая  доля  которых  приходится  на  электрические  сети  напряжением  0,4  кВ.  Коммерческие  потери  обусловлены  хищениями  электроэнергии,  занижением  бытовыми  потребителями  показаний  счетчиков  при  оплате,  задержкой  платежей,  неоплатой  счетов  и  несовершенством  организации  контроля  над  потреблением  энергии.  Их  величину  вычисляют  как  разницу  между  фактическими  (отсчетными)  и  технологическими  потерями.

Коммерческие  потери  представим  четырьмя  группами  (рисунок  1). 

1.  Дополнительные  инструментальные  потери  —  потери,  обусловленные  погрешностями  систем  учета  электроэнергии.  Порождены  использованием  измерительных  трансформаторов  тока  (ТТ)  и  напряжения  (ТН),  счетчиков  и  т.  д.  в  ненормированных  условиях  работы  с  заниженными  классами  точности.

Основной  метод  снижения  инструментальных  потерь  —  совершенствование  приборов  учёта,  замена  существующих  приборов  учета  электроэнергии  на  современные  (с  более  высоким  классом  точности).  На  предприятиях  энергопоставщиков  принимаются  программы  мероприятий  по  модернизации  соответствующего  оборудования,  выделяются  значительные  собственные  финансовые  средства.  Однако,  проведение  этих  мероприятий  в  отрыве  от  других,  в  частности  направленных  на  повышение  собираемости  платежей,  не  обеспечивает  получение  ожидаемого  экономического  эффекта. 

Следует  отметить,  что  решение  этой  проблемы  возможно  только  на  базе  комплексных  подходов,  включающих  кроме  названных  мероприятий  создание  автоматизированных  средств  мониторинга  и  контроля  с  расширением  функций  приборов  учета,  позволяющих  использовать  их  в  составе  автоматизированных  систем  коммерческого  учета  электроэнергии  (АСКУЭ). 

2.  Потери  при  выставлении  счетов  обусловлены  недостаточной  или  ошибочной  информацией  о  заключенных  договорах,  использовании  специальных  тарифов  или  льгот.  Их  доля  в  структуре  коммерческих  потерь  минимальна.  Здесь  также  эффективно  использование  автоматизированных  средств  на  базе  вычислительной  техники.

3.  Потери  из-за  хищений  электроэнергии  порождены  несанкционированным  подключением  потребителей,  мошенничеством  с  приборами  учета  и  т.  д.  По  оценкам  специалистов  ежегодно  в  России  разворовывается  до  10...12  млрд.  кВт-ч  электроэнергии.  В  сельской  местности  и  в  районах  индивидуальной  жилой  застройки  уровень  потерь  из-за  хищений  электроэнергии,  как  правило,  выше,  чем  в  городских  многоэтажных  кварталах.  Снижение  этой  составляющей  потерь  требует  наряду  с  ручным  контролем  энергопоставщиков  посредством  проверки  целостности  пломб  и  правильности  включения  приборов  учета  привлечение  дополнительных  технических  и  организационных  мероприятий,  позволяющих  оперативно  выявлять  места  несанкционированных  подключений  потребителей  к  линиям  электроснабжения.  Существенная  роль  в  решении  этого  вопроса  может  быть  отведена  средствам  автоматизации,  в  том  числе  АСКУЭ,  позволяющим  реализовывать  такие  меры.

4.  Потери  при  востребовании  оплаты  вызваны  несвоевременной  оплатой  за  потреблённую  электроэнергию  позже  установленной  даты,  продолжительными  или  безнадежными  долгами  и  неоплачиваемыми  счетами.  В  структуре  финансовых  потерь  электроснабжающей  организации  основную  роль  играют  потери,  обусловленные  неоплатой  электроэнергии  и  потери  из-за  задержки  платежей. 

Степень  оплаты  электроэнергии  населением  отдельным  энергоснабжающим  компаниям  существенно  колеблется:  от  30  до  95  %,  составляя  в  среднем  по  стране  65—70  %.  Это  вызвано,  прежде  всего,  существующей  системой  расче­тов  за  электроэнергию  после  её  потребления.  Основная  причина  задержки  оплаты  —  отсутствие  механизмов  и  возможностей  своевременного  контроля  энергопоставщиками  сроков  и  сумм  оплаты  потребленной  электроэнергии,  а  также  отсутствие  технологических,  юридических  и  финансовых  возможностей  оперативного  воздействия  на  неплательщиков. 

Накопленный  электроснабжающими  организациями  опыт  показывает,  что  основным  средством  снижения  потерь  по  этой  компоненте  следует  признать  внедрение  АСКУЭ   с  воз­можностью  оперативного  влияния  на  процесс  энергоснабжения  и  переводе  абонентов  на  предоплату.  Расширение  функциональных  возможностей  АСКУЭ  в  направлении  реализации  функций  оперативного  индивидуального  диспетчерского  управления  режимами  электроснабжения  множества  территориально  разрозненных  абонентов,  включая  функции  автоматического  и  ручного  отключения  абонентов  дистанционно,  не  выезжая  на  место  —  действенное  средство  борьбы  с  коммерческими  потерями  электроэнергии.

Автоматизированная  система  коммерческого  учёта  электроэнергии  строится  как  многоуровневая  система  и  включает  в  себя  программно-технические  средства  предприятия  энергопоставщиков  и  абонентов  (рисунок  2).  Нижний  уровень  АСКУЭ  составляют  программно-технические  средства  энергопотребителей,  включая  прибор  учета  (ПУ)  и  дистанционный  дисплей  (ДД)  связь  между  которыми  осуществляется  по  радио  каналу(RF).

Рисунок  2.  Структурно-функциональная  схема  АСКУЭ

Второй  уровень  АСКУЭ  объединяет  трансформаторную  подстанцию  (ТП)  с  установленным  в  неё  маршрутизатором  каналов  связи  (МКС),  и  мобильный  терминал,  связь  между  которыми  осуществляется  как  по  радио( RF),  так  и  по  GSM  каналу.  Данные  устройства  обеспечивают  выполнение  функций  сбора  и  временного  хранения  данных,  собранных  с  приборов  учета.  Мобильный  терминал  контроллера  наделен  функциями  считывания  хранящейся  в  памяти  счетчика  информации  и  обеспечивает  корректировку  исполнения  команд  управления  счетчиками,  а  также  выборочный  контроль  правильности  расчетов.  Контролер  имеет  возможность,  находясь  вблизи  контролируемого  потребителя,  дистанционно  контролировать  содержимое  памяти  его  счетчика.  Возможны  варианты  считывания  информации  из  памяти  прибора  по  радиоканалу  в  радиусе  до  100  м  от  счетчика  (в  модификации,  предназначенной  для  индивидуальных  строений).  Другой  вариант  предусматривает  применение  установливаемого  на  трансформаторную  подстанция  маршрутизатора  канала  связи,  с  помощью  которого  передаются  все  данные  с  ПУ. 

  Третий  уровень  системы  выполнен  на  основе  сервера  базы  данных  и  предназначен  для  хранения  информации  и  формирования  различных  отчетов  в  зависимости  от  требования  энергопоснабжающих  организаций.

Основа  установки  счётчиков  и  подключения  абонентов  к  АСКУЭ,  программирова­ние  счетчика  и  формирование  пара­метров  лицевого  счета  —  договор,  в  котором  предопределяют: 

·       установленную  мощность  электрооборудования  потребителя;

·       величины  установок  срабатывания  защит  по  напряжению; 

·       уровень  ограничения  мощности  при  наличии  долга;

·       регламент  оплаты,  включая  схему  оплаты,  моменты  времени  и  порядок  изменения  тарифов,  формы  зачисляемых  платежей  (банк,  касса,  карточки  оплаты)  и  т.  д.

Внедрение  АСКУЭ  позволяет  снизить  коммерческие  потери.  Вместе  с  тем  следует  заметить,  что  несанкционированно-потреблённая  электрическая  энергия  всё-таки  произведена  и  чаще  всего  используется  полезно.  Поэтому  основной  эффект  уменьшения  потребляемой  электроэнергии  здесь  состоит  в  более  экономном  использовании  электроэнергии  потребителем  в  случае  её  полноценной  оплаты.

Технологические  же  потери  электроэнергии  напрямую  связаны  с  неэффективным  расходованием  электроэнергии.  Основа  их  снижения  —  мониторинг  состояния  электрических  сетей  и  используемого  при  передаче  электроэнергии  оборудования. 

Эффективность  использования  электрической  энергии  у  потребителя  определяется  двумя  факторами.  Во-первых  качеством  получаемой  электроэнергии  от  электроснабжающей  организации  и  во-вторых  состоянием  используемого  оборудования.  Так,  снижение  величины  напряжения,  например,  на  10  %  ведёт  к  снижению  вращающего  момента  асинхронного  двигателя  на  20  %  и  увеличению  потребляемого  тока  и  электрической  энергии.  Наличие  множества  гармоник  приводит  к  возникновению  знакопеременных  моментов  на  валу  двигателя  и  также  увеличивает  потребляемую  энергию  и  приводит  к  снижению  уровня  технического  состояния  оборудования.  С  другой  стороны,  эксплуатация  неисправного  или  с  низким  уровнем  работоспособности  оборудования  ведёт  к  снижению  эффективности  использования  потребляемой  энергии. 

Поэтому  важным  аспектом  рассматриваемой  проблемы  является  мониторинг  (наблюдение,  накопление,  сбор,  первичная  обработка  информации,  оценка  текущего  и  прогнозируемого  состояния)  качества  электрической  энергии  и  оборудования.  Заметим  также,  что  потребители  вправе  знать  качество  поступающей  к  ним  электрической  энергии,  что  обуславливает  необходимость  контроля  качества  электрической  энергии  не  только  на  стороне  электроснабжающей  организации,  но  и  введения  в  системы  учёта  электрической  энергии  функций  мониторинга  и  представление  информации  о  текущем  состоянии  качества  электрической  энергии  на  стороне  потребителя. 

Большое  количество  различных  показателей  [1],  определяющих  качество  электроэнергии,  с  одной  стороны,  и  различия  показателей,  используемых  для  оценки  состояния  оборудования  [2—3],  с  другой,  —  затрудняют  комплексную  оценку  состояния  энергетической  системы  в  целом,  включая  всю  цепочку  от  производителей  до  потребителей  электроэнергии,  обуславливают  необходимость  привлечения  современных  методов  обработки  информации  [4].  Поэтому  с  целью  комплексирования  информации  о  состоянии  оборудования  и  качества  электроэнергии,  обеспечения  её  доступности  для  людей  с  различным  уровнем  технической  подготовки  предлагается  единая  комплексная  система  индикаторов  состояния  [5—8]. 

Таким  образом,  основным  направлением  снижения  электрических  потерь  и  повышения  эффективности  производства  и  использования  электрической  энергии  является  широкое  внедрение  информационных  технологий  и  средств  автоматизации,  разработка  эффективных  методов  оценки  состояния  электрических  сетей  и  качества  электрической  энергии,  обеспечивающих  агрегирование  и  комплексирование  и  информации  о  потерях,  качестве  электрической  энергии,  состоянии  оборудования  и  электрических  сетей.

Список  литературы:

1.ГОСТ  Р  54149–2010.  Электрическая  энергия.  Совместимость  технических  средств  электромагнитная.  Нормы  качества  электрической  энергии  в  системах  электроснабжения  общего  назначения.  М.:  Стандартинформ.  2012.

2.Прошин  И.А.,  Долгов  Г.Г.  Программный  комплекс  состояния  активов  предприятия  //  Сборник  статей  по  материалам  Международной  научно-практической  конференции  «Технические  науки  –  от  теории  к  практике».  Новосибирск:  Изд-во  «СибАК».  —  2013.  —  №  12  (25).  —  С.  49—53.

3.Прошин  И.А.,  Долгов  Г.Г.  Метод  определения  индекса  состояния  масленого  выключателя  //  Сборник  статей  по  материалам  Международной  научно-практической  конференции  «Теоретические  и  практические  вопросы  науки  ХХI  В».  Уфа:  Изд-во  НЦ  «Аэтерна».  —  2014.  —  С.  57—60.

4.Прошин  И.А.,  Прошин  Д.И.,  Прошина  Р.Д.  Построение  математических  моделей  в  задачах  обработки  экспериментально-статистической  информации  //  Известия  Самарского  научного  центра  РАН.  Авиационно-космическое  машиностроение.  Самара:  Самарский  научный  центр  РАН,  —  2012.  —  Т.  14,  —  №  1(2).  —  С.  425—428.

5.Прошин  И.А.,  Сюлин  П.В.  Компонентный  портрет  экологической  безопасности  //  Проблемы  региональной  экологии.  —  2013.  —  №  6.  —  С.  151—154.

6.Прошин  И.А.,  Сюлин  П.В.  Методика  научных  исследований  экосистем  //  Экологические  системы  и  приборы.  —  2013.  —  №  12.  —  С.  26—32.

7.Прошин  И.А.,  Сюлин  П.В.  Оценка  экологической  безопасности  многокомпонентных  систем  //  «ХХI  век:  итоги  прошлого  и  проблемы  настоящего  плюс»:  Научно-методический  журнал.  2013.  №  09(13).  Пенза:  Изд-во  Пенз.  гос.  технол.  акад.,  2013.  —  С.  144—156.

8.Прошин  И.А.,  Сюлин  П.В.  Метод  и  алгоритм  формирования  системы  информационных  индикаторов  экодинамики.  //  Сборник  статей  по  материалам  Международной  научно-практической  конференции  «Современное  состояние  и  перспективы  развития  технических  наук».  Уфа:  Изд-во  НЦ  «Аэтерна».  2014.  —  С.  66—69.