ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Введение

Одно из основных направлений энергетической стратегии Украины – способность сферы экономики эффективно использовать энергоресурсы, предотвращать нерациональные затраты на внутреннее энергообеспечение и дефицитность топливно-энергетических балансов на областном, региональном и муниципальном уровнях.

Актуальность и особая значимость этих вопросов для обеспечения устойчивого развития общества в целом определяют необходимость их глубокой и детальной проработки на методологическом и практическом уровнях. Доминирующим фактором нерациональных затрат являются потери, неизбежно возникающие на этапах транспортировки энергии от поставщика к потребителю. Превращение энергии в дорогой товар выдвигает качественно новые требования к измерению и учету этого товара.

Установка приборов учета (ПУ), безусловно, является необходимым средством повышения достоверности процесса учета в целом. Однако приборы учета, рассредоточенные территориально, не позволяют вести мониторинг текущих показателей и в то же время контролировать работу, обеспечить одновременный съем показаний и производить обработку полученных данных. В лучшем случае возможен лишь ежемесячный обход объектов учета с выполнением полуавтоматического сбора накопленных за отчетный период данных, что требует неоправданных (а порой и непосильных) затрат со стороны эксплуатирующей организации.

В связи с этим актуальной является реализация системы, которая позволила бы объединить локальные узлы учета для создания единого измерительно-информационного пространства для единовременного, непрерывного, автоматического контроля над технологическими процессами генерации, транспортировки и потребления энергоресурсов, а также организации коммерческих расчетов между поставщиками и потребителями ресурсов .

Применение автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии позволяет свести к минимуму участие человека на этапе измерения, сбора и обработки данных и обеспечивает достоверный, оперативный и гибкий, адаптированный к различным тарифным системам учет энергии.

2. Цели и задачи

Цель работы – изучение и анализ существующих автоматизированных систем коммерческого учета на базе счетчиков Альфа, а также оценка их эффективности внедрения в СЭС и экономически эффект при проектировании на промпредприятиях.

3. Характерные особенности автоматизированных системы

Внедрение АСКУЭ позволит провести целый комплекс мероприятий, результатом которых станет:

  1. Повышение точности учета энергоносителей за счет использования современных интеллектуальных приборов учета.
  2. Оперативное получение полной и достоверной информации о потреблении и распределении всех энергоресурсов по всему предприятию, цеху, участку.
  3. Повышение уровня управленческих решений и своевременное выявление перерасходов в результате обладания полной картиной энергопотребления.
  4. Расчет реальных удельных норм потребления и планирование затрат на энергоресурсы в соответствии с планом выпуска продукции.
  5. Проведение анализа рациональности расходования энергоносителей при различных режимах и условиях работы и оценка энергоэффективности работы оборудования.
  6. Экономия рабочего времени энергослужб по сбору и предоставлению отчетных документов, сведению балансов и т.п .
  7. Задание цехам лимитов энергопотребления, осуществление контроля превышений установленных норм и сигнализация о превышении .
  8. Контроль работоспособности первичных приборов учета энергоносителей[1].

4. Структурная схема АСКУЭ

Решение проблем энергоучета на предприятии требует создания автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), в структуре которых в общем случае можно выделить четыре уровня:


Анимация: 21 кадр, 8 повторений

Рисунок 1 – Общая структурная схема автоматизированных систем

  • первый уровень – первичные измерительные приборы (ПИП) с телеметрическими или цифровыми выходами, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучета потребителей (потребление электроэнергии, мощность, давление, температуру, количество энергоносителя, количество теплоты с энергоносителем) по точкам учета (фидер, труба и т.п.);
  • второй уровень – устройства сбора и подготовки данных (УСПД), специализированные измерительные системы или многофункциональные программируемые преобразователи со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие в заданном цикле интервала усреднения круглосуточный сбор измерительных данных с территориально распределенных ПИП, накопление, обработку и передачу этих данных на верхние уровни;
  • третий уровень – персональный компьютер (ПК) или сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с УСПД (или группы УСПД), итоговую обработку этой информации как по точкам учета, так и по их группам - по подразделениям и объектам предприятия, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений (управления) оперативным персоналом службы главного энергетика и руководством предприятия;
  • четвертый уровень – сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с ПК и/или группы серверов центров сбора и обработки данных третьего уровня, дополнительное агрегирование и структурирование информации по группам объектов учета, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений персоналом службы главного энергетика и руководством территориально распределенных средних и крупных предприятий или энергосистем, ведение договоров на поставку энергоресурсов и формирование платежных документов для расчетов за энергоресурсы[2].

    Для более подробного расмотрения автоматизированых систем расмотрим пример электрической и структурной схем.


    Пример электрической схемы при внедрении АСКУЭ

    Рисунок 2 – Пример электрической схемы при внедрении АСКУЭ

    Устройство входящие в систему:

  • 1 Мультиплексор: МПР-16-2М для внутреннего учета;
  • 1 УСПД: RTU-325 для коммерческого учета;
  • 4 счетчика АЛЬФА А1800 для внутреннего учета – Wh3, Wh4, Wh11, Wh12;
  • 4 счетчика АЛЬФА А1800 для коммерческого учета – Wh5, Wh6, Wh9, Wh10;
  • 2 счетчика АЛЬФА А1800 для собственных нужд – Wh7, Wh8;
  • 2 счетчика АЛЬФА А1800 для учета электроэнергии до ПС 110/10 кВ – Wh1, Wh2;

    • Для коммерческого учета необходимо поставить трансформаторы тока с классом точности не больше 0,5S.


    Пример структурной схемы АСКУЭ

    Рисунок 3 – Пример структурной схемы АСКУЭ

    Данная система обеспечивает гибкую настройку и расширенную диагностику с выводом данных в веб-сервер и на монитор. УСПД осуществляет сбор данных с цифровых и импульсных счетчиков, их обработку и хранение, передачу накопленных данных на верхний уровень. Также возможно измерение величин токов, напряжений, частоты и мониторинг потребляемой мощности.

    Опрос данных осуществляется как через каскад УСПД, так и по телефонным каналам. Возможны передача данных по выделенным и коммутируемым линиям связи, а также с помощью различных модемных соединений с использованием GSM-модемов, радиомодемов, спутниковых модемов, ВОЛС РРЛ. Ethernet-соединения со счётчиками выполняются через Ethernet-сервер TCP/IP-COM[3].

    5. Состав АСКУЭ и ЛОСОД


    Система учета состоит из нескольких основных компонентов: счетчики электроэнергии, контроллеры, или как их называют – устройства сбора и передачи данных (УСПД), модемы, кабели и прочие приспособления для организации связи, компьютеры с установленной на них специальной программой.

    1. Многофункциональный микропроцессорный счетчик АЛЬФА A1800 трансформаторного включения предназначен для учета активной и реактивной энергии и мощности в трехфазных сетях переменноготока в режиме многотарифности, хранения измеренных данных в своей памяти, а также передачи их по цифровым и импульсным каналам связи на диспетчерский пункт по контролю, учету и распределению электроэнергии.

      Электросчетчик Альфа А1800

      Рисунок 4 – Электросчетчик Альфа А1800

      Счетчик АЛЬФА А1800 предназначен для установки на перетоки, генерацию, высоковольтные подстанции, в распределительные сети и на промышленные предприятия.

      Функциональные возможности счетчиков АЛЬФА А1800:

      1. Измерение активной и реактивной энергии и мощности с классом точности 0.2S, 0.5S в режиме многотарифности.
      2. Измерение параметров электросети с нормированными погрешностями.
      3. Фиксация максимальной мощности нагрузки с заданным усреднением.
      4. Фиксация даты и времени максимальной активной и реактивной мощности для каждой тарифной зоны.
      5. Запись и хранение данных графика нагрузки и параметров сети в памяти счетчика.
      6. Передача результатов измерений по цифровым и импульсным каналам связи.
      7. Автоматический контроль нагрузки и сигнализация о выходе параметров сети за установленные пределы.
      8. Учет потерь в силовом трансформаторе и линии электропередачи.

        Счетчик АЛЬФА А1800 обладает увеличенной памятью, что позволяет ему вести запись трех независимых массивов профиля нагрузки по энергии и мощности с разными интервалами усреднения (1, 2, 3, 5, 6, 10, 15, 30 и 60 мин.) А также до 32 различных графиков параметров сети с двумя различными интервалами

    2. Информацию со счетчиков необходимо собрать. Для этого необходимо счетчик соединить или связать с компьютером. От счетчика может просто идти телефонный кабель к компьютеру, если это недалеко. Но тянуть кабель на несколько сотен метров или километр от каждого счетчика очень дорого. Поэтому, если несколько счетчиков установлены в одном месте, их подключают к одному кабелю используя мультиплексор. К мультиплексору можно подключить до 16 счетчиков[5].

      Если счетчики стоят на далекой подстанции (несколько или более километров), то используют модем. Счетчики на подстанции подключаются к мультиплексору, а тот к модему и ближайшему телефону. Компьютер также подключается к модему, и с помощью специальной программы как бы звонит на счетчик и соединяется с ним. Телефон занят только в те несколько секунд, когда со счетчика скачивается информация. Программа может и сама звонить ночью, а утром у тебя уже будут на компьютере готовы данные по всем счетчикам


      Мультиплексор МПР-16-2М

      Рисунок 5 – Универсальный помехозащищенный мультиплексор расширитель

      Назначение:

      16-канальный мультиплексор МПР16 предназначен для создания АСКУЭ путем объединения счетчиков электроэнергии серии АЛЬФА и преобразования уровней сигналов различных интерфейсов и может устанавливаться на коммунальных и промышленных объектах.

      Функциональные возможности:

      1. Подключение на общие шины до 16 счетчиков АЛЬФА по интерфейсу ИРПС.
      2. Подключение до 31 внешнего устройства по интерфейсу RS-422/RS485.
      3. Связь с компьютером через модем или интерфейс RS-232.
      4. Поканальная коммутация при наличии высокого уровня помех, обеспечивающая подключение к общим шинам мультиплексора только опрашиваемого счетчика.
    3. Устройства сбора и передачи данных – это тот же компьютер, но в специальном промышленном исполнении для систем учета. Он предназначен не только для сбора данных со счетчиков, но и самостоятельной их обработки и передачи на верхний уровень. Используется в более сложных системах. Например, если ты хочешь получать данные со счетчиков не раз в сутки, а каждые 3 минуты для наблюдения за графиком нагрузки. УСПД позволит системе объединить решение задач как коммерческого, так и технического учета.

      К УСПД помимо цифровых счетчиков можно подключить и индукционные счетчики с импульсными выходами, что дает тебе возможность удешевить систему и не менять сразу все счетчики. Кроме того, УСПД необходимо при выходе на ФОРЭМ. В этом случае все данные остаются на уровне предприятия, а наверх предаются только необходимая информация о потреблении электроэнергии[1]

      УСПД может передавать данные со значительно меньшей скоростью, а это снижает требования к каналам передачи данных. Можно попытаться использовать те каналы, которые у тебя уже есть. УСПД также упрощает задачу объединения системы АСКУЭ с системой управления предприятием, за счет применения различных протоколов связи.

      АСКУЭ Альфа СМАРТ работает со специализированными УСПД только серии RTU-300. RTU-300 в основном подразделяют на три вида:

      1. RTU-314, для уровня электростанций и крупных подстанций;
      2. RTU-325, для уровня подстанции энергосистемы или промышленного предприятия;
      3. RTU-327, используется в качестве промежуточных центров.


      УСПД RTU-325

      Рисунок 2 – УСПД RTU-325

      Назначение:

      УСПД RTU-325 предназначены для сбора, обработки, хранения данных, собранных со счетчиков электроэнергии и передачи их на верхний уровень. Устройства предназначены для построения цифровых, пространственно распределённых, проектно-компонуемых, иерархических, многофункциональных автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии и мощности (АСКУЭ) с распределённой обработкой и хранением данных. Предназначено для эксплуатации в безоператорном режиме[1].

      Работает со счетчиками различных производителей. Возможность измерения токов, напряжений, частоты и мониторинг мощности входят в базовый комплект поставки.

    4. Программное обеспечение AlphaSmart-C предназначен для конфигурирования УСПД RTU-300, сбора, отображения и обработки информации собранной с УСПД. Конфигурирование сводится к заполнению ряда таблиц.

      Для конфигурации систем AlphaSmart-C необходимо:

      1. Описать парк счетчиков;
      2. Задать календарь (каждый день должен принадлежать к определенному типу дней);
      3. Составить тарифные сетки;
      4. Сформировать точки и группы учета;
      5. Создать таблицу портов УСПД.

    6. Экономическая эффективность АСКУЭ

    Смысл создания и использования АСКУЭ заключается в постоянной экономии энергоресурсов и финансов предприятия при минимальных начальных денежных затратах. Величина экономического эффекта от использования АСКУЭ достигает по предприятиям в среднем 15-30% от годового потребления энергоресурcов, а окупаемость затрат на создание АСКУЭ происходит за 2-3 квартала. На сегодняшний день АСКУЭ предприятия является тем необходимым механизмом, без которого невозможно решать проблемы цивилизованных расчетов за энергоресурсы с их поставщиками, непрерывной экономии энергоносителей и снижения доли энергозатрат в себестоимости продукции предприятия.

    По мере автоматизации технологических процессов предприятия, снижения степени человеческого участия в производстве и повышения уровня его организации АСКУЭ можно вводить в обратный контур управления энергопотреблением не через энергетика-диспетчера или руководителя, а через соответствующие устройства управления нагрузками-регуляторами. До тех пор, пока в технологии производства преобладает человек со своими случайными волевыми решениями, АСКУЭ сохранится как автоматизированная система, позволяющая, в первую очередь, выявлять все потери энергоресурсов. Уровень энергопотребления предприятия складывается из двух составляющих: базовой и организационно-технической. Базовая составляющая определяется энергоемкостью установленного технологического оборудования. Организационно-техническая составляющая (ОTC) определяется режимами эксплуатации оборудования, которые задаются персоналом предприятия, исходя из производственных и личных интересов и потребностей. Изменение первой базовой составляющей энергопотребления требует замены устаревших энергоемкого оборудования и техпроцесса более современными и менее энергоемкими, что связано с модернизацией производства и привлечением крупных инвестиций, что в условиях нашей экономики проблематично. Поэтому необходимо обратить внимание на возможности минимизации ОTC уровня энергопотребления предприятия, которая не требует крупных денежных затрат, но при реализации дает быстрый практический эффект. Заметим, что актуальность минимизации этой составляющей сохраняется и после сокращения базового энергопотребления в результате модернизации производства.[11].

    OTC уровня энергопотребления предприятия, в свою очередь, имеет, по крайней мере, шесть основных частей:


    Перечень потерь энергоресурсов

    Рисунок 2 – Перечень потерь энергоресурсов

  • договорная, фиктивная составляющая связана с расчетами за энергоресурсы с поставщиками не по фактическим значениям энергопотребления, а по договорным и, как правило, существенно завышенным значениям, что приводит потребителя к финансовым потерям. Эта составляющая потерь сводится к минимуму (и даже к нулю) при организации АСКУЭ коммерческого учета;
  • тарифная составляющая, связанная с расчетами за энергоресурсы с поставщиком по фактическим значениям энергопотребления, но не по самому выгодному для потребителя тарифу из-за отсутствия учета, способного реализовать этот лучший тариф. Эта составляющая потерь сводится к нулю при организации АСКУЭ коммерческого учета, способной отслеживать любые действующие и перспективные тарифы;
  • режимно-тарифная составляющая, связанная с возможностью изменения режимов работы оборудования по времени и величине энергопотребления в заданных зонах суток (пиковых зонах) с целью минимизации тарифных платежей в рамках одного и того же тарифа. Эта составляющая потерь сводится к минимуму при организации АСКУЭ коммерческого и технического учета с элементами прогнозирования и анализа состава нагрузок;
  • технологическая составляющая, связанная с нарушением технологического цикла и неэффективным использованием оборудования. Эта составляющая потерь сводится к минимуму при организации АСКУЭ глубокого (до уровня цехов, участков и крупных энергоустановок) технического учета с в ведением хозрасчета по энергоресурсам между подразделениями предприятия или норм потребления энергоресурсов подразделениями предприятия;
  • личностная составляющая, связанная с использованием персоналом производственного оборудования в личных целях. Эта составляющая потерь сводится к минимуму при организации АСКУЭ глубокого технического учета с расчетом реальных удельных норм на выпуск единицы продукции;
  • бесхозная составляющая, связанная с незаинтересованностью, безразличием персонала на рабочих местах к энергопотерям разного вида. Эта составляющая сводится к минимуму при организации АСКУЭ технического учета с введением внутреннего хозрасчета по энергоресурсам между подразделениями предприятия или норм потребления энергоресурсов подразделениями предприятия при материальном стимулировании работников по показаниям АСКУЭ за экономию энергоресурcов. На различных промышленных предприятиях указанные составляющие энергопотерь имеют разный удельный вес в рамках OTC, но в целом могут достигать 15-30 и более процентов от общего энергопотребления предприятия. Учет, контроль и минимизация этих составляющих возможны только при автоматизации энергоучета и являются одной из главных целей создания АСКУЭ на предприятии и его объектах.

    • 7. Заключение

    Будущее промышленного производства видится под знаком постоянно дорожающих энергоресурсов и необходимости их жесткого контроля, ограничения и снижения их доли в себестоимости продукции. Решение этих проблем будет связано с энергосбережением и внедрением новых энергосберегающих «зеленых» технологий. Но первый и самый необходимый шаг в этом направлении, который надо сделать уже сегодня, – это автоматизированный энергоучет. Каждое предприятие будущего внедрит разветвленную систему энергоучета и контроля по всей своей структурной иерархии с доведением этого контроля до каждого рабочего места по всем энергоносителям. Благодаря этому будут сведены к минимуму все непроизводительные траты энергоресурсов, а процесс энергопотребления будет в максимальной степени гармонизирован с процессом выработки и распределения энергоресурсов. Все спорные вопросы между поставщиком и потребителем энергоресурсов будут решаться не волевыми, директивными мерами, а объективно на основании бесстрастного машинного отчета

    Список источников

    1. Гуртовцев А.В. Комплексная автоматизация энергоучета на промышленных предприятиях и хозяйственных объектах журнал "СТА" №3, 1999 г .
    2. Гельман Г.А. Автоматизированные системы управления электроснабжением промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 255 с.
    3. АСКУЭ современного предприятия [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://esco-ecosys.com
    4. Системы коммерческого учета потребления электроэнергии на базе PLC-технологий с передачей данных по сети GSM. Техническое описание. – М.: Группа компаний ТЭСС, 2004. 257 c.
    5. Правила устройства электроустановок. – X.: Изд-во «Форт», 2009. – 704 с.
    6. ТРЕЙС МОУД. Графическая инструментальная система для разработки АСУ. Версия 5.0. Руководство пользователя. Изд. 2, испр. и доп. – М.: Adastra Research Group, Ltd., 1998.
    7. Тубинис В.В. Создание автоматизированной системы учета и управления потреблением электроэнергии в Италии // Электро. – 2004. – № 4.
    8. Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии на базе программно-технического измерительного комплекса «Эком«. Методика поверки. ПЕ 2.758.002 МП.
    9. Железко Ю.С. Присоединение потребителей к эл. сетям общего назначения и договорные условия в части качества электроэнергии//Промышленная энергетика. – 2003. – № 6.
    10. Заборовский В.С., Подгурский Ю.Е. Технологии и компоненты передачи данных по линиям электропитания. – Сети, 1999, № 10.
    11. Концепция построения автоматизированных систем коммерческого учёта электроэнергии в условиях энергорынка. 2000 г.
    12. Технические и организационные требования к построению автоматизированных систем учёта электрической энергии на объектах НЭК «Укрэнерго». 2004 г.
    13. Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения. – М.: Инфра-М, 2006. – 481 с.
    14. Назарычев А.Н. Обеспечение эффективности энергоснабжения на основе оценки технического ресурса электрооборудования / А.Н. Назарычев, Д.А. Андреев // Энергосбережение и водоподготовка № 1. – 2005. – с. 35–41.
    15. Ермилов А.А. Электроснабжение промышленных предприятий / А.А. Ермилов, Б.А. Соколов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 144 с.: ил.
    16. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для вузов – 2-е изд. – М.: Интермет Инжиниринг, 2006. – 672 с.