ДонНТУ Портал магістрів

Куницький Олександр Ігорович

Електротехнічний факультет

Кафедра "Електропостачання промислових підприємств і міст"

Спеціальність "Електропостачання та енергозбереження"

Модернізація електропостачання поверхневого комплексу шахти з врахуванням впровадження АСКОЕ

Науковий керівник: декан Шлепнев Сергій Володимирович

Резюме Біографія Реферат


Реферат за темою випускної роботи



Вступ

Вирішення проблем енергообліку на підприємстві вимагає створення автоматизованих систем контролю і обліку енергоресурсів (АСКОЕ), в структурі яких в загальному випадку можна виділити чотири рівні [1]:

перший рівень - первинні вимірювальні прилади (ПВП) з телеметричними або цифровими виходами, що здійснюють безперервно або з мінімальним інтервалом усереднювання вимір параметрів енергообліку споживачів (вжиток електроенергії, потужність, тиск, температуру, кількість енергоносія, кількість теплоти з енергоносієм) по точках обліку (фідер, труба і тому подібне);

другий рівень - пристрої збору і підготовки даних (ПЗПД), спеціалізовані вимірювальні системи або багатофункціональні програмовані перетворювачі з вбудованим програмним забезпеченням енергообліку, усереднювання, що здійснюють в заданому циклі інтервалу, цілодобовий збір вимірювальних даних з територіально розподілених ПІП, накопичення, обробку і передачу цих даних на верхні рівні;

третій рівень - персональний комп'ютер (ПК) або сервер центру збору і обробки даних із спеціалізованим програмним забезпеченням АСКОЕ, що здійснює збір інформації з ПЗПД (або групи ПЗПД), підсумкову обробку цієї інформації як по точках обліку, так і по їх групах - по підрозділах і об'єктах підприємства, документування і відображення даних обліку у вигляді, зручному для аналізу і ухвалення рішень (управління) оперативним персоналом служби головного енергетика і керівництвом підприємства;

четвертий рівень - сервер центру збору і обробки даних із спеціалізованим програмним забезпеченням АСКОЕ, що здійснює збір інформації з ПК і групи серверів центрів збору і обробки даних третього рівня, додаткова агрегація і структуризація інформації по групах об'єктів обліку, документування і відображення даних обліку у вигляді, зручному для аналізу і ухвалення рішень персоналом служби головного енергетика та керівництвом територіально розподілених середніх і крупних підприємств або енергосистем, ведення договорів на постачання енергоресурсів і формування платіжних документів для розрахунків за енергоресурси;

Всі рівні АСКОЕ зв'язані між собою каналами зв'язку. Для зв'язку рівнів ПІП і ПЗПД або центрів збору даних, як правило, використовується пряме з'єднання по стандартних інтерфейсах (типа Rs-485, ІРПС і тому подібне). ПЗПД з центрами збору даних 3-го рівня, центри збору даних 3-го і 4-го рівнів можуть бути сполучені по виділеними, комутованими каналам зв'язку або по локальній мережі.


1. Мети створення і види АСКОЕ

Завдання АСКОЕ:

Основні принципи технічних рішень при створенні АСКОЕ:

Цілі енергообліку:

Можна виділити дві мету, що досягається за допомогою контролю і обліку постачання/вжитку енергоресурсів, незалежно від використовуваних для цього технічних засобів:
1. забезпечення розрахунків за енергоресурси відповідно до реального об'єму їх постачання/вжитку;
2. мінімізація виробничих і невиробничих витрат на енергоресурси. Завдяки різним способам досягнення мети мінімізація витрат на енергоресурси може бути реалізована як без зменшення об'єму вжитку енергоресурсів, так і за рахунок зменшення об'єму вжитку енергоресурсів. Ці цілі досягаються завдяки вирішенню наступних завдань обліку енергоресурсів і контролю їх параметрів.




Пристрої збору і передачі даних

2. Комерційні та технічні АСКОЕ

За призначенням АСКОЕ підприємства підрозділяють на системи комерційного і технічного обліку. Комерційним, або розрахунковим, обліком називають облік постачання/вжитку енергії підприємством для грошового розрахунку за неї (відповідно прилади для комерційного обліку називають комерційними, або розрахунковими). Технічним, або контрольним, обліком називають облік для контролю процесу постачання/вжитку енергії усередині підприємства по його підрозділах і об'єктам (відповідно використовуються прилади технічного обліку). Технічний облік утворює інформаційну базу для виконання функцій поточного управління, планерування, нормування і аналізу електровжитку [1]. Ведення технічного обліку електроенергії на промислових підприємствах дозволяє:- визначити нераціональне використання електроенергії на окремих технологічних ділянках; - вводити економічні чинники, стимулюючі економію електроенергії; - економити енергоресурси і понизити вжиток електроенергії на випуск готової продукції. Завдання технічного обліку відрізняється більшою розмірністю і складністю. Технічний облік здійснюється в даний час лічильниками електричної енергії на рівні розподільних і трансформаторних підстанцій. Ці лічильники не можуть фіксувати електроенергію, безпосередньо витрачену тим або іншим цехом, оскільки кожен цех отримує живлення від декількох ТП (або РП), кожна з яких, у свою чергу, живить декілька цехів. Наприклад, для схеми підприємства, змальованого на малюнку 1.2 електровжиток цеху 2 визначається по лічильнику Ph2. Цех 1 харчується як від ТП1 (лічильник Ph1), так і від ТП2 (різниця свідчень лічильників Ph3 і Ph2). Таким чином, електровжиток цеху 1 можна визначити по формулі Цех 1=ph1+(Ph3-ph2). Лічильник Ph3 найчастіше встановлюється не на ТП, а на ГПП, тобто на живлячому кінці кабелю[3].



Мал. 2 - Облік електроенергії при технічному обліку: ТП - трансформаторна підстанція; Ph - лічильник електроенергії.

Для здійснення розділення обліку електроенергії по цехах і технологічних установках, як правило, необхідні додаткова установка лічильників, здійснення перемикань і впорядкування підстанцій. З розвитком ринкових стосунків, реструктуризацією підприємств, господарським відособленням окремих підрозділів підприємств і появою комерційно самостійних, але зв'язаних загальною схемою енергопостачання виробництв - субабонентів функції технічного і розрахункового обліку поєднуються в рамках однієї системи [2]. Відповідно, АСКОЕ комерційного і технічного обліку можуть бути реалізовані як роздільні системи або як єдина система. Два види обліку, комерційний і технічний, мають свою специфіку. Комерційний облік консервативний, має сталу схему енергопостачання, для нього характерна наявність невеликої кількості точок обліку, по яких потрібна установка приладів підвищеній точності, а Ph1 ТП1 Цех 1 Цех 2 ТП2 Ph2 Ph3 а самі засоби обліку нижнього і середнього рівня АСКОЕ повинні вибиратися з державного реєстру вимірювальних засобів. Крім того, системи комерційного обліку в обов'язковому порядку пломбуються, що обмежує можливості внесення в них яких-небудь оперативних змін з боку персоналу підприємства. Технічний облік, навпаки, динамічний і постійно розвивається, відображаючи змінні вимоги виробництва; для нього характерна велика кількість точок обліку з різними завданнями контролю енергоресурсів, по яких можна встановлювати в цілях економії засобів прилади зниженої точності. Технічний контроль допускає використання приладів, не занесених в Державний реєстр вимірювальних засобів, проте при цьому можуть виникнути проблеми із з'ясуванням причин небаланса даних по вжитку енергоресурсів від систем комерційного і технічного обліку [5]. Відсутність пломбування приладів енергозбутовою організацією дозволяє службі головного енергетика підприємства оперативно вносити зміни в схему технічного контролю енергоресурсів, в уставки первинних вимірювальних приладів відповідно до поточних змін в схемі енергопостачання підприємства і специфіки вирішуваних виробничих завдань. Зважаючи на цю специфіку комерційного і технічного обліку можна оптимізувати вартість створення АСКОЕ і її експлуатації[1].


Завдання систем контролю і обліку електроенергії:

3. Варіанти організації і побудови АСКОЕ

Варіанти організації і побудови АСКОЕ розглянемо на прикладі систем обліку електроенергії.

1. Організація АСКОЕ з проведенням опиту лічильників через оптичний порт[8].

Це найбільш простий варіант організації АСКОЕ. Лічильники не об'єднані між собою. Між лічильниками і центром збору даних немає зв'язку. Всі лічильники опитуються послідовно при обході лічильників оператором. Опит виробляється через оптичний порт за допомогою програми розміщеною на переносному комп'ютері, яка формує файл результатів опиту. На комп'ютері центру збору даних необхідні програмні модулі, що формують файл-завдання на опит і завантажують інформацію в основну базу даних (БД). Синхронізація часу лічильників відбувається в процесі опиту з часом переносного комп'ютера. Синхронізація часу переносного комп'ютера з часом центру збору даних виробляється у момент прийому файлів завдань на опит лічильників. Для максимальної економії засобів на створення АСКОЕ в цьому варіанті роль центру збору даних можна покласти на переносний комп'ютер. Недоліками даного способу організації АСКОЕ є велика трудомісткість збору даних з лічильників і неможливість використання в системі індукційних або електронних лічильників з імпульсним виходом.

Організація АСКОЕ з проведенням опиту лічильників через оптичний порт дозволяє вирішувати наступні завдання:

2. Організація АСКОЕ з проведенням опиту лічильників переносним комп'ютером через перетворювач інтерфейсів, мультиплексор або модем.

Лічильники, об'єднані загальною шиною Rs-485, або по інтерфейсу "струмова петля" на мультиплексор (типу МПР-16), або пристроєм збору і підготовки даних (ПЗПД) можуть матися в своєму розпорядженні в різних розподільних пристроях і опитуватися один або кілька разів в місяць за допомогою програми розміщеною на переносному комп'ютері, яка формує файл результатів опиту. Між лічильниками і центром збору даних немає постійного зв'язку. ПЗПД виконує роль комунікаційного сервера. На комп'ютері центру збору даних необхідні програмні модулі, що формують файл-завдання на опит і завантажують інформацію до основної БД. Синхронізація часу лічильників відбувається в процесі опиту з часом переносного комп'ютера. Синхронізація часу переносного комп'ютера з часом центру збору даних виробляється у момент прийому файлів завдань на опит лічильників. Виділений комп'ютер для центру збору даних в цьому варіанті також може бути відсутнім, його роль може виконувати переносний комп'ютер.

Організація АСКОЕ з проведенням опиту лічильників переносним комп'ютером через перетворювач інтерфейсів, мультиплексор або модем дозволяє вирішувати наступні завдання:

3. Організація АСКОЕ з проведенням автоматичного опиту лічильників локальним центром збору і обробки даних.

Лічильники постійно пов'язані з центром збору даних прямими каналами зв'язку і опитуються відповідно до заданого розкладу опиту. Первинна інформація з лічильників записується в БД. Синхронізація часу лічильників відбувається в процесі опиту з часом комп'ютера центру збору даних. Як комп'ютер центру збору даних використовується локальна ПЕВМ. На ній же відбувається обробка даних і ведення БД. Залежно від кількості користувачів, кількості лічильників і інтервалів їх профілю, кваліфікації користувачів, складнощі математичної обробки і так далі локальна БД може функціонувати або під MS Access, або під СУБД Oracle8.X. Збір даних в БД відбувається періодично із заданими інтервалами.

Організація АСКОЕ з проведенням автоматичного опиту лічильників локальним центром збору і обробки даних дозволяє вирішувати наступні завдання:

4. Організація багаторівневої АСКОЕ для територіально розподіленого середнього і крупного підприємства або енергосистеми.

Основна частина лічильників постійно пов'язана з центрами збору даних першого рівня прямими каналами зв'язку і опитується відповідно до заданого розкладу опиту, як в третьому способі організації АСКОЕ. Між деякими лічильниками і центром збору даних першого рівня може не бути постійного зв'язку, вони можуть опитуватися за допомогою переносного комп'ютера, як в другому способі організації АСКОЕ. Первинна інформація з лічильників записується в БД центрів збору даних першого рівня, на них же відбувається обробка даних. У центрах збору даних другого рівня здійснюється додаткова агрегація і структуризація інформації, запис її в БД центрів збору даних другого рівня.

Центри збору даних, як правило, виконують лише функції збору і обробки даних, Арми користувачів підключаються до них по локальній мережі. При невеликій кількості лічильників на об'єкті центр збору даних першого рівня може виконувати функції Арма[9].

Центри збору даних 1-го рівня пов'язані з центрами збору даних 2-го рівня каналами зв'язку. Канали зв'язку можуть бути виділеними, комутованими, прямим з'єднанням по локальній мережі. Сервер збору даних центру збору даних 2-го рівня автоматично запрошує необхідну інформацію з БД центрів збору даних 1-го рівня відповідно до встановленого розкладу. Організація багаторівневої АСКОЕ для територіально розподіленого середнього і крупного підприємства або енергосистеми дозволяє вирішувати наступні завдання:


Однорідна система

При створенні АСКОЕ для реалізації елементів різних рівнів системи можна використовувати різні технічні рішення від різних постачальників. За рахунок цього можна мінімізувати вартість елементів створюваної системи. Проте, найбільш переважним є використання технічних рішень, які дозволяють будувати АСКОЕ як однорідну систему, тобто встановити в кожному об'єкті обліку однакове програмне забезпечення, що базується на однорідних апаратних засобах. Це дає можливість поетапної автоматизації бізнес-процесів, зв'язаних з врахуванням електроенергії і контролем її параметрів, можливість поетапної побудови АСКОЕ і введення її в промислову експлуатацію, зменшує вартість пусконаладки системи, оскільки програмне забезпечення починає працювати відразу і відразу надає необхідну інформацію, зменшує вартість експлуатації АСКОЕ. У міру зростання системи, реалізації зв'язку між центрами збору даних, вони гарантовано включаються в єдиний технологічний процес.

4. Розрахунок показників зниження комерційних втрат електроенергії при впровадженні автоматизованої інформаційно-вимірювальної системи комерційного обліку електроенергії АСКОЕ.

Зниження комерційної складової втрат електроенергії, обумовлене контролем безвідмовної роботи приладів обліку електричної енергії, в розрахунковому місяці визначається по формулі[9]:

де - об'єм електричної енергії, переданий споживачам за розрахунковий період;

– коефіцієнт надійності безвідмовної роботи приладів обліку

– коефіцієнт, узятий з урахуванням того, що час пошуку і відновлення працездатності лічильника;

– вірогідність виходу з буд приладів обліку за розрахунковий місяць

Вірогідність безвідмовної роботи лічильника (вірогідність того, що в межах заданого напрацювання відмова не виникає) на заданому інтервалі T, записується у вигляді:

де t – період, за який визначається вірогідність безвідмовної роботи.

Вірогідність того, що відмова об'єкту станеться за час, що не перевищує заданої величини t, тобто що Т > t, як вірогідність події, протилежної тому при якому , равна:

Залежність між вірогідністю безвідмовної роботи і середнім напрацюванням повністю має вигляд:

где Tср – статистическая средняя наработка до отказа;

t – період роботи лічильника з моменту установки, ч.

Таким чином, вірогідність виходу лічильника з буд визначається по вираженню:

Вірогідність виходу з буд лічильника з буд на інтервалі часу тривалістю t не залежить від часу попередньої праці до початку даного інтервалу, а залежить лише від тривалості часу t[7].

Розрахунок економічного ефекту що досягається за рахунок контролю справності приладів обліку електричної енергії, проводитися для сторонніх споживачів і визначається по вираженню:

при одноставочном тарифі на послуги з передачі електроенергії

при двухставочном тарифі на послуги з передачі електроенергії

де Тпок - середневзважений тариф покупки електроенергії по вузлах в звітному періоді,

Тпер - тариф на вміст електричних мереж в звітному періоді (при одноставочном тарифі),

Спер - ставка на оплату втрат електроенергії в мережах в звітному періоді (при двухставочном тарифі).

Межа відносної похибки вимірювального комплексу (ГИК), що припускається, з якої виключені систематичні погрішності, при довірчій вірогідності 0,95 визначається по вираженню:

схема прямого включення 0,4 кВ.

через трансформатори струму (при напрузі 0,4 кВ)

де di, – межі допустимих значень відносної погрішності, відповідно, трансформаторів струму і трансформаторів напруги %;

dос – межа допустимої основної погрішності індукційного або електронного лічильників %.

Значення допустимої відносної погрішності вимірювального комплексу при установці індукційних і електронних лічильників складе:

для індукційних лічильників

для електронних лічильників

Таким чином, зниження відносної похибки вимірювального комплексу складе для напруги 0,4 кВ:

Значення зниження комерційних втрат, обумовлених погрішностями вимірювального комплексу, для споживачів, одержуючих живлення від мереж напругою 0,4 кВ, складе:

де – сумарний об'єм електричної енергії, переданої стороннім споживачам через трансформаторну підстанцію, по електронних трифазних лічильниках, включених в систему АСЬКУЕ, за розрахунковий місяць, кВт•ч.

Економічний ефект, що досягається за рахунок підвищення достовірності обліку, визначається для сторонніх споживачів і розраховується по вираженню:

при одноставочном тарифі на послуги з передачі електроенергії:

при двухставочном тарифі на послуги з передачі електроенергії

де Тпок - средневзвешенний тариф покупки електроенергії,

Тпер - тариф на вміст електричних мереж в звітному періоді (при одноставочном тарифі),

Спер - ставка на оплату втрат електроенергії в мережах в звітному періоді (при двухставочном тарифі).

Зниження комерційних втрат, обумовлених систематичними погрішностями із-за наднормативних термінів служби індукційних лічильників.

Втрати електроенергії із-за систематичних погрішностей, обумовлених наднормативними термінами служби, визначаються по вираженню:

де – – коефіцієнти для однофазних і трифазних лічильників відповідно;

– погрішність однофазних і трифазних лічильників;

– відповідно, сумарний місячний об'єм електричної енергії, переданої стороннім споживачам по трансформаторній підстанції, по однофазних і трифазних лічильниках, кВт*ч.

У випадку якщо немає статистичних даних по термінах служби лічильників, встановлених до впровадження АСКУЕ, значення коефіцієнтів до приймаються усередненими[6].

Економічний ефект, що досягається за рахунок зниження втрат електроенергії із-за систематичних погрішностей, обумовлених наднормативними термінами експлуатації приладів обліку, визначається для сторонніх споживачів і розраховується по вираженню:

при одноставочном тарифі на послуги з передачі електроенергії

при двухставочном тарифі на послуги з передачі електроенергії

де Тпок - середнєзважений тариф покупки електроенергії по залізничних вузлах в звітному періоді,

Тпер - тариф на вміст електричних мереж в звітному періоді (при одноставочном тарифі),

Спер - ставка на оплату втрат електроенергії в мережах в звітному періоді (при двухставочном тарифі).


Висновки

Постійне дорожчання енергоресурсів вимагає від промислових підприємств розробки і впровадження комплексу заходів щодо енергозбереження, що включають суворий контроль постачання/вжитку всіх видів енергоресурсів, обмеження і зниження їх долі в собівартості продукції. Сучасна АСЬКУЕ є вимірювальним інструментом, що дозволяє економічно обгрунтовано розробляти, здійснювати комплекс заходів щодо енергозбереження, своєчасно його коректувати, забезпечуючи динамічну оптимізацію витрат на енергоресурси в умовах економічного середовища, що змінюється, т.ч. АСЬКУЕ є основою системи енергозбереження промислових підприємств. Перший і найнеобхідніший крок в цьому напрямі, який треба зробити вже сьогодні, - це упровадити автоматизований облік енергоресурсів, що дозволяє враховувати і контролювати параметри всіх енергоносіїв за всією структурною ієрархією підприємства з доведенням цього контролю до кожного робочого місця. Завдяки цьому будуть зведені до мінімуму виробничі і невиробничі витрати на енергоресурси, це дозволить вирішувати спірні питання між постачальником і споживачем енергоресурсів не вольовими, директивними заходами, а об'єктивно на підставі об'єктивного автоматизованого обліку.

Список джерел

1. Системи АСКОЕ: Навчальний посібник / А. Н. Ожегов. - Кіров: Изд-во ВятГУ, 2006, - 102 с. https://www.studmed.ru/ozhegov-an-sistemy-askue_78a99efff6b.html

2. Белолипецкий, С.А. Основи практичної експлуатації будівель: підручник / С.А. Белолипецкий. - Москва: Проспект, 2017. - 158 с. http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=469665.

3. Портал магістрів ДонНТУ: http://masters.donntu.ru/.

4. Енергозберігаючі технології в промисловості: навч. посібник / А.М. Афонін, Ю.Н. Царегородцев, А.М. Петрова, С.А. Петрова. - 2-е вид. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2017. - 271 с. http://znanium.com/bookread2.php?book=882814&spec=1

5. Поновлювані джерела енергії: навчальний посібник Удалов С. Н. НГТУ 2014 р 459 сторінок. https://elibrary.nstu.ru/catalog/authors/

6. ППЕ-6. Облік електроенергії: http://rza.org.ua/pue/read/Glava-1-5--PUE-6--UCHET-ELEKTROENERGII-_5.html

7. Схеми включення лічильників електричної енергії: проїзводственно-практ посібник / В.А.Рощин. - 3-е видавництво, Вид-во НЦ ЕНАС, 2007. - 117 с. https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=430452

8. Видавництво СібАК [Електронний ресурс] - Режим доступу: http://sibac.info.

9. Розрахунок показників зниження комерційних втрат електроенергії: https://www.goodstudents.ru



Резюме Біографія