ДонНТУ Портал магистров

Куницкий Александр Игоревич

Электротехнический факультет

Кафедра "Электроснабжение промышленных предприятий и городов"

Специальность "Электроснабжение и энергосбережение"

Модернизация электроснабжения поверхностного комплекса шахты с учетом внедрения АСКУЭ

Научный руководитель: декан Шлепнёв Сергей Владимирович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчёт о поиске Индивидуальный раздел


Реферат по теме выпускной работы



Введение

Решение проблем энергоучета на предприятии требует создания автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), в структуре которых в общем случае можно выделить четыре уровня [1]:

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;

Все уровни АСКУЭ связаны между собой каналами связи. Для связи уровней ПИП и УСПД или центров сбора данных, как правило, используется прямое соединение по стандартным интерфейсам (типа RS-485, ИРПС и т.п.). УСПД с центрами сбора данных 3-го уровня, центры сбора данных 3-го и 4-го уровней могут быть соединены по выделенными, коммутируемыми каналам связи или по локальной сети.


1. Цели создания и виды АСКУЭ

Задачи АСКУЭ:

Основные принципы технических решений при создании АСКУЭ:



Рисунок 1.1 - Устройства сбора и передачи данных



2. Коммерческие и технические АСКУЭ

По назначению АСКУЭ предприятия подразделяют на системы коммерческого и технического учета. Коммерческим, или расчетным, учетом называют учет поставки/потребления энергии предприятием для денежного расчета за нее (соответственно приборы для коммерческого учета называют коммерческими, или расчетными). Техническим, или контрольным, учетом называют учет для контроля процесса поставки/потребления энергии внутри предприятия по его подразделениям и объектам (соответственно используются приборы технического учета). Технический учет образует информационную базу для исполнения функций текущего управления, планирования, нормирования и анализа электропотребления[1]. Ведение технического учета электроэнергии на промышленных предприятиях позволяет: - определить нерациональное использование электроэнергии на отдельных технологических участках; - вводить экономические факторы, стимулирующие экономию электроэнергии; - экономить энергоресурсы и снизить потребление электроэнергии на выпуск готовой продукции. Задача технического учета отличается большей размерностью и сложностью. Технический учет осуществляется в настоящее время счетчиками электрической энергии на уровне распределительных и трансформаторных подстанций. Эти счетчики не могут фиксировать электроэнергию, непосредственно израсходованную тем или иным цехом, так как каждый цех получает питание от нескольких ТП (или РП), каждая из которых, в свою очередь, питает несколько цехов. Например, для схемы предприятия, изображенного на рисунке 1.2 электропотребление цеха 2 определяется по счетчику PI2. Цех 1 питается как от ТП1 (счетчик PI1), так и от ТП2 (разность показаний счетчиков PI3 и PI2). Таким образом, электропотребление цеха 1 можно определить по формуле Цех 1=PI1+(PI3-PI2). Счетчик PI3 чаще всего устанавливается не на ТП, а на ГПП, т.е. на питающем конце кабеля[3].



Рисунок 2.1 - Учет электроэнергии при техническом учете: ТП - трансформаторная подстанция; PI - счетчик электроэнергии.


Для осуществления разделения учета электроэнергии по цехам и технологическим установкам, как правило, необходимы дополнительная установка счетчиков, осуществление переклиючений и упорядочение подстанций. С развитием рыночных отношений, реструктуризацией предприятий, хозяйственным обособлением отдельных подразделений предприятий и появлением коммерчески самостоятельных, но связанных общей схемой энергоснабжения производств - субабонентов функции технического и расчетного учета совмещаются в рамках одной системы[2]. Соответственно, АСКУЭ коммерческого и технического учета могут быть реализованы как раздельные системы или как единая система. Два вида учета, коммерческий и технический, имеют свою специфику. Коммерческий учет консервативен, имеет устоявшуюся схему энергоснабжения, для него характерно наличие небольшого количества точек учета, по которым требуется установка приборов повышенной точности, а PI1 ТП1 Цех 1 Цех 2 ТП2 PI2 PI3 а сами средства учета нижнего и среднего уровня АСКУЭ должны выбираться из государственного реестра измерительных средств. Кроме того, системы коммерческого учета в обязательном порядке пломбируются, что ограничивает возможности внесения в них каких-либо оперативных изменений со стороны персонала предприятия. Технический учет, наоборот, динамичен и постоянно развивается, отражая меняющиеся требования производства; для него характерно большое количество точек учета с разными задачами контроля энергоресурсов, по которым можно устанавливать в целях экономии средств приборы пониженной точности. Технический контроль допускает использование приборов, не занесенных в Государственный реестр измерительных средств, однако при этом могут возникнуть проблемы с выяснением причин небаланса данных по потреблению энергоресурсов от систем коммерческого и технического учета[5]. Отсутствие пломбирования приборов энергосбытовой организацией позволяет службе главного энергетика предприятия оперативно вносить изменения в схему технического контроля энергоресурсов, в уставки первичных измерительных приборов в соответствии с текущими изменениями в схеме энергоснабжения предприятия и спецификой решаемых производственных задач. Учитывая эту специфику коммерческого и технического учета можно оптимизировать стоимость создания АСКУЭ и ее эксплуатации[1].


Задачи систем контроля и учета электроэнергии:

3. Варианты организации и построения АСКУЭ

Варианты организации и построения АСКУЭ рассмотрим на примере систем учета электроэнергии.

1. Организация АСКУЭ с проведением опроса счетчиков через оптический порт [8].

Это наиболее простой вариант организации АСКУЭ. Счетчики не объединены между собой. Между счетчиками и центром сбора данных нет связи. Все счетчики опрашиваются последовательно при обходе счетчиков оператором. Опрос производится через оптический порт с помощью программы размещенной на переносном компьютере, которая формирует файл результатов опроса. На компьютере центра сбора данных необходимы программные модули, формирующие файл-задание на опрос и загружающие информацию в основную базу данных (БД). Синхронизация времени счетчиков происходит в процессе опроса со временем переносного компьютера. Синхронизация времени переносного компьютера со временем центра сбора данных производится в момент приема файлов заданий на опрос счетчиков. Для максимальной экономии средств на создание АСКУЭ в этом варианте роль центра сбора данных можно возложить на переносной компьютер. Недостатками данного способа организации АСКУЭ является большая трудоемкость сбора данных со счетчиков и невозможность использования в системе индукционных или электронных счетчиков с импульсным выходом.

Организация АСКУЭ с проведением опроса счетчиков через оптический порт позволяет решать следующие задачи:

2. Организация АСКУЭ с проведением опроса счетчиков переносным компьютером через преобразователь интерфейсов, мультиплексор или модем.

Счетчики, объединенные общей шиной RS-485, или по интерфейсу "токовая петля" на мультиплексор (типа МПР-16), или устройством сбора и подготовки данных (УСПД) могут располагаться в различных распределительных устройствах и опрашиваться один или несколько раз в месяц с помощью программы размещенной на переносном компьютере, которая формирует файл результатов опроса. Между счетчиками и центром сбора данных нет постоянной связи. УСПД выполняет роль коммуникационного сервера. На компьютере центра сбора данных необходимы программные модули, формирующие файл-задание на опрос и загружающие информацию в основную БД. Синхронизация времени счетчиков происходит в процессе опроса со временем переносного компьютера. Синхронизация времени переносного компьютера со временем центра сбора данных производится в момент приема файлов заданий на опрос счетчиков. Выделенный компьютер для центра сбора данных в этом варианте также может отсутствовать, его роль может выполнять переносной компьютер.

Организация АСКУЭ с проведением опроса счетчиков переносным компьютером через преобразователь интерфейсов, мультиплексор или модем позволяет решать следующие задачи:

3. Организация АСКУЭ с проведением автоматического опроса счетчиков локальным центром сбора и обработки данных.

Счетчики постоянно связаны с центром сбора данных прямыми каналами связи и опрашиваются в соответствии с заданным расписанием опроса. Первичная информация со счетчиков записывается в БД. Синхронизация времени счетчиков происходит в процессе опроса со временем компьютера центра сбора данных. В качестве компьютера центра сбора данных используется локальная ПЭВМ. На ней же происходит обработка данных и ведение БД. В зависимости от количества пользователей, количества счетчиков и интервалов их профиля, квалификации пользователей, сложности математической обработки и т.д. локальная БД может функционировать либо под MS Access, либо под СУБД ORACLE8.X. Сбор данных в БД происходит периодически с заданными интервалами.

Организация АСКУЭ с проведением автоматического опроса счетчиков локальным центром сбора и обработки данных позволяет решать следующие задачи:

4. Организация многоуровневой АСКУЭ для территориально распределенного среднего и крупного предприятия или энергосистемы.

Основная часть счетчиков постоянно связана с центрами сбора данных первого уровня прямыми каналами связи и опрашивается в соответствии с заданным расписанием опроса, как в третьем способе организации АСКУЭ. Между некоторыми счетчиками и центром сбора данных первого уровня может не быть постоянной связи, они могут опрашиваться с помощью переносного компьютера, как во втором способе организации АСКУЭ. Первичная информация со счетчиков записывается в БД центров сбора данных первого уровня, на них же происходит обработка данных. В центрах сбора данных второго уровня осуществляется дополнительное агрегирование и структурирование информации, запись ее в БД центров сбора данных второго уровня.

Центры сбора данных, как правило, выполняют только функции сбора и обработки данных, АРМы пользователей подключаются к ним по локальной сети. При небольшом количестве счетчиков на объекте центр сбора данных первого уровня может выполнять функции АРМа [8].

Центры сбора данных 1-го уровня связаны с центрами сбора данных 2-го уровня каналами связи. Каналы связи могут быть выделенными, коммутируемыми, прямым соединением по локальной сети. Сервер сбора данных центра сбора данных 2-го уровня автоматически запрашивает необходимую информацию из БД центров сбора данных 1-го уровня в соответствии с установленным расписанием. Организация многоуровневой АСКУЭ для территориально распределенного среднего и крупного предприятия или энергосистемы позволяет решать следующие задачи:


4. Расчет показателей снижения коммерческих потерь электроэнергии при внедрении автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии АСКУЭ.

Снижение коммерческой составляющей потерь электроэнергии, обусловленное контролем безотказной работы приборов учета электрической энергии, в расчетном месяце определяется по формуле[9]:

где - объем электрической энергии, переданный потребителям за расчетный период;

– коэффициент надежности безотказной работы приборов учета;

– коэффициент, взятый с учетом, что время поиска и восстановления работоспособности счетчика;

– вероятность выхода из строя приборов учета за расчетный месяц.

Вероятность безотказной работы счетчика (вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ не возникает) на заданном интервале T, записывается в виде:

где t – период, за который определяется вероятность безотказной работы.

Вероятность того, что отказ объекта произойдет за время, не превышающее заданной величины t, т.е. что Т > t, как вероятность события, противоположного тому при котором , равна:

Зависимость между вероятностью безотказной работы и средней наработкой до отказа имеет вид:

где Tст – статистическая средняя наработка до отказа;

t – период работы счетчика с момента установки, ч.

Таким образом, вероятность выхода счетчика из строя определяется по выражению:

Вероятность выхода из строя счетчика из строя на интервале времени длительностью t не зависит от времени предшествующей работы до начала рассматриваемого интервала, а зависит только от длительности времени t [7].

Расчет экономического эффекта достигаемого за счет контроля исправности приборов учета электрической энергии, проводиться для сторонних потребителей и определяется по выражению:

при одноставочном тарифе на услуги по передаче электроэнергии

при двухставочном тарифе на услуги по передаче электроэнергии

где Тпок - средневзвешенный тариф покупки электроэнергии по узлам в отчетном периоде,

Тпер - тариф на содержание электрических сетей в отчетном периоде (при одноставочном тарифе),

Спер - ставка на оплату потерь электроэнергии в сетях в отчетном периоде (при двухставочном тарифе).

Предел допускаемой относительной погрешности измерительного комплекса (ИК), из которой исключены систематические погрешности, при доверительной вероятности 0,95 определяется по выражению:

схема прямого включения 0,4 кВ

через трансформаторы тока (при напряжении 0,4 кВ)

где di, – пределы допустимых значений относительной погрешности, соответственно, трансформаторов тока и трансформаторов напряжения , %;

dос – предел допустимой основной погрешности индукционного или электронного счетчиков, %.

Значения допустимой относительной погрешности измерительного комплекса при установке индукционных и электронных счетчиков составит:

для индукционных счетчиков

для электронных счетчиков

Таким образом, снижение допускаемой относительной погрешности измерительного комплекса составит для напряжения 0,4 кВ :

Значение снижения коммерческих потерь, обусловленных погрешностями измерительного комплекса, для потребителей, получающих питание от сетей напряжением 0,4 кВ, составит:

где – суммарный объем электрической энергии, переданной сторонним потребителям через трансформаторную подстанцию, по электронным трехфазным счетчикам, включенным в систему АСКУЭ, за расчетный месяц, кВт•ч.

Экономический эффект, достигаемый за счет повышения достоверности учета, определяется для сторонних потребителей и рассчитывается по выражению:

при одноставочном тарифе на услуги по передаче электроэнергии

при двухставочном тарифе на услуги по передаче электроэнергии

где Тпок - средневзвешенный тариф покупки электроэнергии,

Тпер - тариф на содержание электрических сетей в отчетном периоде (при одноставочном тарифе),

Спер - ставка на оплату потерь электроэнергии в сетях в отчетном периоде (при двухставочном тарифе).

Снижение коммерческих потерь, обусловленных систематическими погрешностями из-за сверхнормативных сроков службы индукционных счетчиков.

Потери электроэнергии из-за систематических погрешностей, обусловленных сверхнормативными сроками службы, определяются по выражению:

где – коэффициенты для однофазных и трехфазных счетчиков соответственно;

– погрешность однофазных и трехфазных счетчиков;

– соответственно, суммарный месячный объем электрической энергии, переданной сторонним потребителям по трансформаторной подстанции, по однофазным и трехфазным счетчикам, кВт*ч.

В случае если нет статистических данных по срокам службы счетчиков, установленных до внедрения АСКУЭ, значение коэффициентов k принимаются усредненными[6].

Экономический эффект, достигаемый за счет снижения потерь электроэнергии из-за систематических погрешностей, обусловленных сверхнормативными сроками эксплуатации приборов учета, определяется для сторонних потребителей и рассчитывается по выражению:

при одноставочном тарифе на услуги по передаче электроэнергии

при двухставочном тарифе на услуги по передаче электроэнергии

где Тпок - средневзвешенный тариф покупки электроэнергии по железнодорожным узлам в отчетном периоде,

Тпер - тариф на содержание электрических сетей в отчетном периоде (при одноставочном тарифе),

Спер - ставка на оплату потерь электроэнергии в сетях в отчетном периоде (при двухставочном тарифе).


Выводы

Постоянное удорожание энергоресурсов требует от промышленных предприятий разработки и внедрения комплекса мероприятий по энергосбережению, включающих жесткий контроль поставки/потребления всех видов энергоресурсов, ограничение и снижение их доли в себестоимости продукции. Современная АСКУЭ является измерительным инструментом, позволяющим экономически обоснованно разрабатывать, осуществлять комплекс мероприятий по энергосбережению, своевременно его корректировать, обеспечивая динамическую оптимизацию затрат на энергоресурсы в условиях изменяющейся экономической среды, т.о. АСКУЭ является основой системы энергосбережения промышленных предприятий. Первый и самый необходимый шаг в этом направлении, который надо сделать уже сегодня, - это внедрить автоматизированный учет энергоресурсов, позволяющий учитывать и контролировать параметры всех энергоносителей по всей структурной иерархии предприятия с доведением этого контроля до каждого рабочего места. Благодаря этому будут сведены к минимуму производственные и непроизводственные затраты на энергоресурсы, это позволит решать спорные вопросы между поставщиком и потребителем энергоресурсов не волевыми, директивными мерами, а объективно на основании объективного автоматизированного учета.

Список источников

1. Системы АСКУЭ: Учебное пособие / А. Н. Ожегов. - Киров: Изд-во ВятГУ, 2006, - 102 с. https://www.studmed.ru/ozhegov-an-sistemy-askue_78a99efff6b.html.

2. Белолипецкий, С.А. Основы практической эксплуатации зданий : учебник / С.А. Белолипецкий. - Москва : Проспект, 2017. - 158 с. http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=469665.

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

4. Энергосберегающие технологии в промышленности : учеб. пособие / А.М. Афонин, Ю.Н. Царегородцев, А.М. Петрова, С.А. Петрова. — 2-е изд. — М. : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2017. — 271 с. http://znanium.com/bookread2.php?book=882814&spec=1.

5. Возобновляемые источники энергии: учебное пособие Удалов С. Н. НГТУ 2014 г. 459 страниц. https://elibrary.nstu.ru/catalog/authors.

6. ПУЭ-6. Учет электроэнергии: http://rza.org.ua/pue/read/Glava-1-5--PUE-6--UCHET-ELEKTROENERGII-_5.html

7. Схемы включения счетчиков электрической энергии: производственно-практ пособие / В.А.Рощин. - 3-е изд., Изд-во НЦ ЭНАС, 2007. - 117 с. https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=430452.

8. Издательство СибАК [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://sibac.info.

9. Расчет показателей снижения коммерческих потерь электроэнергии: https://www.goodstudents.ru/.



Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчёт о поиске Индивидуальный раздел