Правила приборного учета электроэнергии.Глобальный проект белорусских энергетиков
Автор: А. Гуртовцев
Источник: Информационно-справочное издание «Новости электротехники»
Автор: А. Гуртовцев
Источник: Информационно-справочное издание «Новости электротехники»
Семьдесят лет приборный учет электроэнергии развивался в СССР, а потом и в СНГ, на основе массового применения однофазных и трехфазных однотарифных индукционных электросчетчиков и методов локального визуального съема их показаний с ручной обработкой результатов учета. В 70-х годах прошлого столетия, с появлением двухставочных тарифов, введенных с целью регулирования графиков потребителей в часы пика энергосистемы экономическими стимулами, стали возникать первые автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ). Индукционные электросчетчики не позволяли регистрировать, в силу своей примитивной конструкции и монофункциональности, максимумы мощностей нагрузки потребителей. Поэтому основным направлением развития АСКУЭ на протяжении последних тридцати лет стал метод оснащения индукционных счетчиков датчиками импульсов с дистанционным съемом и автоматической обработкой импульсных приращений энергии счетчиков-датчиков на вторичных средствах учета – сумматорах или других специализированных вычислительных системах. В этом направлении были разработаны и освоены в серийном производстве десятки типов различных систем, а производство средств АСКУЭ с числоимпульсным сбором данных учета стало самостоятельной отраслью техники. В начале 70-х годов прошлого столетия в Европе появились первые электронные электросчетчики, которые, в отличие от индукционных, имели «встроенный интеллект» для реализации более сложных функций, чем простой накопительный учет электроэнергии. Почти одновременно с этим событием в США появились первые микропроцессоры [1].
Но потребовалось еще более двадцати лет для того, чтобы микропроцессорная технология, объединившись с методами измерения электроэнергии, привела к появлению многофункциональных программируемых электронных электросчетчиков массового применения. Такие счетчики появились в СНГ в начале 90-х годов прошлого столетия как продукты западных технологий, но довольно скоро началось их производство на российских заводах. В 1994 году первые серийные электронные двухтарифные однофазные счетчики были выпущены ФГУП «Нижегородский завод имени М.В. Фрунзе», а в 1996 году к производству электронных двухтарифных трехфазных счетчиков приступил ставропольский концерн «Энергомера». Первый белорусский однофазный электронный счетчик был выпущен Витебским заводом электроизмерительных приборов в 1999 году, а первый электронный трехфазный счетчик – минским частным предприятием «Гран Система-С» в 2001 году.
Появление на рынке средств приборного учета электроэнергии различных однофазных и трехфазных многотарифных электронных счетчиков поставило перед разработчиками АСКУЭ дилемму: идти дальше привычным путем создания систем с дистанционным числоимпульсным сбором данных учета от индукционных счетчиков-датчиков или электронных счетчиков с телеметрическими выходами либо перейти на новые принципы организации учета электроэнергии, выбрать которые позволяют современные электронные счетчики?
К важным свойствам электронных счетчиков, оказывающим влияние на формирование новых принципов создания АСКУЭ, можно отнести:
• «интеллект», или многофункциональность, позволяющую объединить в одном счетчике учет как активной, так и реактивной энергии, причем сразу в двух направлениях, измерение показателей качества электроэнергии, фиксацию различных событий и другие функции;
• «чувство времени», или встроенные часы и календарь, дающие возможность синхронизировать данные учета счетчика с данными учета других счетчиков, работающих в АСКУЭ;
• «память», или запоминающее устройство, позволяющее длительно хранить информацию в базе данных счетчика за различные интервалы времени и использовать эту базу в качестве единственного аттестованного источника измерений и учета для поставки информации различным ее пользователям.
Полное использование этих открывшихся возможностей становилось доступным только при отказе от принципа числоимпульсного сбора данных, на основе которого в странах СНГ, и прежде всего в России, уже были реализованы в энергосистемах и на промышленных предприятиях тысячи АСКУЭ, и переходе к принципу сбора данных по цифровым интерфейсам.
Только цифровой интерфейс с соответствующим протоколом обмена позволяет адресоваться к той или иной разнородной информации внутри счетчика, в полной мере использовать все его возможности. И, кроме того, существенно повысить достоверность дистанционного приема данных учета на верхних уровнях АСКУЭ (ведь при любых ошибках в каналах связи появляется возможность повторных запросов информации из базы данных счетчика).
Переход к новым принципам приборного учета электроэнергии связан был в первую очередь с психологической ломкой устоявшихся стереотипов и решений. Мне самому, как многолетнему разработчику одних из первых в СССР микропроцессорных автоматизированных систем энергоучета (системы ИИСЭ3 и ИИСЭ4 серийно выпускались в тысячах экземпляров с 1984 по 1992 гг. на Вильнюсском заводе электроизмерительной техники) и апологету систем с числоимпульсным сбором данных, было непросто поставить крест на своих прошлых воззрениях и осмыслить другие пути развития АСКУЭ.
Одна из первых статей на эту тему, в которой были ясно провозглашены новые принципы создания АСКУЭ, была опубликована в журнале «Новости Электротехники» [2]. Мне известно, что и многим российским изготовителям АСКУЭ было не просто отказаться от старых подходов и перейти к производству современных систем.
Позднее была разработана «Концепция приборного учета электроэнергии в Республике Беларусь», которая также нашла отражение на страницах журнала [3]. Концепция была готова еще в начале 2003 года, но только на исходе 2004 года удалось преодолеть сопротивление оппонентов в республике в лице Министерства промышленности. Чиновники министерства и руководители ряда приборостроительных заводов оказались не готовы к восприятию иных принципов энергоучета и созданию приборов учета в соответствии с Концепцией. И всё же новое, вопреки сопротивлению сторонников отживающих технологий, прокладывает свой путь в будущее.
Белорусский рынок средств приборов учета электроэнергии, впрочем, как и российский, насчитывает сотни наименований различных изделий десятков изготовителей из разных стран. Каждый изготовитель стремится продвинуть свою продукцию, сделанную под собственные возможности и некоторый набор общих требований, включая и требования определенных стандартов. Если у того, кто приобретает средства учета, нет собственной политики и четких правил приборного учета электроэнергии, то он становится марионеткой в руках изготовителей и их представителей, приобретая и используя не то, что надо, а то, что дают. В результате эффект от энергоучета, на который потрачены значительные инвестиции, становится призрачным. В Беларуси, в соответствии с Концепцией, планируется потратить на создание современного энергоучета около пятисот миллионов долларов, и эти деньги должны дать запланированный эффект.
Для оценки качества приборов учета и средств АСКУЭ, предлагаемых в республике отечественными и зарубежными поставщиками, были проведены испытания трансформаторов тока [4], электронных однофазных и трехфазных электросчетчиков (мы планируем опубликовать эту информацию в ближайших номерах. – Ред.), а также смонтированы и испытаны на реальных жилых объектах семь АСКУЭ-быт различных видов и производителей.
Эксперименты и испытания показали, что ни один счетчик и ни одна АСКУЭ в полном объеме не соответствуют требованиям белорусских энергетиков. К каждому изделию имеются определенные претензии.
Но чтобы выявить несоответствия, надо было предварительно сформировать и утвердить то, что надо, – систему требований к счетчикам и к АСКУЭ в целом. Такие временные отраслевые требования были сформулированы для АСКУЭ четырех видов:
• национальной (учет межгосударственных, межсистемных перетоков и генерации);
• региональных (областные энергосистемы);
• промышленных предприятий;
• АСКУЭ-быт.
Сформированные требования позволили влиять на изготовителей средств учета, требуя от их изделий определенного набора свойств. Одним из механизмов такого влияния выступает отраслевой реестр средств учета, в который включаются только те средства, которые соответствуют отраслевым требованиям и прошли испытания в отраслевом испытательном центре или на экспериментальных объектах учета. Принципы, Концепция и Требования стали прелюдией к разработке «Правил приборного учета электроэнергии в Республике Беларусь». Правила призваны стать тем единственным документом, который должен определять стратегию и тактику приборного учета электроэнергии на будущие десятилетия при любых реструктуризациях энергосистемы и для любых групп потребителей.
Они должны иметь в своей основе такие положения, которые не устареют, по крайней мере, в течение ближайших 10–20 лет. Для этого Правила должны ориентироваться на самые современные принципы учета электроэнергии, а также предугадать возможный прогресс в технике энергоучета будущего. В этом плане Правила следует рассматривать как идеал и магистральный путь развития приборного учета электроэнергии, а не как фиксацию существующего неудовлетворительного положения вещей в этом секторе электроэнергетики. Такой подход требует осторожного ввода Правил в действие, ибо в одночасье могут стать нелегитимными почти все существующие коммерческие учеты.
Правила создавались в условиях определенных умолчаний и предпосылок. Некоторые из правил рассматриваются ниже.
Одна из первых идей, которая фиксируется в разделе «Общие положения и требования» Правил – это идея электроэнергии как товара, а не некоего бесплатного и жизненно необходимого ресурса, подобного воздуху для дыхания.
Возможно, эту мысль и не следовало бы проводить в Правилах, но в Беларуси нет пока другого документа (за исключением Концепции), где это положение четко фиксировалось бы. Косвенно электроэнергия как товар подразумевается в Гражданском и Таможенном кодексах. Закон «Об электроэнергетике», в котором следовало бы дать соответствующее определение, находится только в стадии разработки. Между тем вся стратегия Правил исходит из того, что такой дорогой и высоколиквидный товар, как электроэнергия, подлежит тщательному контролю и учету по всей технологической и экономической цепи его оборота .
Следующий вопрос, встающий перед разработчиками Правил, – это вопрос о том, какая электроэнергия является товаром: активная, реактивная или полная? Наши исторические традиции энергоучета рассматривают как товар только активную энергию, поскольку именно она превращается в другие полезные формы энергии в электроприемниках потребителей. Реактивная энергия всегда рассматривалась как побочный, мешающий фактор – за ее генерацию или компенсацию в свое время в СССР полагались надбавки и скидки к цене активной энергии. Жаркие споры об этом продолжаются до сих пор.
Но для энергосистемы реактивная энергия всегда была и остается неустранимым атрибутом технологического оборота электроэнергии, влияющим на его экономическую эффективность. Поэтому логично было бы ставить вопрос о товаре для полной энергии, рассматривая в калькуляции этого товара реактивную составляющую всего лишь как стоимость упаковки товара. При таком выборе пришлось бы везде устанавливать для учета электроэнергии достаточно дорогие счетчики полной энергии (в Беларуси надо установить около 4 млн счетчиков, а в России – более 50 млн шт.). В Правилах выбран традиционный путь учета активной энергии во всех точках учета и реактивной энергии в избранных точках. Не исключено, что в будущем всё же придется перейти на учет как товара полной энергии.
Традиционно в приборном электроучете главным и единственным средством учета считался электросчетчик. Принципиальная особенность новых Правил – это системное и глобальное проведение идеи автоматизированного учета электроэнергии, в рамках которого счетчик теряет свою автономность и становится только элементом соответствующей АСКУЭ. Важным, но только элементом. Помимо счетчиков как первичных средств учета электроэнергии (к этим средствам относятся также масштабные преобразователи – измерительные трансформаторы тока и напряжения), в АСКУЭ появляются вторичные средства учета – специализированные (например, устройства сбора и передачи данных – УСПД) и универсальные (компьютеры и компьютерные сети с соответствующим программным обеспечением АСКУЭ).
Интеграция всех указанных средств в единую систему учета осуществляется с применением тех или иных каналов связи. Для различных субъектов электроэнергетики и потребителей электроэнергии в Правилах формулируются типовые требования к соответствующим АСКУЭ. В частности, среди общих требований к системам учета предложены такие, как: «Технические решения создаваемых АСКУЭ энергообъектов или субъектов учета должны удовлетворять следующим принципам: а) модульность, б) унификация, в) масштабируемость по точкам и структурам учета, г) использование серийных интерфейсов и открытых протоколов, д) использование серийных технических средств, е) использование методов цифровой обработки».
Другая особенность новых Правил – это масштабное проведение идеи применения в качестве расчетного счетчика электронного счетчика с цифровым интерфейсом и стандартизированным открытым протоколом обмена данными по этому интерфейсу.
Правила ставят запрет на использование для коммерческого учета систем с числоимпульсным сбором данных, оставляя для них место только в техническом учете, причем с определенными оговорками. На сегодняшний день вопрос унификации протоколов цифровых интерфейсов счетчиков различных изготовителей приобретает, под углом зрения новых Правил, особую актуальность: «Электронные счетчики должны иметь открытые стандартные (или фирменные) протоколы обмена данными по всем своим цифровым интерфейсам с полным и непротиворечивым, позволяющим специалистам реализовать эти протоколы, описанием на государственном языке Республики Беларусь. Протоколы должны быть представлены при заявлении счетчика на сертификацию и внесение в Госреестр и храниться в государственном органе метрологического контроля и надзора. Условия предоставления описаний протоколов и их версий субъектам электроэнергетики республики и их дальнейшее использование этими субъектами оговариваются в отдельном договоре между владельцем протокола и соответствующим хозяйствующим субъектом. Не допускается сертификация и применение счетчиков с закрытыми фирменными протоколами или протоколами, представленными в описательной текстовой части на иностранном языке».
Пока, к сожалению, каждый изготовитель разрабатывает собственный протокол, что для потребителей их продукции создает проблемы интеграции различных счетчиков в рамках создаваемых АСКУЭ. Однако техническое переоснащение – вопрос не одного дня, поэтому в Правилах оговорено, что «действующий, исторически сложившийся в республике коммерческий учет электроэнергии и мощности на базе индукционных электросчетчиков, а также АСКУЭ с импульсным сбором данных учета подлежит в течение ряда лет массовой замене на новый учет, основанный на современных информационных технологиях. Такой переход требует значительных средств, времени и регламентируется соответствующими разрабатываемыми нормативно-правовыми документами. На время переходного периода допускается использование индукционных счетчиков в действующем коммерческом учете на основании соглашений сторон, участвующих в коммерческом обороте электроэнергии по конкретным энергообъектам. Указанные соглашения должны дополнительно предусматривать конкретные сроки замены устаревшего учета новым в соответствии с требованиями настоящих Правил. На время переходного периода допускается по соглашению сторон, участвующих в коммерческом обороте электроэнергии по конкретным энергообъектам, использовать средства учета с согласованными отклонениями от требований, предъявляемых настоящими Правилами».
Следующий принципиальный момент в новых Правилах – использование принципа баланса по электроэнергии и мощности для каждого объекта и субъекта учета. В старых правилах и инструкциях тоже говорилось о необходимости расчета балансов, но там отсутствовали средства для реализации этой идеи. Только АСКУЭ с оперативным дистанционным сбором и автоматической обработкой результатов этого сбора способна эффективно решать задачи баланса, определения небаланса и выявления потерь электроэнергии.
Для достоверного и оперативного решения балансных задач надо свести к минимуму применение старых расчетных методов, основанных на статистике, и, наоборот, развить методы расчета баланса, основанные на прямых измерениях в рамках АСКУЭ. В Правилах предлагается иерархический подход к составлению балансов и выявлению потерь по субъектам и объектам учета, использующий, в частности, привлечение для этих целей данных технического учета.
Важнейший аспект массового применения АСКУЭ заключается в непрерывном контроле работоспособности и достоверности учета всех первичных и вторичных средств учета. В рамках такого контроля гарантируется своевременное обнаружение неисправностей и сбоев в оборудовании учета, выявление неблагоприятных и несанкционированных внешних воздействий на средства учета, что в конечном итоге обеспечивает высокую достоверность приборного учета электроэнергии и устойчивость энергосистемы к хищениям электроэнергии.
Так, в числе дополнительных требований к однофазным измерительным ТТ коммерческого учета, устанавливаемым в электросетях напряжением 0,4 кВ, есть следующие: «Конструкция трансформаторов должна предусматривать защиту от хищения электроэнергии путем исключения возможности замены таблички (данных) и разборки трансформаторов без повреждения их корпусов, защитных деталей и пломб. После монтажа трансформаторов и их пломбирования должен быть исключен доступ к контактам вторичной обмотки, а также должна быть обеспечена возможность пломбировки каждого трансформатора двумя независимыми пломбами. Трансформатор должен иметь пломбируемый контакт цепи напряжения, имеющий (после пломбирования) неразъемное соединение с первичной шиной. Рекомендуется использовать трансформаторы с сердечником из нанокристаллических сплавов (взамен трансформаторов с сердечниками из электротехнической стали) в целях повышения их точности, устойчивости к намагничиванию постоянным током и сохранения магнитных характеристик сердечников на весь срок их службы».
Принципиально новым в Правилах являются комплексные и жесткие метрологические требования ко всем средствам учета, начиная с измерительных трансформаторов и оканчивая программным обеспечением АСКУЭ. Например, измерительные трансформаторы напряжения, используемые для коммерческого и технического учета, должны иметь класс точности не ниже 0,5 (в отдельных случаях, рассматриваемых в Правилах, для коммерческого учета должны использоваться измерительные трансформаторы напряжения с классом точности 0,2). Измерительные трансформаторы тока для коммерческого учета должны иметь класс точности не ниже 0,5S, а в отдельных случаях – 0,2S. Для измерительных ТТ, применяемых для технического учета в тех точках, в которых данные учета не используются для балансной оценки достоверности данных коммерческого учета по энергообъекту, допустим класс точности не ниже 0,5.
Метрологические требования к средствам учета дифференцируются в зависимости от значения точки учета, уровня напряжения и величины годового перетока.
В Правилах введено отличие точки измерения от точки учета, которое в российских документах пока не проводится: «Точка измерения электроэнергии – физическая точка электроустановки, в которой производится прямое измерение параметров электроэнергии и которая совпадает с точкой подключения первичных цепей трансформатора тока, напряжения и/или измерительных цепей электросчетчика.
Точка коммерческого учета электроэнергии – точка электроустановки, в частности, линии электропередачи, выбранная на ее пересечении с границей балансовой принадлежности электросети или совпадающая с точкой поставки электроэнергии.
Точка поставки электроэнергии – физическая точка электросети, в которую происходит поставка электроэнергии одним субъектом рынка другому и которая зафиксирована в соответствующем договоре поставки.
Точка учета электроэнергии – точка электроустановки, выбранная для технического или расчетного учета. Точка учета может не совпадать с точкой измерения».
В тех случаях, когда точка измерения не совпадает с точкой учета, Правилами рекомендовано «устанавливать, по соглашению сторон, в точках измерения расчетные счетчики с функциями коррекции показаний учета по расчетным характеристикам участков линий, создающих соответствующие потери электроэнергии.
Процент потерь электроэнергии в сетях на участке линии электропередачи между точкой измерения и точкой учета электроэнергии при отсутствии расчетного счетчика с функциями расчета потерь допускается определять расчетным путем энергоснабжающей организации совместно с потребителем и указывать в договоре на пользование электроэнергией или в другом аналогичном документе».
Важным моментом в создании АСКУЭ, рассматриваемых в Правилах, является обеспечение комплексной защиты средств учета и коммерческой информации от несанкционированного доступа. Задачи защиты должны последовательно решаться как на уровне каждого отдельного средства учета, так и на уровне их связей, включая соответствующие защиты каналов связи и программного обеспечения АСКУЭ.
Например, защита информации в программном комплексе верхнего уровня АСКУЭ коммерческого учета должна соответствовать требованиям стандартов СТБ 34.101.1–СТБ 34.101.3. А в многоквартирных жилых домах рекомендуется в качестве каналов связи нижнего уровня (от счетчиков к УСПД) использовать готовую общедомовую питающую электрическую сеть напряжением 0,4 кВ. Такое решение позволяет обеспечить защиту канала связи от умышленных механических и других повреждений и снизить затраты на информационные коммуникации. В определенных ситуациях Правила «считают недопустимым по соображениям безопасности использование» публичной сотовой связи или публичного интернета. Скажем, в таком случае, как доступ региональных операторов коммерческого учета с верхнего уровня АСКУЭ к данным АСКУЭ нижнего уровня соответствующих субъектов розничного рынка электроэнергии, он должен производиться по интернет-технологиям с использованием IP-адресов в рамках интранет-сети коммерческого учета оптового рынка электроэнергии
Правила впервые интегрируют энергоучет с современными информационными технологиями. В энергетику приходят новые сложные понятия из области вычислительной техники, техники связи и программирования, проникают новые экономические термины (тарифные системы и т.д.). Энергоучет становится смежной дисциплиной, синтезирующей различные области знаний и техники. Поэтому Правила содержат развернутый словарь необходимых терминов и определений из всех указанных дисциплин.
Новые «Правила приборного учета электроэнергии в Республике Беларусь», заимствуя некоторые положения из прежних белорусских и российских инструкций и правил, представляют собой тем не менее документ качественно иного содержания и формы.
Проект этого документа вызвал в республике неоднозначную реакцию, прошел уже три редакции, но в силу своей новизны и большого объема требует дальнейшего совершенствования. Он открыт для конструктивной критики, предложений и замечаний, которые можно направлять как в адрес редакции, так и в адрес разработчиков: beltei@rambler.ru. Не исключено, что данный проект может стать основой не только белорусских, но и новых российских «Правил приборного учета электроэнергии».