Автоматизированная информационно-измерительная система

1. Создание автоматизированной информационно-измерительной системы безопасности электрической энергии как составной части интеллектуальной электроэнергетической системы России Генеральный директор научно-производственного предприятия "ПРОРЫВ"д.т.н., проф. Тухас Вячеслав Анатольевич 1

2. Энергетическая безопасность - состояние защищенности экономики государства и его граждан от угроз надежному обеспечению топливом и электроэнергией; характеризуется тремя главными факторами: • обеспечение экономики достаточным количеством энергоносителей надлежащего качества; (качество электроэнергии) • рациональным использованием энергоресурсов; (энергоэффективность, снижение потерь в энергосистеме за счет увеличения качества электроэнергии) • устойчивостью ТЭК к внешнимтехногенным и природным угрозам. (электромагнитный терроризм и прогноз технического состояния и надежности энергосистемы через показатели качества электроэнергии) • Что объединяет эти факторы?Необходимость организации систематического контроля за состоянием (мониторинг) электрооборудования и энергосистемы в целом. 2

3. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством 3

4. Характерные виды помех в системе электроснабжения в процессе производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии • ПС- подстанции; ЦП – центры питания; ГРЭС – генераторы электростанций; РТП, РП, ТП распределительные трансформаторные подстанции; СК – синхронные компенсаторы; СТК – статические тиристорные компенсаторы; ФКУ – фильтрокомпенсирующие устройства; КБ – конденсаторные батареи; ДСП – дуговые сталеплавильные печи. • ( из кн.: Управление качеством электроэнергии/И.И. Карташев и др. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006.- 320 с.). 4

5. Основная цель создания АИИС БЭЭ - развитие инновационных технологий и алгоритмов прогнозарежимной надежности в электроэнергетике Перечень критических технологий в электроэнергетике (Минэнерго США, Программа Roadmap 2030): - Полупроводниковые и сверхпроводниковые технологии - Технологии аккумулирования (сохранения и накопления) электроэнергии - Мониторинг энергосистемы в реальном масштабе времени - Силовая электроника 5

6. СПРАВКА В США и Канаде – общенациональная система мониторинга и управления электроэнергией создается с 2003 года по государственной Программе (50 тыс приборов). Основные задачи этой Программы: 1. Прогноз надежности энергосистемы через показатели качества электроэнергии, 2. Безопасность и устойчивость энергосистемы при воздействии естественных и техногенных помех (электромагнитный терроризм), 3. Снижение потерь в энергосистеме, 4. Коммерческое качество электроэнергии (стоимость электроэнергии определяется с учетом ее качества). Программа идет в следующих временных рамках: 2003-2006 г.г. – Определение требований к системе на основе развертывания и эксплуатации локальной системы; 2005-2009 г.г. – Развитие системы, демонстрация прототипа, развитие стандартов; (у нас с 2005 г. в РЖД идет опытная экспл. Фрагмента системы и его адаптация к треб. заказчика) с 2010 г. – территориальное расширение системы, коммерческое качество электроэнергии, коммерциализация и трансфер технологий (более 3 млн приборов, только в Калифорнии). Эта система в 2007 году защищена патентом США. Почему нужна специализированная система АИИС БЭЭ? Анализ результатов измерений, полученных с помощью системы мониторинга электроэнергии в режиме реального времени в США и Канаде показал, что: - 96% событий в электросети имеют длительность менее 2 секунд, • более 30% простоев технологического оборудования вызваны проблемами с качеством электроэнергии. Подобный подход находит все больше сторонников и в странах Евросоюза, где вначале упор был сделан на создание локальных автоматизированных информационно-измерительных систем в электроэнергетике. Очевидна необходимость принятия подобной Программы в России. 6

7. Нормативы Совета Европейских Органов, Регулирующих Электроэнергию (CEER 2005), • различают три аспекта качества при поставках ЭЭ : • - качество напряжения (качество электроэнергии, определяемое показателями качества ЭЭ), • - коммерческое качество (определяется индивидуальными договорными отношениями поставщика и потребителя электроэнергии), • - непрерывность, надежность, гарантированность поставок ЭЭ в соответствии с требованиями потребителя ЭЭ. 7

8. 1.Снижение финансовых потерь за счет увеличения качества электроэнергии Состояние качества ЭЭ в точке учета в режиме реального времени характеризуется 8 и более показателями качества электроэнергии. Энергетическая эффективность - характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта. Класс энергетической эффективности - характеристика продукции, отражающая ее энергетическую эффективность (№261 – ФЗ). Понятия энергоэффективности оборудования и класса энергоэффективности, уместны лишь для сети с известными показателями качества электроэнергии. СПРАВКА Убытки от «плохого» качества электроэнергии по 16 индустриальным секторам стран Евросоюза составляют 1% от годового товарооборота – это 150 Млрд евро ежегодно; в США - около 200 Млрд долларов ежегодно; по России подобных оценок не проводилось. 8

9. Основные виды финансовых потерь от плохого качества электроэнергии по Евросоюзу цифры приведены в млрд Евро,общие издержки составляют 150 Млрд Евро/год, Источник: Обзор ECI PQ, 2007 Потери рабочего времени Незавершенная продукция Снижение темпов производства Повреждение оборудования Другие издержки 9

10. Основные показатели качества электроэнергии, приводящие к финансовым потерям в Евросоюзецифры приведены в Млрд Евро, общие издержки составляют 150 Млрд Евро/год, Источник: Обзор ECI PQ, 2007 Провалы и короткие прерывания напряжения Длительные прерывания напряжения Гармоники Импульсные и ВЧ-помехи Фликер, разбаланс фаз, помехи в цепях заземления 10

11. Для обеспечения энергетической безопасности важно создание системы мониторинга в электроэнергетике на базе отечественных технологий и оборудования. Результаты работы нашей системы показаны на следующих слайдах. 11

12. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством • Регистрация пользователя. При регистрации пользователю присваивается определённая роль. Роль определяет возможности пользователя. «Потребитель» - самая простая роль, выводится информация только об отклонениях и провалах напряжения. «Управленец» - данная роль подразумевает возможность создания различных отчётов. «Диспетчер» - самая подробная информация по всем аспектам работы системы и приборов подключённых к ней. Возможность изменения настроек приборов. Такое разделение прав может быть изменено в будущем. Например можно отображать дополнительную информацию для «опытных пользователей», ввести новую роль «МЧС». 12

13. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством При входе в систему пользователь имеет возможность просмотреть карту с отмеченными на ней устройствами. 13

14. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень потребителя (провалы / пропадания / перенапряжения) Получение информации по тем параметрам, которые могут принести убытки потребителю.

15. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень потребителя (провалы / пропадания / перенапряжения) Установившееся отклонение напряжения (интервал - неделя) • Снижается срок службы ламп освещения, так при величине напряжения 1,1·Uном срок службы ламп накаливания снижается в 4 раза. 15

16. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень потребителя (провалы / пропадания / перенапряжения) Установившееся отклонение напряжения (интервал - день) • При снижении напряжения на зажимах асинхронного электродвигателя на 15 % момент снижается на 25 %. Двигатель может не запуститься или остановиться. 16

17. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень управленца (обобщённые данные) Отчёты и наглядная информация в виде графиков интересующих параметров за запрашиваемый период.

18. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень управленца (обобщённые данные) Отчёты за интересующий период времени 18

19. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Графики всех ПКЭ, протоколы измерений, журнал событий.

20. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Установившееся отклонение напряжения (интервал - неделя) • Обобщённый узел нагрузки электрических сетей (нагрузка в среднем) составляет:—   10 % специфической нагрузки (например, в Москве это метро — 11 %);—   30 % освещение и прочее;—   60 % асинхронные электродвигатели. 20

21. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Установившееся отклонение напряжения (интервал - сутки) • При снижении напряжения увеличивается потребляемый от сети ток, что влечёт разогрев обмоток и возможность возникновения пожара. • При длительной работе на напряжении 0,9·Uном срок службы двигателя снижается вдвое. 21

22. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Отклонение частоты (интервал - неделя) • Повышение частоты может быть вызвано резким уменьшением нагрузки • Наиболее чувствительны к изменению частоты вращающиеся машины. • Возможен срыв технологического процесса. 22

23. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Несимметрия напряжения (интервал - неделя) • суммарная нагрузка отдельных предприятий содержит 85...90 % несимметричной нагрузки. • при длительной работе с коэффициентом несимметрии по обратной последовательности K2U = 2...4 %, срок службы электрической машины снижается на 10...15 %, а при работе на номинальной нагрузке, срок службы снижается вдвое. 23

24. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Несимметрия напряжения (интервал - неделя) • Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности (K0U) одного 9-и этажного жилого дома может составлять 20 %, что в точке общего присоединения может превысить нормально допустимые 2 %. 24

25. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Несинусоидальность напряжения (интервал - неделя)Причина - электроприёмники с нелинейной вольт­амперной характеристикой, например, полупроводниковые преобразователи напряжения для энергоэффективных ламп (СПРАВКА. 35% электроэнергии преобразуется и потребляется на постоянном напряжении.) • Неправильно срабатывают устройства управления и защиты 25

26. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Несинусоидальность напряжения (интервал - неделя) • Гармоники являются индикатором типа оборудования (различные сектора производства имеют характерный спектр искажений) и его ресурса (Высшие гармоники взаимодействуют с магнитным потоком электрических машин, в результате возникают вибрации на резонансной частоте ротора. Это приводит к накоплению усталости металла и возможному разрыву ротора.) 26

27. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Несинусоидальность (интервал - неделя) 9-я гармоника • Фронты несинусоидального напряжения воздействуют на изоляцию кабельных линий электропередач, ― учащаются однофазные короткие замыкания на землю. 27

28. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Несинусоидальность (интервал - неделя) 22-я гармоника • Пробиваются конденсаторы. 28

29. Автоматизированная информационно-измерительная система безопасности электрической энергии, связанной с ее качеством Уровень диспетчера (детальная информация) Провалы напряжения • Нарушение нормального хода технологического процесса. • Особенно важно для индустриальных секторов с непрерывным производством (металлургия, бумагоделательная, полупроводниковая, телекоммуникации) 29

30. 2. Прогноз технического состояния оборудования и негативных факторов, повышающих риск техногенных аварий в энергосистеме - Мониторинг - Анализа гармоник генерируемых оборудованием токов и напряжений - Использование показателей качества электроэнергии в качестве новых диагностических параметров, характеризующих изменение состояния или режима работы оборудованияРезультат:1. Прогнозирование остаточного ресурса оборудования2. Методы повышения безопасности эксплуатации оборудования, основанные на анализе взаимосвязи его технического состояния с параметрами генерируемых им токов и напряжений. • СПРАВКА ( Холдинг МРСК, сентябрь 2010 г.): Средний износ оборудования – 69%, • 52% - отслужило нормативный срок, из них около 7% - два срока. 30

31. СПЕКТР ТОКА ПРИ НАЛИЧИИ МЕЖВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКАХ СТАТОРА (ПРИМЕР) Исправный электродвигательНаличие межвиткового замыкания 31

32. 3. Противодействие электромагнитному терроризму • Электромагнитный терроризм - новый вид террористических действий.Электромагнитный терроризм - злонамеренное генерирование электромагнитной энергии в электрические и электронные системы для преступных целей. Первый национальный стандарт в области электромагнитных воздействий большой мощности – ГОСТ Р 51317.1.5–2009 (МЭК 61000-1-5: 2004). Прогнозы специалистов - вероятность использования силового деструктивного воздействия по сетям электропитания год от года возрастает. • АИИС БЭЭ позволят решить проблему контроля и управления ситуациями в системах энергоснабжения в условиях раздельного и совместного действия электромагнитных факторов природного и техногенного происхождения. • Одна изобязательных составляющих защиты - снятие контрольного портрета электросети с помощью специализированных средств измерений после завершения ее монтажа и организация непрерывного мониторинга сети электропитания 32

33. Окупаемость систем мониторинга ЭЭ • Каналы возврата денежных средств: • - арбитраж • - тарифы на ЭЭ • - страхование (в данном случае, похоже, не нужна дополнительная нормативная база, важен лишь прецедент как в случае с Майкрософт и школьным учителем!) • Кроме того, финансовый результат от применения системы мониторинга ПКЭ складывается из: • Снижения потерь электроэнергии. • Известно, что • - несимметрия и несинусоидальность напряжения приводят к ошибкам при учете электроэнергии счетчиками до ± 40%. • - измерения без учета гармонических составляющих приводят к значительному занижению уровней токов, иногда до 40%. Это приводит к тому, что в электроустановках используются проводники недостаточного сечения, и потери энергии увеличиваются на 2-3% от значения величины нагрузки. • Дохода за счет штрафных санкций за несоблюдение требований ГОСТ 13109-97 потребителями электроэнергии на производственные нужды, при условии включения этих санкций в Договоры электроснабжения; • Сохранение денежных средств от возможных потерь по санкциям потребителей электроэнергии (коммунально-бытовые нужды); • Сокращение затрат на ремонт и замену оборудования, вышедшего из строя по причине систематических неконтролируемых событий в сети электропитания. • Возмещение исков поставщиками электроэнергии за поставку некачественной электроэнергии. • Возмещением страховых случаев по событиям в электросети. • Отсутствием потерь, связанных с браком выпускаемой продукции, вызванным плохим качеством электроэнергии. 33

34. Инновационный потенциал АИИС БЭЭ Проект создания и развертывания АИИС БЭЭ содержит все атрибуты СТРАТЕГИЧЕСКОЙ ИННОВАЦИИ: 1. Создание новой потребительской стоимости: - Обеспечение права потребителя на получение электроэнергии надлежащего качества; - Обеспечение доказательной базы для эффективного страхования; - Непрерывный контроль за состоянием износа оборудования; - Информация об аварийных событиях. 2. Новые методы распределения и сбыта электроэнергии: - Цена электроэнергии формируется с учетом ее качества. 3. Выход на новые рынки: - Энергосберегающие технологии; - Прогнозирование отказов технологического оборудования; - Противодействие электромагнитному терроризму. 4. Новые бизнес-модели: - Заказчику продается не оборудование, а информационные услуги. 5. Создание новых рынков: - Рынок информационных услуг по качеству электроэнергии. 34

35. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! Научно-производственное предприятие "ПРОРЫВ"Россия, 185035, г.Петрозаводск,ул.Андропова, д.10   т. +7 8142 78 62 19       +7 8142 76 13 49       +7 8142 78 49 89   ф.+7 8142 76 88 52mailto:E-mail:  proryv@karelia.ruweb page <http://proryv.karelia.ru> 35