Теоретические основы разработки и создания технических средств для автоматизации контроля режимов работы низковольтных распределительных электрических сетей



страница1/11
Дата15.04.2019
Размер2.27 Mb.
ТипДиссертация
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


Министерство образования и науки Украины

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

На правах рукописи

УДК 681.5:621.77

Черевко Елена Александровна

КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ И УЧЁТА НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ОТБОРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
Специальность 05.13.05 – Компьютерные системы и компоненты

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Зайцев Вадим Сергеевич

Мариуполь – 2016

СОДЕРЖАНИЕ





Стр.

ВВЕДЕНИЕ

6

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ

15

1.1 Особенности, сферы применения и тенденции развития

современных компьютеризированных систем

распределительных сетей


15

1.2 Структура потерь электроэнергии в распределительных

электрических сетях



26

1.3 Проблемы контроля состояния изоляции и защиты от

однофазных коротких замыканий на землю в

распределительных сетях


32

1.4 Анализ существующих технических средств контроля

режимов работы распределительных сетей



43

1.5 Анализ недостатков, разработка требований к

компьютеризированной информационно-измерительной системе контроля изоляции и учета

несанкционированного отбора электроэнергии и

постановка задач исследований



50

Выводы по разделу 1

53

РАЗДЕЛ 2. РАЗРАБОТКА КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННОЙ

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОСЕТИ И

УЧЕТА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ



55

2.1 Общая характеристика объекта исследования

55

2.2 Структура компьютеризированных информационно-измерительных систем учета электроэнергии

58

2.3 Разработка структурной схемы и алгоритма работы

компьютеризированной информационно-измерительной системы контроля и учета электроэнергии



62

2.4 Оценка требований к счетчику электроэнергии для

компьютеризированной системы контроля состояния

распределительной сети


69

2.5 Рекомендации к выбору сервера и накопителя

информации разрабатываемой информационно-измерительной системы



72

2.6 Оценка требований к интерфейсу для разрабатываемого устройства контроля токов

78

2.7 Кодирование устройств контроля токов

80

2.8 Реализация функции контроля изоляции в

информационно-измерительной системе



83

2.9 Конфигурирование измерительной и информационной

частей системы



86

Выводы по разделу 2

88

РАЗДЕЛ 3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ЧАСТИ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

90

3.1 Создание структурной схемы определения мест

несанкционированного подключения к сети



90

3.2 Разработка структуры информационной части системы

94

3.3 Структура математической модели распределительной

сети


97

3.4 Результаты моделирования режимов работы

распределительной сети



101

3.5 Оценка чувствительности разрабатываемого устройства

контроля токов



111

3.6 Моделирование фрагмента одной фазы распределительной

сети в пакете Electronics Workbench



115

Выводы по разделу 3

118

РАЗДЕЛ 4. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ТОКОВ И

ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СООБЩЕНИЙ



120

4.1 Разработка принципиальной схемы устройства контроля

токов и выбор электронных компонентов



120

4.2 Расчёт первичного преобразователя устройства контроля

токов


127

4.3 Испытания первичного преобразователя устройства

контроля токов



131

4.4 Адаптивная настройка измерительной части УКТ на

диапазон измеряемых напряжений (токов)



135

4.5 Настройка измерительной схемы выпрямления УКТ для

контроля состояния изоляции



138

4.6 Защита схемы УКТ от повышенного напряжения для контроля однофазных замыканий на землю

141

4.7 Оценка и выбор точностных характеристик УКТ с точки

зрения теории информации



143

4.8 Расчет помехозащищенности УКТ. Выделение полезных

сигналов при приеме модулированной радиоволны при

наличии помех


150

4.9 Оценка эффективности применения устройств контроля токов

160

Выводы по разделу 4

161

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

164

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

169

ПРИЛОЖЕНИЕ А

180

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

184

ПРИЛОЖЕНИЕ В

195

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

198

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

200


ВВЕДЕНИЕ
Энергетика – одна из важнейших отрас­лей, от которой напрямую зависит экономическое состояние страны. Поэтому новизна решений, принимаемых для развития данной отрасли – осознанная необходимость, благодаря которой становится возможным поднятие энергетики Украины на качественно новый, современный уровень.

С созданием в Украине оптового рынка электроэнергии (ОРЭУ) законодательно был решен вопрос о внедрении рыночных отно­шений в национальной электроэнергети­ке. Реструктуризация электроэнергетики с созданием отдельных компаний, произ­водящих, передающих и распределяющих электроэнергию, вызвала ряд серьезных проблем организационного, технического и экономического характера во взаимоотношениях между субъектами энергорынка. В этих условиях обеспечение точных изме­рений и достоверного учета электроэнергии как товарной продукции стало одной из важ­нейших задач как оптового, так и розничного энергорынков. Устранение несовершенств и недостатков существующей системы учета электроэнергии на оптовом и розничном рынках электроэнергии и приведение ее в состояние, отвечающее требованиям действующих в Украине нормативных доку­ментов, является одним из стратегических направлений по интеграции объединенной энергетической системы Украины (ОЭС) с энергосистемами соседних стран и стран UCTE на базе требований и стандартов Ев­ропейского Союза.

От состояния системы учета электро­энергии существенно зависят возможнос­ти, темпы и эффективность реформирова­ния различных сторон электроэнергетики. Качество учета электроэнергии определяет в конечном итоге экономическую эффектив­ность функционирования энергетического комплекса страны, поэтому этой проблеме посвящено много разработок и публикаций специалистов и бизнесменов.

Несмотря на существенный прогресс в развитии систем учета электроэнергии, в настоящее время наблюдается практически повсеместный рост отчетных потерь электроэнергии. При этом увеличиваются обе составляющие потерь: техническая и коммерческая. Их соотношение и динамика отличаются не только в разных сетевых компаниях, но и внутри самих компаний. Общим является их увеличение.

Высокий уровень потерь электроэнергии в распределительных сетях энергосистем в основном обусловлен следующими факторами: техническими параметрами элементов сети; неоптимальными режимами работы; недостатком регулирующих средств; отсутствием или неудовлетворительной компенсацией реактивной мощности; высокой неравномерностью графиков электрических нагрузок; неэффективностью систем учета электроэнергии; увеличением установленной мощности нелинейных и несимметричных нагрузок.

Разработка средств измерения, контроля и управления распределительными электросетями характеризуется созданием на основе последних достижений вычислительной техники и микроэлектроники автоматических устройств с программным управлением, решающих в составе компьютеризированных систем сложные функцио­нальные задачи контроля и управления при большом объеме информации.

Выдающийся вклад в развитие теории управления и создание на их основе компьютеризированных измерительных систем, методов повышения достоверности, быстродействия и точности измерений внесли С.Е. Shanon, В.А. Котельников, В.М. Глушков, С.А. Лебедев. Принципы построения управляющих вычислительных ком­плексов изложены в работах Ф.Е. Темникова, A.B. Фремке, П.П. Орнатского, П.В. Новицкого и др. Известно большое число исследований, посвященных вопросам кодирования и помехозащищенности информации, на­пример, работы Д.Т. Брауна, Р.В. Хэмминга, Э.Н. Гильберта, Л.Д. Грэя.

Основы теории компьютеризированных систем в различных отраслях промышленности разработаны в НПК «Киевский институт автоматики», Институте кибернетики имени В.М. Глушкова. Большую известность получили исследования ведущих зарубежных фирм: ABB, Nokia, Motorola, Siemens и др.

Повышается также и экономическая значимость проблемы потерь электроэнергии, обусловленная включением в тариф нормативных значений потерь, а также снижением прибыли сетевых компаний из-за сверхнормативных потерь. Отсюда перспективной задачей является управление уровнем потерь электроэнергии в распределительных сетях.

Актуальность темы. Большой интерес в настоящее время вызывают системы энергопотребителей, которые физически распределены на большой территории. Большинство потребителей удалены от центра управления, что существенно затрудняет контроль и управление ими. К таким системам относятся распределительные электросети, которые являются ключевым компонентом в процессе производства, транспортировки и распределения электроэнергии. Для устойчивой и эффективной работы таких сетей необходимы с одной стороны мониторинг состояния и достоверное управление распределительными электросетями, с другой стороны – строгий учет энергоресурсов, а также обеспечение электробезопасности. Для решения этих задач должны быть созданы новые информационно-измерительные системы, уровень и качество функционирования которых в рассматриваемых системах в настоящее время явно недостаточны:


  • отсутствует информация об отдельных потребителях в реальном времени – находятся они во включенном состоянии или нет, какова их нагрузка в настоящее время, каково их техническое состояние;

  • отсутствуют оперативные балансы отпущенной и потреблённой электроэнергии, т.к. балансы составляются с большой задержкой во времени на основании данных, предоставляемых потребителями в квитанциях на оплату;

  • отсутствует диагностика по определению мест повреждений и количества потерянной электроэнергии.

Весьма остро ощущается эта проблема в распределительных электросетях, обеспечивающих непосредственно потребителей.

Решение проблемы заключается в создании единой компьютеризированной информационно-измерительной системы (ИИС) контроля изоляции, учета несанкционированного отбора электроэнергии и контроля режимов работы сети, с использованием устройства для контроля токов, сочетающей функции диспетчерского управления и учета энергопотребления.

Наличие такого устройства для контроля тока, важнейшего параметра, который в настоящее время не контролируется, обеспечит непрерывный автоматизированный съем и передачу информации о величине тока.

Поскольку в настоящее время таких систем не существует, то исследования, направленные на разработку автоматических устройств и компьютеризированных информационно-измерительных систем для управления, контроля и учета энергопотребления в распределительных электросетях, определяющиеся необходимостью устойчивого энергообеспечения, достоверного контроля и управления, высокоточного измерения параметров распределительных электросетей, представляются актуальными.



Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетных тем Приазовского государственного технического университета № 0112U005766 «Використання математичних моделей в системах управління різного ступеня складності», № 0113U006286 «Системи автоматичного управління технологічними процесами з використанням сучасних математичних методів».

Цель и задачи исследования. Целью работы является создание информационно-измерительного комплекса для распределенного контроля изоляции сети, адресного учета отбора мощности потребителями и обеспечения реального мониторинга распределительных электрических сетей.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:



  • анализ существующих компьютеризированных информационно-измерительных систем контроля и учета электроэнергии, отвечающих критериям эффективности их функционирования и практической реализации;

  • создание структурной схемы и алгоритма функционирования компьютеризированной информационно-измерительной системы на основе разработанного устройства контроля токов, позволяющей осуществлять контроль изоляции и учет несанкционированного отбора электроэнергии в реальном времени;

  • разработка базовой расчётной модели, на основании которой устанавливаются технические требования к разрабатываемой системе, и разработка способа определения величины и мест несанкционированного отбора электроэнергии с использованием созданного устройства контроля токов;

  • разработка структурной схемы устройства для измерения токов в распределительной линии и у потребителей, обеспечивающей двухстороннюю связь с приёмо-передающим устройством по беспроводному каналу связи для обмена информацией;

  • разработка способа обработки сигналов в измерительном канале устройства, обеспечивающего непрерывность и достоверность измерений.

Объект исследования – процесс функционирования информационно-измерительной системы измерения и анализа параметров распределительных электрических сетей.

Предмет исследования информационно-измерительная система распределенного контроля состояния изоляции и потребления мощности в распределительных электрических сетях.

Методы исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе научных задач использовались методы теории электрических цепей, методы оптимизации, теории информации и погрешностей, теории вероятностей, моделирования, натурного эксперимента, современные программные средства вычислительной техники.

Достоверность и обоснованность результатов научных исследований обеспечена совпадением результатов моделирования, натурных экспериментов и испытаний, обеспеченных современной измерительной базой. Новизна и реализуемость технических предложений, отраженных в диссертационной работе, подтверждена полученными патентами на изобретение и патентом на полезную модель, а также их практической ценностью.

Научная новизна полученных результатов.

В диссертации впервые получены такие результаты:



  1. Впервые разработана компьютеризированная информационно-измерительная система распределенного контроля параметров распределительных сетей, позволяющая сократить объемы измерений, контролировать состояние изоляции, выявлять несанкционированные отборы электроэнергии, однофазные замыкания на землю, обрывы фазных проводов, осуществляя при этом двухстороннюю связь с приёмо-передающим устройством на диспетчерском пункте с помощью разработанных устройств для измерения токов, установленных в сети.

  2. Усовершенствованы алгоритмы по обнаружению событий нештатных ситуаций по состоянию электросети (нарушение состояния изоляции, несанкционированный отбор электроэнергии, обрыв фазного провода) с распознаванием причин и мест их появления и идентификацией по признакам.

  3. Получила дальнейшее развитие функциональная схема контроля состояния изоляции с помощью дополнительного высокочастотного сигнала, вводимого в силовую сеть, позволяющая обнаруживать токи утечки изоляции в реальном времени.

  4. Впервые разработано устройство для измерения токов в линии и у потребителей, отличающееся возможностью определения токов утечек изоляции, величины и места несанкционированного отбора электроэнергии и беспроводной передачей данных на диспетчерский пункт.

Практическая значимость работы.

  1. Разработан способ контроля состояния изоляции и определения величины и мест несанкционированного отбора электроэнергии.

  2. Разработана структурная схема устройства для измерения токов в распределительной линии и у потребителей, обеспечивающая двухстороннюю связь с приёмо-передающим устройством по беспроводному каналу связи для обмена информацией.

  3. Создан алгоритм функционирования компьютеризированной информационно-измерительной системы, позволяющей осуществлять контроль изоляции и учет несанкционированного отбора электроэнергии в реальном времени, что обеспечит оперативность и качество контроля параметров сети.

  4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований выданы в виде рекомендаций РЭС пгт. Володарское для использования при разработке информационно-измерительной системы распределительной электросети, что подтверждается соответствующим актом.

  5. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры «Автоматизация и компьютерные технологии» ПГТУ при преподавании ряда дисциплин студентам, магистрантам и аспирантам, а также при выполнении НИР, что подтверждается соответствующим актом.

Личный вклад соискателя. Диссертация является самостоятельной работой автора, основанной на опубликованных результатах исследований. Автором лично разработаны: структурная схема компьютеризированной системы, принципиальная схема устройства контроля тока (УКТ), структурная схема определения мест несанкционированного подключения к сети; алгоритм программы расчета режимов работы распределительной сети; расчёты первичного преобразователя УКТ; расчет помехозащищенности УКТ; оценка и выбор точностных характеристик УКТ с точки зрения теории информации; моделирование обрыва провода фазы и замыкания фазы на землю.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на таких конференциях: на международных научно-технических конференциях «Университетская наука» (г. Мариуполь, 2009 – 2015 г.г.); на международной научно-технической конференции «Фізико-математичні дослідження та інформаційні технології в управлінні, науці, освіті та виробництві» (г. Мариуполь, 2011 г.); на международной научно-практической конференции «Автоматизація і комп‘ютерні технології» (г. Мариуполь, 2012 г.); на ХІI и ХIV Международных научно-технических конференциях «Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых», (г. Донецк, 2012 г., 2014 г.); на научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Наукові дослідження молоді – інновації в науці та практиці», (г. Мариуполь, 2013 г.).

Результаты работы докладывались и получили положительную оценку на научных семинарах факультета «Информационных технологий» ГВУЗ «ПГТУ».



Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных трудов, из них 5 статей в научных изданиях, утвержденных ВАК Украины, 3 патента и учебное пособие с грифом, а также тезисы докладов на международных научных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 109 источников и 5 приложений. Общий объем диссертации составляет 209 страниц, включая 61 рисунок и 13 таблиц.

Во введении обоснованы актуальность, цель и задачи диссертации, изложена научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены сведения о публикациях, апробации и внедрении результатов.

В первом разделе обзорного характера проведен анализ современных существующих компьютеризированных информационно-измерительных систем контроля и учета потерь электроэнергии, контроля состояния изоляции сети и их основных функциональных устройств. Выявлены их основные недостатки, сформулированы требования к перспек­тивным высокоэффективным системам. На этой основе конкретизируются теоретические и научно-технические задачи, требующие решения в диссерта­ционной работе.

Во втором разделе приводится описание компьютеризированной информационно-измерительной системы контроля и учета электроэнергии, позволяющей в отличие от известных аналогов, используя одни и те же устройства контроля токов, реализовать несколько функций: контроль состояния изоляции в сети, определение мест замыкания фазы на землю и выявление хищений ЭЭ.

В третьем разделе разработана структура информационной части и выполнено моделирование энергетической части разрабатываемой системы распределительной сети для определения требований по чувствительности и быстродействию используемых устройств контроля токов для создаваемой системы, позволяющей осуществлять мониторинг распределительной электросети с целью распознавания нештатных или критических состояний (несанкционированный отбор электроэнергии, обрывы фазных проводов и повреждение изоляции).

В четвертом разделе приведены результаты разработки устройства контроля токов и передачи данных в разветвленной сети. Выполнен расчет первичного преобразователя и помехозащищенности устройства, разработана принципиальная схема опытного образца устройства и произведен выбор электронных компонентов. Определена величина погрешности устройства контроля токов.

В заключении приведены основные теоретические и практические результа­ты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

В приложениях представлены документы об использовании результатов диссерта­ционной работы и прикладные программы по расчетам устройства контроля токов и энергетической составляющей разрабатываемой системы.

РАЗДЕЛ 1



АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОСЕТЕЙ
1.1 Особенности, сферы применения и тенденции развития современных компьютеризированных систем распределительных сетей
В настоящее время в мире для определения объема потребляемой населением ЭЭ чаще всего используются информационные управляющие и измерительные системы.

В частности потребность в высо­коэффективных системах испытывают многие отрасли промышленности и непро­мышленной сферы, особенно электроэнергетические системы. Элек­троэнергетика в настоящее время является базовой сферой информационно-измерительных систем, ставя все но­вые теоретические и практические задачи, направленные на оптимизацию струк­туры и архитектуры систем, расширение их функциональных возможностей, по­вышение основных технико-экономических показателей [4]. Анализ современных систем для распределительных электросетей (РЭС) и объектов энергетики показал, что по своему функциональному назначению их можно отнести к двум большим клас­сам [5]: автоматические системы диспетчерского управления (АСДУ) и автоматиче­ские системы коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ).



1. Автоматические системы диспетчерского управления (АСДУ).

Основной функцией АСДУ является контроль состояния распределитель­ных электросетей [6]:



  • измерение – передача по каналам связи значений непрерывно изменяющих­ся параметров контролируемых процессов (мощности, напряжения, токов и т.п.). Измерения передаются либо непрерывно, либо по вызову диспетчера;

  • сигнализация – передача дискретных сигналов о состоянии распредели­тельных электросетей и их технических устройств. Передача сигнализации осуще­ствляется либо спорадически, либо циклически;

  • управление – передача по каналам связи команд от диспетчера или автома­тически к силовым исполнительным устройствам (выключателям мощности, разъединителям, контакторам и т.п.) для изменения состояния технологического оборудования РЭС [7, 8].

2. Автоматизированные системы учета, контроля и управления электропотреблением бытовых потребителей (АСКУЭ БП).

АСКУЭ – это информационно-измерительная система, представляю­щая собой совокупность установленных на отдельных присоединениях электроэнергетического объекта и соединенных по определенной схеме устройств (трансфор­маторов тока – ТТ, трансформаторов напря­жения – ТН, счетчиков электроэнергии – СЭ , линий связи – ЛС и др.) [9, 10], а также вычисли­тельных и других технических средств, осу­ществляющих сбор, передачу и обработку измерительной информации о количестве произведенной, отпущенной, переданной и потребленной электроэнергии.

АСКУЭ реализует в автоматизирован­ном режиме многооперационную процеду­ру измерения количества электроэнергии (масштабирование, запоминание, передача, сравнение, регистрация) и многопроцедур­ный процесс ее учета (измерение, сбор, обработка), освобождая человека частич­но либо полностью от непосредственного участия в этих процессах [11].

АСКУЭ предназначены для формирова­ния с заданной дискретностью достовер­ной базы данных для составления баланса электроэнергии и управления ее состав­ляющими, определения технологических потерь электроэнергии и осуществления финансовых расчетов между субъектами энергорынка. Они создаются, в первую оче­редь, с целью снижения небалансов и потерь электроэнергии на всех стадиях энергети­ческого производства и трудоемкости работ по ее измерению и учету.

Третья разрешаемая АСКУЭ задача – реализация дистанционного съема значений параметров электроэнергии, зафиксированных цифровыми СЭ, и его автоматизация.

Четвертая задача, которая решается с помощью АСКУЭ, – это синхронное изме­рение мощностей и энергий в различных территориально разнесенных точках учета.

Пятой задачей, решае­мой с помощью АСКУЭ, является формиро­вание в требуемые моменты времени и за различные временные промежутки объек­тивных и достоверных балансов мощнос­тей и энергий контролируемого объекта. Речь идет об активных (Р), реактивных (Q) и полных (S) мощностях, а также об активной (WP) и реактивной (WQ) электроэнергии, фиксируемых в четырехквадрантной плоско­сти измерений, т.е. с учетом характера элек­трического сопротивления контролируемого объекта (индуктивного или емкостного) и режима его работы (генерация электричес­кой энергии или же ее потребление).

С возможностью фиксации фактических текущих и отчетных небалансов электроэ­нергии связано еще одно полезное свойство АСКУЭ, а именно – создание информа­ционной основы для установления причин возникновения небалансов и оперативного их устранения. Именно этот аспект приводит к быстрой окупаемости АСКУЭ (в некото­рых случаях это составляет 1-3 месяца).

Следующим важным обстоятельством является то, что благодаря крупномасш­табному внедрению АСКУЭ удалось преодолеть и практически исключить коррупционные схемы расче­тов за электроэнергию.

Следующим важным фактором, обосно­вывающим необходимость создания АСКУЭ, является решение задачи выявления и объ­ективного определения реальных потерь мощности и электроэнергии с последующей их оптимизацией на основе дистанционно снимаемых значений параметров электро­энергии.

Девятой значимой функцией АСКУЭ яв­ляется предоставление пользователям (до­полнительно к учетным данным о количестве электроэнергии) широ­кого спектра измеряе­мых параметров режима и показателей качества электроэнергии, необ­ходимых для решения комплекса современных технико-экономических задач на всех уровнях управления электроэ­нергетическим произ­водством.

Еще одним подтверждением необходи­мости создания АСКУЭ является предостав­ление ею возможности осуществления учета электроэнергии в различных выгодных для пользователя тарифных системах.

Предложений от различных производителей АСКУЭ сейчас много, но условно их можно разделить на две группы:

1. АСКУЭ со сбором телеметрической информации в электросетевую компанию (по силовой сети, радиоканалам, посредством телефонных или GSM-модемов и т.д.). Производители: ТОО «Корпорация Сайман» (Казахстан), «Elgama Elektronika» (Литва), ИАЦ НТИ «Континиум» (Россия, АСКУЭР «Континиум») и др.

2. АСКУЭ на основе счетчиков с программируемыми смарт-картами и возможностью коммутации нагрузки. Производители: НПО «Симметрон», Россия, г. Санкт-Петербург, (АСКУЭ «КРЕДО-СМАРТ 500»); ОАО «Концерн Энергомера», Россия, г. Москва, и др.

Но для всех представленных модификаций существуют технологические, организационные, юридические и финансовые проблемы, связанные с эксплуатацией АСКУЭ в реальных условиях [12].

При использовании рассмотренных выше систем не могут быть учтены специфические факторы распределительных сетей [13], например:


    • наличие как сконцентрированных, так и распределенных по большим территориям потребителей электроэнергии;

    • возможность несанкционированного подключения к линии электроснабжения с целью хищения электроэнергии;

    • размещение приборов учета на объектах частной собственности (дома и квартиры);

    • наличие конституционной защиты жилища физических лиц от проникновения посторонних (в том числе контролеров электросетевых предприятий);

    • невозможность в одностороннем порядке прекратить процесс энергоснабжения физических лиц, даже если они являются должниками;

    • возможность умышленного искажения показаний электросчетчиков со стороны потребителей электроэнергии;

    • наличие в схеме электроснабжения воздушных линий электропередач большой протяженности с проводами без изоляции и др.

Надо отметить, что ни одна АСКУЭ не в состоянии самостоятельно решить все проблемы электросетевых компаний. Здесь нужна целая система организационно-технических мероприятий, в рамках которой АСКУЭ являлась бы одним из логически необходимых звеньев [14].

Главным уязвимым местом для АСКУЭ первой группы являются каналы связи, по которым осуществляется сбор телеметрической информации. Создание и эксплуатация таких каналов связи является затратным мероприятием, передача информации по ним ненадежна. В целях повышения финансовой привлекательности и надежности АСКУЭ процесс автоматизации проводится в многоэтажных зданиях с большой концентрацией потребителей. Применение таких АСКУЭ на территориях с малой концентрацией потребителей электроэнергии является ненадежным и экономически нецелесообразным. Это подтверждается опытом эксплуатации АСКУЭ бытового сектора стран Европейского энергетического союза. Здесь доля эксплуатационных затрат достигает 27 % тарифа на электроэнергию. Кроме того, в таких системах существует опасность умышленной блокировки канала передачи информации.

АСКУЭ второй группы также имеют уязвимые места. Смарт-карты могут иметь производственный брак, могут быть подделаны и испорчены, утеряны. Низкий уровень технологического сервиса характерен для АСКУЭ второй группы.

Выявление хищений электроэнергии и их предотвращение пока остается нерешенной задачей и с использованием АСКУЭ. Также нерешенной задачей с использованием АСКУЭ является и контроль за всеми отдельными потребителями.



3. Самообслуживание. В настоящее время это самый распространенный способ определения объема потребляемой населением ЭЭ.

В режиме самообслуживания абонент самостоятельно снимает показания счетчика, либо в случае его отсутствия использует среднемесячное потребление ЭЭ. Возможны неточность снятия показаний, несвоевременность оплаты, недоплата, несанкционированный отбор ЭЭ, недоучет потребления ЭЭ [15].

Это приводит к тому, что реальный полезный отпуск ЭЭ населению всегда больше оплаченного по счетам, что ведет к потерям. Расчет потерь крайне трудоемкая задача, поскольку потери состоят из нескольких составляющих, которые необходимо учитывать.

Для снижения ущерба, наносимого хище­ниями и перегрузками, в Украине серийно выпускается ряд прибо­ров защитных релейных (завод «Авангард» г. Николаев, предприятие ООО «Энерготерм» г. Винница).

Приборы устанавливаются на трансфор­маторной подстанции, или на входе электропи­тания на объект до приборов учета. При пре­вышении абонентами лимитов потребления, установленных техническими условиями, по­пытке хищения электроэнергии через задан­ную выдержку (0–10 сек – задается заказчи­ком) прибор отключает потребителей от сети на заданный заказчиком промежуток времени (1–15 мин.). По истечении этого времени питание объекта возобновляется в автоматическом ре­жиме. В случае повторной попытки хищения электроэнергии или непринятия мер по сокращению энергопотребления происходит по­вторное отключение с такой же паузой. В таком циклическом режиме прибор может работать достаточно долго. Циклическая стойкость при­боров не менее 50 000 циклов.

Методы выявления неконтролируемого (несанкционированного) потребления электроэнергии (НПЭ) можно разделить на методы искусственного интеллекта [16, 17] и измерительные методы.

В последние годы, в странах Европы, Северной и Южной Америки, Юго-Восточной Азии активно проводятся исследования и разработки способов выявления безучетного потребления электроэнергии. Одни разработки основываются на статистических методах [18], другие же на методах искусственного интеллекта [19].

Например, в работе [20] рассматривается разработка экспертной системы поддержки принятия решений для анализа потерь и выявления безучетного потребления электроэнергии. В данной работе для точного анализа поступающих данных с автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов по небалансам бытовых потребителей предлагается использовать методику, основанную на построении экспертной системы поддержки принятия решения в области электроснабжения региона и теории вероятностей (теория Байеса). Такая экспертная система выполняет задачу непрерывного мониторинга (слежения) за данными о потреблении и потерях электроэнергии в регионе. Диагностика состояния информационной системы обработки данных и соответствующая интерпретация поступающей информации происходят в реальном времени.

Экспертная система сигнализирует о превышении верхнего допустимого предела потерь электроэнергии, заданного в системе заранее, анализирует возможные причины и выдает специалистам в отрасли электроснабжения предлагаемое решение о целесообразной реакции на сложившуюся ситуацию.

В работе [21] JAWAD NAGI рассматривает разработку интеллектуальной системы обнаружения коммерческих потерь в распределительных сетях электросетевой компании TENAGA NASIONAL BERHAD (TNB) MALAYSIA. В данной работе для определения источника коммерческих потерь применяется метод опорных векторов с использованием статистических данных о профиле мощности потребителей.

Группа ученых C. Muniz, M. Vellasco, R. Tanscheit, K. Figueiredo из «Pontifical Catholic University of Rio de Janeiro» (Рио де Жанейро, Бразилия) [22] разработали систему определения хищения электроэнергии с применением нейро-нечеткой логики. Методология включает три основных модуля обработки: предварительная обработка данных и нормализация, фильтрация и классификация. В первом модуле выбираются все атрибуты данных, данные нормализуются и кодируются. Надо отметить, что данные, поступающие с автоматизированной системы, бывают очень зашумленными и содержат выбросы и неточности. Поэтому модуль фильтрации готовит данные для модуля классификации. В дальнейшем обработанные данные используются для обучения системы нечеткой логики для определения источника безучетного потребления электроэнергии.

К измерительным методам выявления безучетного потребления электроэнергии относятся [23, 24]:



  • использование приборов для обнаружения скрытой электропроводки. Данные приборы регистрируют электрическое поле проводника, находящегося под напряжением. К недостаткам этих приборов можно отнести их большую погрешность при определении трассы скрытой электропроводки, составляющую 10-15 см в зависимости от материала стен, что затрудняет обнаружение несанкционированного подключения к электрической сети;

  • использование счетчиков электроэнергии с защитой от хищений [25]. Эти счетчики формируют суммарный сигнал из сигналов, пропорциональных соответственно разности и сумме токов фазного и нулевого проводов цепи нагрузки. Затем формируют сигнал мощности из сигнала напряжения нагрузки и сигнала, характеризующего ток нагрузки. Далее преобразуют сигнал мощности нагрузки в сигнал тока или напряжения, а затем в частоту импульсного сигнала. Подсчет числа импульсов является результатом измерения. Однако эти СЭ не способны защитить от хищений электроэнергии при несанкционированном подключении потребителей до устройства измерения электрической энергии;

  • использование устройств для измерения электрической энергии с защитой от хищений [26]. Эти устройства содержат внешний датчик мощности, подключенный до ввода в дом, и базовый блок, подключенный после ввода в дом. Датчик мощности и базовый блок измеряют потребляемую мощность до ввода в дом и после ввода в дом. Путем сравнения мощностей определяется мощность безучетного потребления. В случае небаланса счетчик электроэнергии формирует сигнал на отключение нагрузки, либо переходит на учет электроэнергии по большему из двух показаний измерительных блоков. Связь между базовым блоком и внешним датчиком мощности осуществляется по проводам с помощью сигнала, передаваемого на фиксированных высоких частотах. К недостаткам этих приборов можно отнести их высокую стоимость, необходимость сертификации двух измерительных блоков, возможность расхождения показаний из-за собственных погрешностей измерительных блоков.

Анализ существующих методов выявления потребления похищенной электроэнергии позволяет сделать вывод, что вышеуказанные методы и выпускаемые промышленностью приборы для выявления хищения электроэнергии эффективны только в определенных ситуациях и поэтому разработка эффективных способов выявления безучетного потребления и защиты от хищений электроэнергии является актуальной.

Анализ зарубежных систем показывает, что в настоящее время общемировой тенденцией развития АСУ ТП ПС (подстанций) является:



  • переход от дистанционного телеуправления подстанцией к интегрированным информационным системам управления, основанным на использовании программируемых микроконтроллеров или персональных компьютеров;

  • использование интегрированных интеллектуальных электронных устройств (ИЭУ) для выполнения функций защиты, автоматики, измерений и оперативного управления;

  • использование различных SCADA-систем для оперативного диспетчерского управления;

  • широкое использование на подстанциях локальных сетей;

  • широкое использование принципов открытых систем, позволяющих полностью исключить зависимость будущего развития системы от поставки технических средств или программных продуктов определенных фирм-изготовителей;

  • широкое использование стандартных протоколов для связи с IED-устройствами, человеко-машинного интерфейса;

  • интеграция в АСУ ТП ПС подстанционных защит и автоматики;

  • широкое использование испытаний системы у изготовителя.

Разработка современной системы управления требует больших вложений и выполняется в длительные сроки. Поэтому в последнее время в большинстве случаев разработчики управляющего прикладного программного обеспечения для конечных систем используют развитые инструментальные средства типа SCADA-систем (от Supervisory Control And Data Acquisition), позволяющие значительно сократить затраты на разработку.

Разработанная ОАО «ВНИИР» (Россия) система управления UniSCADA [27] предназначена для решения задач комплексной автоматизации энергообъектов. Система может применяться для построения АСУ подстанций, электрической части электростанций, многоуровневых систем АСДУ, систем энергоснабжения предприятий. В комплексе с технологическим сегментом на базе системы возможно построение единой АСУ электростанции.

АСУ UniSCADA представляет собой программно-аппаратный комплекс (ПТК).

Система построена по иерархическому принципу. Нижний уровень системы образуют микропроцессорные терминалы релейной защиты и автоматики (РЗА)  и устройства сопряжения с объектом (УСО) – контроллеры телемеханики, программируемые логические контроллеры (ПЛК) и т.д. Верхний уровень системы образуют один или несколько компьютеров (серверов или автоматизированных рабочих мест (АРМ) системы), объединенных локальной сетью.

АСУ UniSCADA ориентирована на применение в своем составе микропроцессорных терминалов РЗА и УСО производства ОАО «ВНИИР» и АВВ, поддерживающих SPA-BUS протокол. В дополнение к этому в систему могут интегрироваться терминалы РЗА и УСО различных производителей.

Программная часть системы построена по клиент-серверной технологии OPC (OLE For Process Control). Подключение оборудования нижнего уровня к компьютерам системы осуществляется с использованием различных OPC серверов (коммуникационного программного обеспечения), реализующих специфические для устройств протоколы связи, через локальные или выносные последовательные асинхронные порты ввода/вывода (COM порты), либо через специализированные адаптеры.

Физическое сопряжение верхнего уровня системы с нижним осуществляется с использованием различных типов преобразователей. Тип преобразователей полевой шины определяется средой передачи (оптика, витая пара и т.д.).

Компоненты системы SPA OPC Server и SPA Relay Tool дополнительно могут использоваться для построения программно-технического комплекса мониторинга микропроцессорных терминалов РЗА энергообъекта.

В системе реализованы следующие основные функции: сбор информации с терминалов РЗА и УСО; ведение базы данных реального времени; контроль состояния и диспетчерское управление оборудованием; оперативные блокировки при управлении устройствами; удаленный просмотр и изменение уставок терминалов РЗА, считывание осциллограмм; предупредительная и аварийная сигнализация; протоколирование событий, тревог и действий оператора с фиксацией по времени; формирование отчетов о событиях и тревогах с возможностью фильтрации; архивация и хранение ретроспективной информации; построение графиков, таблиц, ведомостей, отчетов различной формы; самодиагностика системы; разделение прав пользователей.

Возможно сопряжение с системами автоматизированного контроля и учета электроэнергии.

Все же, по сложившейся в мировой практике традиции, SCADA и АСКУЭ строятся как независимые. Задача SCADA-систем – максимальная быстрота предоставления информации диспетчерам, фиксация событий по возможности на миллисекундном уровне, что дает возможность позднее анализировать аварийные ситуации. Диспетчера, в основном, интересует текущий момент, а не информация нескольких часов до этого. Точность учета – не основополагающая функция SCADA-систем. Задача АСКУЭ – максимально точно и достоверно получать коммерческие данные, дособирать их в случае сбоев в архивировании, различными методами выявлять недостоверную информацию и по возможности проводить замещение недостоверных данных для передачи этих данных для взаиморасчетов между субъектами конкурентного рынка электроэнергии. Скорость получения информации вторична по сравнению с точностью.
1.2 Структура потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях
Фактические потери могут быть разделены на четыре составляющие:


  1. Технические потери ЭЭ, обусловленные физическими процессами, происходящими при передаче ЭЭ по электрическим сетям.

  2. Расход ЭЭ на собственные нужды подстанций, необходимый для обеспечения работы технологического оборудования.

  3. Инструментальные потери – потери ЭЭ, обусловленные инструментальными погрешностями ее измерения.

  4. Коммерческие потери, обусловленные хищениями ЭЭ, несоответствием оплаты за ЭЭ бытовыми потребителями показаниям счетчиков и т.д. Их значение определяют как разницу между фактическими потерями и суммой первых трех составляющих, представляющих технологические потери [7].

Рассмотрим более подробно коммерческие потери, поскольку данная работа посвящена именно уменьшению этой составляющей потерь, обусловленной несанкционированным подключением потребителей и мошенничеством с приборами учета.

Коммерческие потери.

Коммерческие потери, обусловленные занижением полезного отпуска электроэнергии из-за недостатков в энергосбытовой деятельности, включают несколько составляющих: потери при выставлении счетов; потери из-за несоответствия дат снятия показаний счетчиков с расчетным периодом; потери из-за расчетов потребленной электроэнергии абонентом на основе договоров безучетного электропотребления; потери из-за наличия бесхозных потребителей; потери от хищения электроэнергии.

В свою очередь потери при выставлении счетов обусловлены: неточностью данных о потребителях электроэнергии, в том числе: недостаточной или ошибочной информацией о заключенных договорах на пользование электроэнергией; ошибками в корректировке данных о потребителях и т.п.; ошибками при выставлении счетов, в том числе: невыставленными счетами потребителям из-за отсутствия точной информации по ним и постоянного контроля за актуализацией этой информации; отсутствием контроля и ошибками в выставлении счетов клиентам, пользующимся специальными тарифами; отсутствием контроля и учета откорректированных счетов.

Потери из-за несоответствия дат снятия показаний расчетных счетчиков с расчетным периодом вызваны наличием большого количества потребителей и, как правило, недостаточной укомплектованностью электросетевой компании персоналом (контролерами, электромонтерами), а также весьма ограниченным использованием автоматизированных систем учета электроэнергии. Все это приводит к тому, что показания счетчиков у большинства потребителей снимаются раньше расчетного периода или же передаются самим потребителем раньше времени, что позволяет ему занижать потребление и относить платежи на более поздние сроки.

Потери из-за расчетов потребленной электроэнергии абонентами на основе договоров безучетного электропотребления (при отсутствии установленных у абонентов приборов учета) могут быть вызваны ошибочными расчетами при потреблении электроэнергии (занижение расчетных значений по сравнению с реальным энергопотреблением).

Коммерческие потери электроэнергии, обусловленные наличием бесхозных потребителей, связаны с кризисными явлениями в экономике. В большинстве энергосистем в последние годы появились жилые дома, общежития, целые жилые поселки, которые не стоят на балансе каких-либо организаций.

Потери от хищения электроэнергии связаны с незаконным подключением потребителей и мошенничеством с приборами учета и т.д.

Это одна из наиболее существенных составляющих коммерческих потерь. Обобщение международного и отечественного опыта по борьбе с хищением электроэнергии показало, что в основном им занимаются бытовые потребители. Имеют место кражи электроэнергии, осуществляемые промышленными и торговыми предприятиями, но объем этих краж нельзя считать определяющим.

Хищения электроэнергии имеют достаточно четкую тенденцию к росту, особенно в регионах с неблагополучным теплоснабжением потребителей в холодные периоды года, а также практически во всех регионах в осенне-весенние периоды, когда температура воздуха уже сильно понизилась, а отопление еще не включено.

К этому следует добавить, что потери от хищения электроэнергии всегда выше в регионах с низким уровнем жизни населения, а также в сельской местности, в зоне индивидуальной жилой застройки или в местах, использующихся для осуществления предпринимательской деятельности или ведения индивидуального подсобного хозяйства.

Также следует учесть, что в структуре коммерческих потерь имеются составляющие, зависящие от организации сбытовой деятельности непосредственно на самом энергопредприятии (потери при выставлении счетов, потери из-за несоответствия дат снятия показаний расчетных счетчиков с расчетным периодом, потери из-за расчетов потребленной электроэнергии абонентом на основе договоров безучетного электропотребления) и зависящие от внешних факторов (хищение электроэнергии).

Хищения электроэнергии.

Весь объем хищений структурируется по группам потребителей следующим образом: промышленность – 6 %; обобществленный сектор – 27 %; сельское хозяйство – 16 %; население – 51 %.

Способы хищения электрической энергии условно можно разделить на две группы:


  • расчетные – занижение фактического расхода электроэнергии за счет расчетных коэффициентов; занижение расчетных потерь активной мощности в абонентских трансформаторах; недобросовестное использование ступенчатых тарифов;

  • конструкционно-технологические – способы, которые предусматривают умышленное несанкционированное вмешательство непосредственно в процесс электроснабжения с целью изменения его технологической схемы или любое воздействие на приборы учета с целью искажения показаний или нарушения их работоспособности. К ним с относятся: механические, электрические, электромагнитные.

Указанные способы основаны на использовании несовершенства конструкций как самих приборов учета, так и организации технологической схемы электроснабжения и учета потребляемой электроэнергии.

Механические способы хищений электроэнергии.

Механическое вмешательство в работу счетчика (механическое вскрытие) – это наиболее распространенный способ, который может принимать разные формы, включая: сверление отверстий в донной части (корпусе), крышке или стекле счетчика; вставка (в отверстие) предметов типа пленки шириной 3,5 мм для того, чтобы остановить вращение диска или сбросить показания счетчика; перемещение счетчика из обычного вертикального положения в полугоризонтальное положение для того, чтобы снизить скорость вращения диска; самовольный срыв пломб, нарушение в центровке осей механизмов (шестерен) для предотвращения полной регистрации расхода электроэнергии; раскатывание стекла при вставке пленки, которая остановит дисковое вращение; установка дополнительного блока управления с дистанционным пультом.

Обычно механическое вмешательство оставляет след на счетчике, но его трудно обнаружить, если счетчик не будет полностью очищен от пыли и грязи и осмотрен опытном специалистом.

Довольно распространенным способом в последнее время является установка дополнительной платы внутри счетчика. Дополнительная плата имеет радиоприемник и реле и устанавливается на разрыв к измерительным проводам (токовым) внутри счетчика. Для установки дополнительной платы нарушается заводская пломба счетчика и после установки тщательно закрывается и пломбируется обратно.



Электрические способы хищений электроэнергии.

Достаточно часто применяется устройство, называемое «черный ящик». «Ящик» представляет собой фазосдвигающее устройство, ток противофазы вводится в токовую цепь счетчика. Если к счетчику не прикреплен антиреверсивный механизм, то при подсоединении «черного ящика» показания счетчика уменьшаются каждый час почти на 15 кВт.

Используются также устройства с конденсатором, которые не вращают диск в обратном направлении, но могут замедлить регистрацию расходуемой электроэнергии.

Одним из самых распространенных вариантов электрического способа хищения электроэнергии является подключение всей нагрузки или основной ее части до (в обход) прибора учета (безучетное подключение). Этот вариант особенно часто встречается в частном жилом секторе, дачных и гаражных кооперативах, садоводческих товариществах и мелкомоторном секторе. Безучетная нагрузка может быть подключена не постоянно, а на время, когда работает мощное электрооборудование. Подключение может быть сезонным или зависеть от времени суток. Относительная легкость реализации данного способа хищения электроэнергии обеспечивается физической доступностью линий электроснабжения для несанкционированного подключения со стороны потребителя.

Наиболее распространенным вариантом изменения схемы коммутации прибора учета в бытовом и мелкомоторном секторе является шунтирование токовой обмотки счетчика электроэнергии. К шунту одним концом подключен проводник, другой конец которого подключается, например, к фазной клемме автомата нагрузки, установленного после электросчетчика. Таким образом, шунтируются клеммы начала и конца токовой обмотки, в результате чего ток нагрузки протекает мимо цепей учета. Этот вариант легко применим, когда крышка клеммного отсека счетчика неплотно прилегает к корпусу, а длина пломбировочной нити позволяет проделать вышеописанные манипуляции без ее обрыва. Если энергосбытовой организацией проводится контрольная проверка, шунт заблаговременно удаляется. Обнаружить несанкционированное вмешательство такого рода практически невозможно.

Электромагнитные способы хищения электроэнергии.

Электромагнитные способы хищения электроэнергии включает в себя способы, которые предполагают умышленное воздействие на прибор учета внешним магнитным полем, а также создание тока нагрузки, имеющего постоянную или высокочастотную составляющие, инверсную фазу и др. При этом в приборе учета создается тормозящий электромагнитный момент, либо электромагнитное поле обратного вращения (для индукционных счетчиков), ухудшается класс точности прибора вследствие нарушения циклов намагничивания измерительных ТТ и др. явления, вызывающие недоучет.

Некоторые модели электронных счетчиков также подвержены отрицательному воздействию указанных способов хищения электроэнергии.

Получили распространение следующие способы:



  • прикладывание к электросчетчику постоянного магнита, например, неодимового, или специально изготовленного соленоида. В результате этого ротор шагового двигателя счетчика притягивается к магниту более сильным внешним магнитным полем и не проворачивается. Тем самым ухудшается класс точности встроенных трансформаторов тока и др.;

  • включение мощных обогревательных (осветительных) приборов через диод по схеме однополупериодного выпрямителя. В этом случае в токе нагрузки присутствует постоянная составляющая, ухудшающая класс точности многих моделей счетчиков электроэнергии из-за насыщения входящих в состав цепей учета измерительных трансформаторов тока.


1.3 Проблемы контроля состояния изоляции и защиты от однофазных коротких замыканий на землю в распределительных сетях
Надежность и безопасность эксплуатации распределительных электрических сетей во многом определяются состоянием изоляции этих сетей. Одним из способов поддержания изоляции на должном уровне является ее непрерывный контроль, обеспечивающий предотвращение внештатных ситуаций путем исключения появления напряжения на металлических нетоковедущих частях.

Анализ аварийных ситуаций показывает, что около 60 % всех отключений и связанных с этим перерывов в электроснабжении вызывается снижением уровня сопротивления изоляции, приводящим, в конечном счете, к ее пробою [28]. В связи с этим контроль состояния изоляции в распределительных сетях всегда был и остается весьма актуальным.

Рассмотрим контроль изоляции у потребителей, имеющих чисто активную нагрузку и двигательную нагрузку (асинхронные двигатели).

Приведем краткие сведения о технических требованиях, которые необходимо соблюдать при эксплуатации распределительных сетей.

Оценка степени загрязнения от промышленных предприятий (тепловых электростанций и источников увлажнения с высокой электрической проводимостью) производится с использованием коэффициента загрязнения. Длина пути тока утечки (в сантиметрах) изоляторов и изоляционных конструкций из стекла и фарфора должна определяться по формуле:

,

где   – удельная эффективная длина пути тока утечки, см/кВ;



U – наибольшее рабочее междуфазное напряжение, кВ,

k – коэффициент использования длины тока утечки.

Удельная длина пути тока утечки подвесных и штыревых (опорных линейных) изоляторов на металлических и железобетонных опорах в зависимости от степени загрязнения должна приниматься по таблице 1.1.


Таблица 1.1

Эффективная длина пути тока утечки изоляторов

(на высоте до 1000 м над уровнем моря)


Степень

загрязнения



Удельная эффективная длина пути тока утечки

изоляторов, см/кВ, не менее



Первая

1,90

Вторая

2,35

Третья

3,00

Четвертая

3,50

Эффективная длина пути тока утечки поддерживающих гирлянд и штыревых (опорных линейных) изоляторов воздушных линий (ВЛ) на высоте более 1000 м над уровнем моря должна быть увеличена по сравнению с нормированной в таблице 1.1: от 2000 до 3000 м – на 10 %; от 3000 до 4000 м – на 15 %.

В рассматриваемой распределительной сети длина пути тока утечки составит L=1*3*1000 / 220 = 13,6364 см.

В настоящее время перспективным является замена неизолированных проводов изолированными проводами (ВЛИ), выполненными с применением самонесущих изолированных проводов (СИП).

Надежность работы ВЛИ по сравнению с ВЛ повышается за счет отсутствия последствий климатических воздействий: исключены схлестывания проводов, как под непосредственным влиянием ветра и гололеда, так и вследствие касания веток деревьев; практически исключены обрывы проводов благодаря применению изолированных проводов повышенной механической прочности; отсутствуют отключения из-за набросов различных предметов на провода.
Таблица 1.2

Перечень мероприятий по контролю воздушных линий



1. Контроль состояния изоляции

Контроль состояния изоляторов и изолирующих подвесок производится внешним осмотром.

2. Измерение сопротивления

изоляции


Измерение сопротивления фарфоровых подвесных изоляторов производится мегомметром на напряжение 2500 В только при положительной температуре окружающего воздуха. Сопротивление каждого подвесного изолятора должно быть не менее 300 МОм

3. Измерение распределения

напряжения по изоляторам



Производится в поддерживающих и натяжных гирляндах с фарфоровыми изоляторами на ВЛ, под напряжением при положительной температуре окружающего воздуха (при положительных результатах по п.2 и п.3 не производится).

4. Дистанционная проверка изоляторов

Контроль производится с использованием инфакрасных или электронно-оптических приборов

Эксплуатация ВЛИ во многом упрощается и удешевляется благодаря конструктивному их исполнению. Существенно повышается электробезопасность как обслуживающего персонала, так и населения вследствие отсутствия открытых токоведуших частей. Облегчается возможность выполнения работ (в том числе подключения новых потребителей) на ВЛИ без снятия напряжения с минимальным использованием специальных защитных приспособлений.

Работы по поиску повреждения изоляции самонесущего изолированного провода осуществляются для определения жил с поврежденной изоляцией и места повреждения.

Определение поврежденных жил производится путем испытания изоляции каждой токоведущей жилы относительно нулевого провода и между токоведущими жилами. Испытания проводятся мегомметром на 2,5 кВ после отсоединения (отключения) от линии всех потребителей.

Методы определения мест повреждения на ВЛИ такие же, как и для кабельных линий. Для определения зоны повреждения применяют импульсный метод, а места повреждения — индукционный и акустический методы. После проведения испытаний СИП все провода должны кратковременно заземляться для снятия зарядного тока.

В рассматриваемых в диссертационной работе АСКУЭ для низковольтных сетей функции контроля состояния изоляции отсутствуют. На практике находят применение самостоятельные системы мониторинга состояния изоляции в высоковольтных сетях. В качестве примеров рассмотрим некоторые из них.





Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница