ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОНДЕНСАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

На многих производственных предприятиях в настоящее время устанавливаются автоматизированные информационно- измерительные системы технического учета электроэнергии (АИИС ТУЭ), которые необходимы для контроля расхода электроэнергии на производстве, анализа потерь электроэнергии в сетях электроснабжения предприятия, на собственные нужды подстанций и для составления баланса.

Использование АИИС ТУЭ позволяет проводить энергетические обследования и разработку мероприятий для снижения потерь электрической энергии. Одной из таких основных задач по снижению потерь является компенсация реактивной мощности потребителя. Система АИИС ТУЭ позволяет наглядно в табличном и графическом представлении «рис.1» увидеть и проанализировать детальное потребление реактивной энергии по группам элементов электрической сети, выявить элементы с повышенным потреблением реактивной энергии, определить узлы для монтажа конденсаторных установок и рассчитать их оптимальные характеристики.

Рис. 1. График потребления активной, реактивной энергии и коэффициент мощности сos(φ1)

Если к узлу системы электрического снабжения подключить большое количество электроприемников и потребление реактивной энергии будет не постоянно, то необходимо использовать групповую компенсацию реактивной мощности с подключением автоматической конденсаторной установки (АКУ) со ступенчатым регулированием для поддержания оптимального коэффициента мощности не зависит от текущего потребления. Такая конденсаторная установка (КУ) будет компенсировать реактивную энергию в соответствии с потребностью в режиме реального времени.

АИИС ТУЭ значительно облегчает задачи по выполнению расчетов. При наличии большого количества потребителей, с помощью АИИС ТУЭ можно анализировать данные за разные периоды времени и выявить факторы, влияющие на потребление реактивной энергии в разных узлах системы электроснабжения- это поможет наиболее эффективно рассчитать параметры требуемого компенсационного оборудования.

При проведении расчетов мощности, количества и шага ступеней автоматической КУ можно воспользоваться накопленными статистическими данными из имеющейся АИИС ТУЭ. Обработку полученных статистических данных можно проводить в самой автоматизированной системе или воспользоваться программой MS Excel. Для увеличения точности последующих расчетов желательно охватить достаточно большой промежуток времени, в который будут входить факторы, влияющие на потребление: сезонность, разнообразие, последовательность технологических процессов, влияние выходных, рабочих или праздничных дней и другие. Самым оптимальным периодом для анализа является один год, так как в большинстве случаев в него входят все выше перечисленные факторы.

Многообразие вариантов расчета параметров конденсаторных установок представлено в литературе и сети интернет. Большинство из них сводится к трем этапам:

1. Расчет реактивной мощности энергоприемников.
2. Расчет емкости требуемой конденсаторной установки.
3. Расчет ступеней регулирования конденсаторной установки для оптимальной компенсации реактивной энергии.

Для проведения этих расчетов необходимо из существующей АИИС ТУЭ загрузить в файл формата MS Excel данные потребления активной и реактивной энергии по часовым интервалам за выбранный период времени. На основании этих данных можно провести все

расчеты параметров конденсаторной установки. В итоге мы получаем таблицу с данными, как показано в табл. 1. Данные лучше вывести в часовых интервалах для упрощения дальнейших расчетов.

Таблица 1. Вывод данных из АИИС ТУЭ.

Столбец Wa содержит данные потребления активной энергии в кВтч, Wr потребления реактивной энергии в этот же часовой интервал времени в квар, сos(φ₁) данные текущего коэффициента мощности, которые можно взять из системы или посчитать по формуле для каждого часового интервала и вставить в таблицу отдельным столбцом:

Всего таблица будет содержать около 7956 строк. Из полученной таблицы можно удалить строки с нулевыми значениями Wa, и Wr, так как в эти периоды оборудование не работало и потребления электроэнергии не было, соответственно проведение расчетов для этих временных интервалов не требуется.

Расчет реактивной мощности электроприемников проводить не требуется, так как мы получаем эти данные из АИИС ТУЭ в столбце Wr табл. 1.

При расчете емкости требуемой конденсаторной установки необходимо знать минимальные и максимальные значения потребления реактивной энергии в заданном узле. Эти данные можно получить из столбцов Wa, Wr, как показано в примере табл. 2.

Таблица 2. Максимальные и минимальные значения потребления электроэнергии

Из столбца Wr (табл. 2) выбираем максимальное и минимальное значение потребления реактивной энергии, для которого будем проводить расчеты конденсаторной установки. При этом необходимо соблюдать условие cos(φ₁) < cos(φ₂), где cos(φ₂) целевое значение коэффициента мощности, которое необходимо достичь при компенсации реактивной мощности, иначе компенсация не требуется.

Допустим, чтобы избежать перекомпенсации, необходимо с помощью АКУ достичь значения cos(φ₂)=0,98. Этому значению коэффициента мощности соответствует значение tg(φ2)=0,203.

Расчет мощности АКУ производим с помощью следующей формулы:

где Q_АКУ – мощность требуемой конденсаторной установки, квар;

Q_макс – максимальная реактивная мощность, квар;

P – значение активной мощности в этот же момент времени, кВт.

Если подставить в эту формулу выбранные значения из табл. 2 – максимальное значение 564,948 квар ч, 476,948 кВт ч и tg(φ₂) = 0,203 получим итоговую мощность АКУ Q_АКУ=468,128 квар.

При расчете мощности ступеней АКУ разделим диапазон потребления реактивной энергии, полученный из АИИС ТУЭ в столбце Wr табл.2 в соответствии с мощностями выпускаемых конденсаторных батарей, например, по 5 и 25 квар в диапазоне до 100 квар и далее с шагом по 50 квар и определим количество часов потребления Wr в этих диапазонах (табл. 3).

Таблица 3. Распределение потребления реактивной энергии по диапазонам.

Если имеется предпочтение выбора конденсаторных батарей определенного производителя, необходимо заранее уточнить : конденсаторы какой емкости он выпускает и разбить их потребление на диапазоны, соответствующие емкости конденсаторов, выпускаемых конкретным производителем.

На основании таблицы распределения энергии по диапазонам (табл. 3) можно построить соответствующую диаграмму (рис. 2), на которой видны основные рабочие диапазоны потребления реактивной энергии и сколько процентов времени от выбранного периода оборудование потребляет реактивную энергию в данном диапазоне.

Рис. 2. Диаграмма диапазонов потребления реактивной энергии

Необходимо подобрать ступени конденсаторных батарей таким образом, чтобы суммарная мощность включенных конденсаторов соответствовала рабочим диапазонам потребления реактивной энергии с максимальным временем работы. Из диаграммы «рис.2» видно, что около 20% времени идет потребление реактивной энергии в диапазоне от 5 до 25 квар. Основное время потребления реактивной энергии происходит в диапазоне от 25 до 200 квар. Около 30% времени идет потребление в диапазоне от 250 до 500 квар. Для работы АКУ в этих диапазонах потребуются конденсаторы мощностью 5, 10, 25 и 50 квар. В такой комплектации АКУ будет иметь минимальный шаг компенсации 5 квар, максимально охватывать все необходимые диапазоны компенсации от 5 до 500 квар и иметь максимальную стоимость, что значительно увеличивает срок окупаемости. Для уменьшения габаритов и стоимости АКУ можно увеличить шаг компенсации до 10 квар и не принимать во внимание диапазон от 450 до 500 квар из-за незначительного времени работы 1,6%. Это позволит уменьшить количество конденсаторов и коммутационного оборудования.

С помощью АИИС ТУЭ подобные расчеты необходимо провести для каждого узла системы электроснабжения, в которых необходима компенсация реактивной энергии и планируется монтаж автоматических конденсаторных установок.

Так же есть некоторые моменты, на которые следует обратить внимание при проведении расчетов параметров АКУ. Например, при выборе мощности АКУ необходимо закладывать резерв увеличения мощности энергоприемников, который составляет от 10 до 20% от текущего значения на случай дальнейшего развития производства и введения дополнительных потребителей. Перед выбором оборудования АКУ, с помощью приборов контроля качества, необходимо провести анализ параметров качества электроэнергии в заданном узле системы электроснабжения на наличие скачков тока и напряжения и их гармонических составляющих с частотой записи в память прибора не менее 10 записей в секунду. Из практического опыта можно сказать, что при наличии 3, 5, 7 гармоник на стороне 0,4 кВ, превышающих допустимые максимальные значения, необходимо предусмотреть фильтры гармоник для защиты конденсаторов и уровень напряжения конденсаторов повысить с 420 до 440 и 480 В. Это ведет к удорожанию АКУ, но значительно продлит срок ее эксплуатации.

С помощью АИИС ТУЭ можно так же смоделировать работу АКУ по уже имеющимся данным и провести сравнение полученных показателей для энергетических и экономических расчетов (рис.3).

Рис. 3. График смоделированной работы АКУ. Потребление активной, реактивной энергии при коэффициенте мощности сos(φ2)=0,98

АИИС ТУЭ позволяет не только определить узлы системы электроснабжения, в которых необходима компенсация потребления реактивной энергии, но и упростить расчеты и повысить точность определения параметров при выборе АКУ и коммутационного оборудования, что позволит АКУ работать с максимальной производительностью, сократить сроки ее окупаемости и продлить сроки эксплуатации.

1. Б.И. Левин, А. А. Бутко. Использование отходов в качестве топлива путем экологически чистого обезвреживания с выработкой энергии (применительно к городскому хозяйству Москвы) / Под ред. Б.И. Левина. – М.: Изд-во Прима-Пресс-М, 2005.
2. Постановление Правительства Москвы № 219 -ПП от 28.03.06 «О целевой среднесрочной экологической программе г. Москвы на 2006 – 2008 г. (редакция на 05.12.2006)»
3. Федоров Л., Маякин А. Теплоэлектростанции на бытовых отходах.// Энергетика и промышленность России. 2006. № 6.
4. Тугов А. Н., Москвичев В. Ф., Рябов Г. А. Опыт сжигания твердых бытовых отходов на отечественных ТЭС. // Теплоэнергетика. 2006. № 7
5. Шарапов В.И. Особенности теплоснабжения городов при дефиците топлива на электростанциях // Электрические станции. 1999. №10
6. Козин В.А. Организация, состояние и режим теплоснабжения г. Иваново в 1998 г. В кн. Энергетический ежегодник: Вып. 2. Иваново: РЭК – ИГЭУ, 1999.
7. Шарапов В.И. О причинах неудовлетворительного теплоснабжения города Набережные Челны// Материалы 2-го международного симпозиума по энергетике, окружающей среде и экономике. Том 2. Казань: КФ МЭИ. 1998.

Все статьи автора «Сафонов Сергей Александрович»