АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Сафонов Сергей Александрович1, Курбонов Жавлан Абдиназарович1
1Иркутский национальный исследовательский технический университет, магистрант

Аннотация
В программу перспективного развития предприятий включены мероприятия по созданию АС КРМ (автоматизированной системы компенсации реактивной мощности), АС ККЭ (автоматизированной системы контроля качества электрической энергии): разработка технического задания, проектной и эксплуатационной документации, закупка необходимого оборудования.
Создаваемая АС КРМ предназначена для комплексного снижения реактивной составляющей электрической нагрузки в сетях электроснабжения и, как следствие снижение технологических потерь электроэнергии, увеличение срока службы оборудования, повышения надежности электроснабжения, снижение рисков штрафных санкций, связанных с возможным невыполнением требований по величине соотношений потребления активной и реактивной мощности.

Ключевые слова: ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Сафонов С.А., Курбонов Ж.А. Автоматизированная система компенсации реактивной мощности // Современные научные исследования и инновации. 2022. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2022/05/98141 (дата обращения: 14.03.2024).

1. Необходимость создания автоматизированной системы для комплекса АКУ – автоматизированной системы компенсации реактивной мощности (АСКРМ).

На предприятиях существует стратегия и политика внедрения технического учета электроэнергии и энергоресурсов для возможности проведения анализа и прогнозирования потребления энергоресурсов, что поможет в управлении ЭХП. Все системы технического учета электроэнергии основаны на применении передовых технологиях измерения, обработки, анализа и вывода данных на оборудовании, входящему в АИИС.

На многих предприятиях установлены АКУ со ступенчатым регулированием. Опрос работающего с ними персонала, показал, что никто не может обоснованно показать степень их эффективности, время работы и режимы работы, какие ступени в какой момент времени включаются и выключаются и на какой период. Для получения этих данных при формировании плана ЗиМИО на 2023 г. принято решение включить все АКУ в единую АС с записью не только показаний контроллеров АКУ, таких как фазные и линейные значения токов и напряжений на СШ, но и журналов работы АКУ, начиная от показателей температуры внутри корпуса и до журнала аварийных событий и автоматических отключений, и выхода из строя КБ. Благодаря этим данным можно будет проанализировать режимы работы конденсаторов и коммутационного оборудования и, по возможности, принять меры для минимизации аварийных ситуаций в работе АКУ. Например, повышенная температура внутри корпуса АКУ может привести к предельным условиям работы, не достаточным для автоматического отключения, но сильно сокращая сроки работы конденсаторов и коммутационного оборудования.

Отслеживая эту информацию в режиме реального времени дежурный персонал ТП может вовремя реагировать на выход из строя оборудования АКУ для своевременной его замены и предотвращения ухудшения ситуации. Так же журнализация событий поможет избежать или вовремя отреагировать на другие внештатные или аварийные ситуации.

Эти меры помогут продлить срок использования АКУ на достаточно большой период времени. На предприятиях в Бюро АС уже имеется подобный опыт увеличения сроков использования оборудования. Установив отдельные источники бесперебойного питания на УСПД «ЭКОМ-3000» с 2003 г. продлено время «наработки на отказ» от производителя с 8,6 лет до 14 лет, что составляет переработку 5,4 года, так как устройства работали при нормальных условиях электропитания без скачков напряжения и не перезагружались в аварийных режимах. Автоматизированный контроль состояния источников бесперебойного питания помог своевременно заменять батареи и коммутационное оборудование, что полностью исключило аварийные остановки из-за сбоев в электропитании. Необходимо отметить, что периодический осмотр проводился, но невозможно запланировать снижение заряда тех же батарей для «мягкого» завершения работы устройств при долгосрочном отсутствии питания. На текущий момент оператор может видеть состояние всех источников бесперебойного питания в режиме реального времени и входное напряжение на них. Всю подобную информацию возможно получить, если записывать данные по работе АКУ на сервер в базу данных, то есть создав АС контроля за работой АКУ. Это позволит проводить мониторинг оборудования в режиме реального времени. Позволит дистанционно корректировать КМ по СШ, в зависимости от состояния СЭС предприятия, а также корректировать другие параметры контроллеров. Позволит проводить анализ работы СЭС совместно с системой технического учета электроэнергии.

Одним из важных факторов применения удаленного контроля и управления с помощью АСКРМ является значительное снижение времени нахождения персонала на опасных производственных объектах, вблизи объектов под напряжением и так далее. Это позволит снизить риски травматизма и повысит безопасность персонала.

АИИС КУЭ, АИИС ТУЭ, в которые входят учет электроэнергии, водоснабжения, теплоснабжения и газа – относятся к системам, которые являются не автоматическими (не требующими участия человека), а к автоматизированным системам, которые требуют участия оператора.

Основные функции: АИИС – это инструмент инженера, экономиста, энергетика, руководителя для получения информации и возможности принятия оперативных организационных решений в режиме реального времени, сбор и обработка статистических данных для анализа потребления энергоресурсов, реализации задач по оптимизации режимов энергопотребления и контроля результатов проведенной работы.

Технически АИИС разделяются:

- верхний уровень: Информационно Вычислительный Комплекс (ИВК), входят сервера, АРМ (Автоматизированные Рабочие Места) пользователей;

- средний уровень: Информационно Вычислительный Комплекс Электроустановок (ИВКЭ), входят Устройства Сбора Передачи Данных (УСПД – промышленные контроллеры, конфигураторы, модемы);

- нижний уровень: Информационно Измерительный Комплекс (ИИК), входят счетчики, трансформаторы тока и напряжения, датчики;

- линии связи, входят проводные, беспроводные линии связи, устройства грозозащиты, сопутствующее оборудование.

При разработке существующих АИИС в 2003 году был заложен резерв в размере 15% по количеству дополнительных каналов и линий связи, нацеленных на развитие предприятия, подключение новых мощностей, счетчиков, устройств сбора и передачи. Обследование показало, что на текущий момент заложенные ранее резервы практически исчерпаны. Для возможности подключения новых контроллеров регуляторов АКУ проведен анализ свободных (резервных) линий связи и каналов вблизи мест установки АКУ.

2. Технико- экономическое обоснование использования автоматизированной системы компенсации реактивной мощности

Технико-экономическое обоснование показывает целесообразность или нецелесообразность использования оборудования или внедрения проекта.

В дальнейшем рассматривается выбор параметров оборудования АКУ на основании проведенного анализа СЭС, определение его характеристик согласно установленным требованиям и его стоимость на 2022 г. На основе выбранных характеристик АКУ моделируется изменение потребления активной и реактивной электроэнергии за прошедший период и сравниваются фактические и смоделированные результаты в объемном и денежном эквиваленте, чтобы получить размеры возможной экономии. Учитывая стабильность потребления электроэнергии предприятием за прошедшие периоды делаем предположение, что в будущие периоды будет аналогичное потребление электроэнергии, но уже с работающими АКУ и рассчитываем экономический эффект от их применения, простой и дисконтированный сроки окупаемости.

Методика расчета простого и дисконтированного срока окупаемости

На основе полученных в результате исследования данных, зная тарифы на электроэнергию, экономический эффект от использования АКУ и объединения их в АС и стоимость оборудования можно рассчитать чистую приведенную стоимость (NPV), простой и дисконтированный срок окупаемости.

Для этого необходимо найти чистый денежный поток в каждом году на несколько лет вперед. “Чистый” означает разницу между положительным (доходами от проекта) и отрицательным (расходами) денежным потоком. Положительный денежный поток, генерируемый проектом – это экономия (на оплате электроэнергии, расходах на эксплуатацию, ФОТ и любая другая). Отрицательный денежный поток состоит из расходов на ТЭР, эксплуатацию, сервисное обслуживание, затрат на ФОТ, выплаты процентов по кредиту, налоговых отчислений (на имущество, в соцфонды на ФОТ, на прибыль).

В данных расчетах 2022 год – базовый для расчета цен. Из цен 2022 года с помощью прогнозируемых процентов роста цен вычисляем цены для 2023 года. Величина налога на прибыль, равняется 20% от налогооблагаемой базы. Это экономия по внедрению АСКРМ минус расходы (на эксплуатацию, ТЭР, налог на имущество, отчисления на ФОТ) и минус амортизация. Эту же величину чистого денежного потока можно получить, прибавив амортизацию к величине чистой прибыли.

В дальнейших вычислениях последовательно наращиваем сумму первоначальных капитальных затрат на ежегодную величину денежного потока и получаем простой срок окупаемости (в определенном году переход из отрицательных значений в положительные). Чтобы посчитать год точнее необходимо взять количество полных лет и прибавить к ним отношение последнего отрицательного значения нарастающего денежного потока к величине денежного потока следующего (первого положительного) года. Простой срок окупаемости, рассчитанный по формуле отношения годовой экономии к инвестициям, или разницы в себестоимости покупного и собственного потребления к инвестициям не подходит, например, для проектов с длительным периодом внедрения.

Далее в вычислениях проводим дисконтирование денежных потоков каждого года (приводим к сегодняшней стоимости денег) путем умножения на коэффициент дисконтирования. Согласно СТ 043-2013, ставкой дисконта необходимо брать ключевую ставку ЦБ плюс 3%.

Затем последовательно наращиваем первоначальные капитальные затраты, теперь уже на дисконтированный денежный поток и видим дисконтированный срок окупаемости (переход из отрицательных значений в положительные). Чтобы посчитать срок точно – необходимо взять количество полных лет и прибавить отношение последнего отрицательного значения нарастающего денежного потока к величине денежного потока следующего (первого положительного) года.

Чтобы найти NPV по достижении конкретного года, определяем:

  • дисконтированный чистый денежный поток нарастающим итогом в этом году.
  • подобным образом рассчитывается NPV для любого года за необходимый период.
  • расчет технологических потерь электроэнергии на производственной площадке.

После расчета мощности АКУ необходимо рассчитать снижение технологических потерь активной энергии после компенсации реактивной энергии. В среднем в действующих объектах в подводящих кабелях и силовых трансформаторах теряется от 3% до 15% расходуемой активной энергии в зависимости от уровня напряжения, количества ступеней трансформации, качества и износа изоляций. Экономию от снижения потерь в подводящих проводах и трансформаторах можно оценить, используя показатель коэффициента потерь, отражающий потери в линии при доставке энергии потребителю.

Рис.1. Функциональная схема информационного обмена между компонентами АСКРМ


Рис.2. Структурная схема связи компонентов АСКРМ

Выводы

Накопление полученной от контроллеров АКУ информации в базе данных АСКРМ совместно с АИИС ТУЭ за достаточно большие промежутки времени от года и более позволит проводить сравнение показателей СЭС по отношению к предыдущим периодам, к сезонам и т. д., что даст информацию об улучшении или ухудшении состояния СЭС для планирования работ, направленных на развитие ЭХП. Сотрудникам ТП и отдела главного энергетика в процессе работы необходимо получать информацию от энергетических АС, таких как АИИС ТУЭ, АИИС КУЭ, разработанной АСКРМ и других, для улучшения результатов своей работы, планирования развития, для своевременного проведения организационных и технических мероприятий по управлению ЭХП. Накопленный на предприятии опыт по использованию и эксплуатации АКУ, объединенных в единую информационную систему АСКРМ поможет в создании систем технического учета энергоресурсов и систем компенсации РМ на других предприятиях Холдинга.

Необходимо отметить, что целью создания АС является повышение эффективности использования СЭС за счет улучшения контроля параметров электроэнергии и получения новых потенциальных возможностей и данных для проведения аналитических расчетов.

АС позволяет решать возникающие задачи на качественно новом уровне:

  • накопление статистических данных по параметрам электроэнергии;
  • предоставление текущих данных параметрам электроэнергии;
  • контроль за состоянием оборудования;
  • ускорение операций по сбору данных;
  • повышение оперативности принятия решений;
  • повышение обоснования принимаемых решений;
  • уменьшения загрузки сети и силовых трансформаторов;
  • увеличения срока службы сетей и электроприемников;
  • повышения надежности электроснабжения в целом;
  • снижение потерь активной мощности в сетях электроснабжения предприятия;
  • снижение потерь активной мощности во внешних сетях (от границы балансовой принадлежности до вводов на подстанции);
  • снижение оплаты за потребление активной и реактивной энергии;
  • снижение рисков штрафных санкций, связанных с возможным невыполнением требований по величине соотношений потребления активной и реактивной мощности.

Список сокращений и обозначений:

АМ – активная мощность;

АИИС КУЭ – автоматизированная информационно измерительная система коммерческого учета электроэнергии;

АИИС ТУЭ – автоматизированная информационно измерительная система технического учета электроэнергии;

АКУ – автоматическая конденсаторная установка;

АС – автоматизированная система;

АСКРМ – автоматизированная система компенсации реактивной мощности;

БК – блок конденсаторов;

КМ – коэффициент мощности (cos(φ));

КРМ – коэффициент реактивной мощности (tg(φ));

КУ – конденсаторная установка;

ПКП – площадка «Кабельное производство»;

ПС – подстанция;

ПЭ – приемник электроэнергии;

РМ – реактивная мощность;

СШ – секция шин;

СЭС – система электроснабжения;

ТП – трансформаторная подстанция;

ТТ – трансформаторы тока;

ТЭО – технико-экономическое обоснование;

УКРМ – устройство компенсации реактивной мощности;

ЭП – электроприемник;

ЭХП – электрохозяйство предприятия.


Библиографический список
  1. Синеев А. М. Эффективный способ снижения потерь в условиях ограниченных мощностей – компенсация РМ в муниципальных распределительных и тяговых электросетях. / А. М. Синеев. – М.: Энергоэффективность от А до Я, 2011.
  2. Компенсация реактивной мощности в электроустановках промышленных предприятий: учеб. пособие / А. В; Кабышев -: Изд. ТПУ, 2012
  3. Оптимальная компенсация реактивной мощности в системах распределения электрической энергии: монография / А. А. Герасименко, В. Б. Нешатаев. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012.
  4. Приказ № 6/9(694) от 26.12.2014 г. О долгосрочных параметрах регулирования и необходимой валовой выручке для территориальных сетевых организаций, в отношении которых тарифы на услуги по передаче электрической энергии устанавливаются на основе долгосрочных параметров регулирования деятельности территориальных сетевых организаций.
  5. Бакута, В. П. Автоматическое управление реактивной мощностью в узле нагрузки системы электроснабжения предприятия Текст. / В. П. Бакута, В. С. Копырин // Промышленная энергетика. 2002. – №5.
  6. Владимиров, Ю. В. О концепции компенсации реактивной мощности / Ю. В. Владимиров // Электроэнергетика. 2008. – № 3.
  7. Железко Ю. С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 1985.
  8. Мельников A. A. Реактивная мощность в электрических сетях: -М.: Энергия, 1975.


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Сафонов Сергей Александрович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация