Научная работа - Повышение эффективности производства за счет внедрения АСКУЭ

Подождите немного. Документ загружается.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АСКУЭ

1.1. Предпосылки к автоматизации энергоучета

В настоящее время промышленность, как и прежде, остается основным

потребителем энергоресурсов. С распадом плановой экономики закончилась и эпоха

практически неограниченных и дешевых энергоресурсов, когда их доля в

себестоимости продукции составляла всего лишь несколько процентов. На

сегодняшний день в связи с многократным удорожанием энергоресурсов как

необходимое следствие наступил экономически целесообразный предел их

потребления в рамках исторически сложившихся технологий для каждого отдельно

взятого производства. Именно фактор высокой стоимости энергоресурсов

обусловил в последние годы кардинальное изменение отношения к организации

энергоучета в промышленности и транспорте и ЖКХ.

В ушедшую эпоху дешевых ресурсов и безусловной монополии их

поставщиков приборный учет энергоресурсов был весьма относителен, так как

затраты на его организацию не оправдывали подчас того эффекта, который он мог

обеспечить в условиях административно-командной экономики. Большинство

предприятий рассчитывались с поставщиками энергоресурсов либо на основе

множества показаний отдельных приборов невысокой точности и надежности,

требовавших визуально ручного съема измерительных данных, либо «на глазок» -

по суммарной мощности подключенных установок и расчетным нормам

энергопотребления, что весьма было выгодно поставщикам энергоресурсов. Все

издержки такого энергоучета для предприятий компенсировались дешевизной

энергоресурсов. Все издержки такого энергоучета для предприятий

компенсировались дешевизной энергоресурсов и общей плановой экономикой,

обеспечивающей директивный сбыт любой продукции, независимо от ее

энергозатратности и стоимости.

Экономические условия «вчерашнего дня» порождали приблизительный,

неточный учет и условный энергоучет, который очень грубо отражал реальные

процессы энергопотребления.

Современная цивилизованная торговля энергоресурсами основана на

использовании автоматизированного приборного энергоучета, сводящего к

минимуму участие человека на этап измерения, сбора и обработки данных и

обеспечивающего достоверный, точный, оперативный и гибкий, адаптируемый к

различным тарифным системам учет как со стороны поставщика энергоресурсов,

так и со стороны потребителя. С этой целью как поставщики, так и потребители

создают на своих объектах автоматизированные системы контроля и учета

энергоресурсов. При наличии современных автоматизированных систем учета и

контроля электроэнергии (АСКУЭ) промышленное предприятие полностью

контролируют свой процесс энергопотребления, и имеет возможность по

согласовании с поставщиками энергоресурсов гибко переходить к разным тарифным

системам, минимизируя свои энергозатраты.

Сегодняшний день промышленных предприятий в области энергоучета

связан с внедрением современных автоматизированных систем учета и контроля

электроэнергии (АСКУЭ). Эти системы позволяют:

- вести коммерческий учет электроэнергии отпускаемой поставщиком с

применением интеллектуальных микропроцессорных счетчиков электрической

энергии, позволяющие дополнительно контролировать качество электрической

энергии и имеют энергозависимую память для хранения полной информации об

электропотреблении;

- создавать унифицированные расчетные и коммерческие программы,

использующие для расчетного и технического учета, в основном, одни и те

же комплексы технических средств, исходные данные и программное обеспечение;

- вести сбор, обработку, накопление, хранение, отображение и передачу

информации об электропотреблении и мощности для коммерческих расчетов на

объектах производятся с помощью сертифицированных, метрологически

аттестованных и защищенных от несанкционированного доступа устройств

(информационно-измерительных систем);

- получать информацию о мощности электроэнергии, получаемой и

циркулируемой в системе автоматизированного учета электроэнергии, привязанной

к единому астрономическому времени и обеспечивающей единые временные срезы

измеряемых и вычисляемых данных.

1.2. История появления и развития АСКУЭ

Идея и технические средства для автоматизированного дистанционного

считывания показаний абонентских счетчиков, учитывающих различные виды

энергоносителей впервые были предложены в 1899 г. и запатентованы. Однако

внедрение систем автоматизированного сбора данных со счетчиков началось только

в 1970-1980-е гг., когда в электронике появились СБИС и микропроцессоры,

позволившие сделать технические решения экономически приемлемыми для

массового применения, а компании, предоставлявшие широкомасштабные услуги

связи, стали нуждаться в расширении использования своего связного оборудования

и телефонных каналов связи для передачи данных. Предпосылкой внедрения для

компаний, эксплуатирующих системы водо-, газо- и электроснабжения, стала

необходимость снижения затрат на содержание штата инспекторов-контролеров,

повышения оперативности и надежности учета, предоставления дополнительного

сервиса своим абонентам.

В СССР, в условиях советской экономики, автоматизация энергоучета имела

слабые экономические стимулы. Главной задачей данного процесса стала

необходимость снижения пиковых мощностей Единой энергетической системы

(ЕЭС СССР) за счет регулирования нагрузки потребителей в часы максимума

нагрузки. В итоге в 1968 г. для крупных промышленных потребителей (с

присоединенной мощностью более 750 кВА) был введен двуставочный тариф с

основной платой за заявленную максимальную мощность в часы пиковой нагрузки

энергосистемы и дополнительной платой за потребление электроэнергии

накапливающим итогом за расчетный период. Поэтому создание

автоматизированных систем контроля и учета энергоносителей (АСКУЭ) началось с

крупных промышленных предприятий - основных потребителей электроэнергии и

потенциальных регуляторов нагрузки энергосистемы.

Изначально АСКУЭ проектировались как двухуровневые системы: первый

уровень - первичные измерительные преобразователи ПИП - индукционные

счетчики со встроенными телеметрическими датчиками импульсов (Д),

подключенные к питающим фидерам непосредственно или через масштабные

преобразователи - измерительные трансформаторы тока и напряжения, второй

уровень - специализированные измерительные информационные системы учета и

контроля электроэнергии (ИИСЭ) (рис. 1). Принцип передачи измерительной

информации от счетчика к системе заключался в преобразовании аналоговой

величины угла поворота Dj диска индукционного счетчика, которая

пропорциональна измеренному за время Dt кванту электроэнергии DЕ (без учета

масштабных преобразователей):

Dj = С х DЕ, [1]

где С - постоянная счетчика, об/кВт.ч, - количество полных оборотов диска,

приходящихся на 1 кВт.ч измеренной счетчиком электроэнергии, в дискретную

величину количества импульсов.

Рисунок 1. Структурная схема АСКУЭ с числоимпульсным сбором данных

Указанный принцип передачи измерительной информации от счетчика к

системе получил название числоимпульсного. Согласно ему измерительная

информация не хранится в счетчике (у индукционных счетчиков нет внутренней

памяти), а по мере формирования поступает в виде импульсов в измерительный

канал. Основные измерительные функции информационной электроизмерительной

системы состоят в том, чтобы формировать реальное время по встроенным часам и

календарю, в реальном времени принимать от счетчиков по измерительным каналам

телеметрические импульсы, накапливать их по различным интервалам времени в

своей электронной памяти, преобразовывать числоимпульсную канальную

информацию в именованную - энергию и мощность - с учетом постоянных

счетчиков и коэффициентов трансформации по току и напряжению, алгебраически

суммировать канальную измерительную информацию в группах для нахождения

совмещенных мощностей и электропотребления по объекту учета в целом или его

частям.

По рассмотренной схеме строились АСКУЭ на промышленных предприятиях

и в энергосистемах СССР, а затем и СНГ. Позже многие системы были дооснащены

электронными счетчиками с телеметрическими выходами (в силу своей простоты и

универсальности числоимпульсный принцип сохранился даже с появлением

электронных счетчиков!). Вместо систем типа ИИСЭ стали применять сумматоры,

концентраторы, устройства сбора и передачи данных (УСПД), на третьем уровне

подключили к ним персональные компьютеры (ПК) и компьютерные сети. При этом

числоимпульсный принцип в АСКУЭ не изменился.

Особенность построения АСКУЭ с числоимпульсным сбором данных

состоит в неразрывной связи счетчиков с уровнем специализированной системы, так

как измерительная информация должна непрерывно и круглосуточно, в темпе

процесса измерения и формирования телеметрических импульсов поступать из всех

счетчиков в систему для ее накопления, хранения и обработки. Несмотря на то, что

такая АСКУЭ строится, как правило, из совокупности конструктивно обособленных

и территориально разнесенных, функционально законченных элементов, она

является сильно связанной системой - одним большим многоканальным счетчиком.

При сбоях в работе счетчиков-датчиков или электропитании системы,

неисправности измерительных каналов или самой системы может быть безвозвратно

утеряна измерительная информация как по одному счетчику, так и по всей их

совокупности.

В сильно связанной АСКУЭ процесс измерения распределен по всей

двухуровневой структуре, и полнота, точность и достоверность измерительной

информации постоянно находится под угрозой метрологических отказов. Поэтому к

АСКУЭ данного типа предъявляются обоснованные метрологические требования:

системы в целом и их элементы должны иметь утвержденные типы средств

измерений, регистрацию в Госреестре средств измерений, проходить

метрологические испытания и периодические поверки. [1]

Новый этап в развитии АСКУЭ наступил с появлением современных

микропроцессорных многофункциональных электронных счетчиков с цифровыми

интерфейсами. Первые электронные счетчики с электронной схемой измерения

электроэнергии и традиционным электромеханическим индикатором появились в

конце 1960-х - начале 1970-х гг., но их массовое внедрение началось только к концу

столетия. Назовем новые АСКУЭ цифровыми, поскольку в них на смену

числоимпульсному принципу передачи измерительной информации пришел

цифровой - передача измерительных данных от счетчиков посредством чисел (цифр)

позиционных систем исчисления, в частности двоичных чисел (рис. 2).

Цифровая АСКУЭ позволила измерительной информации неопределенно

долго храниться в точке учета - в энергонезависимой памяти электронного счетчика,

причем в цифровом формате с фиксированной точностью. Неограниченный доступ

к этой информации стал возможен по цифровому интерфейсу, не снижающему ее

точность и достоверность при передаче на верхние уровни. В цифровой АСКУЭ

измерительный канал распространяется от фидера через масштабные

преобразователи до счетчика и его цифрового выхода, но далее он перестает

существовать, превращаясь в обычный канал связи для передачи любой цифровой

информации, включая измерительную. По этому каналу можно неоднократно

обращаться к одним и тем же измерительным данным, хранящимся в базе данных

счетчика, перепроверяя их значения и исключая влияние канала связи на

передаваемую информацию. Точность данных определяется только классом

точности самого счетчика, в частности, предельными погрешностями входных

цепей (шунтов, трансформаторов) и аналого-цифровых преобразователей

измерительных элементов счетчика, а также аппаратно-программной разрядностью

двоичной сетки, в которой ведутся все промежуточные цифровые вычисления и

хранятся результаты измерений.

Рисунок 2. Цифровая АСКУЭ

а) структурная схема; б) асинхронная последовательная передача цифровых данных

Цифровые АСКУЭ, содержащие на нижнем уровне масштабные

преобразователи и электронные счетчики с цифровыми интерфейсами, УСПД на

промежуточном и компьютер со специализированным программным обеспечением

на верхнем уровне, а также соответствующие каналы связи между уровнями,

являются слабосвязанными системами. Если базы данных счетчиков периодически

(или даже эпизодически) реплицируются через каналы связи в базы данных УСПД и

компьютера, то достоверным источником результирующей измерительной

информации может быть любой из указанных трех уровней - информация каждого

из них идентична. Если за какой-то интервал времени не было по тем или иным

причинам сбора данных с нижнего уровня АСКУЭ на верхние уровни, то такой сбор

может быть выполнен в любой другой интервал времени, причем с полной

гарантией получения всех ранее накопленных в счетчиках данных (за исключением

случая отказа самого счетчика). В цифровой АСКУЭ все прямые измерения

принципиально сосредоточены только в счетчиках. Верхние уровни производят не

измерения, а вычисления с использованием цифровых измерительных данных

нижнего уровня фиксированной точности.

2. ЗАДАЧИ АСКУЭ КАК ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Основной целью учета электрической энергии является получение

достоверной информации о количестве произведенной, переданной, распределенной

и потребленной электрической энергии и мощности на оптовом и розничном рынке.

Эта информация позволяет:

1. производить финансовые расчеты между участниками рынка;

2. управлять режимами энергопотребления;

3. определять и прогнозировать все составляющие баланса электроэнергии

(выработка, отпуск с шин, потери и так далее);

4. определять и прогнозировать удельный расход топлива на электростанциях;

5. выполнять финансовые оценки процессов производства, передачи и

распределения электроэнергии и мощности;

6. контролировать техническое состояние систем учета электроэнергии в

электроустановках и соответствие их требованиям нормативно-технических

документов.

Контроль достоверности учета электроэнергии достигается за счет

ежемесячного составления баланса поступившей и отпущенной электрической

энергии с учетом потерь и расхода электрической энергии на собственные нужды.

Баланс составляется на основе показаний счетчиков электрической энергии,

снимаемых в 24 часа местного времени последних суток каждого расчетного месяца.

Принятая в настоящее время ручная запись показаний счетчиков, по которым

составляется баланс электроэнергии, не вполне корректна и приводит к

дополнительным погрешностям, поскольку трудно обеспечить одновременную и

безошибочную запись этих показаний, особенно при большом числе

контролируемых счетчиков.

Внедрение АСКУЭ дает возможность:

1. оперативно контролировать и анализировать режим потребления

электроэнергии и мощности основными потребителями;

2. осуществлять оптимальное управление нагрузкой потребителей;

3. собирать и формировать данные на энергообъектах;

4. собирать и передавать на верхний уровень управления информацию и

формировать на этой основе данные для проведения коммерческих расчетов между

поставщиками и потребителями электрической энергии;

5. автоматизировать финансово-банковские операции и расчеты с

потребителями.

АСКУЭ должны выполняться на базе серийно выпускаемых технических

средств и программного обеспечения. В состав технических средств АСКУЭ

должны входить:

1. счетчики электрической энергии, оснащенные датчиками-

преобразователями, преобразующими измеряемую энергию в пропорциональное

количество выходных импульсов или цифровой код (при использовании

электронных реверсивных счетчиков - раздельно на каждое направление);

2. устройства сбора и передачи данных (УСПД), обеспечивающие сбор

информации от счетчиков и передачу ее на верхние уровни управления;

3. каналы связи с соответствующей каналообразующей аппаратурой для

передачи измерительной информации;

4. средства обработки информации (как правило, персональные ЭВМ).

С метрологической точки зрения АСКУЭ представляет собой специфический

тип измерительной системы, которая реализует процесс измерения и обеспечивает

автоматическое (автоматизированное) получение результатов измерений.

Метрологическое обеспечение АСКУЭ должно проводиться в соответствии с

общими правилами, распространяющимися на измерительные системы.

Различают измерительные системы (ИС) трех типов:

а) ИС широкого применения, разрабатываемые для серийного производства в

виде законченных изделий, для установки которых на месте эксплуатации

достаточно указаний, изложенных в их эксплуатационной документации;

б) ИС целевого применения, разрабатываемые для единичного (разового или

повторяющегося мелкими партиями) изготовления, для установки которых на месте

эксплуатации достаточно указаний, изложенных в их эксплуатационной

документации;

в) ИС целевого применения, проектируемые для определенных объектов

(групп однородных объектов) и возникающие как законченное изделие

непосредственно на объекте эксплуатации путем комплектации из компонентов

серийного или единичного изготовления и соответствующего монтажа и наладки,

осуществляемых в соответствии с проектной документацией.

3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АСКУЭ

В общем случае АСКУЭ содержит три уровня:

Первый уровень - первичные измерительные приборы (ПИП) с

телеметрическими или цифровыми выходами, осуществляющие непрерывно или с

минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучѐта

потребителей (потребление электроэнергии, мощность, давление, температуру,

количество энергоносителя, количество теплоты с энергоносителем) по точкам

учѐта (фидер, труба и т.п.);

Второй уровень - устройства сбора и подготовки/передачи данных (УСПД),

специализированные измерительные системы или многофункциональные

программируемые преобразователи со встроенным программным обеспечением

энергоучѐта, осуществляющие в заданном цикле интервала усреднения