Современные средства для организации интеллектуального учета электрической энергии в сетях 6(10) кВ

Page 1

Page 2

учет электроэнергии

Современные средства для
организации интеллектуального
учета электрической энергии
в сетях 6(10) кВ

Цифровизация

электросетевого

комплекса

невозможна

без

цифровых

техно

логий

их

применение

позволяет

получить

ряд

существенных

технологических

экономических

преимуществ

Одним

из

наиболее

наглядных

примеров

явля

ются

интеллектуальные

системы

учета

статье

рассмотрены

различные

типы

пунктов

коммерческого

учета

электроэнергии

для

сетей

6(10)

кВ

Особое

вни

мание

статье

уделено

сравнению

пунктов

коммерческого

учета

электроэнер

гии

непосредственного

подключения

применение

которых

последнее

время

стремительно

увеличивается

Панащатенко

инженер ООО НПО «ЦИТ»

Яблоков

к.т.н., доцент кафедры автоматического

управления ЭЭС ИГЭУ

Лебедев

заведующий кафедрой автоматического

управления ЭЭС ИГЭУ

Ладанов

директор ООО НПО «ЦИТ»

Кузьмина

аспирант-ассистент кафедры

автоматического управления ЭЭС ИГЭУ

Готовкина

аспирант кафедры автоматического

управления ЭЭС ИГЭУ

рамках реализации концепции «Цифровая

трансформация 2030» стоит задача по ос-

нащению энергосистемы РФ устройствами

умного учета электрической энергии. Кроме

этого, в СТО 34.01-3.1-002-2016 ПАО «Россети» [1]

указано, что системы учета электроэнергии в элек-

тросетевом комплексе должны охватывать все точки

коммерческого (расчетного и контрольного) и техни-

ческого учета активной и реактивной электроэнергии

и мощности с целью получения полного баланса элек-

троэнергии. Зачастую эти точки располагаются не на

подстанциях, а прямо на линиях электропередачи,

и чтобы обеспечить учет электроэнергии в этих точ-

ках, применяются пункты коммерческого учета (ПКУ).

В связи с тем, что на сегодняшний день большин-

ство отпаек линий 6(10) кВ и большое количество

присоединений трансформаторных подстанций (ТП)

и распределительных пунктов (РП) 6(10) кВ не обо-

рудованы устройствами учета электрической энер-

гии, объем устанавливаемых ПКУ достаточно велик,

и сразу можно сказать, что в ближайшее время он бу-

дет только увеличиваться.

Существует несколько типов ПКУ, один из ко-

торых — это уже ставшее традиционным решение

с применением электромагнитных трансформаторов

тока и напряжения и счетчиков трансформаторного

включения, как на рисунке 1.

Преимуществом применения электромагнитных

измерительных трансформаторов и счетчиков явля-

ются применение классических технологий изготов-

ления, глубоко проработанной и постоянно совер-

шенствующейся нормативной базы применения этих

устройств и большого числа производителей. Бла-

годаря этому стоимость отдельных вариантов ПКУ

может быть относительно небольшой, несмотря на

существенные затраты, обусловленные металлоем-

костью данного решения (электротехническая и кон-

струкционные стали, медный провод и пр.).

Несмотря на достаточно широкое распростране-

ние, все-таки следует указать ряд недостатков:

1. Электромагнитные трансформаторы тока (ТТ)

и трансформаторы напряжения (ТН) имеют боль-

Рис

. 1.

Традиционный

ПКУ

установленный

на

опоре

ЛЭП

Шкаф

с измерительными

трансформаторами

тока и напряжения

Шкаф со счетчиком

электрической

энергии

Page 3

шую массу и габариты, устанавливаются в рас-

сечку первичного провода. В целях снижения

влияния внешней среды и снижения требований

к стойкости измерительных трансформаторов

их помещают в металлические шкафы. В целом

высоковольтный модуль традиционного ПКУ име-

ет значительные габаритные показатели, масса

высоковольтного модуля составляет сотни кило-

граммов, а установка традиционного ПКУ — это

длительный процесс, требующий привлечения

значительных ресурсов (транспортные средства,

подъемные механизмы и пр.).

2. Электромагнитные ТН часто подвержены явлению

феррорезонанса [2, 3].

3. Электромагнитные ТТ подвержены явлениям на-

сыщения и остаточной намагниченности [4, 5].

4. Зачастую такие ПКУ комплектуются трансформа-

торами с классом точности 0,5S по току и 0,5 по

напряжению, что приводит к результирующей по-

грешности учета электрической энергии величи-

ной более 1%, а с учетом точности самих счетчи-

ков более 1,5%.

5. Электромагнитные ТН имеют потери холостого

хода, которые учитываются как потери сетевой ор-

ганизации.

6. Метрологические характеристики традиционных

электромагнитных ТТ и ТН определены норматив-

но для частоты 50 Гц, а физически частотный диа-

пазон работы ограничен внутренними резонанс-

ными процессами, что не позволяет полноценно

использовать их при выполнении функций опреде-

ления показателей качества электроэнергии (ПКЭ)

и определения места повреждения (ОМП).

Большое количество производителей электромаг-

нитных трансформаторов и счетчиков создают кон-

куренцию, что приводит к снижению стоимости ПКУ,

однако за счет веса и габаритов стоимость монтажа

таких ПКУ может быть достаточно существенной,

что, в свою очередь, сказывается на общей стоимо-

сти (в сторону существенного увеличения).

Вместо электромагнитных измерительных транс-

форматоров для учета электрической энергии прихо-

дят на смену цифровые комбинированные измери-

тельные трансформаторы тока и напряжения: ЦТТН

6(10) кВ, пример ПКУ на ЦТТН представлен на ри-

сунке 2.

ПКУ с применением ЦТТН имеет ряд преиму-

ществ по сравнению с традиционными ПКУ [6]. ЦТТН

6(10) кВ меньше, легче и точнее, могут устанавли-

ваться на открытом воздухе без применения до-

полнительных корпусов, не подвержены явлениям

феррорезонанса, насыщения и остаточной намаг-

ниченности, а частотный диапазон измерения циф-

ровых трансформаторов исчисляется тысячами Гц.

Применять ЦТТН можно совместно с различными

счетчиками — как принимающими сигнал в формате

МЭК 61850, так и работающими с входными сигнала-

ми с уровнем до нескольких вольт. Для работы с по-

следними в составе ЦТТН не требуется электронных

компонентов, формирующих информационный по-

ток в формате протокола Sampled Values (IEC 61850-

9-2), счетчики подключаются напрямую к преобра-

зователям. На данный момент такие решения уже

отработаны и нашли применение на различных объ-

ектах, поскольку экономически и технически оправ-

даны в классе 6(10) и 35 кВ.

Однако цифровые измерительные трансформато-

ры — это решение прежде всего для стационарного

размещения на цифровых подстанциях, где есть не

только средства учета, но и устройства релейной за-

щиты и автоматики, кроме этого подключение ПКУ на

базе ЦТТН 6(10) кВ должно осуществляться в рассечку

первичного провода, а для работы требуется подвод

питания от стороннего источника (им может являться

питающий электромагнитный ТН или емкостный ис-

точник питания). При этом стоит отметить, что приме-

нение цифровых комбинированных трансформаторов

тока и напряжения оправдано при реализации ПКУ

на классы напряжения 35 и 110 кВ, в которых за счет

малого веса и габаритов ЦТТН 35 кВ и ЦТТН 110 кВ

возможно размещение ПКУ непосредственно на опо-

рах ВЛ без затрат на капитальное строительство.

ПКУ на базе электромагнитных и цифровых транс-

форматоров, согласно СТО 34.01-5.1-008-2018 ПАО

«Россети» [7], относятся к типу ПКУ трансформатор-

ного включения. Кроме него в стандарте организации

приводится еще один тип — это ПКУ непосредствен-

ного подключения, именно этот тип ПКУ в последнее

время вызывает наибольший интерес и именно на

него ориентирована программа построения систем

интеллектуального учета в энергосистеме РФ.

В целом требования к этим устройствам аналогич-

ны требованиям, предъявляемым к традиционным

ПКУ, однако есть некоторые особенности:

1) устройства должны размещаться на проводах ВЛ

не инвазивным способом (то есть без рассечки

первичного провода);

2) для питания электронных компонентов ПКУ не

должно применяться дополнительных источников

питания в отдельном корпусе (электромагнитных

ТН и емкостных источников питания);

3) передача данных об измеренных значениях элек-

трической энергии должна осуществляться без

применения дополнительных устройств, в удален-

ную систему сбора данных в автоматическом ре-

жиме;

4) обязательное наличие удаленного (выносного)

дисплея.

Рис

. 2.

Пример

ПКУ

на

базе

цифровых

измерительных

трансформаторов

6(10)

кВ

производства

ООО

НПО

ЦИТ

»: 1 —

комбинированные

первичные

преобразова

тели

цифровых

измерительных

трансформаторов

;

2 —

шкаф

электронным

преобразователем

счетчи

ком

электрической

энергии

№

6 (63) 2020

Page 4

В основе и классических и инновационных ПКУ ле-

жат две классические схемы измерения и учета элек-

троэнергии в трехфазных цепях, представленные на

рисунке 3, с применением двух и трех измерительных

приборов соответственно.

На сегодняшний день производителями представ-

лено несколько ПКУ, отвечающих данным требованиям.

Схему рисунка 3а реализуют высоковольтные счет-

чики АО «РиМ» [9], имеющие разъемную конструк-

цию (рисунок 4а). Они содержат два полукомплекта

устройств с двумя датчиками тока в фазных проводах

и двумя датчиками линейного напряжения. В состав

входит модем ближнего и дальнего радиусов дейст-

вия. Полукомплекты синхронизированы и обменивают-

ся между собой измерениями токов и напряжений, осу-

ществляя расчет электрической энергии, а также до-

ступных при такой схеме ПКЭ. Информация, отражаю-

щая измерения и расчеты, передается на верхний уро-

вень с помощью модема дальнего радиуса действия.

Схему рисунка 3б реализуют высоковольтные

счетчики итальянской компании «Тесмек» (поставщик

в России — OOO «Тесмек РУС» [10]) и компании ООО

НПО «ЦИТ» [8] (устройство разработано в рамках

НИОКР ПАО «Россети»), представленные на рисун-

ке 4б, состоящие из трех комбинированных датчиков

тока и напряжения, подвешиваемых на проводах ВЛ.

Дополнительно внутри корпусов, размещенных на

проводах, установлены элементы емкостного отбора

энергии для питания электронных компонентов, все

три датчика подключаются к измерительно-комму-

никационному блоку, размещаемому на опоре ЛЭП.

Этот блок принимает энергию от емкостного устрой-

ства питания, выполняет обработку измеренных дат-

чиками значений тока и напряжения, рассчитывает

значения передаваемой электрической энергии, вы-

полняет дополнительные функции (ПКЭ, ОМП и др.),

принимает импульсы синхронизации, а также переда-

ет информацию удаленным устройствам в автомати-

ческом режиме в запротоколированном формате.

Сравнение и ключевые отличия описанных

устройств представлены в таблице 1.

Неоспоримым преимуществом ПКУ непосред-

ственного подключения является малый вес (за счет

чего не требуется усиление или установка дополни-

тельных опор ВЛ, а также применение при монтаже

дополнительных подъемных средств, например, авто-

кран) и возможность неинвазивной установки на ВЛ

ЛЭП. Все это помогает существенно сократить время

и стоимость монтажа таких ПКУ, по сравнению с ПКУ

трансформаторного включения.

Рассматривая каждый тип ПКУ, можно отметить

следующие особенности:

1. Применяемая в высоковольтных счетчиках схема

Арона не предназначена для применения в сетях

с глухозаземленной нейтралью или в сетях с ре-

зистивным заземлением нейтрали из-за наличия

существенных погрешностей [11, 12]. Отсутствие

измерений одного из фазных токов, а также фаз-

ных напряжений недостаточно для полного рас-

чета ПКЭ, кроме этого, имеются ограничения для

выполнения дополнительных функций релейной

защиты (таких как ОМП при однофазных замыка-

ниях и определение смещения нейтрали).

2. Основным преимуществом АТКУЭ 6(10) кВ яв-

ляется выполнение функций РЗиА (ОМП и опре-

деления смещения нейтрали), по сути приводит

б)

Рис

. 3.

Схемы

измерения

мощности

электроэнергии

на

основе

двух

(

)

трех

(

)

измерительных

приборов

Wh2

Wh1

от

рт

эн

ги

По

тр

ит

Wh2

Wh1

Ис

то

эл

тр

эн

ги

По

тр

ит

Wh3

б)

а)

Рис

. 4.

Различные

типы

ПКУ

непосредственного

включения

: 1 —

электронные

датчики

тока

напряжения

выпол

ненные

совместно

трехфазными

счетчиками

электроэнергии

; 2 —

измерительно

коммуникационный

блок

УЧЕТ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Page 5

к объединению ПКУ

и индикаторов корот-

кого замыкания (ИКЗ)

[13, 14], образуя при

этом единую инфор-

мационную систему,

в которой находятся

все АТКУЭ.

Следует ожидать, что

ПКУ непосредственного

подключения составят

существенную

конку-

ренцию ПКУ трансфор-

маторного включения.

Преимущества ПКУ не-

посредственного

под-

ключения обусловлива-

ют повышенный интерес

сетевых

организаций,

поскольку их примене-

ние позволяет дешевле

и быстрее выполнить по-

ставленные перед энер-

гетиками задачи в части

создания систем интел-

лектуального учета и при

этом получить новый, ра-

нее недоступный функ-

ционал, что повлечет за

собой снижение доли не-

технических потерь (за счет установки ПКУ во всех контролируемых

точках), а также снизит величину эксплуатационных затрат (за счет

автоматического сбора показаний, а также за счет внедрения сис тем

определения места повреждения в сетях среднего напряжения).

Исследования выполнены при финансовой поддержке ПАО «МРСК

Центра и Приволжья» в соответствии с договором на выполнение на-

учно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по теме «Ис-

следование физических процессов функционирования и разработка

опытного образца автоматизированной точки коммерческого учета

электроэнергии 6(10) кВ с магнитотранзисторным преобразователем

для нужд ПАО «МРСК Центра и Приволжья».

Табл. 1. Сравнение и ключевые отличия

технических характеристик ПКУ непосредственного подключения

Характеристика

АТКУЭ

6(10) кВ

Высоковольтные

счетчики

Комбини-

рованные

электронные

датчики тока

и напряжения*

Неинвазивная установка на ВЛ ЛЭП

да

Наличие дополнительных источни-

ков питания

нет

Исполнение компонентов устрой-

ства для наружной установки

да

Определение показателей каче-

ства электрической энергии

да

Схема измерений

3-проводная

(рисунок 3б)

2-проводная схема

Арона (рисунок 3б)

3-проводная

Наличие электронного блока,

размещаемого на опоре ВЛ

да

нет

да

Определение показателей каче-

ства электрической энергии

да

да (при учете

недостатков включе-

ния по схеме Арона)

да

Тип измерительного датчика тока

катушка Роговского

Тип измерительного датчика

напряжения

резистивный

делитель

резистивно-

емкостный делитель

емкостный

делитель

Возможность определения на-

правления повреждения и расчета

напряжения смещения нейтрали

да

нет

совместно

трехфазными

статическими

счетчиками

активной

реактивной

электроэнергии

ЦИФРОВЫЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ТРАНСФОРМАТОРЫ

ООО НПО «ЦИТ»

153000, Россия, г. Иваново,

ул. Большая Воробьевская,

д. 26, оф. 27

+7 (905) 109-31-40

[email protected] | digitrans.ru

ЛИТЕРАТУРА

1. СТО 34.01-3.1-002-2016. Типовые техни-

ческие решения подстанций 6–110 кВ.

Стандарт организации ПАО «Россети»,

2016. 343 с.

2. Корнилов К.Е., Макаров А.В. Исследо-

вание феррорезонансных явлений на

подстанции «Бескудниково» / Сб. мате-

риалов Восьмой международной науч-

но-технической конференции студентов,

аспирантов и молодых ученых «Энер-

гия-2013». В 7 т. Т. 3. Ч. 2. Иваново:

ФГБОУ ВПО ИГЭУ, 2013. С. 87–91.

3. Макаров А.В. Об эффективности функ-

ционирования антирезонансных транс-

форматоров напряжения // Энергоэкс-

перт, 2013, № 6(41). С. 24–27.

4. Раскулов Р.Ф. Погрешности трансфор-

маторов тока. Влияние токов короткого

замыкания // Новости Электротехники,

2005, № 2(32). URL: http://news.elteh.ru/

arh/2005/32/14.php.

5. Раскулов Р.Ф. Анализ условий работы

измерительных трансформаторов и ис-

следование влияний воздействующих

факторов на точностные характеристи-

ки трансформаторов в энергосистемах.

Автореферат диссертации на соиска-

ние ученой степени кандидата наук. М.:

ОАО «ВНИИЭ», 2005. 194 с.

6. Лебедев В.Д., Яблоков А.А., Филатова

Г.А., Литвинов С.Н., Панащатенко А.В.,

Готовкина Е.Е. Исследование характе-

ристик и перспективы использования

цифровых трансформаторов тока и на-

пряжения // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Пере-

дача и распределение, 2018, № 2(47).

С. 22–27.

7. СТО 34.01-5.1-008-2018. Пункты коммер-

ческого учета электроэнергии уровнем

напряжения 6–20 кВ. Общие техниче-

ские требования. Стандарт организации

ПАО «Россети», 2018. 52 с.

8. Пункты коммерческого учета электро-

энергии. URL: https://www.digitrans.ru.

9. Счетчики электрической энергии. Ин-

теллектуальный прибор учета электро-

энергии РиМ 384.0х/2. URL: https://www.

ao-rim.ru/cat_cnt_rim384.

10. SMT — пункт коммерческого учета элек-

троэнергии. URL: https://www.tesmecrus.

ru/.

11. Раскулов Р.Ф. Трансформаторы напря-

жения 3–35 кВ // Новости Электротехни-

ки, 2006, № 6(42). URL: http://www.news.

elteh.ru/arh/2006/42/12.php.

12. Артемов А.И., Сидоров А.Г. К вопросу

повышения точности учета электро-

энергии в сетях 6–35 кВ. URL: http://www.

naukovedenie.ru/PDF/168TVN314.pdf.

13. Экономическая эффективность вне-

дрения индикаторов короткого за-

мыкания в распределительных сетях

6–35 кВ. URL: https://www.elec.ru/articles/

ekonomicheskaja-eﬀ ektivnost-vnedrenija-

indikatoro/.

14. Индикаторы

короткого

замыкания

«Астрон» в распределительных линиях

6–10 кВ. URL: https://www.eprussia.ru/

epr/195/13920.htm.

№

6 (63) 2020

Оригинал статьи: Современные средства для организации интеллектуального учета электрической энергии в сетях 6(10) кВ

Читать онлайн

Цифровизация электросетевого комплекса невозможна без цифровых технологий, их применение позволяет получить ряд существенных технологических и экономических преимуществ. Одним из наиболее наглядных примеров являются интеллектуальные системы учета. В статье рассмотрены различные типы пунктов коммерческого учета электроэнергии для сетей 6(10) кВ. Особое внимание в статье уделено сравнению пунктов коммерческого учета электроэнергии непосредственного подключения, применение которых в последнее время стремительно увеличивается.