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

Page 1
background image

Page 2
background image

54

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

 

и

 

экономических

 

преимуществ

Одним

 

из

 

наиболее

 

наглядных

 

примеров

 

явля

-

ются

 

интеллектуальные

 

системы

 

учета

В

 

статье

 

рассмотрены

 

различные

 

типы

 

пунктов

 

коммерческого

 

учета

 

электроэнергии

 

для

 

сетей

 6(10) 

кВ

Особое

 

вни

-

мание

 

в

 

статье

 

уделено

 

сравнению

 

пунктов

 

коммерческого

 

учета

 

электроэнер

-

гии

 

непосредственного

 

подключения

применение

 

которых

 

в

 

последнее

 

время

 

стремительно

 

увеличивается

.

Панащатенко

 

А

.

В

.,

инженер ООО НПО «ЦИТ»

Яблоков

 

А

.

А

.,

к.т.н., доцент кафедры автоматического 

управления ЭЭС ИГЭУ

Лебедев

 

В

.

Д

.,

заведующий кафедрой автоматического 

управления ЭЭС ИГЭУ

Ладанов

 

С

.

А

.,

директор ООО НПО «ЦИТ»

Кузьмина

 

Н

.

В

.,

аспирант-ассистент кафедры 

автоматического управления ЭЭС ИГЭУ 

Готовкина

 

Е

.

Е

.,

аспирант кафедры автоматического 

управления ЭЭС ИГЭУ

В 

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
background image

55

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

 

с

 

электронным

 

преобразователем

 

и

 

счетчи

-

ком

 

электрической

 

энергии

1

2

 6 (63) 2020


Page 4
background image

56

1

2

1

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

 

и

 

электроэнергии

 

на

 

основе

 

двух

 (

а

и

 

трех

 (

б

измерительных

 

приборов

Wh2

Wh1

 

к

и

н

ч

от

с

И

 

й

о

к

с

е

ч

и

рт

к

е

л

э

эн

е

р

ги

и

По

тр

е

б

ит

е

л

ь

*

*

*

*

.

I

A

I

B

I

C

Wh2

Wh1

Ис

то

ч

н

и

к

 

эл

е

к

тр

и

ч

е

с

к

о

й

 

эн

е

р

ги

и

По

тр

е

б

ит

е

л

ь

*

*

*

*

I

A

I

B

I

C

*

*

Wh3

U

A

U

B

U

C

U

A

U

B

U

C

б)

а)

а)

Рис

. 4. 

Различные

 

типы

 

ПКУ

 

непосредственного

 

включения

: 1 — 

электронные

 

датчики

 

тока

 

и

 

напряжения

выпол

-

ненные

 

совместно

 

с

 

трехфазными

 

счетчиками

 

электроэнергии

; 2 — 

измерительно

-

коммуникационный

 

блок

УЧЕТ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ


Page 5
background image

57

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».  

Р

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

нет

совместно

 

с

 

трехфазными

 

статическими

 

счетчиками

 

активной

 

и

 

реактивной

 

электроэнергии

ЦИФРОВЫЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ТРАНСФОРМАТОРЫ

ЦИФРОВЫЕ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ТРАНСФОРМАТОРЫ

ООО НПО «ЦИТ»

153000, Россия, г. Иваново,

ул. Большая Воробьевская,

д. 26, оф. 27

+7 (905) 109-31-40

info@digitrans.ru   |   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


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.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 2(71), март-апрель 2022

О предельных значениях отклонения частоты напряжения генерирующих установок ТЭЦ и гистограммах ее распределения

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Тукшаитов Р.Х. Семенова О.Д. Иванова В.Р.
Спецвыпуск «Россети» № 1(24), март 2022

Эффективность различных мероприятий по повышению качества электрической энергии

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
Тимур Данник, Виктория Дубровская (АО «Россети Тюмень» Сургутские электрические сети)
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Обзор функциональности интеллектуальных приборов учета электроэнергии «МИРТЕК» с комбинированным GSM-модулем с поддержкой GPRS и NB-IoT

Учет электроэнергии / Тарифообразование / Качество электроэнергии
ГК «МИРТЕК»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»