RU2800630C1 - System for monitoring the quality of electric energy by measuring electric power quantities and parameters - Google Patents
System for monitoring the quality of electric energy by measuring electric power quantities and parameters Download PDFInfo
- Publication number
- RU2800630C1 RU2800630C1 RU2022129090A RU2022129090A RU2800630C1 RU 2800630 C1 RU2800630 C1 RU 2800630C1 RU 2022129090 A RU2022129090 A RU 2022129090A RU 2022129090 A RU2022129090 A RU 2022129090A RU 2800630 C1 RU2800630 C1 RU 2800630C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lines
- electricity
- controller
- quality
- consumer
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам электроизмерительной техники для учета качества электроэнергии по регистрируемым показателям электроэнергетических показателей сети в режиме текущего времени.The invention relates to means of electrical measuring equipment for accounting for the quality of electricity according to the recorded indicators of the electric power indicators of the network in the current time mode.
Качество электрической энергии - степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям (ГОСТ Р 54130-2010. Национальный стандарт Российской Федерации. Качество электрической энергии. Термины и определения). В свою очередь, параметр электрической энергии - величина, количественно характеризующая какое-либо свойство электрической энергии. Под параметрами электрической энергии понимают напряжение, частоту, форму кривой электрического тока. В России показатели и нормы качества электрической энергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети или электроустановки потребителей устанавливаются Межгосударственным стандартом ГОСТ 32144-2013 "Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения" (от 22 июля 2013 г. N 400-ст).The quality of electrical energy is the degree of compliance of the parameters of electrical energy with their established values (GOST R 54130-2010. National Standard of the Russian Federation. Quality of electrical energy. Terms and definitions). In turn, the parameter of electrical energy is a quantity that quantitatively characterizes any property of electrical energy. Under the parameters of electrical energy understand the voltage, frequency, shape of the electric current curve. In Russia, indicators and standards for the quality of electrical energy in electrical networks of general-purpose power supply systems of three-phase and single-phase alternating current with a frequency of 50 Hz at the points to which electrical networks or electrical installations of consumers are connected are established by the Interstate standard GOST 32144-2013 "Electric energy. Electromagnetic compatibility of technical means. Standards for the quality of electrical energy in general-purpose power supply systems" (dated July 22, 2013 N 400-st).
В соответствии с ГОСТ 32144-2013 под основными показателями качества электрической энергии понимаются следующие: установившееся отклонение напряжения, размах изменения напряжения, доза фликера, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения, коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности, отклонение частоты, длительность провала напряжения, импульсное напряжение, коэффициент временного перенапряжения.In accordance with GOST 32144-2013, the main indicators of the quality of electrical energy are the following: steady-state voltage deviation, voltage swing, flicker dose, distortion coefficient of the sinusoidal voltage curve, coefficient of the n-th harmonic component of the voltage, voltage asymmetry coefficient in the negative sequence, asymmetry coefficient zero sequence voltage, frequency deviation, voltage dip duration, impulse voltage, temporary overvoltage factor.
В связи с развитием рыночных отношений в электроэнергетике электроэнергию следует рассматривать не только как физическое явление, но и как товар, который должен соответствовать определенному качеству и требованиям рынка. Федеральный закон «Об электроэнергетике» определяет ответственность энергосбытовых организаций и поставщиков электроэнергии перед потребителями за надежность обеспечения их электрической энергией и ее качество в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями («Управление качеством электроэнергии» И. И. Карташев, В. Н. Тульский, Р. Г. Шамонов и др.; под ред. Ю. В. Шарова, М, Издательский дом МЭИ, 2006).In connection with the development of market relations in the electric power industry, electricity should be considered not only as a physical phenomenon, but also as a product that must meet a certain quality and market requirements. The Federal Law "On the Electric Power Industry" defines the responsibility of energy sales organizations and electricity suppliers to consumers for the reliability of their electricity supply and its quality in accordance with technical regulations and other mandatory requirements ("Power Quality Management" I. I. Kartashev, V. N. Tulsky , R. G. Shamonov and others, under the editorship of Yu. V. Sharov, M, MPEI Publishing House, 2006).
В настоящее время существует достаточно много схемных решений по контролю за энергоресурсами в части их распределения и контроля за основными параметрами потоков предоставляемых ресурсов.Currently, there are quite a few circuit solutions for controlling energy resources in terms of their distribution and control over the main parameters of the flows of resources provided.
Так, известен комплекс измерительно-вычислительный для учета и управления энергоресурсами, содержащий первичные измерительные преобразователи энергоресурсов утвержденных типов: электронные счетчики электроэнергии, теплосчетчики, расходомеры-счетчики различных жидкостей, аналоговые датчики тока и напряжения, программируемые контроллеры на базе микроконтроллеров МК на базе однокристального микропроцессора PIC 16F877/201P с электрически-перепрограммируемым ПЗУ с достаточно большим числом дискретных и аналоговых входов, чтобы создавать измерительные каналы интегрированной системы учета и управления энергоресурсами с проводными линиями связи, позволяющими осуществлять подсоединение каждого первичного измерительного преобразователя непосредственно к дискретному или аналоговому входу микроконтроллера МК, радиомодем, радиостанцию, сервер, АРМ диспетчера, рабочие станции, бесконтактный силовой коммутатор, программное обеспечение, проводные линии связи, а для электропитания функциональных схем дискретных и аналоговых входов и выходов микроконтроллера МК применена магистральная схема электропитания, обеспечивающая питание от централизованного источника питания независимых друг от друга источников автономного питания гальванически развязанных входов и выходов микроконтроллера МК (RU 18313, G01R 22/00, опубл. 10.06.2001 г.).Thus, there is a well-known measuring and computing complex for accounting and managing energy resources, containing primary measuring converters of energy resources of approved types: electronic electricity meters, heat meters, flow meters-meters of various liquids, analog current and voltage sensors, programmable controllers based on MK microcontrollers based on a PIC single-chip microprocessor 16F877/201P with EEPROM with a sufficiently large number of discrete and analog inputs to create measuring channels of an integrated energy accounting and management system with wired communication lines that allow each primary measuring transducer to be connected directly to a discrete or analog input of the MK microcontroller, radio modem, radio station, server, dispatcher workstation, workstations, non-contact power switch, software, wired communication lines, and for the power supply of functional circuits of discrete and analog inputs and outputs of the MK microcontroller, a main power supply circuit was used, providing power from a centralized power source of independent sources autonomous power supply of galvanically isolated inputs and outputs of the microcontroller MK (RU 18313, G01R 22/00, publ. June 10, 2001).
Недостаток этого решения заключается в низкой достоверности принимаемых показателей из-за использования аналоговых узлов съема показателей и ограниченных возможностях применения комплекса из-за использования проводных типов связи.The disadvantage of this solution is the low reliability of the received indicators due to the use of analog readout nodes and the limited possibilities of using the complex due to the use of wired communication types.
Использование мультимедийной системы контроля и управления энергоресурсами позволяет повысить точность и достоверность передаваемых показателей. Такая система содержит устройство сбора-передачи данных, соединенное посредством двунаправленного канала связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами со вторым входом каждого специализированного счетчика-вычислителя потребляемой электроэнергии, рабочие станции на базе персональных компьютеров, сервер, компьютер-сборщик, центральную диспетчерскую и «n» структурно-идентичных локальных информационно-измерительных блоков контроля, учетаThe use of a multimedia system for monitoring and managing energy resources makes it possible to increase the accuracy and reliability of the transmitted indicators. Such a system contains a data collection and transmission device connected via a bidirectional public access communication channel with unique identification addresses to the second input of each specialized meter-computer of consumed electricity, workstations based on personal computers, a server, a computer-collector, a central control room and "n" structurally identical local information-measuring blocks of control, accounting
и управления энергоресурсами, связанных с устройством сбора-передачи данных, соединенным с компьютером-сборщиком, подключенным к рабочим станциям на базе персональных компьютеров, к серверу и к центральной диспетчерской (RU 2474827, G01R 11/42, опубл. 21.07.2011 г.).and management of energy resources associated with a data collection and transmission device connected to a computer-collector connected to workstations based on personal computers, to a server and to a central control room (RU 2474827, G01R 11/42, publ. 21.07.2011) .
В этой системе каждый локальный информационно-измерительный блок контроля, учета и управления энергоресурсами включает последовательно соединенные силовую электрическую сеть, специализированный счетчик-вычислитель потребляемой электроэнергии, модуль принудительного отключения подачи электроэнергии, нагрузку потребителя, и информационный блок, связанный с устройством сбора-передачи данных и управления и с блоком коммутации внешних приборов и соединенный с блоком отображения информации и с пультом ввода-вывода, при этом второй выход каждого специализированного счетчика-вычислителя потребляемой электроэнергии связан по двунаправленному каналу связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами со вторым входом соответствующего модуля принудительного отключения подачи электроэнергии.In this system, each local information-measuring unit for monitoring, accounting and managing energy resources includes a series-connected power electrical network, a specialized counter-computer of consumed electricity, a module for forced shutdown of the power supply, a consumer load, and an information block associated with a device for collecting and transmitting data and control and with the switching unit of external devices and connected to the information display unit and to the input-output panel, while the second output of each specialized counter-computer of the consumed electricity is connected via a bidirectional public communication channel with unique identification addresses with the second input of the corresponding module for forced shutdown of the supply electricity.
Недостаток данного решения заключается в том, что она, скорее всего, решает задачу контроля за потреблением энергоресурсов для выявления субъектов, не оплачивающих услугу и для их отключения от линий потребления.The disadvantage of this solution is that it most likely solves the problem of monitoring the consumption of energy resources to identify entities that do not pay for the service and to disconnect them from consumption lines.
Этим объясняется введение в систему средств коммутации питающих сетей и тем, что она может быть использована в жилищно-коммунальном хозяйстве.This explains the introduction of means of switching supply networks into the system and the fact that it can be used in housing and communal services.
Известна система, которая представляет собой многофункциональную, трехуровневую иерархическую структуру, состоящую из измерительных, связующих и вычислительных компонентов, которые образуют измерительные каналы. Первый уровень состоит из первичных измерительных компонентов, осуществляющих измерение параметров теплоносителя, электроэнергии, непрерывно или дискретно, с требуемым интервалом времени. На втором уровне системы применяются измерительные преобразователи, предназначенные для приема измерительной информации от первичных измерительных компонентов, с последующей передачей данных по радиоканалам, линиям связи промышленной сети и сети Ethernet их архивации и передачи по запросу на сервер и автоматизированные рабочие места операторов. Третий (верхний) уровень системы представляет собой сервер и/или автоматизированное рабочее место оператора с функцией сервера архивной базы данных на базе ЭВМ со специализированным программным обеспечением (RU 83829, F24D 1/00, опубл. 20.06.2009 г.).Known system, which is a multifunctional, three-level hierarchical structure, consisting of measuring, connecting and computing components that form the measuring channels. The first level consists of primary measuring components that measure the parameters of the coolant, electricity, continuously or discretely, with the required time interval. At the second level of the system, measuring transducers are used to receive measuring information from primary measuring components, followed by data transmission via radio channels, industrial network communication lines and Ethernet networks, their archiving and transmission on request to the server and automated operator workstations. The third (upper) level of the system is a server and/or operator workstation with the function of a computer-based archival database server with specialized software (RU 83829, F24D 1/00, published on 06/20/2009).
В данном решении описана иерархическая структура построения автоматизированных систем мониторинга состояния систем предоставления электроэнергии и сбора и обработки информации по потреблению предоставляемой электроэнергии.This solution describes the hierarchical structure of building automated systems for monitoring the state of electricity supply systems and collecting and processing information on the consumption of electricity provided.
В качестве прототипа выбрана трехуровневая автоматизированная система технического учета качества электроэнергии, в которую входят счетчики активной и реактивной энергии тяговых подстанций, блок сбора и передачи данных, блок сбора и интегрирования информации, из устройства моделирования работы системы тягового электроснабжения, состоящего из блока хранения паспортных и справочных данных, блока базы данных параметров системы тягового электроснабжения, блока базы данных путевого развития участков полигона, блока базы данных токовых характеристик, блока базы данных скоростных характеристик, блока расчета системы тягового электроснабжения, блока построения мгновенных схем, блока коррекции работы системы, блока контроля адекватности работы системы, блока определения потерь электроэнергии, блока определения тягового электропотребления и из устройства контроля поездной работы на участке, дополнительно введен блок измерения показателей качества электроэнергии, который соединен последовательно со входом блока сбора и интегрирования информации, в котором, в свою очередь, дополнительно выполнено два выхода, в устройство моделирования работы системы тягового электроснабжения автоматизированной системы введен блок контроля и прогнозирования показателей качества электроэнергии, который имеет один выход и два входа, один из которых соединен с выходом блока определения тягового электропотребления, а второй - с выходом блока сбора и интегрирования информации устройства технического учета электроэнергии, в устройство контроля поездной работы на участке дополнительно введен блок прогнозирования тягового электропотребления, который одним входом соединен с блоком прогнозирования поездной работы того же устройства и двумя входами соединен с блоками определения тягового электропотребления и расчета системы тягового электроснабжения устройства моделирования системы тягового электроснабжения. (RU 80600, G06F 17/00, опубл. 16.06.2008 г.).As a prototype, a three-level automated system for technical accounting of power quality was chosen, which includes active and reactive energy meters of traction substations, a data collection and transmission unit, an information collection and integration unit, from a device for simulating the operation of a traction power supply system, consisting of a storage unit for passport and reference database block of parameters of the traction power supply system, block of the database of track development of sections of the polygon, block of the database of current characteristics, block of the database of speed characteristics, block for calculating the traction power supply system, block for constructing instantaneous schemes, block for correcting the operation of the system, block for monitoring the adequacy of work of the system, a block for determining power losses, a block for determining traction power consumption and from a device for monitoring train operation on a section, an additional block for measuring power quality indicators is additionally introduced, which is connected in series with the input of the block for collecting and integrating information, in which, in turn, two outputs are additionally made , in the device for simulating the operation of the traction power supply system of the automated system, a block for monitoring and predicting indicators of power quality was introduced, which has one output and two inputs, one of which is connected to the output of the block for determining traction power consumption, and the second - to the output of the block for collecting and integrating information of the technical device metering of electricity, a block for predicting traction power consumption is additionally introduced into the train operation control device at the site, which is connected by one input to the block for predicting train operation of the same device and by two inputs is connected to the blocks for determining traction power consumption and calculating the traction power supply system of the device for simulating the traction power supply system. (RU 80600,
Недостаток данной системы заключается в ее конструктивной сложности исполнения из-за того, что, в нее входят счетчики активной и реактивной энергии тяговых подстанций, устройство моделирования работы системы тягового электроснабжения, состоящего из блока хранения паспортных и справочных данных, блока базы данных параметров системы тягового электроснабжения, блока базы данных путевого развития участков полигона. В данном решении произведена попытка совмещения системы контроля параметров функционирования тяговых подстанций, являющихся источниками подачи электроэнергии в питающие потребителя линии, и системы учета и расхода электроэнергии в этих линиях. Таким образом, в решении устанавливается зависимая связь между работой системы тяговых подстанций и параметрами потребления электроэнергии.The disadvantage of this system lies in its design complexity due to the fact that it includes meters of active and reactive energy of traction substations, a device for simulating the operation of the traction power supply system, consisting of a block for storing passport and reference data, a database block for the parameters of the traction power supply system , block of the database of track development of the polygon sections. In this solution, an attempt was made to combine the system for monitoring the parameters of the functioning of traction substations, which are sources of electricity supply to the lines supplying the consumer, and the system for accounting and consumption of electricity in these lines. Thus, the solution establishes a dependent relationship between the operation of the traction substation system and the parameters of electricity consumption.
В настоящее время сформированы условия, согласно которым функционирование подстанций в части выдачи потребителю электроэнергии нормативно установленного качества не связано со спецификой функционирования систем учета и потребления электроэнергии и ее расходования в нормированном для этих систем объеме. Поэтому увязывание двух различных систем приводит к тому, что одна система начинает зависеть от другой. В патенте указано, что защищенная патентом система имеет расширенные возможности за счет снижения интенсивности отказов оборудования, снижения ущербов от перерывов электроснабжения, снижения потерь и токовой загрузки оборудования до и после применения компенсации реактивной мощности, что приводит к снижению потерь на 2-3%.At present, the conditions have been formed according to which the functioning of substations in terms of issuing electricity to the consumer of the normatively established quality is not related to the specifics of the functioning of systems for accounting and consumption of electricity and its consumption in the volume normalized for these systems. Therefore, linking two different systems leads to the fact that one system begins to depend on the other. The patent states that the patented system has enhanced capabilities by reducing equipment failure rates, reducing damage from power outages, reducing losses and current loading of equipment before and after applying reactive power compensation, which leads to a reduction in losses by 2-3%.
Если учесть, что под компенсацией реактивной мощности понимается целенаправленное воздействие на баланс реактивной мощности в узле электроэнергетической системы с целью регулирования напряжения, а в распределительных сетях и с целью снижения потерь электроэнергии, то видно, что эта компенсация осуществляется с использованием компенсирующих устройств. Для поддержания требуемых уровней напряжения в узлах электрической сети потребление реактивной мощности должно обеспечиваться требуемой генерируемой мощностью с учетом необходимого резерва. В итоге видно, что потери качества параметров электроэнергии в данной системе компенсируются выдачей резервного напряжения из тяговых подстанций. Но такое решение не обеспечивает устранение причин изменения параметров качества электроэнергии в линиях выдачи их конечному потребителю и не выявляет точки появления дефектов на линиях, в которых происходит это изменение. Любое изменение параметров качества на линии является результатом разрушения участка линии, что в конечном итоге может привести к поломке линии. Данное состояние линии не учитывается. Поэтому данная система не обеспечивает в полной мере безопасность состояний линий выдачи электрической энергии потребителю. Компенсация реактивной мощности путем подпитки из резерва является временным решением для удержания линии в требуемом состоянии до полного ее разрушения по причине неучета появления частичных разрядов, являющихся следствием разрушения изоляции токопроводящей линии.If we take into account that reactive power compensation means a targeted impact on the balance of reactive power in a node of the electric power system in order to regulate voltage, and in distribution networks in order to reduce power losses, then it can be seen that this compensation is carried out using compensating devices. To maintain the required voltage levels in the nodes of the electrical network, the consumption of reactive power must be provided by the required generated power, taking into account the necessary reserve. As a result, it can be seen that the loss in the quality of electricity parameters in this system is compensated by the issuance of backup voltage from traction substations. But such a solution does not ensure the elimination of the causes of changes in the quality of electricity in the lines of their delivery to the final consumer and does not reveal the points of occurrence of defects on the lines in which this change occurs. Any change in the quality parameters on the line is the result of the destruction of the line section, which can ultimately lead to line breakage. This line state is ignored. Therefore, this system does not fully ensure the safety of the state of the lines for the issuance of electrical energy to the consumer. Reactive power compensation by recharge from the reserve is a temporary solution to keep the line in the required state until it is completely destroyed due to the disregard for the appearance of partial discharges, which are the result of the destruction of the insulation of the current-carrying line.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении безопасности функционирования линий снабжения электроэнергией конечных потребителей за счет мониторинга параметров качества подаваемой энергии и выявления теряющих эксплуатационные параметры участков линий и электрооборудования.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in improving the safety of the operation of power supply lines to end consumers by monitoring the quality parameters of the supplied energy and identifying sections of lines and electrical equipment that are losing operational parameters.
Указанный технический результат достигается тем, что система мониторинга качества электрической энергии по измерениям электроэнергетических величин и показателей включает в себя устройства сбора первичной информации, каждое из которых связано с линией выдачи электричества потребителю, включает в себя датчики измерения по крайней мере тока, напряжения и температуры и оснащено средством передачи данных в проводном или беспроводном режимах в направлении контроллера, с которым связаны механизмы отключения линий выдачи электричества потребителю от линий централизованного подвода электричества, которые связаны между собой через средство соединения линий на участке до входа в линии выдачи электричества потребителю и с каждой из которых связано устройство измерения по крайней мере тока, напряжения и температуры, оснащенное средством передачи данных в проводном или беспроводном режимах в направлении указанного контроллера, выполненного с возможностью реализации функций отключения линии выдачи электричества потребителю при отклонении показаний устройства сбора первичной информации от установленных для оценки качества электрической энергии, отключения линий, связанных с линиями централизованного подвода электричества, при отклонении показаний устройства измерения по крайней мере тока, напряжения и температуры от установленных для оценки качества электрической энергии и объединения линий, связанных с линиями централизованного подвода электричества, в общую линию, при этом контроллер связан с датчиками регистрации частичных разрядов и по линиям беспроводной связи связан с сервером облачного хранилища данных по измерениям, с компьютеризированным автоматизированным рабочим местом диспетчера и с отдельным сервером, выполненным с возможностью реализации функции обновления и восстановления программных систем контроллера и резервного хранения данных, получаемых от контроллера, подключенного к блоку автономного независимого питания и защиты от перебоев питания, причем с сервером облачного хранилища по линиям беспроводной связи связаны компьютеризированные рабочие места пользователей, компьютеризированное автоматизированное рабочее место диспетчера и сервер кастомизированного сервиса.The specified technical result is achieved by the fact that the system for monitoring the quality of electric energy by measuring electric power quantities and indicators includes devices for collecting primary information, each of which is connected to the line for issuing electricity to the consumer, includes sensors for measuring at least current, voltage and temperature and equipped with a means of data transmission in wired or wireless modes in the direction of the controller, with which the mechanisms for disconnecting the lines for issuing electricity to the consumer are connected from the lines of the centralized supply of electricity, which are interconnected through the means of connecting the lines in the area up to the entrance to the lines for issuing electricity to the consumer and with each of which a device for measuring at least current, voltage and temperature is connected, equipped with a means of transmitting data in wired or wireless modes in the direction of the specified controller, configured to implement the functions of shutting down the power supply line to the consumer when the readings of the primary information collection device deviate from those set for assessing the quality of electrical energy , disconnecting the lines associated with the lines of the centralized supply of electricity, when the readings of the device for measuring at least current, voltage and temperature deviate from those set for assessing the quality of electric energy and combining the lines associated with the lines of the centralized supply of electricity into a common line, while the controller is connected with partial discharge registration sensors and via wireless communication lines is connected to the server of the cloud data storage for measurements, to the dispatcher's computerized workstation and to a separate server configured to implement the function of updating and restoring the controller software systems and backup storage of data received from the controller, connected to the unit of autonomous independent power supply and protection against power failures, and the computerized user workstations, the computerized workstation of the dispatcher and the server of the customized service are connected to the cloud storage server via wireless communication lines.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточных для получения требуемого технического результата.These features are essential and are interconnected with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example of execution, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the desired technical result.
На фиг.1 - блок-схема системы мониторинга качества электрической энергии по измерениям электроэнергетических величин и показателей.Figure 1 is a block diagram of the system for monitoring the quality of electrical energy by measuring electric power quantities and indicators.
Согласно настоящему изобретению, рассматривается новая система мониторинга качества электрической энергии по измерениям электроэнергетических величин и показателей, используемая для выявления первичных (начинающихся проявляться) нарушений функциональности для сохранения жизнеспособности оборудования и линий подачи электрической энергии к конечному потребителю и исключения аварийных ситуаций с этими линиями и оборудованием.According to the present invention, a new system for monitoring the quality of electric energy by measuring electric power quantities and indicators is considered, which is used to identify primary (beginning to appear) functional violations in order to maintain the viability of equipment and lines for supplying electric energy to the end consumer and to eliminate emergency situations with these lines and equipment.
Заявленное изобретение рассматривается на примере стандартных систем 1, состоящих из электростанции, повышающей подстанции, линий 2 электропередач, понижающей подстанции, распределительного устройства и потребителя 3. Особенностью такой системы является то, что чем больше длина линии 2, тем больше ее сопротивление. По закону Джоуля-Ленца мощность прямо пропорциональна сопротивлению. То есть чем больше сопротивление, тем больше потерь в линии. Снижение потерь в линии электропередач осуществлять можно двумя путями: увеличением сечения провода линии, тогда уменьшится сопротивление и уменьшение потери, или повышением напряжения сети. Но если увеличить сечение провода, это сильно удорожает его. Выгоднее стало повышать напряжение.The claimed invention is considered on the example of
Линии электропередач делятся на воздушные и кабельные линии. Воздушные расположены над поверхностью земли на опорах. Кабельные линии проводятся под землей, они имеют как внешнюю, так и межжильную изоляцию. От повышающего трансформатора идут линии электропередач, например, напряжением 220 кВ. По ЛЭП передается на подстанцию с распределительным устройством, эта подстанция уже понижающая.Power lines are divided into overhead and cable lines. Air are located above the ground on supports. Cable lines are carried underground, they have both external and inter-core insulation. Power lines run from the step-up transformer, for example, with a voltage of 220 kV. It is transmitted via power lines to a substation with a switchgear, this substation is already stepping down.
Распределительное устройство бывает на несколько напряжений: 6, 10 или 35 кВ, то есть с 220 к В трансформаторная подстанция снижает напряжение до 6, 10 или 35 кВ. С распределительного устройства, как правило, уже не воздушными, а кабельными линиями электроэнергия распределяется на один или несколько участков. Кабельная линия идет в распределительный пункт, на шины которого поступает напряжение. Цель этой подстанции снизить напряжение до 0.4 кВ. С трансформаторной подстанции кабельные линии идут на вводно-распределительное устройство жилого дома или распределительные щиты цеха или какого-либо предприятия.The switchgear can be for several voltages: 6, 10 or 35 kV, that is, from 220 kV, the transformer substation reduces the voltage to 6, 10 or 35 kV. From the switchgear, as a rule, not by air, but by cable lines, electricity is distributed to one or more sections. The cable line goes to the distribution point, the busbars of which are energized. The purpose of this substation is to reduce the voltage to 0.4 kV. From the transformer substation, cable lines go to the input switchgear of a residential building or switchboards of a workshop or any enterprise.
Технологические потери электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям включают в себя технические потери в линиях и оборудовании электрических сетей, обусловленных физическими процессами, происходящими при передаче электроэнергии в соответствии с техническими характеристиками и режимами работы линий и оборудования, с учетом расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций и потери, обусловленные допустимыми погрешностями системы учета электроэнергии.Technological losses of electricity during its transmission through electric networks include technical losses in the lines and equipment of electric networks due to physical processes occurring during the transmission of electricity in accordance with the technical characteristics and modes of operation of lines and equipment, taking into account the consumption of electricity for substation own needs and losses due to permissible errors in the electricity metering system.
Под техническими потерями в линиях электроснабжения потребителей понимаются потери, обусловленные аварийным состоянием линий, которое определяют по наличию частичного разряда (ЧР). ЧР называют кратковременный разряд сверхмалой мощности, возникающий внутри или на поверхности изоляции высоковольтных кабелей. Также частичный разряд может возникать и на корпусах энергоустановок высокого или среднего классов напряжений. Одиночный ЧР не влечет за собой особой опасности - это краткое событие, неспособное навредить кабелю. Но, возникая на регулярной основе, такие разряды приводят к разрушению изоляции, и как следствие, к короткому замыканию. В результате ЧР наблюдаются следующие явления: появление импульсного тока, электромагнитное излучение в окружающую среду, световое излучение и распад изоляции и появление трещин в ней. Чаще всего частичные разряды наблюдаются в местах неоднородности изоляции. Вкрапления шлаков и примесей, воздушные пустоты или капельки жидкости - все это места повышенной опасности возникновения ЧР. А с учетом того, что подобные разряды провоцируют повреждения в кабельной линии, то, чем хуже состояние линии, то тем чаще на участке возникают частичные разряды. Кроме того, стоит учитывать, что измерительная аппаратура не измеряет каждый ЧР по отдельности, а оперирует суммарным зарядом, протекающим в единицу времени. Такой заряд является суммой всех разрядов, произошедших в течении измеряемого периода.Under the technical losses in the power supply lines of consumers are understood the losses caused by the emergency condition of the lines, which is determined by the presence of a partial discharge (PD). PD is a short-term ultra-low power discharge that occurs inside or on the surface of the insulation of high-voltage cables. Also, a partial discharge can also occur on the housings of power plants of high or medium voltage classes. A single PD does not entail any special danger - it is a short event that cannot harm the cable. But, occurring on a regular basis, such discharges lead to the destruction of the insulation, and as a result, to a short circuit. As a result of PD, the following phenomena are observed: the appearance of a pulsed current, electromagnetic radiation into the environment, light radiation and the decay of insulation and the appearance of cracks in it. Most often, partial discharges are observed in places of insulation inhomogeneity. Inclusions of slags and impurities, air voids or liquid droplets - all these are places of increased risk of PD. And taking into account the fact that such discharges provoke damage in the cable line, the worse the condition of the line, the more often partial discharges occur on the site. In addition, it should be taken into account that the measuring equipment does not measure each PD separately, but operates with the total charge flowing per unit time. Such a charge is the sum of all the discharges that occurred during the measured period.
Под действием электрического поля старение преимущественно происходит за счет развития в изоляции ЧР. ЧР возникают в газовых включениях в толще изоляции (электрическая прочность газовых пузырьков ниже, чем прочность твердого диэлектрика, а напряженность электрического поля в газовом пузырьке при переменном напряжении выше, чем в твердом диэлектрике). При изготовлении изоляции обычно принимаются специальные меры против появления газовых включений, но несмотря на это приходится считаться с возможностью их случайного образования на стадии изготовления (из-за несовершенства процессов сушки и пропитки) или в эксплуатации (появление трещин при механических перегрузках, выделение газов при разложении материалов из-за местных перегревов и т.д.). Перегрев изоляции ведет к ускорению процесса ее разрушения за счет увеличения количества точек, в которых появляются новые дефекты, ведущие к увеличению количества и объема дендритов. ЧР оказывает на изоляцию тепловое воздействие, а также разрушает ее заряженными частицами и химически активными продуктами, образующимися в результате разряда. Кроме того, ЧР вызывают возникновение токов импульсного характера в создающихся ими каналах. При пробое все это сопровождается электромагнитным излучением, ударными волнами, световыми вспышками и распадом изоляции на молекулярном уровне. ЧР относятся к основным причинам повреждения оборудования. Объясняется это тем, что появление ЧР является начальной стадией развития большинства дефектов в высоковольтной изоляции.Under the action of an electric field, aging mainly occurs due to the development of PD in the insulation. PDs occur in gas inclusions in the thickness of the insulation (the electrical strength of gas bubbles is lower than the strength of a solid dielectric, and the electric field strength in a gas bubble at an alternating voltage is higher than in a solid dielectric). In the manufacture of insulation, special measures are usually taken against the appearance of gas inclusions, but despite this, one has to reckon with the possibility of their accidental formation at the manufacturing stage (due to imperfection of the drying and impregnation processes) or in operation (the appearance of cracks during mechanical overloads, the release of gases during decomposition materials due to local overheating, etc.). Overheating of the insulation leads to an acceleration of the process of its destruction due to an increase in the number of points at which new defects appear, leading to an increase in the number and volume of dendrites. PD has a thermal effect on the insulation, and also destroys it with charged particles and chemically active products resulting from the discharge. In addition, PDs cause the appearance of pulsed currents in the channels they create. During a breakdown, all this is accompanied by electromagnetic radiation, shock waves, light flashes and the breakdown of insulation at the molecular level. PDs are among the main causes of equipment damage. This is explained by the fact that the appearance of a PD is the initial stage in the development of most defects in high-voltage insulation.
Заявленная система (фиг.1) предназначена для повышения безопасности функционирования линий 2 снабжения электроэнергией конечных потребителей 3 за счет мониторинга параметров качества подаваемой энергии и выявления теряющих эксплуатационные параметры участков линий, где выявлены отклонения параметров качества электроэнергии.The claimed system (figure 1) is intended to improve the safety of the operation of
Такая система включает в себя устройства 4 сбора первичной информации, относящейся к таким параметрам как ток, напряжение и температура. Каждое из этих устройств связано с линией 2 выдачи электричества потребителю и включает в себя датчики измерения по крайней мере тока, напряжения и температуры. Каждое устройство 4 оснащено средством передачи данных в проводном или беспроводном режимах в направлении контроллера 5. С контроллером 5 так же связаны по линиям беспроводной связи датчики 6 регистрации частичных разрядов, которые функционируют по радиоволновому методу (основан на выявлении радиопомех, вызванных ЧР, место наибольшей концентрации помех окажется местом возникновения ЧР). При нормальном функционировании линии вокруг нее создается устойчивый фон электромагнитного излучения, который принимается как нейтральный. Этот фон периодически считывается датчиками 6 при мониторинге линий 2. Данный нейтральный фон вносится в контроллер в качестве уровня отсчета. При нормальном функционировании устройства 4 с заданной периодичностью снимают показания параметров качества подаваемой потребителю электроэнергии. Если эти параметры выходят за границы предельных значений, установленных нормативами (например, ГОСТ 32144-2013), то эти отклонения являются признаками наличия дефектов в линиях. При установлении признаков дефекта производят сканирование линии датчиками 6 (ЧР) для установления мест отклонения электромагнитного возмущения от фонового уровня.Such a system includes
Практика показывает, что ЧР слабого уровня является нормальным проявлением работы линии, эти сигналы проявляются периодически с неустановленным временным интервалом. Критическими считаются такие ЧР, которые имеют существенный размах по амплитуде, и их частота появления по времени сокращается. При фиксировании 10 и более таких критических ЧР за малый промежуток времени или сокращающийся по времени интервал, контроллер вырабатывает команду на выявление аварийной ситуации (даже, если на момент регистрации критических ЧР линия продолжает функционировать).Practice shows that a low-level PD is a normal manifestation of the line operation, these signals appear periodically with an unspecified time interval. Critical PDs are those that have a significant range in amplitude, and their frequency of occurrence is reduced in time. When 10 or more such critical PDs are detected in a short period of time or an interval decreasing in time, the controller generates a command to detect an emergency (even if the line continues to function at the time of registration of critical PDs).
Контроллер предназначен для:The controller is designed for:
- измерения и регистрации основных показателей качества электроэнергии (ПКЭ), установленных ГОСТ 32144-2013;- measurement and registration of the main indicators of power quality (PQE) established by GOST 32144-2013;
- измерения и регистрации основных параметров электрической энергии (ПЭЭ) в однофазных и трехфазных электрических сетях (действующих значений напряжений и токов при синусоидальной и искаженной формах кривых; активной, реактивной и полной электрических мощностей, частоты питающего напряжения, cosFi, учета электрической энергии);- measurement and registration of the main parameters of electrical energy (PEE) in single-phase and three-phase electrical networks (effective values of voltages and currents with sinusoidal and distorted waveforms; active, reactive and apparent electrical powers, supply voltage frequency, cosFi, electrical energy accounting);
- измерения температуры шин и окружающей среды;- tire and ambient temperature measurements;
- измерения частичных разрядов;- measurements of partial discharges;
- индикации измеренных значений и представления информации в удобной оператору форме;- indication of the measured values and presentation of information in a form convenient for the operator;
- индикации осциллограмм токов и напряжений;- indication of oscillograms of currents and voltages;
- передачи информации на АРМ оператора в удобной для анализа и восприятия форме по интерфейсу IEEE 802.3 (Ethernet), посредством GSM-модема;- transferring information to the operator's workstation in a form convenient for analysis and perception via the IEEE 802.3 (Ethernet) interface, using a GSM modem;
- передачи информации в сервер облачного хранилища для последующей ее обработки и хранения по интерфейсу IEEE 802.3 (Ethernet) и посредством GSM-модема- transferring information to a cloud storage server for its subsequent processing and storage via the IEEE 802.3 (Ethernet) interface and via a GSM modem
- получения, обработки и хранения информации об измерения и регистрации ПКЭ и ПЭЭ, температуры и проч. от сопутствующих измерителей (устройств сбора информации) по проводной или беспроводной связи Ethernet, RS485, Wi-Fi, LoRaWAN и т.п.- obtaining, processing and storing information on the measurement and registration of SCE and PEE, temperature, etc. from related meters (data collection devices) via wired or wireless Ethernet, RS485, Wi-Fi, LoRaWAN, etc.
- управления автоматическими выключателями или контакторами; считывания информации от микропроцессорных автоматических выключателей, их контроля и управления;- control of automatic switches or contactors; reading information from microprocessor automatic switches, their control and management;
превентивной диагностики электрооборудования; анализа и прогноза аварийной и предаварийной ситуации.preventive diagnostics of electrical equipment; analysis and forecast of emergency and pre-emergency situations.
В каждой линии 2 установлены механизмы 7 отключения линий выдачи электричества потребителю от линий централизованного подвода электричества, которые связаны между собой через средство соединения линий на участке до входа в линии выдачи электричества потребителю. Эти механизмы 7 по проводной или беспроводной связи связаны с контроллером 5. Контроллер 5 выполнен с возможностью реализации функций отключения линии выдачи электричества потребителю при отклонении показаний устройств 4 сбора первичной информации от установленных для оценки качества электрической энергии.In each
Контроллер 5 так же связан с механизмом 8 в виде переключателя для объединения линий в общую линию. При отключении одной из линий в связи с ее аварийным состоянием посредством этого переключателя участки линий выдачи потребителю могут быть подключены к работоспособной линии или к резервной линии.The
Кроме того, контроллер связан с узлами 9 в виде механизма отключения линий на участке от точек выдачи электроэнергии потребителю и до точек (мест) расположения устройств 4 сбора первичной информации.In addition, the controller is connected to
Таким образом, от места подключения линий 2 к источнику централизованного энергопитания до точек выдачи этой электроэнергии потребителю система оснащена переключающими (отключающими) механизмами, управляемыми контроллером 5 по, например, модемной связи 10, для отключения того участка линий, параметры качества электроэнергии по которым, подтвержденное радиоволновыми характеристиками картины электромагнитных возмущений. Это позволяет в превентивных мерах выявлять участки линий, в отношении которых повышается вероятность появления отказов и аварий, и упредительно отключать эти участки с переводом их в ремонтно-восстановительный режим.Thus, from the point of connection of
Контроллер связан по линии беспроводной связи (через модем 11) с сервером 12 облачного хранилища данных по измерениям, с компьютеризированным автоматизированным рабочим местом 13 диспетчера и с отдельным сервером 14 (сервисный сервер), выполненным с возможностью реализации функции обновления и восстановления программных систем контроллера и резервного хранения данных, получаемых от контроллера.The controller is connected via a wireless communication line (via modem 11) with the
Сервер облачного хранилища АРМ обеспечивают:AWP cloud storage server provides:
1) периодический и (или) по запросу автоматический сбор результатов измерений;1) periodic and (or) on request automatic collection of measurement results;
2) автоматический сбор данных о состоянии средств измерений со всех дополнительных компонентов, обслуживаемых данным контроллером, и состоянии объектов измерений (при наличии автоматического сбора информации о состоянии объектов измерений);2) automatic collection of data on the state of measuring instruments from all additional components serviced by this controller, and the state of measurement objects (if there is automatic collection of information on the state of measurement objects);
3) автоматический сбор результатов измерений и данных о состоянии средств измерений со всех устройств, опрашиваемых контроллером и состоянии объектов измерений (при наличии автоматического сбора информации о состоянии объектов измерений) после восстановления работы каналов связи, восстановления питания;3) automatic collection of measurement results and data on the state of measuring instruments from all devices interrogated by the controller and the state of measurement objects (if there is automatic collection of information on the state of measurement objects) after the restoration of the communication channels, restoration of power supply;
• формирование и передачу результатов измерений и данных о состоянии объектов измерений (при наличии автоматического сбора информации о состоянии объектов измерений);• formation and transmission of measurement results and data on the state of measurement objects (in the presence of automatic collection of information on the state of measurement objects);
4) дистанционньш доступ со стороны АРМ к компонентам контроллера;4) remote access from the workstation to the controller components;
5) аппаратную и программную защиту от несанкционированного изменения параметров и любого изменения данных;5) hardware and software protection against unauthorized modification of parameters and any modification of data;
6) конфигурирование и параметрирование технических средств и программного обеспечения.6) configuration and parameterization of hardware and software.
Контроллер представляет собой программируемый комплекс, подключенный к блоку 15 автономного независимого питания и защиты от перебоев питания, который поддерживает работоспособность комплекса в случае аварийного состояния системы централизованного снабжения электроэнергией. С комплексом связаны блок 16 автовосстановления, самодиагностики и автообновления, блок 17 контроля температуры шкафа, где размещен контроллер, и яркой вспышки, а также открытия шкафа, блок 18 блокировки механизмов открытия шкафаThe controller is a programmable complex connected to the
А с сервером 12 облачного хранилища по линиям беспроводной связи связаны компьютеризированные рабочие места 19 пользователей и сервер 20 кастомизированного сервиса.And with the
Таким образом, в рамках настоящего изобретения контроллер применяется для энергетического обследования предприятий - производителей и потребителей электрической энергии, технологического контроля и анализа (мониторинга) энергетических параметров и качества электрической энергии, учета электрической энергии и контроля температуры шин, окружающей среды и пр., технического контроля и анализа уровня частичных разрядов.Thus, within the framework of the present invention, the controller is used for energy inspection of enterprises - producers and consumers of electrical energy, technological control and analysis (monitoring) of energy parameters and quality of electrical energy, accounting for electrical energy and monitoring the temperature of tires, the environment, etc., technical control and analysis of the level of partial discharges.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2800630C1 true RU2800630C1 (en) | 2023-07-25 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU45830U1 (en) * | 2005-01-11 | 2005-05-27 | Любкин Сергей Владимирович | AUTOMATED SYSTEM OF METERING AND CONTROL OF ELECTRIC POWER CONSUMPTION |
RU80600U1 (en) * | 2008-06-16 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | AUTOMATED SYSTEM OF COMMERCIAL AND TECHNICAL METERING OF ELECTRIC POWER |
RU2474827C1 (en) * | 2011-07-21 | 2013-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АРГО-ЦЕНТР" | Multimedia system to monitor and control power resources |
CN204576234U (en) * | 2015-05-12 | 2015-08-19 | 青岛阳浦智能科技有限公司 | Power-supply device network monitoring system for things |
CN105305621A (en) * | 2015-10-26 | 2016-02-03 | 国家电网公司 | Intelligent power grid power information safety monitoring system and method |
RU2769748C1 (en) * | 2021-06-28 | 2022-04-05 | Иван Максимович Казымов | Method for determining fact, location, and magnitude of unaccounted consumption of electrical power in distribution network |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU45830U1 (en) * | 2005-01-11 | 2005-05-27 | Любкин Сергей Владимирович | AUTOMATED SYSTEM OF METERING AND CONTROL OF ELECTRIC POWER CONSUMPTION |
RU80600U1 (en) * | 2008-06-16 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | AUTOMATED SYSTEM OF COMMERCIAL AND TECHNICAL METERING OF ELECTRIC POWER |
RU2474827C1 (en) * | 2011-07-21 | 2013-02-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АРГО-ЦЕНТР" | Multimedia system to monitor and control power resources |
CN204576234U (en) * | 2015-05-12 | 2015-08-19 | 青岛阳浦智能科技有限公司 | Power-supply device network monitoring system for things |
CN105305621A (en) * | 2015-10-26 | 2016-02-03 | 国家电网公司 | Intelligent power grid power information safety monitoring system and method |
RU2769748C1 (en) * | 2021-06-28 | 2022-04-05 | Иван Максимович Казымов | Method for determining fact, location, and magnitude of unaccounted consumption of electrical power in distribution network |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10209288B2 (en) | Transformer monitoring and data analysis systems and methods | |
O'driscoll et al. | Industrial power and energy metering–a state-of-the-art review | |
US20210116517A1 (en) | Fire mitigation and downed conductor detection systems and methods | |
US8000913B2 (en) | System and method for providing power distribution system information | |
US10852362B2 (en) | Transformer monitoring and data analysis systems and methods | |
US11906601B2 (en) | Intelligent transformer monitoring system | |
US20140163759A1 (en) | Digital building operating system with automated building and electric grid monitoring, forecasting, and alarm systems | |
US20170292999A1 (en) | Transformer monitoring and data analysis systems and methods | |
CN111157939A (en) | Live monitoring device and method for metering performance of voltage transformer | |
US11243268B2 (en) | Systems and methods for monitoring transformers and performing actions based on the monitoring | |
KR102219806B1 (en) | Method for monitoring a smart switchgear and control panel and the smart switchgear and control panel thereof | |
KR20100119137A (en) | Remote switchboard management system | |
RU2800630C1 (en) | System for monitoring the quality of electric energy by measuring electric power quantities and parameters | |
Kolyanga et al. | Design and implementation of a low cost distribution transformer monitoring system for remote electric power grids | |
CN103323119A (en) | Online temperature measuring system of high-voltage switch cabinet of transformer substation | |
US20220299579A1 (en) | Systems and methods to identify open phases of a capacitor bank | |
CN206450751U (en) | Monitoring system | |
CN205507004U (en) | Insulating operating mode real -time detection early warning device of power cable in service | |
SAMSON et al. | Strategical Application of Scada in Feeder 2 of an Electric Utility | |
Lazić et al. | Centralized monitoring of the power electronics devices | |
Sivaranjani et al. | Smart Monitoring of Distribution Transformer Performance Condition using IOT | |
CN219779856U (en) | Typical metal nonmetal underground mine primary load distribution measurement and control system | |
CN212301843U (en) | Voltage transformer metering abnormity on-line monitoring system based on GPS | |
Rosewater et al. | Electrical Energy Storage Data Submission Guidelines, Version 2 | |
KR102532475B1 (en) | Immunity-reinforced switchgear including a device for comprehensive power quality diagnosis through forecasting and operation method therefor |