Управление качеством услуг коммунальной энергетики на предприятии городского хозяйства на примере Навлинских МЭС

      Примером реализации системы RTAR для управления электропотреблением отдельных потребителей является проект, реализованный Siemens для Bancomer (Мехико-сити, Мексика)– крупнейшей банковской компанией Мексики. Система осуществляет контроль из центра управления режимами работы электрических подстанций и сетей. Она обеспечивает мониторинг электропотребления (внедрено в 1995 г) и автоматизированное управление подстанциями (проект в работе). В разработанной АСУ компанией Siemens H1 использовано программное обеспечение для UNIX HP RTAP. Аналогичные системы применены для управления электроснабжением корпорации Воеng в Сиэттле (штат Вашингтон, США), осуществлённую группой Commercial Airplane (EMES –Energy Management Control System) для своего производства в городе Aubrum (штат Вашингтон, США). Производственный комплекс объединяет 75 зданий и размещается на 522 акрах. На территории комплекса были локальные системы автоматизации контроля и управления отдельными зданиями. Для управления электроснабжением всего комплекса Воеng применил интегрированную систему EMCS. Система ориентирована на управление высоковольтным оборудованием (HVAC), освещением и электропотреблением, сбор данных о параметрах режима и передачу их на диспетчерский пункт. В связи с ограничением электропотребления на 10-25%, вызванного ограниченными возможностями местных систем электроснабжения, система EMCS осуществляет самостоятельно регулирование и ограничение электропотребления. EMCS построена по иерархическому принципу и включает контрольно-измерительное оборудование и ЭВМ. Управляя высоковольтным оборудованием, устройствами контроля и управления, система осуществляет управление электропотреблением без отключения. Система имеет два уровня. Системы управления на верхнем уровне обеспечивают централизованное управление и сбор данных. Системы управления на нижних уровнях осуществляют управление режимами работы система электроснабжения отдельных зданий. Они могут работать автономно либо во взаимодействии с верхними уровнями. На нижних уровнях совокупность включает систему контрольно-измерительных приборов, контролеров и микропроцессоров высоковольтного оборудования. Своё дальнейшее развитие система получила при управлении сетями Мехико (Мексика), компании Liwacomm (Германия)и др. В функции таких систем управления входит контроль и управление состоянием электрических аппаратов, значением напряжений, токов и мощностей. В результате ее применения компанией Воeng удалось избежать несанкционированных отключений своих потребителей вследствие перерасхода электоэенергии, а компанией Liwacomm получена экономия средств в объеме 375000$ за счет снижения пиковых нагрузок. Кроме того, государственная электросетевая компания Соmmision Federale de Electrical (CFE,город Мехико), вырабатывающая более 120ГВт/ч электроэнергии, совместно с компаниями Siemens, Allen Bradley, SEPAC, NSCA, Hewlet Packard и др., в 1995 году осуществили широкую программу автоматизации подстанций. Система обеспечивает контроль всех параметров режима подстанций: напряжений, токов и мощностей на оборудовании и трансформаторах. Система взаимодействует с контроллерами Siemens, Allen Bradley и автоматикой фирмы SEPAC, что позволило за счет повышения эффективности принимаемых оперативных решений повысить надежность и качество электроснабжения. В значительной степени решению задачи автоматизации способствуют аппаратные решения, предлагаемые фирмой Merlin Gerin. Для их решения Merlin Gerin предлагает полный диапазон аппаратуры и оборудования, приспособленного к условиям автоматизации. Фирма Merlin Gerin разработала серию оборудования среднего напряжения, обеспечивающего наравне с передачей электоэенергии одновременную обработку информации и управление. Тем самым обеспечивается логичность взаимодействия, связь и адаптация режимов работы оборудования к изменяющимся условиям среды. 

1.3. Технические  средства, применяемые для управления  режимами система электроснабжения  городов 

      Для управления режимами систем электроснабжения городов в настоящее время  используются самые разнообразные  технические средства. В первую очередь, это силовые и вольтодобавочные трансформаторы, силовые конденсаторы, статические компенсаторы и т.д. Силовые конденсаторы и статические компенсаторы в городских электрических сетях не нашли широкого применения ввиду невозможности согласования законов регулирования напряжения и реактивной мощности. Поэтому в настоящее время наиболее распространёнными техническими средствами управления режимами городских электрических сетей являются силовые и вольтодобавочные трансформаторы, обеспечивающие управление режимами работы сетей по одному параметру – среднему значению отклонений напряжения трех фаз. Причём, ввиду того, что трансформаторы с переключением без возбуждения (ПБВ) допускают только сезонные изменения коэффициента трансформации, они не могут рассматриваться в качестве средств регулирования напряжения. Таким образом, основными техническими средствами управления режимами работы энергосистем городов остаются трансформаторы с РПН и вольтодобавочные трансформаторы.

      Силовые трансформаторы с РПН традиционно  применяются для регулирования напряжения в точке присоединения питающих или распределительных сетей. Экономическая эффективность работы таких трансформаторов зависит от их стоимости и диапазона регулирования напряжения. Она тем выше, чем больше отклонение напряжения в сетях (то есть, чем шире диапазон регулирования напряжения). Сопоставительный анализ удельных экономических показателей регулируемых трансформаторов показывает, что удельные затраты на регулирование напряжения резко увеличиваются с уменьшением мощности. Это объясняется достаточно высокой стоимостью РПН, мало зависящей от мощности трансформаторов, и обусловливает их применение на трансформаторах большой и средней мощности. В этой связи широкие возможности открывает применение ВДТ. В государствах СНГ до настоящего времени ВДТ применялись исключительно для компенсации потери напряжения в сетях 6-10 кВ в виде нерегулируемых трансформаторов с глухим присоединением («глухих бустеров ») В.Г.Холмским, В.В.Зориным, Б.В.Колесниченко, Н.И.Архиповым была обоснована необходимость широкого применения таких трансформаторов в городских электрических сетях. Показано, что установка ВДТ в ЦП в состоянии обеспечить полную развязку режима напряжения в сетях 6-10 кВ для неоднородных групп потребителей и расширить диапазон встречного регулирования напряжения. К такому же вы воду приходит и Я.Д.Баркан. Более того, утверждается, что «линейные регуляторы напряжения в ближайшем будущем, бесспорно, получат широкое распространение». Аналогично обстоит дело с регулированием напряжения и в странах дальнего зарубежья.

      Наиболее  ярким примером является энергетика США, которая характеризуется наличием протяжённых нагруженных сетей (во многих случаях воздушных). Техника регулирования напряжения развивалась в них по пути широкого применения ВДТ для централизованного и местного регулирования напряжения. До второй мировой войны процесс регулирования напряжения осуществлялся преимущественно применением ступенчатых ВДТ с РПН. Дальнейший рост нагрузок в последующем привёл к ещё более широкому применению ВДТ. В результате ВДТ с РПН стали важным средством регулирования напряжения в системе электроснабжения городов США в значительной степени вытеснившим трансформаторы с РПН. Подобным образом решаются вопросы регулирования напряжения в системе электроснабжения городов Украины и государств СНГ. Большая протяжённость сетей и их увеличивающаяся загрузка в сочетании с низкой эффективностью и высокой стоимостью РПН на трансформаторах ЦП, делают всё более актуальным применение ВДТ для централизованного (чаще дифференцированного) либо местного (обычно группового) регулирования напряжения в сетях. В странах Европы и Японии преимущественное применение получили ВДТ однофазной конструкции, как наиболее полно соответствующие условиям индивидуального регулирования напряжения. В отличие от этого, в США более широкое применение нашли трансформаторы трёхфазной конструкции, составляющие основу группового и централизованного регулирования напряжения. В то же время спецификой распределительных сетей городов США является высокий уровень дробления трансформаторной мощности, вызванный массовым переходом на котеджную застройку и обусловливающий большую долю однофазных трансформаторов 11/0,4 кВ. Поэтому в системе электроснабжения городов США достаточно широко применяются и ВДТ однофазной конструкции, производством и применением которых занимаются главным образом японские и немец кие фирмы (Филипс, Аути дэнки, Мицубиси дэнки, Фудзи дэнки и другие), занимающие, несомненно, лидирующее положение.

      Опыт  применения ВДТ в составе систем управления распределительными электрическими системами (СУРС) городов указал на их достаточно высокую эффективность. Так, например, применение с 1990 г. национальными сетевыми компаниями Англии и Уэлса фазопереключаемых быстродействующих ВДТ в составе СУРСм позволило увеличить пропускную способность существующих сетей, повысив тем самым эффективность и качество электроснабжения потребителей. Использование энергетической компанией National Grid Co (Великобритания) мощных ВДТ, изготавливаемых компанией Peeble Electric, Power Group входящей в РоПs Роуsе Industrial позволило за счет повышения пропускной способности сетей, обеспечить возросшее потребление электоэенергии без реконструкции сетей. Обеспечение возросшего электропотребления Gicago (США) достигнутого без строительства новых линий и подстанций только за счет повышения эффективного использования существующих путем использования фазоповоротных ВДТ.

      Использование фазорегулируемых ВДТ для комплексного решения вопросов регулирования  напряжения и компенсации реактивной мощности в сетях Германии обеспечило экономию электоэенергии в размере до 1,7 4,2% в год. В Западной энергосистеме США для устранения больших перетоков мощности, достигающих в ряде случаев 50-75%, получили распространение фазоповоротные ВДТ, обеспечивающие сдвиг добавочной ЭДС на +60 °,30 °. На электрической станции Гранд Кули (США) получили распространение, разработанные Bureau of Reclamation по заказу Воnnеville Pover Administration вольтодобавочные модули. Имеются данные о применении ВДТ для продольно поперечного регулирования напряжения в энергосистемах Китая, Болгарии и других странах. Однако применение ВДТ в настоящее время ограничивается сетями высшего (110кВ и более) напряжения, в которых достаточным является применение ступенчатого регулирования напряжения с помощью РПН. Система электроснабжения городов требуют плавного регулирования модуля и фазы добавочной ЭДС, вызванного малым значением располагаемой потери напряжения и низким значением cosj, а также повышенными требованиями потребителей к качеству электроэнергии. Анализ известных схем ВДТ с плавным регулированием напряжения свидетельствует, что лучшими технико-экономическими показателями обладают устройства с электронным управлением. Сочетание в них достоинств магнитной и полупроводниковой техники позволяет решать достаточно простыми и удобными способами вопросы плавного бесконтактного регулирования напряжения в достаточно широких пределах. А последовательное соединение вольтодобавочной обмотки ВДТ с нагрузкой обусловливает пропускание через трансформатор только дополнительного количества энергии, чем обеспечивается улучшенные массогабаритные и стоимостные показатели ВДТ. Возможность установки ВДТ в любой точке сети в сочетании с улучшенными массогабаритными и стоимостными показателями, а также высоким уровнем автоматизации управления, создают условия для успешного интегрирования их в существующие системы управления режимами работы систем электроснабжения городов. Более того, опыт применения ВДТ с электронным управлением в системе электроснабжения г. Харькова показал, что высокий уровень автоматизации создаёт условия для их успешной адаптации к современным системам управления любого уровня сложности и обеспечивает экономию значительного числа материальных, топливных и энергетических ресурсов.

      Проведенный анализ свидетельствует о наличии  всех данных для технико-экономической  оптимизации режимов систем электроснабжения городов. Дальнейшее повышение эффективности  и качества работы система электроснабжения городов может быть достигнуто за счёт повышения уровня автоматизации управления сетями 6-10 и, особенно, 0,38 кВ, а также последующего интегрирования автоматических устройств в существующие системы контроля и управления сетями. Технические возможности современных информационных управляющих систем (программное и техническое обеспечение) вполне допускают такую возможность. В этом случае системы электроснабжения городов превращаются в информационно – измерительный и управляющий комплекс кибернетического типа, глобальной целью функционирования которого является его оптимальное функционирование как единого целого.

2. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РП НАВЛЯ

2.1 Анализ  современных проблем энергоснабжения 

      Навлинский Межрайонные электрические сети (МЭС) имеют закольцованную структуру (см. приложение) и транспортное напряжение 10 и 35 кВ. Вся схема Навлинских МЭС питается от магистральной ЛЭП напряжением 110 кВ. Собственных генерирующих мощностей навлинские МЭС не имеют. Для снятия пиковых нагрузок в Брянской области построена Белобережская ГМЭС, которая соединена магистралью среднего напряжения (10-35 кВ) с Навлинскими МЭС. Но это второстепенная линия, основная высшего напряжения (110 кВ) выведена в напрвлениии Карачева (см. приложение). Основной поставщик электроэнергии в Брянскую область Десногорская АЭС. В связи с чем для Брянской области особенно актуальной становится проблема эффективного использования получаемой электроэнергии.

      В Навлинских МЭС переход с магистрального напряжения (высшего, 110 кВ) к транспортному (среднему, 10–35 кВ) осуществляется при помощи двух подстанций: Навля «Т» и Центральная (см. приложение).

      В Навлинских МЭС распространёнными техническими средствами управления режимами городских электрических сетей являются силовые и вольтодобавочные трансформаторы, обеспечивающие управление режимами работы сетей по одному параметру – среднему значению отклонений напряжения трех фаз. Причём, ввиду того, что трансформаторы с переключением без возбуждения (ПБВ) допускают только сезонные изменения коэффициента трансформации, они не могут рассматриваться в качестве средств регулирования напряжения. Таким образом, основными техническими средствами управления режимами работы энергосистем п.г.т. Навля остаются трансформаторы с РПН и вольтодобавочные трансформаторы.

      Силовые трансформаторы с РПН традиционно  применяются для регулирования  напряжения в точке присоединения  питающих или распределительных  сетей. Экономическая эффективность  работы таких трансформаторов зависит от их стоимости и диапазона регулирования напряжения. Она тем выше, чем больше отклонение напряжения в сетях (то есть, чем шире диапазон регулирования напряжения). Сопоставительный анализ удельных экономических показателей регулируемых трансформаторов показывает, что удельные затраты на регулирование напряжения резко увеличиваются с уменьшением мощности. Это объясняется достаточно высокой стоимостью РПН, мало зависящей от мощности трансформаторов, и обусловливает их применение на трансформаторах большой и средней мощности. В этой связи широкие возможности открывает применение ВДТ. В Навлинских МЭС до настоящего времени ВДТ применялись исключительно для компенсации потери напряжения в сетях 6-10 кВ в виде нерегулируемых трансформаторов с глухим присоединением («глухих бустеров»). Установка ВДТ в ЦП в состоянии обеспечить полную развязку режима напряжения в сетях 6-10 кВ для неоднородных групп потребителей и расширить диапазон встречного регулирования напряжения.