Энергосбережение и инновационные технологии в топливно-энергетическом комплексе: материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов, посвященной 50-летию создания Тюменского индустриального институ

21

Рис. 2. Компьютерная модель синхронно-синфазного электропривода учитывающая импульсный характер системы управления

Рис. 3. Фазовый портрет работы ССЭ при фазировании пошаговым способом доворота вала

Рис. 4. Временная диаграмма фазовой ошибки при фазировании пошаговым способом доворота вала

Рис. 5. Временная диаграмма ошибки по угловой скорости при фазировании пошаговым способом доворота вала

22

Проведенные исследования показали соответствие результатов моделирования известным данным с высокой точностью – это свидетельствует об адекватности разработанной компьютерной модели синхронносинфазного электропривода. Полученные результаты свидетельствуют о значительном влиянии импульсного характера сигналов БИД и БЗЧ на переходный процесс при фазировании ССЭ . Так же следует отметить практически полное совпадение временных диаграмм на высоких угловых скоростях электропривода, когда ШИМ-сигнал с выхода ИЧФД полностью подавляется фильтром нижних частот, что однозначно указывает на определяющий фактор, влияющий на переходный процесс в диапазоне низких частот вращения электропривода, - импульсный характер сигнала с выхода ИЧФД и не идеальность ФНЧ.

Полученные данные могут быть использованы для проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов.

Литература

1.Бубнов, А. В. Квазиоптимальный по быстродействию синхронносинфазный электропривод для сканирующих систем : монография / А. В. Бубнов, В. А. Емашов, А. Н. Чудинов. – Омск : Изд-во ОмГТУ,

2013. – 120 с. : ил.

2.Бубнов, А. В. Имитационное компьютерное моделирование электропривода с фазовой синхронизацией / А. В. Бубнов, А. Н. Чудинов, К. Н. Гвозденко // Энергоэффективность и экономика: Тематический сборник научных трудов – Сургут, 2012г. – 43с.

3.Сутормин, А. М. Разработка и исследование систем синхронносинфазного вращения прецизионных приборов: Дис. … канд. техн.

наук: 05.09.03. – Томск, – 1987. – 214 с.

СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ НА УЛИЧНОЕ ОСВЕЩЕНИЕ ПОСРЕДСТВОМ НА СИСТЕМЫ SMART GRID

Вахитов Р.И.

г. Тобольск, ФГБОУ ВПО «Тобольский Индустриальный Институт» филиал ТюмГНГУ

e-mail: renya1201@mail.ru

На сегодняшний день в России становится актуальным вопрос энергосбережения. Рост тарифов на энергоресурсы заставляет задуматься о внедрении энергоэффективных решений. Но принятие таких мер часто влечѐт за собой большие денежные вложения, а срок окупаемости варьируется от 5 до 10 лет, а иногда и больше. Такая ситуация не может гарантировать возврат денежных средств.

23

Примером профессионального подхода к решению проблемы является система Smart Grid, а именно автоматизированная система управления уличным освещением (АСУНО) «Гелиос».

Smart Grid (Интеллектуальные Энергосистемы) — это системы передачи электроэнергии от производителя к потребителю. Используя современные информационные и коммуникационные технологии, всѐ оборудование сетей Smart Grid взаимодействует друг с другом, образуя единую интеллектуальную систему энергоснабжения. Собранная с оборудования информация анализируется, а результаты анализа помогают оптимизировать использование электроэнергии, снизить затраты, увеличить надежность и эффективность энергосистем.

АСУНО «Гелиос» на оборудовании EKF успешно работает на территории России (Кольского полуостров, Северный Кавказ и Закавказье, цен- трально-европейская часть и часть Сибири). АСУНО «Гелиос» - аппарат- но-программный комплекс, который позволяет осуществлять как групповое, так и индивидуальное (поламповое) управление работой осветительных приборов с гибким изменением режимов работы каждого светильника, контролировать состояние сетей наружного освещения, организовывать учет электроэнергии и осуществлять диагностику оборудования.

Применение системы «Гелиос» разнообразное. Еѐ можно использовать для централизованного управления наружным освещением предприятий коммунальной сферы, электрических сетей, промышленных предприятий, городских и сельских муниципальных образований. АСУНО даѐт возможность эффективно управлять освещением городов, крупных промышленных объектов, дорог и автомагистралей, прилегающих территорий торговых центров, стоянок, складских помещений и тд. Кроме того, система позволяет провести модернизацию непротяженных сетей в мелких населенных пунктах, на объектах индивидуального жилищного строительства (ИЖС) и на прилегающих территориях. Введение в эксплуатацию автоматизированной системы управления наружным освещением позволит решить ряд социальных проблем, таких, как повышение уровня комфорта и безопасности жителей в вечернее и ночное время, повышение уровня безопасности дорожного движения, снижение уровня преступности.

Разработано три функциональных решения для разных сфер применения: управление фазами, управление светильниками (индивидуальное управление мощностью работы ламп), диммирование линии (групповое управление мощностью работы ламп). Система позволяет уменьшить потребление и снизить платежи за электроэнергию благодаря экономичному режиму освещения в часы ночного времени за счет пофазного отключения части осветительных приборов (когда это возможно). Более того, росту энергоэффективности способствует регулирование напряжения для линии или каждой лампы при использовании диммера, экономия на ресурсе ламп и продления их срока службы за счет их плавного пуска, плюс почасовой

24

учет электроэнергии, который позволяет крупным потребителям перейти в оплате сразу в третью ценовую категорию.

АСУНО «Гелиос» поддерживает всех операторов сотовой связи, которые предоставляют услуги SMS, GPRS, CSD и интегрирована с системами SCADA и АИИС КУЭ. Кроме значительного сокращения расхода электроэнергии, внедрение автоматизированной системы управления уличным освещением «Гелиос» обеспечит повышение уровня оперативнодиспетчерского управления системой уличного освещения, выявление и устранение повреждений сетей, учет электроэнергии. Система позволяет удаленно получать данные по потребляемой электроэнергии со всех объектов управления уличным освещением. Пропадает надобность выезжать на каждый объект в отдельности для снятия показаний счѐтчиков.

Разработаны разные Варианты построения системы АСУНО «Гелиос» для любых существующих или проектируемых сетей, разных географических и климатических особенностей. Для ее эксплуатации нет ограничений по количеству или типам светильников, протяженности линий, номинальных токов шкафов уличного освещения. При разработке шкафов уличного освещения были учтены разнообразные характеристики и состояния сетей, что даѐт возможность совмещать функции активного управления и защиты. В зависимости от состояния сетей, срок окупаемости внедрения системы (с учѐтом монтажных работ) составляет в среднем от 1 до 2 лет (минимально – менее полугода, максимально – до 3,5 лет). Внедрение системы может производиться поэтапно, без увеличения удельных расходов на управляемую единицу.

В качестве примера произведем расчет экономической эффективности внедрения автоматизированной системы управления наружным освещением (АСУНО) «Гелиос» на примере г. Тобольска, Тюменской области.

Для инструментального обследования системы уличного освещения была выбрана линия №1 от ТП №206.

Начальные данные:

количество модернизируемых пунктов освещения – 29 объектов,

средняя коммутируемая мощность пункта освещения: 3 кВт,

среднее время горения светильников за условные (среднегодовые) сутки – 11 часов.

Текущее потребление электроэнергии системой освещения на 29 объектах за условные (среднегодовые) сутки: W1 = 29*11*3= 957 кВт.ч,

годовое потребление электроэнергии системой освещения на 29 объектах –349 305 кВт.ч;

среднее время горения светильников (в системе «Гелиос») в пиковом режиме – 4 часа,

среднее время горения светильников в энергосберегающем ночном режиме – 3 часа,

25

среднее время горения светильников в энергосберегающем дежурном режиме – 4 часа.

Плановое потребление электроэнергии сетью уличного освещения за условные (среднегодовые) сутки при реализации энергосберегающего режима в системе АСУНО «Гелиос»:

W2=29*4*3 + 29*3*3*2/3 (энергосберегающий режим ночного осве-

щения) + 29*4*3*1/3 (энергосберегающий режим дежурного освещения) = 638 кВт.ч.

Ежедневная экономия электроэнергии составит:

dW = W1 - W2 = 957 кВт.ч – 638 кВт.ч = 319 кВт.ч. (33%)

Общая экономия электроэнергии за год на 29 объектах составит 116 435 кВт.ч. При средней цене в 5,2 рубля с НДС за 1 кВт.ч (согласно тарифам для объектов 1-й ценовой категории) экономия в денежном эквиваленте составит 605,5 тысяч рублей в год. И это только для одной линии и случая первой ценовой категории!

Если же, например, перейти на учет в третью ценовую категорию (система обеспечивает почасовой учет электроэнергии), то общая стоимость потребленной электроэнергии снизится еще дополнительно на 12% и общая экономия на оплате за электроэнергию дойдѐт до 750,5 тысяч рублей, то есть 41%.

При установке и запуске одного 3-х фазного шкафа освещения мощностью 3 кВт в размере около 25 тыс. рублей (с затратами на установку и запуск), годовая экономия (от меньшего электропотребления и меньшего тарифа) составит 4 тыс. кВт.ч и 25,6 тыс. рублей, то есть срок окупаемости составит около года.

Литература

1.http://ivt.su/products/helios/

2.http://www.ides-sib.ru/ru-RU/about/news/13880.aspx

3.http://helios.su/

4.http://www.smartgrid.ru/

5.http://ekfgroup.com/catalog/

6.http://www.intelecon.ru/energy/stati/drevneyshemu_tobol_sku__noveyshi e_sistemy_upravleniya_ulichnym_osvesheniem/

7.http://nlco.ru/products/avtomatisazi_sistem_upravlenij_osvesheniem

8.http://www.energo-konsultant.ru

26

СПОСОБЫ УСТРАНЕНИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Денисов С.М.

г. Тобольск, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет», филиал ТюмГНГУ в г. Тобольске.

e-mail: serega171092@mail.ru

На производствах, в больших зданиях, офисах, крупных торговых центрах используется много электропотребителей с нелинейными нагрузками. В большинстве случаях это компьютеры, а на производствах это силовое электронное оборудование, вентильные преобразователи и регуляторы частоты электропривода, насыщенные трансформаторы и электродвигатели, мощные электрические печи и сварочное оборудование, различная промышленная электроника, а также в их число входят осветительные установки. В случаях, когда мощность нелинейных электропотребителей не превышает 10 – 15%, каких-либо особенностей в эксплуатации системы электроснабжения, как правило, не возникает. При превышении указанного предела следует ожидать появления различных проблем в эксплуатации и последствий, причины которых не являются очевидными. В зданиях, имеющих долю нелинейной нагрузки свыше 25%, отдельные проблемы могут проявиться сразу. Дело все в том, что приборы с нелинейными нагрузками генерируют в общую электрическую сеть гармоники, отличные от стандартной гармоники с частотой 50 Гц.

Рассмотрим негативные воздействия на электрическую сеть:

1)Из-за перегрузок токами гармоник кратных трем, перегреваются и разрушаются нулевые рабочие проводники кабельных линий. Гармоники кратные трем в трехфазных цепях сдвинуты на 360 градусов друг к другу, совпадают по фазе и суммируются в проводнике нейтрали. Поэтому токи в нулевых рабочих проводниках значительно превосходят токи фазных проводников, а защита от токовых перегрузок в цепях нулевых проводников не предусмотрена (п.1.3.10 ПУЭ). В случае нелинейных электропотребителей, токи в нулевых рабочих проводниках превышают фазные в 1,73 раза.

2)Основная синусоида электрической сети под действием высших гармоник искажается. Как пример на рисунке показан результат сложения фундаментальной синусоиды 50 Гц с пятой и седьмой гармоникой (Рис. 1). Появление в сети такой искаженной синусоиды вызывает непреднамеренный нагрев главных щитов управления и автоматов в зданиях, что сказывается на снижении их работоспособности. А нагрев сказывается на больших потерях электрической мощности.

27

Рис. 1. Результат сложения высших гармоник с гармоникой 50 Гц

3)Гармоники, генерируемые нелинейной нагрузкой, создают дополнительные потери в трансформаторах. Эти потери могут привести к значительным потерям энергии и быть причиной выхода из строя трансформаторов вследствие перегрева.

4)В условиях несинусоидальности тока ухудшаются условия работы батарей конденсаторов. При применении установок компенсации реактивной мощности и наличии нелинейных электропотребителей появляется вероятность проявления резонансных явлений на всей системе электроснабжения.

5)Необоснованное срабатывание предохранителей и автоматических выключателей вследствие дополнительного нагрева внутренних элементов защитных устройств.

6)Помехи в сетях телекоммуникаций могут возникать там, где силовые кабели и кабели телекоммуникаций расположены относительно близко. Чем выше порядок гармоник, тем больше уровень помех, наведенных ими в телекоммуникационных кабелях.

Все вышеперечисленные негативные воздействия высших гармоник наносят предприятию большой экономический ущерб: требуется менять вышедшее из строя оборудование или целый сектор электрической сети, приходится вдвойне переплачивать за электроэнергию. Для того чтобы ограничить такие большие расходы применяют следующие способы устранения гармоник.

На этапе разработки электрической сети, все нелинейные нагрузки группируют и размещают ближе к источнику питания. В некоторых случаях нелинейных потребителей энергии подключают к отдельному источнику питания, но этот способ используют редко, ввиду его дороговизны. Часто для питания регулируемых приводов устанавливают линейные реакторы, это метод позволяет сгладить форму тока: увеличение полного сопротивления питающей сети ограничивает содержание гармоник тока.

Чаще всего предприятия сталкиваются с проблемой тогда, когда изменять существующую электрическую схему предприятия уже нет возможности. И поэтому наибольшее распространение на предприятиях и производствах получили фильтр компенсирующие устройства (ФКУ). Для того что бы установить такой фильтр в электрическую сеть, специалисты проводят полный анализ сети или анализ того прибора, гармоники которого необходимо погасить. Только после этого по результатам анализа подбирают необходимый фильтр или каскад фильтров. В основном различают

28

три типа фильтров:

1.Активные ФКУ. К сети подключается последовательно или параллельно. Основной принцип работы заключается в том, что он в сеть выдает гармоники в противофазе тем, которые должен поглотить. В результате сложения этих гармоник они друг друга глушат, и основная синусоида остается чистой.

2.Пассивные LC-фильтры. К сети подключаются последовательно или параллельно. Нашли широкое применение в системах с источниками бесперебойного питания. Данные фильтры только поглощают те гармоники, которые выдают приборы с нелинейными нагрузками.

3.Гибридные ФКУ. Как таковых отдельно спроектированных гибридных фильтров нет. Фактически это комбинации активных и пассивных фильтров.

На данный момент применение активных фильтров является одной из перспективных решений в области энергосбережения. Рассмотрим два активных фильтра от их известных производителей: MaxSine, COMSYS. На основе использования этих фильтров предприятиями, мы проанализировали и описали параметры этих двух фильтров.

1.Фильтр MaxSine имеет простой и интуитивно понятный пользовательский дисплей. Измеряет и отображает на дисплее графики таких параметров как, напряжение в сети, ток нагрузки и общие гармонические помехи. Имеет два режима компенсации: селективный быстрый режим, селективный реального времени (сверхбыстрый быстрый режим). Есть возможность компенсировать отдельные гармоники (до 25-й). Компенсирует основную реактивную мощность с компенсационным фактором от 0 до 100%. Может применяться в сетях с трехпроводной системой и четырехпроводной системы. При применении четырехпроводной системы компенсируется ток нейтрали (гармоники кратные трем). При малых токах нагрузки устройство переключается в ждущий режим. Фильтр оборудован электронной защитой от перегрузок, а также имеется возможность подключения и управления фильтром с персонального компьютера.

2.Активный фильтр COMSYS ADF P200 это один из фильтров линейки ADF, он имеет Web-интерфейс и позволяет включать устройство в работу и управлять им дистанционно через интернет. Фильтр способен отфильтровать до 97% всех гармоник в сети вплоть до 100-го порядка. Есть возможность выбора и фильтрации конкретных гармоник. Успешно ликвидирует субгармоники и интергармоники и подавляет резонансные токи в сети. Фильтр можно использовать во всех отраслях промышленности, а так же в деловых, научных и медицинских центрах. Конструкция этих фильтров позволяет соединять параллельно несколько модулей для получения необходимой мощности. Фильтр имеет вводной автомат и автоматически перезапускается после пропадания питающего напряжения. Малые габариты позволяют разместить фильтр в небольших помещениях.

29

Из вышеизложенного, а также ориентируясь на отзывы предприятийпотребителей, сделан следующий вывод: фильтры фирмы COMSYS, наиболее популярны, качественны, хорошо себя зарекомендовали, их используют такие предприятия, как ООО «Тобольск-Нефтехим», ООО «То- больск-Полимер». Основная задача этих фильтров – гасить гармоники создаваемые мощными электродвигателями, печами и регуляторами частоты. Фильтры фирмы MaxSine также широко используются. Один из таких фильтров удачно используется компанией «АШАН». Он гасит гармоники создаваемые холодильными установками и осветительными установками. Фильтры практически полностью справляются со своими задачами. Таким образом, для производств и промышленных объектов лучше подходит фильтр COMSYS, а для средних и мелких потребителей можно ставить фильтры MaxSine.

В заключение следует отметить: современная энергосистема предприятий, зданий, торговых центров, офисов не справляется с теми гармониками, которые генерируются в сеть нагрузками с нелинейной характеристикой, и таких нагрузок в процентном соотношении с обычными нагрузками с каждым годом становиться все больше и больше. Поэтому необходимо заранее применять необходимые меры по устранению данной проблемы, в одних случаях заранее проектировать правильно энергосистему, в других случаях устанавливать в сеть фильтры. Если не бороться с данной проблемой, то она в итоге может вырасти до глобальных масштабов, до уровня энергетики целой страны.

Литература

1.Григорьев Ю. и др. Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0,4 кВ. Новости ЭлектроТехники. Информационно справочное издание. № 1 (19) 2003.

2.http://www.esto.pro/ADF-P200.html

3.http://www.ykpm.ru/content/articles/421/

4.http://dalet.com.ua/CA8334/harmonik_problem.htm

НОВЫЙ ПОДХОД К ПЛАНИРОВАНИЮ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБСЛУЖИВАНИЙ И РЕМОНТОВ НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЕТЕЙ

Емелина Н.М.

Филиал «ТюмГНГУ» в г. Нижневартовске e-mail: na-dezhda@yandex.ru

В настоящее время специфика проведения ТО ремонтов в нефтепромысловых электрических сетях заключается в том, что дата вывода в ре-

30