Опыт внедрения системы учёта электроэнергии на основе технологии PLC

В данной статье рассмотрены результаты работы по внедрению системы учёта электроэнергии на основе технологии PLC (Power Line Communication) в распределительных сетях 0,4 кВ филиала ОАО «Сетевая компания» (Республика Татарстан) Бугульминские электрические сети.

Сегодня в электросетевых компаниях России в вопросах, касающихся учёта электроэнергии и создания различных систем АСКУЭ, основное внимание уделяется межсистемным электрическим сетям напряжением 110—750 кВ. Это связано с большими перетоками электроэнергии и, как следствие, с немалыми её потерями.

Большие потери наблюдаются и в сети напряжением 0,4 кВ, по которой обычно поступает электроэнергия к конечному потребителю. Соотношение потерь по уровням напряжения в филиале ОАО «Сетевая компания» Бугульминские электрические сети приведено на рис. 1 (в сети 0,4 кВ их доля составляет 26%).

Для контрольного съёма показаний счётчиков, да и просто для проведения анализа баланса электрической сети 0,4 кВ сетевая организация вынуждена не реже одного раза в полгода произвести обход всех потребителей, причём для анализа баланса на энергообъекте (трансформаторная подстанция с отходящими линиями 0,4 кВ) должны быть сняты показания единомоментно, т.е. в течение нескольких часов. Эта рутинная процедура занимает много времени и средств. При этом часто случаются ошибки, т.е. вмешивается так называемый «человеческий фактор». Это приводит к перерасчётам электроэнергии у потребителей и некорректному анализу баланса электрической сети 0,4 кВ.

Для решения данной проблемы были разработаны и созданы различные автоматизированные системы коммерческого и технического учёта электроэнергии, в последние годы стала развиваться телекоммуникационная технология PLC, базирующаяся на использовании силовых электросетей для высокоскоростного информационного обмена. Основное преимущество PLC-технологии — возможность использовать уже существующие электрические сети для передачи данных. Эффективное применение всех преимуществ современных многофункциональных систем учёта электроэнергии (контроль качества сети, ведение тарификации по зонам суток, возможность дистанционного отключения/включения нагрузки потребителя и т.д.) становится слишком затруднительным и затратным без использования технологии PLC.

Есть у этой технологии и свои недостатки, не позволяющие ей быть совершенной. Сложность заключается в том, что на скорость и дальность передачи оказывают влияние состояние электропроводки (плохие контакты, множественные скрутки) и материалы, из которых изготовлены провода. Также сильное влияние оказывают импульсные помехи от различных бытовых электроприборов. Но, несмотря на это, современные методы шифрования и кодирования данных позволяют обеспечить высокий уровень достоверности и защиты передаваемой информации.

В настоящее время автоматизация учёта электроэнергии у бытовых и мелкомоторных потребителей — не роскошь, а экономически оправданная необходимость. Важность её широкого распространения не вызывает никаких сомнений, особенно после принятия Федерального закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» от 23.11.2009 г.

ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ

Бугульминские электрические сети стали одним из двух филиалов ОАО «Сетевая компания», где в 2009 г. было решено провести опробование системы дистанционного сбора данных по электрическим сетям 0,4 кВ на основе технологии PLC. Для опробования было выбрано оборудование производства ООО «Инкотекс-СК». Данное оборудование имеет ряд отличительных особенностей в сравнении с аналогичными системами других производителей:
• модем встроен непосредственно в корпус счётчика, что упрощает монтаж точки учёта и обеспечивает передачу данных исключительно в цифровом виде;
• все счётчики сети равнозначны и выход из строя любого из них не оказывает влияния на получение данных от других;
• параллельная и непрерывная передача данных каждого электросчётчика сети без запроса от УСПД обеспечивает возможность получения текущих значений учтённой электроэнергии с минимальным интервалом 4—15 минут.

Основными целями и задачами опробования системы стали:
• проведение тестирования работоспособности технологии PLC-II в реальных условиях распределительных сетей 0,4 кВ;
• оценка надёжности оборудования системы;
• оценка программного обеспечения «Астра-Электроучёт» (в т.ч. возможность точного баланса сети 0,4 кВ);
• оценка экономической эффективности использования данной системы.

Тестирование системы было решено произвести в бытовом секторе г. Бугульмы с перспективной малоэтажной коттеджной застройкой, обслуживаемом Бугульминским городским РЭС. Основным критерием выбора районов для монтажа оборудования было наличие в них большой величины небаланса электроэнергии и затруднённого доступа к узлам учёта потребителей. Опробование было начато в сентябре 2009 г. с установки оборудования на КТП № 101 (поопорная схема КТП представлена на рис. 2), в последующем оборудование было установлено ещё на трёх КТП — № 349, 142 и 296.

При тестировании было использовано следующее оборудование:

1 — счётчики электроэнергии со встроенными модемами передачи данных по силовой сети 0,4 кВ (PLC-модемами);
• однофазные «Меркурий 203.2Т LBO»;
• трёхфазные «Меркурий 233 ART-01 ORL»;

2 — концентраторы «Меркурий 225.2», являющиеся основным узлом системы и осуществляющие приём, обработку и хранение информационных пакетов с данными от счётчиков электроэнергии по одной фазе сети 0,4 кВ;

3 — GSM-шлюзы «Меркурий 228», используемые для передачи данных от концентраторов до рабочего места пользователя;

4 — GSM модем «Siemens MC35», подключаемый к ПЭВМ пользователя для обеспечения двухсторонней связи по каналу GSM с шлюзом. Монтаж концентраторов и шлюзов был произведён в РУ-0,4 кВ КТП (рис. 3).

Установка электросчётчиков производилась в щитах учёта наружной установки, в основном монтируемых на опорах ВЛ-0,4 кВ. Выбор такого варианта монтажа приборов учёта был обусловлен следующим:
• исключением воздействия на электросчётчики помех от бытовых электроприборов, расположенных в жилых домах;
• исключением из схемы «счётчик-концентратор» потребительских электросетей (от ВЛ до вводных устройств), неудовлетворительное состояние которых отрицательно влияет на качество передачи данных;
• доступность учёта для проверки эксплуатирующей организации в любое время суток;
• исключение вмешательства в схему узла учёта;
• возможность установки в выносной щит учёта коммутационных и др. защитных аппаратов (ASP, УЗО, ОПН и т.д.) для повышения надёжности электроснабжения и защиты как электросетей потребителя, так и электросетей ОАО «Сетевая компания» от коротких замыканий, грозовых и коммутационных перенапряжений и обрывов нулевых проводов.

При монтаже использовались пылевлагозащищённые, вандалозащищённые щиты учёта наружной установки с металлическим корпусом. В случае если у потребителя уже был установлен ВЩУ, производилась только замена в нём прибора учёта. Различные варианты монтажа выносных щитов учёта электроэнергии представлены на рис. 4.

Удалённый доступ к концентраторам организован с АРМ инженера группы учёта Бугульминского городского РЭС через GSM-модем «Siemens MC35». Опрос концентраторов производится с помощью программного обеспечения «Астра-Электроучёт».

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМЫ

В процессе опробования системы мы столкнулись со следующими проблемами:
• наличие незначительного количества счётчиков, связь с которыми до сих пор не установлена, а также периодическое пропадание связи с отдельными электросчётчиками по неустановленным причинам;
• большая продолжительность времени поиска концентратором вновь подключаемых приборов учёта и записи их параметров.

После обновления версии прошивки на всех концентраторах связь с приборами учёта стала более стабильной и значительно упростилась процедура записи в концентраторы параметров новых счётчиков, т.е. данные проблемы были решены программным путём без замены первичного оборудования.

В процессе эксплуатации системы была успешно опробована функция дистанционного отключения/ включения потребителя (управления нагрузкой) с помощью ПО «Астра-Электроучёт». При этом для включения нагрузки необходимо, кроме отправки соответствующей команды концентратору, нажатие кнопки непосредственно на включаемом электросчётчике. Данное условие важно для защиты абонента от поражения электрическим током.

ДОСТОИНСТВА PLC

Несомненными преимуществами тестируемой системы являются:
• возможность дистанционного съёма параметров электросчётчиков;
• одновременность снятия показаний электросчётчиков, позволяющая повысить точность расчёта балансов отпущенной и потреблённой электроэнергии;
• ведение контроля потребляемой электроприёмниками потребителей мощности и напряжения сети на границах балансовой и эксплуатационной ответственности сторон;
• экономия трудозатрат по производству обходов потребителей контролёрами и отключению потребителей-неплательщиков персоналом оперативно-выездных бригад.

Нами был проведён анализ состояния и динамики потерь электроэнергии в распределительной сети от КТП № 101 за период с 2009 по 2011 г. По мере увеличения охваченных системой точек учёта (см. табл.) наблюдается резкое снижение величины потерь электроэнергии (рис. 5). Наряду со снижением потерь прослеживается динамика уменьшения объёма электроэнергии, поступающего в распределительную сеть данной КТП (за 2 года уменьшение составило почти 11%) с одновременным увеличением реализации. Это стало следствием формирования у потребителей более рационального и экономичного подхода к использованию электрической энергии — применение различных электро- и теплосберегающих технологий.

РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

Для расчёта экономического эффекта определяем затраты до и после внедрения системы на примере КТП № 101 г. Бугульма.

I. Затраты до внедрения (определяем за 12 мес. 2009 года)

1. Коммерческие потери (Р¹_к) по итогам 12 мес. 2009 г. составили 407 тыс. кВт·ч (61%). При пересчёте в тыс. руб. (Р¹_к) = 407 Т, где Т — средний тариф на оплату потерь, который составляет Т = 1,210 тыс. руб./тыс. кВт, следовательно, (Р¹_к) = 407 х 1,21 = 492,47 тыс. руб.

2. Затраты труда (З¹) на съём показаний по КТП № 101 составили за 12 месяцев:
• затраты труда электромонтёра ОВБ 5 раз в месяц составят 182,83 чел./час. Время проведения работ составляет 0,5 час, тогда 182,83х0,5 = 91,42 руб., с учётом страховых выплат (30,4%) получаем за месяц 91,42 + 27,8 = 119,22 руб. За год затраты на проведение съёма показаний с КТП электромонтёром — 119,22 х 12 = 1430,64 руб.;
• затраты по транспорту при перевозке электромонтёра составляют при использовании а/машины марки УАЗ 3909, маш/час которой 364,87 руб., тогда время перевозки с учётом времени ожидания составляет 0,5 час. Следовательно, затраты в месяц — 364,87 х 0,5 = 182,44 руб., за год получаем 182,44 х 12 = 2189,28 руб.;
• затраты на проведение контрольного съёма показаний потребителей, питающихся от данного КТП, составили 151,31 чел./час, время проведения съёма показаний у одного потребителя по нормативу — 0,25 час. Тогда затраты с учётом страховых выплат на осуществление одного съёма показаний составят: 151,31 х 0,25 + 11,5 = 49,33 руб., т.к. количество потребителей — примерно 154. Необходимо учесть, что согласно ППРФ 530 необходимо проводить контрольный съём показаний 1 раз в 6 месяцев у потребителей, тогда получаем затраты за год — 154 х 2 х 49,33 = 15193,64 руб.

Для получения итоговых данных по пункту:

(З¹) = (1430,64 + 2189,28 + 15193,64) / 1000 = 18,814 тыс.руб.

II. ЗАТРАТЫ НА ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМЫ PLC-II

Затраты на монтаж оборудования (З²) и, разумеется, само оборудование за период 2010—2011 гг. составили (З²) = 724,855 тыс. руб.

III. Затраты после внедрения системы

1. Коммерческие потери (Р²_к) по итогам 12 месяцев 2011 г. составили 119 тыс. кВт·ч (20%). Тогда, с учётом Т (тыс. руб./тыс. кВт), получаем (Р²_к) = 119 х 1,21 = 143,99 тыс.руб.

2. Затраты на GSM-связь (З³) для опроса и сбора данных с оборудования, установленного на КТП № 101, составило по итогам 2011 г. 4,176 тыс. руб.

Определяем экономическую эффективность от внедрения автоматизированной системы с дистанционным съёмом показаний по КТП № 101 г. Бугульмы.

В связи с тем, что при внедрении данной системы необходимость в проведении ежемесячного съёма показаний практически отпадает, можно просчитать экономический эффект по выражению Э.Ф. = (З¹) – (З³) = 18,814 — 4,176 = 14,64 тыс. руб. Ежегодно при эксплуатации системы PLC-II по КТП № 101 получаем экономию на съёме показаний на 14,64 тыс. руб./год.

Определяем срок окупаемости (С.О.) после внедрения системы PLC-II на КТП № 101 по выражению:

С.О. = З² / [(Р¹_к – Р²_к) · Т] = 724,855 / [(492,47 – 143,99) · 1,21] = 1,72 года.

где (Р¹_к – Р²_к) — приведённая величина снижения потерь.

Таким образом, срок окупаемости системы составляет порядка 2 лет.

ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ СИСТЕМЫ

Результаты опробования системы в Бугульминских электрических сетях можно считать положительными. В связи с этим продолжилась установка приборов учёта с дистанционным снятием показаний на основе PLC-технологии.

На начало 2012 г. системой охвачены 337 потребительских объектов. При этом самый отдалённый прибор учёта находится на расстоянии 750 м от КТП (концентратора).

В настоящее время монтаж концентраторов и шлюзов произведён в РУ-0,4 кВ КТП № 101, 349, 142 и 296. Отходящие ВЛ 0,4 кВ от этих КТП имеют различную марку, сечение, протяжённость и техническое состояние проводов, что позволило сравнить работу системы в разных условиях.

В результате проведения капитального строительства АСТУЭ (АСКУЭ) должна появиться иерархическая интегрированная автоматизированная система, в которую входит (рис. 6):
• первый уровень — информационно-измерительный комплекс точки измерений (ИИК);
• второй уровень — информационно-вычислительный комплекс электроустановки (ИВКЭ);
• третий уровень — информационно-вычислительный комплекс ИВК (ЦСОИ филиала ОАО «Сетевая компания» Бугульминские электрические сети);
• система обеспечения единого времени (СОЕВ).

Развитие системы видится в дальнейшей автоматизации цепочки «Потребитель» — «Сетевая компания» — ООО «Татэнергосбыт», от процесса передачи показаний приборов учёта до формирования и выставления потребителю счёта на оплату. Учитывая, что некоторые процессы этой цепочки уже успешно автоматизируются, главной задачей становится больший охват точек учёта и проработка связки «Сетевая компания» — ООО «Татэнергосбыт».

ВЫВОД

Опыт применения PLC-технологии показал, что система дистанционного сбора данных по сетям 0,4 кВ на основе счётчиков электроэнергии с PLC-модемами производства ООО «Инкотекс-СК» в целом работоспособна. При этом производитель работает над постоянным совершенствованием системы путём доработки программного обеспечения, улучшением эксплуатационных характеристик модемов, обновлением прошивки концентраторов.