Разработка автоматизированной системы контроля и учета энергоносителей на промышленном предприятии
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
Российский
государственный профессионально-педагогический университет
Институт
электроэнергетики и информатики
Кафедра
автоматизированных систем электроснабжения
Контрольная
работа
По предмету:
Автоматизированные системы учета и контроля энергоносителей
Выполнил
студент гр. ЗЭС-413 С
Орлов
П.С.
Проверил:
Екатеринбург
2013
Содержание
Введение
. Общая характеристика предприятия
. Исходные данные
. Расчет АСКУЭ
.1 Анализ сведений о предприятии и
схемы рассматриваемого объекта предприятия
.2 Анализ технических и
экономических характеристик электрических счётчиков, выбор технически целесообразных
и экономически оправданных типов
.3 Анализ технических и
экономических характеристик микроконтроллеров, выбор технически целесообразных
и экономически оправданных типов
.4 Анализ технических и
экономических характеристик трансформаторов тока, выбор технически
целесообразных и экономически оправданных типов
. Нанесение выбранных элементов
АСКУЭ на электрическую схему
Заключение
Введение
Повышение эффективности производства продукции и
услуг требует от руководства предприятия организации эффективного использования
различных ресурсов, включая энергетические. Для этого необходимо наладить
контроль и учёт за расходованием всех видов энергоресурсов, внедрить
автоматизированное регулирование в системах энергопотребления. Лишь после этого
можно эффективно заниматься вопросами энергосбережения. Анализ эффективности
использования ТЭР может быть проведён лишь на основе количественных данных их
потребления с учётом всей энергетической цепочки от генерирования энергии до её
конечного применения.
Поэтому основным направлением государственной
политики энергосбережения в настоящее время является создание на предприятиях и
организациях автоматизированных систем контроля и учёта энергоносителей. АСКУЭ,
осуществляющая автоматизированный сбор, обработку, хранение и представление
данных по потреблению определённых энергоресурсов, безусловно облегчает,
ускоряет и уточняет работу по сокращению производственных и непроизводственных
затрат энергоресурсов при обеспечении надёжности энергоснабжения. Это также
облегчает финансовые расчёты между субъектами рынка электроэнергии, так как
оплата производится в соответствии с фактическими объёмами поставки и
потребления ресурсов.
При наличии современной АСКУЭ промышленное
предприятие полностью контролирует весь процесс своего энергопотреблении, и
имеет возможность по согласованию с поставщиками энергоресурсов гибко
переходить к разным тарифным системам, минимизируя свои энергозатраты. В связи
с этим, сегодняшний день промышленных предприятий в области энергоучета
непосредственно связан с внедрением современных АСКУЭ.
1. Общая характеристика предприятия
В качестве проектируемого объекта был выбрано
большое предприятие. Предприятие запитывается от ПС «Свердловская» западных
сетей по двум кабельным ЛЭП 35кВ (до ГПП 1) и от ПС «Калининская» западных
электрических сетей от ВЛ 35 кВ (до ГПП 2). От ГПП 1 и ГПП 2 по шинам 6 кВ
запитывается 20 городских трансформаторных подстанций. Субабонентов нет.
Граница балансовой принадлежности электрических сетей и УЭТМ от ПС Свердловская
проходит на уровне 35 кВ, от ПС Калининская - на уровне 110 кВ.
Энергосистемой Свердловэнерго установлен
двухставочный тариф оплаты за электроэнергию и мощность (двухставочный тариф
включает в себя: ставку платы за покупку 1 кВт•часа электрической энергии и
ставку платы за 1 кВт электрической мощности). Установлены зоны времени для
максимальной нагрузки утреннего и вечернего максимума (для зимы и лета):
• утренний максимум зима, лето: с 8.30 до 11.30;
• вечерний максимум зима: с 17.30 до 21.30
• вечерний максимум лето: с 19.30 до 22.00.
Все потребители относятся к I категории
электроснабжения, то есть отключение этих потребителей приводит к очень
большому материальному ущербу или человеческим жертвам. Их отключение
допускается на время автоматического ввода резерва. К потребителям I категории
обычно прокладывают две отдельные линии электропередач.
План предприятия представлен на рисунке 1.
Рисунок 1.
2. Исходные данные
Рисунок 2. - ТП-14
3. Расчет АСКУЭ
.1 Анализ сведений о предприятии и
схемы рассматриваемого объекта предприятия
Согласно исходным данным граница балансовой
принадлежности электрических сетей от ПС «Свердловская» проходит на уровне 35
кВ, от ПС «Калининская» - на уровне 110 кВ, значит, расчетные (коммерческие)
приборы учета возможно должны быть установлены на фидерах ПС «Свердловская» и
ПС «Калиновская». Так как у данного предприятия нет субабонентов, заключивших
прямой договор на электроснабжение с энергоснабжающей организацией, то
расчетные (коммерческие) приборы учета в сетях предприятия исключены.
Рассматриваемый мною объект, ТП-14, имеет
питание от двух ТП (ТП-3, ТП-13) двумя кабельными линиями 6 кВ от каждой ТП. В
свою очередь ТП-14 питает с первой секции шин ТП-13 одной кабельной линией и со
второй секции шин ТП-3 так же одной кабельной линией. Так как ТП-14
предназначена для снабжения механического цеха, то нагрузку данной ТП можно
считать активной симметричной. Под механическим цехом мной подразумевается цех
с установленными станками, где в течении всего дня нагрузка не постоянная.
Считаю целесообразным установку технических
АСКУЭ на стороне 0,4 кВ ТП-14.
Структурная схема трехуровневой АСКУЭ изображена
на рисунке 3.
Рисунок 3.
3.2 Анализ технических и
экономических характеристик электрических счётчиков, выбор технически
целесообразных и экономически оправданных типов
Согласно общим требованиям к расчетным
счетчикам, применяемым в АСКУЭ, мною был выбран прибор учета типа СЭТ-4ТМ.02М,
так как стоимость одного прибора учета (12590 рублей) значительно меньше, чем
прибор учета типа «ЕвроАльфа» (от 20000 рублей) (ЕА02, ЕА05, ЕА10) и он
значительно надежнее приборов учета типа ЦЭ-хххх и СЕ-ххх концерна
«Энергомера». Приборы учета типа «ЕвроАльфа» обычно устанавливают как точки
коммерческого учета на границе балансовой принадлежности потребителя с
энергоснабжающей организацией, либо на отходящих высоковольтных линиях
энергоснабжающей организации к потребителю, поэтому рассмотрение данного типа
прибора учета можно исключить. Характеристики прибора учета СЭТ-4ТМ.02М
представлены в таблице 1.
Таблица 1. Технические характеристики прибора
учета СЭТ-4ТМ.02М
|
Наименование
величины
|
Значение
|
|
Номинальное
напряжение, В
|
3х57,7/100,
3х(120-230)/(208-400)
|
|
Номинальная
(максимальная) сила тока, А
|
1
(1,5) или 5 (7,5)
|
|
Ток
чувствительности, мА
|
0,001
ном
|
|
Номинальная
частота сети, Гц
|
50
|
|
Класс
точности при измерении в прямом и обратном направлении:
|
|
активной
электроэнергии
|
0,2S
или 0,5S
|
|
реактивной
электроэнергии
|
0,5
или 1,0
|
|
Погрешность
измерения частоты сети, %
|
не
более ±0,1
|
|
Погрешность
измерения фазных напряжений, %
|
не
более ±0,6
|
|
Скорость
обмена информацией, бит/с:
|
9600
|
|
по
интерфейсу RS-485
|
9600,
4800, 2400, 240, 120
|
|
Защита
информации:
|
три
программных уровня и аппаратная блокировка
|
|
Самодиагностика
|
циклическая,
непрерывная
|
|
Рабочие
условия эксплуатации электросчетчика:
|
группа
4 по ГОСТ 22261
|
|
температура
окружающего воздуха, °С
|
от
-40 до +55
|
|
относительная
влажность, %
|
до
90 при 30 °С
|
|
Межповерочный
интервал
|
10
лет
|
|
Средняя
наработка до отказа, час
|
90000
|
|
Средний
срок службы, лет
|
30
|
|
Масса
электросчетчика, кг
|
1,5
|
|
Габаритные
размеры счетчика электроэнергии, мм
|
325х170х77
|
3.3 Анализ технических и
экономических характеристик микроконтроллеров, выбор технически целесообразных
и экономически оправданных типов
автоматизированный учет
энергоноситель трансформатор
Так как в последнее время приборостроительные
заводы-изготовители к своим приборам учета изготовляют индивидуальные УСПД,
работающие только с приборами учета этого изготовителя, мною были выбраны для
рассмотрения два УСПД:
. Комплект комбинированный УСПД-2.03
производства Нижегородского завода им. Фрунзе, изготовленный специально для
работы в паре с приборами учета НЗиФ. В моем случае - это прибор учета типа
СЭТ-4ТМ.02М.
. УСПД «ЭКОМ-3000» производства «ProSoft
Systems» г. Екатеринбург.
Является универсальным устройством, работающим в паре с большинством приборов
учета разных приборостроительных заводов.
Произведем анализ технических и экономических
характеристик этих приборов в таблицах 2.
Таблица 2. УСПД-2.03.
|
Наименование
величины
|
Значение
|
|
Диапазоны
рабочих частот
|
GSM-900
и GSM-1800
|
|
Выходная
мощность передатчика, Вт
|
2
- в диапазоне GSM-900, 1 - в диапазоне GSM-1800
|
|
Напряжение
питания SIM-карты, В
|
3
или 5
|
|
Интерфейсы
|
GPRS,
класс 8; CSD, непрозрачный, скорость передачи - 9600 бит/c; RS-485, скорость
- от 300 до 115200 бит/с с битом контроля нечётности или без него
|
|
Максимальное
количество приборов учета, подключаемых по RS-485
|
от
32 до 256 (в зависимости от характеристик подключаемых приборов)
|
|
Напряжение
питания, В
|
от
100 до 265
|
|
Потребляемая
реактивная мощность, ВА
|
не
более 25
|
|
Сохранение
информации при откл. питания
|
до
3-х лет
|
|
Частота
сети, Гц
|
от
47,5 до 52,5
|
|
Диапазон
рабочих температур, ˚С
|
от
-30 до +55
|
|
Габаритные
размеры, мм
|
не
более 336х306х91,5
|
|
Масса,
кг
|
не
более 3,2
|
|
Цена
|
24987
рублей
|
После анализа всех параметров мною был выбран
комплект комбинированный УСПД-2.03 НЗиФ.
3.4 Анализ технических и
экономических характеристик трансформаторов тока, выбор технически
целесообразных и экономически оправданных типов
Произведем расчет номинала трансформаторов тока
для подключения в расчетную схему прибора учета.
Согласно расчету выбираем для рассмотрения
следующие трансформаторы тока с номиналом 2000/5: Т-0,66, ТТИ-100, ТШП-0,66.
Характеристики трансформаторов тока сведем в
общую таблицу 3.
Таблица 3. Характеристики трансформаторов тока.
|
Т-0,66,
г.Самара
|
ТТИ-100,
Китай
|
ТШП-0,66,г.Екатеринбург
|
|
кл.
точности
|
0,5
|
0,5 /
0,5s
|
|
номинальная
вторичная нагрузка, ВА
|
5
|
15
|
1-10
|
|
межповерочный
интервал, лет
|
5
|
4
|
8
|
|
класс
напряжения
|
0,66
|
0,66
|
0,66
|
|
цена,
рублей
|
654
|
829
|
585
|
Исходя из ценовой категории и срока
межповерочного интервала трансформаторов тока, мною были выбраны трансформаторы
тока типа ТШП-0,66 производителя ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока».
4. Нанесение выбранных элементов
АСКУЭ на электрическую схему
На рисунке 4 представлены элементы АСКУЭ на
примере одного ввода на стороне РУ-0,4 кВ ТП-14.
Рисунок 4. Элементы АСКУЭ на электрической
схеме.
Заключение
Задачи анализа эффективности потребления
электроэнергии с учетом технологического процесса (ТП), контроля в реальном
времени за реальной нагрузкой отдельных производств и предприятия в целом с
последующей оптимизацией режимов работы производства невозможно решать на
морально устаревшем оборудовании, в настоящее время на рынке России появился
широкий спектр современных приборов способных объединяться в АСКУЭ, тем самым
созданы все условия для широкого внедрения АСКУЭ на промышленных предприятиях
нашей страны.
Автоматизированная система контроля и учёта
энергоносителей (АСКУЭ) представляет собой систему которая объединяет в себе
все средства учёта различных энергоносителей которые подключаются к ЭВМ. АСКУЭ
позволяет существенно упростить сбор данных с многочисленных приборов учёта, а
также существенно повысить точность получаемых данных, а применение ЭВМ
позволяет упростить обработку и анализ собранных данных.
Система АСКУЭ уже широко используется в
передовых Западных странах, и в последнее время начинается её внедрение в
России. Всё большее число предприятий России приходит к выводу о необходимости
построения собственной системы АСКУЭ. Опыт зарубежных стран и опыт
отечественных предприятий создавших и успешно эксплуатирующих систему АСКУЭ
показывает, что АСКУЭ принадлежит будущее.