ЗАО «НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» с 1990 года работает в области автоматизации объектов энергетики и, будучи экспертом в этой области, прекрасно знает узкие места энергетического хозяйства страны и энергопотребления в целом. Улучшение показателей энергоэффективности требует постоянной исследовательской работы, позволяющей выявить те узлы, где происходят основные потери энергии, и причины, которые приводят к снижению ее качества.
Для выполнения этих задач более 20 лет назад компания создала электротехническую лабораторию, которая, осуществляя методичные и скрупулезные обследования, наблюдения, анализ, вычисления помогает предприятиям энергетической отрасли повысить энергоэффективность.
К настоящему времени коллектив лаборатории накопил большой опыт в этой сфере. О деятельности электротехнической лаборатории ЗАО «НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» мы говорим с ее руководителем, доцентом Высшей школы электроэнергетических систем Института энергетики СПбПУ Петра Великого, к. т. н. Антоном Алексеевичем Кузнецовым.
ИСУП: Антон Алексеевич! Чем занимается электротехническая лаборатория ЗАО «НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ»?
А.А. Кузнецов: Наша электротехническая лаборатория более 20 лет занимается измерениями и анализом режимов и показателей качества электроэнергии, а также проводит энергетические обследования электрической части промышленных предприятий и энергоснабжающих организаций. Основная цель энергетических обследований — выявление причин нарушений работы технологического оборудования, разработка мероприятий по повышению экономичности и надежности электроснабжения потребителей и, таким образом, улучшение показателей энергоэффективности.
В ходе выполнения работ создаются математические модели участков сети или систем электроснабжения с расчетом токов КЗ и определением перетоков мощностей по линиям, уровней напряжений в узлах в нормальном и аварийном режимах, степени загрузки ЛЭП и силового электрооборудования. На основании полученных данных решаются такие вопросы, как анализ качества электроэнергии, составление баланса реактивных мощностей, выявление оборудования с низким КПД, а также определение потерь энергии.
По измеренным и расчетным значениям с использованием специально разработанных математических алгоритмов выполняется спектральный анализ гармонических составляющих токов и напряжений с определением потребителей, вносящих наибольший вклад в искажение формы сигнала. Дополнительно выполняется анализ частотных характеристик сети, определяются величины и направления перетоков активной и реактивной мощностей на основной и высших гармониках.
Одним из направлений деятельности электротехнической лаборатории являются исследования и оптимизация режимов нейтралей сетей 6−10−35 кВ и процессов при возникновении однофазных замыканий на землю.
Разработана и активно применяется на практике известная и безопасная для оборудования методика косвенного измерения емкостных токов замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью средних классов напряжения 6−35 кВ. При выполнении измерений производится частичное однофазное замыкание на землю через калиброванную высоковольтную емкость, параметры которой подбираются таким образом, чтобы обеспечить смещение нейтрали на величину не более 4−10%, (при длительно допускаемых смещениях 15%). Выполненная доработка методики позволяет с использованием информации о значениях векторов фазных напряжений до и после подключения емкости определить по специальным математическим алгоритмам не только емкостные составляющие сопротивления изоляции сети и тока замыкания на землю, но и их активные составляющие (рис. 1).
Более чем за двадцать лет работы в данном направлении накоплен большой теоретический багаж знаний и практический опыт разработки предложений по оптимизации режимов сетей с изолированной нейтралью, а также в сетях с резистивно-заземленной или компенсированной нейтралями различной конфигурации.
До недавнего времени руководителем лаборатории являлся профессор кафедры «Электрические сети и системы» СПбГПУ Кучумов Леонид Александрович, сейчас он делиться своими научными знаниями, консультируя нас.
ИСУП: Какое оборудование и программное обеспечение вы используете в своих исследованиях?
А.А. Кузнецов: Мы применяем многоканальные цифровые осциллографы с длительным (до нескольких суток) непрерывным осциллографированием токов и напряжений не только в установившихся, но и в переходных режимах (рис. 2), широкополосные измерительные преобразователи, датчики Холла, высоковольтные калиброванные конденсаторы, высоковольтные резистивные и емкостные делители напряжения.
Использование многоканальных (до 32 каналов) осциллографов позволяет с высокой частотой одновременно фиксировать напряжения на секциях шин, а также токи во всех отходящих присоединениях, что значительно облегчает работу по анализу быстропротекающих переходных процессов и снимает любые проблемы, связанные с синхронизацией данных измерений в нескольких отходящих линиях и определением потребителей, вносящих наибольший вклад в нарушение показателей качества электрической энергии. А это — прямой путь к повышению энергоэффективности.
Что касается специализированного ПО, то в расчетах мы используем такие хорошо зарекомендовавшие себя программы, как RastrWin для расчета установившихся режимов и Matlab для анализа переходных процессов, а также программные модули собственной разработки для обработки и анализа результатов выполненных измерений. Сочетание знаний и системного подхода к обработке режимных параметров позволяет специалистам лаборатории обоснованно рекомендовать к внедрению в системы электроснабжения новых прогрессивных и малозатратных разработок для модернизации электрооборудования, обеспечения должного качества электроэнергии.
ИСУП: Какие исследования ведет ваша лаборатория в рамках современных трендов энергосбережения и повышения энергоэффективности?
А.А. Кузнецов: В условиях дефицита и увеличения стоимости энергоресурсов, роста объемов производств на промышленном предприятии наиболее актуальной становится проблема энергосбережения и, в частности, экономии электроэнергии. Большинство электрических установок наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и является абсолютно бесполезной для потребителя. Высокое потребление реактивной мощности не только снижает качество электроэнергии, но и приводит к перегреву проводов, перегрузке подстанций и просадкам напряжения в электросети. При этом возникает необходимость в завышении мощности трансформаторов и сечения кабелей.
Для снижения потребления реактивной мощности применяют компенсирующие устройства, такие как конденсаторные батареи, синхронные двигатели и компенсаторы, современные управляемые источники реактивной мощности типа СТК и СТАТКОМ. Так вот, мы анализируем балансы реактивных мощностей, режимы работы потребителей электроэнергии, среди которых могут быть резкопеременные и несинусоидальные нагрузки, проверяем условия работы существующих устройств компенсации реактивной мощности и разрабатываем предложения по обеспечению требуемых уровней ее компенсации. Это позволяет повысить энергоэффективность промышленных установок.
ИСУП: А вы даете рекомендации, где правильно разместить устройства компенсации реактивной мощности?
А.А. Кузнецов: Да, и не только. Мы в своих расчетах показываем рациональные места размещения, обосновываем выбор уровня мощности, параметров и законов управления компенсирующих устройств.
Более того, при выполнении оптимизационных расчетов мы обязательно учитываем так называемые статические характеристики нагрузки, показывающие реально существующую связь потребления активной и реактивной мощностей с уровнями напряжения. При их игнорировании можно столкнуться с неожиданным фактом увеличения потребления активной энергии после выполнения мероприятий по КРМ, направленных на снижение потерь. То есть получить увеличение оплаты за электрическую энергию после внедрения мероприятий по ее уменьшению!
ИСУП: Есть ли научная составляющая в ваших исследованиях, и если есть, то какая?
А.А. Кузнецов: Роль науки в наших исследованиях достаточно велика. Например, в рамках работ по направлению оптимизации режимов работы нейтралей электрических сетей выполняется сложное математическое моделирование переходных процессов с использованием самого современного программного обеспечения, которое требует значительных вычислительных мощностей (рис. 3). Корректный анализ полученных результатов требует высокой научной квалификации сотрудников.
В области контроля гармонических искажений токов и напряжений в установившихся и переходных режимах также существует большое количество нерешенных в настоящее время проблем, разобраться с которыми возможно только с использованием научных подходов. И в этих исследованиях мы оперируем, например, такими понятиями, как «интергармоники», что в принципе является непонятным значительному количеству специалистов.
Компенсация реактивной мощности в настоящее время также является одним из наиболее наукоемких направлений в связи с разработкой и внедрением современных устройств, строящихся на базе полностью управляемых источников напряжения и имеющих сложные алгоритмы управления и оптимизации, позволяющие одновременно вырабатывать (либо потреблять) реактивную мощность, поддерживать напряжение в узле нагрузки, фильтровать высшие гармоники и устранять несимметрию токов и напряжений.
Хотелось бы также добавить, что по результатам работы лаборатории регулярно публикуются научные статьи в ведущих профильных изданиях и выполняются доклады на международных научно-технических конференциях.
ИСУП: Какие последние исследование были выполнены вашей лабораторией и над чем вы сейчас работаете?
А.А. Кузнецов: Недавно нами была выполнена работа по выбору параметров подводной кабельной линии напряжением 35 кВ потребителей нефтяного месторождения в Балтийском море и сделаны расчеты установившихся и переходных режимов в системе электроснабжения с выбранной кабельной линией. В ходе этой работы также осуществлялась проверка сечений кабельных вставок по допустимому току на определенных участках, рассчитывались токи однофазного замыкания на землю с выбором режимов заземления нейтралей сетей 35 кВ, определялись установившиеся отклонения напряжений на шинах потребителей электрической энергии в различных режимах работы с обоснованием параметров, требуемых для установки устройств компенсации реактивной мощности и обеспечения нормируемых уровней напряжений.
В настоящее время осуществляется ряд интересных проектов. Один из них связан с поиском причин повышенной повреждаемости измерительных трансформаторов напряжения в сетях генераторного напряжения одной из крупных электрических станций. Другой проект связан с еще одним из направлений нашей деятельности — оптимизацией электрических режимов мощных электрических печей, таких как дуговые сталеплавильные, а также руднотермические печи, и повышением их энергоэффективности. Вызывает еще интерес проект, связанный с совершенствованием методов и алгоритмов прогнозирования состояния кабельных линий, в котором мы задействуем устройство «НЕВА-ОПФ», разработанное специалистами НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» (рис. 4).
ИСУП: А чем занимается научно-производственная фирма «ЭНЕРГОСОЮЗ»?
А.А. Кузнецов: Компания, в которой осуществляется деятельность нашей лаборатории, специализируется на разработке, производстве и внедрении оборудования для автоматизации объектов электроэнергетики. Оборудование НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» под торговой маркой «НЕВА» сегодня работает на сотнях станций и подстанций в большинстве регионов России и стран СНГ в составе систем регистрации аварийных событий, телемеханики и диспетчерского управления, АСУ ТП и противоаварийной автоматики, решают задачи мониторинга и диагностики технологического оборудования.
ИСУП: Хотелось бы пожелать вашей лаборатории новых творческих задач, а НПФ «ЭНЕРГОСОЮЗ» — успехов!
Журнал «ИСУП» № 3