Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9
| Вид материала | Доклад |
- Вопросы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для подготовки, 69.28kb.
- Организационной основой метрологического обеспечения ОАО «Теплоприбор» является Центр, 31.48kb.
- Совершенствование метрологического обеспечения инклинометрии нефтегазовых скважин 25., 254.4kb.
- Решение IX семинара по вопросам метрологического обеспечения топографо-геодезического, 201.85kb.
- Эталонный комплекс для метрологического обеспечения акустических измерений в твердом, 58.45kb.
- Экзаменационные вопросы по дисциплине «Измерительная техника», 40.7kb.
- Методика приемки из наладки в эксплуатацию измерительных каналов информационно-измерительных, 235.63kb.
- Отдел метрологического обеспечения измерений физико-химических величин, 18.17kb.
- Рабочая программа дисциплины мерительные устройства систем управления, 448.87kb.
- Анализ и синтез измерительных преобразователей с частотным выходным сигналом для информационно-измерительных, 675kb.
Использование многофункциональных приборов контроля,
анализа качества и учета количества электрической энергии
производства НПП “Энерготехника”
для метрологического обеспечения измерительных систем
учета электрической энергии
Среди большого количества современных измерительных систем заметное место занимают автоматизированные информационно-измерительные системы (АИИС) учета электрической энергии. Метрологическое обеспечение (МО) АИИС учета электрической энергии, как и большинства других типов измерительных систем, осуществляется практически на всех этапах её жизненного цикла, охватывая большой перечень видов деятельности по обеспечению единства измерений [1]. Некоторые из этих работ связанны с экспериментальным определением метрологических характеристик (МХ) отдельных измерительных и связующих компонентов систем, а также измерительных каналов (ИК) в целом.
1. Компоненты ИК, оказывающие влияние на его МХ. Особенности и проблемы
Наиболее распространенными измерительными компонентами ИК АИИС учета электрической энергии, во многом определяющими его МХ являются:
– измерительные трансформаторы напряжения;
– измерительные трансформаторы тока;
– счетчики электрической энергии.
Следует отметить также один из связующих компонентов ИК, оказывающий влияние на его МХ, – линии связи между измерительными трансформаторами напряжения и счетчиками электрической энергии.
Рассмотрим некоторые особенности и проблемы, которые определяют специфику обсуждаемых компонентов и формируют характерный для них перечень измерительных задач, решение которых возложено на МО ИС.
В реальных условия эксплуатации счетчики электрической энергии очень часто устанавливаются на значительном удалении от измерительных трансформаторов напряжения и тока. Это обстоятельство приводит к ухудшению МХ ИК за счет падения напряжения на вторичных цепях трансформаторов напряжения, перегрузки трансформаторов тока, действия электромагнитных полей на линии связи, а иногда приводит к возникновению грубых ошибок из-за неправильного подключения счетчиков.
Измерительные трансформаторы напряжения используются не только для преобразования маломощных электрических сигналов, содержащих измерительную информацию о значениях измеряемых напряжений, но и практически всегда используются для электропитания счетчиков электрической энергии, а часто и для электропитания других технических средств. Электропитание всех этих устройств, как правило, имеет трехфазный характер. Значение потребляемой мощности и её распределение по отдельным фазам зависит от конструкции устройств, режимов их работы, значений подаваемых напряжений, несимметрии напряжений, климатических условий эксплуатации (прежде всего, температуры) и т.д. Многие из этих зависимостей характеризуются большой нестабильностью и нелинейностью. Все это крайне осложняет определение погрешностей, возникающих во вторичных цепях трансформаторов напряжения, и приводит к потенциальной опасности перегрузки этих трансформаторов.
Следующая особенность заложена в технических требованиях действующих стандартов на измерительные трансформаторы напряжения и тока, касающихся диапазонов мощностей нагрузок. Установка значения нижней границы допустимого диапазона мощности нагрузки, равного 25% от номинального значения, приводит к возможности недогрузки трансформаторов. По данным некоторых исследований [2], которые хорошо согласуются с нашим опытом, это самое распространенное нарушение, встречающееся в рассматриваемых системах. Следует отметить, что случаев недогрузки трансформаторов напряжения значительно больше случаев их перегрузки. Несимметрия напряжений и других перечисленных выше обстоятельств могут приводить к существенному “перекосу” потребления электроэнергии по фазам. В этой ситуации значительно уменьшается потребление по одним фазам и увеличивается по другим. Теоретически возможны ситуации, когда электропитание счетчиков и других устройств осуществляется только от одной из фаз. Кардинальным решением этой проблемы является комбинация следующих условий: обязательное использование в каждой фазе специальных нагрузочных устройств (резисторов), чтобы избежать недогрузки в тех фазах, которые не участвуют в электропитании технических средств и определенный запас по выходной мощности трансформаторов напряжения, чтобы избежать перегрузки трансформатора в той фазе, через которую они запитываются. Точное выполнение требований действующих нормативных документов приводит к использованию трансформаторов с завышенной номинальной мощностью нагрузки, значительная часть которой рассеивается на дополнительных нагрузочных элементах. С точки зрения МО ИС это означает существенное увеличение объема работ, в том числе и проведение дополнительных экспериментальных исследований.
2. Измерительные задачи МО ИС
Среди измерительных задач, связанных с экспериментальным определением МХ измерительных компонентов ИК АИИС, наибольшее практическое значение имеют следующие задачи:
– измерение мощности нагрузки измерительных трансформаторов напряжении;
– измерение мощности нагрузки измерительных трансформаторов тока;
– определение погрешности напряжения и угловой погрешности измерительных трансформаторов напряжения;
– определение токовой и угловой погрешности измерительных трансформаторов тока;
– определение правильности подключения счетчиков электрической энергии;
– определение основных и дополнительных погрешностей счетчиков электрической энергии;
– определение погрешности из-за потери (падения) напряжения в линии присоединения счетчика к трансформатору напряжения.
Решение названных выше измерительных задач МО ИС осуществляется как в ходе государственного метрологического контроля и надзора, осуществляемого государственной метрологической службой в лице государственных научных метрологических центров и органов государственной метрологической службы на территориях субъектов страны (испытания для целей утверждения типа, испытания на соответствие утвержденному типу, первичная и периодическая поверки и т.д.), так и организациями, производящими и эксплуатирующими ИС (приемо-сдаточные испытания, калибровка, ремонт и т.д.).
Для решения этих задач НПП “Энерготехника” предлагает использовать некоторые модификации своих многофункциональных приборов – измерителей показателей качества электрической энергии (ПКЭ) “Ресурс-UF2”. В первую очередь, речь идет о модификациях для мобильных применений:
– “Ресурс-UF2М” и “Ресурс-UF2МВ” класса точности 0,2;
– “Ресурс-UF2-ПТ” класса 0,05.
3. Общая характеристика ПКЭ
Данные приборы являются специальными многоканальными средствами измерений большого количества параметров основных электрических и электроэнергетических величин: напряжения, силы тока, углов фазовых сдвигов, мощности и энергии, учитывающими специфические особенности объектов исследования, которыми являются системы электроснабжения, системы электропитания и электрические сети (количество фаз, диапазоны измерений, полосы частот, требования безопасности и др.).
Одна из основных функций этих приборов – контроль качества электрической энергии, который основан на измерении, последующей статистической обработки и сравнении с установленными нормативными значениями так называемых показателей качества электрической энергии (ПКЭ), являющихся параметрами напряжения [3, 4].
Вторая наиболее значимая функция приборов – анализ качества электрической энергии с целью выявления источников и причин её ухудшения, а также проведения организационно-технических мероприятий по улучшению режимов электропитания и энергопотребления. Для анализа качества электроэнергии используются результаты измерений параметров напряжения, силы тока и углов фазового сдвига, регистрируемые в течение определенного интервала времени [5].
Одной из важных функций приборов является измерение (учет) активной и реактивной электрической энергии в прямом и обратном направлениях. Приборы “Ресурс-UF2М”, “Ресурс UF2МВ”, “Ресурс-UF2С” по МХ при измерении активной электрической энергии соответствуют счетчику класса точности 0,2S, а при измерении реактивной энергии имеют класс точности 0,5. Приборы “Ресурс-UF2-ПТ” при измерении активной энергии имеют класс точности 0,1.
Для наиболее полной реализации своих основных и дополнительных функций приборы обладают способностью запоминать (регистрировать) большое количество результатов измерений и передавать их c помощью нескольких интерфейсов в вычислительный компонент измерительной системы.
Среди дополнительных функций следует отметить следующие функции:
– регистратор аварийных событий с фиксацией формы кривой измеряемых сигналов и их среднеквадратических огибающих;
– цифровой осциллограф.
4. Использование приборов в качестве компонентов ИС
Практически все рассмотренные функции в той или иной мере востребованы в современных АИИС учета электрической энергии и поэтому стационарные модификации рассматриваемых приборов (“Ресурс-UF2” и “Ресурс-UF2C”) могут являться измерительными компонентами или комплексными компонентами (измерительно-вычисли-тельными комплексами) этих систем.
Кроме выполнения своих основных задач по контролю и анализу качества электрической энергии эти приборы в наибольшей степени подходят для использования в качестве контрольных измерительных приборов учета электрической энергии, то есть приборов, осуществляющих измерительный контроль работы основного и резервного счетчиков электрической энергии [6]. При этом их технические возможности позволяют существенно расширить функции контрольного средства измерений. Использование этих приборов делает возможным контролировать не только результат измерений количества электрической энергии, являющейся, как правило, результатом косвенных измерений, полученных на основании прямых измерений напряжений и токов, но и проводить оценку погрешности полученного результата.
Конструктивно этих приборы предназначены для длительной эксплуатации на одном установочном месте. Они имеют удобные кабельные вводы и надежные винтовые клеммные соединители, предназначенные для подключения измерительных цепей, которые расположены в отдельном отсеке прибора расположенном под пломбируемой крышкой. Крепление приборов производится на вертикальной или горизонтальной поверхности.
5. Использование приборов для метрологического обеспечения ИС
Для метрологического обеспечения ИС наиболее подходящими являются мобильные модификации рассматриваемых приборов “Ресурс-UF2М”, “Ресурс-UF2МВ” и “Ресурс-UF2-ПТ”.
В отличие от стационарных измерительных приборов мобильные приборы имеют настольное исполнение, приспособленные для быстрого и многократного подключения, защищенные приборные соединители, комплектуются различными приспособлениями для оперативного проведения работ (измерительными кабелями, разъемными трансформаторами тока, зажимами для быстрого и надежного подключения к измеряемому объекту, фотосчитывающими устройствами для счетчиков электрической энергии) и удобства транспортировки (корпус с ручкой, специально оборудованный кейс). Кроме этого переносные модификации прибора обладают большими функциональными возможностями (низковольтные входы напряжения, режимы для определения МХ счетчиков, измерительных трансформаторов напряжения и тока), а также лучшими МХ.
5.1. Определение нагрузки измерительных трансформаторов напряжения
Приборы “Ресурс-UF2M” и “Ресурс-UF2MВ” комплектуются разъемными трансформаторами тока (токоизмерительными клещами), благодаря которым они могут успешно использоваться для определения мощности нагрузки однофазных и трехфазных измерительных трансформаторов напряжения. Для этого измерительные входы напряжения подключаются к вторичным цепям трансформаторов, а токоизмерительные клещи надеваются на эти провода. Результаты измерений выходной мощности трансформаторов в виде активной, реактивной и полной однофазной и трехфазной мощности, а также коэффициентов мощности и углов фазовых сдвигов между токами и напряжениями наряду с остальными измеряемыми характеристиками можно увидеть на индикаторе прибора или на компьютере, подключенном к прибору.
5.2. Определение нагрузки измерительных трансформаторов тока
Удаленность трансформаторов тока от счетчиков электрической энергии делает линии связи между ними одним из основных источников потерь мощности.
Модификация рассматриваемого прибора “Ресурс-UF2MВ” имеет дополнительную группу низковольтных (предельные значение измеряемых напряжения 10 В) входов напряжения. Это делает его наиболее подходящим для определения нагрузки измерительных трансформаторов тока. Необходимо отметить, что диапазон измерений при использовании этих входов очень широкий (от 10 мВ до 10 В). Фактически прибор имеет несколько диапазонов измерений, переключение между которыми производится автоматически.
Для измерения мощности нагрузки измерительного трансформатора тока необходимо один из низковольтных входов напряжения прибора подключить к выходу трансформатора, измеряя им напряжение на его выходе, а токоизмерительные клещи, подключенные на заданный измерительный вход тока прибора, подключить на линию, соединяющую трансформатор тока и нагрузку, измеряя ими выходной ток трансформатора. Результат измерений мощности нагрузки приводится к значению номинальной мощности в рабочей точке.
5.3. Определение правильности подключения трехфазных счетчиков электрической энергии
При проведении различных исследований неправильное (умышленное или не умышленное) подключение счетчиков встречается достаточно часто. Создается впечатление, что это является одной из самых значительных причин небаланса и потерь в энергосистеме. С технической точки зрения особую сложность представляют комбинированные ошибки, когда неправильное соответствие фаз напряжений и токов сочетается с ошибками при определении направления токов. Ориентация на маркировку цепей напряжения и тока, которая может быть ошибочной или использование приборов оперативного измерительного контроля подключения счетчиков электрической энергии, так называемых вольтамперфазометров (ВАФ) не всегда позволяет достичь желаемого результата. Полностью избежать ошибок при подключении или достоверно выявлять факты подобных нарушений при проведении проверок можно, либо на основании тщательного изучения объекта энергопотребления (состав оборудования, режимы его работы, наличие или отсутствие компенсаторов реактивной электрической мощности и пр.), либо на основании результатов длительных наблюдений и определения взаимной корреляции параметров напряжений и токов разных фаз. Использование приборов “Ресурс-UF2” любой из названных выше модификаций позволит объективно оценит правильность подключения счетчика.
5.4. Определение МХ счетчиков электрической энергии
Приборы “Ресурс-UF2M” и “Ресурс-UF2MВ” могут быть использованы для экспериментального определения МХ счетчиков электрической энергии. Приборы имеют соответствующие режимы работы и могут комплектоваться специальными фотосчитывающими устройствами, предназначенными для приема импульсных сигналов со светодиодного индикатора электронных счетчиков или от метки вращающегося диска индукционного счетчика. Входящие в комплект поставки прибора токоизмерительные клещи позволяют обойтись без разрыва токовых цепей, что в ряде случаев может существенно облегчить подключение приборов и обеспечить оперативное проведение работ на месте эксплуатации счетчика.
5.5. Определение МХ измерительных трансформаторов тока и напряжения
Эталонные приборы “Ресурс-UF2-ПТ” имеют возможность подключения двух групп трехфазных входов напряжения и могут использоваться в качестве устройства сравнения при определении МХ однофазных и трехфазных измерительных трансформаторов напряжения [7]. Они могут использоваться также в качестве устройства сравнения при определении МХ измерительных трансформаторов тока.
Выводы
1. МО АИИС учета электрической энергии предусматривает проведение большого количества измерений, связанных с определением МХ измерительных компонентов, связующих компонентов и измерительных каналов. Для успешного проведения всего комплекса этих работ необходимы специальные многофункциональные приборы, учитывающие особенности этих компонентов и приспособленные к объектам энергетики, на которые устанавливаются измерительные каналы систем. Наиболее подходящими для этих целей являются приборы “Ресурс-UF2МВ” и “Ресурс-UF2-ПТ”.
2. Методики выполнения измерений выходной мощности измерительных трансформаторов напряжения и методики определения погрешности, возникающей из-за потерь (падений) напряжений на соединительных линиях между трансформаторами напряжений и счетчиками, должны учитывать зависимость фазных токов потребления счетчиков и других технических средств от многих факторов и, прежде всего, от несимметрии напряжений.
3. Несимметрия напряжений и другие факторы могут приводить к режиму недогрузки, близкому к режиму холостого хода у одного или двух измерительных трансформаторов напряжения, и поэтому для строгого соответствия действующим стандартам необходимо обязательное использование нагрузочных устройств. Учитывая, что случаев недогрузки измерительных трансформаторов напряжения значительно больше случаев их перегрузки, требований стандартов в отношении нижней границы диапазона допустимых мощностей нагрузки с технической и экономической точки зрения не бесспорны.
4. Использование в качестве измерительного компонента (контрольного счетчика) ИК АИИС учета электрической энергии приборов “Ресурс-UF2C” позволяет существенно повысить достоверность результатов измерений и улучшить нормирование МХ, за счет предоставления информации для анализа погрешности получаемых результатов измерений.
Литература
1. ГОСТ Р 8.596-2002. ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения
2. Гривастов Д., Кондаков В.В., Кузовников В., Шейнин Э.М. Осо-бенности поверки АИИС КУЭ. – Энергосбережение, 2005, №2.
3. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего применения
4. РД 153-34.0-15.501-2000. Метрологические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах энергоснабжения общего назначения. Часть 1. Контроль качества электрической энергии
5. РД 153-34.0-15.502-2002. Метрологические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах энергоснабжения общего назначения. Часть 2. Анализ качества электрической энергии.
6. Регламент коммерческого учета электрической энергии оптового рынка электроэнергии переходного периода (Приложение № 10 к договору о присоединении к торговой системе оптового рынка НП “АТС” № 36 от 31 октября 2003 г.).
7. МИ 2845-2003. ГСИ. Трансформаторы напряжения 6 … 35 кВ измерительные. Методика периодической поверки на месте эксплуатации.
Авторы
Романов Константин Константинович – гл. инженер НПП “Энерготехника”
Ильяшенко Евгений Викторович – вед. инженер НПП “Энерготехника”
Россия, 440026, г. Пенза, ул. Лермонтова, 3 ссылка скрыта
Тел. (841-2) 56-35-67, 55-31-29 Факс. (841-2) 56-29-87
E-mail: info@entp.ru