СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ УЧЕТА И КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ЕЕ ТРАНСПОРТИРОВКЕ В ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

Корисна модель, що заявляється, відноситься до галузі електротехніки, зокрема, до електровимірювальної техніки та може бути використана у вимірювальних комплексах, які здійснюють комерційний або технічний облік електроенергії у виробника, постачальника та споживача.

Зараз дуже важливе значення при передачі електроенергії лініями високої напруги має точність обліку переданої електроенергії, оскільки негативна похибка при її обліку, що зазвичай має місце на практиці, приводить до великих економічних втрат.

Наша країна має десятки точок транспортування електроенергії, проте, оскільки передача здійснюється у межах країни, точність та кількість електроенергії не дуже цікавить виробників та споживачів електроенергії, оскільки, вони відсторонені від процесу ціноутворення на електричну енергію.

Особливої уваги потребують пункти передачі та отримання електроенергії з-за кордону. Тому проблема точності обліку транспортування електроенергії вже сьогодні має для нашої країни важливе економічне значення. Зокрема, це стосується таких засобів транспортування електроенергії, як високовольтні лінії електропередачі.

Відомі способи корекції похибок окремих компонентів, зокрема, високовольтних вимірювальних трансформаторів струму (ВВТС) та високовольтних вимірювальних трансформаторів напруги (ВВТН), які входять до складу вимірювального комплексу електроенергії [Соколова Р.Н. Емкостный трансформатор напряжения с коррекцией // Электрические станции. - 1979. 0 № 12. - с. 17-20; Стогний Б.С., Годлевский B.C., Кириленко А.В., Демин А.Е. Структурные методы восстановления входного сигнала электромагнитных измерительных преобразователей ток // Техн. Электродинамика. - 1985. - №1. - с. 96-102; Косолапов A.M. Метод улучшения метрологических характеристик средств измерений с гальванической развязкой // Измерительная техника. - 1990. - № 4. - с. 43-45]. Їх недоліками є неможливість корекції похибки трансформаторної схеми увімкнення лічильника електроенергії та забезпечення високої точності вимірювального комплексу в цілому, неврахування залежності похибки вимірювального комплексу від коефіцієнта потужності електромережі.

Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб корекції результату вимірювання електроенергії вимірювальним комплексом, який включає вимірювальні високовольтні трансформатори та лічильник електроенергії, коли до кількості електроенергії, врахованої лічильником, додають її відсоток, який визначається за номограмою [Лях В.В., Квицинський А.О. Оцінка втрат електроенергії при влаштуванні обліку з використанням вимірювальних трансформаторів // Новини енергетики. - 2002. - № 7. – с. 46-48]. Практична реалізація цього способу стале споживання електроенергії і крім лічильника активної електроенергії потребує приладів для вимірювання активної та реактивної потужностей лінії та контролю їх стабільності. Для визначення згаданого відсотку необхідно мати набір номограм, які відповідають різним можливим на практиці коефіцієнтам потужності навантаження, а користування ними включає обов'язкову процедуру лінійної інтерполяції для точки, яка відповідає конкретним завантаженню трансформатора струму первинним струмом та навантаженню вторинного кола трансформатора напруги. Отже, визначення відсотку електроенергії, який додається до електроенергії врахованої лічильником, є приблизним, а сама ця процедура не автоматизована. Розв'язання задач внесення поправки до показань лічильника електроенергії в загальному випадку вимірювань, коли реальне струмове завантаження електромережі впродовж розрахункового періоду обліку електроенергії часто змінюється і може набувати будь-якого значення з робочого діапазону, що становить 0,01-1,2 номінального значення струму, а кількість таких змін впродовж розрахункового періоду, тривалістю наприклад, місяць, може бути досить значною, цим способом практично неможливе або ж буде доволі приблизне.

Корисна модель, що пропонується, позбавлена зазначених вище недоліків.

Задачею корисної моделі є створення способу підвищення точності обліку та контролю електроенергії при її транспортуванні у високовольтних лініях електропередачі вимірювальним комплексом, за яким завдяки вимірюванню та контролю діючих значень струму та напруги, тривалості та кількості інтервалів часу зі сталим струмовим завантаженням лінії, обчисленню та внесенню в автоматичному режимі поправки, відповідної вимірюваним значенням струму та напруги, до результату вимірювання потужності на усіх будь-якої тривалості інтервалах часу розрахункового періоду, що характеризуються сталим значенням струму, досягається значне зменшення результуючої похибки вимірювального комплексу електроенергії не лише в режимах сталого її споживання, а й при нестабільних впродовж розрахункового періоду значеннях робочого струму і коефіцієнта потужності навантаження, зменшується похибка вимірювального комплексу, підвищується рівень автоматизації вимірювань електроенергії і зменшуються її метрологічні втрати.

Як вже зазначалося вище, точність обліку електроенергії, що транспортується в високовольтних лініях, у першу чергу, визначається похибкою високовольтних вимірювальних трансформаторів струму (ВВТС) та високовольтних вимірювальних трансформаторів напруги (ВВТН).

Значний вклад в похибку вносить саме ВВТС. Це пов'язане з тим, що високовольтні вимірювальні трансформатори струму при продажу оцінюються, як правило, загальною похибкою та деякими додатковими похибками, які мають випадковий характер.

У дійсності майже 90 % похибки складають систематичні компоненти, які проявляються у реальних умовах роботи, а не при метрологічній атестації приладів на підприємстві, де умови атестації близькі до ідеальних. У реальних умовах експлуатації струм навантаження (струм в лінії електропередачі) змінюється в широких межах. Також змінюється температура навколишнього середовища, навантажується вторинна обмотка ВВТС пристроями захисту, контролю, а головне, протягом часу, змінюються властивості матеріалу, з якого виготовлені прилади, зокрема, трансформаторного заліза. При цьому, в атестованому ВВТС, похибка атестації якого обмежується 2-3 %, реальна похибка може досягати 5-7 % та навіть більше.

Похибка ВВТН значно менша, оскільки напруга в лініях електропередачі змінюється у незначних межах. Але, необхідно враховувати температурні систематичні похибки, оскільки температура навколишнього середовища може змінюватися у досить широких межах, від -20 °С до +40 °С.

Поставлена задача вирішується тим, що спосіб підвищення точності обліку та контролю електроенергії при її транспортуванні у високовольтних лініях електропередачі вимірювальним комплексом, який включає вимірювальні високовольтні трансформатори, реалізовано наступним чином. До вимірювального комплексу включено термометр зовнішньої температури та комп'ютер із програмним забезпеченням, що враховує часові, температурні та навантажувальні характеристики вимірювальних трансформаторів, кількість електроенергії, яка транспортується, фіксують з інтервалом до півгодини, з урахуванням зовнішніх реальних умов виключають методичні складові похибки вимірювальних трансформаторів, отримані на основі результатів метрологічної атестації.

Програмне забезпечення, яке використовується при реалізації зазначеного способу, включає визначення залежності коефіцієнту трансформації струму К_с та напруги К_н вимірювальних трансформаторів в високовольтних лініях електропередачі від навантаження (струму в лінії) І₁, від температури навколишнього середовища Т °С та від навантаження у вторинному ланцюгу вимірювальних трансформаторів R.

Для вимірювальних трансформаторів струму це будуть криві:

K_c=I₂/I₁=f_c(I₁,T °C,R) (1)

Тоді скореговані показання у поточному часу будуть мати наступний вигляд:

І¹₂(t)=f_c(I₁(t), T °C(t), R)*I₁(t) (2)

де: І₂(t) - вторинний струм високовольтного вимірювального трансформатора струму; I¹₂(t) - скореговані значення струму.

Для вимірювальних трансформаторів напруги це будуть криві:

K_н=U₂/U₁=f_н(U₁, Т °С, R) (3)

Тоді скореговані показання у поточному часу будуть мати наступний вигляд:

U¹₂(t)=f_н(U₁(t), T °C(t), R)*U₁(t) (4)

де: U₂(t) - вторинна напруга високовольтного вимірювального трансформатора напруги;

U¹₂(t) - скореговані значення напруги.

Поточне значення потужності визначається, при цьому за формулою:

W(t)=U¹₂(t)*I¹₂(t) (5)

Надалі визначені дані підсумовуються через короткі інтервали часу протягом півгодини для отримання півгодинної енергії та, додав отриманні значення до попередніх значень енергії, отримують нове значення уточненої енергії через півгодини.

Загальна похибка вимірювання для отримання кривих (1-3) повинна у цьому випадку наближатися до випадкової складової, яка має значення менш ніж 0,5 %.

Перелік фігур креслення

Наведені нижче Фігури пояснюють спосіб підвищення точності обліку та контролю електроенергії при її транспортуванні у високовольтних лініях електропередачі, що заявляється. Фігури креслення, як і опис прикладів конкретної реалізації способу, наведені лише для ілюстрації заявленої корисної моделі і не обмежують обсяг прав, визначений формулою корисної моделі.

Фіг. 1 - Загальна схема вимірювального комплексу.

Відомості які шягверджують можливість здійснення корисної моделі

До лінії високовольтної передачі електроенергії 1 підключають послідовно високовольтний вимірювальний трансформатор струму 2 (ВВТС) та паралельно високовольтний вимірювальний трансформатор напруги З (ВВТН). Вторинний струм І₂(t) та вторинну напругу U₂(t) подають на вхід стандартного електронного лічильника електроенергії 5 та коректувального комп'ютера 6 з програмним забезпеченням, що враховує часові, температурні та навантажувальні характеристики високовольтних трансформаторів при метрологічній атестації. Для отримання даних щодо значень температури навколишнього середовища використовують термометр зовнішньої температури 4. За допомогою комп'ютера вираховують скореговані значення у поточному часі струму I¹₂(t) та напруги U¹₂(t).

Надалі комп'ютером 6 визначається поточне значення півгодинної електроенергії та через півгодини нове значення уточненої електроенергії.

При необхідності за допомогою комп'ютера також можна розраховувати та надавати різницю між показаннями стандартного електронного лічильника електроенергії 5 та скорегованими показаннями.

Метрологічну атестацію для отримання коректувальних функцій f_с (I₁, Т °С, R) та f_н (U₁, Т °С, R) необхідно проводити приборами класу 0,3 або 0,1, результати представляти трьома значущими цифрами.

Зрозуміло, що зазначену атестацію може проводити тільки підприємство-виробник, який має необхідне для цього обладнання, зокрема, зразкові високовольтні трансформатори, метрологічні характеристики яких відомі (загальна похибка вимірювання повинна бути не більш ніж 02,-0,3 %). Це підприємство також повинне розробляти та виготовляти камери для температурних випробувань.

Унаслідок розкиду властивостей трансформаторного заліза та особливостей конструктивного виконання трансформаторів ці характеристики будуть носити, як правило, індивідуальний характер для кожного трансформатора та будуть змінюватися протягом часу його експлуатації.

Спосіб, що заявляється, дозволяє отримати значне підвищення точності обліку та контролю електроенергії при її транспортуванні у високовольтних лініях електропередачі, та, як результат, попередити значні економічні втрати.