3.5. Комплексный инструментальный учет и контроль в системах энергопотребления

3.5.1. Структура системы комплексного учета и контроля параметров энергопотребления

На рис. 3.15 представлена структурная схема энергосистемы промышленного предприятия, на которой показано движение энергии и энергоносителей от внешних систем до энергопотребляющего оборудования. Состав и расположение точек и групп учета предопределяют топологию и функции создаваемой АСКУЭ [54, 71].

Р и с. 3.15. Структура энергосистемы промышленного предприятия

Вариант состава комплексного узла учета тепловой энергии, горячей и холодной воды, природного газа и двухтарифного учета электроэнергии показан на рис. 3.16.

Р и с. 3.16. Применение измерительного оборудования комплексного автоматизированного узла учета и контроля энергопотребления: КУУ – комплексный узел учета; Q – тепловычислитель; PM – расходомеры; ДТ – датчики температуры; ДД – датчики давления; Ф – фильтры; V – вычислитель стандартного расхода газа; T – устройство переключения тарифов (таймер); W3 – счетчик электроэнергии трехфазный; W1 – электросчетчик однофазный ; u – измеритель пульсаций напряжения; f – измеритель отклонения частоты;  – фазометр

Комплексный узел учета содержит измерительные приборы учета расхода теплоносителя в системе теплопотребления, горячей и холодной воды в системах ГВС и ХВС, однофазного и трехфазного электропитания. Там же ведется контроль показателей горячего воздухоснабжения и газоснабжения, параметров качества тепло– и электроснабжения, технического состояния оборудования и подводящих магистралей. Учет параметров на узле частично автоматизирован путем установки тепловычислителя, который выполняет комплексную функцию по определению потребления и качества тепла, горячей и холодной воды по показаниям расходомеров, датчиков давления и температуры, установленных на соответствующих трубопроводах. Данные о потреблении электроэнергии фиксируются одно– и трехфазными счетчиками по силовому оборудованию, освещению и по общему вводу. Стандартный объемный расход газа определяется по показателям расходомера, датчиков давления и температуры. Для определения качественных показателей используются соответствующие приборы контроля. Все контрольно-учетные данные по возможности концентрируются в одном месте, на комплексном узле учета, что создает возможность для полной или частичной автоматизации учета и контроля параметров.

3.5.2. Характеристика контролируемых параметров

Все контролируемые энергетические процессы разделяются на силовые, тепловые, электрохимические, электрофизические, освещение (табл. 3.2).

На рис. 3.17 дана классификация контрольных параметров, позволяющих определить состояние энергетического оборудования. Для комплексного контроля и учета требуется большой объем измерений различных физических величин. Об их числе можно судить по системе единиц СИ, которая включает более 120 физических единиц. В настоящее время существует примерно следующее распределение средств измерений: температура – 50%, расход (объемный и массовый) – 15%, давление – 10%, уровень – 5%, количество (масса, объем) – 5%, время – 4%, электрические и магнитные величины – около 5% [66].

Таблица 3.2

Применение ТЭР в энергетических процессах

Энергетические  процессы	Энергоносители
	Электроэнергия	Пар	Горячая вода	Топливо
				газ	жидкое	твердое
Силовые	+	+	-	+	+	-
Тепловые высокотемпературные	+	-	-	+	+	+
Тепловые средне– и низкотемпературные	+	+	+	+	+	+
Электрохимические и электрофизические	+	+	+	-	-	-
Освещение	+	-	-	-	-	-

Системы энерго– и других видов снабжения контролируются отдельно по каждому виду энергии. Контроль осуществляется по магистралям и агрегатам от источника до конечных потребителей. При этом контролируется исправность измерительного оборудования, каналов передачи информации, а также наличие электропитания.

К силовым относятся процессы, на которые расходуется механическая энергия, необходимая для привода различных механизмов и машин (вентиляторов, компрессоров, дымососов, лифтов и др.). При контроле силовых процессов определяются фактические показатели режимов работы: коэффициент загрузки, коэффициент включения и коэффициент мощности. При тепловых процессах происходит расход тепла различных потенциалов. Процессы подразделяются на высокотемпературные (выше 773 К), среднетемпературные (423…773 К), низкотемпературные (120…423 К) и криогенные (ниже 120 К). Для осуществления тепловых процессов на предприятиях большое распространение получили различные типы электрических и газовых печей (плит) промышленного и бытового назначения. При контроле газовых печей измеряются режимные параметры: расход газа, производительность, температура нагрева или расплавления и т.д., а также состав дымовых газов, давление в топке и тракте печи. Анализируется избыток воздуха, КПД, состояние изоляции, температура наружных поверхностей, потери и ряд других параметров, необходимых для составления фактического энергетического баланса печи.

Теплопотребляющая установка – комплекс устройств, использующих выработанную или полученную теплоту для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха и технологических нужд. На схемах имеются точки, в которых устанавливаются соответствующие измерительные устройства. В процессе инструментального исследования с определенным периодом (не реже чем раз в сутки) определяется расход всех видов топлива, давления, температуры и режимов работы систем топливоснабжения. Определяются потери энергоресурсов и режим работы систем в течение года.

В системы электроснабжения входят понижающие трансформаторы и электрические сети напряжением 0,4 кВ и 6 или 10 кВ. У понижающих трансформаторов снимаются показания счетчиков активной и реактивной энергии и показатели качества напряжения (отклонения, колебания, несимметрию и несинусоидальность) в течение суток. Для сетей до и выше 1000 В определяются их параметры (тип, сечение, длина, способ прокладки) и считываются графики тока в период максимума нагрузки в течение часа.

Электрический обогрев, автоматизированное управление потоками газов и жидкостей, освещение, электрохимические и электрофизические процессы осуществляются при потреблении электрической энергии. Сбор информации производится от точки раздела с энергосистемой до конечных потребителей. Основными электроприемниками являются выпрямительные агрегаты, насосы и вентиляторы. Эффективность ведения электрохимических процессов зависит от выхода по току и энергии, которые обычно нормируются.

Для электрических печей строятся графики нагрузки за 5-10 циклов работы и оценивается качество напряжения.

Для построения графиков измеряются: масса загрузки, теплоемкость изделий, производительность, температура наружных поверхностей печи, температура нагрева или плавки металла, время работы и простоев в течение суток, потери электрической и тепловой энергии, расход и температура охлаждающей воды на входе и выходе, атмосферные выбросы, характеристики насосов, дымососов и другого электрооборудования печи и ряда других параметров, необходимых для составления фактического энергетического баланса печи.

Для оценки воздействия внешних факторов контролируются следующие параметры: климатические (температура, влажность, давление), технологические (акустические шумы, вибрация, электромагнитные поля и т.д.) и антропогенные (связанные, например, с фиксированием несанкционированного доступа к измерительному оборудованию с целью фальсификации показаний).

Р и с. 3.17. Классификация параметров комплексного контроля