Способ выявления и мониторинга нетехнических потерь в распределительных сетях 0,4 кВ
METHOD FOR DETECTING AND MONITORING NON-TECHNICAL LOSSES IN 0.4 KV DISTRIBUTION NETWORKS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в автоматизированных информационно-измерительных системах контроля и учета электроэнергии для организации оперативного выявления несанкционированных подключений потребителей в электрической сети, при этом системой учета в режиме реального времени организуется мониторинг и определяются значения нетехнических потерь электроэнергии в каждой из фаз контролируемого участка распределительной сети 0,4 кВ.
Известен способ определения мест неконтролируемого потребления электроэнергии в электрической сети 0,4 кВ, заключающийся в дистанционном отключении нагрузки потребителей абонентскими устройствами на контролируемом участке распределительной сети по команде от головного прибора учета. При этом места неконтролируемого потребления электроэнергии выявляют, сравнивая действующие значения напряжений в начале сети и у всех ее абонентов. Для повышения чувствительности предлагаемого способа используются управляемые абонентскими устройствами наборы тестовых сопротивлений различных значений, включенных в разрыв фазного провода в начале ответвления потребителей таким образом, чтобы указанные сопротивления были не доступны на стороне абонентов. При отсутствии несанкционированного потребления электроэнергии измеряемые напряжения в пределах погрешностей будут равны, в противном случае выявляются абоненты с неучтенным потреблением электроэнергии и определяется действующее значение соответствующего тока утечки (патент RU 2700289, кл. G 01 R 11/24, 2019).
К недостаткам представленного способа определения мест неконтролируемого потребления электроэнергии в электрической сети 0,4 кВ можно отнести то, что при его реализации необходимо отключать нагрузки всех абонентов сети, кроме того требуется установка дополнительных управляемых устройств (набор тестовых сопротивлений) в фазный провод ответвления потребителей до ввода в помещение (строение) абонента.
Известен способ определения мест возникновения и величины неконтролируемого потребления электроэнергии в электрической сети 0,4 кВ, который позволяет выявлять факт появления и объем несанкционированного потребления электрической энергии у абонентов на контролируемом участке распределительной сети. При этом производят измерение действующего значения и фазы напряжения у абонентов в двух режимах: при закороченном и включенном в разрыв фазного провода ответвления абонента дистанционно управляемом коммутируемом тестовом сопротивлении, значение которого задается прибором учета абонента в зависимости от тока и допустимого отклонения напряжения. На основе указанных измерений вычисляют действующие значения тока нагрузки абонента и сравнивают его с измеряемым прибором учета, определяя по разности получаемых значений и напряжению величину неконтролируемого потребления электроэнергии (патент RU 2716888, кл. G 01 R 11/24, H02J 13/00, 2020).
Недостатком предлагаемого способа является необходимость дополнительных устройств в виде управляемых коммутируемых тестовых сопротивлений, размещенных в фазных проводах соответствующих ответвлений абонентов до ввода в помещение (строение) в недоступном для абонентов месте.
В качестве прототипа выбран известный способ выявления мест возникновения и величин нетехнических потерь энергии в электрических сетях по данным синхронных измерений (патент RU 2651610, кл. G01R 11/19, 2018). Указанный способ позволяет на основе сравнения расчетных и измеренных мощностей нагрузок у потребителей выявлять места и объем неконтролируемого потребления электроэнергии. Способ заключается в возможности определять величину нетехнических потерь электроэнергии в каждом узле электрических сетей и с высокой степенью оперативности и достоверности определять места неучтенного потребления электроэнергии с точностью до отдельного потребителя, отличающийся тем, что реализован подход, основанный на оценивании синхронно измеренных векторов токов и напряжений, расчете по измеренным векторам напряжений в узлах нагрузки и центре питания токов во всех элементах сети и последующем сравнении расчетных и измеренных мощностей нагрузок, на основании которого делается вывод об отсутствии или наличии нетехнических потерь электроэнергии в каждом узле сети, позволяющий учитывать несимметрию нагрузок, повторные заземления, взаимоиндукцию между проводами фаз и несинусоидальность как токов потребления, так и напряжений источника питания, предназначен для снижения затрат на эксплуатацию распределительных электрических сетей.
Недостатком такого способа является, то что для выявления и расчета объема нетехнических потерь электроэнергии в распределительной сети и у всех ее абонентов необходимо задание в головном приборе учета исходной информации о значениях комплексных сопротивлений (пассивных параметров) используемой схемы замещения межабонентских участков распределительной сети, которые предлагается предварительно вычислять эмпирически, либо путем математического моделирования для конкретной сети. При этом не учитывается, что с течением времени в процессе эксплуатации указанные параметры схемы замещения могут существенным образом изменяться в зависимости от значений протекающих токов и внешних климатических факторов. В таком случае точность выявления наличия в распределительной сети нетехнических потерь электроэнергии и расчетов их минимального фиксируемого значения будет зависеть от указанных комплексных сопротивлений.
Новым достигаемым техническим результатом предполагаемого изобретения является выявление наличия нетехнических потерь электроэнергии на контролируемом участке в распределительной сети без использования информации о комплексных сопротивлениях ее межабонентских участков, то есть при их неизвестных значениях. Кроме того, организуется оперативный расчет и мониторинг комплексных сопротивлений межабонентских участков распределительной сети и нетехнических потерь электроэнергии, как во всей сети, так и у каждого ее абонента.
Технический результат достигается тем, что в известном способе выполняется расчет комплексных значений токов в фазах магистральных участков распределительной сети, питающих ее последних абонентов, на основе измеряемых данных векторов тока головного прибора учета и всех приборов учета абонентов, полученные значения токов затем сравниваются с фактическими комплексными значениями токов последних абонентов контролируемого участка сети. Различие указанных токов (превышающее погрешность расчетов) свидетельствует о токах утечки и, соответственно, выявляются нетехнические потери электроэнергии в распределительной сети. При отсутствии утечек тока по данным двух режимов работы распределительной сети проводится оперативный расчет комплексных сопротивлений ее межабонентских участков, для получения необходимых данных может использоваться однократное временное отключение одного из абонентов или естественные изменения режима. Отслеживание изменения режимов в сети выполняет головной прибор учета по отклонениям значений питающих напряжений и/или токов. В случае если режим в сети не изменяется, то и параметры, полученные ранее по данным двух режимов, являются известными. При выявлении нового режима в распределительной сети параметры схемы замещения рассчитываются вновь и проверяется наличие нетехнических потерь электроэнергии. Полученные данные используются для расчетов нетехнических потерь электроэнергии у абонентов контролируемого участка распределительной сети.
Предлагаемый способ реализуем, если у абонентов контролируемого участка распределительной сети установлены приборы учета, которые могут дистанционно взаимодействовать с головным прибором учета, включенном в начале сети. Указанными приборами проводятся синхронные измерения векторов тока и напряжения в начале сети и у всех ее абонентов, а головной прибор учета выполняет также контроль за изменением режимов работы распределительной сети.
Способ выявления и мониторинга нетехнических потерь в распределительных сетях 0,4 кВ основан на измерении векторов тока и напряжения в начале сети и у всех ее абонентов, выполняемых установленной в указанной сети автоматизированной информационно-измерительной системой учета электроэнергии.
А
В
С
Рассмотрим представленный на фиг. 1 возможный участок распределительной сети напряжением 0,4 кВ, для которого средствами автоматизированной системы учета ведется мониторинг энергопотребления. При этом по каналам связи организован обмен данными между головным прибором учета , подключенным в начале контролируемого участка распределительной сети и приборами учета электроэнергии ; ; , установленными у абонентов, где символом  обозначены фазы , ,  сети ( );  - количество ответвлений, присоединенных к каждой из фаз ;  - числовой индекс, обозначающий количество абонентов, подключенных к -му ответвлению сети;  - трехфазная нагрузка и счетчик электроэнергии. Параметрами сети являются комплексные сопротивления фазных  и нейтрального  проводов ее межабонентских участков. При этом источник электроэнергии  питает нагрузки абонентов ; ; , причем  - комплексные токи в линейных (фазных) и нейтральном (нулевом)  проводах межабонентских участков; , ,  - комплексные токи и напряжения абонентов сети; ,  - внутренние сопротивления источника;  - сопротивление цепи заземления источника; , ,  - сопротивления повторных заземлений.
Способ реализуется следующим образом. Головной прибор учета подает сигнал о начале цикла синхронных измерений мгновенных значений токов и напряжений в начале линии и у всех абонентов. После синхронизации проводятся измерения мгновенных значений токов с периодом выборки не более 1 мс, на основе данных измерений рассчитываются комплексные значения токов и напряжений всех фаз  в начале распределительной сети и у всех ее абонентов. Полученные от абонентов данные передаются по каналам связи в головной прибор учета, в котором по первому закону Кирхгофа выполняется расчет комплексных значений токов в фазах магистральных участков распределительной сети, питающих ее последних абонентов, на основе измеряемых данных векторов тока головного прибора учета и всех абонентов, кроме последних. Затем полученные значения токов сравниваются с фактическими комплексными значениями токов последних абонентов контролируемого участка сети. При отсутствии нетехнических потерь электроэнергии в распределительной сети указанные токи (в пределах допустимых погрешностей) будут равны в каждой из фаз сети. При отличии токов выявляются значения токов утечки и соответствующие фазы сети, в которых они протекают. Первоначально считается, что в распределительной сети нет неконтролируемого потребления, при этом проводится оперативный расчет комплексных сопротивлений ее межабонентских участков по измеренным данным векторов тока и напряжений для двух различных режимов работы распределительной сети. Периоды указанных измерений выбираются головным прибором учета по отклонениям значений питающих напряжений и/или токов, при этом они должны отстоять друг от друга не менее 0,1 с для исключения влияния на расчеты переходного процесса. В дальнейшем при изменении режима в распределительной сети проверяется наличие нетехнических потерь электроэнергии и в случае их отсутствия вновь находятся параметры сети. При возникновении нового режима одновременно с появлением источников нетехнических потерь электроэнергии в распределительной сети выявляются описанным выше способом токи утечки и комплексные сопротивления межабонентских участков сети, которые будут отличаться от фактических, найденных ранее до изменения режима при отсутствии неконтролируемого потребления. Далее проводится расчет разницы значений комплексных сопротивлений для разных межабоненстских участков, из рассчитанных значений находятся максимальные отклонения для соответствующих фаз сети. При появлении одиночных утечек в фазах сети выявляются абоненты (находятся места) с неучтенным энергопотреблением, причем межабоненстский участок с максимальным отклонением комплексных сопротивлений идет сразу же за абонентом с неучтенным током утечки. В случае, если первоначально параметры сети еще не известны и есть утечки токов или утечек в фазе сети больше, чем одна, то для расчета и мониторинга нетехнических потерь в распределительной сети используются значения питающих напряжений соответствующих фаз сети.
С целью подтверждения вышеизложенного представим способ расчета и мониторинга нетехнических потерь электроэнергии в распределительной сети 0,4 кВ на основе предполагаемых измерений, выполняемых установленной в указанной сети автоматизированной информационно-измерительной системой учета электроэнергии.
Примем, что в представленной на фиг.1 электрической схеме контролируемого участка распределительной сети в ответвлениях фаз  подключаются по одному абоненту (), как показано на фиг. 2.
В таком случае для выявления нетехнических потерь электроэнергии в распределительной сети, согласно уравнениям первого закона Кирхгофа находим ток :
, (1)
.
Далее сравниваем найденный ток  с измеряемым прибором учета током последнего абонента соответствующей фазы  распределительной сети:
, , (2)
где  - максимально допустимая абсолютная погрешность расчетов токов. При действии в распределительной сети неучтенного потребления электроэнергии (тока утечки) хотя бы одно из условий (2) не выполняется. Проверив условие (2) и убедившись в его выполнении до и после изменения режима в сети, получаем данные двух разных режимов, необходимые для расчетов комплексных сопротивлений  и  межабонентских участков сети (, ), которые находим следующим образом [Данилов М.И. К проблеме диагностики технического состояния линий распределительных сетей по данным АИИС КУЭ // Контроль, диагностика. 2020. Т. 23, №8 (266). С.54-64.]:
,
, (3)
, .
В уравнениях (3) штрихом обозначены параметры второго режима работы сети.
В дальнейшем при изменении режима в распределительной сети проверяется согласно условиям (2) наличие нетехнических потерь электроэнергии и, в случае их отсутствия, вновь находятся параметры сети  и  (, ). При появлении нового режима в распределительной сети одновременно с источниками нетехнических потерь электроэнергии выявляются согласно (1) и (2) токи утечки  и комплексные сопротивления  и  (, ) межабонентских участков сети, которые будут отличаться от фактических  и  (, ), найденных ранее при отсутствии неучтенного потребления.
Далее проводится расчет разницы значений комплексных сопротивлений  для разных межабоненстских участков (), из рассчитанных значений находятся максимальные отклонения  для соответствующих фаз  сети.
При условии появления одиночных утечек в фазах сети  выявляются абоненты (находятся места) с неучтенным энергопотреблением, номер  межабонентского участка c максимальным отклонением будет соответствовать номеру неизвестного абонента  с неучтенным током . Далее проверяем, одна ли утечка в соответствующей фазе  сети. Для этого ток  добавляется к току найденного абонента  с неучтенным энергопотреблением и рассчитывается согласно (3) сопротивление  для межабонентского участка  с максимальным отклонением . В случае, если утечка только у одного абонента в фазе сети , расчетное сопротивление  будет соответствовать ( в пределах погрешностей расчетов) значению  в режиме без несанкционированной нагрузки. В таком случае нетехнические потери мощности найденного  абонента с неучтенным энергопотреблением определяются с использованием его напряжение , как:
, , (4)
где  - сопряженные комплексы токов .
В случае, если первоначально параметры сети  и  (, ) еще неизвестны и есть утечки токов  или утечек в фазе сети больше, чем одна, то для расчета и мониторинга нетехнических потерь мощности в распределительной сети используются значения питающих напряжений  соответствующих фаз  сети:
. (5)
Нетехнические потери электроэнергии в фазах  сети на интервале времени  определим, как:
(6)
Таким образом, автоматизированной системой учета организуется выявление и мониторинг нетехнических потерь в распределительной сети 0,4 кВ.