Практически все, что нас окружает, так или иначе было произведено фабричным способом, возникшим в Англии в 17 веке во времена промышленной революции, положившей начало перехода от ручного труда к мануфактурному. Основным энергетическим компонентом тех предприятий был каменный уголь, однако уже в конце 19 века промышленность стала массово переходить на электричество, которое остается актуальным и по сей день.
Экономика любого производства подразумевает строгий учет всех ресурсов, в том числе и энергетических. Первые системы контроля представляли собой довольно простые устройства – счетчики – которые могли предоставлять только показания о фактически потребленной электроэнергии. А вольтметры и амперметры показывали лишь текущее значение напряжения и тока. Для расчетов с поставщиками энергоресурсов этого было достаточно, однако по мере усложнения структуры производств и самого оборудования выяснилось, что существует множество нюансов эксплуатации, таких как качество электроснабжения или взаимовлияние различных устройств друг на друга в одной системе. В прошлом веке эти трудности решались путем проведения периодического энергоаудита, однако даже такой подход не гарантировал отсутствия аварий.
Более ста лет эксплуатации электричества не только дали огромный опыт, но и сформировали ряд требований к системам мониторинга электроэнергии. До недавнего времени список выглядел примерно так:
-
Непрерывный контроль потребления на границе балансовой принадлежности
-
Непрерывный контроль потребления отдельных цехов, сборочных линий и приводов
-
Мониторинг в реальном времени провалов напряжения, гармоник сети, токов утечки, коэффициента мощности
-
Выявление типа нештатной ситуаций и оповещение обслуживающего персонала
-
Взаимодействие с другими информационными системами объекта с последующим ручным или автоматическим запуском сценария устранения чрезвычайной ситуации
Однако, сегодня самые современные системы мониторинга пошли еще дальше. Одним из основных требований стал сбор массива данных в течение длительного времени с учетом различных режимов работы, их анализ и построение на его основе множества виртуальных моделей с функциями прогнозирования. Конечной целью внедрения систем мониторинга является реализация полноценного энергоменеджмента предприятия.
Самое простое, что можно сделать с данными – понять тренды потребления электроэнергии. Затем – выявить факторы изменения режимов работы оборудования оптимально распределить нагрузку, разнести пики потребления во времени, исключить перегрузку линий и добиться максимальной эффективности в работе производства, тем самым кардинально снизив затраты.
Более того, можно построить цифровую модель энергопотребления всего предприятия и на его основе моделировать модернизацию производства, выявляя слабые места во время будущей эксплуатации и прогнозируя уровень потребления электроэнергии. После того, как все режимы работы будут обкатаны на виртуальном двойнике, можно будет приступать к практической реализации. Кроме того, на основе статистики можно отслеживать в реальном времени даже токи утечки, довольно точно предсказывая момент возможного отказа оборудования.
Внедрение подобных технологий дает ряд неоспоримых преимуществ. Самое очевидное – вы всегда будете знать, что происходит в энергосистеме вашего предприятия прямо сейчас. Эти данные помогут разобраться с тем, насколько качественная электроэнергия поступает на производство от местного поставщика, есть ли в системе гармоники, провалы напряжения и токи утечки, насколько оптимален режим работы всего оборудования и есть ли взаимовлияние устройств друг на друга. Далее, если потребуется, эта фактическая информация позволит выбрать наилучший комплекс средств защиты, таких как стабилизаторы, динамические компенсаторы реактивной мощности и источники бесперебойного питания. А затем, после внедрения, оценить эффективность предложенных решений.
Теперь, когда мы разобрались с тем, какие требования предъявляются к системе мониторинга электроснабжения и какие преимущества дает ее внедрение, поговорим о принципах реализации подобных инструментов. Современные системы обычно построены на основе концепции SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): диспетчерское управление и сбор данных. Это программный или программно-аппаратный комплекс, который занимается непрерывным сбором, обработкой, отображением и архивированием данных об объекте мониторинга или управления в режиме реального времени. Стоит отметить, что SCADA не относится только к электроснабжению. Это более широкая концепция для мониторинга работы инженерных объектов.
В случае системы мониторинга энергоснабжения SCADA выполняет следующие функции:
-
Обмен данными с контроллерами на местах
-
Обработка информации в реальном времени
-
Отображение состояния энергосистемы
-
Ведение базы данных мониторинга в реальном времени
-
Оповещение оператора о чрезвычайной ситуации
-
Выдача отчетов о состоянии энергосистемы
-
Связь с внешними приложениями.
На данный момент на российском рынке представлено довольно много систем мониторинга электроэнергии. Есть стационарные решения и те, что предназначены для работы на выезде при проведении периодического или аварийного энергоаудита. На рынке представлена продукция как отечественных, так и зарубежных производителей.
Остановимся на наиболее интересных решениях. Программно-аппаратный комплекс от компании «Промэнерго Автоматика» позволяет проводить мониторинг качества электроснабжения и потребления электроэнергии и других ресурсов на нескольких уровнях, обрабатывать результаты измерений и визуализировать их в наглядном виде. Чуть более разветвленная система от компании SATEC обладает примерно аналогичным функционалом. Однако, здесь перечень устройств заметно шире, поэтому есть возможность более гибкого выбора оборудования под задачи конкретного предприятия.
Система мониторинга электроэнергии от компании SOCOMEC также имеет иерархическую структуру. Преимуществом этого решения является простая инсталляция и настройка оборудования. В каталоге компании «ОАО «Электроприбор» есть не только стационарные, но и мобильные устройства контроля качества электроэнергии, а также счетчики коммерческого учета с расширенными функциями. Система мониторинга от ООО "Электронные энергетические технологии" примечательна тем, что для опроса датчиков используется зашифрованный беспроводной канал. Таким образом развертывание комплекса и его настройка занимает минимум времени.
Стоит отметить, что помимо стационарных решений есть отдельные переносные устройства для мониторинга качества электроэнергии. Например, АКЭ-824, поставляемый АО «ПриСТ», а также Fluke 1777 от известного производителя измерительного оборудования.
На фоне этих решений отдельно стоит система мониторинга электроснабжения от немецкой компании Janitza. Чем она интересна? Это одна из самых обширных и продвинутых систем с развитыми предиктивными функциями. Фирменные устройства поддерживают концепцию «3-системы-в-1»: контроль качества электроэнергии, измерение дифференциальных токов и энергоменеджмент. Все оборудование разделено на 5 уровней в зависимости от функционала и устанавливается в различных точках энергосистемы предприятия. Самые простые устройства монтируются рядом со станками или серверами. Чуть выше – в распределительных щитах – располагаются более сложное оборудование, собирающее информацию с нижнего уровня. Далее располагаются анализаторы электроэнергии, контролирующие параметры электроснабжения цехов или зданий. На отдельном уровне располагаются устройства для мониторинга подстанций. И на вершине пирамиды находится оборудование для анализа энергопотребления всего предприятия. Его располагают на границе балансовой принадлежности.
Пакет фирменного программного обеспечения GridVis позволяет объединять огромное количество измерительных устройств, обрабатывать всю входящую информацию и представлять результаты в удобном виде. Здесь также доступно непрерывное документирование результатов измерений, автоматические метки событий (например, для гармоник или колебаний напряжения), распознавание предаварийных ситуаций (при возникновениях токов утечки) и многое другое. А самое главное – этот комплекс позволяет реализовать полноценный энергоменеджмент на всем предприятии.
Итак, возможности современных систем мониторинга электроэнергии весьма широки. Но везде ли они нужны? На наш взгляд, выбор решения должен зависеть в первую очередь от группы объекта энергоснабжения. Поясним: по требованиям надежности потребители делятся на три категории. Для первой группы энергоснабжение не должно прерываться, поэтому при проектировании предусматривается два независимых ввода. Вторая категория оснащается одним вводом и резервной системой питания, а также допускает непродолжительное отсутствие электроснабжения. К третьей группе относятся все остальные потребители.
Таким образом, для предприятий из третьей категории будет достаточно базовых функций мониторинга и выявления нештатных ситуаций. В этом случае поиск и устранение неисправностей будет проще отдать на аутсорсинг через договорную основу. Для объектов второй группы энергоснабжения потребуется более сложная система, включающая в себя уже предупреждение отказов, например через отслеживание токов утечки. А для предприятий из первой и первой особой категорий понадобится внедрение полноценного мониторинга со всем набором функций предиктивного анализа, поскольку в этом случае цена сбоев в работе оборудования чрезвычайно высока.
Разумеется, это лишь базовые критерии оценки. Следует учитывать и множество других нюансов, таких, как структура производства, количество уровней энергоснабжения, размер парка станков и т.д. Поэтому, чтобы не ошибиться с выбором той или иной системы мониторинга, к этому вопросу стоит привлечь профессионалов, специализирующихся в этой области.
Как выбрать грамотного подрядчика?
Вот краткий список того, на что следует обратить внимание:
-
Наличие как минимум 3 группы допуска электробезопасности
-
Многолетний опыт, широкое портфолио реализованных объектов
-
Хорошая репутация и положительные отзывы клиентов
-
Применение современных решений и инструментов
-
Соблюдение сроков работ, достаточный штат специалистов и складской запас необходимого оборудования
-
Обоснованная ценовая политика
-
Постгарантийное обслуживание и поддержка
Каковы дальнейшие перспективы развития систем мониторинга электроснабжения?
Потребность в более «умных» предиктивных технологиях весьма высока, а значит их будут улучшать путем внедрения инструментов анализа на базе искусственного интеллекта. С одной стороны, это должно повысить качество прогнозирования и распознавания чрезвычайных событий. Кроме того, внедрение нейросетевых алгоритмов снизит влияние человеческого фактора на возникновение аварийной ситуации, время реакции на нее и стоимость устранения последствий. С другой стороны, квалификация обслуживающего персонала, возможно, снизится. Нам видится, что в перспективе любая энергосистема станет частью экосистемы промышленного «интернета вещей», а система ее мониторинга – частью глобальной системы управления.
