Внедрение Информационно-графической системы «CityCom-ЭлГраф» в электросетевом комплексе

октябрь 2005 г.

Цели и задачи внедрения специализированной информационной системы

ОАО «Сибирско-Уральская энергетическая компания» (СУЭНКО), входящая в группу компаний ТЭНКОМ, эксплуатирует электросети, в основном жилищно-бытового назначения, ряда городов юга Тюменской области. Среди основных задач ОАО «СУЭНКО» – развитие электрических сетей, снижение уровня технических потерь, повышение надежности и качества электроснабжения потребителей и, как результат, получение прибыли от реализации электроэнергии. Решению этих задач способствует использование целого ряда передовых технологий, позволяющих существенно снизить эксплуатационные затраты, минимизировать последствия автоматических отключений поврежденных участков сети, автоматизировать учет электроэнергии и управление режимом уличного освещения, повысить качественный уровень эксплуатации сетей.

Ежегодный прирост максимальной мощности жилищно-бытовой нагрузки в последние годы, в особенности в периоды критически низких зимних температур, обуславливает острую необходимость эффективных капиталовложений в реконструкцию и замену силового оборудования и линий электропередач. В первую очередь это должно касаться увеличения пропускной способности линейных участков сетей и мощности трансформаторных подстанций в наиболее нагруженных сегментах, с учетом как существующих, так и перспективных подключений потребителей электрической энергии.

Гарантией эффективности таких капиталовложений является точная локализация «узких мест», определение их перечня и технологически обоснованное ранжирование объектов, подлежащих замене или реконструкции, по степени срочности и очередности этих работ.

Очевидно, что удовлетворение обозначенного критерия эффективности возможно только при наличии специальной информационной системы, позволяющей объединить в себе возможности графического представления сетей на плане застройки, паспортизации технологических объектов электросетевого комплекса, учета договорных и фактических нагрузок, а также проведения на основе этих данных всех необходимых инженерно-технологических расчетов и ситуационного моделирования.

Выбор инструментария, подготовка к внедрению, характеристика объекта.

В результате тщательного изучения рынка информационных технологий в области энергетики выбор был определен в пользу Информационно-графической системы «CityCom-ЭлГраф», разработанной ИВЦ «Поток», г. Москва.

Внедрение программного обеспечения ИГС «CityCom-ЭлГраф» началось с разработки Технического задания, содержащего, помимо функционального состава системы, подробное описание совокупности и способов задания исходных данных, состав характеристик паспортиза-ции оборудования и их информационное описание, обеспечивающее возможность использования этих данных для реализации поставленных расчетно-технологических задач.

Следующим серьезным этапом стал выбор исходных графических материалов для информационной системы. В результате ряда предварительных переговоров был заключен договор о сотрудничестве с областным отделом архитектуры, который взял на себя обязательство по предоставлению векторной электронной топоосновы населенных пунктов юга Тюменской области с условием ее постоянной поддержки и актуализации. ОАО «СУЭНКО» в обмен обязалось предоставлять слои нанесенных электрических сетей с набором информации, необходимой для подразделений администрации, также с постоянным ее обновлением. Учитывая объективные обстоятельства, технической службой ОАО «СУЭНКО» было принято решение о том, что первым объектом внедрения ИГС «CityCom-ЭлГраф» должен стать г. Заводоуковск.

Заводоуковск – город районного значения, расположен в 100 км от Тюмени. Город застроен зданиями 1-5 этажной и индивидуальной застройкой. Характер использования электрической энергии в основном коммунально-бытовой. Источниками электроснабжения города являются: ПС «Заводоуковская» (220/110/35/10 кВ), ПС «Арболит» (35/10 кВ), ПС «Комсомольская» (35/10 кВ), ПС «Озерки» (110/10 кВ). Протяженность линий 10 кВ составляет 86 км, протяженность линий электропередач 0,4 кВ – 189,22 км. На обслуживании находятся ТП -10/0,4 кВ в количестве 186 шт. из них 35 – на балансе сторонних организаций.

За время, прошедшее с момента начала работ по созданию электронной модели электросетевого комплекса г. Заводоуковска (май 2005 г), специалистами СУЭНКО накоплен определенный опыт работы с инструментарием «CityCom-ЭлГраф», что позволяет как подвести некоторые итоги собственной деятельности, так и дать оценку приобретенному программному обеспечению.

Графическое представление и паспортизация сетей.

Серверная платформа «CityCom-ЭлГраф» позволяет вести работы по вводу информации одновременно и параллельно на нескольких рабочих местах в локальной сети, что при наличии у персонала определённых навыков использования возможностей программ значительно сократило время, затрачиваемое на создание модели. В процессе работы удалось полностью восстановить и уточнить недостающую или недостоверную информации по электросетевому комплексу, выполнить анализ договорных нагрузок и фактических замеров зимнего максимума.

На практике реальные сроки создания графического представления сетей оказались существенно больше планируемых, поскольку векторная электронная топооснова г. Заводоуковска, представленная отделом архитектуры, к сожалению, всего лишь на 10-15% отражала слой зданий и сооружений, а многих улиц вообще не было в наименованиях. Жилые дома и нежилые строения приходилось наносить самостоятельно, согласно ситуационному плану, составленному инженерно-техническим персоналом электрических сетей г. Заводоуковска.

Подложкой для создания графического представления существующих электрических сетей послужили данные, предоставленные организацией «Гео-Резерв», которые были выполнены в единой координатной сетке и в виде «картинки» легли на топооснову города. Далее было необходимо зафиксировать, прорисовать и паспортизировать каждый участок и каждую опору с присвоением номера и наименования, согласно оперативным схемам энергопредприятия, нанести отсутствующие здания (около 80 %), присвоить почтовый адрес и код потребителя.

На сегодняшний день, этап создания графического представления сетей на плане застройки закончен на 95 %: нанесены сети 10 и 0,4 кВт, а также технологические объекты и сооружения, с привязкой к топооснове.

Сам процесс внедрения информационной системы, связанный с нанесением схемы сетей на карту местности и их паспортизацией, позволил службам ОАО «СУЭНКО» выверить физические объемы электросетевого комплекса, уточнить их, составить и откорректировать по факту схемы узлов сети, состав и характеристики трансформаторных подстанций, уточнить нагрузки и характеристики абонентов и т.д. Графическая составляющая информационного описания электрической сети составила не более 10-12% от общего объема вводимой информации, львиная доля трудозатрат пришлась на паспортизацию, уточнение данных и разрешение информационных противоречий.

Так, например, выявлены несоответствия данных предприятия о длинах участков кабельных и воздушных линий уточненным данным, полученным в результате оцифровки трасс участков сетей с привязкой к масштабной топооснове. На основе полученных данных были составлены новые паспорта на энергокомплексы и откорректированы физические объемы основных средств.

Под паспортизацией сети понимается сбор, ввод в базу данных и непрерывное обновление многочисленных справочных сведений, которые характеризуют объекты инженерной сети: опоры, участки, оборудование трансформаторных подстанций, потребители. Самая сложная и трудоемкая работа заключалась в инвентаризации и проверке фактических нагрузок у потребителей.

На сегодняшний день ИГС «CityCom-ЭлГраф» позволяет службам предприятия получить произвольную справку по любому паспортизированному объекту – табличный документ, схему, фотографию на местности – простым кликом мыши.

Рис.1. Схема сетей электроснабжения, получение справочной информации

Достоверно зная фактическое состояние сети и оборудования, режимная и диспетчерская службы могут принимать более обоснованные решения по оперативному и перспективному управлению сетью, а также более точно составлять планы капитальных ремонтов. Одной из основных задач информационной модели является формирование разнообразных отчетов о параметрах сети. Например, получение суммарных длин сети с разбивкой по маркам проводов и кабелей, перечень абонентов электрической сети, подключенных от заданного фидера и т.п. Кроме параметрических отчетов, легко реализуются разнообразные графические выделения и пространственные запросы («показать опоры совместного использования», «определить суммарную нагрузку потребителей в районе, заданном графической областью-полигоном» и т.п.), исполняемые геоинформационной компонентой ИГС «CityCom-ЭлГраф».

Расчетно-аналитические подсистемы, решение содержательных задач

ИГС «CityCom-ЭлГраф» содержит инструменты для осуществления ряда специфических для электроэнергетики инженерных и аналитических расчетов, без которых невозможно ситуационное моделирование и анализ режимов работы сетей электроснабжения.

В частности, персонал диспетчерской и режимной службы могут рассчитать степень загруженности линий и трансформаторных подстанций в различных условиях. Визуализация загруженности в виде тематической раскраски на графическом представлении сети позволяет легко выявить «проблемные» места, а многовариантное моделирование и анализ результатов в виде табличных отчетов – оценить возможные мероприятия по нормализации режима.

Другая «жизненная» задача – формирование перечней отключаемых абонентов. Например, при отключении определенной трансформаторной подстанции (ТП) для проведения ремонтных работ будут временно отключены все абоненты, запитанные от этой ТП. Получение такого перечня со всеми необходимыми атрибутами (адрес, телефон, характеристики нагрузки и др.) – дело нескольких секунд. Таким образом, формирование списка потребителей в разбивке от каждой ТП в целом и по каждому фидеру в отдельности по линиям 10 и 0,4 кВ дает возможность предупреждения абонентов о плановых и внеплановых отключениях с отметкой по времени отключения и включения.

Важной особенностью ИГС «CityCom-ЭлГраф» является описание внутренних структур и схем узлов, которые, будучи достаточно сложными сами по себе, должны быть согласована как со структурой сети в целом, так и ее графическим изображением. Эта технология дает возможность моделирования переключений коммутационных устройств в узлах на схеме сети. Основные цели переключений – проведение работ по профилактике и реконструкции сети, либо изменение режима работы. Самым удобным способом визуализации результатов упреждающего моделирования производимых переключений является топологическая раскраска схемы электрической сети, при которой сеть раскрашивается по признаку принадлежности к рабочим или отключенным компонентам. Внутренняя схема коммутационного узла может не отображаться на основной схеме, ее удобно вывести в отдельном окне на фоне схемы сетей, и в этом же окне выполнять моделируемые переключения. К примеру, отключение секционного рубильника и коммутационного устройства ввода 10кВ на схеме ТП приводит к раскраске сети, на которой видна отключенная подсеть; сразу же можно сформировать перечень потребителей, «виртуально» отключенных в результате этого действия.

На основе достоверных данных компьютерная информационная система дает возможность решать множество эксплуатационных задач. На первом плане здесь расчеты, связанные с моделированием загруженности линий и подстанций, которые позволяют в полной мере анализировать возможность выдачи технических условий на присоединение новых мощностей. В основе решения большинства технологических задач электрических сетей лежит расчет установившихся токов, который за считанные секунды производится автоматически после проведения любого переключения или изменения характеристик нагрузок или источников. Расчет токов выполняется методом определения нагрузки по установленной мощности и коэффициенту спроса. Результатом являются величины установившихся токов и падений напряжения по каждому участку сетей и абсолютные значения напряжений по каждому узлу сети.

Рис.2. Результаты моделирования: раскраска сети, профиль напряжений по ЛЭП 10кВ

Виртуальное моделирование вновь подключаемой нагрузки позволяет качественно и количественно оценить изменение режима нагруженности линий и силового оборудования, а также транспортных потерь электроэнергии, и точно сформулировать мероприятия по замене и реконструкции объектов электросетей, необходимость проведения которых диктуется техническими условиями на подключение.

Важным этапом моделирования является расчет потерь электрической энергии и расчет режима сети по математической модели с определением участков, подлежащих замене или реконструкции. Из множества разработанных и утвержденных методик по определению технологических потерь были рассмотрены две:

1) Методика расчета нормативных (технологических) потерь электроэнергии в электрических сетях, утвержденная Приказом Минпромэнерго России № 21 от 03.02.2005 г. В этой методике потери рассчитываются на основе данных о схемах, нагрузках сетей и составе работающего оборудования в планируемом периоде, и нормативных характеристик технологических потерь.

2) Методические рекомендации по определению потерь электрической энергии в городских электрических сетях 10(6)-0,4 кВ, разработанные РАО «Роскоммунэнерго» и утвержденные Госстроем России 23.04.2005 г. Эти рекомендации основаны на применении поэлементного метода расчета, что позволяет определять потери по отдельным конкретным элементам (распределительные линий 10(6) кВ, трансформаторы 10(6)/0,4 кВ, распределительные линии 0,4 кВ), а также по сети в целом.

С точки зрения расчета потерь с помощью ИГС «CityCom-ЭлГраф» более предпочтителен второй вариант, поскольку исходные данные по элементам сети для алгоритма расчетов могут быть получены непосредственно из базы данных программы. Анализ нагруженности участков сетей с превышением допустимых потерь позволило спланировать мероприятия по реконструкции электросетевых комплексов.

На основе полученных результатов расчета и моделирования была сформирована программа строительства и реконструкции электросетей, в ходе которой были дополнительно построены ТП 10/0,4 кВ и разукрупнены десятки линий 0,4 кВ, что привело к значительному снижению потерь электроэнергии, которые на сегодняшний день не превышают утвержденный РЭК уровень в 13%.

В дальнейшем можно предложить разработчикам реализовать и алгоритм расчетов по первой методике, используя оперативную информацию, согласно проводимым замерам, что не противоречит общей концепции данного программного инструментария.

Промежуточные итоги и перспективы

На сегодняшний день полностью введены и паспортизированы два фидера 10кВ по г. Заводоуковску (ТП, опоры, линии, абоненты), частично описаны 32 трансформаторных подстанции, отходящие фидеры 0,4 кВ и присоединенные к ним потребители.

По совокупности введенных данных паспортизации объектов в ИГС «CityCom-Элграф» формируется большой перечень информационно-справочных и отчетных документов описательного и аналитического характера. Производятся расчеты: установившихся токов в линиях высокого и низкого напряжения, баланса нагрузок по линиям, ресурсов линий по загруженности, ресурсов мощности по источникам, технологических потерь электроэнергии, профилей падения напряжения вдоль трасс. Реализованы удобные способы графического представления сетей и наглядной визуализации результатов технологических задач в виде графиков и раскрасок по различным критериям.

Созданная средствами ИГС «CityCom-ЭлГраф» компьютерная модель электросетевого комплекса г. Заводоуковска

наглядно показывает:
-- реальные ресурсы для снижения потерь при транспортировке;
-- принципиальные основы пространственного и логического моделирования инженерных сетей для решения эксплуатационных задач существующей системы электроснабжения;

дает возможность:
-- анализировать к.п.д. использования установленной мощности трансформаторных подстанций и загруженности линий электропередач;

позволяет:
-- осуществлять обоснованное принятие технологических и управленческих решений, базирующихся на строгих расчетах.

В целом текущие результаты внедрения ИГС «CityCom-ЭлГраф» можно считать полностью отвечающими ожиданиям и соответствующими целям и задачам информатизации электросетевого комплекса, а инструментальную платформу – пригодной и рекомендуемой для применения на других объектах эксплуатации электросетей ОАО «СУЭНКО».