Современные технологии измерений

Об учете газа, неплатежах и “умных счетчиках”.

По сообщениям прессы 4 декабря 2018 года, под председательством вице-премьера Дмитрия Козака прошло совещание, темой которого было развитие  интеллектуальных систем учета ( ИСУ) электроэнергии. По результатам совещания дано поручение Минэнерго, Минэкономики и ФАС проработать  вопрос  введения аналогичных «умных счетчиков» на газ. Согласованные предложения по ИСУ на газ министерства должны представить в Правительство РФ до 1 марта 2019 года.

И, хотя  представитель Дмитрия Козака Илья Джус пояснил, что применительно к ИСУ на газ  дано поручение всего лишь  о «первичной проработке вопроса»,  в прессе появились публикации , в которых основное внимание уделяется , якобы чрезмерно высокой стоимости установки так называемых “  умных счетчиков газа” для населения тем более, что  якобы основными неплательщиками за потребленный газ являются не они, а производственные предприятия.  И поэтому в бытовом секторе  никто не устанавливает эти “ умные счетчики”, хотя они  уже производятся и продаются по цене 4 – 5 тыс.рублей. Приводится и суммарная стоимость подключения  ИСУ на газ для абонентов в бытовом секторе – порядка 128млрд.руб. Так как этих и подобных им высказываний достаточно много, попробуем более детально разобраться в этом вопросе.   Для этого воспользуемся официальным документом – докладом         “ Поставки газа на внутренний рынок. Реализация программы газификации регионов ” члена Правления, начальника  Департамента ПАО “ ГАЗПРОМ”, генерального директора ООО  “ Газпром межрегионгаз  ” Кирилла Селезнева.  На стр.8 доклада приведены данные о задолженности потребителей за поставленный газ:   

           

Из приведенных данных видно, что имеется явно выраженная тенденция к общему росту неплатежей за поставленный потребителям газ  :  c 43,7 млрд руб  в 2011 г до 199,3 млрд руб. в 2017 г. При этом долги категорий потребителей (производственные – население+ прочие потребители ) в общем объеме задолженности распределились практически поровну; на долю населения приходится задолженность в размере 99,9 млрд руб. Сравнивая данную цифру реальных неплатежей с приведенной выше суммарной стоимостью подключения  ИСУ для абонентов в бытовом секторе – порядка 128млрд.руб ( цифрой ориентировочной, не подкрепленной какими-либо расчетами ) можно видеть, что они  практически одного порядка.

Меры воздействия на неплательщиков за поставленный объем газа и их  эффективность приведены на стр. 9 этого же документа. К этим мерам относятся взыскание долга  по оплате в судебном порядке и отключение злостных неплательщиков от подачи газа до полной оплаты долга,- применение данной меры регламентировано Постановлением Правительства РФ от 25.11.2016 N 1245 “ О порядке ограничения подачи ( поставки  ) и отбора газа ” ( в ред . ПП РФ от 26 .07.2018 N 875) .

Из представленного документа видно, что с одной стороны имеется рост количества физических лиц, к которым была применена такая крайняя мера, как отключение поставки газа, а с другой стороны – сумма взысканий в судебном порядке с должников по сравнению с общим объемом долга достаточно мала и составляет ( опять - таки для физических лиц ) не более16%, что свидетельствует о низкой эффективности данного механизма . Следует при этом сказать, что сама процедура отключения газа у должников затратна финансово и непроста чисто технологически. Например, отключение газа у неплательщика , живущего в собственной квартире в  многоквартирном доме.  Как с решением этих проблем могли бы помочь современные “ умные счетчики ”?

Появление  термина  « умный счетчик »  очевидно  предполагает, что счетчики газа, используемые в настоящее время, к  таковому не имеют никакого отношения . При этом  до сих по не сформулированы требования, которым умный  счетчик  должен соответствовать, в связи с чем делаются попытки отнести к интеллектуальным  приборам  счетчики газа, имеющие всего лишь канал дистанционной передачи данных, - функцию несомненно важную, но никак не определяющую уровень « интеллекта» счетчика . Наконец, к вопросу о том, что  “ умные приборы ” уже давно выпускаются :  на  ежегодной  Международной выставке “ Рос Газ-Экспо”, прошедшей  2 - 5 октября  2018 г  в Санкт –Петербурге  отечественные и зарубежные производители газового оборудования  ограничились демонстрацией хорошо известных устройств, - в основном механических диафрагменных газовых счетчиков . Из всего многообразия бытовых газовых устройств, представленных на выставке, только один  счетчик газа СМТ Смарт   относится  к интеллектуальным приборам нового поколения.

Какими свойствами, по нашему мнению, должен обладать современный интеллектуальный счетчик газа? Ниже приведен примерный перечень возможностей такого прибора и дается  пояснение  необходимости в данных функциях. 

1. Счетчик газа должен обеспечивать измерение прошедшего объема газа, приведенного к стандартным условиям, - температуре +20° и давлению 101,3 кПа.

Необходимость в данной функции вполне очевидна, т.к. на стороне поставщика газа учет поставляемого потребителю объема производится с помощью измерительных комплексов, приводящих отпущенный объем  к стандартным условиям с учетом температуры газа, его абсолютного давления и вычисленного текущего значения коэффициента сжимаемости, в то время, как основная масса установленных счетчиков газа измеряют прошедший объем при текущих условиях температуры и давления, либо осуществляют коррекцию объема только по температуре газа. Это связано с тем, что в ныне действующем  ГОСТ Р 8.915-2016 «Государственная система обеспечения единства измерений. Счетчики газа объемные диафрагменные. Общие технические требования, методы испытаний и поверки »  предложена  формулировка : «Счетчик газа должен автоматически приводить измеренное количество прошедшего через него газа к температуре 20°С ».  Производитель счетчиков в таком случае волен либо вообще не учитывать давление газа при расчетах приведенного объема, либо использовать взамен измеренного абсолютного давления некое подстановочное условно - постоянное значение.  

Как известно, приведение объема газа к стандартным условиям ( при использовании значения коэффициента  сжимаемости газа «К» в виде условно-постоянной величины) производится по формуле:

                                    Vпр = Vраб ( Ризм x Тст/ Рст xТизм х К)  ,   где

Ризм , Тизм – соответственно измерннные давление и температура газа;
Рст ,  Тст    - стандартные значения давления и температуры газа по ГОСТ 2939.

Исходя из приведенной формулы очевидно, что погрешность приведения объема к стандартным условиям в равной мере зависит и от температуры газа и от его абсолютного давления. Пренебрежение любым из этих параметров  или использование  подстановочных величин взамен измеренных значений приводит к расхождению объемов газа переданных поставщиком и измеренных потребителем.

Для обеспечения максимальной сходимости результатов измерения значения приведенного объема газа необходимо либо измерять и учитывать величину абсолютного двления  газа, либо использовать счетчики, в которых реализован  принцип измерения массового расхода , не зависящий от текущих  параметров температуры и давления измеряемого газа.

2. Конструкция и принцип измерения объема газа счетчиком должны обеспечивать максимальную защиту от внешних, в т.ч. несанкционированных воздействий, искажающих результаты измерения объема.

Данное требование выглядит не слишком конкретно, однако его появление на наш взгляд вполне оправдано.  Так , для бытовых диафрагменных счетчиков газа в Интернете можно найти описание способов, с помощью которых возможно не только исказить результаты измерения, но и вообще остановить процесс измерения потребленного  газа.  Аналогично складывается  ситуация и с другими типами счетчиков.  

Летом 2017 г на основании договора, заключенного между ООО «Газпром межрегионгаз» (г.Санкт-Петербург) и АО «Гипронииигаз» ( г.Саратов ) были проведены комплексные испытания  бытовых газовых счетчиков, серийный выпуск которых осуществляется  различными производителями. Програм-ма  проведения испытаний   предусматривала  проверку влияния различных внешних факторов на работоспособность приборов, цель которых -  искажение результатов измерений :  условия монтажа  и различные  способы внешнего воздействия –  внешнее магнитное поле, вибрация, импульсный режим работы, стойкость к электростатическим разрядам и т.д.   И, хотя программа в основном содержала пункты испытаний, приведенные в  ГОСТ Р 8.915-2016,  только 2 счетчика из представленных успешно их выдержа-ли. И это результаты испытаний  счетчиков, серийно выпускающихся в настоящее время.

Очевидно, что на этапе сертификационных испытаний разрабатываемые интеллектуальные счетчики газа должны подвергаться испытаниям по расширенной программе, максимально приближенной к работе в условиях их дальнейшей эксплуатации. В качестве таких дополнительных испытаний можно было бы предложить  перечень , содержащейся в рекомендациях EN 14236 : 2008 « Ultrasonic domestic gas meters ».

3. Обязательное наличие в счетчике механизма самодиагностики, осуществляющего контроль работоспособности счетчика , отдельных его узлов  и режимов  его работы .

Очевидно, что какие-либо интеллектуальные возможности счетчика могут быть реализованы только с помощью микроконтроллера, являющегося одним из основных его элементов. С его помощью производится измерение объема прошедшего через счетчик газа, приведение объема к стандартным условиям и другие функции счетчика. Такой интеллектуальный счетчик по своим возможностям значительно превосходит механический диафрагменный счетчик, в связи с чем  с помощью программного обеспечения  микроконтроллера должна быть реализована и функция автоматической проверки работоспособности счетчика, чувствительного элемента, с помощью которого осуществляется измерение расхода или объема газа , а также контроль технологических характеристик измеряемого газа, окружающей среды и иных параметров, могущих оказать влияние на точностные  характеристики работы счетчика. Перечень контролируемых в режиме самодиагностики параметров во многом  зависит от конкретной конструкции счетчика, однако можно выделить некие общие для всех . К ним относятся:       

  • отказ измерительного устройства ( механизма) счетчика;
  • измеренный расход больше Qmax;
  • измеренный расход меньше Qmin, но больше порога чувствительности;
  • температура измеряемого газа вышеверхнего предела  по ТУ  (например +55°С );
  • температура измеряемого газа ниженижнего предела по   ТУ  (например -25°С ); 
  • температура окружающей среды выше верхнего предела по ТУ (например +55°С );
  • температура окружающей среды ниженижнего предела по ТУ    (например - 40°С );
  • заряд встроенной батареи меньше минимально необходимого значения;
  • состояние встроенного в счетчик клапана ( открыт/закрыт);
  • вскрытие крышки корпуса счетчика ;
  • параметры измеряемого газа не соответствуют ГОСТ 5542-87;
  • режим передачи данных по беспроводному интерфейсу;
  • работа счетчика в режиме контрольного элемента ( в соответствии с требованиями ГОСТ Р 8.915-2016).

Большинство из перечисленных выше параметров прямо или косвенно влияют на погрешность измерения объема счетчика. Например, выход за диапазон измерения расхода, для которого нормируется погрешность измерения, несоответствие текущей температуры измеряемого газа или окружающей среды паспортным данным для счетчика. Очень важный параметр – фиксация возникшего отказа чувствительного элемента или измерительного механизма счетчика – отображение данной информации на цифровом табло счетчика позволяет персоналу, обслуживающему данный прибор, оперативно принять решение о дальней-ших действиях. Контроль  вскрытия крышки корпуса счетчика    исключает возможность каких-либо несанкционированных действий со стороны недобросовестных потребителей.     

Наличие встроенной в счетчик функции автоконтроля  его состояния с сохранением в памяти прибора  аварийных ситуаций или нестандартных режимов работы и последующей передачей данных самоконтроля на сервер поставщика газа  исключает возможность учета данных, полученных от неисправ-ного счетчика, или от прибора, работающего в условиях, отличных от требований ТУ.

4. Наличие встроенного в счетчик управляемого клапана.

В данном пункте речь идет о электрическом управляемом клапане, встроенном непосредственно в корпус счетчика и управляемого микроконтроллером счетчика. С помощью данного клапана может производиться процедура блокировки подачи газа, например, в случае неуплаты за ранее поставленный газ. Изменение состояния клапана (  подача газа включена/ блокирована ) должно производиться непосредственно по команде оператора поставщика газа, используя возможности беспроводного интерфейса ( см.п.5);  также управление режимом работы клапана  должно производится автоматически микроконтроллером счетчика. Условия, при которых микроконтроллер счетчика осуществляет прямое управление клапаном, могут быть следующие:  

  • измеренное значение расхода газа после открытия клапана превышает 0,015м3/ч, что свидетельствует об утечке – интервал времени измерения расхода газа после открытия клапана должно быть не более 1 мин; при обнаружении расхода газа клапан должен быть закрыт и, по прошествии 1 мин, попытка открытия должна быть повторена; всего попыток открытия клапана должно быть не менее 3-х.
  • превышения максимального допустимого расхода газа ( Q ≥ 1,2 Qmax); контрольный интервал времени, после которого счетчик должен закрыть клапан ( 1нед – 1мес ), программируется оператором; измеряемым параметром является суммарный суточный объем газа, прошедший через счетчик за установленный контрольный интервал времени.
  • разряд встроенной в счетчик батареи до минимально допустимого уровня, при котором еще гарантируется  работоспособность счетчика ;
  • обнаружения попытки вскрытия крышки корпуса счетчика, что может привести к нарушению его работоспособности;
  • обнаружения обратного потока газа ( время непрерывной фиксации обратного потока – не менее 1 мин);
  • прочие вмешательства в работу счетчика, приводящие к нарушению его работоспособности.

Выполнение команд закрытия/открытия клапана должно сопровождаться  передачей  информации о итоговом состоянии клапана на сервер оператора. В архивной памяти счетчика должен фиксироваться каждый факт изменения состояния клапана счетчика, время этого изменения  и причина, приведшая к изменению состояния клапана.

Наличие данного клапана, встроенного в корпус счетчика и управляемого непосредственно по командам оператора поставщика газа, существенно упрощает процедуру отключения подачи газа  должникам, т.к. для выполнения данной процедуры не требуется присутствия работников газовой службы в помещении ( например – квартире потребителя газа, расположенной в многоквартирном доме) , или расположенного на большом удалении от офиса технической службы поставщика газа. Включение подачи газа после оплаты  потребителем долга за ранее поставленный газ может быть осуществлено также дистанционно, по команде оператора с последующим контролем изменения состояния клапана непосредственно микроконтроллером счетчика.  

5. Передача данных от счетчика на сервер поставщика газа по беспроводному интерфейсу.

Функция беспроводной передачи данных для интеллектуального прибора необходимо рассматривать как стандартное свойство, при отсутствии которого счетчик нельзя относить к классу интеллектуальных приборов. Выбор конкретного механизма беспроводной передачи данных фактически ограничивается радиоканалом , либо сотовой  GSM/GPRS связью. Как правило, передачи данных должен поддерживаться режим двусторонней связи: от счетчика передается информация об измеренном объеме и все необходимые технологические параметры, включая данные самодиагностики счетчика, с сервера поставщика газа  - команды на изменение каких-либо технологических параметров работы счетчика ( например, синхронизация  текущего времени сервера и счетчика или изменение интервала между сеансами передачи данных), - перечень таких возможностей определяется программным обеспечением самого счетчика газа.  В счетчике должна быть реализована возможность передачи данных как в минимальном объеме , доступном потребителю газа через WEB- ресурсы, так и в расширенном, включающем архивы служебных сообщений, аварийных ситуаций и  архив команд , выполненных счетчиком по указаниям оператора поставщика газа.

6. Работа в составе интеллектуальной системы верхнего уровня .

Реализация процедуры передачи по беспроводному интерфейсу данных от счетчика газа на сервер поставщика возможна только в том случае, когда во – первых, эти устройства работают по согласованному протоколу, а во – вторых, структура передаваемых счетчиком данных, их формат , а также перечень технологических команд для настройки режимов работы счетчика в сети, совместимы с программным обеспечением на сервере поставщика газа. Это представляет собой определенную проблему, т.к. со стороны  производителей счетчиков газа не существует единого формализованного алгоритма и структуры передаваемых/принимаемых данных, а поставщики газа  могут использовать различные программно-технические комплексы для обработки получаемых данных – ИУС-ГАЗ, СКАДА-АНТ, АИС Регионгаз и другие. По-видимому, в настоящее время наиболее правильным вариантом решения данной проблемы явилось бы использование всеми производителями интеллектуальных приборов некой единой программы – шлюза, обеспечивающей, с одной стороны, прием первичных данных от различных счетчиков газа, конвертацию форматов принятых данных в единую структуру и  дальнейшую  передачу в программное обеспечение верхнего уровня, используемое на стороне поставщика газа. В качестве примера подобной программы -шлюза можно привести программно-технический комплекс ПТК « ГАЗСЕТЬ –Экстра ». Программный комплекс поддерживает обмен с большим числом счетчиков газа, оснащенных различными типами электронных корректоров газа, преобразование полученных данных и их передачу в упомянутые выше программные сетевые комплексы.   

Данная статья  была подготовлена для размещения на сайте предприятия,  когда вступил в силу  принятый 27 декабря 2018 года Федеральный закон  N 522  “ О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с развитием систем учета электрической энергии ( мощности) в Российской Федерации ” , регламентирующий процедуру  внедрения интеллектуальных систем учета электрической энергии . В статье 3  Закона дается определение интел-лектуальной системы учета ( ИСУ ) и указаны некие общие требования, предъявляемые к приборам учета, предназначенным  для  работы в составе ИСУ  :” Интеллектуальная система учета – совокупность функционально объединенных компонентов и устройств, предназначенная для удаленного сбора, обработки, передачи показаний приборов учета электрической энергии, обеспечивающая информационный обмен ,хранение показаний приборов учета электрической энергии ,удаленное управление ее компонентами, устройствами и приборами учета, не влияющая на результаты измерений, выполняемых приборами учета электрической энергии, а также представление информации о результатах измерений, данных о количестве и иных параметрах электрической энергии в соответствии с правилами предоставления доступа к минимальному набору функций интеллектуальных систем учета  , утвержденными Правительством Российской Федерации“. 

Закон предусматривает применение интеллектуальных систем учета  электрической энергии и имеет модельный характер, в связи с этим  в дальнейшем аналогичные подходы могут быть использованы  и для  построения ИСУ учета газа.   Требования к измерительным средствам для работы в составе ИСУ , впервые сформулированные  в данном законе , вполне могут быть распространены применительно к средствам измерения для работы в составе ИСУ газа.