15. «Разработка системы диагностики и управления кабельными

Заявка участника
Всероссийского молодежного конкурса наукоёмких инновационных
идей и проектов "Энергетика будущего"
1. Наименование предлагаемой разработки
1.1.
Полное наименование разработки.
«Разработка системы диагностики и управления кабельными линиями
напряжением 35-500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена».
1.2.
Вид выполняемой разработки.
Научно-исследовательская разработка (НИР).
1.3.
Характеристика планируемого результата.
Программное обеспечение, совместимое с ОС Windows, предназначенное
для мониторинга и прогнозирования температуры, а так же управления
режимами работы кабельной линии; экспериментальный образец программноинструментального комплекса мониторинга кабельных линий позволяющий
измерять
электрические
параметры
кабеля
и
температуру
его
экрана
(поверхности), осуществлять пересчет ее в температуру жилы в режиме
реального времени по всей длине кабельной линии, а так же прогнозировать
изменение температуры для различных режимов работы, сигнализировать о
возможности наступления аварийных ситуаций.
1.4.
Область исследования и разработки.
Электротехническое оборудование, диагностика технического состояния.
2
2. Контактные данные организации-заявителя (юридический адрес,
телефон, e-mail, web-site) , авторов разработки (ФИО, должность,
телефон, e-mail), контактного лица (ФИО, должность, телефон, email).
2.1.
Организация-заявитель.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального «Ивановский государственный энергетический
университет имени В.И. Ленина».
Юридический адрес: 153003 г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34
Телефон: (4932) 32-64-48, 26-99-99
Факс: (4932) 38-57-01
E-mail: tsv@ispu.ru
Web-site: www.ispu.ru
2.2.
Авторы разработки.
Лебедев Владимир Дмитриевич, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой
АУЭС.
тел.: +79106919776;
e-mail: vd_lebedev@mail.ru
Зайцев Евгений Сергеевич, аспирант кафедры ТОЭЭ.
тел: +7910680 2649;
e-mail: evgeniy1589@mail.ru
Можжухина Виктория Владимировна, Аспирант кафедры АУЭС.
Тел: +79206716085,
e-mail: Vich-Kachz@yandex.ru
Долгих Иван Юрьевич, инженер кафедры ТОЭЭ. (до 35 лет)
3
тел: +79066179637; e-mail: ivan.dolgikh.89@mail.ru
Снитько Ирина Сергеевна, ассистент кафедры ТОЭЭ (до 35 лет).
тел. +79203625659.
3. Срок исполнения (начало/окончание)
Начало разработки: 1.09.2012
Окончание разработки: 31.08.2014
4
4. Область применения разработки
Вид осуществляемой деятельности: диагностика технического состояния.
Вид выполняемых работ: контроль и мониторинг показателей эксплуатации
электрооборудования.
Область
нормативного
регулирования:
обеспечение
надежности
и
повышение срока службы электрооборудования.
В настоящее время в высоковольтных кабельных сетях лидером по
использованию являются кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена. Ввиду
новизны данной продукции на Российском рынке существует нехватка опыта
эксплуатации
в наших условиях, и отсутствует нормативная база по
использованию кабелей «нового поколения». Это вынуждает эксплуатирующие
организации учиться на своих ошибках и тратить на это немалые средства.
На сегодняшний день наилучшим решением этих проблем является
мониторинг и диагностика КЛ на основе оптоволоконных датчиков температуры
в режиме реального времени.
5
5. Цель разработки и ожидаемые результаты
Цели, достигаемые в результате разработки:
5.1.
Создание и внедрение программно-технического комплекса мониторинга и
диагностики кабельных линий 35-220 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена
обеспечит:
 контроль температуры по всей длине кабеля;
 точное определение загруженности линии;
 прогнозирование наступления аварийных ситуаций на кабельной
линии;
 оптимизацию
режима работы
сети
с
целью
предупреждения
аварийных ситуаций
 продление срока службы кабельной линии;
 точное определение поврежденного участка КЛ;
5.2.
Результаты разработки:
 научно-технический
отчёт,
включающий
результаты
расчёта
электрических, магнитных, электромагнитных, и полей и процессов в
высоковольтных
кабельных
линиях
с
изоляцией
из
сшитого
полиэтилена;
 алгоритмы расчета и прогнозирования температуры в сечении кабеля
для различных способов прокладки кабельной линии и способов
заземления экранов кабелй;
 программное
обеспечение,
совместимое
с
ОС
Windows,
предназначенное для мониторинга и прогнозирования температуры, а
так же управления режимами работы кабельной линии;
 опытный
образец
программно-инструментального
комплекса
мониторинга и диагностики высоковольтных кабельных линий
напряжением 35-500 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена;
 протоколы лабораторных испытаний.
6
6. Обоснование необходимости разработки
В настоящее время в сетях высокого напряжения активно внедряются в
использование кабели из сшитого полиэтилена. Одной из причин износа и
аварий на таких линиях является перегрев изоляции. Наряду с этим, температура
линии в максимальном режиме работы является лимитирующим параметром при
выборе сечения кабеля. Как известно, температурный режим зависит от
множества факторов, таких как: условия прокладки, погода, способ заземления
экранов и др. Существующие нормативные способы расчета оптимального
сечения кабеля, представленные в ГОСТ Р МЭК 60287, не решают задачу в
полной мере, из-за невозможности учета всех факторов, влияющих на нагрев
изоляции, поэтому коэффициенты, участвующие в расчете берутся с запасом.
Как следствие, кабельная линия в максимальном режиме оказывается
недогруженной, что говорит о неэкономичности использования данного метода
расчета. Наилучшим решением этих проблем является создание программноинструментального
комплекса,
который
будет
производить
мониторинг
фактической температуры кабеля по всей его длине в реальном времени с
помощью оптических датчиков и управлять режимом работы линии. Но при
этом для выполнения превентивных мер по созданию оптимальных токовых
нагрузок КЛ, обеспечивающих непрерывность электроснабжения потребителей
и снижение вероятности возникновения аварийных событий необходимо
прогнозирование температуры кабеля. Расчётные формулы представленные в
ГОСТ Р МЭК 60287 предназначены для определения статических токовых
нагрузок. Решение же задачи прогнозирования изменения температуры кабеля
может потребовать определения динамики тепловых процессов. При большом
числе контролируемых и расчётных точек необходимо разработать оптимальный
по скорости обработки алгоритм, позволяющий производить вычисления в
режиме "реального времени" с достаточной точностью.
7
Выполнение данной НИР и внедрение ее результатов в использование
позволит решить следующие задачи:
 снижение случаев нарушения энергоснабжения;
 обеспечение непрерывной подачи электроснабжения;
 активация скрытых резервов существующих кабельных линий;
 быстрая реакция на перегрузку;
 точное проведение и прогноз загрузки в реальном времени при вводе
в энергетическую систему новых источников энергии;
 оптимизацию режима работы сети с целью предупреждения
аварийных ситуаций;
 продление срока эксплуатации кабельной линии.
7. Научно-технический задел и взаимосвязь с другими работами
7.1.
Ранее проведённые НИР по тематике разработки.
В 2011 году проект участвовал в конкурсе «Молодежные идеи и проекты,
направленные на повышение энергоэффективности и энергосбережения» г.
Ярославль, а так же на Всероссийской выставке «Электрические сети России».
На данный момент разрабатываются математические модели электромагнитного
и теплового полей кабеля с учетом способов прокладки и заземления экранов.
Уже создан математический алгоритм расчета распределения температуры по
сечению кабеля, который позволяет более точно определять температуру с
помощью оптоволоконных датчиков.
8
7.2.
Действующие
Программы,
нормативные
требования
документы
которых
и
производственные
планируется
реализовать
в
результате работ.
Проект реализуется в рамках «Политики инновационного развития и
модернизации ФСК ЕЭС», а также распоряжения Правительства Российской
Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715-р об энергетической стратегии России на
период до 2030 г., целью которых является максимально эффективное
использование
природных
энергетических
ресурсов
и
потенциала
энергетического сектора для устойчивого роста экономики, повышения качества
жизни населения страны и содействия укреплению ее внешнеэкономических
позиций. Достижение поставленных задач планируется осуществлять путем
модернизации электрических сетей Единой энергосистемы России на базе
инновационных технологий с превращением их в интеллектуальное (активноадаптивное) ядро технологической инфраструктуры электроэнергетики. Таким
образом,
создание
программно-технического
комплекса
мониторинга
и
диагностики высоковольтных КЛ с СПЭ изоляцией полностью соответствует
выбранному курсу развития электроэнергетики, так как решает задачу создания
интеллектуальных сетей на базе активно-адаптивного принципа работы.
7.3.
Планируемые изменения в отраслевой нормативной базе с указанием
отменяемых, заменяемых или изменяемых документов.
Не планируется.
8. Масштаб внедрения
Внедрение на всех участках магистральных и распределительных сетей,
содержащих кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена.
9
9. Технико-экономическое обоснование
Сканирование температуры кабеля в реальном времени позволит точно
определять степень загруженности линии и состояние изоляции, а так же
прогнозировать возможный ее перегрев. Измерение и расчет температуры
осуществляется по всей длине, что позволяет полностью защитить кабель. С
помощью такой информации можно вовремя предотвратить аварию, устранив
причину перегрева. Кроме того, на основе методики расчета температуры внутри
сечения кабеля будет возможно более точно выбирать его величину, не боясь
возможности перегрузки и в результате сэкономить на капитальных вложениях
при строительстве новых линий. Поэтому экономический эффект от разработки
определяется
экономией
реконструкцию
средств,
кабельных
линий.
выделяемых
Экономия
на
строительство
появляется
и/или
вследствие
возможности применения кабелей с меньшим сечением. Кроме того, внедрение
разработки позволит снизить аварийность на кабельных линиях и повысить их
срок службы.
Срок окупаемости зависит также от скорости и масштабов внедрения.
Стоимость разработки:
Оплата труда непосредственных исполнителей, руб.
Накладные расходы по ставке 10 % от стоимости работ непосредственных
исполнителей*
3 450 000
Материалы и комплектующие изделия
1 353 000
Спецоборудование
1 300 000
Командировочные расходы
Итого себестоимость работы, выполяняемой своими силами, руб.
Затраты на оплату работ, выполняемых соисполнителями
345 000
552 000
7 000 000
0
Полная себестоимость работ, руб.
Рентабельность по ставке 0% от себестоимости работ, выполняемых своими
силами
7 000 000
Всего стоимость работ без НДС, руб.
7 000 000
НДС по ставке 0% (не взимается по ст.26 НК РФ)
ИТОГО стоимость работ с НДС, руб.
0
0
7 000 000
10
10. Сведения об исполнителях и соисполнителях выполнения НИОКР
Полное фирменное наименование организации исполнителя
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет имени
В.И. Ленина»________________________
Сокращенное название организации _ИГЭУ
ИНН: 3731000308
ОКПО: 02068195
Юридический статус (форма собственности): государственная организация_
Ведомственная принадлежность: (если применимо) Министерство образования и науки РФ
Год образования: 1930 г.____
Количество работающих (чел.): отметить [Х]
[ ] Более 5000;
[Х ] 500 – 5000;
[ ] 100 – 500;
[ ] 10 – 100;
[ ] 1 – 10;
из них занятых в НИОКР: 267
Место нахождения (юридический адрес): 153003 г. Иваново, ул.Рабфаковская, д.34
Фактический адрес: 153003 г. Иваново, ул.Рабфаковская, д.34
Телефон: (4932) 32-64-48, 26-99-99__
Факс: (4932) 38-57-01
Е-mail: tsv@ispu.ru
Web-site: www.ispu.ru
Основные направления работ (виды деятельности): образование и наука
Отрасль: образование