Передовые технологии группы компаний «Россети»

В статье в структурированной форме даются общие представления о политике и приоритетах инновационного развития группы компаний «Россети», излагаются основные положения программы инновационного развития, обобщаются главные достижения «Россетей» в направлении НИОКР за 2021 год, приводятся примеры наиболее актуальных проектов, реализуемых в настоящее время.

ПРИОРИТЕТЫ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ

Политика инновационного развития группы компаний «Россети» является стратегическим документом, определяющим основные принципы инновационного и научно-технического развития, нацеленные на повышение эффективности деятельности компании через разработку и внедрение новых технологий, разработку, производство и вывод на рынок новых инновационных продуктов и услуг, соответствующих мировому уровню. Инновационное развитие компании подразумевает участие всех структурных подразделений исполнительного аппарата ПАО «Россети» и дочерних зависимых обществ ПАО «Россети» (далее — ДЗО) в реализации инновационной деятельности.

Основной целью инновационного развития группы компаний «Россети» является переход к электрической сети нового технологического уклада с качественно новыми характеристиками надежности, эффективности, доступности, управляемости и клиентоориентированности электросетевого комплекса Российской Федерации, с применением в ДЗО ПАО «Россети» единой идеологии в области инновационного развития.

Одним из основных мероприятий инновационного развития группы компаний «Россети» является проведение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ (далее — НИОКР), имеющих своей целью развитие крупных инновационных направлений, создание принципиально новых разработок, технологий, методов, а также выполнение прикладных научных работ, направленных на улучшение существующих технологий и изделий. НИОКР позволяет создать существенный технологический задел для дальнейшего стратегического развития компании, определить наиболее эффективные подходы к оптимизации технологических и бизнес-процессов в компании. При этом компания ориентирована на построение полного цикла НИОКР от идеи до масштабной коммерциализации решений, развитие технологического реестра по основным направлениям, включая цифровые технологии, создание полигонов для отработки на базе корпоративных центров компетенций.

Программа инновационного развития группы компаний «Россети» на 2020–2025 годы устанавливает следующие приоритеты научных исследований и разработок:

• умные подстанции 35–750 кВ (цифровое проектирование, новые решения для мониторинга и диагностики оборудования, кибербезопасность);
• активно-адаптивные сети: технологии цифровых РЭС с функциями самовосстановления после нарушений электроснабжения, поддержкой «активных потребителей» и их участие в работе сети (зарядки для электротранспорта, умный учет, объекты малой генерации и др.), высокоточные системы определения мест повреждения и локализации аварийных участков сети;
• комплексная эффективность бизнес-процессов и автоматизация систем управления, в том числе проекты цифровой трансформации и мероприятия ведомственного проекта Минэнерго России «Единая техническая политика — надежность электроснабжения», закрепленные «Россетями»;
• новые технологии и материалы (сверхпроводимость, композиты, накопители энергии, технологии постоянного тока в сетях 0,4 и 6–35 кВ, обеспечение параллельной работы сети и ВИЭ);
• организационные инновации (управление знаниями, инновационный менеджмент, управление результатами интеллектуальной собственности).

Программа включает также проекты в рамках четырех контуров цифровой трансформации — цифровые объекты, цифровые системы управления, цифровой сотрудник, цифровые коммуникации — с использованием технологий:

• интернет вещей (цифровые подстанции, цифровые районы электрических сетей, зарядная инфраструктура, умный учет и др.);
• робототехника и беспилотная авиация (диагностика и мониторинг, геоинформационные системы и др.);
• большие данные (системы управления, проект «Цифровой монтер» и др.);
• ВОЛС и цифровые каналы связи;
• искусственный интеллект и машинное обучение (системы управления, удаленные клиентские сервисы и др.);
• виртуальная/дополненная реальность (платформы обучения);
• блокчейн (система расчетов).

ОСНОВНЫЕ ИТОГИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММЫ НИОКР-2021

В 2021 году группой компаний «Россети» было реализовано 87 работ, из которых 51 исследование посвящено проблемам распределительных электрических сетей и 36 работ — вопросам в магистральных сетях. Наиболее активными участниками инновационной деятельности являются ДЗО ПАО «Россети», от которых приходит наибольшее число заявок в НИОКР.

Результатом НИОКР, помимо внедрения результатов разработки, является патентно-лицензионная деятельность, которая позволяет расширить возможности применения инновационных разработок не только в ПАО «Россети», но и других ТСО, а также осуществить коммерциализацию нематериальных активов и повысить капитальную стоимость компании. Одним из ключевых направлений деятельности является регистрация результатов НИОКР, их учет, экспертиза и оценка на предмет возможной коммерциализации.

Как результат этой деятельности, в 2021 году было получено 42 охранных документа на результаты НИОКР, готовых к внедрению в качестве готовых технических решений.

Более половины из зарегистрированных инновационных разработок и изобретений — программные комплексы различного уровня, ориентированные на межсистемную интеграцию, анализ технического состояния оборудования на основе данных диагностики, оптимизацию работы по расчистке просек ВЛ от древесно-кустарниковой растительности, решения по построению высокоавтоматизированных РЭС, подстанций и режимную оптимизацию в электрических сетях. Столь высокое разнообразие новых решений на базе цифровых технологий в полной мере соответствует принятой в группе компаний «Россети» стратегии и направлений развития электросетевого комплекса.

Проводимая регистрационная работа способствует увеличению дополнительной внетарифной выручки. В 2021 году было получено более 100 млн руб. в качестве платежей по лицензионным договорам на предоставление прав на результаты НИОКР.

По итогам 2021 года 23 результата НИОКР были переданы в опытно-промышленную эксплуатацию. Среди наиболее актуальных и важных для группы компаний «Россети» разработок:

• устройство выравнивания нагрузки для трехфазных распределительных сетей 0,4 кВ;
• автоматизированная точка коммерческого учета электроэнергии 6(10) кВ;
• программный комплекс «Виртуальный кабинет охраны труда»;
• тренажер ЦПС для подготовки и переподготовки электротехнического персонала и повышения квалификации специалистов;
• устройство автоматического повторного включения с функцией контроля состояния линий электропередачи;
• комплекс автоматизированной системы мониторинга и цифрового дистанционного управления оборудованием и устройствами МП РЗА;
• программно-технический комплекс автоматизированной системы оптимизации режимов;
• программно-аппаратный комплекс мониторинга состояния силовых трансформаторов в распределительных электрических сетях 35–110 кВ.

Еще 15 результатов НИОКР были внедрены в дочерних обществах ПАО «Россети». Среди внедренных инновационных решений:

• анкерные многогранные опоры 0,4 кВ;
• опора ВЛ 0,4–10 кВ из модифицированного дисперсией многослойных углеродных нанотрубок железобетона;
• региональные геоинформационные базы данных (цифровые слои), характеризующие требуемую периодичность расчистки просек ВЛ от ДКР;
• автоматизированная система мониторинга и анализа функционирования РЗА;
• программно-технический комплекс визуального осмотра и наблюдения за состоянием оборудования подстанций для предупреждения возникновения технологических нарушений;
• устройство управляемой коммутации кабельных и кабельно-воздушных линий, силовых трансформаторов, шунтирующих реакторов и конденсаторных установок 110–750 кВ.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Среди большого числа различных исследований и разработок, проведенных в 2021 году в ДЗО группы компаний «Россети», есть ряд проектов, требующих отдельного внимания и описания.

Цифровой двойник ВЛ 6–220 кВ, включающий в себя мониторинг элементов ВЛ (опоры, провода, изоляторы)

В 2021 году в ПАО «Россети Центр и Приволжье» завершена научно-исследовательская работа, направленная на разработку информационной модели воздушной линии электропередачи, содержащей актуальные данные о физическом объекте. В конце 2021 года результат НИОКР введен в опытно-промышленную эксплуатацию в филиале ПАО «Россети Центр и Приволжье» на ВЛ 110 кВ Заречье-опора № 15 — «Тулэнерго».

В рамках проекта разработаны модули: охраны ВЛ, дистанционного мониторинга (рисунок 1), изоляторов, опор, фундаментов опор, проводов, заземляющих устройств опор ВЛ, виртуальной метеостанции ВЛ. Разработаны математические модели для ВЛ 6–220 кВ. Также проведено исследование устойчивости моделей
цифрового двойника, исследованы характеристики математических моделей модулей, выполнены другие этапы исследований.

Среди основных преимуществ от внедрения следует отметить возможность определения состояния фундаментов опор ВЛ посредством анализа резонансной частоты, фиксации ее предельных значений с выдачей предупреждающих и аварийных сигналов, обнаружения несанкционированного подъема посторонних лиц на опору ВЛ, обнаружения появления объектов в охранной зоне ВЛ. Важным преимуществом также является возможность прогноза гололедообразования на элементах ВЛ и прогноза «пляски» проводов.

Блочно-модульная система накопления электроэнергии (БМ СНЭ) со сменными батарейными блоками для автономного энергоснабжения удаленных потребителей малой мощности

В 2021 году в ПАО «Россети Центр» началась разработка блочно-модульной системы накопления электроэнергии со сменными батарейными блоками для автономного энергоснабжения удаленных потребителей малой мощности.

Целью настоящей работы является создание блочно-модульной конструкции СНЭ с двумя комплектами сменных батарейных блоков, транспортировочным контейнером и зарядным устройством для обеспечения электроснабжения удаленных потребителей малой мощности.

Ожидается, что за счет применения БМ СНЭ у распределительных электросетевых компаний появится возможность полного демонтажа питающего участка сети, включая подстанцию, что, как следствие, позволит сократить объемы ТОиР на содержание участков линий 6–10 и 0,4 кВ, снизить уровень аварийности на протяженных участках ВЛ, проходящих по лесистым и болотистым местностям, снизить уровень потерь электрической энергии и сократить затраты на техническое перевооружение и реконструкцию.

На сегодняшний день опытный образец блочно-модульной СНЭ смонтирован на объекте филиала ПАО «Россети Центр» — «Тверьэнерго» (рисунок 2). БМ СНЭ обеспечивает возможность подключения потребителей для реконструкции ВЛ 0,4 кВ в необходимом объеме.

Плавка гололедно-изморозевых отложений на ВЛ 0,4–10 кВ с использованием мобильных устройств

В 2021 году в ПАО «Россети Волга» завершена научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа по разработке современных методов и способов плавки гололедно-изморозевых отложений на ВЛ 0,4–10 кВ с использованием мобильных устройств. В рамках работы разработан и изготовлен опытный образец мобильной установки для плавки гололедно-изморозевых отложений в распределительных электрических сетях 0,4–10 кВ. Установка выполнена на автомобильной платформе для удобства транспортировки к месту ликвидации аварий на ВЛ, связанных с образованием гололеда (рисунок 3).

С помощью установки плавка гололеда производится постоянным током, с использованием тиристорных выпрямителей (источником питания выступает генераторная установка — ДГУ). Регулирование тока плавки достигается соответствующим выбором напряжения выпрямительного агрегата, регулировкой тока выпрямительной установки и подбором сопротивления в качестве длины прогреваемого участка.

Оперативное управление установкой (включение, регулирование тока нагрузки, отключение) осуществляется от системы управления, которая автоматически формирует управляющие импульсы тиристорам с соответствующим значением угла регулирования.

Роботизированный механизм, позволяющий оперативному персоналу дистанционно проводить переключения на разъединителях 35–110 кВ с ручным приводом

В 2021 году в филиале ПАО «Россети Центр и Приволжье» — «Рязаньэнерго» дан старт реализации НИОКР по разработке роботизированного механизма, позволяющего оперативному персоналу дистанционно проводить переключения на разъединителях с ручным приводом, в том числе из ЦУС. Актуальность работы связана с тем, что при оперировании разъединителями с ручным приводом, особенно имеющими большой срок эксплуатации, существует высокая вероятность излома опорных колонок с последующим падением изоляторов и токоведущих шин и поражением оперативного персонала электрическим током.

В рамках данной НИОКР поставлена цель получить продукт, обеспечивающий одновременно как возможность проведения оперативных переключений, так и минимизацию воздействия опасного фактора излома и падения изоляторов при производстве оперативных переключений на объектах, оборудованных разъединителями с ручным приводом. По сравнению с используемыми решениями (применение защитных козырьков, специальных дугозащитных костюмов), при производстве ручных переключений роботизированное устройство для дистанционного переключения разъединителей 35–110 кВ обеспечит более технологичную и комплексную защиту и сохранение жизни и здоровья оперативного и ремонтного персонала.

По состоянию на 31.12.2021 разработаны два лабораторных образца роботизированного механизма (рисунок 4), проведены их лабораторные испытания.

Защиты с улучшенными показателями точности и селективности на методах определения расстояния до места повреждения для распределительных сетей

В ПАО «Россети Московский регион» в рамках выполнения НИОКР разработаны и изготовлены опытные образцы устройства РЗА для ЛЭП 6–10–35 кВ. Разработанное в рамках НИОКР устройство РЗА обладает улучшенными показателями точности и селективности, реализовано на базе алгоритмов на методах определения расстояния до места повреждения и поддерживает стандарт МЭК 61850.

Преимуществами разработанных защит являются высокая точность определения расстояния до места повреждения, простота наладки и обслуживания РЗА, а также упрощение расчетов параметров срабатывания и согласования защиты.

Устройства смонтированы на объектах ПАО «Россети Московский регион»:

• ПС 220 кВ № 836 «Слобода» фидеры 6 кВ № 73 и № 75;
• ПС 110 кВ № 764 «Загорново» фидер 10 кВ № 26;
• ЦРП-9 фидер 10 кВ «Повадино»;
• ПС 110 кВ № 188 «Одинцово» ячейка ВЛ 35 кВ Одинцово — Кокошкино;
• ПС 110 кВ № 158 «Мишуково» панель защиты ВЛ 35 кВ Егоровка — Мишуково.

Программный комплекс оценки и прогнозирования технического состояния и развития дефектов силовых трансформаторов 35–110 кВ

В 2020 году в ПАО «Россети Кубань» началась разработка программного комплекса оценки и прогнозирования технического состояния и развития дефектов силовых трансформаторов 35–110 кВ на основании измерений, выполняемых автоматизированной системой мониторинга и диагностики и данных СУПА с выдачей рекомендаций эксплуатирующему персоналу.

В 2021 году выполнены работы по разработке ПО ПК Прогнозирования, установке аппаратной части АСМД на ПС 110 кВ «Афипская», интегрируемой в ПК Прогнозирования и реализующей сбор данных для ПК Прогнозирования, установке серверного и сетевого оборудования (рисунок 5), оборудования связи ПК Прогнозирования и соответствующего ПО на ПС 110 кВ «Афипская» и в исполнительном аппарате. Также разработаны Методические указания с общим описанием используемых экспертных моделей и рекомендации по интерпретации результатов экспертных моделей, описание методики перенастройки ПК Прогнозирования при масштабировании системы.

Результатом работы ПК Прогнозирования будут являться рекомендации по действиям эксплуатирующему персоналу как результат прогнозирования изменения технического состояния контролируемого оборудования. Ключевым является переход от непосредственного использования результатов работы АСМД, воспользоваться которыми без привлечения группы экспертов не представляется возможным, к автоматизированным системам определения технического состояния с выдачей конкретных рекомендаций для последующего управления активами.

Таким образом, будет создан надежный механизм прогнозирования развития дефектов, использующий объективные накопленные отраслевые знания и современные методы обработки данных (технология Big Data). В конечном итоге это приведет к повышению надежности и срока службы эксплуатируемого маслонаполненного оборудования и оптимизации процессов в СУПА.

Программно-аппаратный комплекс управления здоровьем персонала

В 2021 году в ПАО «Россети Центр и Приволжье» завершена разработка программно-аппаратного комплекса управления здоровьем персонала. В процессе выполнения НИОКР был разработан программный продукт, позволяющий агрегировать и анализировать физиологическое состояние персонала посредством специализированного терминала сбора данных путем динамического наблюдения за здоровьем персонала.

Комплекс будет применяться для ежедневного контроля состояния здоровья производственного персонала, в части прохождения предсменных, предрейсовых и послесменных, послерейсовых медицинских осмотров, периодического контроля психофизиологического состояния производственного персонала, периодического контроля физиологического состояния всех сотрудников и автоматизации аналитической обработки информации по физиологическому и психическому состоянию персонала.

Ожидается, что по итогам внедрения программно-аппаратного комплекса в систему будут достигнуты следующие эффекты:

• снижение общего количества дней нетрудоспособности на ~10%;
• снижение на ~15% количества дней выхода на работу больных сотрудников;
• снижение потерь рабочего времени при обращении к врачу на ~ 65% за счет использования цеховых врачей;
• перспективное снижение прямых медицинских затрат на ~10%.

Мобильная система видеофиксации результатов осмотра ЛЭП и оборудования электроустановок с использованием технологии машинного зрения с идентификацией дефектов и интеграцией с электронным журналом дефектов системы управления производственными активами

Научно-исследовательская работа выполнена в 2021 году в ОАО «МРСК Урала». Ее целью стало теоретическое подтверждение возможности реализации мобильной системы видеофиксации, определение требований к реализации такой системы и формирование предложений по возможной реализации.

Ожидается, что мобильная система позволит сократить время на заведение результатов осмотра и фиксации дефекта. Также (в том числе за счет минимизации человеческого фактора) система позволит выявлять дефекты, которые ранее не могли быть обнаружены в силу несовершенства технологий осмотров.

В конечном итоге внедрение системы приведет к улучшению технического состояния оборудования за счет более своевременного обнаружения дефектов.

Таким образом, в группе компаний «Россети» в настоящее время создана иерархическая система инновационного развития (от стратегии до корпоративных программ), которая способствует выбору приоритетных и рациональных технологий и инноваций, разрабатываемых и внедряемых в электросетевом комплексе в интересах компании.

Апробированные передовые решения и практики в дальнейшем будут распространяться на весь электросетевой комплекс группы «Россети».