Спецвыпуск ОАО «Россети»: «Инновации и развитие», декабрь 2014

Роман Бердников, первый заместитель генерального директора по технической политике ОАО «Россети»

Об инновационной деятельности как о приоритетной области стратегии развития ОАО «Россети».

Владимир Софьин, директор Департамента технологического развития и инноваций ОАО «Россети»

В настоящее время на сайте практически любой компании можно найти раздел, посвящённый научно-исследовательским, опытно-конструкторским и технологическим работам (НИОКР). Что это — дань моде на инновации, гонка технологического перевооружения, новое название всегда существовавших разработок или естественный путь поддержания уровня технического развития компаний, важнейший источник конкурентных преимуществ? Что такое НИОКР для ОАО «Россети», как ими управляют, существующие проблемы и перспективы развития?

ОАО «Россети»

Для достижения конкурентных преимуществ компании все больше тратят на научно-исследовательскую и инновационную деятельность. При этом зачастую в компаниях отсутствует чёткая и понятная система управления полученным в результате R&D интеллектуальным капиталом (собственностью), что приводит к низкой эффективности его использования или просто к потере.

ОАО «Россети»

Магистральным трендом развития электросетевого хозяйства в мире является создание «умных» (smart) или интеллектуальных сетей. Интеллектуализация электрической сети позволит достигнуть значительных эффектов экономического и технического характера.

ОАО «Россети»

Настоящая концепция является общим полным представлением о цифровой подстанции (ЦПС) как о перспективном объекте энергосистемы, который должен быть создан в соответствии с общими тенденциями развития мировой электроэнергетики.

ОАО «Россети», ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского», ОАО «ВНИИКП», ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС», НИУ «Московский авиационный институт»

Применение в электрических сетях технологий, основанных на явлении сверхпроводимости, становится всё более актуальным с технико-экономической точки зрения. Вследствие этого во многих странах проводятся исследования по применению сверхпроводящих кабелей, токоограничителей, трансформаторов, генераторов, накопителей энергии, выходящие за рамки единичных образцов и определяющие системный характер применения указанных элементов, в том числе при проектировании развития районов электроснабжения крупных городов.

ОАО «Россети», ОАО «НИИПТ», ЗАО «Энергопроект», ГК «КЭР»

Ввод в работу ППТ ЛАЭС — Выборг замкнет кольцо электрической сети вокруг Санкт-Петербурга, обеспечивая высокий уровень надежности функционирования центральной части ОЭС Северо-Запада и электропередачи Россия — Финляндия. Комплекс ППТ и ВПК позволит обеспечить высокую управляемость с возможностью гибкого распределения мощности от ЛАЭС между ЭС Финляндии и ОЭС Северо-Запада, что даст возможность экономить топливо, минимизировать потери и экологические воздействия. Сооружение ППТ ЛАЭС — Выборг является важнейшим этапом на пути создания интеллектуальной сети в ОЭС Северо-Запада и ЕЭС России в целом.

ОАО «Россети», ООО «ВЭИ электроизоляция»

Традиционно ввод электроэнергии в города осуществляется с помощью линий электропередачи воздушного исполнения (ВЛ). При этом отчуждаются земельные участки большой площади, ВЛ создают сильные электромагнитные поля и не интегрируются с инфраструктурой города. Особенно эта проблема актуальна для городов с высокой плотностью застройки, в которых стоимость земли составляет от тысячи до десятков тысяч рублей за квадратный метр, например, для ВЛ 500 кВ стоимость земельных участков составляет не менее 100 млн руб. на 1 км трассы.

ОАО «Россети», ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «Тюменьэнерго», ОАО «СевЗап НТЦ», ОАО «НТЦ Электроэнергетики» (РОСЭП), ОАО «Агис Инжиниринг», завод «МуромЭнергоМаш», ОАО «Роспроект», ЗАО «ФЕНИКС-88», ОАО «Фирма ОРГРЭС»

Современные тенденции в проектировании и строительстве объектов электросетевого хозяйства направлены на эффективное использование ресурсов: сокращение времени строительства, экономии материалов, увеличение надёжности ВЛ. Вышедшая в 2003 году 7-я редакция Правил устройства электроустановок (ПУЭ) ужесточила требования к надёжности воздушных линий, в том числе и за счет увеличения расчётных нагрузок на их элементы. В связи с этим остро встал вопрос о выборе конструктивных решений опор и фундаментов, обеспечивающих минимальные затраты на строительство ВЛ, повышение их эстетической привлекательности. Рост требований к надежности электропередачи и сокращение сроков в перерыве электроснабжения потребовали поиск путей сокращения трудоёмкости и времени восстановления повреждённых участков ВЛ.

ОАО «Россети», ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «НПО «Стример», ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского», ЗАО «НАМОС», филиал ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ, ЗАО «Специальные энергетические технологии», КНТЦ «Энергия»

Современные требования по повышению надёжности работы электросетевого комплекса предполагают необходимость использования всех доступных передовых организационных и технических решений для сокращения факторов риска аварий и нарушений, в том числе и отключений высоковольтных линий электропередачи (ВЛ). Это в определённой мере достижимо за счёт улучшения качества их проектирования, строительства и эксплуатации. При этом ещё более весомой причиной в общем ущербе от отключений ВЛ становятся объективно неустранимые молниевые воздействия, сопровождающиеся опасными токами и перенапряжениями. Известные традиционные технические меры, направленные на сокращение грозовых отключений ВЛ, зачастую не позволяют в необходимой степени решить данную проблему. Поэтому очевидна актуальность поиска и внедрения инновационных решений в области молниезащиты ВЛ, базирующихся на новых принципах и защитных устройствах, их реализующих. Таковым является способ молниезащиты ВЛ, основанный на применении мультикамерных изоляторов-разрядников, разработка и промышленное внедрение которых осуществляется российскими учёными, конструкторами и проектировщиками при действенной поддержке и непосредственном участии ОАО «Россети» и ОАО «ФСК ЕЭС».

ОАО «Россети», ОАО «НИИЦ МРСК», ЗАО «НПО «Форэнерго»

Надежность эксплуатации ВЛ и линий связи в большой степени определяется эффективной защитой проводов, тросов и оптических кабелей от последствий воздействия вызываемой ветром вибрации. В настоящее время данная проблема решается в основном путем использования резонансных гасителей вибрации (гасителей Стокбриджа) различных конструкций и использования защитной (спиральной) арматуры. Резонансные гасители имеют следующие недостатки: эффективное гашение вибрации обеспечивается только на частотах, близких к резонансным частотам гасителей; воздействие дополнительных циклических нагрузок на провод в месте установки гасителя.

ОАО «Россети», ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС», ЗАО ИТЦ «Континуум», ООО «ПроЛайн», ООО «Континуум-сети», ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ», ЗАО «Децима», ЗАО «Компания ДЭП», ОАО «ВНИИР», ООО «Силовые и Автоматизированные системы», ООО «Профессиональная линия»

Внедрение новой технологии в эксплуатационную практику, как правило, осуществляется через механизм пилотного освоения оборудования. Это приводит к тому, что на объекте создается дополнительный, по существу, экспериментальный резервный контур, оборудование которого работает на сигнал, что удорожает любой проект и создает проблемы эксплуатационному персоналу. Установленное оборудование, использующее новую технологию, может находиться в режиме слежения за возмущениями во внешней электрической сети и на подстанции достаточно длительное время без срабатывания даже на сигнал ввиду их отсутствия, поэтому получить полноценный эксплуатационный опыт при таком методе освоения техники в сравнительно короткий период (квартал, полугодие, год) крайне трудно. Построение ОП ЦПС предусматривает создание «цифрового» контура по первичному и вторичному оборудованию в сочетании с тестовомоделирующими комплексами, имитирующими возмущения во внешней электрической сети. Данный подход позволяет проверить как технические решения по компоновке оборудования, так и функциональные характеристики собственно оборудования при различных видах возмущений во внешней сети в достаточно короткое время, что позволяет сформулировать требования к проектным решениям и осуществлять внедрение на объектах без дополнительных экспериментальных «цифровых» резервных контуров.

ОАО «Россети», ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Новые технологии управления режимами работы линий электропередачи (ЛЭП) высокого напряжения на основе силовой электроники позволяют одновременно воздействовать на напряжение, угловое положение фаз и величину реактивной составляющей сопротивления ЛЭП, что помимо повышенного быстродействия приводит к принципиально новому качеству — адаптивности режимов работы электрической сети к изменившимся условиям работы и переходу от сегодняшнего скалярного к векторному регулированию режимов работы энергосистем.

ОАО «Россети», ОАО «ФСК ЕЭС», ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС», ООО «Тольяттинский трансформатор»

В связи с ростом нагрузок линий 110–500 кВ до уровней, близких и превышающих натуральную мощность, особое значение приобретает проблема повышения статической и динамической устойчивости электропередачи. Эта проблема может быть решена путем применения устройств компенсации реактивной мощности, обладающих высоким быстродействием — не более 0,03 с.

ОАО «Россети», ОАО «Силовые машины», ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС»

Актуальной проблемой транспорта электроэнергии в ЕЭС России является нормализация уровня напряжения в электрических сетях, достигающего опасных значений в периоды сезонного и суточного изменения нагрузок и во время сильных возмущений в энергосистеме. Устройства компенсации реактивной мощности являются важнейшими компонентами современных электрических сетей. Они позволяют не только стабилизировать уровни напряжения в узлах сети, но и за счет выбора оптимального режима существенно снизить потери активной мощности.

ОАО «Россети», Объединенный институт высоких температур РАН, ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС», ООО «НПО ССК», ЗАО «НПО «ТЕХНОКОР», ООО «НПП «СПТ»

В настоящее время во всем мире наблюдается растущий интерес к бурно развивающемуся в последние годы направлению преобразования электроэнергетических систем в так называемые интеллектуальные электроэнергетические (ИЭ). Создание таких интеллектуальных систем трактуется концепцией инновационного развития электроэнергетики и кроме решения основной задачи — обеспечения современного уровня качества энергоснабжения при всех существующих возмущающих воздействиях позволит снизить потери энергии и существенно повысить безопасность и устойчивость национальной системы электроснабжения. Основой интеллектуальной системы электроснабжения являются технологии накопления электроэнергии большой мощности, используемые для повышения управляемости, надежности и экономичности функционирования ЕНЭС, в том числе при наличии в ее составе децентрализованных и нетрадиционных источников электроэнергии. Одна из таких технологий — гибридный накопитель электроэнергии (ГНЭ) на базе литий-ионных аккумуляторов и суперконденсаторов.

ОАО «Россети», ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского», ОАО «Институт «ЭНЕРГОСЕТЬПРОЕКТ», ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», ООО «Тольяттинский Трансформатор», ОАО «Электровыпрямитель»

Концепция интеллектуальной электроэнергетической системы России с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС) предполагает внедрение в ЕНЭС различных устройств преобразовательной техники и силовой электроники, являющихся элементами гибких линий электропередачи переменного тока.
В мировой практике значительное распространение получили такие устройства гибких линий, как фазоповоротные трансформаторы (ФПТ). Данные устройства отлично зарекомендовали себя как средства увеличения надежности поставки электроэнергии потребителям. Принцип действия эксплуатируемых в настоящее время ФПТ основывается на введении фазового сдвига выходного напряжения устройства за счёт переключения электромеханических регуляторов под нагрузкой (РПН), обладающих довольно низким быстродействием (измеряемым секундами) и относительно невысокой надежностью. Повысить быстродействие и надёжность фазоповоротных устройств (ФПУ) можно за счет применения коммутаторов, построенных на основе силовых полупроводниковых приборов.

ОАО «Россети», ОАО «МРСК Центра и Приволжья», ОАО «НИИЦ МРСК», ООО «Тольяттинский трансформатор»

Повышение эффективности функционирования электросетевого комплекса путем совершенствования принципов построения электрических сетей и внедрения новых технологий по передаче электрической энергии с обеспечением требуемой надежности и пропускной способности низковольтной электрической сети, повышения качества электрической энергии у конечных потребителей и снижения потерь электрической энергии.

ОАО «Россети», ОАО «МРСК Центра», ОАО «НИИЦ МРСК», ЗАО «Трансформер»

Целью реализации настоящего проекта было повышение надежности электроснабжения потребителей населенных пунктов за счет применения малогабаритных трансформаторных подстанций, устанавливаемых на типовых стойках опор и подключаемых к сети 6–10 кВ по упрощенной схеме присоединения, заключающейся в отказе от применения морально устаревших и ненадежных разъединителей с предохранителями, устанавливаемыми перед силовыми трансформаторами.

ОАО «МРСК Центра и Приволжья», ООО «Стример Мск.», ФГБОУ ВПО «Вятский государственный университет»

Программа инновационного развития инфраструктуры сетевого комплекса в ОАО «МРСК Центра и Приволжья» — одной из крупнейших энергокомпаний страны — активно реализуется с 2011 года. Наиболее плодотворным в этом плане стал 2014 год, в котором МРСК Центра и Приволжья получила девять из девятнадцати имеющихся на сегодняшний день патентов и свидетельств государственной регистрации на устройства, приборы и компьютерные программы, разработанные в рамках НИОКР. Три из них мы подробно рассмотрим в данной статье.

ОАО «Россети», ОАО «ФСК ЕЭС», Объединенный институт высоких температур (ОИВТ РАН), ЗАО «Специальные энергетические технологии» (СЭТ), ОАО «ЭНИН им. Г.М. Кржижановского»

Совершенствование систем молниезащиты ВЛ и ПС высших классов напряжения, а также повышение устойчивости электронных систем управления нуждаются в фактических данных о влиянии на них импульсного разряда молнии. Дефицит знаний объясняется нелинейными характеристиками грунтов, возникающими вследствие порогового характера воздействия молнии и проявляющимися при растекании в земле больших импульсных токов, что не позволяет ограничиться мелкомасштабными лабораторными экспериментами.

ОАО «Россети», ОАО «МОЭСК», ООО «Револьта»

Во всем мире развитие электротранспорта входит в список наиболее обсуждаемых социально значимых инициатив. Принятие участия в этой инициативе создает положительный имидж для компаний. Многие крупные интегрированные компании, эксплуатирующие распределительные электрические сети (Enel, EDF, PG&E), в партнерстве с производителями участвуют в проектах по тестированию электромобилей. Участие компаний в развитии электротранспорта на его начальной стадии позволяет получить конкурентное преимущество на зарождающемся рынке в России.
Потенциальный эффект от деятельности компаний напрямую зависит от того, как будет происходить проникновение электромобилей в массовое использование. Тенденция постоянного роста стоимости моторного топлива приводит к удорожанию эксплуатации автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями, что создает благоприятные условия для развития рынка электромобилей и зарядной инфраструктуры.
Кроме того, ощутим социальный эффект от внедрения экологического вида транспорта.

ОАО «Россети», ОАО «ФСК ЕЭС», Объединенный институт высоких температур (ОИВТ РАН)

Проблема предотвращения гололедных аварий в электрических сетях энергосистем актуальна для большинства регионов России. Нарушения в работе воздушных линий, вызванные интенсивными гололёдными и гололедно-ветровыми нагрузками, являются наиболее тяжёлыми по своим последствиям. При этом происходит разрушение опор, проводов, тросов, гирлянд изоляторов, арматуры. В тяжелых случаях повреждаются многие линии на большой территории. Для восстановления требуются капитальные вложения, значительное время, материальные ресурсы и трудозатраты. Зачастую велик ущерб от аварийного недоотпуска электроэнергии в отраслях народного хозяйства и коммунально-бытовой сфере.