Заявка участника Всероссийского молодежного конкурса наукоёмких инновационных идей и проектов "Энергетика будущего"

Вид материала

Конкурс

Содержание 9. Технико-экономическое обоснование 10. Сведения об исполнителях и соисполнителях выполнения НИОКР

Подобный материал:

• Заявка участника Всероссийского молодежного конкурса наукоёмких инновационных идей, 244.53kb.
• Заявка участника Всероссийского молодежного конкурса наукоёмких инновационных идей, 195.75kb.
• Положение о проведении второго Всероссийского конкурса инновационных архитектурных, 104.3kb.
• Конкурс инновационных проектов "У. М. Н. И. К.", 185.73kb.
• Структура содержательной части Международного молодежного форума проектирования будущего, 79.91kb.
• Положение о Всероссийском конкурсе молодежных инновационных проектов на вручение Национальной, 95.71kb.
• Задачи конкурса: создать условия для творческой самореализации и мотивации к инновационному, 114.45kb.
• Реестр направлений инновационного поиска и инновационных идей, сопровождения внедрения, 546.4kb.
• -, 107.92kb.
• Общие положения, 116.16kb.

Заявка участника

Всероссийского молодежного конкурса наукоёмких инновационных

идей и проектов "Энергетика будущего"

1. Наименование предлагаемой разработки
   
   1. Полное наименование разработки.
      

«Разработка трёхфазного комбинированного микропроцессорного трансформатора тока и напряжения (МТТН) 10 кВ на базовых физических принципах для «цифровой» автоматизированной подстанции».

2. Вид выполняемой разработки.
   

Научно-исследовательская разработка (НИР).

3. Характеристика планируемого результата.
   

Трёхфазный комбинированный микропроцессорный трансформатор тока и напряжения 10 кВ; оптоволоконные каналы передачи цифровых данных на щит в терминал; терминал на щите, выдающий информацию о токах и напряжениях в цифровом коде потребителям (АИИС КУЭ, РЗА, ПА, управления и др.) по международному стандарту IEC 61850-9-2.

4. Область исследования и разработки.
   

Исследование направлено на создание нового электротехнического оборудования с самодиагностикой. Разработка основана на использовании (и создании) новых информационных технологий.

2. Контактные данные организации-заявителя (юридический адрес, телефон, e-mail, web-site) , авторов разработки (ФИО, должность, телефон, e-mail), контактного лица (ФИО, должность, телефон, e-mail).
   
   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. Авторы разработки.
   

Руководитель разработки:

Гречухин Владимир Николаевич, к.т.н., доцент, директор Учебно-научного центра «Высоковольтные измерительные преобразователи и трансформаторы».

тел: +79109818131; e-mail: 9818131@rambler.ru

Лебедев Владимир Дмитриевич, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой АУЭС.

тел.: +79106919776; e-mail: vd_lebedev@mail.ru

Исполнители:

Долгих Иван Юрьевич, инженер кафедры ТОЭЭ. (до 35 лет)

тел: +79066179637; e-mail: ivan.dolgikh.89@mail.ru

Снитько Ирина Сергеевна, ассистент кафедры ТОЭЭ (до 35 лет).

тел. +79203625659.

e-mail: irant-kin@yandex.ru

Лазарев Илья, аспирант каф ТОЭЭ (до 35 лет);

Куванов Александр Владимирович, аспирант каф. АУЭС (до 35 лет);

Токарев Сергей Юрьевич, аспирант каф. АУЭС (до 35 лет);

Можжухина Виктория Владимировна, аспирант каф. АУЭС (до 35 лет);

Добрягина Ольга Александровна аспирант каф. АУЭС (до 35 лет);

Шагурина Елена Сергеевна, аспирант каф. АУЭС (до 35 лет);

Филатова Галина Андреевна, магистр каф. АУЭС (до 35 лет).

3. Срок исполнения (начало/окончание)
   

Начало разработки: 1.09.2012

Окончание разработки: 31.08.2014

4. Область применения разработки
   

Вид осуществляемой деятельности: передача и распределение электроэнергии, диспетчеризация.

Вид выполняемых работ: разработка направлена снижение коммерческих потерь электроэнергии (включая несанкционированный отбор), определение показателей качества электроэнергии, повышение эффективности функционирования релейной защиты и автоматики за счёт точного преобразования электрических сигналов во время переходных процессов в аварийных режимах.

Область нормативного регулирования: электроснабжение потребителей.

Одним из перспективных направлений развития электроэнергетики является направление построения «цифровых» подстанций, которые строятся на основе интегрированных цифровых систем измерения, защиты и управления с применением цифровых трансформаторов тока и напряжения и цифровых схем управления. Микропроцессорный трансформатор тока и напряжения, осуществляющий преобразование напряжений и токов в цифровой код и передачу измерений на щит управления по оптическому кабелю, обеспечивает автоматизацию подстанций с применением современных средств диагностики, мониторинга и управления на основе информационных и компьютерных технологий.

5. Цель разработки и ожидаемые результаты
   
   1. Цели, достигаемые в результате разработки:
      

Выполнение, создание и внедрение МТТН обеспечит:

• создание высокоинтегрированных активно-адаптивных сетей  нового поколения Smart Grid, внедрение автоматизированных подстанций (без постоянного дежурного персонала), создание автоматизированных систем управления, а также интеллектуальных систем учёта электроэнергии;
  
• получение единого источника информации в стандартном формате для всех информационных и управляющих устройств;
  
• простое подключение новых устройств, неограниченное количество получателей данных;
  
• класс точности 0,2s по току и 0,2 по напряжению не только в установившихся режимах, но и в переходных процессах;
  
• помехозащищённость (использование оптоволокна для передачи информации от РУ);
  
• снижение количества кабельных связей;
  
• мониторинг и диагностику всех составляющих подстанции, включая вторичные цепи;
  
• упрощение и гибкость проектирования и наладки.
  

1. Результаты разработки:
   

• научно-технический отчёт, включающий результаты расчёта электрических, магнитных, электромагнитных, тепловых и механических полей и процессов в элементах МТТН 10 кВ;
  
• алгоритмы и программное обеспечение передачи информации по световодам от МТТН в блок цифровой обработки сигналов;
  
• экспериментальный образец трёхфазного комбинированного МТТН 10 кВ;
  
• протоколы лабораторных испытаний, РКД, НТД.
  

5. Обоснование необходимости разработки
   

В настоящее время ток и напряжение в ЛЭП и на подстанциях измеряют с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения, выполненных преимущественно на электромагнитном принципе и предназначенных для работы с аналоговыми устройствами контроля и учёта электроэнергии и релейной защиты. Измерительные трансформаторы выпускаются многими фирмами и номенклатура их чрезвычайно широка. Анализ трансформаторов тока и напряжения в сетях 6-10 кВ показывает, что более 50% из них не обеспечивают свой метрологический класс точности из-за перегрузки по вторичным цепям. В тоже время существующие трансформаторы тока имеют искажения формы сигналов в переходных режимах, особенно во время коротких замыканий. Из-за насыщения сердечников трансформаторы тока передают недостоверную информацию о токах коротких замыканий, приводя к задержкам и неселективной работе релейной защиты и автоматики. Конструкции традиционных трансформаторов тока и напряжения не исключают коммерческих потерь, обусловленных низким классом точности существующих трансформаторов и возможностью хищения электроэнергии.

Одним из перспективных направлений развития электроэнергетики является направление построения «цифровых» подстанций. Такой подход даёт следующие основные преимущества перед традиционными подстанциями:

• единый источник информации в стандартном формате для всех информационных и управляющих устройств;
  
• простое подключение новых устройств, неограниченное количество получателей данных;
  
• высокая точность и единство измерений;
  
• помехозащищенность (использование оптоволокна для передачи информации от РУ);
  
• снижение количества кабельных связей;
  
• мониторинг и диагностика всех составляющих подстанции, включая вторичные цепи;
  
• упрощение и гибкость проектирования и наладки.
  

«Цифровая» подстанция строится на основе интегрированных цифровых систем измерения, защиты и управления с применением цифровых трансформаторов тока и напряжения и цифровых схем управления. Микропроцессорный трансформатор тока и напряжения обеспечивает автоматизацию подстанций с применением современных средств диагностики, мониторинга и управления на основе информационных и компьютерных технологий. Поэтому создание МТТН 10 кВ, осуществляющего преобразование напряжений и токов в цифровой код и передачу измерений на щит управления по оптическому кабелю, является актуальной задачей.

Разработка данного вида электротехнического оборудования позволяет решить следующие задачи:

• осуществление передачи цифровой информации в соответствие со стандартами на цифровые измерительные трансформаторы по IEC 60044-7 (Электронные трансформаторы напряжения), IEC 60044-8 (Электронные трансформаторы тока), IEC 61850-8, IEC 61850-9-2 (LE), ГОСТ 1983-2001, ГОСТ 4677-2001;
  
• повышение класса точности по току и напряжению в сравнении с существующими аналогами;
  
• обеспечение селективности работы и устойчивости функционирования устройств релейной защиты и автоматики за счёт линейности характеристик преобразования тока и напряжения в установившихся режимах и переходных процессах;
  
• автоматизация подстанций на основе современных компьютерных технологий с применением современных средств диагностики, мониторинга, учёта и контроля электроэнергии;
  
• обеспечение защиты от несанкционированного проникновения в программное обеспечение;
  
• повышение управляемости и надёжности систем автоматики и защиты на современной микропроцессорной основе с использованием новых информационных компьютерных и Интернет-технологий;
  
• исключение выноса высокого потенциала с места КЗ на щит управления по вторичным цепям;
  
• уменьшение коммерческих потерь электроэнергии.
  

5. Научно-технический задел и взаимосвязь с другими работами
   
   1. Ранее проведённые НИР по тематике разработки.
      

Работы по измерению тока в высоковольтных электроэнергетических установках велись по договору с РАО ЕЭС России и ИГЭУ в 1996-2001 гг. В 2001 г. образец преобразователя тока 1000 А / 10 кВ был испытан в испытательном центре ХК «Электрозавод». На Научно-техническом совете РАО "ЕЭС России" 16 декабря 2005 г. было обсуждение доклада В.Н. Гречухина на тему: «Электронные трансформаторы тока и напряжения 110 – 750 кВ. Состояние и перспективы развития». Актуализированный доклад с последующим обсуждением на эту же тему был сделан на совещании в ОАО ФСК ЕЭС 19 февраля 2008 г. В обсуждениях была отмечена уникальность разработки и отсутствие подобных разработок в Российской Федерации. В 2001–2007 гг. при поддержке нескольких грантов был разработан, изготовлен и частично испытан «Комбинированный цифровой трансформатор тока и напряжения (ЦТТН)» для электроустановок 110 кВ. Он демонстрировался в 2007 г. и в 2008 г. на выставках «Электрические сети России» на стенде партнёра – ЗАО «АИЗ» 2008–2011 гг. ИГЭУ и партнёры, участвуя в конкурсах Русских инноваций, (в 2010 в номинации "Умные сети будущего" с участием ОАО ФСК ЕЭС в качестве эксперта), регулярно выходили в финал с разработкой "Измерительные преобразователи тока и напряжения для "Умных сетей".

2. Действующие нормативные документы и производственные Программы, требования которых планируется реализовать в результате работ.
   

Программа инновационного развития ОАО «МРСК Центра и Приволжья» на 2011-2016 гг.

3. Планируемые изменения в отраслевой нормативной базе с указанием отменяемых, заменяемых или изменяемых документов.
   

Не планируется.

8. Масштаб внедрения

Внедрение на всех объектах ОАО «Холдинг МРСК»,

Также возможна реализация данной разработки во всех электроэнергетических организациях эксплуатирующих сети 6 – 10 кВ.

9. Технико-экономическое обоснование

В соответствии со стандартом IEC 60044-8 суммарная погрешность измерений при использовании стандартных трансформаторов тока (ТТ) и трансформаторов напряжения (ТН) складывается из нескольких составляющих: собственно погрешностей ТТ и ТН, на которые влияют как конструктивные особенности, так и режимы работы (уровни первичных токов и напряжений и параметры нагрузки), и падения напряжения на медных кабелях вторичных систем.

На входе современных цифровых счётчиков устанавливаются промежуточные трансформаторы, которые также вносят свой вклад в суммарную погрешность. В результате при использовании первичных преобразователей класса 0,2 и соблюдении норм по нагрузке преобразователей суммарная погрешность достигает 0,7 %, но достаточно часто из-за перегрузки вторичных цепей погрешности достигают и превосходят 2%.

В случае с МТТН информация передаётся по оптоволокну в виде цифрового сигнала и не подвержена электромагнитным наводкам, поэтому погрешность в данной цепи отсутствует. В соответствии с IEC 60044-8 в системах измерений с МТТН погрешности на входе потребителей информации отсутствуют благодаря исключению из данной цепочки промежуточных разделительных трансформаторов и аналого-цифровых преобразователей, присущих традиционным схемам.

В соответствии с докладом заместителя директора по реализации услуг филиала «Ивэнерго» ОАО «МРСК Центра и Поволжья» А.К. Вольского на V Юбилейной ВНПК «Повышение эффективности энергетического оборудования» потери электроэнергии в сетях 6-10/0,4 кВ за период с 2002 по 2009 г. изменялись в пределах от 30% до 13%. Эти цифры соответствуют годовым потерям 420 млн. кВтч и 146 млн.кВтч. При средней стоимости электроэнергии 2,43 руб. за кВтч потери в 146 млн.кВтч в рублёвом эквиваленте должны составить 355 млн. руб.

Значительная доля потерь электроэнергии в сетях обусловлена следующими факторами:

•за счёт погрешности измерений фактически отпущенной в сеть энергии для потребителей;

•за счёт исключения неучтённых подключений потребителей (в частности, хищений электроэнергии).

Внедрение МТТН в значительной мере позволит снизить указанные потери.

Кроме того, использование цифрового выхода в будущем позволит уменьшить стоимость цифровых систем релейной защиты и измерений за счёт исключения из них промежуточных (разделительных) трансформаторов и аналого-цифровых преобразователей. Кроме того, медные вторичные кабели будут заменены оптоволоконным кабелем.

Срок окупаемости зависит также от скорости и масштабов внедрения.

Стоимость разработки:

№	Наименование статьи расхода	Сумма, рублей	Примечание
1	Основная зарплата исполнителей	3 780 000,00
2	Начисления на зарплату	1 568 700,00
3	Производственные затраты	1 763 378,00
4	Накладные расходы	1 069 740,00
5	Себестоимость	8 181 818,00
6	Рентабельность	818 182,00
7	Налоги - дорожный, полиция, детские учреждения и др.	0
8	НДС – не взимается по ст.26 НК РФ	0
9	Цена продукции	9 000 000,00

10. Сведения об исполнителях и соисполнителях выполнения НИОКР

Потенциальные соисполнители и производители

1. Покупка комплектующих у ведущих отечественных и международных фирм, в том числе:
   

TRACO POWER, Silver TELECOM, ATMEL, MAXIM DALLAS Semiconductor, ALTERA, Texas Instruments, National Semiconductor, INTEL, AMD, LINER Technology, Agilant Technologies, ANALOG DEVICES, National Instruments и др.

2. Разработка специализированных микросхем для трансформатора
   

Фирма «ELMOS Semiconductor AG», Dortmund,

3. Токовые метрологические испытания и сертификация
   

ОАО «Центр стандартизации и сертификации Госстандарта России», г. Иваново,

4. Испытание токами короткого замыкания
   

ОАО «НИЦ ВВА», г. Москва, ОАО «ВНИИМС», г. Москва

5. На стадии ОКР проектирование, строймонтаж, пусконаладка, гарантийное сопровождение трёхфазного комплекта ЦТТ 110 кВ вместе с терминалом; ОАО «Ивэлектроналадка», г. Иваново.
   

(В процессе проведения НИР возможно будет выявлена необходимость участия соисполнителей не указанных в данном списке).


Ответственный исполнитель:

зав. каф. АУЭС, Лебедев Владимир Дмитриевич

8 -910 6919776, E mail: vd_lebedev@mail.ru