Инновации в электрических сетях

Уральские энергетики в рамках повышения автоматизации отрасли активно внедряют новые технологии, позволяющие повысить надежность и управляемость электрических сетей. Модернизация коснулась не только оборудования, но и самого принципа управления сетевым бизнесом и подтолкнула к созданию новых дополнительных сервисов и услуг.

Уральские сетевые компании в один голос заявляют: будущее электроснабжения — за интеллектуальными системами. Согласно единой концепции внедрения новых технологий Группа компаний «Россети» предполагает полное преобразование энергетической инфраструктуры через переход на автоматизированные комплексы. В результате должны снизиться операционные и инвестиционные расходы компании, сократиться потери электроэнергии в сетях, повыситься надежность, доступность электроснабжения и сформироваться набор дополнительных услуг для клиентов.

В разгар пандемии летом 2020 года компания заявила, что планирует сохранить в приоритете инвестиции в инновационные проекты, которые позволят повысить надежность электроснабжения клиентов. Ситуация с COVID-19 наложилась на существующие глобальные тенденции и усилила динамику внедрения инновационных решений в энергетике. И по-прежнему, цифровая трансформация и внедрение современных подходов к управлению электрическими сетями остаются основными направлениями инновационного развития отрасли.

«Очень важно сохранить необходимый баланс между надежностью электроснабжения, желанием применять инновационные решения и экономической целесообразностью. Но стоит подчеркнуть, что без новейших технологий, изменения бизнес-процессов наша жизнь уже невозможна. С помощью самовосстанавливающихся сетей, умной самодиагностики возможно максимально снизить себестоимость отпуска электроэнергии в сеть, снизить наши операционные расходы за счет снижения себестоимости. И возвращать сэкономленные средства в модернизацию сети»,— пояснил директор по цифровой трансформации «Россети Урал» Андрей Шульгин.

На Урале трансформация электрических сетей происходит параллельно на всех уровнях: начиная со счетчиков и аппаратуры для ЛЭП и заканчивая внедрением технологий цифрового управления бизнесом. Причем, как отмечают энергетики, в первую очередь они нацелены на поиск новых прорывных технологий, изменяющих принципы передачи и распределения энергии.

Оцифровать район

Первым комплекс, над которым сетевики плотно работают,— технологический, предполагающий применение различных цифровых технологий, повышение надежности сети и снижение затрат на ее обслуживание.

Важная составляющая модернизации электросетевого комплекса — создание высокоавтоматизированных РЭС, то есть целых районов электрических сетей, обладающих высоким уровнем автоматизации, обеспечивающей наблюдаемость в режиме реального времени и позволяющей реализовать функции самодиагностики и самовосстановления, а также вести интеллектуальный учет расхода электроэнергии. Участие специалистов в эксплуатации электросетевого оборудования здесь должно быть минимизировано благодаря предиктивной аналитике, повышению наблюдаемости сети, внедрению комплексных пунктов переключения сети.

На Урале реализуются несколько пилотных проектов по созданию цифровых РЭС. Один из них — в Сосновском РЭС Челябинской области — практически завершен. Здесь установили систему самодиагностики и самовосстановления сети с помощью умных реклоузеров, дистанционно управляемых разъединителей, системы диагностики и определения места повреждения в сети, которая позволяет без участия человека отключать только тот участок сети, который поврежден, и локализовать аварию с последующим оперативным автоматическим вводом резерва, чтобы сохранить в сети заданный уровень напряжения. Проект также предполагает изменение конфигурации сети: протяженности, нормальных разрывов и резервирования воздушных линий электропередачи. В этом году в пилотной зоне Сосновского РЭС специалисты «Россети Урал» провели отработку всех технологий и готовы масштабировать проект на всю территорию РЭС.

Второй подобный проект, только уже с участием государственной энергетической компании Китая, уральские сетевики начинают в Орджоникидзевском РЭС в пригороде Перми. Здесь автоматизация распределительной сети будет идти более традиционным способом — с помощью модернизации существующих технологических процессов. Параллельно идет апробация цифровой системы управления сетями в Сысертском РЭС Свердловской области: здесь совместно с Центром энергетических технологий «Сколково» энергетики установили несколько переключающих пунктов нового типа, опробовали новые реклоузеры и разъединители российской разработки — систему самовосстановления и самодиагностики сети альтернативную той, что применена в Сосновском РЭС. «Мы призваны не зацикливаться на одном производителе или поставщике цифровых технологий и систем. Поэтому решили отработать две-три технологии, чтобы протестировать их на практике»,— поясняет Андрей Шульгин.

В «Россети Урал» отмечают, что внедрение таких высокоавтоматизированных РЭС будет происходить в большей степени в наиболее проблемных с точки зрения надежности электроснабжения территориях: динамично развивающихся, где идет активно индивидуальное жилищное строительство, когда на старую сеть приходит множество новых потребителей. При этом c очень разветвленной сетью, отсутствием газа, и, как следствие, наибольшим количеством нарушений в работе электрических сетей.

Специально под техприсоединение новых объектов ИЖС построили и подстанцию 110/10 кВ «Кемпимнг», которая отвечает за один из проблемных энергоузлов в пригороде Екатеринбурга, где активно развивается строительство частных домов.

Железо и связь

Для оперативной диагностики сети «Россети Урал» и компании «АЙ-ТОР» в рамках совместного проекта «Неинвазивный ПКУ для воздушных ЛЭП» создали первый цифровой мобильный пункт коммерческого учета электроэнергии на линии 6-10 кВ, который можно установить мобильно на любом участке сети без каких-либо серьезных электромонтажных работ и отключения потребителя, оценить энергопотери и дистанционно передать весь массив данных.

Одновременно совместно с инновационным центром «Сколково» «Россети Урал» запустили проект «Спутниковый программно-аппаратный комплекс для мониторинга ЛЭП». Специальные датчики, которые устанавливаются на линии электропередачи, проводят мониторинг состояния сети и при любом коротком замыкании подают сигнал через спутниковую сеть на диспетчерский пункт «Россети Урал» — в какой именно точке ЛЭП произошел инцидент. Так же они осуществляют мониторинг уровня напряжения в сети и гололедообразования. В будущем их также планируется дополнить датчиками по наклону и провису провода. Первый такой комплекс установили на линии 110/35 кВ в Свердловской области. Еще один проект уральских энергетиков и «Сколково» — создание на микропроцессорной базе системы оперативной блокировки соединителей и разъединителей, когда сигнал о неполадках в сети передается на центральную диспетчерскую подстанцию по wi-fi от одного участка сети к другому. Этот проект стартовал в середине 2021 года и летом 2022 «Россети Урал» планирует его закончить.

Для обеспечения работы большого количества приборов учета электроэнергии, различных систем диагностики и датчиков в дистанционном режиме нужна хорошая система связи. В связи с этим «Россети Урал» в 2021 году совместно с компанией НПО «Мир» реализовали в Пермском крае необычный проект. В электросетевой инфраструктуре Пермских городских сетей был выделен сегмент с подстанцией 110/6 кВ «Голованы», на котором были объединены все типы автоматизированных систем и систем сбора информации в единую сеть с максимальным отказом от использования арендованных каналов связи. Ядром проекта стало использование технологий PLC в комплексе с самовосстанавливающимися и самообразующимися MESH-сетями (Меш-сети) передачи данных по радиоканалу в нелицензируемом диапазоне. Эти системы отличаются от привычных централизованных тем, все их узлы равноправны и каждый может выступить сетевым коммутатором. Кроме этого, «пилотная» система наделена функцией обязательного резервирования для обеспечения максимальной надежности автоматизированной сети в части передачи информации. Данная технология и оборудование системы связи прошла опытно-промышленную эксплуатацию и рекомендована для дальнейшего масштабирования. Себестоимость обслуживания этой системы связи стремится к нулю, в отличие от передачи GSM-сигналов. К тому же она кибербезопасна. При этом меш-сеть работает в нелицензируемом диапазоне и с некоей периодичностью перепрограммируется, так что ее не подобрать.

Резерв для эффективности

Чтобы сеть работала без перебоев, нужны долговечные средства накопления энергии. В этом направлении «Россети Урал» реализуют три глобальных проекта. Во-первых, компания начала устанавливать на своих подстанциях литий-ионные батареи системы кооперативного тока, что принесло заметный экономический эффект —снизило частоту перебоев выдачи электроэнергии в сеть и увеличило срок службы накопителей. Так, если обычные щелочные аккумуляторные батареи в режиме постоянной выдачи тока без подзарядки могут работать максимум 5 лет, а по факту начинают садиться уже через 3 года, то литионные в щадящем режиме могут проработать 30–40 лет.

Пилотный проект по литионной системе на подстанции 110 кВ «КАЗ» (Свердловская область) завершился успешно. В 2021 году энергетики уже подтвердили экономический эффект «пилота» и готовы теперь масштабировать его на всей территории присутствия.

Во-вторых, «Россети Урал» начала разрабатывать точечную систему накопления электроэнергии, которая будет устанавливаться уже у потребителя — в основном в больших административных зданиях. Накопитель будет заряжаться в ночное время, когда в помещениях никого нет и действует наиболее низкий тариф, а разряжаться днем, обеспечивая здание электроэнергией. «Это позволит снизить нагрузку на сети в часы дневного максимума энергосистемы, так как здание не будет потреблять энергию из внешней среды»,— поясняет Андрей Шульгин.

Управление через цифру

Стратегически энергетики нацелены на изменение самих бизнес-процессов, системы диспетчерского управления в том числе. Для этого согласно единой стратегии ПАО «Россети» уральские сетевики поэтапно реализуют проект по созданию в регионах операционной деятельности Единых центров управления сетями.

Так, «Россети Урал» планируют к 2026 году перейти от трехуровневой системы диспетчерского управления к двухуровневой, при которой диспетчеризация будет вестись через центральный аппарат и филиалы в областных центрах — Екатеринбурге, Челябинске и Перми, минуя районные подразделения. Именно в эти центры управления будет внедрен программно-технический комплекс, который позволит управлять всей сетью максимально дистанционно и своевременно реагировать на все изменения. Для этого с 2019 года идет активная подготовка персонала, создание соответствующего программно-технического комплекса.

Первый шаг в эту сторону сделан. В феврале 2021 года в филиале компании «Россети Урал» — «Свердловэнерго» — заработал современный Центр управления электросетевой инфраструктурой Свердловской области (сокращенно — ЦУС). Особенность проекта — внедрение новой системы оперативно-технологического управления, созданной исключительно на основе отечественных технических решений. С ее помощью диспетчер может получать информацию о нарушениях в режиме реального времени и управлять коммутационными аппаратами на расстоянии. Кроме того, ЦУС оснащен передовыми решениями учета электроэнергии и средствами мониторинга автотранспорта.

При переходе на единое оперативно-технологическое управление уральские энергетики поэтапно создадут цифровую модель всей электросетевой инфраструктуры, которая будет интегрирована с системами оперативного управления ПАО «Россети».

Чтобы повысить оперативность всех управленческих процессов и их прозрачность, а также прозрачность бизнеса с точки зрения как налоговой, так и отчетной и материально-затратной, в «Россети Урала» разработана и внедрена система автоматического планирования, учета и выдачи средств индивидуальной защиты, что позволяет систематизировать, планировать и актуализировать процесс закупок. Внедрена и активно прорабатывается внутренняя информационная система управления производственными активами (СУПА), где формируются наряды, допуски, распоряжения, выписки спецтехники и материалов, учет рабочего времени каждого сотрудника в электронном виде через планшетники и стационарные компьютеры. Это позволяет в режиме онлайн вносить данные, находясь на объекте, без лишней отчетности, облегчает систему планирования, прогнозирования приобретения материалов, состояния оборудования при планировании ремонтной программы. В итоге производительность в целом должна увеличится примерно на 20%.

Дополнительно к этому проекту активно внедряется Интегрированная информационная система поддержи принятия решений. Из СУПА, системы интеллектуального учета, дополнительных внутренних бухгалтерских баз и учетных документов все данные сводятся на единую интегрированную шину. Получается один глобальный поток скореллированных данных и информации. Завершить его планируется к 2024 году.

В разработке также находится проект Модели функционирования распределительной сети как источника дополнительной надежности в условиях развития малой и микрогенерации, которая оказывают заметное влияние на сети. «Мы уже установили несколько солнечных батарей совместно с потребителями. Юридические лица очень активно к этому идут, несмотря на наши погодные условия. Суть в том, что самой элементной базе — солнечным панелям — даже ночью достаточно света звезд. Они могут давать до 30% от установленной мощности. Технологии производства солнечных батарей сильно ушли вперед и теперь их использование эффективно в любых климатических условиях, даже там, где прежде это считалось невыгодным еще лет 5–6 лет назад»,— отмечает Шульгин.

Допсервисы в цифре

Цифровизация должна охватить, в том числе, и работу с клиентами. Концепция цифровой трансформации призвана предложить клиентам не только интерактивные сервисы по надежному и качественному электроснабжению, но и целый ряд востребованных дополнительных услуг. Допсервисы — стратегическое бизнес-направление, к которому пришли все энергокомпании, в том числе и сетевые. Диверсификация бизнеса — новый ориентир, который напрашивается с развитием цифровых технологий.

«Это снизит зависимость от регулируемого тарифа и повысит эффективность использования наших ресурсов. У нас по всему региону есть помещения, люди, обладающие очень высоким интеллектом и компетенциями, большим багажом знаний и информацией. Это логично — развивать сервисы, которые позволяют нам просто применять уже имеющуюся у нас информацию. Мы готовы ею делиться и получить дополнительную прибыль, которую в конечном счете направим на развитие»,— отмечает Андрей Шульгин.

«Россети Урал», в частности, уже приняли участие в партнерском проекте по созданию информационного сервиса по обеспечению и поддержке функций купли-продажи электрической энергии на розничных рынках. Компания участвует в этом проекте как организация, которая оказывает информационные услуги — предоставляет массив данных по потреблению и выдаче энергии для обработки этой системой. Для «Россети Урал» это получение дополнительной выручки и обеспечение информационного обмена между розничной генерацией и потребителями электроэнергии.

Среди нетиповых сервисов и новых продуктов, которые уральские сетевики готовы предложить рынку,— установка, подключение и ремонт солнечных электростанций для физических лиц и предприятий, а также установка и подключение частных электрозаправочных станций для предприятий и частных домовладений.