ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

«Установка для поверки высоковольтных измерительных трансформаторов напряжения «УПТН-220». Технология приборостроения XXI века.

Рекомендуемая область пременения

Электроэнергетика:
- повышение точности и достоверности коммерческого учета электроэнергии;
- проведение поверочных работ в электрических сетях общего назначения;
- поверка измерительных трансформаторов напряжения при выпуске из производства.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка современных высокоэффективных средств поверки высоковольтных измерительных трансформаторов напряжения – передвижных поверочных лабораторий.

В рыночных условиях большое значение приобретает повышение точности коммерческого учета электроэнергии, что особенно важно при реорганизации РАО «ЕЭС России», в результате которой из-за неточности учета электроэнергии могут возникать проблемы между различными собственниками.

Применяемые при коммерческом учете электроэнергии измерительные трансформаторы напряжения (ТН) должны повергаться в процессе эксплуатации в соответствии с законом РФ «Об обеспечении единства измерений» периодической поверке. Однако из-за отсутствия передвижных средств поверки ТН, низкой стоимости электроэнергии и сложности поверочных работ на подстанциях в энергосистемах трансформаторы напряжения в процессе эксплуатации поверке не подвергались, ТН работают на энергообъектах по 15-20 и более лет без периодической поверки. При этом при проведении исследований установлено, что погрешности более 30% ТН, используемых в электрических сетях общего назначения, превышают допускаемые значения, что свидетельствует о низкой точности коммерческого учета электроэнергии.

Погрешности ТН обусловлены старением материала магнитопровода и перегрузкой вторичных цепей ТН, к которым, кроме средств измерений, присоединяют средства районной защиты. Наиболее перегруженными оказываются ТН на 110 и 220 кВ. Поскольку ТН на 110-220 кВ являются нетранспортабельными, то их поверку необходимо проводить на местах эксплуатации с применением передвижных установок без демонтажа и при минимальном времени вывода ТН из эксплуатации.

Создание средств поверки ТН на месте их эксплуатации обеспечивает возможность повышения точности коммерческого учета электроэнергии без замены эксплуатирующихся ТН на более точные, что может быть обеспечено путем использования действительного значения коэффициента трансформации поверяемого ТН при расчетах электроэнергии. При этом коэффициент трансформации ТН определяется в конкретных условиях эксплуатации с реальной нагрузкой во вторичной цепи ТН. Кроме этого, в такой стране как РФ целесообразно децентрализованное воспроизведение безразмерной единицы – коэффициента преобразования и ее передача поверяемым ТН, т.е. установка должна быть самоповеряемой (т.е. без использования сторонних эталонных средств), реализующей возможность автономного поддержания единства измерений в процессе эксплуатации поверочных установок.

Выпускаемые в России единичные экземпляры ППЛ позволяют проводить поверку ТН только классов напряжения 6-10-35-110 кВ. В основу их построения положено использование в качестве эталонных средств измерения эталонных трансформаторов напряжения и прецизионных компараторов тока.

Рассмотренные ППЛ имеют общий недостаток – невозможность экспериментального определения их погрешностей независимым методом. Погрешности этих ППЛ могут быть оценены только на основе теоретического анализа. Кроме того, при эксплуатации указанных средств измерений сопряжено с дополнительными трудностями, так как эталонные трансформаторы напряжения, входящие в состав указанных ППЛ, необходимо поверять в сертифицированных метрологических центрах, что, учитывая протяженность нашей страны, связано с дополнительными финансовыми затратами.

Оборудование, представленное в проекте, принадлежит к самым современным и наукоемким продуктам. Это лучшие инновационные разработки среди российских и мировых аналогов, позволяющие существенно повысить точность измерений и снизить затраты на эксплуатацию оборудования.

Установки для поверки высоковольтных измерительных трансформаторов напряжения «УПТН-220»  (далее - УПТН), являющиеся российской разработкой, предназначены для поверки высоковольтных ТН классов напряжений 35, 110, 220 кВ, используемых для коммерческого и технического учета электроэнергии в электрических сетях общего назначения. УПТН должны обеспечивать поверку ТН, изготовленных по ГОСТ 1983-2001 «Трансформаторы напряжения. Общие технические условия», ГОСТ 23625-79 «Трансформаторы напряжения измерительные лабораторные. Общие технические условия» в соответствии с Методикой поверки трансформаторов напряжения в условиях эксплуатации с номинальными значениями первичного напряжения 35-110-220 кВ и вторичным напряжением 150, 100 и 100/v3 В. УПТН должны обеспечивать возможность проведения поверки однофазных и трехфазных ТН без применения трехфазного источника напряжения мощностью не менее 5 кВА (п. 2.1 ГОСТ 8.216-88).

УПТН обеспечивает возможность проведения самоповерки, т.е. поверки без использования сторонних эталонных средств, и экспериментального определения погрешностей средств поверки, входящих в состав УПТН (во всех известных средствах поверки ТН погрешность определяется только на основе теоретического анализа составляющих погрешности)

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В настоящее время в России периодической поверкой выборочно охвачены только ТН сравнительно невысоких классов напряжения. Это объясняется прежде всего тем, что ТН классов напряжения 110 и 220 кВ являются нетранспортабельными, и в условиях отсутствия в стране резервного парка ТН и требуемых мобильных средств поверки ТН таких классов напряжений не поверяются.

Передвижные поверочные лаборатории классов напряжения до 330 кВ разрабатывались в СССР в 80-х годах. В основу ППЛ положено использование в качестве эталонных средств измерений газонаполненных конденсаторов на рабочее напряжение. Сложность применения этих конденсаторов заключается в том, что перед транспортировкой ППЛ необходимо выпускать газ из конденсатора, а перед началом поверочных работ конденсаторы необходимо заполнять газом. Поэтому ППЛ практически не использовалась и была вскоре разукомплектована. Кроме этого в РФ газонаполненные высоковольтные конденсаторы не выпускаются.

В настоящее время выпускаются высоковольтная мобильная поверочная лаборатория (ВМПЛ) «МЭ-Аудит», передвижная поверочная лаборатория для поверки измерительных трансформаторов тока и напряжения до 35 кВ (ПЛПТ) «Каскад», передвижная поверочная лаборатория для поверки измерительных трансформаторов тока и напряжения до 110 кВ. В основу построения таких поверочных лабораторий положено использование эталонных трансформаторов.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Установка для поверки измерительных трансформаторов напряжения «УПТН-220» предназначена для поверки измерительных трансформаторов напряжения на 35, 110 и 220 кВ на месте их эксплуатации с погрешностью 0,1% по напряжению и 2,5 минуты по угловой погрешности. Установка УПТН-220 разработана на основе патентов РФ на изобретения №2086996, №2274871 и установки УПТН-35.

В основу построения УПТН положено совмещение тестового метода измерения  (ступенчатого отключения части конденсаторов емкостного делителя напряжения) и метода независимой поверки (самоповерки), обеспечивающих определение коэффициентов преобразования поверяемого трансформатора напряжения (ТН) и эталонного составного емкостного делителя напряжения двумя принципиально независимыми друг от друга методами.

Схема и конструкция УПТН обеспечивает ее самоповерку (т.е. без использования сторонних эталонных средств), что снижает расходы на эксплуатацию установки и реализует возможность автономного поддержания единства измерений в процессе эксплуатации.

В состав установки УПТН-220 входят следующие средства измерений:

- емкостной делитель напряжения ЕДН-220;

- компаратор тока КТ-2 (масса 20 кг);

- воздушный конденсатор (масса 50 кг);

- источник переменного напряжения ИПН-3 (масса 30 кг);

- нагрузочные магазины;

- состема обеспечения.

Емкостной делитель напряжения монтируется на прицепе типа «Тонар», остальное измерительное оборудование – в кузове автомобиля типа «Газель».

Принцип работы

 При проведении поверки должны быть соблюдены условия:

- температура окружающего воздуха -10...+35^оС;

- допускаемые колебания температуры окружающего воздуха в период проведения поверки не более +2^оС.

- относительная влажность окружающего воздуха не более 80% при 25^оС;

- коэффициент гармоник кривой переменного напряжения источника высокого напряжения не более 2% и сети питания низковольтных средств измерений не более 5%;

- колебания напряжения источника высокого напряжения и сети питания низковольтных средств измерения от номинального значения не более +0,5 Гц.

Перед проведением поверки должны быть выполнены подготовительные работы:

- средства поверки выдержать в условиях, указанных выше, в течение времени, установленного в НТД на средства поверки, а поверяемый ТН в течение 24 часов;

- проверить уровень масла в ТН с масляной изоляцией;

- выполнить организационные и технические мероприятия по обеспечению безопасности;

- установить средства поверки и поверяемый ТН в рабочее положение в соответствии с НТД и схемой поверки ТН.

Определение погрешностей ТН с применением передвижной установки для поверки высоковольтных измерительных трансформаторов напряжения на месте их эксплуатации УПТН-220 проводится тестовым методом в три этапа:

- балансировка плеч компаратора тока;

- определение действительного значения коэффициента трансформации ТН;

- вычисление погрешности.

Погрешность ТН определяют при значениях первичного напряжения 80, 100 и 120% от их номинального значения и при значениях полной мощности нагрузки вторичной обмотки (при номинальном коэффициенте мощности), равных 25, 100% номинального значения для каждого значения напряжения и при фактической нагрузке в рабочем режиме поверяемого ТН.

Балансировка плеч компаратора токов производится при поверке ТН при напряжении, равном напряжению на выходном плече емкостного делителя напряжения ЕДН-220 Плечевое отношение компаратора тока КТ-2 должно быть выставлено равным единице.

Средства измерений, используемые для поверки ТН, при определении действительного значения коэффициента трансформации  ТН должны быть соединены по схемам, представленным на рис. 1, 2, 3, 4.

Определение действительного значения коэффициента трансформации ТН производится в соответствии с выражением:

где ? – отсчет по шкале первого плеча КТ-2; ? – отсчеты по шкале второго плеча КТ-2 в 1, 2 и 3 такте измерения.

Положительные результаты первичной поверки оформляют записью в паспорте  и нанесением оттиска поверочного клейма; клеймо должно быть нанесено на месте, исключающем возможность доступа внутрь ТН. Положительные результаты периодический калибровки органы Госстан­дарта РФ оформляют выдачей сертификата о калибровке установленной формы и нанесением оттиска калибровочного клейма. В случае необходимости указания действительных значений погрешностей на оборотной стороне сертификата о калибровке делают запись по форме, установленной ГОСТ 8.216-88 «Трансформаторы напряжения. Методика поверки».

Рис. 1 Структурная схема соединения средств поверки

при балансировке плеч КТ-2

Рис. 3 Структурная схема соединения средств поверки в 2 такте измерения

Рис. 4 Структурная схема соединения средств поверки в 3 такте измерения

Рис. 4 Структурная схема соединения средств поверки в 3 такте измерения

Технические характеристики «УПТН-220»

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Установки УПТН-220 будут коммерчески востребованы после испытания с целью утверждения типа. Потенциальные заказчики – региональные ЦСМ и АО-энерго.

Востребованность установок УПТН-220 определяется ее потребительскими свойствами: приемлемыми размерами и массой, обеспечивающими поверку ТН на отечественных подстанциях, в том числе стесненных, сравнительно низкой стоимостью, возможностью самоповерки, приводящей к снижению эксплуатационных расходов.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Энергосбережение. Оценивая потери из-за отсутствия метрологического обеспечения измерительных трансформаторов напряжения и тока на примере ОАО «Пензаэнерго» при условии, что поток электроэнергии за год, проходящий через ОАО «Пензаэнерго» составляет ориентировочно 3,5 млрд. кВт·ч, можно показать, что недоучет электроэнергии (7% - по данным исследований) составляет 250 млн. кВт·ч. Если учесть, что тарифы на услуги по передаче электроэнергии по классам напряжения за 1 МВт·ч составляет 1,00 руб. (без НДС), то экономия ОАО «Пензаэнерго» от внедрения средств поверки такого типа за год составит около 250 млн. рублей.

Новые потребительские свойства продукции

Возможность проведения самопроверки установки и экспериментального определения ее погрешности (во всех известных средствах поверки ТН погрешность определяется только на основе теоретического анализа составляющих погрешности).
Поверка ТН со стандартными и нестандартными коэффициентами трансформации.
Единственное из всех известных средств поверки ТН обеспечивает возможность определения погрешности УПТН-220 в межповерочном интервале путем сравнения коэффициентов деления ЕДН-220, определенных тестовым методом в процессе поверки ТН и методом независимой поверки, то есть проверки метрологической исправности.
Повышенная надежность (разработана как транспортируемая).
Приемлемая масса (сравнительно легко обеспечивается поверка ТН на месте их эксплуатации).
Существует возможность расширения диапазона поверки до 500/v3 кВ.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Энергосбережение. Оценивая потери из-за отсутствия метрологического обеспечения измерительных трансформаторов напряжения и тока на примере ОАО «Пензаэнерго» при условии, что поток электроэнергии за год, проходящий через ОАО «Пензаэнерго» составляет ориентировочно 3,5 млрд. кВт•ч, можно показать, что недоучет электроэнергии (7% - по данным исследований) составляет 250 млн. кВт•ч. Если учесть, что тарифы на услуги по передаче электроэнергии по классам напряжения за 1 МВт•ч составляет 1,00 руб. (без НДС), то экономия ОАО «Пензаэнерго» от внедрения средств поверки такого типа за год составит около 250 млн. рублей.

Стадия и уровень разработки

Данное оборудование по функциональному назначению прошло этап НИОКР на предприятии ООО НПФ «ИНТ»
Коммерческий анализ выполненных работ и успешный опыт промышленной эксплуатации оборудования аналогичного типа (установки для поверки измерительных трансформаторов напряжения «УПТН-1», сертификат об утверждении типа средства измерений RU.Е.34.004А №14258, сертификат соответствия № РОСС RU МЕ В 00546, и «УПТН-35», сертификат об утверждении типа RU.C.34.001A №18616, №27655-04) на предприятии РАО «ЕЭС России» (ОАО «Пензаэнерго»), ФГУ «Астраханский ЦСМ и промышленных предприятиях подтверждает конкурентные преимущества установок данного типа.
Трудности в освоении технологии отсутствуют, так как предприятие-разработчик специализируется на производстве подобной продукции.

Предлагаемые инвестиции

3,8 млн. руб.
Изготовление опытного образца УПТН по КД с литерой «О» - 3100000 руб.
Проведение предварительных испытаний передвижной поверочной лаборатории с целью утверждения типа – 150000 руб.
Корректировка КД с литерой «О» и доработка опытного образца передвижной поверочной лаборатории по результатам предварительных испытаний – 150000 руб.
Проведение испытаний УПТН-220 с целью утверждения типа в органах Госстандарта РФ – 400000 руб.
Итого: 3800000 руб.
Стоимость последующих экземпляров установки «УПТН-220» составит 2,6 млн. руб.

Рынки сбыта

Потенциальными потребителями продукции являются ОАО Раменский электротехнический завод «Энергия», ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока», ОАО «НИИПТ», ФГУП «ВНИИМС», ФГУП «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева», региональные энергетические кампании (АО-энерго) и центры стандартизации и метрологии.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не имеет аналогов на российском рынке аналогичной продукции и услуг. Цена предлагаемого оборудования составляет 10% цены импортных аналогов при равных технических характеристиках.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

02.05.2007