КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-29-20051
НазваниеРазработка технических решений для эффективного электроснабжения потребителей Арктической зоны РФ
Руководитель Карпов Алексей Сергеевич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр «Кольский научный центр Российской академии наук» , Мурманская обл
Конкурс №90 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-406 - Энергосбережение при передаче и потреблении энергии
Ключевые слова Электромагнитная совместимость, качество электроэнергии, энергоэффективность, энергосбережение, высоковольтная электроэнергетика, энергосистема, промышленность региона, развитие региона.
Код ГРНТИ44.29.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проблема электромагнитной совместимости на секциях шин высоковольтных подстанций остро чувствуется в любом регионе РФ. Постоянный рост нагрузки потребителей электроэнергии и физический износ силового оборудования трансформаторных подстанций приводит к увеличению перекоса фаз напряжения в сети электроснабжения потребителей, а также ухудшению качества электроэнергии в целом, что негативно влияет на электроустановки. Данная проблема актуальна, не смотря на существование нормативных документов по контролю за качеством электроэнергии. Особенно остро проблема качества электроэнергии затрагивает промышленные предприятия с высокотехнологичными установками, обладающими сложной электронной начинкой, а также бытовых потребителей (городское и сельское население), получающие электроэнергию с тех же подстанций, что и промышленные предприятия. Как показывает практика существенной проблемой является несовершенство стандарта, регулирующего вопросы электромагнитной совместимости, согласно которому настроены все сертифицированные приборы. Вводится термин сверхнормативные требования, под которым понимаются более жесткие требования к электромагнитной обстановке, чем это могут зарегистрировать сертифицированные регистраторы по ГОСТ. Такая ситуация возникает в связи с тем, что сертифицированные регистраторы не могут произвести длительную регистрацию с высокой частотой дискретизации, из-за недостаточности встроенной памяти, поэтому они вынуждены производить усреднение измеряемых величин. Таким образом, даже если в итоговых протоколах регистраций не наблюдается искажений – это не означает отсутствие электромагнитных искажений на исследуемом объекте. В данном случае более вероятно наличие «загрубления» измеряемых величин, что достаточно для проверяющих организацию на соответствие стандарту, но не достаточно с точки зрения технико-экономической эффективности работы предприятий. По данным эксплуатации, в высоковольтной сети происходят регулярные отключения из-за воздействия мощных установок (или установок, обладающих специфичными характеристиками нагрузки) на другие элементы системы. Кроме того, отрицательный эффект от некачества электроэнергии сказывается и на электрических сетях самих предприятий, что приводит к снижению стабильности производства, длительным простоям оборудования, браку продукции и т.п., обуславливая таким образом значительный экономический ущерб. Основной целью данного проекта является исследование электромагнитной совместимости потребителей на примере промышленного кластера региона, который благодаря географическому расположению обладает специфичными грунтовыми условиями (крайне низкой удельной проводимостью грунта) и разнообразными мощными электроустановками. Планируется разработка технических решений для экономически эффективного выявление путей нормализации качества электроэнергии в сетях промышленных предприятий региона с целью повышения безаварийности и устойчивости систем электроснабжения потребителей Арктической зоны РФ.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Получена, обработана, оцифрована и проанализирована статистика нарушений в электрических сетях и на 57 высоковольтных подстанциях, питающих промышленные объекты АО «Апатит» за последние 10 лет. Проанализированы энергообъекты предприятия: источники питания, главная распределительная подстанция ПС-74 и системы электроснабжения основных потребителей (Кировский рудник, Восточный рудник, Расвумчоррский рудник, а также обогатительные фабрики АНОФ-2 и АНОФ-3).
На основании произведенного анализа выявлены наиболее уязвимые места электроснабжения, к которым относятся подстанции ПС-74, ПС-76, ПС-90, ПС-73, ПС-17, ПС-47, ПС-352, ПС-351, ПС-38. Детально рассмотрены нарушения в работе подстанций, результаты внутренних расследований и произведенные мероприятия по ликвидации нарушений. На некоторых из подстанций весной 2024 года были подготовлены и выполнены тестовые экспериментальные исследования. С позиции обеспечения стабильности работы всего производства в 2024 году произведены экспериментальные исследования на ключевых действующих подстанциях ПС-74 и ПС-352.
Разработана методика проведения экспериментальных исследований на действующих подстанциях промышленного предприятия, учитывающая возможности современных регистраторов и ограниченность одновременной регистрации тока на большом количестве фидеров. Определены подстанции, где зафиксировано наибольшее количество нарушений нормального режима работы, как ключевые точки для регистрации. Экспериментальным путём были опробованы различные значения времени усреднения измерений и частоты дискретизации. При производстве работ на объектах предприятия, для некоторых фидеров (например ячейка 16, ячейка 41 или ячейка 22), эксперименты повторялись с изменением временем выборки: 3 с (с регистрацией в течение 1 суток), 10 мин (с регистрацией в течение 3 суток) или 10 с (с регистрацией в течение 7 суток). Такой подход позволил дифференцировать установившиеся значения напряжения на большей частоте дискретизации, что при анализе позволит оценить степень «загрубления» результатов при регистрациях с усреднением в 10 минут. Все эксперименты согласовывались со службой эксплуатации предприятия, для проведения экспериментов при нормальной (неаварийной) схеме работы сети. При анализе формы сигнала возможно идентифицировать опасные процессы сети, которые могут привести к аварийным режимам. По результатам длительных регистраций получен большой массив данных, который подлежит анализу.
Публикации
1.
Ярошевич В.В., Карпов А.С., Губская Е.И.
Исследование параметров электроэнергии Кольской ВЭС.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Федеральный исследовательский центр «Кольский научный центр Российской
академии наук» (ФИЦ КНЦ РАН), Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 2. С. 73–82. (год публикации - 2024)
10.37614/2949-1215.2024.15.2.005
2.
Губская Е.И., Колобов В.В., Карпов А.С., Ярошевич В.В.
Компенсация реактивной мощности в сетях, питающих дуговые сталеплавильные печи
Издательство Кольского научного центра РАН (ФИЦ КНЦ РАН), Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 2. С. 83–92. (год публикации - 2024)
10.37614/2949-1215.2024.15.2.006
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчетный период проведены исследования по изучению параметров электроэнергии на предприятиях горной промышленности. Изучены технические решения, используемые в России и мире, особое внимание уделено нормам электромагнитной совместимости (ЭМС).
Собраны и проанализированы данные о нарушениях параметров электроэнергии за последние 10 лет на подстанциях крупного предприятия Мурманской области. Натурные исследования проведены на семи подстанциях, выявлены главные источники искажений и рекомендованы меры по их устранению.
Разработана методика исследования качества электроэнергии, не требующая остановки действующего оборудования. Эффективность методики подтверждена экспериментально на предприятии.
Установлены причины искажений параметров электроэнергии в сетях горнодобывающих предприятий, которые связаны с нелинейными нагрузками и особенностями структуры сетей. Полученные результаты могут быть применены для повышения надежности и качества электроснабжения предприятий.
Возможность практического использования результатов
В экономике региона результаты проекта обсуждались с ПАО "Россети" и представителями служб главного энергетика промышленных площадок Мурманской области 18 сентября 2025 на базе ЦЭС КНЦ РАН. По итогам мероприятия сформирован рабочий протокол совещания с резолюцией РЕШИЛИ: "1. В краткосрочной перспективе оперативно осуществить анализ конкретной ситуации, на основе данных, представленных ПАО «Россети Северо-Запад» и промышленными предприятиями-участниками. При нахождении явного решения, заключение (рекомендации) КНЦ РАН предоставляется партнерам. 2. В долгосрочной перспективе на проблемных участках провести мониторинг регистраторами ФИЦ КНЦ РАН для сбора информации и последующей аналитической работы".
В рамках региональной научно-практической конференции «АрктикЭнерго: устойчивое развитие энергетики Арктической зоны РФ», которая прошла в Центре физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН 17 ноября 2025 г. авторским коллективом изложены основные тезисы исследования и его перспектив для внедрения на промышленных объектах Мурманской области. Разработанный алгоритм и методика была представлена представителям промышленных предприятий Мурманской области, как инновационная технология способствующая эффективному и экологически безопасному использованию энергетических ресурсов и устойчивому Арктической зоны России. Перспективность разработки закреплена в итоговой резолюции мероприятия как рекомендация к применению на всех объектах энергетики предприятий.