Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов бесконтактного измерения мощности в высоковольтных линиях электропередач переменного тока

Номер контракта: 14.578.21.0041

Руководитель: Бакунов Михаил Иванович

Должность руководителя: Заведующий кафедрой общей физики ГОУ ВПО «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Докладчик: Агудов Николай Викторович, старший научный сотрудник

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
оптический датчик тока, оптический датчик напряжения, пояс роговского, эффект поккельса, обратный пьезоэффект, волоконно-оптическая низкокогерентная интерферометрия, оптоволокно

Цель проекта:
Разработка методов дистанционного бесконтактного измерения мощности в высоковольтных линиях электропередачи (ЛЭП), ориентированных на промышленное применение в высоковольтных ЛЭП переменного тока, и создание бесконтактного измерителя мощности с применением программно-аппаратных методов коррекции погрешностей измерения мощности.

Основные планируемые результаты проекта:
- Блок-схема бесконтактного измерителя мощности.
- Результаты математического моделирования основных узлов бесконтактного измерителя мощности в однофазной и трехфазной сетях (модуль измерения тока, модуль измерения напряжения, датчики температуры).
- Результаты математического моделирования бесконтактного измерителя мощности в однофазной и трехфазной сетях.
- Описание метода дистанционного бесконтактного измерения мощности в высоковольтных линиях электропередач.
- Экспериментальный стенд для исследования метрологических параметров экспериментальных образцов бесконтактного измерителя мощности.
- Основные узлы экспериментального образца бесконтактного измерителя мощности (модули измерения тока, модули измерения напряжения, датчики температуры).
- Результаты экспериментальных исследований физических характеристик основных узлов бесконтактного измерителя мощности (модули измерения тока, модули измерения напряжения, датчики температуры) в однофазной и трехфазной сетях.
- Экспериментальные образцы бесконтактного измерителя мощности.
- Результаты испытаний метрологических параметров экспериментальных образцов бесконтактного измерителя мощности в однофазной и трехфазной сетях.
- Предложения по внедрению экспериментальных образцов бесконтактного измерителя мощности в действующие сети промышленных объектов.
- Метод дистанционного бесконтактного измерения мощности в высоковольтных линиях электропередач, ориентированный на промышленное применение.
- Технико-экономическое обоснование производства бесконтактного измерителя мощности.
- Проект технического задания на проведение ОКР по теме: "Разработка и создание опытного образца бесконтактного измерителя мощности в высоковольтных линиях электропередач переменного тока".

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемый метод бесконтактного измерения мощности в воздушных высоковольтных линиях электропередач должен обеспечивать возможность создания на его основе технологии дистанционного измерения мощности в произвольной точке ЛЭП с помощью автономных многофункциональных измерительных устройств с применением оптических датчиков.
Метрологические характеристики разрабатываемого метода бесконтактного измерения мощности должны обеспечивать точность, достаточную для промышленного применения автономных многофункциональных измерителей мощности, созданных на его основе.

В результате проведения ПНИ должен быть разработан метод бесконтактного измерения мощности в воздушных высоковольтных ЛЭП, обеспечивающий следующие параметры:
Диапазон измеряемого напряжения: от 6 до 220 кВ.
Диапазон измеряемого тока: от 25 до 1200А.
Привязка измеряемых величин к единой шкале времени (UTC) с точностью не менее 1 мс.
Диапазон измеряемых температур: от минус 50°C до плюс 85°С.

В основу разрабатываемого метода измерения потребляемой мощности в высоковольтных линиях электропередач положен принцип независимого измерения мгновенных значений тока I(t) и напряжения V(t) в электрической линии с последующим вычислением по измеренным данным мгновенной текущей мощности P(t) = I(t)V(t) с последующим её усреднением по временному интервалу Т.

Бесконтактность разрабатываемых методов измерения напряжения и тока (а значит, и мощности) означает отсутствие гальванической связи между линией электропередач и измерительной аппаратурой. Отсутствие гальванической связи между высоковольтной и низковольтной частями измерителя полностью устраняет потенциальную уязвимость чувствительных электронных цепей по отношению к перегрузкам в высоковольтной части устройства и, тем самым, значительно увеличивает надежность, долговечность, устойчивость к перегрузкам и пожаробезопасность.
Дистанционность разрабатываемых методов измерения означает, что оператор и средства обработки данных удалены от датчиков напряжения и тока. Дистанционность измерений, гальваноразвязка и электромагнитная совместимость в оптических датчиках достигаются за счет применения оптических волокон, позволяющих размещать регистрирующую электронику на значительном удалении от чувствительной головки датчика.
Новизна разрабатываемого метода измерения мощности состоит, во-первых, в разработке принципиально нового оптического метода измерения напряжения и, во-вторых, в разработке принципов комбинированного применения двух методов измерения – нового оптического метода измерения напряжения с известным методом измерения тока с помощью пояса Роговского. Предлагаемый нами метод измерения напряжения заключается в применении электрооптического метода измерения в совокупности с использованием кристаллического кварца в качестве чувствительного элемента. Вся измерительная схема является полностью оптической, что является существенным преимуществом по сравнению с электронными измерителями напряжения, т.к. выполняется полная гальваническая изоляция электронного блока обработки и высоковольтной части датчика напряжения. Следует подчеркнуть, что на данный момент в мире не существует коммерческих образцов оптических датчиков напряжения.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Создание бесконтактного измерителя мощности обеспечит возможность вывода на рынок научно-технической продукции на основе технологий мирового уровня, увеличение экспортного потенциала и замещение импорта традиционных средств измерения тока и напряжения в высоковольтных сетях, создание возможности перехода к интеллектуальным электрическим сетям (SMART GRID). Разрабатываемые средства измерения относятся к интегрированным цифровым системам измерения и являются ключевыми компонентами цифровых подстанций, которые в свою очередь являются основными элементами Интеллектуальной Энергетической Системы. Построение цифровых подстанций - одно из ключевых направлений развития Единой национальной электрической сети, что закреплено в Стратегии развития Единой национальной электрической сети ОАО «Россети». Потребность в цифровых средствах измерения для электросетей, в том числе, основанных на оптических
измерительных технологиях, будет с высокой вероятностью расти как в России, так и за рубежом благодаря выраженной тенденции к формированию активно-адаптивных сетей построенных по принципу SMART GRID, для уменьшения потерь при передаче и распределении электроэнергии, оптимизации ее потребления, улучшения качества электроэнергии, увеличения надежности и безопасности энергоснабжения.

Результаты проекта будут коммерциализироваться индустриальным партнером проекта – ООО «Интеллектуальные системы НН». Результаты проекта дадут возможность организовать мало-серийное производство востребованных рынком недорогих бесконтактных измерителей мощности, основой которых станут оптические датчики нового поколения. В дальнейшем производство может быть организовано и на других предприятиях электротехнического сектора по имеющейся технической документации.

Текущие результаты проекта:
- Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
- Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96 бесконтактных методов измерения силы тока, напряжения, температуры за период 2000-2014 гг.
- Разработана блок-схемы бесконтактного измерителя мощности
- Разработан и изготовлен экспериментальный стенд для исследования метрологических параметров экспериментальных образцов бесконтактного измерителя мощности.
- Разработаны математические модели и проведено математическое моделирование основных узлов бесконтактного измерителя мощности (модуль измерения тока, модуль измерения напряжения, датчики температуры).
- Разработаны математические модели и проведено математическое моделирование бесконтактного измерителя мощности.
- Разработан метод дистанционного бесконтактного измерения мощности в высоковольтных линиях электропередач
- Разработаны методики экспериментальных исследований физических характеристик основных узлов экспериментального образца бесконтактного измерителя мощности.
- Выполнены работы по обоснованию, выбору и приобретению материалов, комплектующих и контрольно-измерительного оборудования для изготовления основных узлов экспериментального образца бесконтактного измерителя мощности.
- Разработаны схемотехнические решения электронного блока обработки измеряемой информации экспериментального образца бесконтактного измерителя мощности.
- Изготовлены основные узлы бесконтактного измерителя мощности (модуль измерения тока, модуль измерения напряжения, датчики температуры)
- Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальные образцы бесконтактного измерителя мощности.