Козырева А.А.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВСТРОЕННОГО В ПРОВОД ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ *
Аннотация:
в работе проведен анализ экономических аспектов применения встроенных датчиков контроля температуры, для улучшенного контроля нагрузочной способности линии и работы противоаварийной автоматики. Рассмотрены компоненты для разработки пилотного проекта, указаны возможные риски и способы их минимизации.
Ключевые слова:
температурный контроль, мониторинг, экономический эффект, противоаварийная автоматика
В условиях поступательного развития всех сфер электроэнергетики России, на первый план выходит разработка новых инженерных решений, призванных повысить качество и надежность выработки и передачи электроэнергии. Одним из перспективных направлений разработки является увеличение пропускной способности воздушных линий за счет применения «прямого» температурного мониторинга. Анализ статистики аварийности на промежутке 15 лет показывает, что доля отказов оборудования воздушных линий составляет 46% по отношению к силовому электротехническому оборудованию, при чем количество аварийных ситуаций, возникших вследствие влияния ветра и температуры - около 25% [1]. Традиционные способы контроля температуры проводов, основанные на расчетных моделях и внешних датчиках, зачастую не обеспечивают необходимой точности, что приводит к неоптимальному использованию ресурсов сети, ложным срабатываниям защит и как следствие - аварийным отключениям/несрабатываниям систем противоаварийной автоматики.Переход к использованию встроенных в повод датчиков температуры позволяет заменить метод косвенных оценок на точный мониторинг теплового состояния в режиме реального времени. Однако применение таких технологий требует не только технической, но и экономической обоснованности. В данной статье проводится комплексный анализ экономической эффективности использования встроенных датчиков, включая оценку капитальных и эксплуатационных затрат, потенциальной экономии от снижения аварийности, оптимизации нагрузки и увеличения срока службы оборудования.Особое внимание уделяется сравнению различных типов датчиков (беспроводных, оптоволоконных, RFID) и их адаптации к условиям российской энергосистемы. Результаты исследования позволят определить оптимальные решения для модернизации существующих и проектирования новых воздушных линий электропередач, найти баланс между стоимостью внедрения и запланированным экономическим эффектом.Для определения планируемого экономического эффекта необходимо углубиться в ущерб, наносимый электросетевым компаниям при некорректном расчете температурного состояния линии общепринятыми методиками. Основными источниками экономии в рамках предлагаемого решения являются:- снижение аварийности,- оптимизация пропускной способности линии,- снижение потерь электроэнергии, появляющихся из-за перегрева проводов,- рост срока службы оборудования ВЛ.Без мониторинга загрузка линии ограничена запасом на случай перегрева, поэтому линия определённое время эксплуатации работает в режиме загрузки на 70-80%. При условии наличия точного мониторинга теплового состояния становится возможным безопасное увеличение нагрузки до 85-90%. Для ВЛ классом напряжения 110-220 кВ – это дополнительная передаваемая мощность в размере P = 10-22 МВт. При тарифе T = 2279,52 руб./МВт∙ч (согласно Приказа ФАС России от 25.12.2020 № 1273/20 [2]), рассчитаем средний экономический эффект:Э= Pср∙T=16∙2279,52=36472,32 руб.Кроме того, точный контроль позволяет снизить потери на нагрев проводов на 1-3%, что обуславливает дополнительный экономический эффект в размере 1-3 МВт∙ч /сутки на 100 км ВЛ:Э= 3∙2279,52=6838,56 руб/100км.Также можно учесть увеличение срока службы проводов за счет замедления старения при перегреве. Экономический эффект в данном аспекте будет более выраженным для старых линий, а также для нагруженных ВЛ в южных регионах с жарким климатом. В среднем, при комплексном внедрении мониторинговых систем оборудования линий, величина ожидаемого экономического эффекта может составлять 0.5–1.5 млн. руб. ежегодной экономии на 100 км ВЛ (без учета других выгод от мониторинга).Для определения стоимости разработки и внедрения устройства встроенного температурного мониторинга воздушной линии рассматривается применение температурного датчика DS18B20, с использованием микропроцессорной платы Arduino Arduino Uno R3. Затраты на оборудование для одного узла приведены в таблице 1.Таблица 1. Затраты на оборудование.Рекомендуемый шаг установки: 1 датчик на 1 км линии, для критически важных линий, а также в регионах с горным рельефом - чаще.Таким образом, затраты на оборудование на 100 км линии составляют примерно 240 000 рублей. К дополнительным расходам можно отнести разработку и тестирование ПО для сбора данных – порядка 150 000 рублей, затраты на интеграцию датчиков в провод на заводе - +10% к стоимости узла.Предлагаемая система на базе Arduino и DS18B20 позволяет внедрить температурный мониторинг на ВЛ 100 км за 414–490 тыс. руб., что значительно дешевле промышленных решений, таких как использование оптоволоконной системы. Однако для повышения надежности может возникнуть необходимость применения промышленных контроллеров вместо Arduino, что увеличит стоимость в 2-3 раза. Указанное оборудование подходит для создания тестового проекта или лабораторного стенда для испытаний. С учетом требований к надежности, скорректируем стоимость оборудования (на базе промышленных контроллеров (например, MAX31855 + радиомодуль LoRa) + применение защитных корпусов, установка резервных узлов) до 1 100 000 рублей. Точка окупаемости при указанных данных достигается между 2 и 3 годом, что свидетельствует о перспективности разработок в данном направлении. При затратах 1.5 млн. руб. и экономии 400 000 руб./год – срок увеличится до 3.75 года. Для уточнения расчета необходимы данные по конкретной линии: тарифы, частота аварий и стоимость ремонта.Внедрение предложенной системы мониторинга позволит не только повысить экономическую эффективность эксплуатации ВЛ, но и значительно улучшить надежность энергоснабжения, снизив риски аварийных отключений. Дальнейшие исследования могут быть направлены на оптимизацию алгоритмов обработки данных и интеграцию с цифровыми платформами управления сетями. Также к перспективам развития можно отнести комбинирование температурного мониторинга с системами AI для прогнозирования перегрузок. Для пилотных проектов целесообразно использовать бюджетные решения (Arduino + DS18B20) с поэтапным переходом на промышленные компоненты. Критически важные линии рекомендуется оснащать оптоволоконными системами (DTS) из-за их высокой надежности и точности [3].
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Козырева А.А. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВСТРОЕННОГО В ПРОВОД ВОЗДУШНОЙ ЛИНИИ ДАТЧИКА ТЕМПЕРАТУРЫ // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 2112 - 2117. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23537 (дата обращения: 12.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+