Исторические хроники свидетельствуют о том, что первые гидроэлектростанции были сооружены в России в 1802 – 1806 гг. В советский период развития энергетики упор делался на особую роль единого народно-хозяйственного плана электрификации страны — ГОЭЛРО, который был утвержден 22 декабря 1920 г. Главаплана, посвященная гидроэнергетике, называлась «Электрификация и водная энергия».

К настоящему времени в России около 1/3 электорэнергии производится на гидроэлектростанциях. В связи с этим возникают вопросы повышения квалификации персонала гидроэлектростанций, что может быть обеспечено внедрением тренажеров для целенаправленного обучения персонала для работы как в штатных режимах, так и в условиях предаварийных и аварийных ситуаций, максимально приближенных к реальным. К сожалению, разработчики тренажеров в российской энергетике основное внимание уделяли созданию тренажеров для тепловых электрических станций, оставляя в тени гидроэлектростанции. В связи с этим можно предположить, что данная статья, в которой рассматривается тренажер с динамическими компьютерными мнемосхемами гидроагрегатов и электрическими схемами одной из российских гидроэлектростанций, вызовет определенный интерес у читателей журнала и потенциальных заказчиков. В статье дано описание объекта прототипа, состав тренажера, который включает в себя модель объекта и режимы работы, модель системы управления, модель системы защит, модель блокировок, модель аварийной и предупредительной сигнализации, Подробно изложено учебно-методическое обеспечение тренажерного комплекса, в том числе модели сценариев тренировок, модель вводных, контролирующая программа, протоколы и инструкции.

Представленный в статье тренажер гидроэлектростанции обладает универсальностью и в практическом применении может использоваться как в качестве средства обучения и экзаменации оперативного персонала, так и качестве средства для проведения соревнований профмастерства.

Рассматриваются особенности функционирования электросетевой компании за период ее деятельности в 2016 – 2022гг. На основании опубликованных данных, размещенных в открытой печати, произведен анализ структурных особенностей компании, а также баланса электрической энергии по ее передаче в сети и из сетей компании с учетом потерь, возникающих при транспортировке электроэнергии потребителям. Представлены характеристика генерирующих мощностей, а также количество подстанций на территории Забайкальского края и Республики Бурятия, дана их возрастная оценка. Проанализирован уровень электропотребления, а также структурный состав потребителей, получающих электрическую энергию по сетям компании. На основе размещенной информации об аварийных ситуациях проанализированы количество отказов, произошедших в сетях компании за исследуемый период, а также причины, по которым данные отказы происходили. Произведен анализ данных по продолжительности перерывов электроснабжения, величине недоотпуска электрической энергии, а также экономическому ущербу от недопоставленного объема электроэнергии. Установлено, что наибольшее количество отказов связано с износом электросетевого оборудования, который вызывает схлест проводов воздушных линий электропередачи, их обрыв, а также срыв высоковольтных изоляторов. Определено процентное соотношение основных причин отказов в электрических сетях компании. На основании использования технологий графического редактора Matlab осуществлена визуализация анализируемых зависимостей, с помощью которых произведена демонстрация изменения количества отказов, величины недоотпуска электрической энергии, а также экономического ущерба от этого недоотпуска. Представлены графические диаграммы и дан подробный анализ причин аварийных событий за первое полугодие 2022 г. Отмечены неустойчивые отказы и определена их доля в общем объеме аварийных ситуаций. Разработаны рекомендации для специалистов компании по повышению уровня надежности электроснабжения. Полученные результаты могут быть полезны как руководству и специалистам этой компании, так и научно-техническим работникам и инженерному персоналу, занимающимся исследованиями в области повышения уровня надежности и безопасности функционирования электроэнергетических систем.

Актуальной проблемой в сфере теплоэнергетики на протяжении многих лет остается надежная и экономичная эксплуатация оборудования тепловых электрических станций, систем теплоснабжения и котельных установок. Во многих отраслях промышленности зачастую используется производственный пар, для чего на теплоэнергетических предприятиях применяются паровые котлы. Вода, потребляемая котлами, обязательно проходит предварительную очистку, которая, кроме ее умягчения, включает в себя термическую деаэрацию — удаление агрессивных газов, приводящих к коррозии оборудования. Часто для этой цели используют атмосферные деаэраторы. Они просты в применении, довольно эффективны, но имеют очевидный недостаток — значительные потери теплоты с удаляемым выпаром. Выполнена оценка экономичности технологии дополнительного подогрева обратной сетевой воды с помощью выпара деаэратора и рассмотрению способа повышения эффективности атмосферной деаэрации при помощи прикрытия выпара в котельных установках. Приведен расчёт схемы работы деаэрационной установки, позволяющей повысить экономичность и эффективность котельной пивоваренного завода AB InBev Efes в г. Ульяновск за счёт дополнительного подогрева обратной сетевой воды выпаром атмосферного деаэратора. Также рассмотрена схема работы атмосферного деаэратора, при которой выпар будет отводиться в атмосферу только при необходимости удаления агрессивных газов. Благодаря разработанной схеме при работе деаэратора с закрытым трубопроводом отвода выпара и без подпитки химически очищенной водой снижается расход производственного пара, особенно при значительном возврате конденсата, что повышает экономичность все котельной в целом. По предварительным расчётам с учетом среднего показателя возврата конденсата с производства в сутки около 300 м³ экономия производственного пара составит 0,8 т.

В целом по Российской Федерации прослеживается негативная тенденция увеличения доли ветхих тепловых сетей, снижения надежности теплоснабжения, причиной чего является недофинансирование в части затрат на ремонт, включаемых в тариф на тепловую энергию. В настоящее время методика определения размера экономически обоснованных затрат на ремонт в законодательстве о тарифном регулировании в теплоснабжении отсутствует. В случае занижения затрат на ремонт в тарифе от объективно необходимой величины возникает проблема выполнения ремонта теплоэнергетического хозяйства в ненадлежащем объеме, что приводит к критическому снижению надежности теплоснабжения. При завышении затрат на ремонт необоснованно растет тариф на тепловую энергию или при достижении предельного индекса роста платы граждан также необоснованно снижаются прочие статьи расходов теплоснабжающих организаций. Оценка обоснованности включения затрат на ремонт в тарифы на тепловую энергию выполнена на примере нескольких теплоснабжающих организаций на основании данных схем теплоснабжения и Федеральной государственной информационной системы "Единая информационно-аналитическая система "Федеральный орган регулирования — Региональные органы регулирования — Субъекты регулирования". Фактическое распределение затрат на ремонт разных теплоснабжающих организаций не зависит от состава и количества оборудования, не обосновывается методически. Расчет необходимого объема затрат на ремонт является многофакторным, но в основе его составляющих — установленная мощность, количество теплоэнергетического оборудования, протяженность тепловых сетей. В связи с изложенным требуется разработка методики определения необходимого объема затрат на ремонт, включаемого в тариф на тепловую энергию.

Трансформаторы являются ответственными элементами электрических сетей и систем. Эксплуатационная надежность маслонаполненных трансформаторов в значительной степени зависит от характеристик изоляции, что подтверждает статистика отказов. Определен ряд факторов, влияющих на изоляцию электрических машин, среди которых избыточная влага, изложены ее негативные последствия. Обозначены сложность и недостатки применения традиционных технологий сушки твердой изоляции, которые ориентируют на поиск и внедрение в систему технического обслуживания и ремонтов трансформаторов новейших технологий — автоматизированных систем восстановления изоляции (АСВИ).

С учетом развития технического прогресса в области сервисного обслуживания трансформаторов, негативного влияния влаги на надежность, долговечность и перегрузочную способность электрических машин, в особенности со сверхнормативным сроком эксплуатации, предложен новый взгляд на критерии влажности целлюлозной изоляции. Выполнен обзор нормативных требований влагосодержания изоляции маслонаполненных трансформаторов ряда российских и зарубежных стандартов. На основе равновесных кривых Ооммена представлены недостатки сопоставимости критериев влажности твердой и жидкой изоляции в СТО 34.01–23.1–001–2017 и РД 34.45–51.300–97. Предложено выделить несколько областей эксплуатационного состояния трансформаторов по показателю «влагосодержание твердой изоляции (бумаги)». Определен оптимальный период применения АСВИ.

Технология АСВИ представлена модулем TRANSEC, позволяющим проводить работы под нагрузкой без негативного влияния на предиктивную диагностику. Изложены его конструктивные особенности, принцип работы, функциональные и конструктивные отличия от штатных узлов трансформаторов — термосифонных/адсорбционных фильтров. Представлены результаты натурных испытаний технологии TRANSEC в действующей электроустановке, находящейся в обслуживании ПАО «Россети». За шесть месяцев опытных испытаний модуля TRANSEC продемонстрировано восстановление изоляционных характеристик на работающем оборудовании без дополнительного привлечения персонала. В ходе натурных испытаний TRANSEC подтверждено влияние температуры масла на информативность оценки параметров твердой изоляции. Сформированы предложения по доработке отраслевой документации в установленной части.

Рассмотрены механизмы воздействия устройств искажения показателей качества электрической энергии на основные электротехнические процессы в системе электроснабжения здания. Существующие методы компенсации гармонических колебаний тока и напряжения относятся в основном к схемным, техническим и организационным решениям. Современные технические решения подразумевают дополнение электроустановок здания сложными устройствами, имеющими в своём составе полупроводниковые преобразователи. Помимо выполнения основной функции данные устройства являются источниками дополнительной эмиссии искажений тока и напряжения. Применение данных технологий способствует увеличению индекса эффективности и приводит к снижению индекса надёжности электроустановки. Для определения результирующего индекса технического состояния использован существующий подход, основанный на трёх группах показателей: эффективности, эксплуатационной надёжности, экологичности исследуемой установки.

На примере произведённых экспериментов произведена оценка изменения индекса технического состояния при включении устройства искажения показателей качества электрической энергии. Собраны массивы данных по изменению показателей качества электрической энергии, измеренных с помощью анализаторов. Рассчитано изменение значения показателя эксплуатационной надёжности. При подключении генератора помех к кабелю перед нагрузкой расчётная вероятность безотказной работы системы увеличивается на 2,86%. Одновременно для рассматриваемой схемы увеличивается суммарный коэффициент гармонических искажений не менее чем на 13%. Результаты показывают, что процесс модернизации системы электроснабжения зданий, объединённый с использованием сложной полупроводниковой техники, может негативно сказываться на индексе технического состояния (ИТС) системы. Показана неудовлетворительная точность метода определения значения ИТС на основании среднеарифметического подхода к осреднению индексов эффективности, эксплуатационной надёжности, экологичности. Предложены диапазоны корректирующих коэффициентов.

Увеличение мощности и усложнение конструкции турбомашин сопровождается повышением требований к их надежности. Повышение ресурса турбомашин также является одной из основных задач улучшения качества. Поскольку рабочая лопатка является высоконагруженным элементом любой турбомашины, то к ней предъявляются высокие эксплуатационные требования, выраженные в надежности и долговечности данного элемента. На эксплуатационные качества рабочей лопатки сказывается большое количество факторов, одним из которых является ее закрутка. Цель текущего исследования заключается в определении влияния закрутки лопатки газовой турбины, закрученной по закону потенциального вихря.

Представлены результаты исследования влияния закона закрутки на напряженно-деформированное состояние лопатки последней ступени осевой газовой турбины, закрученной по закону потенциального вихря. Для это с помощью внутренних пакетов Ansys, СFX и Static Structural был произведен междисциплинарный сопряженный анализ решений задач вычислительной газодинамики и статической прочности. При анализе задачи статической прочности были рассмотрены растягивающие напряжения, возникающие в поле центробежных сил, изгибающие напряжения (в разных плоскостях — от разности давлений на входе и выходе и от разности давлений на вогнутой и выпуклой поверхностях лопатки), напряжения кручения, а также температурные напряжения.

Оценка полученных результатов в совокупности с анализом ранее выведенных аналитических зависимостей позволили установить влияние закрутки лопаток на напряженно-деформированное состояние. Фактор возникновения напряжений и деформаций кручения должен учитываться при проектировании закрученных лопаток и их последующей газодинамической и прочностной оценки.

Проанализированы эффекты массового внедрения энергосберегающего освещения на допустимый уровень загрузки питающего трансформатора, влияние несинусоидальности напряжения и тока на износ трансформатора. Искажения синусоидальной формы напряжений и токов приводят к возникновению дополнительных потерь мощности в трансформаторе. Они вызывают нагрев изоляции и обмоток трансформатора, увеличенные потери и ускоренный износ. Высшие гармонические составляющие напряжения и тока в сети напряжением 0,4 кВ вызваны наличием различных энергосберегающих ламп освещения с нелинейной вольт-амперной характеристикой, к которым относятся компактные люминесцентные и светодиодные источники света. В результате трансформатор, предназначенный для работы на частоте 50 Гц, испытывает дополнительное неблагоприятное воздействие в виде потерь мощности и ускоренного износа электрической изоляции, что приводит не только к ухудшению его технических и экономических эксплуатационных характеристик, но и к существенному снижению надежности, связанных с влиянием высших гармонических составляющих напряжения и тока на отказ оборудования. Показано, что отсутствие схем коррекции коэффициента мощности маломощных компактных люминесцентных и светодиодных ламп обуславливает рост несинусоидальности напряжения и тока по мере их распространения, что в свою очередь вызывает необходимость корректировки предельной нагрузки трансформаторов для обеспечения их номинального теплового режима. Одним из путей поддержания эксплуатационной надежности в таких условиях является ограничение нагрузки трансформатора в зависимости от уровня высших гармоник в сети, а также прогнозирование остаточного ресурса работающего трансформатора. Измерение значений текущих нагрузки трансформатора и уровней высших гармонических составляющих напряжения и тока позволит не только рассчитывать допустимый по условию износа изоляции коэффициент загрузки трансформатора, но и производить оценку текущего остаточного ресурса трансформаторного оборудования с применением нейросетевой модели.

Важную роль в удовлетворении высокого качества жизни населения и современной промышленности играет надежность электроснабжения и обеспечение бесперебойной доставки электричества. В результате большого количества аварийных отказов элементов, обусловленных внешними факторами, информация о техническом состоянии элементов в режиме реального времени не используется диспетчерскими центрами. Данные условия вызывают затруднения при оценке надежности линий электропередачи и своевременного устранения развивающихся дефектов, влекущих за собой большие потери при передаче, а также являющихся причиной обрывов проводов и их разрушения.

При рассмотрении для оценки поверхности проводов линий электропередач цифровой фотографии или иного растрового изображения известно, что оно представляет собой массив чисел, зафиксированных сенсорами уровней яркости, в двумерной плоскости. Поскольку с математической точки зрения тонкая линза выполняет преобразование Фурье изображений размещенных в фокальных плоскостях, можно создать алгоритмы обработки изображений, являющихся аналогами обработки изображений классической оптической системой. Предложен алгоритм автоматической обработки растровой электронной микроскопии изображений, направленный на выявление и описание поверхностных дефектов проводов линий электропередач, реализованный на языке программирования Python. В рамках алгоритма предлагается использовать процедуру преобразования Фурье для устранения градиента яркости изображения и подавления высокочастотного шума на изображении путем применения двумерного полосового фильтра. Определены необходимость и параметры нормализации динамического диапазона отфильтрованного изображения. Определены параметры бинаризации нормализованного изображения. Предложена количественная оценка степени дефектности исследуемой поверхности проволоки. Предложена количественная оценка степени вытянутости дефектов на поверхности исследуемой проволоки.

Энергетика — базовая отрасль, влияющая на состояние всей экономики. Вместе с тем она является одним из основных потребителей первичных энергетических ресурсов и оказывает заметное влияние на окружающую среду. Повышение энергетической и экологической эффективности систем подготовки газа и очистки атмосферных выбросов для надежного и экологически безопасного функционирования энергетических систем городов является актуальной проблемой. Проведено теоретическое определение эффективности очистки газового топлива для городских энергоисточников в циклоне-фильтре с использованием относительного числа Рейнольдса Re_r , которые были валидированы на данных по серийным циклонам, выпускаемым в настоящее время и широко используемым в РФ. Также на основе методов Computational Fluid Dynamics (CFD) выполнены численные исследования движения потока и экспериментальные исследования характеристик скоростей и давлений в нем. Для описания процесса сепарации использована система из осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса. Выполнены стендовые испытания циклона-фильтра, конструкция которого была разработана на базе серийного циклона ЦН-11 диаметром 200 мм. Результаты теоретических, численных и экспериментальных исследований показали возможность и целесообразность усовершенствования циклона путем установки в нём тканевого фильтра, что позволяет уменьшить диаметр отсекания (частиц, улавливаемых на 50%) со средних для стандартных циклонов значений 10 мкм до 0,4 мкм, т. е. обеспечивая улавливание мелкодисперсных частиц класса РМ₁₀ , РМ_2,5 , при одновременном повышении с минимальными энергозатратами эффективности очистки до 99,89%. Таким образом, циклон-фильтр может быть использован в качестве второй (окончательной) ступени очистки.

Рассмотрена реконструкция осевых гидротурбин путем установки пропеллерных рабочих колес с переменной частотой вращения. На основе суточных ведомостей со сведениями о напоре, мощности и высоте отсасывания гидроагрегатов Нижне-Свирской ГЭС построены топограммы режимных условий оборудования. Для определения закономерности использования мощности агрегата в энергосистеме полученные топограммы переформатированы в гистограммы относительной продолжительности нормированной мощности. На основе полученных гистограмм обоснована возможность установки пропеллерных рабочих колес при реконструкции гидроэлектростанции. Найдены наиболее опасные для кавитации режимные условия работы гидроагрегата. Установлено предельно допустимое значение кавитационного коэффициента турбины для нового рабочего колеса. Изложены методики и произведен выбор из нескольких углов установки лопастей рабочего колеса на основе анализа максимального уровня КПД, развиваемой приведенной мощности и кавитационного коэффициента турбины. На основе эмпирических зависимостей в первом приближении учтены потери по элементам проточной части от несоответствия проточных частей старой и реконструируемой гидротурбины. С учетом особенностей пропеллерного рабочего колеса и потерь по элементам проточной части построена прогнозная универсальная характеристика гидротурбины с замененным рабочим колесом. На ее основе построена эксплуатационная характеристика реконструированной гидротурбины с учетом ее работы с переменной частотой вращения. На характеристике выделены основные зоны работы гидроагрегата. Одновременно с достижением более высокой мощности, чем у поворотно-лопастной гидротурбины, расширен регулировочный диапазон турбин по сравнению с традиционными пропеллерными машинами, работающими с постоянной частотой вращения.