Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2016, № 12. Часть 3

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
 
16+ 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 12 
 
 
Часть 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2016 

УДК 621.86/87                                                                             ISSN 2071-6168 
 
 
Известия Тульского государственного университета. Технические науки.  
Вып. 12. Ч. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 221 с.
 
Рассматриваются научно-технические проблемы в области развития региональной электроэнергетики, методов и средств повышения эффективности функционирования электроэнергетических и электротехнических систем и оборудования, надежности и диагностирования их технического состояния, подготовки и переподготовки 
инженерных и научных кадров. 
Настоящий сборник составлен по результатам и докладам конференций: XIV 
Московского международного энергетического форума «ТЭК России XXI века», международных научно-технических конференций «Энергоэффективность-2016» и «Энергосбережение-2016». 
Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, 
студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике технических наук. 
 
Редакционный совет 
 
М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, 
В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, 
И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, М.А. БЕРЕСТНЕВ, В.Н. ЕГОРОВ, 
О.Н. ПОНАМОРЕВА, Н.М. КАЧУРИН, В.М. ПЕТРОВИЧЕВ 
 
 
Редакционная коллегия 
 
О.И. Борискин (отв. редактор), С.Н. Ларин (зам. отв. редактора), 
Б.С. 
Яковлев 
(отв. 
секретарь), 
И.Л. 
Волчкевич, 
Р.А. 
Ковалев,  
М.Г. Кристаль, А.Д. Маляренко (Республика Беларусь), А.А. Сычугов,  
Б.С. Баласанян (Республика Армения), А.Н. Чуков  
 
 
Подписной индекс 27851 
по Объединённому каталогу «Пресса России» 
 

Сборник 
зарегистрирован 
в 
Федеральной 
службе по надзору в сфере связи, информационных 
технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).  
ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г.  
«Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих 
научных 
журналов 
и 
изданий, 
выпускаемых 
в 
Российской Федерации, в которых должны быть 
опубликованы научные результаты диссертаций на 
соискание учёной степени доктора наук 
 
 
© Авторы научных статей, 2016 
© Издательство ТулГУ, 2016 

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ 
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА 
(к 30-летию руководства кафедрой) 
 

Заведующий кафедрой  
«Электроэнергетика»,  
доктор технических наук,  
профессор, директор  
Учебно-технического центра  
«Энергоэффективность»  
Владимир Михайлович Степанов  

 
Доктор технических наук Степанов Владимир Михайлович С 26 
ноября 1986 года возглавлял кафедру «Гидравлические машины и автоматизация производственных процессов», затем кафедры «Электромеханическое оборудование», «Энергетические и санитарно-технические системы и 
оборудование» и с 2009 года – кафедру «Электроэнергетика». 
Заведующий кафедрой Степанов Владимир Михайлович – академик 
Академии электротехнических наук РФ и Муниципальной Академии РФ, 
член экспертных Советов ВАК России, научно-методических Советов 
УМО по энергетическим и электротехническим специальностям, координационного Совета Минобрнауки РФ по программе «Энергосбережение», 
Общественного совета при губернаторе Тульской области и Региональной 
энергетической комиссии при Администрации Тульской области, почетный работник высшего профессионального образования РФ, заслуженный 
работник высшей школы РФ, почетный гражданин города Богородицка и 
Богородицкого района Тульской области. Награжден медалью Министерства внутренних дел РФ «200 лет МВД России», медалью «К 100-летию 
М.А. Шолохова», медалью «Высшее общественное признание РФ», лауреат Государственной премии Правительства РФ в области науки и техники. 
Автор 386 научных трудов, в том числе 35 монографий, 26 учебных посо

бий, 52 авторских свидетельства и патентов на изобретения. Научный консультант и руководитель 4 докторских и 65 кандидатских диссертаций. 
Входит в состав докторских и кандидатских специализированных советов 
по защите диссертационных работ, в редакционную коллегию сборника 
научных трудов «Вести высших учебных заведений Черноземья».  
Научное направление кафедры – оптимизация, надежность и диагностирование технического состояния энергоэффективных электроэнергетических систем и оборудования. Результатом научных исследований данного направления является разработанная и реализованная в университете 
пятиуровневая концепция подготовки и переподготовки кадров и повышения квалификации по энергоэффективности и энергосбережению. 
Создан и динамично развивается научно-исследовательский коллектив, занимающийся фундаментальными и прикладными исследованиями в области электроэнергетики и гидравлических машин и гидропневмоагрегатов, в рамках которых моделируются и анализируются сложные 
электроэнергетические, гидродинамические и электрогидродинамические 
процессы для принятия энергоэффективных решений. В коллективе, объединяющем несколько поколений научно-педагогических работников и 
представителей энергетических и промышленных предприятий, жилищнокоммунального хозяйства г. Тулы и Тульской области, проходят апробацию научно-технические решения, ставятся и реализуются сложнейшие 
энергоэффективные задачи, имеющие прикладное значение, осуществляется целенаправленная подготовка кадров высшей квалификации для ТулГУ, 
предприятий и организаций региона и Центрального федерального округа 
в области энергетики.  
Кафедра участвует в выполнении программы «Энергосбережение в 
Минобразовании России», где ТулГУ является головным в Центральном 
регионе России. Организована демонстрационная зона по энергосбережению для образовательных учреждений Центрального региона России, являющаяся научно-производственной и учебной базой для подготовки, переподготовки и повышения квалификации инженерно-технических работников на основе многопрофильной подготовки специалистов. При демонстрационной зоне по энергосбережению организован Учебно-технический 
центр «Энергоэффективность», учебные модули которого используются в 
учебном процессе. 
Кафедра участвует в выполнении программы «Научное, научнотехническое, материально-техническое и информационное обеспечение 
системы образования». На базе кафедры ежегодно проходят международные, всероссийские и региональные конференции, проводятся тендеры для 
выбора энергоэффективных технологий, систем и оборудования для жилищно-коммунального хозяйства, предприятий и организаций Тульской 
области. 

Кафедра приближает учебный процесс к производству за счет использования материальной базы ПКФ «Автоматика» для проведения лабораторно-практических занятий по специальным дисциплинам и практик в 
филиале ОАО «Тулэнерго» «МРСК Центра и Приволжья», ОАО «Тульские 
городские электрические сети» и на производственных объектах «Квадра», 
с которыми кафедра имеет учебно-научные и практическое соглашения.  
Для обеспечения прохождения практик на рабочих местах, работ по 
реконструкции электроэнергетических систем в отряде «Электроэнергетик» в составе филиалов ОАО «Гидроэлектромонтаж» и более быстрой 
адаптации в условиях производства кафедра предоставляет дополнительные образовательные услуги студентам для получения группы по электробезопасности при эксплуатации электрооборудования до 1000 В и выше 
(студенты кафедры участвовали в реконструкции Бескудниковской подстанции г. Москвы, которая является самой современной в РФ). 
В 2014 – 2015 г. были сформированы два студенческих строительных отряда «Энергетик-1» и «Энергетик-2» на базе филиала «Тулэнерго» 
ОАО «МРСК Центра и Приволжья» – «Российские электрические сети» 
(рисунок). 
 

 
 
Участники строительного отряда "Энергетик-1" 
 
Студенты строительных отрядов совмещают прохождение  производственных практик и участвуют в монтаже и наладке электроэнергетического  оборудования по профилю своей специальности «Электроснабжение» (по отраслям). Кафедра развивает и будет развивать традиции студенческих строительных отрядов.  
Кафедра 
«Электроэнергетика» 
реализует 
свою 
научнопедагогическую деятельность под девизом «Наука – образование – производство». 
 
Коллеги 

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ 
ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ 
 
 
 
 
УДК 620.92 
 
ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ 
РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ 
 
М.В. Грязев, В.М. Степанов 
 
Рассмотрены принципы формирования эффективной региональной электроэнергетики, пути решения, направленные на повышение эффективности её функционирования в субъектах России, вопросы, связанные с расчётом и анализом режимов 
региональной электроэнергетической системы с целью прогноза потребления электроэнергии и мощности Единой энергетической системы России. 
Ключевые слова: эффективная региональная электроэнергетика, Единая энергетическая система, скоординированность развития, модернизация, прогнозирование 
электропотребления, энергорайоны. 
 
Основные принципы развития эффективной региональной электроэнергетики должны базироваться на развитии сетевой инфраструктуры и 
генерирующих мощностей, обеспечении удовлетворения долгосрочного и 
среднесрочного спроса на электрическую энергию и мощность, формировании стабильных и благоприятных условий для привлечения инвестиций 
в строительство объектов электроэнергетики [1, 2]. 
Основные принципы развития эффективной региональной электроэнергетики должны учитывать следующие особенности её формирования: 
− обеспечение надёжного функционирования электроэнергетических систем субъектов России в составе Единой энергетической системы в 
долгосрочной перспективе; 
− достижение требуемого баланса между производством и потреблением электроэнергии в энергосистеме, включая предотвращение возникновения локальных дефицитов производства электрической энергии и 
мощности и ограничения пропускной способности электрических сетей; 
− эффективное планирование строительства и ввода в эксплуатацию объектов сетевой инфраструктуры и генерирующих мощностей; 

Методы и средства повышения эффективности функционирования ... 

 

 
7

− информационное обеспечение для эффективной деятельности органов государственной власти при формировании государственной политики для прогнозирования эффективного развития электроэнергетики и организации коммерческой и технологической инфраструктуры отрасли, 
субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии, инвесторов; 
− скоординированные планы развития топливно-энергетического 
комплекса, транспортной инфраструктуры, программ (схем) территориального планирования, схем и программ перспективного развития электроэнергетики. 
Основными принципами формирования эффективной региональной 
электроэнергетики должны быть: 
− формирование эффективных экономических решений, основанных на оптимизации режимов работы энергосистемы; 
− применение новых технологических и конструктивных решений 
при формировании долгосрочных схем и программ перспективного развития электроэнергетики; 
− скоординированность развития эффективной региональной энергетики и инновационных программ субъектов электроэнергетики; 
− скоординированное эффективное развитие магистральной и распределительной сетевой инфраструктуры; 
− скоординированное эффективное развитие сетевой инфраструктуры и генерирующих мощностей; 
− публичность и открытость государственных инвестиционных 
стратегий и решений в области развития эффективной энергетики субъектов России. 
Формирование развития эффективной региональной электроэнергетики должно осуществляться на основании: 
− схем и программ развития Единой энергетической системы России; 
− прогноза спроса на электрическую энергию и мощность как объектов, так и основных крупных узлов нагрузки, распределенных на территории субъектов Российской Федерации; 
− ежегодного отчета о функционировании Единой энергетической 
системы России и данных мониторинга для исполнения эффективных схем 
и программ перспективного развития электроэнергетики; 
− информации о заявках на технологическое присоединение энергопринимающих устройств потребителей; 
− предложений Единой энергетической системы России по эффективному развитию и формированию  распределительных сетей и размещению объектов электроэнергетики, полученных на основе результатов использования перспективной расчётной модели эффективной энергосисте

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 3 

 

 
8

мы субъектов, а также предложений сетевых организаций и органов их исполнительной власти по эффективному развитию электрических сетей и 
объектов генерации; 
− отчетной динамики потребления электроэнергии и изменения 
максимума нагрузки и основных показателей энерго- и электроэффективности субъектов Российской Федерации.  
Основной целью развития региональной электроэнергетики является повышение эффективности энергетического комплекса субъектов России при безусловном обеспечении его энергетической безопасности и поддержании надлежащего уровня надёжности энергообеспеченности региона 
на перспективу. 
Для достижения указанной цели необходимо решение следующих 
задач: 
− модернизация генерирующих мощностей, работающих преимущественно на газе, путем замены паросиловых установок тепловых электростанций на парогазовые установки; 
− модернизация генерирующих мощностей, работающих на угле, 
путем замены на установки, работающие с пониженными показателями 
удельного расхода топлива; 
− оптимизация конфигурации и повышение пропускной способности системообразующих и распределительных электрических сетей; 
− повышение конструкционной и функциональной надежности 
электрических сетей, в том числе за счет качественного обновления парка 
оборудования электрических подстанций; 
− снижение потерь в электрических сетях и повышение эффективности канализации электроэнергии, в том числе за счет широкого внедрения проводников из новых композиционных материалов, позволяющих 
увеличить продолжительность срока их службы, а также создания систем 
автоматизированного учета и регулирования в электрических сетях; 
− прогнозирование факторов для ликвидации существующих «узких мест» и ограничений на технологическое присоединение энергоустановок потребителей к электрическим сетям регионов России; 
− экономически обоснованное эффективное использование местных источников топливно-энергетических ресурсов; 
− повышение эффективности региональной энергетики за счет 
применения современных технологий и оборудования, в том числе, развитие эффективных малой и альтернативной энергетики, использование возобновляемых первичных энергоносителей; 
− применение эффективных технологий реконструкции и модернизации централизованных систем теплоснабжения крупных населенных 
пунктов, эффективное развитие теплоснабжения на основе применения 
комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. 

Методы и средства повышения эффективности функционирования ... 

 

 
9

Прогнозирование электропотребления и максимума нагрузки должно проводиться на основе решения основных задач развития региональной 
энергетики в соответствии с прогнозом потребления электроэнергии и 
мощности Единой энергетической системы России. 
Одним из важных вопросов в этом случае являются расчет и анализ 
режимов региональной электроэнергетической системы, которые должны 
включать: 
− анализ отчетного потокораспределения электрической сети 110 
кВ и выше; 
− расчет токов короткого замыкания в электрических сетях 110 кВ 
и выше на расчетный период; 
− эффективное развитие генерации и тепловой энергии; 
− эффективное развитие электросетевых объектов 110 кВ и предложения по корректировке ввода электросетевых объектов напряжением 
220 кВ; 
− основные технологические и конструктивные мероприятия по 
эффективному развитию сети 35…110 кВ; 
− формирование энергорайонов в региональной электроэнергетике; 
− мероприятия по присоединению технологических парков; 
− обоснование строительства электрических подстанций напряжением 500 кВ на основе анализа прогнозного баланса мощности с учетом 
прогнозирования увеличения нагрузки в энергорайонах региональной 
электроэнергетической системы. 
Выделение индустриальных парков и энергорайонов при оценке резервов мощности позволяет создать эффективную структуру региональной 
электроэнергетической системы и оптимизировать её конфигурацию и 
управление динамикой топологий, что позволяет повысить пропускную 
способность и снизить потери электрической энергии в системообразующих и распределительных сетях за счет интеллектуальных электрических 
сетей, включающих системы автоматизированного учета, регулирования и 
оперативного управления ими. 

Развитие электрической сети на протяжении планируемого периода 

должно последовательно проводиться по следующим основным направлениям: 

− повышение технического уровня и обеспечение высокого уровня 

надёжности функционирования электросетевых объектов в расчётный период. Обоснование оптимальных направлений эффективного развития 
распределительного электросетевого комплекса Распределительной сетевой компании для обеспечения надежного электроснабжения потребителей 
региона и эффективного функционирования РСК на проектный период; 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 3 

 

 
10

− повышение эффективности функционирования электросетевых 

объектов, снижение затрат на эксплуатацию и потери электроэнергии в сетях; 

− разработка эффективных технико-технологических мероприятий, 

обеспечивающих надежную работу энергосистемы в нормальных и послеаварийных режимах; 

− создание условий для недискриминационного доступа на присое
динение к электрическим сетям участников розничного рынка при обеспечении нормированной надежности. 

Данные по развитию электрической сети напряжением 110 кВ и 

выше с выделением сводных данных для сети 35 кВ Тульской энергосистемы подтверждает правильность последовательности эффективного развития региональной электроэнергетики. 

Вводы электросетевых объектов энергосистемы Тульской области в 

данной работе условно разделены на реализуемые и рекомендуемые. 

На основе прогноза спроса на электрическую энергию по электро
энергетической системе Тульской области на период 2015-2019 г.г. (по варианту «а», представленному в табл. 1, и варианту «b» – в табл. 2, – структуры электропотребления Тульской области (табл. 3)) определяется требуемый уровень надёжности функционирования электросетевых объектов 

н =
с
у ,                                                    (1)   

где qн и qс – вероятности отказа электросетевых объектов существующих 
(с) и нового технического уровня (н); kу – коэффициент нового технического уровня, характеризующий уровень прогрессивности электросетевых 
объектов и технологии распределения электрической энергии за счёт повышения их надёжности и изменяющийся от 0,5 и выше, причём qс<0,5. 

Исходя из структуры схемных решений и взаимоувязанных как 

электросетевых объектов, так и электроэнергетического оборудования и 
равной вероятности отказов по общеизвестным зависимостям структурной 
надёжности устанавливается требуемая их вероятность отказов 

нм = нф,                                              (2) 

и уровень показателей надёжности. 

Коэффициент готовности в этом случае имеет вид 

г.н. =
н
нндп ,                                            (3) 

где λн – допустимая интенсивность отказов; tдп – допустимое время простоя;