ЗАДАЧИ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Заместитель Технического директора – Главный технический инспектор ОАО РАО «ЕЭС России» В.К. Паули ОАО АК «Якутскэнерго» июня 2006 г.

Авария 25 мая 2005 г. Последствия аварии Технические Социальные Отключение потребителей: Около 20 тыс. людей были заблокированы в поездах московского метро, около 1,5 тыс. застряли в лифтах Без электроснабжения остались около 4 млн. людей, большое количество предприятий, а также социально значимые объекты (продолжительность отключения составила от нескольких часов до суток). Причины аварии · Московская энергосистема – около 2500 МВт (26% от общего энергопотребления в регионе) · Тульская энергосистема – 900 МВт (87%) · Калужская энергосистема – 100 МВт (22%) 1

Этапы развития аварии Авария 25 мая 2005 г. - как произошло? Каскадное развитие аварии. Отключение генерирующего оборудования (автоматическое или ручное). Прекращено энергоснабжение конечных потребителей в Московской, Тульской и Калужской энергетических системах. Подстанция «Чагино» пол- ностью отключена от Мос- ковской энергосистемы из-за повреждения оборудования (трансформаторы, воздушные выключатели, система возду- ховодов, изоляция) Разорвано Московское энергокольцо 500 кВ из-за отключения ВЛ со стороны ПС «Чагино». Не достаточно правиль- ные действия оператив- но-диспетчерского пер- сонала Перегрузка нескольких ЛЭП 110 и 220 кВ, выз- вавшая провисание проводов Многочисленные отключения ЛЭП кВ Перегрузка остав- шихся ЛЭП 110 кВ Падение напряжения в сети кВ Возникновение дефици- та реактивной мощности Падение напряжения в южной части Московс- кой энергосистемы 2

Недостатки эксплуатации на ПС «Чагино», отсутствие которых не спровоцировало бы такое развитие На повредившемся в мая 2005 года ТТ, как показал анализ документации, при достижении пробивного напряжения до значения, ограничивающего область нормального состояния (40 кВ), в нарушение РД «Объемы и нормы испытаний электрооборудования» не производился замер tg изоляции. Последний замер был в 1988 году – tg изоляции = 2,4, при первоначальном 0,55 и браковочном 3,0. Что стало с этим показателем за 17 лет? Не было своевременно произведено отключение воздуховодов, поврежденных осколками разрушенных трансформаторов тока, что привело к утечке воздуха из ресиверов и значительной задержке включения подстанции после полного ее погашения. Не приняты меры дежурным персоналом подстанции по снятию напряжения с выключателей 500 кВ отключенных ВЛ 500 кВ путем отключения соответствующих разъединителей или требования от диспетчера энергосистемы снятия напряжения с отключившихся ВЛ. В результате произошло самопроизвольное включение ВВ 500 кВ ВЛ и замкнулась цепь на КЗ. 3

апрель май 30,6 0 С май 4 Допустимые токовые нагрузки ВЛ были посчитаны на температуру наружного воздуха 20 о С

ПРОБЛЕМА! Происходит рост потребности в доставке реактивной мощности к шинам нагрузки – нонсенс! После отмены приказом Министра энергетики ( ) Правил пользования электрической и тепловой энергией, потребители перестали участвовать в поддержании напряжения на шинах нагрузок Появились проблемы с поддержанием (повышением) напряжения на шинах нагрузок Возросли потоки реактивной мощности по системо- образующим и рас- пределительным сетям к шинам нагрузок ВЛ 220 кВ Очаково - Чоботы 98 МВАр КВЛ 220 ТЭЦ-20 – Академическая 122 МВАр ВЛ 220 кВ Чертаново – Южная 76 МВАр ВЛ 220 кВ Баскаково – Гальяново 256 МВАр ВЛ-220 кВ Шатура – Пески 107 МВАр ВЛ 220 кВ Осетр – Михайлов 54 МВАр Ограничилась пропускная способность ВЛ по активной мощности и существенно возросли потери в сетях Фактическая загрузка по Q отключившихся ВЛ: 100 МВАр 45 МВАр 100 МВАр 140 МВАр 26 МВАр 60 МВАр Фактическая загрузка по Q На : 5

Влияние загрузки ВЛ реактивной мощностью Безусловно, будь скомпенсирована реактивная мощность у потребителей Московской энергосистемы, майской аварии 2005 года могло бы не быть. Скорее всего, ее и не было бы, потому что не было бы такой загрузки реактивной мощностью и соответственно дополнительного провиса отключившихся линий электропередачи, напряжение в узлах нагрузок было бы выше, генераторы бы не перегрузились из-за форсировки возбуждения, так как она не потребовалась бы, хватило бы времени на загрузку пускаемого оборудования и т.д. 6

Увеличивается сечение проводов - удорожание Повышенное потребление реактивной мощности электроприемниками или пониженный коэффициент мощности при Р=const РЕАКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ И ПРОБЛЕМЫ… Необходимость прокладки новых сетевых магистралей – удорожание Дополнительное увеличение тока электрической сети Увеличиваются потери напряжения Возрастание тока, про- текающего через сеть Увеличиваются потери активной мощности Перерасходуется электроэнергия Уменьшается напряжение на шинах электроприемников Снижается пропускная способность сетей 7

При снижении напряжения потребитель свою мощность все равно выбирает… Уменьшается напряжение на шинах электроприемников Происходит дополнительное увеличение тока в линиях электропередачи и дальнейшее снижение напряжения 8

ПОЧЕМУ ОПАСНО СНИЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ? статические характеристики реактивной (рис. 2а) мощности Q н = f ( U ) более крутые, чем статические характеристики активной мощности P н = f ( U ) – изменение напряжения на 1% приводит к изменению реактивной мощности на 2-5%, в то время как активной лишь на 0,6-2%; при снижении напряжения на шинах нагрузки до уровня U < U кр (критического напряжения статической характеристики узла нагрузки по напряжению) происходит резкое повышение потребления реактивной мощности, приводящее к увеличению потери напряжения, дальнейшему снижению напряжения и быстроразвивающемуся в течение нескольких секунд процессу, называемому лавиной напряжения 9

Потери в электрических сетях Потери активной мощности при передаче и потреблении реактивной мощности определяются по формуле, кВт: Δ P = 3 × I 2 × r × 10 3 где: I – ток нагрузки, А; r – сопротивление, Ом. Т.е. зависят от квадрата тока нагрузки, поэтому для уменьшения потерь важно снизить величину полного тока. Например, если потребитель потребляет 4 единицы активной энергии и 3 единицы реактивной энергии, то сеть оказывается загруженной на 5 единиц, а потери в ней возрастают с величины пропорциональной 4 2 = 16 единицам, до величины, пропорциональной = 25 единицам. 10

Уменьшение потерь активной электроэнергии обусловленных перетоками реактивных мощностей, является реальной эксплуатационной технологией энергосбережения в электрических сетях. Эффективное экономическое регулирование реактивных перетоков необходимо также для обеспечения первоочередных стандартных условий качества электрической энергии, а именно уровней напряжения на границе балансовой принадлежности электросетей, что является одной из наиважнейших проблем Российской электроэнергетики. Снижение потерь по Холдингу на 1% только за счет компенсации реактивной мощности на шинах нагрузок высвободит для потребителей же 1600 МВт, на 2 % МВт и т.д. Потери в электрических сетях 11

Да с ними надо бороться, но надо понимать, что на дворе не середина девяностых годов прошлого столетия, а время, когда платежная дисциплина потребителей благодаря планомерным действиям РАО «ЕЭС России» для подавляющего числа потребителей стала нормой. Поэтому с потерями надо бороться вооружившись знаниями, замерами, формулами и расчетами, схемно-режимными мерами и улучшением баланса реактивной мощности. Большим заблуждением менеджмента энергокомпаний является мнение о том, что основную часть потерь составляют коммерческие потери. 12

Компенсация реактивной мощности Уменьшение реактивной нагрузки позволит производителю электроэнергии при той же величине производимой мощности снабжать дополнительных потребителей, то есть обеспечить в определенной степени прирост потребления без увеличения вырабатываемой мощности. Или потребителю прирастить свои производственные мощности без увеличения потребления из сети. 13

В соответствии с проектом постановления Правительства РФ «Об утверждении правил розничного рынка электроэнергии и мощности и порядка ограничения потребителей» должен быть разработан в 2006 г., утверждаемый МПЭ России: «Реактивная мощность» - требуется от РАО «ЕЭС России»: В данный документ необходимо в обязательном порядке внести требование о выдерживании потребителями значений tg φ не более 0,4, или сos φ не менее 0,93. Такое требование имеется, например в Польше! «Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных приемников (групп приемников) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах оказания услуг по передаче электрической энергии (электроснабжения) и расчета сетевых организаций на установку устройств, обеспечивающих регулирование реактивной мощности» 14

Специальная программа «Реактивная мощность» Внесение в договора электроснабжения условий о выполнении потребителями требований ранее выданных технических условий на присоединение в части поддержания указанных в них значений сos φ (tg φ); Проведение совместно с потребителями инвентаризации и ревизии неподключенных у потребителей источников компенсации реактивной мощности и принятие всех мер по их вводу в работу, как одного из требований выданных технических условий на присоединение; Установка устройств компенсации реактивной мощности в энергоузлах распределительных сетей, имеющих высокую загруженность линий электропередачи реактивной мощностью; Проведение семинаров с участием руководителей и специалистов электросетевых компаний, включая муниципальные сети и сети потребителей, и представителей потребителей на тему «Реактивная мощность и ее значение в надежности и экономике электроснабжения» с целью повышения заинтересованности внедрения систем компенсации реактивной мощности. 15

Но сначала необходимо: 1. Выполнить требования приказа РАО «ЕЭС России» от «О лицензировании деятельности по продаже электрической энергии и обязательной сертификации электрической энергии в электрических сетях общего назначения». 2. Оценить оснащенность приборами контроля и учета реактивной мощности в энергосистеме и доукомплектовать. 3. Оценить и оформить балансы реактивной мощности по всей энергосистеме. 16

Обеспечение системной надежности за счет нормализации баланса реактивной мощности и напряжения Широкомасшабно осуществляется процесс сертификации качества электрической энергии, в рамках которого проведена проведена оценка уровней напряжения в распределительных сетях на соответствие требованиям ГОСТ , в ДЗО разработаны соответствующие мероприятия и план-графики их выполнения (приказ РАО ЕЭС «России» от ). 46% электросетевых компаний получили сертификаты соответствия электрической энергии установленным требованиям на центры питания, входящие в первую очередь планов-графиков В ДЗО ОАО РАО «ЕЭС России» разрабатывается и реализуется программа «Реактивная мощность», основной целью которой является оптимизация балансов реактивной мощности, снижение ее перетоков и приведение уровней напряжения в соответствие с нормируемыми значениями (приказ РАО «ЕЭС России» от ). А как в ОАО АК «Якутскэнерго»? В Московской энергосистеме реализуются проекты по устранению дефицита реактивной мощности за счет установки в 2006 году УКРМ в наиболее проблемных узлах ( ПС Кубинка, Можайск, Слобода, Грибово ). 17

Динамика аварийности Особенности прошедшего ОЗП: аномально длительные и значительные понижения температур одновременно на значительной территории Европейской части России, Урала и Сибири в 14 регионах России превышен исторический максимум потребления Динамика в сравнении с ОЗП 2004/2005: 18

нарастает число случаев отключения потребителей и увеличиваются размеры отключаемых нагрузок защитами при снижении напряжения во время коротких замыканий в электрических сетях, что говорит о недостаточной устойчивости нагрузки к внешним возмущениям в связи с отсутствием запаса по напряжению на шинах присоединения по сравнению с предшествующим ОЗП: возросло в 2 раза число технологических нарушений, приведших к нарушениям электроснабжения потребителей на величину нагрузки 25 МВт и выше возрос в 2,3 раза недоотпуск электрической энергии из-за технологических нарушений возросло в 1,4 раза число технологических нарушений, вызванных неблагоприятными погодными условиями Отказы в электроэнергетических системах происходят по разным причинам. НО БОЛЬШЕ ВСЕГО БЕСПОКОИТ ТО, ЧТО СТАЛА НАРАСТАТЬ ТЯЖЕСТЬ ПОСЛЕДСТВИЙ ОТКАЗОВ 19

Специальная программа «Повышение надежности распределительных электрических сетей» Использование преимущественно защищенных проводов в сетях 110 кВ и самонесущих изолированных проводов в сетях 35 кВ и ниже при реконструкции и новом строительстве распределительных сетей; Использование завышенных опор; Проведение целевого обследования ЛЭП со сроком службы 40 лет и более с целью выявления участков с низкой надежностью и принятия мер по проведению реконструкции в приоритетном порядке; Выполнение проектов при реконструкции и новом строительстве электрических сетей на основе реальных температурных и гололедо- ветровых условий; Применение с целью повышения надежности электроснабжения потребителей секционирования распределительных сетей с использованием выключателей вместо разъединителей при реконструкции и новом строительстве в регионах с тяжелыми климатическими условиями. 20

Перечень используемых в российской и зарубежной электроэнергетике показателей надежности применительно к электроэнергетическим системам и их составляющим: Системные показатели надежности электроэнергетических систем Показатели систем электроснабжения (распределительных электрических сетей) Показатели, ориентированные на потребителей Показатели, характеризующие недоотпуск электрической энергии Показатели, характеризующие надежность элементов электроэнергетических систем Показатели, отражающие ущерб от снижения надежности систем электроснабжения В настоящее время среди электроэнергетиков нет единого мнения о том, каков должен быть набор показателей при оценке надежности сложной электроэнергетической системы 21

Системные показатели надежности электроэнергетических систем: баланс активной мощности; баланс реактивной мощности; критерии статической устойчивости; критерии динамической устойчивости; энергетический индекс надежности; число выходов напряжения в контрольных пунктах энергосистемы за допустимые пределы. 22

Показатели систем электроснабжения (распределительных электрических сетей): системный индекс нарушения электроснабжения среднее по системе ограничение потребителей на один отказ системный показатель недоотпуска электрической энергии потребителям число выходов напряжения в контрольных пунктах системы электроснабжения за допустимые пределы. 23

Показатели, ориентированные на потребителей: п системный показатель средней частоты перерывов электроснабжения потребителей показатель средней частоты перерывов электроснабжения потребителей системный показатель средней длительности перерывов электроснабжения потребителей показатель средней длительности перерывов электроснабжения потребителей средний показатель надежности (ненадежности) электроснабжения потребителей. 24

Показатели, характеризующие недоотпуск электрической энергии: недоотпущенная потребителям электроэнергия; средний по системе (на одного потребителя) недоотпуск электрической энергии; средний показатель ограничения одного потребителя. 25

Показатели, характеризующие надежность элементов электроэнергетических систем: вероятность отказа или средний коэффициент вынужденного простоя параметр потока отказов (среднее количество отказов) или частота отказов среднее время восстановления параметр потока преднамеренных отключений среднее время преднамеренных простоев или их средняя продолжительность. 26

Показатели, отражающие ущерб от снижения надежности систем электроснабжения: ущерб потребителя от недоотпуска электрической энергии; ущерб электроснабжающей организации в виде потерь бизнеса, затрат на восстановление и затрат на возмещение (с учетом страховых покрытий). 27

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! 28