СЕТИ
РОССИИ
14
э
н
е
р
г
о
-
энерго-
э
ф
ф
е
к
т
и
в
н
о
с
т
ь
эффективность
П
рактика
обеспечения
на
-
дежности
и
качества
элек
-
троснабжения
в
существу
-
ющих
сегодня
условиях
работы
электроэнергетического
ком
-
плекса
позволяет
сделать
вывод
о
необходимости
модернизации
и
тех
-
нического
перевооружения
систем
электроснабжения
высокотехноло
-
гичных
потребителей
,
реализующих
инновационный
путь
развития
.
Освещавшиеся
в
СМИ
наруше
-
ния
электроснабжения
в
мегаполи
-
сах
(
май
2005
г
.
в
Москве
и
август
2010
г
.
в
Санкт
-
Петербурге
)
говорят
о
том
,
что
система
электроснабжения
не
удовлетворяет
следующим
воз
-
росшим
потребностям
инновацион
-
ного
потребителя
:
•
по
количеству
электроэнергии
из
-
за
ограниченной
пропускной
спо
-
собности
электрических
сетей
;
•
по
качеству
электроэнергии
из
-
за
значительного
количества
дли
-
тельных
провалов
питающего
на
-
пряжения
при
коротких
замыка
-
ниях
,
а
также
продолжительных
и
множественных
технологических
отключений
с
возможным
нару
-
шением
условий
безопасности
.
Выходом
из
подобной
ситуации
является
включение
в
программу
ин
-
новаций
создания
собственного
ис
-
точника
(
СИ
)
электроэнергии
,
напри
-
мер
,
ГТУ
—
ТЭЦ
или
мини
-
ТЭЦ
на
базе
котельной
.
СИ
целесообразно
осна
-
стить
изощренной
системой
противо
-
аварийного
автоматического
управ
-
ления
и
соответствующей
системой
релейной
защиты
и
автоматики
.
Весь
комплекс
автоматической
системы
технологического
управления
(
АСТУ
)
охватывает
ведение
рабочих
режи
-
мов
и
противоаварийное
управле
-
ние
при
различных
сценариях
раз
-
вития
аварий
.
Попытка
сэкономить
на
АСТУ
приведет
к
неустойчивой
ра
-
боте
СИ
и
потере
качества
и
надеж
-
ности
электроснабжения
.
Современ
-
ный
автомобиль
всегда
оснащают
совершенной
тормозной
системой
,
а
вот
владельцы
СИ
не
всегда
уделяют
внимание
адекватной
АСТУ
.
Рассмотрим
вариант
СИ
,
заклю
-
чающийся
в
создании
централизо
-
ванной
АСТУ
и
интеграции
в
единый
технологический
комплекс
электри
-
ческих
и
информационных
сетей
района
мегаполиса
.
Подобная
интеграция
пока
не
распространена
,
однако
вполне
за
-
кономерна
,
так
как
на
современном
этапе
развития
цивилизации
все
больше
расширяются
высокотехно
-
логичные
методы
развития
науки
,
тех
-
ники
и
технологий
.
Создаются
зоны
концентрации
высокотехнологичных
потребителей
электроэнергии
и
ин
-
формационных
услуг
.
Такими
зонами
являются
университетские
городки
,
районы
свободных
экономических
зон
,
технопарки
,
бизнес
-
инкубаторы
,
районы
мегаполисов
,
коттеджные
поселки
,
территории
инновационных
Обеспечение
надежности
и качества
электроснабжения
Ян АРЦИШЕВСКИЙ
, к.т.н.,
Сергей ВОСТРОКНУТОВ,
Александр ЗЕМЦОВ,
кафедра релейной защиты
и автоматизации энергетических систем МЭИ (ТУ)
15
№ 3, ноябрь-декабрь, 2010
предприятий
,
спортивно
-
зрелищных
комплексов
и
т
.
д
.
Для
России
в
ка
-
честве
примера
можно
привести
г
.
Сочи
,
п
.
Сколково
(
Московская
обл
.)
и
др
.
Высокотехнологичные
потре
-
бители
предъявляют
повышенные
требования
к
надежности
функ
-
ционирования
системы
электро
-
снабжения
,
а
также
нуждаются
в
удовлетворении
все
возрастающих
потребностей
в
доступе
к
инфор
-
мационным
ресурсам
и
средствам
связи
.
Это
объясняется
объектив
-
ным
процессом
усложнения
науч
-
ной
и
производственно
-
технической
инфраструктуры
,
систем
жизне
-
обеспечения
,
безопасности
,
связи
,
мониторинга
,
контроля
,
защиты
и
управления
с
ужесточением
требований
безопасности
при
нарушениях
электро
-
снабжения
.
Повышение
эффектив
-
ности
предприятий
,
обе
-
спечение
надежного
и
бес
-
перебойного
снабжения
потребителей
—
основная
цель
текущих
реформ
рос
-
сийской
электроэнергетики
.
Распределительные
сети
являются
завершающим
звеном
в
системе
обеспече
-
ния
электрической
энерги
-
ей
.
Соответственно
,
на
этом
сегменте
системы
электро
-
снабжения
возросли
риски
экономической
ответствен
-
ности
за
качество
работы
с
конкретным
потребителем
.
При
сегодняшнем
состоянии
энергетики
требуются
существенные
изменения
в
технологической
деятельности
.
Предлагаемый
проект
включает
в
себя
разработку
АСТУ
для
интегри
-
рованной
электроинформационной
сети
района
мегаполиса
и
состоит
из
двух
взаимосвязанных
частей
,
направленных
на
обеспечение
энер
-
гоэффективности
и
надежности
элек
-
троснабжения
.
ПЕРВАЯ
ЧАСТЬ
ПРОЕКТА
В
первой
части
рассмотрены
про
-
блемы
строительства
СИ
.
Термин
СИ
имеет
технический
и
юридический
аспекты
.
Включение
СИ
предусма
-
тривается
в
уже
существующую
си
-
стему
электроснабжения
(
СЭС
),
и
по
-
этому
возникают
следующие
задачи
:
•
обеспечение
радикального
сни
-
жения
времени
отключения
ко
-
ротких
замыканий
(
КЗ
)
по
усло
-
виям
динамической
устойчивости
агрегатов
СИ
;
•
обеспечение
селективности
от
-
ключения
КЗ
в
элементах
СЭС
,
перешедших
в
режим
работы
с
двухсторонним
питанием
;
•
обеспечение
селективности
,
чув
-
ствительности
и
резервирования
в
системах
релейной
защиты
и
автоматики
(
РЗиА
)
в
различных
режимах
работы
СЭС
(
параллель
-
ная
работа
СИ
,
изолированная
работа
СИ
и
питание
от
энергоси
-
стемы
);
•
реализация
принципов
противо
-
аварийного
управления
мощно
-
стью
СИ
,
в
том
числе
отключение
генераторов
,
импульсная
разгруз
-
ка
турбин
и
т
.
д
.;
•
внедрение
принципов
противо
-
аварийного
ограничения
мощ
-
ности
нагрузки
при
выделении
СИ
на
изолированную
работу
со
сбалансированной
нагрузкой
.
Исследования
и
разработки
ме
-
тодов
моделирования
и
нахождения
границ
зон
устойчивости
выделения
СИ
на
изолированную
работу
показа
-
ли
,
что
в
зависимости
от
данных
пред
-
аварийного
режима
по
сочетанию
значений
активной
мощности
на
-
грузки
Р
нагр
и
мощности
СИ
,
отпускае
-
мой
в
СЭС
,
возможны
семь
различ
-
ных
сценариев
развития
переходных
процессов
(
рис
. 1).
В
общем
виде
проработаны
способы
обеспечения
устойчивости
электро
-
снабжения
потребителей
при
различных
сценари
-
ях
цепочечного
развития
аварийных
ситуаций
во
всех
семи
зонах
исходно
-
го
режима
.
Устойчивость
обеспечивается
при
ско
-
ординированном
взаи
-
модействии
систем
ре
-
гулирования
активной
и
реактивной
мощности
СИ
,
распределенной
системы
автоматической
частотной
разгрузки
с
категориями
(
АЧР
-I,
АЧР
-II
и
АЧР
-III),
а
также
централизованной
системы
аварийного
огра
-
ничения
нагрузки
(
САОН
)
с
временем
действия
Рис
. 1.
Диаграмма
областей
устойчивости
исходных
режимов
работы
системы
электроснабжения
района
мегаполиса
с
собственным
источником
16
СЕТИ РОССИИ
0,1—0,2
сек
.
Принципиальной
осо
-
бенностью
действия
очередей
АЧР
и
САОН
является
обеспечение
безопасности
потребителей
за
счет
селективных
отключений
на
уров
-
не
0,4
кВ
.
Реализация
требования
действия
на
уровне
0,4
кВ
являет
-
ся
новым
и
весьма
важным
аспек
-
том
решения
поставленных
задач
в
условиях
высокоответственной
нагрузки
.
Конкурирующими
вариан
-
тами
передачи
сигналов
-
команд
на
противоаварийное
управление
на
-
грузкой
являются
:
•
интеграция
с
иерархической
АИИ
-
СКУЭ
с
использованием
концен
-
траторов
в
качестве
приемников
сигналов
-
команд
нижнего
уровня
;
•
использование
силовой
сети
6,
10, 20
и
0,4
кВ
с
передачей
сигналов
-
команд
путем
быстро
-
действующей
манипуляции
рабо
-
чим
напряжением
сети
.
Наряду
с
быстродействующим
противоаварийным
управлением
нагрузкой
предусматривается
опера
-
тивное
технологическое
управление
и
контроль
за
счет
интеграции
АСТУ
с
АИИСКУЭ
,
в
частности
,
отключение
потребителей
-
неплательщиков
.
Обязательным
реализуемым
ус
-
ловием
выполнения
команд
на
от
-
ключение
потребителей
является
учет
требований
безопасности
.
Это
условие
выполняется
за
счет
селек
-
тивности
отключения
с
учетом
при
-
оритетности
нагрузки
—
ради
сохра
-
нения
высокоответственной
ее
части
реализуется
временное
отключение
менее
ответственной
.
В
жилом
сек
-
торе
мегаполисов
,
например
,
со
-
храняется
аварийное
освещение
,
электропитание
котельных
,
лифтов
,
систем
допуска
,
подачи
воды
,
пожа
-
ротушение
,
дымоудаление
,
по
квар
-
тирам
обеспечивается
лимитирован
-
ное
по
мощности
электроснабжение
на
уровне
аварийной
брони
.
В
про
-
тивном
случае
,
как
показывает
опыт
московской
аварии
25.05.2005
г
.,
при
отключениях
на
уровне
10
кВ
отключаются
ТП
10
кВ
по
домам
,
улицам
,
светофорные
объекты
,
оста
-
навливается
электрифицированный
транспорт
и
т
.
п
.
ВТОРАЯ
ЧАСТЬ
ПРОЕКТА
Во
второй
части
рассмотрена
сеть
6—20
кВ
электроснабжения
с
централизованной
релейной
защи
-
той
,
интегрированной
с
многофунк
-
циональной
сетью
связи
.
Интеграция
силовой
и
информационной
сетей
обеспечивается
путем
совмещения
в
пространстве
—
на
распределитель
-
ных
пунктах
(
РП
)
и
трансформатор
-
ных
подстанциях
(
ТП
) —
узлов
обеих
сетей
.
При
этом
возможно
совпаде
-
ние
трасс
прокладки
силовых
элек
-
трических
кабелей
6—20
кВ
с
трасса
-
ми
прокладки
оптических
(24
жилы
)
кабелей
волоконно
-
оптических
ли
-
ний
связи
(
ВОЛС
),
что
может
суще
-
ственно
упростить
землеотвод
.
На
рис
. 2
показано
подключение
информационных
узлов
—
локальных
модулей
(
ЛМ
)
к
устройствам
РЗиА
(
РЗ
),
измерительным
трансформато
-
рам
тока
(
ТА
)
и
напряжения
(
Т
V),
а
также
коммутационным
аппаратам
(
в
данном
случае
выключателям
—
Q).
Каждый
ЛМ
подключен
к
своему
информационному
кольцу
(
ИК
)
ВОЛС
.
Выходные
команды
ЛМ
дублируются
и
подаются
на
входы
устройств
РЗиА
.
Каждое
устройство
РЗиА
взаимодей
-
ствует
с
двумя
ЛМ
.
Таким
образом
,
достигается
требуемый
уровень
на
-
дежности
системы
РЗиА
и
достовер
-
ности
передаваемой
информации
.
При
таком
подходе
силовая
элек
-
трическая
сеть
теряет
свойство
рас
-
пределенности
в
пространстве
и
все
ТП
и
РП
6—20
кВ
оказываются
наблюдаемыми
и
управляемыми
с
центрального
устройства
управления
(
ЦУУ
),
на
котором
располагаются
программно
-
технические
комплексы
Рис
. 2.
Подключение
элементов
системы
РЗиА
к
элементам
защищаемой
сети
17
№ 3, ноябрь-декабрь, 2010
(
ПТК
)
централизованной
системы
ре
-
лейной
защиты
и
автоматики
(
ЦРЗА
)
и
ПТК
оперативно
-
диспетчерского
управления
и
контроля
,
включая
си
-
стемы
АИИСКУЭ
.
ЭЛЕКТРОИНФОРМАЦИОННЫЕ
СЕТИ
Технико
-
экономические
свойства
интегрированной
электроинформа
-
ционной
сети
проработаны
в
следу
-
ющих
направлениях
:
•
реализация
потенциальной
энер
-
гоэффективности
собственного
источника
за
счет
оптимального
ведения
режима
его
работы
;
•
повышение
надежности
электро
-
снабжения
за
счет
селективного
отключения
поврежденных
участ
-
ков
сети
электроснабжения
с
ав
-
томатическим
переносом
точки
секционирования
(
РЗ
,
АВР
,
УРОВ
,
АПВ
);
•
улучшение
качества
электро
-
снабжения
за
счет
отказа
от
вы
-
держек
времени
в
алгоритмах
работы
системы
РЗиА
.
Длитель
-
ность
провала
напряжения
—
100—150
мс
для
параллельных
присоединений
и
300—500
мс
—
для
потребителей
поврежденно
-
го
фидера
;
•
уменьшение
габаритов
и
стоимо
-
сти
распределительных
ТП
и
РП
(
компактизация
)
за
счет
перехода
на
выключатели
нагрузки
и
бо
-
лее
компактные
силовые
ячейки
6—20
кВ
;
•
обеспечение
электродинамиче
-
ской
устойчивости
близлежащих
агрегатов
электростанции
за
счет
снижения
длительности
площадки
ускорения
до
100—150
мс
;
•
повышение
взрыво
-
и
пожаробе
-
зопасности
за
счет
уменьшения
длительности
воздействия
токов
КЗ
до
100—150
мс
;
•
снижение
требований
к
оборудо
-
ванию
(
кабели
,
конструкции
ТП
и
РП
)
в
части
длительности
воздей
-
ствия
токов
КЗ
до
100—150
мс
,
сохранение
ресурса
электрообо
-
рудования
,
особенно
в
давно
ра
-
ботающих
сетях
;
•
обеспечение
информационной
наблюдаемости
и
управляемости
сети
электроснабжения
за
счет
высоконадежной
дублированной
сети
связи
;
•
объективный
учет
всех
оператив
-
ных
и
аварийных
событий
и
явле
-
ний
в
сети
электроснабжения
;
•
непрерывное
прямое
измерение
потерь
электроэнергии
,
выявле
-
ние
хищений
и
уменьшение
ком
-
мерческих
потерь
электроэнер
-
гии
в
каждом
узле
СЭС
;
•
обеспечение
АИИСКУЭ
и
от
-
ключение
потребителей
-
непла
-
тельщиков
;
•
централизованное
управление
источниками
реактивной
мощно
-
сти
,
оптимизация
режима
по
ка
-
честву
напряжения
в
различных
узлах
сети
электроснабжения
,
уменьшение
технических
потерь
;
•
обеспечение
непрерывности
ра
-
боты
многофункциональной
авто
-
матизированной
системы
техно
-
логического
управления
(
АСТУ
).
Основное
принципиальное
от
-
личие
рассматриваемого
предложе
-
ния
по
созданию
интегрированных
электроинформационных
сетей
—
реализация
принципа
двойного
на
-
значения
за
счет
диверсификации
бизнеса
.
Кроме
электроснабжения
обеспечивается
информационное
обеспечение
.
Современное
обще
-
ство
проявляет
свою
информаци
-
онную
сущность
в
форме
быстро
растущих
потребностей
в
информа
-
ционном
обеспечении
и
взаимодей
-
ствии
.
В
рассматриваемом
предложе
-
нии
предусматривается
выделение
для
потребителей
в
каждом
из
узлов
связи
(
ТР
,
РП
)
до
36
жил
ВОЛС
во
всех
направлениях
кольцевой
сети
связи
.
Подобный
ресурс
позволит
не
только
удовлетворить
типовых
инфор
-
мационных
потребителей
(
Интернет
,
цифровое
телевидение
,
видеонаблю
-
дение
,
пожарная
и
охранная
сигна
-
лизации
,
системы
безопасности
и
т
.
д
.),
но
и
развернуть
различные
кор
-
поративные
сети
связи
высокотехно
-
логических
установок
и
производств
.
Кроме
этого
,
будет
предоставлена
основа
для
конкуренции
поставщи
-
ков
информационных
услуг
,
что
сни
-
зит
цены
для
потребителей
при
одно
-
временном
повышении
качества
оказания
услуг
.
Для
обеспечения
надежности
централизованной
РЗиА
требуется
два
двунаправленных
кольца
свя
-
зи
—
всего
четыре
жилы
в
каждом
направлении
.
Для
обеспечения
на
-
дежности
АСТУ
,
включая
АИИСКУЭ
, —
столько
же
.
Еще
четыре
жилы
ВОЛС
—
резерв
.
Как
показывают
предваритель
-
ные
расчеты
,
достигаемое
сниже
-
ние
стоимости
электрооборудования
рассматриваемой
«
умной
сети
»
по
-
зволяет
покрыть
значительную
часть
расходов
на
создание
информаци
-
онной
части
интегрированной
энер
-
гоинформационной
сети
.
А
доходы
за
информационное
обеспечение
соизмеримы
с
доходами
за
электро
-
снабжение
.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
РАБОТЫ
ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ
ЭЛЕКТРОСЕТИ
Оценка
эффективности
приме
-
нения
централизованной
электри
-
ческой
сети
проводилась
для
сек
-
ционированной
электрической
сети
6—20
кВ
,
приведенной
на
рис
. 3.
В
нормальном
режиме
потре
-
бители
подстанций
1—3
получают
электроэнергию
от
С
1,
однако
в
слу
-
чае
необходимости
сеть
может
быть
реконфигурирована
и
переведена
на
раздельное
или
полное
питание
от
С
2,
при
этом
под
определение
данной
модели
попадает
также
и
кольцевая
схема
электроснабжения
с
питанием
от
одного
источника
(
С
1
и
С
2
совпадают
).
Параметры
исследуемой
сети
,
а
также
вероятностные
и
временные
характеристики
работы
отдельных
ее
элементов
приведены
в
табл
. 1
и
2
соответственно
.
Рис
. 3.
Исследуемый
участок
сети
6—35
кВ
,
где
:
С
—
система
,
РЗ
—
устройство
РЗиА
,
Н
—
нагрузка
18
СЕТИ РОССИИ
Табл
. 1.
Параметры
исследуемой
сети
№
линии
Длина
,
км
t
мтз
,
с
l
защ
1
,
о
.
е
.
1
10
1,4
0,6
2
5
1,1
0,4
3
7
0,8
0,7
Примечание
.
t
мтз
—
время
сра
-
батывания
максимальной
токовой
защиты
(
МТЗ
),
l
защ
1
—
защищаемая
первой
ступенью
зона
в
долях
длины
соответствующей
линии
.
Табл
. 2.
Вероятностные
и
временные
характеристики
работы
элементов
исследуемой
системы
Параметр
Зна
-
чение
Вероятность
ЛС
,
о
.
е
.
0,2
Вероятность
ИС
,
о
.
е
.
0,25
Вероятность
ОС
,
о
.
е
.
0,2
Вероятность
КЗ
,
о
.
е
.
0,39
Время
восстановления
,
с
0,5
Ступень
селективности
,
с
0,3
Время
срабатывания
I
ст
,
с
0,1
Длительность
опыта
,
с
50
Время
срабатывания
ЦЗ
,
с
0,1
Время
восстановления
инф
.
сети
,
с
0,1
Вероятность
отказа
сети
связи
,
о
.
е
.
0,05682
Ступень
селективности
РЗиА
,
с
0,1
Вероятность
отказа
ЦУУ
,
о
.
е
.
0,01
Примечание
.
Данные
,
приведен
-
ные
в
табл
. 2,
основаны
на
многолет
-
ней
статистике
работы
систем
РЗиА
в
РЭС
и
МЭС
Центрального
и
Южного
федеральных
округов
.
Временные
характеристики
работы
устройств
РЗиА
основаны
на
данных
ведущих
мировых
производителей
.
Эффективность
работы
класси
-
ческой
и
централизованной
систем
РЗиА
оценивалась
в
соответствии
с
международными
показателями
:
• SAIFI
(System Average Interruption
Frequency Index —
средняя
часто
-
та
появления
повреждений
в
си
-
стеме
) —
характеризует
среднее
число
отключений
потребителей
от
сети
в
год
;
• SAIDI
(System Average Interruption
Duration Index —
средняя
продол
-
жительность
отключения
) —
ха
-
рактеризует
в
среднем
продол
-
жительность
одного
отключения
в
системе
в
год
;
• CAIFI
(Customer Average Inter-
ruption Frequency Index —
средняя
частота
отключения
одного
потре
-
Рис
. 4.
Продолжительность
отключений
потребителей
подстанций
1, 2
и
3
Сплошными
линиями
отмечено
накопление
продолжительности
отключе
-
ния
для
децентрализованной
РЗиА
,
пунктирными
—
для
централизованной
РЗиА
.
Табл
. 3.
Показатели
эффективности
работы
систем
РЗиА
Децентрализованная
РЗиА
Централизованная
РЗиА
1
2
3
Итого
1
2
3
Итого
Повреждений
24
28
30
82
14
14
14
42
Длительность
14,37
17,27
19,27
50,92
3,73
3,73
3,73
11,19
SAIFI
0,5467
1,00
0,2800
0,51
SAIDI
0,3395
1,00
0,0746
0,22
CAIFI
0,48
0,56
0,6
0,28
0,28
0,28
CAIDI
0,29
0,35
0,39
0,07
0,07
0,07
Примечание
.
При
расчете
итоговых
значений
SAIFI
и
SAIDI
для
сравнения
двух
систем
РЗиА
за
единицу
приняты
соответствующие
показатели
для
де
-
централизованной
РзиА
.
бителя
) —
характеризует
среднее
количество
отключений
одного
потребителя
;
• CAIDI
(Customer Average Inter-
ruption Duration Index —
средняя
продолжительность
отключения
одного
потребителя
) —
характери
-
зует
среднее
время
восстановле
-
ния
питания
одного
потребителя
.
В
течение
одного
месяца
иссле
-
довалось
поведение
системы
РЗиА
,
причем
моделирование
проводи
-
лось
из
расчета
5
лет
работы
систем
РЗиА
(300
случаев
КЗ
).
Результаты
сравнения
приведены
в
табл
. 3
и
на
рис
. 4.
Применение
интегрированной
электроинформационной
сети
соот
-
ветствует
требованиям
инноваци
-
онного
развития
электроэнергетики
и
информационного
общества
,
по
-
зволяет
создавать
«
умные
электри
-
ческие
сети
»,
интеллектуальную
си
-
стему
РЗиА
,
существенно
уменьшать
стоимость
реконструкции
существую
-
щих
,
а
также
разрабатываемых
си
-
стем
электроснабжения
и
выполнять
требования
надежности
обеспече
-
ния
потребителей
различных
катего
-
рий
.
Статья
подготовлена
по
материалам
темы
Гранта
Президента
России
,
НШ
-8043.2010.08.
50
100
150
200
250
300
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
время
,
часы
длит
ельность
провалов
,
с
Оригинал статьи: Обеспечение надежности и качества электроснабжения
Практика обеспечения надежности и качества электроснабжения в существующих сегодня условиях работы электроэнергетического комплекса позволяет сделать вывод о необходимости модернизации и технического перевооружения систем электроснабжения высокотехнологичных потребителей, реализующих инновационный путь развития.
