Повышение надёжности систем электроснабжения в условиях негативных внешних воздействий

Page 1
background image

Page 2
background image

СЕТИ  РОССИИ

34

э

л

е

к

т

р

о

с

н

а

б

ж

е

н

и

е

электроснабжение

С

овременная

 

электроэнергетическая

 

система

 

страны

 

достаточно

 

устойчи

-

во

 

работает

 

в

 

нормальных

 

условиях

Подавляющее

 

большинство

 

потре

-

бителей

 

электроэнергии

 

не

 

ощущает

 

проблем

 

с

 

её

 

обеспечением

и

 

даже

 

такие

 

крупные

 

си

-

стемные

 

аварии

как

 25 

мая

 2005 

года

 

в

 

Мо

-

скве

, 20 

августа

 2010 

года

 

в

 

Санкт

-

Петербурге

17 

февраля

 2011 

года

 

в

 

Барнауле

а

 

также

 

26 

января

 2012 

года

 

в

 

Краснодарском

 

крае

 

яв

-

ляются

 

скорее

 

исключением

 

из

 

правил

Это

 

говорит

 

о

 

достаточной

 

надёжности

 

применяе

-

мого

 

оборудования

высоком

 

уровне

 

оператив

-

но

-

диспетчерского

 

и

 

ремонтного

 

персонала

.

Системы

 

электроснабжения

как

 

правило

проектируются

 

и

 

эксплуатируются

 

таким

 

об

-

разом

чтобы

 

была

 

обеспечена

 

их

 

работоспо

-

собность

 

во

 

всех

 

возможных

 

режимах

 — 

нор

-

мальных

аварийных

 

и

 

послеаварийных

 [1]. 

Это

 

требование

 

предусматривает

 

работу

 

в

 

режиме

 

ограниченных

 

перегрузок

 (

не

 

более

 

30–40% 

и

 

времени

 

на

 

ликвидацию

 

аварии

 

не

 

более

 1 

суток

).

Но

 

подавляющее

 

большинство

 

мероприятий

направленных

 

на

 

поддержание

 

работоспособ

-

ности

 

систем

 

электроснабжения

рассчитаны

 

на

 

мирное

 

время

 

и

 

вне

 

условий

 

чрезвычайных

 

ситуаций

 (

ЧС

).

Каждая

 

ЧС

наряду

 

с

 

общими

 

для

 

других

 

ЧС

 

характеристиками

имеет

 

свои

 

собственные

свойственные

 

только

 

ей

 

причины

 

возникнове

-

ния

сценарий

 

развития

поражающий

 

фактор

 

ис

-

точника

масштаб

 

и

 

тяжесть

 

последствия

 

для

 

че

-

ловека

 

и

 

среды

 

его

 

обитания

 [2]. 

Исходя

 

из

 

этого

ЧС

 

классифицируются

 

по

 

большому

 

количеству

 

признаков

описывающих

 

эти

 

явления

Наиболее

 

существенным

 

признаком

 

являет

-

ся

 

генезис

 (

происхождение

). 

По

 

этому

 

признаку

 

ЧС

 

можно

 

классифицировать

 

таким

 

образом

 [3]:

• 

техногенного

 

характера

 — 

аварии

 

и

 

опас

-

ные

 

техногенные

 

происшествия

  (

взрывы

пожары

опасные

 

выбросы

 

и

 

разрушения

 

на

 

технических

 

объектах

транспортные

 

ката

-

строфы

);

• 

природного

 

характера

 — 

источником

 

являют

-

ся

 

опасные

 

природные

 

явления

  (

землетря

-

сения

наводнения

оползни

сели

ураганы

природные

 

пожары

);

• 

ЧС

 

военного

 

времени

 — 

применение

 

совре

-

менных

 

средств

 

поражения

террористиче

-

ские

 

акты

;

• 

экологического

 

характера

 — 

изменение

 

состояния

 

суши

свойств

 

воздушной

 

среды

состояния

 

гидросферы

 

и

 

состояния

 

биосфе

-

ры

;

• 

биолого

-

социального

 

характера

 — 

особо

 

опасные

 

или

 

широко

 

распространённые

 

инфекционные

 

заболевания

.

Из

 

общей

 

массы

 

возможных

 

ЧС

 

необходимо

 

выделить

 

те

которые

 

оказывают

 

воздействие

 

на

 

элементы

 

электроэнергетической

 

системы

приводящее

 

к

 

перерыву

 

или

 

полному

 

прекра

-

щению

 

электроснабжения

Исходя

 

из

 

представ

-

ленной

 

выше

 

классификации

 (

рис

. 1), 

такое

 

воз

-

Повышение надёжности 

систем электроснабжения 

в условиях негативных 

внешних воздействий

В статье рассматриваются проблемные вопросы функционирования систем 
электроснабжения в условиях негативных внешних воздействий поражающих 
факторов источников чрезвычайных ситуаций различного характера. Описа-
ны разрабатываемые технические пути повышения надёжности электроснаб-
жения и обеспечения живучести электрических сетей.

Дмитрий УДИНЦЕВ, д.т.н., доцент, 

Павел МИЛОВАНОВ, аспирант,

НИУ «МЭИ», кафедра «Электроэнергетические системы»


Page 3
background image

35

 1 (34) 2016

Классификация

 

чрезвычайных

 

ситуаций

 

по

 

природе

 

возникновения

Техногенного

 

характера

Природного

 

характера

Военного

 

времени

Биолого

-

социаль

-

ного

 

характера

Экологического

 

характера

Рис

. 1. 

Классификация

 

ЧС

действие

 

оказывают

 

ЧС

 

техногенного

природного

 

характера

а

 

также

 

ЧС

 

военного

 

времени

Поражаю

-

щий

 

фактор

 

источника

 

ЧС

 

может

 

оказывать

 

как

 

пря

-

мое

так

 

и

 

косвенное

 

воздействие

 

на

 

элементы

 

элек

-

троэнергетической

 

системы

Прямое

 

воздействие

 

оказывается

 

непосредственно

 

на

 

элементы

гене

-

рирующие

 

электростанции

провода

 

и

 

опоры

 

ЛЭП

трансформаторные

 

подстанции

распределительные

 

пункты

точки

 

общего

 

подключения

 

потребителей

Косвенное

 

воздействие

 

выражается

 

на

 

сопутствую

-

щих

 

элементах

 

и

 

технологиях

 (

газопровод

водопро

-

вод

транспортная

 

инфраструктура

 

и

 

т

.

д

.).

Условия

 

ЧС

 

имеют

 

следующие

 

особенности

 

для

 

функционирования

 

систем

 

электроснабжения

:

• 

внезапность

 

возникновения

 

негативного

 

воз

-

действия

приводящего

 

к

 

перерыву

 

или

 

полному

 

нарушению

 

электроснабжения

несмотря

 

на

 

про

-

филактику

 

и

 

предупреждающую

 

аппаратуру

;

• 

большое

 

количество

 

одновременно

 

протекающих

 

аварий

и

 

как

 

следствие

 

нехватка

 

оперативного

 

персонала

ремонтных

 

бригад

 

и

 

объёма

 

резер

-

вирования

 

на

 

их

 

своевременную

 

ликвидацию

увеличение

 

времени

 

работы

 

СЭС

 

в

 

аварийном

 

режиме

;

• 

ограничение

 

доступа

 

к

 

повреждённому

 

элементу

 

вследствие

 

затопления

перегораживания

разру

-

шения

 

подъездных

 

путей

;

• 

продолжительность

 

аварийного

 

режима

 

может

 

зависеть

 

от

 

особенностей

 

ЧС

 

и

 

периода

 

их

 

лик

-

видации

.

Современный

 

уровень

 

развития

 

промышленности

 

предполагает

 

серьёзный

 

подход

 

к

 

оценке

 

тех

 

техно

-

генных

 

опасностей

которые

 

могут

 

возникнуть

 

при

 

эксплуатации

 

сложных

 

производств

 

и

 

технологий

Кроме

 

того

климат

 

стремительно

 

меняется

приво

-

дя

 

к

 

широкомасштабным

 

природным

 

катаклизмам

Риски

 

ЧС

возникающие

 

в

 

процессе

 

глобального

 

из

-

менения

 

климата

 

и

 

хозяйственной

 

деятельности

не

-

сут

 

значительную

 

угрозу

 

для

 

населения

 

и

 

объектов

 

экономики

 

страны

В

 

последние

 

годы

 

число

 

опасных

 

природных

 

яв

-

лений

 

и

 

крупных

 

техногенных

 

катастроф

 

неуклонно

 

растёт

В

 

зонах

 

возможного

 

воздействия

 

поража

-

ющих

 

факторов

 

при

 

авариях

 

на

 

критически

 

важных

 

и

 

потенциально

 

опасных

 

объектах

 

проживают

 

свы

-

ше

 90 

миллионов

 

россиян

 (60% 

населения

 

страны

). 

15 

апреля

 2014 

г

была

 

утверждена

 

Государствен

-

ная

 

Программа

 

РФ

 «

Защита

 

населения

 

и

 

территорий

 

от

 

чрезвычайных

 

ситуаций

обеспечение

 

пожарной

 

безопасности

 

и

 

безопасности

 

людей

 

на

 

водных

 

объ

-

ектах

» [11]. 

Цель

 

госпрограммы

 — 

минимизировать

 

ущерб

 

от

 

военных

 

действий

 

и

 

терактов

а

 

также

 

ЧС

 

природного

 

и

 

техногенного

 

характера

пожаров

про

-

исшествий

 

на

 

водных

 

объектах

Программу

 

планиру

-

ется

 

реализовать

 

в

 

два

 

этапа

с

 2013 

по

 2015 

год

 

и

 

с

 2016 

по

 2020 

год

Ещё

 

одним

 

серьёзным

 

фактором

 

возникновения

 

ЧС

 

является

 

сложная

 

внешнеполитическая

 

обста

-

новка

 

и

 

угроза

 

военного

 

конфликта

К

 

сожалению

во

-

енная

 

опасность

 

для

 

России

 

продолжает

 

сохраняться

 

[12]. 

И

 

хотя

 

наш

 

президент

 

и

 

правительство

 

прини

-

мают

 

все

 

усилия

чтобы

 

Российская

 

Федерация

 

не

 

была

 

втянута

 

в

 

вооруженный

 

конфликт

мы

 

должны

 

готовить

 

электроэнергетическую

 

систему

 

к

 

наихуд

-

шему

 

сценарию

 — 

необходимости

 

функционировать

 

в

 

усло

 

виях

 

ЧС

вызванных

 

боевыми

 

действиями

.

В

 

связи

 

со

 

всем

 

вышесказанным

наиболее

 

ак

-

туальным

 

вопросом

 

становится

 

повышение

 

надёж

-

ности

 

электроснабжения

 

потребителей

а

 

также

 

живучести

 

электроэнергетических

 

систем

 

в

 

услови

-

ях

 

ЧС

В

 

энергетике

 

под

 

надёжностью

 

понимается

 

свойство

 

выполнять

 

заданные

 

функции

 

в

 

заданном

 

объёме

 

при

 

определённых

 

условиях

 

функциониро

-

вания

Живучесть

в

 

свою

 

очередь

, — 

это

 

свойство

 

объекта

 

противостоять

 

возмущениям

не

 

допуская

 

их

 

каскадного

 

развития

 

с

 

массовым

 

нарушением

 

ре

-

жима

 

энергоснабжения

 

потребителей

 

и

 

восстанав

-

ливать

 

исходное

 

состояние

 

или

 

близкое

 

к

 

нему

 [4]. 

Живучесть

 

объекта

 

электроэнергетической

 

инфра

-

структуры

 

в

 

условиях

 

ЧС

 

характеризует

 

его

 

способ

-

ность

:

• 

противостоять

 

воздействию

 

поражающих

 

факто

-

ров

 

источника

 

ЧС

;

• 

снижать

 

возможный

 

материальный

 

урон

 

от

 

ЧС

;

• 

восстанавливать

 

за

 

короткие

 

сроки

 

свою

 

деятель

-

ность

  (

генерация

передача

 

или

 

распределение

 

электроэнергии

).

В

 

настоящее

 

время

 

специалистами

 

Национально

-

го

 

исследовательского

 

университета

  «

МЭИ

» 

кафе

-

дры

  «

Электроэнергетические

 

системы

» 

предложен

 

ряд

 

технических

 

путей

 

повышения

 

надёжности

 

и

 

жи

-

вучести

 

систем

 

электроснабжения

:

• 

приближение

 

генерации

 

к

 

потребителю

 

с

 

исполь

-

зованием

 

энергоносителей

 

из

 

местных

 

источни

-

ков

в

 

т

.

ч

и

 

альтернативных

;

• 

гибкое

 

ограничение

 

потребления

 

в

 

условиях

 

дефицита

 

мощности

;

• 

повышение

 

пропускной

 

способности

 

элементов

 

СЭС

.

ПРИБЛИЖЕНИЕ

 

ГЕНЕРАЦИИ

Вырабатываемая

 

электрическая

 

энергия

 

прохо

-

дит

 

долгий

 

путь

 

от

 

электрической

 

станции

 

к

 

конеч

-

ному

 

потребителю

и

 

чем

 

дальше

 

от

 

источника

 

на

-


Page 4
background image

36

СЕТИ РОССИИ

ходится

 

потребитель

тем

 

выше

 

риск

 

возникновения

 

перерыва

 

или

 

полного

 

прекращения

 

его

 

электро

-

снабжения

.

Известно

что

 

приближение

 

генерации

 

к

 

потреби

-

телю

 

существенно

 

повышает

 

надёжность

 

электро

-

снабжения

Из

 

условной

 

цепочки

представленной

 

на

 

рис

. 2, 

исключаются

 

звенья

соответствующие

 

транс

-

портировке

 

энергоносителя

 

до

 

места

 

генерации

а

 

также

 

передаче

 

и

 

распределению

 

электроэнергии

 

до

 

потребителя

Этот

 

принцип

 

применяется

 

при

 

осу

-

ществлении

 

резервирования

 

потребителей

 

первой

 

категории

 

особой

 

группы

 

надёжности

 

собственным

 

автономным

 

источником

 

электроэнергии

Но

 

у

 

дан

-

ного

 

способа

 

есть

 

свои

 

минусы

главный

 

из

 

которых

 

состоит

 

в

 

том

что

 

топливный

 

резервуар

 

имеет

 

огра

-

ниченный

 

объём

 

и

 

требует

 

пополнения

В

 

условиях

 

ЧС

 

пополнение

 

данного

 

резервуара

 

может

 

быть

 

затруднительно

 

или

 

просто

 

невозмож

-

но

 

вследствие

 

отсутствия

 

топлива

 

на

 

заправках

 

или

 

ограничения

 

возможностей

 

по

 

доставке

обусловлен

-

ной

 

перегруженностью

 

автомобильных

 

магистралей

 

или

 

полным

 

разрушением

 

транспортной

 

инфраструк

-

туры

.

Существуют

 

различные

 

пути

позволяющие

 

сни

-

зить

 

зависимость

 

резервных

 

источников

 

электро

-

энергии

 

от

 

внешнего

 

энергоносителя

Одним

 

из

 

таких

 

путей

 

является

 

использование

 

продуктов

 

жизнедея

-

тельности

 

человека

органических

 

отходов

 

животно

-

водства

птицеводства

 

и

 

растениеводства

 

для

 

произ

-

водства

 

электроэнергии

.

По

 

различным

 

оценкам

потенциальное

 

произ

-

водство

 

биогаза

 

в

 

России

 

может

 

достичь

 72 

млрд

 

м

3

 

в

 

год

что

 

эквивалентно

 

порядка

 170 

млн

 

МВт

ч

 

электроэнергии

 [5]. 

При

 

средней

 

годовой

 

выработке

 

электроэнергии

 

ЕЭС

 

России

 

в

 

объёме

 1,0–1,1 

млрд

 

МВт

ч

 [6], 

доля

 

электроэнергии

выработанной

 

при

 

помощи

 

биогазовых

 

установок

 (

БГУ

), 

может

 

достичь

 

примерно

 15%.

В

 

нашем

 

случае

для

 

обеспечения

 

надёжности

 

электроснабжения

 

в

 

условиях

 

ЧС

 

не

 

требуется

 

заме

-

ны

 

существующей

 

системы

 

для

 

работы

 

в

 

нормаль

-

ных

 

условиях

 

эксплуатации

Необходимо

 

построение

 

параллельной

 

системы

 

резервных

 

генерирующих

 

объектов

использующих

 

биогаз

 

в

 

качестве

 

энер

-

гоносителя

 

и

 

работающих

 

в

 

нормальных

 

условиях

 

в

 

режиме

 

частичной

 

загрузки

позволяющей

 

сжигать

 

минимально

 

достаточный

 

объём

 

биогаза

В

 

услови

-

ях

 

отключения

 

от

 

энергосистемы

 

данные

 

установки

 

переходят

 

в

 

режим

 

полной

 

загрузки

Также

 

необхо

-

димо

 

отметить

что

 

помимо

 

классического

 

варианта

 

работы

 

биогазовой

 

установки

 

параллельно

 

с

 

ЭС

 

воз

-

Рис

. 2. 

Схематичное

 

изображение

 

процесса

 

генерация

 — 

передача

 — 

распределение

 — 

потребление

можна

 

автономная

 

работа

 

на

 

общую

 

нагрузку

 

за

 

счёт

 

возможности

 

переключения

 

потребителей

 

между

 

ис

-

точниками

 

электроэнергии

.

Использование

 

БГУ

 

при

 

явном

 

положительном

 

эффекте

 

с

 

точки

 

зрения

 

повышения

 

надёжности

тре

-

бует

 

серьёзной

 

проработки

 

целого

 

ряда

 

вопросов

:

• 

разработка

 

схемных

 

решений

позволяющих

 

инте

-

грировать

 

БГУ

 

относительно

 

малой

 

мощности

 

в

 

существующую

 

систему

 

электроснабжения

;

• 

разработка

 

нормативно

-

правовых

 

документов

регламентирующих

 

аспекты

 

строительства

 

и

 

экс

-

плуатации

 

БГУ

 

от

 

землеотвода

 

до

 

ценообразова

-

ния

 

стоимости

 

электроэнергии

;

• 

разработка

 

технических

 

решений

обеспечиваю

-

щих

 

регулирование

 

выхода

 

биогаза

 

в

 

зависимости

 

от

 

фактической

изменяющихся

 

в

 

значительных

 

пределах

 

нагрузки

.

Необходимо

 

отметить

что

 

объём

 

выделяемого

 

биогаза

 

зависит

 

от

 

температурного

 

режима

 

процес

-

са

Переход

 

между

 

этими

 

процессами

 

обладает

 

опре

-

делённой

 

инерционностью

На

 

увеличение

 

объёма

 

выделяемого

 

биогаза

 

требуется

 

несколько

 

часов

Это

 

время

 

дефицит

 

должен

 

покрываться

 

из

 

резерв

-

ного

 

хранилища

Регулирование

 

же

 

выхода

 

биогаза

 

в

 

зависимости

 

от

 

фактической

 

нагрузки

 

возможно

 

на

 

основе

 

технического

 

решения

предложенного

 

специ

-

алистами

 

НИУ

 «

МЭИ

» [7] 

или

 

с

 

использованием

 

дру

-

гих

 

технических

 

решений

которые

будем

 

надеяться

появятся

 

в

 

процессе

 

работы

.

ГИБКОЕ

 

ОГРАНИЧЕНИЕ

 

ПОТРЕБЛЕНИЯ

 

В

 

УСЛОВИЯХ

 

ДЕФИЦИТА

 

МОЩНОСТИ

Другим

 

проблемным

 

вопросом

 

является

 

более

 

высокая

 

вероятность

 

разрушения

 

воздушных

 

линий

составляющих

 

основу

 

линий

 

электропередачи

 

от

 

110 

кВ

 

и

 

выше

чем

 

кабельных

 

линий

составляющих

 

основу

 

сетей

 10–20 

кВ

 

и

 

ниже

.

При

 

этом

 

на

 

оставшиеся

 

в

 

работоспособном

 

со

-

стоянии

 

сети

 

ложится

 

повышенная

 

нагрузка

Наличие

 

аварийных

 

резервов

 

мощности

 

в

 

ЭЭС

 

также

 

не

 

га

-

рантирует

 

абсолютную

 

надёжность

 

электроснабже

-

ния

так

 

как

 

вероятность

 

отказов

 

у

 

самого

 

резервного

 

оборудования

 

не

 

равна

 

нулю

Следовательно

не

 

ис

-

ключена

 

возможность

 

появления

 

дефицитов

 

мощно

-


Page 5
background image

37

 1 (34) 2016

Противоаварийная

 

автоматика

действующая

 

при

 

возникновении

 

дефицита

 

активной

 

мощности

Частотная

 

делительная

 

автоматика

 (

ЧДА

)

Рис

. 3. 

Противоаварийная

 

автоматика

Автоматический

 

частотный

 

ввод

 

резерва

 (

АЧВР

)

Автоматическая

 

частотная

 

разгрузка

 

(

АЧР

)

Дополнительная

 

автоматическая

 

разгрузка

 (

ДАР

)

сти

 

в

 

ЭЭС

Необходимо

 

решать

 

проблему

 

равномер

-

ного

 

распределения

 

нагрузок

 

по

 

фазам

ограничения

 

потребителя

 

по

 

отпущенной

 

мощности

 

и

 

управления

 

приоритетной

  (

неприоритетной

нагрузкой

 

для

 

того

чтобы

 

возникший

 

дефицит

 

мощности

 

в

 

энергосисте

-

ме

 

не

 

приводил

 

к

 

дальнейшему

 

развитию

 

аварии

Структура

 

противоаварийной

 

автоматики

  (

ПА

), 

действующей

 

при

 

дефиците

 

активной

 

мощности

представлена

 

на

 

рис

. 3. 

В

 

настоящий

 

момент

 

данная

 

система

 

является

 

наиболее

 

эффективным

 

способом

 

предотвращения

 

дальнейшего

 

развития

 

аварий

Це

-

лью

 

работы

 

данной

 

системы

 

ПА

 

является

 

сохране

-

ние

 

устойчивой

 

работы

 

энергосистемы

 

в

 

условиях

 

дефицита

 

мощности

пусть

 

даже

 

ценой

 

полного

 

от

-

ключения

 

значительного

 

объёма

 

потребителей

 

элек

-

троэнергии

При

 

работе

 

АЧР

 

последовательность

 

отключения

 

потребителей

 

такова

что

 

в

 

первую

 

оче

-

редь

 

отключаются

 

менее

 

ответственные

 

потребите

-

ли

а

 

более

 

ответственные

 

остаются

 

в

 

работе

.

Однако

 

количество

 

линий

отходящих

 

от

 

подстан

-

ции

ограничено

поэтому

 

к

 

каждой

 

линии

 

подключено

 

большое

 

количество

 

потребителей

 

электроэнергии

из

 

которых

 

достаточно

 

сложно

 

выделить

 

ответ

-

ственных

 

и

 

неответственных

 

потребителей

Другим

 

недостатком

 

данной

 

системы

 

ПА

 

является

 

полное

 

веерное

 

отключение

 

потребителей

подключённых

 

к

 

соответствующим

 

очередям

 

АЧР

что

 

в

 

совокуп

-

ности

 

с

 

первым

 

фактором

 

зачастую

 

приводит

 

к

 

круп

-

ному

 

материальному

 

ущербу

 

конечного

 

потребите

-

ля

Кроме

 

того

при

 

срабатывании

 

АЧР

 

блокируется

 

действие

 

устройств

 

АВР

 

отключённых

 

потребителей

что

 

логично

 

с

 

точки

 

зрения

 

сохранения

 

устойчивости

 

ЭЭС

но

 

усугубляет

 

положение

 

потребителя

 

из

-

за

 

не

-

возможности

 

перехода

 

на

 

резервный

 

источник

 

пита

-

ния

 (

резервирующая

 

КЛ

ВЛ

, II-

я

 

секция

 

шин

 

ИП

).

Для

 

устранения

 

данных

 

недостатков

 

специали

-

стами

 

НИУ

  «

МЭИ

» 

было

 

предложено

 

техническое

 

решение

оформленное

 

в

 

виде

 

полезной

 

модели

 

«

Устройство

 

регулирования

 

передаваемой

 

мощности

 

в

 

распределительных

 

сетях

 

при

 

дефиците

 

мощности

 

в

 

энергосистеме

» [8]. 

Основная

 

цель

 — 

переход

 

от

 

дискретного

 

регулирования

  (

включение

-

выключение

 

отдельных

 

линий

к

 

плавному

  (

изменение

 

значения

 

уставок

).

Технический

 

результат

 

состоит

 

в

 

возможности

 

регулирования

 

значения

 

уставки

 

реле

 

приоритета

 

нагрузки

 

в

 

зависимости

 

от

 

свободной

 

мощности

 

в

 

энергосистеме

 

на

 

основе

 

реле

 

приоритета

 

нагрузок

и

 

достигается

 

тем

что

 

в

 

известное

 

реле

 

приорите

-

та

 

нагрузок

 

встраивается

 

регулятор

 

уставки

 

порога

 

срабатывания

Согласно

 

полезной

 

модели

этот

 

ре

-

гулятор

 

получает

 

сигнал

 

по

 

каналу

 

связи

 

от

 

распо

-

ложенного

 

на

 

опорной

 

подстанции

 

блока

 

контроля

 

свободной

 

мощности

 

в

 

энергосистеме

в

 

котором

 

сиг

-

нал

 

формируется

 

на

 

основании

 

показаний

 

приборов

установленных

 

на

 

опорных

 

подстанциях

 (

рис

. 4). 

Данное

 

устройство

 

должно

 

решать

 

ряд

 

таких

 

за

-

дач

как

:

• 

повышение

 

надёжности

 

электроснабжения

 

потре

-

бителей

;

• 

минимизация

 

ущерба

 

у

 

потребителей

 

при

 

авариях

 

в

 

энергосистеме

;

• 

наиболее

 

эффективное

 

использований

 

линий

 

электропередачи

 

за

 

счёт

 

исключения

 

их

 

полного

 

отключения

;

• 

обеспечение

 

более

 

равномерной

 

загрузки

 

линий

 

благодаря

 

возможности

 

подключения

 

ответствен

-

ных

 

и

 

неответственных

 

потребителей

 

к

 

одной

 

рас

-

пределительной

 

линии

.

ПОВЫШЕНИЕ

 

ПРОПУСКНОЙ

 

СПОСОБНОСТИ

 

ЭЛЕМЕНТОВ

 

СЭС

Как

 

было

 

отмечено

 

выше

функционирование

 

СЭС

 

в

 

условиях

 

ЧС

 

имеет

 

ряд

 

особенностей

в

 

част

-

ности

внезапность

 

возникновения

 

аварии

большое

 

количество

 

одновременно

 

протекающих

 

аварий

и

 

как

 

следствие

 

нехватка

 

оперативного

 

персонала

ремонтных

 

бригад

 

и

 

имеющегося

 

объёма

 

резерва

кроме

 

того

ситуация

 

усугубляется

 

ограничением

 

до

-

ступа

 

к

 

месту

 

аварии

 

или

 

повреждённому

 

элементу

 

электрической

 

сети

Все

 

эти

 

аспекты

 

приводят

 

к

 

уве

-

личению

 

времени

 

работы

 

ЭЭС

 

в

 

послеаварийном

 

ре

-

жиме

сопровождающемся

 

перегрузками

 

оставшихся

 

в

 

работе

 

элементов

 

электрической

 

сети

.

При

 

проектировании

 

систем

 

электроснабжения

 

выбор

 

электротехнического

 

оборудования

а

 

также

 

сечения

 

и

 

типа

 

проводников

 

осуществляется

 

с

 

точ

-

ки

 

зрения

 

технико

-

экономической

 

целесообразно

-

сти

а

 

именно

 — 

бесперебойного

 

функционирова

-

ния

 

с

 

наименьшими

 

затратами

 

при

 

эксплуатации

 

в

 

нормальном

 

режиме

а

 

также

 

возможности

 

работы

 

в

 

послеаварийном

 

режиме

 

в

 

условиях

 

перегрузок

 

и

 

ухудшения

 

параметров

Функционирование

 

суще

-

ствующей

 

системы

 

защиты

 

основано

 

на

 

принципе

 

не

 

превышения

 

нагрузки

 

длительно

-

допустимых

 

значе

-

ний

 

для

 

конкретного

 

оборудования

 

или

 

проводника

и

 

если

 

в

 

послеаварийном

 

режиме

сопровождаю

-

щемся

 

некоторыми

 

повышенными

 

нагрузками

 (

но

 

не

 

обеспечивающими

 

условия

 

срабатывания

 

защиты

), 

произойдёт

 

дополнительное

  (

вызванное

 

какими

-

ли

-


Page 6
background image

38

СЕТИ РОССИИ

бо

 

факторами

повышение

 

нагрузки

превышающее

 

длительно

-

допустимое

 

значение

защита

 

сработает

 

и

 

окончательно

 «

погасит

» 

потребителя

В

 

результате

 

чего

 

функционирование

 

СЭС

 

в

 

послеаварийном

 

режи

-

ме

 

должно

 

происходить

 

в

 

сжатых

 

временных

 

рамках

Однако

 

в

 

условиях

 

ЧС

 

время

 

работы

 

СЭС

 

в

 

после

-

аварийном

 

режиме

 

зависит

 

не

 

только

 

от

 

времени

 

про

-

ведения

 

ремонтных

 

работ

 

и

 

восстановления

 

схемы

 

электроснабжения

соответствующей

 

нормальному

 

режиму

но

 

также

 

и

 

от

 

периода

 

действия

 

и

 

ликвида

-

ции

 

последствий

 

самой

 

ЧС

В

 

этой

 

связи

 

актуальным

 

вопросом

 

становится

 

повышение

 

пропускной

 

способ

-

ности

 

элементов

 

СЭС

 

и

 

возможности

 

длительного

 

су

-

ществования

 

послеаварийного

 

режима

.

Общеизвестно

что

 

количественная

 

оценка

 

тепло

-

вого

 

действия

 

электрического

 

тока

 

определяется

 

за

-

коном

 

Джоуля

Ленца

 [3]:

dQ = I

2

Rdt

где

  

Q = 

t2

t1

I

2

Rdt

.

На

 

рис

. 5 

представлены

 

диаграммы

 

тепловых

 

режи

-

мов

 

элемента

 

электрической

 

сети

Диаграмма

 

рис

. 5

а

 

описывает

 

тепловой

 

режим

 

элемента

 

при

 

протекании

 

через

 

него

 

номинального

 

значения

 

нагрузки

рис

. 5

б

 — 

нагрузка

протекающая

 

через

 

элемент

 

сети

имеет

 

критическое

 

значение

во

 

много

 

раз

 

превышающее

 

номинальное

 

для

 

этого

 

элемента

 

и

 

приводящее

 

к

 

его

 

физическому

 

разрушению

Рис

. 5

в

 

иллюстрирует

 

те

-

пловой

 

режим

при

 

котором

 

элемент

 

сети

 

долгое

 

время

 

работал

 

при

 

нагрузке

 

значительно

 

меньше

 

но

-

минальной

и

 

в

 

определённый

 

момент

 

изменил

 

свой

 

режим

 

работы

при

 

котором

 

нагрузка

 

стала

 

превышать

 

номинальную

 

на

 

некоторое

 

значение

При

 

этом

 

необ

-

ходимо

 

отметить

 

характерный

 

отрезок

 

времени

 

Δ

t

 — 

то

 

время

которое

 

элемент

 

электрической

 

сети

 

мо

-

жет

 

проработать

 

в

 

режиме

 

перегрузки

не

 

нарушив

 

своей

 

физической

 

эксплуатационной

 

целостности

Это

 

известное

 

физическое

 

явление

 

нашло

 

своё

 

отражение

 

в

 

технической

 

литературе

 

и

 

норматив

-

ных

 

документах

 [10] 

и

 

регламентирует

 

допустимую

 

кратковременную

 

перегрузку

 

таких

 

элементов

 

элек

-

трической

 

сети

как

 

трансформаторы

 

и

 

кабельные

 

линии

 

до

 10 

кВ

Но

 

в

 

настоящее

 

время

 

данные

 

тео

-

ретические

 

рекомендации

 

и

 

требования

 

норматив

-

ных

 

документов

 

реализовываются

 

только

 

в

 

процес

-

се

 

проектирования

но

 

нет

 

технических

 

устройств

обеспечивающих

 

защиту

 

элементов

 

электрической

 

сети

 

с

 

учётом

 

предварительной

 

нагрузки

.

Специалистами

 

НИУ

 «

МЭИ

» 

разработано

 

пред

-

ложение

 

по

 

реализации

 

возможности

 

работы

 

эле

-

мента

 

сети

 

в

 

режиме

 

кратковременной

 

перегрузки

 

[9]. 

Основная

 

цель

 — 

применение

 

принципа

 

сраба

-

тывания

 

устройств

 

защиты

в

 

зависимости

 

от

 

пред

-

варительной

 

нагрузки

 

элемента

 

электрической

 

сети

 

и

 

длительности

 

аварийного

 

режима

.

Данный

 

подход

 

позволяет

:

• 

наиболее

 

эффективно

 

использовать

 

элементы

 

электрической

 

сети

 

за

 

счёт

 

повышения

 

их

 

про

-

пускной

 

способности

;

• 

повысить

 

надёжность

 

электроснабжения

 

потребителей

 

в

 

условиях

 

ЧС

в

 

результате

 

воз

-

можности

 

работы

 

элементов

 

СЭС

 

в

 

режиме

 

перегрузки

 

некоторый

 

дополнительный

 

отрезок

 

времени

необходимый

 

для

 

ликвидации

 

ЧС

 

или

 

восстановления

 

работоспособности

 

повреждён

-

ных

 

элементов

;

• 

минимизировать

 

ущерб

 

у

 

потребителей

 

при

 

нарушении

 

электроснабжения

.

ВЫВОДЫ

Принципы

 

построения

 

и

 

управления

 

Единой

 

энергетической

 

системой

 

страны

заложенные

 

ещё

 

в

 

середине

 XX 

века

в

 

начале

 

становления

 

и

 

разви

-

тия

 

отечественной

 

энергетики

и

 

по

 

сей

 

день

 

обеспе

-

чивают

 

её

 

устойчивую

 

работу

 

и

 

функционирование

Но

 

современный

 

уровень

 

развития

 

промышлен

-

ности

 

предполагает

 

серьёзный

 

подход

 

к

 

оценке

 

тех

 

техногенных

 

опасностей

которые

 

могут

 

возникнуть

 

при

 

эксплуатации

 

сложных

 

производств

 

и

 

техноло

-

гий

Климат

 

стремительно

 

меняется

приводя

 

к

 

ши

-

рокомасштабным

 

природным

 

катаклизмам

сохра

-

няется

 

угроза

 

вооружённых

 

конфликтов

 

и

 

терактов

.

В

 

этой

 

ситуации

 

необходимо

 

подготовить

 

ком

-

плекс

 

мер

 

повышения

 

надёжности

 

и

 

живучести

 

си

-

стем

 

электроснабжения

 

и

 

необходимости

 

их

 

функ

-

ционирования

 

в

 

условиях

 

различных

 

чрезвычайных

 

ситуаций

.

В

 

статье

 

предложен