Дмитрий
ВОДЕННИКОВ
,
заместитель
Председа
-
теля
Правления
—
главный
инженер
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
Снижение
расхода
электроэнергии
на
собственные
нужды
подстанций
500–750
кВ
.
Обзор
существующих
технологий
П
АО
«
ФСК
ЕЭС
»
является
крупнейшей
в
мире
электросетевой
компанией
(
ЭСК
).
Под
ее
управ
-
лением
находится
933
подстанции
,
охватываю
-
щие
77
регионов
России
.
Несмотря
на
относи
-
тельно
небольшую
долю
собственных
нужд
(
СН
)
ПС
4,56%
от
суммарных
технологических
потерь
электроэнергии
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»,
в
денежном
выражении
они
составляют
порядка
1
млрд
рублей
в
год
.
Неуклонный
рост
тарифов
на
энергоресурсы
на
фоне
общей
оптимизации
операционных
затрат
,
вызванных
экономической
ситуацией
последних
лет
,
мотивирует
руководителей
энергетических
компаний
кардинально
менять
подходы
и
искать
зачастую
скрытый
потенциал
снижения
потребления
энергоресурсов
.
Появление
новых
видов
оборудования
и
новых
энер
-
гоэффективных
технологий
однозначно
способствуют
повышению
энергоэффективности
экономики
страны
,
но
в
то
же
время
существует
ряд
барьеров
,
ограничивающих
их
внедрение
.
В
основном
это
связано
с
действующими
нормативными
документами
,
стандартами
организаций
,
действующими
требованиями
к
проектированию
,
а
также
консервативным
подходом
при
принятии
решений
о
вне
-
дрении
инновационных
технологий
.
НОМЕНКЛАТУРА
СОБСТВЕННЫХ
НУЖД
ПОДСТАНЦИЙ
К
категории
собственных
нужд
подстанций
относится
потребление
электроэнергии
токоприемниками
,
обе
-
спечивающими
необходимые
условия
функционирова
-
ния
оборудования
подстанций
в
технологическом
про
-
цессе
преобразования
и
распределения
электрической
энергии
.
В
номенклатуру
собственных
нужд
подстанций
входит
потребление
электроэнергии
на
следующие
цели
:
В
статье
рассматриваются
вопросы
существенного
сни
-
жения
потребления
электроэнергии
собственных
нужд
ПС
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»,
описывается
ряд
новых
технологий
,
по
-
зволяющих
снизить
потребление
электроэнергии
на
соб
-
ственные
нужды
как
на
существующих
объектах
,
так
и
на
вновь
строящихся
.
По
результатам
опытного
внедрения
и
отработки
ряда
технологий
,
показавших
свою
эффектив
-
ность
,
проведены
и
представлены
описания
технических
решений
и
величины
получаемых
эффектов
,
разработаны
конкретные
шаги
для
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
в
перспективе
бли
-
жайших
5
лет
,
которые
позволят
существенно
снизить
за
-
траты
на
собственные
нужды
как
по
существующим
объек
-
там
,
так
и
при
новом
строительстве
.
44
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2(13),
июнь
2019
Энергоэффективность
•
охлаждение
трансформаторов
и
автотрансформато
-
ров
;
•
обогрев
,
освещение
и
вентиляция
помещений
(
ОПУ
,
ЗРУ
,
ОВБ
,
аккумуляторной
,
компрессорной
,
насосной
пожаротушения
,
здания
вспомогательных
устройств
синхронных
компенсаторов
,
проходной
);
•
освещение
территории
;
•
зарядно
-
подзарядные
устройства
аккумуляторных
ба
-
тарей
;
•
оперативные
цепи
и
цепи
управления
(
на
подстанциях
с
переменным
оперативным
током
);
•
обогрев
ячеек
КРУН
(
с
аппаратурой
РЗ
и
автоматики
,
счетчиками
или
выключателями
)
и
релейных
шкафов
наружной
установки
;
•
обогрев
приводов
и
баков
масляных
выключателей
;
•
обогрев
приводов
отделителей
и
короткозамыкате
-
лей
;
•
обогрев
приводов
и
маслобаков
переключающих
устройств
РПН
;
•
обогрев
электродвигательных
приводов
разъедините
-
лей
;
•
обогрев
электросчетчиков
в
неотапливаемых
поме
-
щениях
;
•
обогрев
агрегатных
шкафов
и
шкафов
управления
воздушных
выключателей
;
•
электродвигатели
компрессоров
;
•
обогрев
воздухосборников
;
•
вспомогательные
устройства
синхронных
компенса
-
торов
(
маслонасосы
,
циркуляционные
насосы
,
дре
-
нажные
насосы
,
задвижки
,
автоматика
);
•
электропитание
аппаратуры
связи
и
телемеханики
;
•
небольшие
по
объему
ремонтные
работы
,
выполняе
-
мые
в
процессе
эксплуатации
;
•
прочие
:
дренажные
насосы
,
устройства
РПН
,
дистил
-
ляторы
,
мелкие
станки
и
приспособления
и
т
.
п
. [1].
К
собственным
нуждам
подстанций
относятся
также
электроприемники
,
наличие
которых
обусловлено
специ
-
фикой
эксплуатации
оборудования
подстанций
:
конди
-
ционирование
помещения
щита
управления
(
жаркая
климатическая
зона
),
обогрев
дорожек
к
оборудованию
на
открытой
части
подстанции
(
в
районах
с
обильными
снегопадами
)
и
т
.
п
.
Расход
электроэнергии
на
собственные
нужды
под
-
станций
,
необходимый
для
обеспечения
работы
техноло
-
гического
оборудования
подстанций
и
жизнедеятельно
-
сти
обслуживающего
персонала
.
Расход
электроэнергии
на
собственные
нужды
подстанций
регистрируется
счет
-
чиками
,
установленными
на
трансформаторах
собствен
-
ных
нужд
,
и
регламентируется
утвержденными
нормами
.
Соблюдение
данных
норм
обеспечивает
соблюдение
норматива
потерь
.
Расход
электроэнергии
на
собственные
нужды
под
-
станций
рассчитывается
на
основе
сопоставления
фак
-
тического
расхода
с
нормативами
,
определяемыми
в
со
-
ответствии
с
«
Инструкцией
по
нормированию
расхода
электроэнергии
на
собственные
нужды
подстанций
35–
500
кВ
».
Питание
потребителей
СН
электроустановок
может
быть
индивидуальным
,
групповым
и
смешанным
.
При
индивидуальном
питании
каждый
потребитель
получает
электроэнергию
от
шин
СН
по
индивидуальному
кабелю
,
что
обеспечивает
высокую
надежность
электроснабже
-
ния
,
но
это
приводит
к
значительному
расходу
кабелей
.
При
групповом
питании
потребители
получают
энергию
от
групповых
щитков
и
сборок
,
расположенных
вблизи
группы
потребителей
и
подключенных
одним
кабелем
к
шинам
СН
.
При
этом
снижается
расход
кабеля
,
но
воз
-
никают
дополнительные
расходы
на
групповые
щитки
и
сборки
,
снижается
надежность
электроснабжения
,
так
как
повреждение
кабеля
приводит
к
отключению
всех
по
-
требителей
данной
группы
.
Наиболее
рациональным
яв
-
ляется
смешанное
питание
,
при
котором
ответственные
потребители
питаются
по
индивидуальным
кабелям
не
-
посредственно
от
шин
СН
,
а
остальные
—
от
групповых
щитков
и
сборок
.
К
шинам
СН
(
кроме
постоянных
потребителей
)
могут
подключаться
также
различные
передвижные
устройства
(
подстанции
,
испытательные
станции
,
установки
масля
-
ного
хозяйства
).
СНИЖЕНИЕ
РАСХОДА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НА
«
СОБСТВЕННЫЕ
НУЖДЫ
»
ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК
Применение
для
электрообогрева
зданий
и
сооружений
подстанций
,
распределительных
пунктов
трансформа
-
торных
подстанций
и
т
.
д
.
нагревательных
элементов
с
аккумуляторами
тепла
,
позволяющих
использовать
электроэнергию
на
обогрев
в
ночной
непиковый
период
графика
нагрузок
,
позволит
частично
сократить
потребле
-
ние
на
собственные
нужды
на
электросетевых
объектах
.
На
сегодняшний
день
нормы
потерь
электроэнергии
на
собственные
нужды
подстанций
регулируются
РД
34.09.208 «
Инструкция
по
расходу
электроэнергии
на
соб
-
ственные
нужды
подстанций
35–500
кВ
».
Рассматриваемая
в
данной
работе
оценка
потенциала
энергоэффективности
одной
из
наиболее
крупных
элек
-
тросетевых
компаний
мира
—
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»,
а
также
практический
эффект
от
внедрения
разработанных
но
-
вых
технологий
по
снижению
потребления
электрической
энергии
на
обеспечение
собственных
нужд
подстанций
(
СН
ПС
),
являются
ярким
примером
комплексного
под
-
хода
к
повышению
эффективности
деятельности
крупной
госкорпорации
.
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
в
настоящее
время
—
это
более
900
подстанций
напряжением
35–1150
кВ
и
свыше
134
тыс
.
км
ЛЭП
0,4–1150
кВ
.
Уровень
потерь
в
ПАО
45
«
ФСК
ЕЭС
»
в
2016
году
составил
около
25
млрд
кВт
·
ч
при
отпуске
электроэнергии
потребителям
услуг
540
млрд
кВт
·
ч
[2].
Особенностью
электросетевого
комплекса
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
помимо
большой
протяженности
является
низкая
загрузка
основного
оборудования
(
рисунок
1).
Так
,
например
,
более
68%
трансформаторов
с
при
-
нудительным
охлаждением
имеют
среднегодовую
за
-
грузку
ниже
40%,
из
них
около
28%
загружены
ниже
20% (
около
70
ГВА
установленной
мощности
).
Несмотря
на
то
,
что
потребление
СН
ПС
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
не
превышает
5%
от
общей
величины
техноло
-
гических
потерь
(
рисунок
2),
эта
величина
составляет
порядка
1000
млн
кВт
·
ч
или
около
1
млрд
руб
.
в
де
-
нежном
выражении
в
год
.
Такие
цифры
даже
на
фоне
масштабов
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
однозначно
заслуживают
внимания
,
особенно
учитывая
,
что
комплекс
оборудо
-
вания
СН
ПС
,
как
будет
показано
далее
,
обладает
зна
-
чительным
потенциалом
повышения
эффективности
.
Отдельно
следует
отметить
,
что
в
настоящее
вре
-
мя
нормативный
уровень
расхода
на
СН
ПС
рассчиты
-
вается
по
устаревшей
методике
,
которая
не
учитывает
фактические
режимы
работы
оборудования
подстан
-
ций
,
при
этом
значительная
часть
современного
обо
-
рудования
в
методике
отсутствует
.
Данный
факт
не
позволяет
в
полной
мере
использовать
действующие
нормативы
для
оценки
эффективности
работы
обору
-
дования
собственных
нужд
.
Проведенный
подробный
анализ
работы
основного
оборудования
подстанций
и
токоприемников
СН
ПС
по
-
зволил
сформировать
уточненную
структуру
собствен
-
ных
нужд
подстанций
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
» (
рисунок
2).
Одной
из
особенностей
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»,
которая
была
выявлена
при
анализе
потенциала
снижения
расхода
на
СН
ПС
,
является
тот
факт
,
что
25%
круп
-
нейших
подстанций
потребляют
более
60%
общего
расхода
электроэнергии
СН
ПС
.
Подстанции
с
наи
-
большим
фактическим
расходом
имеют
значительно
больший
потенциал
сокращения
расхода
.
Кроме
того
,
значительное
сокращение
СН
ПС
на
этих
подстанци
-
ях
позволит
добиться
значительного
снижения
потре
-
бления
СН
ПС
для
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
в
целом
.
Именно
эти
крупные
подстанции
рассматриваются
как
приори
-
тетные
при
реализации
комплексных
проектов
повы
-
шения
эффективности
СН
ПС
[2].
Значительное
сокращение
(
до
2-
х
раз
)
общего
рас
-
хода
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
на
собственные
нужды
являет
-
ся
реализуемой
задачей
,
однако
требует
разработки
и
апробирования
технологий
,
адаптированных
для
применения
на
подстанциях
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
».
Как
по
-
казано
выше
,
наибольшим
потенциалом
для
снижения
обладают
следующие
составляющие
структуры
соб
-
ственных
нужд
:
расход
на
охлаждение
трансформато
-
ров
и
реакторов
,
на
обогрев
оборудования
и
обогрев
помещений
.
Для
определения
конкретных
техниче
-
ских
решений
по
сокращению
расхода
вышеуказанны
-
ми
составляющими
СН
ПС
на
подстанциях
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
с
2011
года
реализуется
программа
пилотных
проектов
,
позволяющая
оценить
применимость
и
эф
-
фективность
различных
инновационных
технологиче
-
ских
решений
.
Рис
. 1.
Анализ
загрузки
силовых
трансформаторов
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
Среднегодовая
загрузка
трансформаторов
, %
28%
40%
24%
7%
1%
0–20
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
20–40
40–60
60–80
80–100
Количество
трансформаторов
,
шт
.
Рис
. 2.
Структура
расхода
электроэнергии
на
собственные
нужды
подстанций
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
Охлаждение
трансформаторов
39%
Системы
управления ПС
17%
Компрессоры
6%
Освещение
3%
Прочие
расходы
3%
Технологические
потери
23,5 млрд кBт·ч/год
Собственные нужды
3,9% от тех. потерь
0,9 млрд кBт·ч/год
Обогрев
помещений
18%
Обогрев
оборудования
15%
3,9%
46
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2(13),
июнь
2019
Энергоэффективность
ПИЛОТНЫЕ
ПРОЕКТЫ
В
рамках
реализации
концепции
«
Энергоэффективная
ПС
»
в
2011–2017
годах
был
разработан
и
апробирован
на
ПС
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
ряд
инновационных
технологий
,
позволя
-
ющих
добиться
значительного
снижения
расхода
электри
-
ческой
энергии
на
СН
ПС
.
Первые
инновационные
решения
по
утилизации
тепла
трансформатора
были
применены
на
подстанции
500
кВ
«
Нижегородская
»
МЭС
Волги
.
В
2011–2014
годах
был
ре
-
ализован
пилотный
проект
по
внедрению
первой
в
России
установки
утилизации
тепла
трансформатора
для
отопле
-
ния
здания
ОПУ
.
Система
утилизации
тепла
масла
автотрансформатора
функционирует
посредством
отбора
тепла
,
выделяемого
при
работе
автотрансформатора
,
передачи
его
в
здание
ОПУ
и
применения
теплового
насоса
этиленгликоль
/
вода
для
повышения
параметров
теплоносителя
.
Структурная
схема
работы
установки
приведена
на
рисунке
3.
Расчетная
температура
окружающего
воздуха
,
до
кото
-
рой
тепловой
насос
обеспечивает
обогрев
здания
,
состав
-
ляет
–30°
С
.
В
случае
более
низких
температур
в
течение
трех
и
более
дней
,
а
также
при
отключении
автотрансформатора
,
для
отопления
здания
в
системе
предусмотрено
включение
ре
-
зервного
электрокотла
.
Дополнительно
с
целью
снижения
потре
-
бления
тепловой
энергии
зданием
ОПУ
были
реализованы
следующие
мероприятия
:
•
автоматизированное
зонирование
поме
-
щений
по
температурному
режиму
исходя
из
требований
расположенного
в
этих
помеще
-
ниях
оборудования
и
персонала
;
•
реконструкция
системы
отопления
здания
ОПУ
с
ис
-
пользованием
современных
низкотемпературных
радиаторов
отопления
,
термостатических
датчиков
температуры
на
радиаторах
отопления
и
переход
от
однотрубной
системы
отопления
к
двухтрубной
;
•
интеграция
системы
управления
установкой
утилиза
-
ции
тепла
трансформатора
с
АСУ
ТП
подстанции
.
Использование
установки
утилизации
тепла
со
-
вместно
с
мероприятиями
по
повышению
эффективно
-
сти
ограждающих
конструкций
здания
ОПУ
позволило
значительно
сократить
потребление
электроэнергии
на
отопление
здания
ОПУ
.
В
настоящее
время
средняя
мощность
отопления
здания
ОПУ
площадью
1500
м
2
с
учетом
вспомогательного
оборудования
(
насосы
и
си
-
стема
автоматики
)
не
превышает
20
кВт
(
ранее
были
установлены
электрокотлы
общей
мощностью
360
кВт
).
Таким
образом
,
удельная
мощность
отопления
после
применения
установки
утилизации
тепла
составляет
14
Вт
/
м
2
при
средней
норме
100
Вт
/
м
2
(
рисунок
4).
Дополнительным
эффектом
от
внедрения
является
то
,
что
в
отопительный
период
установка
утилизации
тепла
выступает
дополни
-
тельным
охладительным
блоком
,
что
снижает
по
-
требление
электроэнергии
системой
охлаждения
авто
-
трансформатора
.
В
распоряжении
Кузбас
-
ского
ПМЭС
находятся
15
под
-
станций
(
с
высшим
напряже
-
нием
: 500
кВ
— 4
подстанции
,
220
кВ
— 10
подстанций
и
110
кВ
— 1
подстанция
).
В
качестве
примера
по
оценке
реализации
меро
-
приятий
по
снижению
по
-
терь
на
СН
была
выбрана
ПС
500
кВ
«
Новокузнецкая
».
Используя
Инструкцию
по
расходу
электроэнергии
на
собственные
нужды
под
-
станций
,
и
с
учетом
обору
-
Рис
. 4.
Сравнение
удельного
потребления
зданием
ОПУ
ПС
500
кВ
«
Нижегородская
»
на
этапах
реализации
проекта
ПС
«
Нижегородская
»
до
модернизации
Старый
дом
Норматив
1984
года
Норматив
1995
года
Норматив
2002
года
ПС
«
Нижегородская
»
после
модернизации
Пассивный
дом
Удельное
потребление
электроэнергии
на
отопление
264
220
75
60
10
300
250
200
150
100
50
0
кВт
·
ч
/
м
2
в
год
Рис
. 3.
Структурная
схема
работы
установки
утилизации
тепла
на
ПС
500
кВ
«
Нижегородская
»
47
дования
,
находящегося
на
балансе
данной
подстанции
,
были
рассчитаны
нормы
потерь
электроэнергии
на
соб
-
ственные
нужды
,
значения
которых
приведены
на
ри
-
сунке
5.
Из
представленной
диаграммы
можно
видеть
,
что
больше
всего
энергии
затрачивается
на
обдув
,
охлаж
-
дение
и
обогрев
оборудования
.
Реальные
затраты
электроэнергии
превышают
при
-
веденные
нормы
,
в
связи
с
чем
необходимо
проведение
мероприятий
,
снижающих
потери
электроэнергии
на
собственные
нужды
.
Предлагается
заменить
обогрева
-
тели
на
конвективные
регулируемые
,
а
также
исполь
-
зовать
индукционные
электрокотлы
,
которые
позволят
сократить
потери
электроэнергии
на
обогрев
оборудо
-
вания
и
производственных
помещений
.
Также
снизить
потери
на
собственные
нужды
ПС
позволит
замена
ста
-
рых
светильников
на
новые
светодиодные
.
Срок
окупаемости
от
реализации
данных
мероприя
-
тий
составит
4,68
лет
.
Таким
образом
,
в
результате
прове
-
дения
Программы
энергосбережения
и
повышения
энер
-
гоэффективности
на
подстанциях
ФСК
сис
тематически
реализуются
следующие
мероприятия
:
оптимизация
про
-
должительности
работы
и
числа
включенных
вентилято
-
ров
охлаждения
трансформаторов
и
автотрансформато
-
ров
;
оптимизация
работы
средств
отопления
и
освещения
зданий
управления
подстанций
;
частичное
отключение
освещения
ОРУ
-500, 220, 110
кВ
в
ночное
время
,
когда
не
выполняются
работы
и
переключения
;
повышение
энер
-
гоэффективности
зданий
;
установка
энергосберегающих
ламп
и
светильников
освещения
ОРУ
;
замена
обогревате
-
лей
ПЭТ
на
конвекторы
и
др
.
В
результате
проведения
мероприятий
по
снижению
потерь
на
СН
ПС
«
Новокузнецкая
»
расход
электроэнер
-
гии
на
собственные
нужды
сократится
с
4009,584
МВт
·
ч
до
4006,477
МВт
·
ч
,
т
.
е
.
на
0,7%.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
С
целью
совершенствования
системы
нормирования
рас
-
хода
электроэнергии
на
собственные
нужды
в
2018
году
начал
реализовываться
проект
по
разработке
новых
нормативов
расхода
,
отражающих
фактические
режимы
работы
оборудования
ПС
ПАО
«
ФСК
ЕЭС
»
и
стимулиру
-
ющих
дальнейшее
сокращение
потребления
электро
-
энергии
на
подстанции
.
Внедрение
разрабатываемой
автоматизированной
системы
технического
учета
элек
-
троэнергии
на
ПС
и
расчета
нормативного
расхода
по
-
зволит
проводить
мониторинг
расхода
электроэнергии
по
каждому
токоприемнику
собственных
нужд
подстанции
и
гарантированно
поддерживать
высокий
уровень
энерге
-
тической
эффективности
подстанций
,
а
также
проводить
более
качественную
оценку
эффекта
от
энергосберегаю
-
щих
мероприятий
.
Реализация
полного
комплекса
мер
по
повышению
энергетической
эффективности
,
как
ожидается
,
позво
-
лит
к
2020
году
достичь
сокращения
расхода
электро
-
энергии
на
собственные
нужды
строящихся
подстанций
до
80%
к
текущему
уровню
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
РД
34.09.208.
Инструкция
по
нормированию
расхода
электроэнергии
на
собственные
нужды
подстанций
35–
500
кВ
.
М
., 1981.
2.
Рябин
Т
.
В
.,
Давыдов
Е
.
Ю
.,
Паринов
И
.
А
.
Возможности
снижения
расхода
энергии
на
собственные
нужды
под
-
станций
//
Энергосбережение
, 2016,
№
6.
С
. 36–42.
Рис
. 5.
Нормы
расхода
электроэнергии
на
СН
ПС
500
кВ
«
Новокузнецкая
»
Обдув
и
охлаждение
АОДЦТН
-267000/500/220/15
Обдув
и
охлаждение
РОДЦ
-60000/500
Обогрев
ОПУ
(2
этажа
)
Вентиляция
ОПУ
(2
этажа
)
Освещение
ОПУ
(2
этажа
)
Наружное
освещение
Зарядно
-
подзарядные
устройства
Вентиляция
аккумуляторной
Обогрев
выключателей
Электродвигатели
компрессоров
Обогрев
компрессорных
помещений
Вентиляция
компрессорных
помещений
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
тыс
.
кВт
·
ч
48
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
2(13),
июнь
2019
Энергоэффективность
Оригинал статьи: Снижение расхода электроэнергии на собственные нужды подстанций 500–750 кВ. Обзор существующих технологий
В статье рассматриваются вопросы существенного снижения потребления электроэнергии собственных нужд ПС ПАО «ФСК ЕЭС», описывается ряд новых технологий, позволяющих снизить потребление электроэнергии на собственные нужды как на существующих объектах, так и на вновь строящихся. По результатам опытного внедрения и отработки ряда технологий, показавших свою эффективность, проведены и представлены описания технических решений и величины получаемых эффектов, разработаны конкретные шаги для ПАО «ФСК ЕЭС» в перспективе ближайших 5 лет, которые позволят существенно снизить затраты на собственные нужды как по существующим объектам, так и при новом строительстве.
