Об анализе последствий от нарушений электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.316.3.003.13

Об анализе последствий от нарушений электроснабжения

Б.В. Папков

ГБОУВПО «Нижегородский государственный инженерно-экономический университет»,

В.А. Савельев

ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина»

Резюме

Состояние вопроса. Оценка возможных последствий от нарушений электроснабжения потребителей производилась разными авторами в основном по ретроспективной или экспертной информации. Анализ фактических последствий нарушений электроснабжения конкретного потребителя представляет отдельную задачу. В условиях усложнения технологических процессов производства решение её позволит получить объективные оценки показателей надежности и ущерба, минимизируя возможные и фактические последствия.

Материалы и методы. Решение поставленной задачи выполнено на основе детального исследования технологической, нормативной и экспертной документации по анализируемому производству. Показано, что эффективность решений, принимаемых при оценке показателей надёжности электроснабжения и технико-экономических последствий внезапных нарушений электроснабжения, зависит от полноты, точности и своевременности берущейся за основу информации. На основе системного подхода выделены главные факторы, определяющие надёжность электроснабжения конкретного потребителя.

Результаты. Анализ функционирования регулирующей и управляющей автоматики, наличия резервов, структуры и режимов схемы электроснабжения выявили особенности эксплуатации конкретного потребителя и недостатки первоначального проекта. Детальный анализ последствий от нарушений электроснабжения в условиях неполной, нечёткой и неопределённой технико-экономической информации дал возможность сформулировать предложения по оценке фактических последствий отказов в системах электроснабжения потребителей.

Вывод. Повышение уровня надёжности электроснабжения, минимизация (или исключение) последствий внезапных нарушений электроснабжения потребителей требует перехода к активно-адаптивным системам автоматизированного управления режимами электроснабжения и технологическим процессом производства.

Ключевые слова: электроснабжение, надёжность, ущерб, автоматизация. электроснабжение потребитель ущерб

Abstract

Background. Assessment of the possible effects of the electricity supply to consumers of violations made by different authors mainly retrospective or expert information. Ana lys actual consequences of a power failure of a particular user is a separate task. In terms of technological complexity of the decision processes of its production, will allow an objective assessment of reliability and damage, minimizing the potential and actual impact.

Materials and methods. The solution of this problem is made on the basis of a detailed study of the technological, regulatory and expert documentation of the analyzed production. It is shown that the effectiveness of the decisions taken in the assessment of indicators of reliability of supply, and electro-technical and economic consequences of sudden power failure, depends on the completeness, accuracy and timeliness of taking on the basis of the information. On the basis of a systematic approach highlighted the major factors that determine the reliability of electricity supply of particular consumer.

Results. Analysis of the functioning of the regulatory and control automation, availability of reserves, the structure and the mode of power supply circuits revealed features of operation of a particular consumer and disadvantages of the original project. A detailed analysis of the effects of power disturbances in the conditions of incomplete, fuzzy and uncertain technical and economic information provided an opportunity to formulate proposals for the evaluation of the actual consequences of failure in consumer power systems.

Conclusions. Increasing reliability of power supply, the minimization (or elimination of) the consequences of violations sudden power supply to consumers requires a transition to the active-adaptive systems of automatic control mode of power supply and process of production

Keywords: power supply, reliability, damages, automation

Введение. Основная задача обеспечения надежности электроэнергетических систем (ЭЭС) - снабжение потребителей электроэнергией в нужном количестве и при надлежащем ее качестве [1]. Нарушения нормального режима электроснабжения потребителей могут привести к значительному технико-экономическому и социальному ущербу [2,3]. В самом общем виде понятие «ущерб» представляет стоимостное выражение реакции потребителей электроэнергии и смежных систем на нарушение функциональных режимов связей, объединяющих эти системы с системой энергетики [4-10]. Он может быть соизмерим с национальными (аварии 2003 г. в США и Канаде; 2003 г. в Италии; 2005 г. в Москве, Калужской и Тульской областях) бедствиями и даже бедствием мирового масштаба (Чернобыль, 1986 г.). Возможные последствия от ненадежности становятся всё более тяжёлыми в связи с увеличением сложности и возрастанием угроз опасности производственных процессов при внезапных нарушениях электроснабжения. В этой связи требуется постоянное совершенствование методов прогнозирования развития, проектирования, строительства, монтажа, эксплуатации и диагностики систем электроснабжения (СЭС) потребителей, позволяющих полнее учитывать надежность, наиболее экономно расходовать выделяемые на её обеспечение средства и минимизировать возможные и фактические последствия.

Состояние вопроса. Надёжность электроснабжения конкретного потребителя зависит от многих факторов, главными из которых являются:

* обеспечение ЭЭС показателей надёжности внешней СЭС, требуемых потребителю в зависимости от особенностей его технологического процесса;

* наличие (при необходимости) независимых источников питания ответственных потребителей;

* возможность управления режимом электропотребления при плановых (неплановых) изменениях режима ЭЭС;

* возможность управления режимом электропотребления при плановых (неплановых) изменениях режима производства продукции;

* наличие автоматизированных средств оперативного контроля и управления режимами электроснабжения и электропотребления в нормальных и аварийных режимах;

* наличие современных средств релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА) и другие факторы [5,9].

Известны различные средства РЗ и ПА, с помощью которых повышается надежность, ликвидируется или предотвращается развитие аварийных ситуаций. К ним относятся: все виды РЗ от коротких замыканий; автоматическое повторное включение (АПВ); автоматический ввод резерва (АВР); автоматическое регулирование возбуждения (АРВ); автоматическая частотная разгрузка (АЧР); автоматическое регулирование частоты и мощности (АРЧМ); автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР); автоматическая синхронизация генераторов; система автоматического отключения нагрузки (САОН) и т.д. Особое место в задачах обеспечения надёжности занимает автоматика самозапуска ответственных электродвигателей.

Наряду с перечисленными средствами РЗ и ПА повышения надежности большое значение приобретают такие мероприятия, как внедрение автоматизированных систем контроля и управления электроснабжением (АСКУЭ) и автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии (АИИСКУЭ) [11]; резервирование генерирующей мощности, систем передачи, преобразования и распределения электроэнергии, увеличение пропускной способности ЛЭП, трансформаторов.

Принятие решения о резервировании систем и элементов энергоснабжения большого количества потребителей связано со значительными материальными затратами, что должно быть надлежащим образом обосновано. Оценив ущерб, нанесенный потребителям перерывом электроснабжения, ущерб, связанный с аварийным ремонтом и восстановлением технологического процесса, а также расходы на повышение надежности, можно ставить вопрос об оптимальном уровне надежности внешнего и внутреннего электроснабжения, надёжности электроэнергетического и технологического оборудования производственных и вспомогательных установок и систем.

Современный технический прогресс способствовал созданию структурно сложных технических систем, под которыми понимаются производственно-технологические комплексы промышленных предприятий и системы их электроснабжения. К методам оценки показателей надежности электроснабжения таких потребителей предъявляются повышенные требования, и уделяется большое внимание исследователей, проектировщиков, эксплуатационного персонала и административных органов управления. В этих условиях

* проявляются коммерческие требования к режиму электроснабжения и могут вводиться ограничения на изменение технологии производства, что снижает надежность и управляемость СЭС;

* разделяются интересы по поддержанию надежности и получению прибыли;

* возникает проблема экономичного и надежного электроснабжения субабонентов;

* образуются субъекты, существенно влияющие на надежность и не отвечающие за её обеспечение (торговые операторы);

* происходит постоянное давление рынка, с целью экономии издержек, стремления к снижению всех видов резервов и запасов, полноте использования энергетического оборудования и пропускной способности сети;

* увеличивается количество «узких мест» в системе передачи электроэнергии, вследствие изменения распределения и направления потоков мощности, что стимулируется свободной торговлей электроэнергией и т.п.

Закон «Об электроэнергетике» устанавливает основные положения защиты потребителей от не предусмотренных законодательством нарушений электроснабжения со стороны рынка при проявлении различных видов его неустойчивости. В соответствии с концепцией обеспечения надежности в электроэнергетике [1] она не может быть абсолютной и должна рассматриваться как некоторый конечный комплексный ресурс. Требования или запросы потребителей по обеспечению того или иного уровня надежности формируют спрос на этот ресурс. При этом потребители сами выбирают необходимый уровень надежности из предоставляемого «меню» с соответствующей ценой. Это позволит избежать перекрестного субсидирования за счет перераспределения оплаты в соответствии с выбранными уровнями надежности [4].

Следует отметить, что качество принимаемых решений в значительной степени зависит от полноты, точности и своевременности берущейся за основу информации. Она никогда не бывает абсолютно точной и достаточной даже только по той причине, что для принятия решения, ориентированного на будущее, возможно использование лишь ограниченного объема ретроспективных данных и учет только настоящего состояния контролируемого объекта. Даже при полном отсутствии ретроспективной информации об условиях функционирования высоконадежных структурно сложных систем в экстремальных ситуациях очевидна ценность сравнительных расчетов, так как они дают возможность получить данные для дальнейшего взаимодействия с энергоснабжающими организациями.

Анализ фактических последствий внезапного нарушения электроснабжения. В большинстве публикаций, связанных с оценкой последствий внезапных нарушений электроснабжения потребителей рассматриваются модели расчёта ущерба и его количественные характеристики, полученные на основе, нормативной документации, информации, полученной от экспертов и (или) из имеющихся справочных данных [2,3,6,8,9]. Доступ аналитика к фактическим данным о последствиях нарушений электроснабжения бывает практически закрыт по экономическим, коммерческим, юридическим, экологическим и даже социальным соображениям. Однако фактическая объективная информация об отключениях даже отдельных электроприёмников может послужить основой повышения надёжности и эффективности функционирования СЭС в целом.

В качестве примера в настоящей работе рассмотрен случай многократного кратковременного (до 15 секунд) отключения одной из питающих предприятие ЛЭП, что привело к сбоям в работе всех систем охлаждения нагревательной печи и возникновению общих и локальных перегревов её оборудования. В результате этих нарушений кроме полного отключения основного оборудования печи отключились контрольные и управляющие системы вентиляторов, системы воздушного охлаждения, системы оборотного водяного охлаждения печи. Последствия аварийной ситуации были успешно устранены оперативным электротехническим и технологическим персоналом за 10 - 15 минут путём переключения управления процессом производства в «ручной» режим.

Через 4 часа произошло повторное отключение ЛЭП длительностью 15 минут, затем, через час - третье, той же длительности и ещё через час - четвёртое, длившееся около 1 часа.

Следствием этих отключений был выход горячего продукта из печи, разрушение им кладки аварийного бассейна и возникновение пожара, приведшего к повреждению основного технологического оборудования. Причинённый ущерб оценён в 60 млн руб.

Детальный анализ последствий описанной ситуации позволил установить следующее.

1. В соответствии с договором оказания услуг по передаче электрической энергии «…осуществлять передачу электрической энергии в соответствии с согласованной категорией» можно утверждать, что в договоре отсутствуют обоснование категории электроснабжения нагревательной печи (по действующим ПУЭ) и параметры допустимой длительности перерыва электроснабжения для данного технологического процесса. С другой стороны, в акте согласования аварийной и технологической брони электроснабжения потребителя электрической энергии (основного абонента с субабонентами) отмечено, что, время (длительность) допустимого перерыва электроснабжения - 1 час. Такое несоответствие уже вызывает вопросы при предъявлении претензий к энергоснабжающей организации о возмещении возникшего ущерба.

2. Из представленных для анализа документов (стандарт предприятия «Действия в нестандартных ситуациях»; договор оказания услуг по передаче электрической энергии; акт о пожаре; акт расследования причин аварии; техническое заключение судебно-экспертного учреждения) очевидно, что проект системы электроснабжения нагревательной печи лишь формально учитывал ситуацию отключения внешнего электроснабжения. Имеющийся автономный источник питания - дизель-генераторная электростанция (ДЭС), мощность которой должна была бы быть достаточной для обеспечения (завершения) процесса производства и в анализируемых условиях нарушения электроснабжения должна была бы обеспечить питание электродвигателей системы охлаждения печи не обеспечила их успешного самозапуска. Известно, что длительность успешного самозапуска лежит в пределах нескольких секунд, а пуск ДЭС по технологическому регламенту занимал около 30 минут. Поэтому очевидно, что реальные последствия конкретного нарушения электроснабжения (выход продукта из объёма печи, разрушение кладки, пожар) свидетельствуют о том, что максимальная длительность перерыва электроснабжения двигателей системы охлаждения печи должна быть существенно меньше длительности нормативного запуска ДЭС. Кроме того следует учитывать, что токи самозапуска электродвигателей существенно превышают номинальные токи. Поэтому мощность автономного источника должна соответствовать пусковому режиму, определяющемуся суммой пусковых токов электродвигателей системы охлаждения печи. На основании изложенного очевидно, что условиями технологических регламентов нагревательной печи не были полностью учтены особенности существующей схемы СЭС и условия безаварийного завершения технологического процесса. Следовательно, система АВР и самозапуска электродвигателей системы охлаждения печи не могли быть эффективными.

3. Оценку категории электроснабжения электроприёмников охлаждения печи, обоснование необходимости горячего резерва автономного источника питания и решение вопросов самозапуска ответственных электродвигателей необходимо было произвести ещё на этапе проектирования СЭС. В процессе относительно длительной эксплуатации анализируемой печи электротехнический и технологический персонал, имеющий достаточную для этого квалификацию мог заметить и учесть недостатки проекта. При наличии и успешном срабатывании системы самозапуска электродвигателей, питающих систему охлаждения печи, наличии и успешном срабатывании системы АВР, своевременной подачи напряжения от ДЭС необходимой мощности (или другого резервного источника, находящегося в горячем резерве) в рассматриваемой ситуации, сбоя в работе всех систем охлаждения печи и последовавшего за этими событиями пожара, не должно было произойти.

Заключение.

Существующие разработки по оценке ущерба позволяют всесторонне оценить составляющие и суммарный ущерб потребителей, вызванных отключением как отдельных электроприёмников, так и производственных объектов в целом. Повышение уровня надёжности электроснабжения, минимизация (или исключение) последствий внезапных нарушений электроснабжения потребителей требует перехода к активно-адаптивным системам автоматизированного управления режимами электроснабжения и технологическим процессом производства. Объективный анализ последствий нарушений электроснабжения требует наличия достоверной технико-экономической информации, которая в современных условиях функционирования ряда конкретных производств часто бывает неполной, неопределённой, а в отдельных случаях просто скрывается по финансовым, корпоративным или каким-либо другим обстоятельствам.

Список литературы

1. Концепция обеспечения надёжности в электроэнергетике. / Воропай Н.И., Ковалёв Г.Ф., Кучеров Ю.Н. и др. - М.: ООО ИД «Энергия», 2013. - 304 с.

2. Эдельман В.И. Надёжность технических систем: экономическая оценка. - М.: Экономика, 1998. - 151 с.

3. Надёжность систем энергетики и их оборудования. Справочник: В 4-х т. / Под общ.ред. Ю.Н. Руденко. Т. 2. Надёжность электроэнергетических систем / Под ред. М.Н. Розанова. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 568 с.

4. Куликов А.Л., Папков Б.В., Шарыгин М.В. Анализ и оценка последствий отключения потребителей электроэнергии. - М.: НТФ «Энергопрогресс», 2014. - 84 с.

5. Папков Б.В., Куликов А.Л. Основы теории систем для электроэнергетиков / под ред. Н.И. Воропая. - Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2011. - 456 с.

6. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем. Ч. 1. Теоретические основы: Учеб.пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ. - 2003. - 256 с.

7. Гук Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике: Учеб.пособие. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1990. - 208 с.

8. Михайлов В.В. Тарифы и режимы электропотребления. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 216 с.

9. Непомнящий В.А. Экономические потери от нарушений электроснабжения потребителей. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - 188 с.

10. Надёжность систем энергетики: проблемы, модели и методы их решения / А.Ф. Дьяков, В.А. Стенников, С.М. Сендеров и др. Новосибирск: Наука, 2014. - 214 с.

11. Савельев В.А., Зыков А.В., Лушников А.М. Автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учёта электрической энергии (мощности). - Иваново: ИГЭУ, 2004. - 132 с.

Размещено на Allbest.ru