Надежность электроснабжения: проблемы и подходы

 

Автор

 

    Рынок, разграничивший собственность, внес заметные коррективы и во взаимоотношения между энергоснабжающими организациями и потребителями электрической энергии. Из­меняется и характер ответственности сторон за результаты их взаимодействия. Если при единой государственной собственности материальная ответственность базировалась на системе уровневых показателей, то в условиях рынка она диктуется деятельностью предприятий, то есть становится реальной.
    Ранее, до реформы электроэнергетики, за надежность электроснабжения потребителей отвечала энергоснабжающая компания. Такое положение было во многом обусловлено тем, что бывшие АО-энерго и коммунальные предприятия несли на себе функции государственного надзора как за надежностью, так и за экономией энергоресурсов и могли контролировать выполнение соответствующих мероприятий потребителями.
    После реформирования энергетики потребители должны решать вопросы надежности электроснабжения при взаимодействии с сетевыми и сбытовыми организациями, а также самостоятельно, к чему они оказались неподготовленными. Это обстоятельство требует пересмотра сложившейся практики работы на рынках с учетом развития законодательства и переосмысления действующих норм и правил.
    После реформы энергетики в России на розничных рынках появились новые субъекты:

  • потребители электрической энергии;
  • гарантирующие поставщики (ГП);
  • энергосбытовые компании;
  • энергоснабжающие организации, продающие потребителям выработанную или купленную электрическую энергию и совмещающие эту деятельность с ее передачей;
  • исполнители коммунальных ус­луг, приобретающие электрическую энергию в целях оказания гражданам коммунальных услуг;
  • сетевые организации и иные владельцы объектов электросетевого хозяйства;
  • производители (поставщики) электрической энергии, продажа которой не осуществляется на оптовом рынке.
    Системный оператор и иные субъекты оперативно-диспетчерского управления в технологически изолированных территориальных электроэнергетических системах, которые в той или иной степени отвечают за надежное электроснабжение и устойчивость работы энергосистемы.
    ГП осуществляют поставку электрической энергии покупателям на территории своей зоны деятельности по публичным договорам энергоснабжения или купли-продажи (поставки). Для надлежащего исполнения данных договоров ГП должен в установленном законодательством Российской Федерации порядке урегулировать отношения, связанные с оперативно-диспетчерским управлением обслуживаемых им точек поставки на розничном рынке. Кроме того, он вынужден также регулировать отношения, связанные с передачей электрической энергии потребителям, посредством заключения договоров оказания соответствующих услуг с сетевыми организациями. Все эти функции регламентируются договорами, предусмотренными Правилами функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период развития электро­энергетики (далее — Правила).
    ГП не требуется иных полномочий, кроме указанных в договорах, чтобы отстаивать интересы получателей электроэнергии перед органами оперативно-диспетчерского управления или сетевыми компаниями в плане обеспечения надежности. В то же время Постановлением Правительства РФ от 02.10.2009 г. № 785 вопросы надежности электроснабжения некоторых категорий потребителей (ограничение режима потреб­ления которых ниже уровня аварийной брони не допускается и которые участвуют в графиках аварийного ограничения) возложены частично на сетевые организации. Их ответственность реализуется путем подписания актов согласования аварийной и технологической брони.
    В ст. 38 Закона «Об электроэнергетике» продекларировано, что субъекты электроэнергетики, осуществляющие поставку электрической энергии, в том числе энергосбытовые компании, ГП и территориальные сетевые организации, отвечают перед потребителями за надежность обеспечения их электрической энергией и ее качество в соответствии с положениями технических регламентов и иными обязательными требованиями. К этому следует добавить, что для граждан, использующих электроэнергию для личных, семейных, домашних и иных нужд, не связанных с предпринимательской деятельностью, органом, контролирующим надежность и качество электроэнергии, является исполнитель коммунальных услуг.
    В условиях нечеткой нормативной базы, большого количества взаимодействующих субъектов электроэнергетики и сложной истории вопроса необходим новый подход к обеспечению надежности. Он должен предусматривать ответственность всех субъектов, включая самого потребителя. Попытаемся определить ее степень и возможности для каждого участника рассматриваемого процесса.
    Устойчивость электроснабжения электроустановок потребителя достигается за счет надежности:
  • внешнего электроснабжения;
  • системы электроснабжения самого потребителя (сетей и, возможно, собственных источников электроэнергии, объединенных общностью режима и управляемых централизованно соответствующими службами).
    Надежность внешнего электроснабжения должна обеспечиваться сетевыми и (или) энергоснабжающими организациями в точках поставки розничного рынка (на границе балансовой принадлежности) в соответствии с договорами оказания услуг по транспорту электроэнергии и договорами поставки (продажи) электроэнергии и мощности.
    В Правилах приведено следующее определение: «категория надежности снабжения потребителя электрической энергией (далее — категория надежности), обусловливающая содержание обязательств по обеспечению надежности снабжения электрической энергией соответствующего потребителя, в том числе:
  • допустимое число часов отключения в год, не связанного с неисполнением потребителем обязательств по соответствующим договорам и их расторжением, а также с обстоятельствами непреодолимой силы и иными основаниями, исключающими ответственность гарантирующих поставщиков, энергоснабжающих, энергосбытовых и сетевых организаций и иных субъектов электроэнергетики перед потребителем в соответствии с законодательством Российской Федерации и условиями договоров;
  • срок восстановления энергоснабжения».
    И далее: «Для первой и второй категорий надежности допустимое число часов отключения в год и сроки восстановления энергоснабжения определяются сторонами в зависимости от конкретных параметров схемы электроснабжения, наличия резервных источников питания и особенностей технологического процесса потребителя, но не могут быть более соответствующих величин, предусмотренных для третьей категории надежности.
    Для третьей категории надежности допустимое число часов отключения в год составляет 72 часа, но не более 24 часов подряд, включая срок восстановления энергоснабжения, за исключением случаев, когда для производства ремонта объектов электросетевого хозяйства необходимы более длительные сроки, согласованные с федеральным органом исполнительной власти по государственному энергетическому надзору».
    Таким образом, надежность внешнего электроснабжения нормируется двумя показателями: суммарной продолжительностью отключений в год и максимальной длительностью одного отключения.
    Другой документ, регламентирующий мероприятия по обеспечению надежности, — ПУЭ. Он устанавливает правила электроснабжения конкретных электроприемников и правила проектирования сетей внешнего электроснабжения. Так, при проектировании систем электроснабжения и реконструкции электроустановок ПУЭ предписывает выбирать «…взаимно резервирующие источники питания, учитывая вероятность одновременного зависимого кратковременного снижения или полного исчезновения напряжения на время действия релейной защиты и автоматики при повреждениях в электрической части энергосистемы, а также одновременного длительного исчезновения напряжения на этих источниках питания при тяжелых системных авариях» (1.2.13).
    По данным одной независимой экспертной организации, общее количество аварийных ситуаций в сетях 110-6 кВ ОАО «Ленэнерго» за год — в среднем 3?502 события. Вероятность пребывания распределительных сетей в аварийном состоянии с неисправными сетевыми элементами (одним или несколькими) составляет 0,864897, или 7?577 ч/г. При этом средняя длительность одного аварийного состояния сети равна 2,16 ч/откл. Отсюда вероятность ограничения электрических нагрузок потребителей — 0,02426, или 212,5 ч/г.
    В среднем ограничение нагрузки достигает 7,329 МВт, а вероятность бесперебойного электроснабжения потребителей — 0,97574. Расчетный общий недоотпуск электроэнергии за год — 64,2 млн кВт•ч, или 0,134% от объема полезного электропотреб­ления.
    Приведенные данные служат хорошей иллюстрацией того, как требования нормативных документов соотносятся с фактической картиной надежности внешнего электроснабжения.
    Попробуем теперь рассчитать срок восстановления энергоснабжения потребителя при условии, что во время тяжелой системной аварии один из источников питания вышел из строя, а на другом требуется аварийная замена трансформатора.
    По нормам времени на ремонт и техническое обслуживание воздушных и кабельных линий, трансформаторных подстанций и распределительных пунктов напряжением 0,38-20 кВ (Научно-исследовательский, проектный и внедренческий центр организации труда в энергетике и энергетическом строительстве, Москва, 1993 г., выпуск 2), на замену одного трансформатора 1?000 кВА в ТП закрытого типа или КТПН необходимо 14,08 ч, на подготовку трансформатора и оборудования к включению — 3,8 ч, а всего — 17,88 ч. Поскольку это аварийные работы, к продолжительности ремонта необходимо добавить время на сбор бригады, доставку техники, оборудования и персонала к месту аварии.
    Исходя из вышеприведенных рас­суж­дений, с учетом ориентации на самый тяжелый аварийный режим и технических возможностей сетевой компании рекомендуется включать в договоры следующие показатели надежности внешнего электроснабжения:
  • для первой категории надежности (если отсутствуют специальные требования) допустимое число часов отключений в год — 70 ч, но не более 22 ч подряд;
  • для второй категории — 71 ч, но не более 23 ч подряд;
  • для третьей — 72 ч, но не более 24 ч подряд.
    Конечно, это предельные значения, и каждое из аварийных событий с конкретным потребителем может произойти примерно раз в сто лет, но в целом по региону их вероятность весьма высока.
    Следуя ПУЭ, по требованиям к надежности все электроприемники можно разделить на пять категорий.
    1. Электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, сбой в функционировании особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения.
    2. В составе первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов и пожаров.
    3. Электроприемники первой категории с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление нормального режима электроснабжения, которое при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания (к ним предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса).
    4. Электроприемники второй категории, перерыв в электроснабжении которых приводит к существенному недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительной части городских и сельских жителей.
    5. Электроприемники третьей категории — все остальные, не подпадающие под определения первой и второй категорий.
    В этом же документе приводятся рекомендации по времени перерыва в электроснабжении.
    Электроприемники первой категории в нормальном режиме должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, и перерыв в их электроснабжении при нарушении питания от одного из источников может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.
    Если резервированием электроснабжения нельзя гарантировать непрерывность технологического процесса или это экономически нецелесообразно, должно быть проведено технологическое резервирование, например за счет установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийной остановки технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.
    ПУЭ содержат определения «нормального режима потребителя электроэнергии» и «независимого источника питания»:
  • нормальный режим потребителя электрической энергии — режим, при котором обеспечиваются заданные значения параметров его работы;
  • независимый источник питания — источник питания, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом или других источниках питания.
    Таким образом, в ряде тяжелых аварийных режимов два взаимно резервирующих источника и независимый источник питания могут быть «потеряны» для потребителя, и он останется без напряжения довольно длительный период (необходимый для устранения неполадок). Здесь, очевидно, и находится предел ответственности сетевой организации в части обеспечения надежности электроснабжения.
    Следовательно, в случае необходимости обеспечения показателей надежности функционирования установок, лежащих за гранью ответственности сетевой организации, об этом должен заботиться сам потребитель. И он может сделать это только за счет технических решений по внутренней схеме электроснабжения. Имеются также возможности технологического резервирования, указанные выше. Все это следует учитывать при подписании акта согласования аварийной и технологической брони.
    Надежность внутренней системы электроснабжения потребителей. В целях предотвращения и ликвидации аварийных электроэнергетических режимов, а также избежания массовых отключений в энергосистемах применяется противоаварийная автоматика отключения нагрузки потребителей (ПАОН).
    ПАОН включает в себя автоматику ограничения снижения частоты и напряжения. Автоматика «по частоте» предназначена для обеспечения надежной работы ЕЭС России и технологически изолированных территориальных электроэнергетических систем при возникновении значительного дефицита активной мощности в отдельных регионах с их аварийным отделением и снижением частоты менее 49,8 Гц.
    Автоматика действует за счет отключения нагрузки потребителей и включает в себя:
  • автоматическую частотную разгрузку, выполняющую отключение нагрузки потребителей последовательно, очередями, по мере уменьшения частоты электрического тока для прекращения ее снижения;
  • автоматику дополнительной разгрузки особо дефицитных районов (добавляется к автоматике частотной разгрузки) для предотвращения полного отключения (обесточивания) потребителей и остановки электростанций;
  • автоматику выделения электростанций в независимую от ЕЭС России работу — частотную делительную автоматику;
  • специальную автоматику отключения нагрузки, обеспечивающую при возникновении аварийных электроэнергетических режимов отключение части нагрузки потребителей в целях предотвращения нарушения статической и динамической устойчивости электроэнергетического режима;
  • иную противоаварийную автоматику, одним из видов управляющих воздействий которой является отключение части нагрузки потребителей, предназначенное для:
  • предотвращения возникновения лавины напряжения с самоотключением потребителей из-за падения напряжения ниже аварийно допустимых значений — автоматику ограничения снижения напряжения;
  • защиты оборудования от перегрузки — автоматику разгрузки линий электропередачи, трансформаторов, автотрансформаторов, иных видов оборудования;
  • сохранения устойчивости энергосистемы и ее отдельных энергоузлов — централизованную систему противоаварийной автоматики, автоматику предотвращения нарушения устойчивости, автоматику разгрузки при перегрузке по мощности и другие.
    В Правилах указано, что энергопринимающие устройства потребителей всех категорий, за исключением некоторых особых случаев, включаются в графики временного отключения потребления. Однако энергопринимающие устройства потребителей всех категорий в установленном нормативными правовыми актами порядке подключаются под действие устройств противоаварийной автоматики.
    Таким образом, каждый потребитель электрической энергии должен быть готов к тому, что напряжение может исчезнуть в любой момент как на короткий (до 30 с), так и на длительный срок. В большинстве случаев (за исключением электроснабжения частотно-регулируемых приводов в некоторых отраслях промышленности) кратковременные перерывы в подаче напряжения компенсируют относительно легкодоступные средства — 100-процентное покрытие реактивной энергии и организация самозапуска ответственных электроприемников.
    В случае длительных перерывов в сети внешнего электроснабжения Правила разработки и применения графиков аварийного ограничения режима потребления электрической энергии и использования противо­аварийной автоматики (утверждены Приказом Министерства промышленности и энергетики РФ от 18 марта 2008 г. № 124) предписывают, что при действии ПАОН минимально необходимый объем потребления электрической энергии в соответствии с уровнем аварийной или технологической брони обеспечивается путем использования автономных резервных источников питания с автоматическим запуском, предусмотренных категорией надежности электроснабжения потребителя. Из этого следует, что электроприемники аварийной брони (от которых зависит безопасность людей, окружающей среды и дорогостоящих активов) должны иметь автономные резервные источники питания, находящиеся в собственности потребителя.
    Правилами предписано, что автономные резервные источники питания, если условием договора о первой или второй категории надежности оговорено их наличие, устанавливаются потребителем и поддерживаются в состоянии готовности к использованию при возникновении отключений или введении ограничения потребления электрической энергии. При невыполнении указанного требования автономные резервные источники питания монтируются и обслуживаются сетевой организацией за счет соответствующего потребителя. В случае отключений подачи электроэнергии вследствие действия ПАОН до установки автономных резервных источников питания сетевая компания не несет ответственности за нарушение условий о категории надежности электроснабжения по договору. Если условиями договора электроснабжения о первой или второй категории надежности не предусмотрено наличие автономных резервных источников питания, то ответственность за надежность электроснабжения электроприемников аварийной брони несет потребитель и энергосбытовая организация, не включившая эти требования в договор энергоснабжения.
    Из вышесказанного можно сделать выводы об ответственности субъектов энергетики за надежное электроснабжение:
  • потребители электрической энергии согласно пп. 14 и 31 Правил недискриминационного доступа по передаче электрической энергии и оказания этих услуг отвечают за внутреннюю систему электроснабжения (поддержание в надлежащем техническом состоянии средств релейной защиты и противоаварийной автоматики, приборов учета электроэнергии и мощности, устройств по регулированию реактивной мощности, а также иных устройств, необходимых для обеспечения нужных параметров надежности и качества электроэнергии; выполнение требований сетевой организации об ограничении режима потребления в соответствии с утвержденными графиками временного отключения потребления при возникновении (угрозе) дефицита электроэнергии и мощности, а также в иных случаях, предусмотренных законодательством Российской Федерации в качестве основания для введения полного или частичного ограничения режима потребления, организации автономных резервных источников электроснабжения и т. д.);
  • ГП и энергосбытовые компании, заключившие договоры на оказание услуг по передаче электрической энергии с сетевой организацией в интересах обслуживаемых ими потребителей электрической энергии, отвечают перед ними за надежность;
  • исполнители коммунальных услуг, приобретающие электрическую энергию в целях оказания гражданам коммунальных услуг, отвечают перед гражданами-потребителями за надежность и качество электроснабжения;
  • сетевые организации отвечают перед ГП, энергосбытовыми компаниями и потребителями, имеющими прямые договоры на оказание услуг по передаче электрической энергии, за надежность схемы внешнего электроснабжения, исходя из своих технических возможностей;
    Системный оператор и иные субъекты оперативно-диспетчерского управления в технологически изолированных территориальных электроэнергетических системах отвечают за надежное электроснабжение и устойчивость работы энергосистемы.