Энергобаланс ОЭС Северо-Запада в послеаварийном режиме на Автовской ТЭЦ

Энергобаланс ОЭС Северо-Запада в послеаварийном режиме на Автовской ТЭЦ

В состав объединенной энергетической системы Северо-Запада (ОЭС Северо-Запада) входят группа субъектов РФ: Архангельская, Карельская, Кольская, Ленинградская, Новгородская, Псковская, Калининградская, Мурманская области, республики Карелия, Коми, Ненецкий АО, Санкт-Петербург. Их энергосистемы имеют единую операционную зону регулирования оперативным диспетчерским управлением (ОДУ) Северо-Запада и магистральных электрических сетей (МЭС) Северо-Запада. За прошедший год на 125 электрических станций ОЭС Северо-Запада с суммарной установленной мощностью 23 286 мегаватт выработано свыше 2464 млрд. киловатт-часов электроэнергии. При потреблении в регионе в том же году 90,77 млрд. киловатт-часов ОЭС Северо-Запада обеспечивает отпуск электроэнергии в другие регионы, то есть имеет положительное сальдо энергобаланса. Передача и распределение электроэнергии производится 1089 подстанциями напряжением 110−750 кВ с установленной мощностью свыше 86 913 мегавольт-ампер и 1412 линиями электропередач от 110 до 750 кВ при их протяженности 44 000 км.

Энергобаланс ОЭС Северо-Запада, следовательно, исключает возможность режимов с недостатком генерации мощности, а, следовательно, отсутствуют технические причины аварийного понижения частоты [3, 6].

Целью данного исследования является анализ энергетического баланса ОЭС Северо-Запада при повреждениях основного оборудования генерирующего предприятия ТЭЦ № 15 (Автовской) и определение потребности в страховании последствий подобных аварий [4, 5].

5 ноября 2015 года в ОЭС Северо-Запада произошла системная авария (по англо-язычной терминологии — блэкаут). Ее причиной стало короткое замыкание на территории подведомственной ТЭЦ-15. Собственно короткое замыкание произошло из-за нарушения правил проведения ремонтных работ на территории открытого распределительного устройства. В частности, экскаватор поднял ковш на недопустимый уровень и нарушил установленное изоляционное расстояние к токоведущим частям основного электрооборудования ТЭЦ. Это произошло примерно в 14:03 по московскому времени. Релейная защита отключила оборудование 110 кВ. Сработала аварийная автоматика, причем ввиду дефицита мощности произошло отключение оборудования Первомайской ТЭЦ. В итоге в 14:07 развитие аварии привело к отделению южного района энергосистемы Петербурга и изолированной от ЕЭС России работе. Далее произошло отключение генерирующих мощностей на Автовской и Первомайской ТЭЦ, а в результате дефицита мощности произошло снижение частоты в выделившемся районе 48,5 Гц.

Последующие работы по восстановлению работы ТЭЦ заняли около четырех часов. Пять районов Петербурга (Адмиралтейский, Василеостровский, Красносельский, Кировский и Московский) оказались без электроэнергии. В зоне аварии проживает полтора миллиона человек, а 27 тысяч человек де-факто остались без электроэнергии до 18 часов. В это время завершились работы по синхронизации генераторов Автовской и Первомайской ТЭЦ с единой энергетической системой России.

Графики генерации электроэнергии и ее потребления в ОЭС Северо-Запада в день системной аварии приведены на рис. 1. Интерес для исследования представляет также расчетное (плановое) производство и потребление электроэнергии. Для сопоставления такие данные приведены на рис. 1 пунктирными кривыми.

Рис. 1. Генерация и потребление электроэнергии в ОЭС Северо-Запада в день системной аварии

Сопоставительный анализ плановых и фактических значений потребления и генерации электрической энергии отражен данными рис. 2. Он показывает, во-первых, что в интервале времени между 5 и 8 часами произошло существенное снижение генерации. Его отклонение достигало 595 МВт. Очевидно, что такое невыполнение расчетных плановых показателей производства электроэнергии [14 — 16] имело под собой весьма существенные причины. Они требуют отдельного анализа [11, 17], так могли стать фактором, оказавшим влияние на последующие события системного характера [1, 2]. авария энергосистема страхование станция.

Факт существенного нарушения расчетного графика производства электроэнергии, во-вторых, позволяет сделать вывод о том, что неселективная работа релейной защиты и автоматики, не позволила локализовать участок, на котором произошло короткое замыкания [13, 21]. В третьих, в результате их неселективного действия была нарушена бесперебойность электроснабжения потребителей [26, 27].

Из данных рис. 1 видно, что после аварии на ТЭЦ 15, падение генерации составило по часам: с 14 до 15 часов — 195, с 15 до 16 часов — 516, с 16 до 17 часов — 392, с 17 до 18 часов — 362, с 18 до 19 часов — 253 МВт. Важно при этом отметить, что в течение всего интервала времени снижения генерации его уровень был достаточен для работы ОЭС Северо-Запада без понижения частоты. Сохранение положительного баланса производства и потребления электроэнергии требует установить дополнительные причины, по которым происходило выделение мощностей ТГК-1 из единой энергосистемы и снижение частоты за пределы, допустимые ГОСТ. При этом дополнительные мероприятия по страхованию не требуются.

Таким образом, можно говорить о комплексе причин, из-за которых авария на ТЭЦ 15 имела системный характер. Первая — банальные нарушения правил производства ремонтных работ. Вторая — неселективная работа релейной защиты и автоматики. Третья — ошибки управления послеаварийным режимом. Заметим, что на следующий день, 6 ноября 2015 года около 9:30 утра на той же ТЭЦ при выводе из схемы в ремонт поврежденного оборудования вновь произошло отделение части Автовской ТЭЦ Василеостровской ТЭЦ, Первомайской ТЭЦ от единой энергетической системы России и потеря генерации 122 МВт мощности с отключением потребителей электроэнергии.

Важно также, что в течение двух суток не была обеспечена открытость информации о причинах аварии. Следовательно, принципиальное значение приобретает автоматизация предоставления данных [7 — 10] об аварийных ситуациях в энергосистемах потребителям электроэнергии.

Заключение

Имея высокий потенциал генерации электроэнергии, ОЭС Северо-Запада допустила 5 ноября 2015 года массовое отключение потребителей электроэнергии в течение четырех часов. Следовательно, аварию следует считать системной. К системности аварии привел комплекс причин, начиная от человеческого фактора (нарушения правил производства ремонтных работ), и неселективной работы средств релейной защиты и автоматики, и заканчивая ошибками управления схемой в послеаварийном режиме. Установленные мощности ОЭС Северо-Запада позволяют обеспечить генерируемую мощность, превосходящую требуемую при авариях на основном оборудовании электростанции напряжением 110 кВ. Однако были отключены генерирующие мощности и не обеспечена передача электроэнергии из других зон, находящихся под управлением ОЭС Северо-Запада. Следовательно, требуется применение новых инновационных решений как технического [12, 18, 22 — 25], так и организационного характера [19, 20, 28, 29].

• 1. Божков М. И. Энергосбережение — это оптимизация производства и потребления энергии // Электрика. — 2010. — № 1. — С. 3−8.
• 2. Божков М. И., Костин В. Н. Установки электрического освещения. Учебное пособие. — СПб.: М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования Нац. минерально-сырьевой ун-т «Горный». — 2012. — 90 с.
• 3. Божков М. И., Пущин С. Л. Эвристический анализ данных АИИС КУЭ для краткосрочного прогнозирования электропотребления на примере аппаратостроительного завода // Промышленная энергетика. — 2014. — № 3. — С. 8−11.
• 4. Галстян А. Ш., Шиянова А. А., Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Верификация экономико-математической модели инновационного развития связи и инфотелекоммуникаций России // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. — 2015. — № 3 (48). — С. 78−84.
• 5. Галстян А. Ш., Шиянова А. А., Минаков В. Ф. Моделирование стратегического развития рынка страхования в России: проблемы и пути их решения // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. — 2014. — № 2 (41). — С. 256−260.
• 6. Костин В. Н. Электроэнергетические системы и сети: учебное пособие. — СПб: — Троицкий мост. — 2015. — 304 с.
• 7. Лобанов О. С., Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Методология ранжирования ресурсов в облачной инфраструктуре региона // Материалы 3-й научно-практической internet-конференции Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики. — Ульяновск. — 2014. — С. 50−56.
• 8. Маслов В. И., Минаков В. Ф. Эластичность качества по цене и затратам // Стандарты и качество. — 2012. — № 9 (903). — С. 88−90.
• 9. Минаков В. Ф., Лобанов О. С. Концепция облачного информационного пространства исполнительных органов государственной власти региона // Экономика, статистика и информатика. Вестник УМО. — 2014. — № 3. — С. 181−185.
• 10. Минаков В. Ф. Логистика мобильной торговли // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2014. — № 9 (28). — С. 77−78.
• 11. Минаков В. Ф. Метод анализа многомерных иерархий // Nauka-rastudent.ru. — 2015. — № 7 (19). — С. 31.
• 12. Минаков В. Ф. О схемах замещения асинхронных и синхронных машин // Электричество. — 1995. — № 4. — С. 27−29.
• 13. Минаков В. Ф. Обобщение моделей и характеристик работы трехфазных электродвигателей в сетях 0,4 и 6 кВ и совершенствование средств их релейной защиты: Автореф. дисс. … докт. техн. наук. — Новочеркасск. — 1999. — 33 с.
• 14. Минаков В. Ф. Производственная волновая функция // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2014. — № 10−1 (29). — С. 22−25.
• 15. Минаков В. Ф. Производственная функция в логистических потоках // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2014. — № 11−3 (30). — С. 55−58.
• 16. Минаков В. Ф. Экономическая волнометрика воспроизводства // Nauka-rastudent.ru. — 2015. — № 2 (14). — С. 5.
• 17. Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Исследование динамики производства электроэнергии региона // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. — 2005. — № 4. — С. 74−77.
• 18. Минаков В. Ф., Минакова Т. Е. Способ быстродействующей защиты электродвигателей от несостоявшихся пусков // Альманах современной науки и образования. — 2013. — № 9 (76). — С. 113−115.
• 19. Минаков В. Ф., Остроумов А. А., Радченко М. В. Системный анализ логистических потоков // Экономика, статистика и информатика. Вестник УМО. — 2015. № 2. — С. 199−201.
• 20. Минаков В. Ф., Лобанов О. С., Минакова Т. Е. Аналоговые и дискретные метрики и модели оценки инноваций // Материалы 3-й научно-практической internet-конференции Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики. — Ульяновск. — 2014. — С. 280−287.
• 21. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Открытая архитектура релейной защиты и автоматики // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2013. — № 12−1 (19). — С. 110−111.
• 22. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Параллельная работа кабельной и воздушной линий электропередачи // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. — 2013. — № 11−1 (18). — С. 113−114.
• 23. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Блочная структура релейной защиты и автоматики // Альманах современной науки и образования. — 2013. — № 10 (77). — С. 114−116
• 24. Минакова Т. Е., Минаков В. Ф. Синергия энергосбережения при высокой добавленной стоимости продукции // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 4. — С. 26.
• 25. Пат. 2 117 380 Российская Федерация, МПК6 H 02 P 5/04. Устройство для защиты электрои технологического оборудования / Минаков В. Ф., Платонов В. В., Минаков Е. Ф., Минакова Т. Е., Шарипов И. К., Андреев В. Г., Сыщиков В. П.; патентообладатель Ставроп. с./х. ин-т. — № 93 027 024/09; заявл. 25.05.93; опубл. 10.08.98.
• 26. Хорольский В. Я. Медведев А.А., Жданов В. Г. Задачник по эксплуатации электрооборудования. — Ставрополь: СГСХА. — 1997. — 168 с.
• 27. Хорольский В. Я., Таранов М. А. Надежность электроснабжения. — Ростов-на-Дону: «Терра Принт». — 2007. — 120 с.
• 28. Щербаков В. В. Глобализация экономики, региональная интеграция, влияние этих процессов на положение трудящихся государств-участников СНГ // Общество и экономика. — 2002. — № 2. — С. 7.
• 29. Щербаков В. В. Оптовая торговля материально-техническими ресурсами в условиях производственного кооперирования: автореф. дисс. доктора экономических наук/Санкт-Петербург. — 1992. — 32 с.