CC BY
52
Key words: mobile laboratory of measuring equipment, life support system, maintenance, information support.
Miklayev Dmitry Sergeevich, cadet, jokemds@,gmail. com, Russia, St. Petersburg, Military space academy of A.F. Mozhaysky,
Volkov Aleksandr Aleksandrovich, Head of department, volkovalexan-der04@,gmail. com, Russia, Moscow, 1 branch of Federal State Budgetary Institution "Metrology Scientific Head Center Russian Federation Ministry of Defense,
Zverev Dmitry Alekseevich, Head of department, z vere tatatamail. com, Russia, Moscow, 1 branch of Federal State Budgetary Institution "Metrology Scientific Head Center Russian Federation Ministry of Defense
УДК 621.311.44
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ УЧЕТА ТРЕБОВАНИЙ К НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ПОСТРОЕНИИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
В.В. Рыбаков, Н.Е. Пешехонов, А.Е. Воронин
Рассмотрены подходы задания требований к системной надежности и надежности электроснабжения потребителей, применяемых в отечественной и зарубежной практике. Проведен анализ номенклатуры показателей надежности, а также их нормирование. Детально разобран отечественный опыт задания требований к надежности электроснабжения потребителей. Проанализированы существующие нормативно-правовые и нормативно-технические документы по обеспечению надежности. Рассмотрены подходы, регламентирующие ответственность за снижения установленного уровня надежности как в России, так и в зарубежных странах.
Ключевые слова: количественные и качественные требования к надежности, надежность электроэнергетической системы, ответственность за снижение надежности электроснабжении, подходы к нормированию надежности электроснабжения.
В комплексе технологического оборудования, обеспечивающего поддержание высокой готовности специальных объектов (СО) к выполнение поставленных задач, важное место занимает система электроснабжения (СЭС), от надежной работы которой зависит непрерывность и устойчивость функционирования СО.
СЭС СО состоит из системы внешнего и системы внутреннего электроснабжения. Система внутреннего электроснабжения служит для непосредственного обеспечения электроэнергией потребителей СО и осуществляет связь этих потребителей с системой внешнего электроснабжения.
Под системой внешнего электроснабжения понимается совокупность устройств, предназначенных для производства, преобразования, передачи и распределения электроэнергии, которые объединены в электроэнергетическую систему (ЭЭС). Основной целью функционирования ЭЭС является обеспечение потребителей электроэнергией в необходимом количестве и с заданным качеством в течение требуемых интервалов времени и при определенных условиях эксплуатации. Следовательно, от уровня надежности ЭЭС зависит надежность электроснабжение потребителей СО.
Для построения системы внутреннего электроснабжения СО, надежность которой будет соответствовать заданным требованиям, необходимо знать, какие требования предъявляются к надежности электроэнергетической системы и какими показателями она характеризуется.
Анализ требований к надежности электроэнергетической системы России
Согласно Федерального закона [1] надежность объеденной электроэнергетической системы (ЭЭС) РФ разделяется на:
- системную надежность;
- надежность электроснабжения потребителей.
В общем виде взаимосвязь между этими показателями можно представить в виде блок-схемы (рис. 1).
Рис. 1. Блок-схема надежности электроэнергетической системы России
В отечественной практике нормирования надежности электроснабжения системную надежность разделяют на балансовую и режимную.
Балансовая надежность характеризуется способностью обеспечить электропотребителей требуемой мощности в различных режимах и условиях электроснабжения [2], а режимная - способностью противостоять отказам основных составных частей ЭЭС [3].
В отечественной практике балансовую надежность принято характеризовать показателем надежности Р - вероятности бездефицитной (безотказной) работы. Нормативный уровень балансовой надежности, указанный в [4] составляет 0,996.
Фактический уровень балансовой надежности намного меньше. Ученые в области энергетики рассчитали и показали, что в настоящее время фактический уровень балансовой надежности энергосистем находится в интервальном диапазоне от 0,95 до 0,97 [5,6].
Для характеристики режимной надежности используется показатель надежности ЭЭС с учетом отказа одного или нескольких элементов (критерий N-1). В качестве таких элементов принимают такие крупные генерирующие блоки и любые элементы ЭЭС, которые оказывают наибольшее влияние на надежность системы в целом [7].
В ЭЭС России ни при проектировании, ни при эксплуатации СЭС критерий N-7 в явном виде не используется. Обычно, критерий N-1 или N-2 применялся для формирования схем электроснабжения собственных нужд станций и подстанций. В связи с особенностями построения ЭЭС России, связанными в первую очередь с большой территорией страны и как следствии с достаточно большим количеством элементов структуры ЭЭС, этот критерий очень сложно применять в расчетах. При этом критерий N-7 редко обосновывался по экономическим показателям. Кроме этого, российские специа-
листы-энергетики в теории надежности считают критерий N-7 простым по сравнению с другими критериями, основанных на методах теории вероятности. В настоящий момент режимная надежность не нормируется ни в одном нормативном документе.
В соответствии с законом [1] организация, которая несет ответственность за «обеспечение соблюдения утверждённых параметров надежности функционирования ЭЭС России» является системный оператор.
В Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) для определения структуры СЭС электроприемники разделяют на различные категории, с выделением особой группы электроприемников из I категории. Исходя из этого задаются требованиями к обеспечению электроприемников электроэнергией, например, для I и II категорий должны быть два независимых источника и перерыв электроснабжения допускается на время автоматического или ручного переключения с источника на источник.
В соответствии с [8] независимость источников электроснабжения определяется сохранением питания в послеаварийном режиме в заданном временном интервале при исчезновении напряжения на другом или других источниках питания. Абсолютное большинство электроприемников получает питание от ЭЭС России централизовано, а сложившаяся структура не позволяет обеспечивать независимое функционирование ее элементов, без влияния друг на друга, т.е. реальную независимость источников питания невозможно обеспечить в сложившейся иерархии построения СЭС. Это приводить к тому что при отказе системообразующих элементов ЭЭС перерыв в электроснабжении приемников значительно превышает определенное в [8] время.
Электроприемники II категории допускают отключение питания на время ручного переключения, т.е. продолжительность перерыва электроснабжения фактически не определена
Для потребителей I и II категорий подходит как схема питания главной понизительной подстанции потребителя по двухцепным воздушным линиям электропередачи различной протяженности и различного построения, что естественно оказывает влияние на надежность электроснабжения. По результатам эксплуатации СЭС можно сделать вывод, что фактическая надежность будет отличаться. Таким образом, при выполнении формальных требований к построению структуры ЭЭС может возникнуть казус, заключающийся в том, что потребители более низкой категории надежности будут иметь показатель надежности выше, чем потребители более высокой категории надежности.
Ни в одном из нормативных документов не предъявляются требования к структуре СЭС, выраженные количественными требованиями, т.е. достижение какого-то уровня надежности, определяемого значением показателя надежности. В практике проектирования и определения структуры ЭЭС используют, как правило, типовые решения, без определения количественных показателей надежности, так как такие требования отсутствуют, что связано с недостаточностью требований, изложенных в [8].
В соответствии с пунктом 2.1 приказа Минэнерго России № 296 от 29.06.2010 [9] показатель уровня надежности электроснабжения потребителей задается длительностью прерывания обеспечения электрической энергией в течение расчетного периода времени. Под длительностью прерывания обеспечения электроэнергией следует понимать промежуток времени от момента полного (частичного) прекращения передачи электроэнергии потребителю, приведшим к нарушениям функционированию потребителей, до момента возобновления электроснабжения, но не превышающий промежуток времени до момента начала энергоснабжения конечных потребителей электроэнергии. Данные методические указания [9] так же, как и [8] не указывают на количественные нормативы надежности для категорий ЭП по надежности.
В 2012 году было опубликовано Постановление Правительства РФ [10], которое не только не внесло ясность в вопрос задания требований к надежности электроснабжения, а наоборот несколько запутало. Для потребителей III категории надежности
электроснабжения (пункт 31(6) [10]) надежность характеризуется суммарной продолжительностью прекращений передачи электрической энергии в отношении потребителей, которое составляет 72 часа за год, но не более 24 часов подряд и соответствует вероятности бездефицитной (безотказной) работы равной 0,9918.
Ответственность перед потребителями (главы VII статьи 38 пункт 1 [1]) за «надежность обеспечения их электроэнергией и её качество в соответствии с техническими регламентами и иными обязательными требованиями, установленными иными нормативными актами» отвечают энергоснабжающие организации розничного рынка электроэнергии.
Нормативные документы по присоединению к электрическим сетям определяют, что при подаче заявки на присоединение должна быть указана категория надежности электроприемников, а после подключения к сетям энергоснабжающей организации требования к обеспечению электроэнергией должны заключаться в выполнении условий функционирования этих электроприемников по соответствующей категории электроснабжения.
В связи с прямой зависимостью надежности электроснабжения потребителей от системной надежности, которая на сегодняшний день находится на уровне ниже нормативного (0,95-0,97), энергоснабжающая организация не всегда может гарантировать установленный показатель надежности (0,9918) даже потребителям III категории надежности электроснабжения. Энергоснабжающие организации не несут материальной ответственности за нарушение электроснабжения. Требования Федерального Закона "Об электроэнергетике" [1] в конечном итоге напрямую возлагают на потребителя обязанность по обеспечению соответствующего уровня надежности. В [10] указано, что если энергоснабжающие организации не может обеспечить требуемый уровень надежности электроснабжения, то она обязывает потребителя устанавливать и поддерживать автономный резервный источника питания в качестве дополнительного источника питания, обеспечивающего необходимый уровень показателя надежности электроснабжения при отказах каких-либо элементов, принадлежащих внешним сетям. В случае отсутствия такого источника все финансовые риски несет потребитель.
Анализ требований к надежности зарубежных электроэнергетических систем. Критерии системной надежности ЭЭС в многих развитых странах, в том числе США дифференцируются на адекватную (adequacy) и оперативную надежность (operating reliability) [2]. В России эти критерии соответствуют балансовой и режимной надежности.
В системах электроснабжения США и ряда стран Европы подход несколько иной, требования к надежности генерации задаются показателем, связанным с потерей питания потребителями (вероятность потери нагрузки) - LOLP, длительность потери нагрузки в сутках за год - LOLE или близкого к нему показатель LOLH, который выражает потери нагрузки в часах [12].
В зарубежной практике вероятностный показатель надежности LOLP применяется редко. Его применяют только для достаточно коротких временных периодов (во время пиковых нагрузках) для выявления чрезвычайных ситуаций в энергосистемах. Основным показателем надежности в западных странах является LOLE, который применяется для оценки надежности электроснабжения за длительный период, как правило, за год.
На экспериментальном уровне в США и в европейских странах приняты определенные нормативные значения показателей надежностей LOLE и LOLH, служащие индикаторами принятия решения по обоснованию средств обеспечения балансовой надежности. В США и Канаде проводится ежегодный анализ балансовой надежности на перспективу от 2 до 5 лет. Нормируемая величина длительности потери нагрузки
LOLE в этих странах должна соответствовать не выше 0,1 суток в год, что соответствует более высокой вероятности бездефицитной (безотказной) работы энергосистемы (0,9997), чем это принято в России (0,996).
Общепринятый стандарт нормативов для других европейских стран: Франция -LOLH = 3 ч./год, Великобритании LOLH = 4 ч./год, Ирландии - LOLH = 8 ч./год [13].
Режимная надежность ЭЭС США и европейских стран основывается на критерии N-1, а в ряде случаев и N-i. То есть так же, как и в России учитывается отказ одного или нескольких элементов энергосистемы для определения показателя надежности, при этом как правило выбирается наиболее значимая пара элементов этой энергосистемы.
Зарубежные электросетевые компании, которые несут прямую ответственность за надежность электроснабжения потребителей, для регулирования отношений с потребителем и предоставлении отчетности контролирующим их деятельность органам используют такие показатели надежности электроснабжения как: среднее значение частоты отказа системы -SAIFI, среднее значение длительности перерыва системы - SAIDI, среднее значение длительности перерыва потребителя - CAIDI, среднее значение коэффициента готовности системы - ASAI и другие [14]. Любой из них вычисляется по зафиксированному числу и длительности прерывания электропитания, определенного процента потребителей, зависящих от нарушения электроснабжения и множеству других параметров.
Ответственность за системную надежность за рубежом, как и в России несет ответственность системный оператор. Принцип финансовой ответственности за перебои в электроснабжении, в отличии от РФ в США введен еще в 1996 году. Следует обратить внимание, что вопросы компенсации за необеспечение установленной надежности электроснабжения достаточно подробно определены в австралийском законодательстве, в том числе в опубликованном в 2000 г. дополнении 40А к уже существующему закону. В Испании нарушение электроснабжения потребителей электрической энергии — это административное нарушение, с вытекающей отсюда ответственностью. В законе об электроэнергии Исландии (Electricity Act) в целях регулирования вопросов надежности отдельным положением введена необходимость материальных гарантий в виде страхового полиса или банковской гарантии для компенсации ущерба от снижения установленной надежности электропитания. В Швеции надежности электроснабжении и качеству электрической энергии посвящен специальный раздел закона, принятого в 1997 году [15].
Выводы
1. Несмотря на ряд принятых нормативно-правовых актов и постановлений по обеспечению надежности этого недостаточно для регулирования отношений в области энергетики. Нормативно-правовая база ЭЭС России требует уточнения и совершенствования. Федеральные законы, регламентирующие сферу эксплуатации, носят преимущественно качественный характер. Отсутствуют необходимые правовые акты, регламентирующие надежность электроснабжения, правила взаимодействия между всеми субъектами ЭЭС, а также ограниченность правовых правил, определяющих ответственность за прерывание электропитания.
2. В отечественной практике для нормирования надежности электроснабжения потребителей применяется качественные характеристики, которые не предусматривают количественную оценку надежности электроснабжения, а, следовательно, не дают возможности осуществить проверку соответствия показателя надежности СЭС требуемому значению, необходимого для надежного функционирования СО. Таким образом решение задачи определения требований к надежности электроснабжения количественными показателями позволит конкретизировать требования по обеспечению потребителей электроэнергии.
3. Нормируемый и фактический уровень надежности ЭЭС России находится на более низком уровне, чем в зарубежных странах. Это указывает на то, что при обеспечении требуемого уровня надежности электроснабжения СО, необходимо решать данный вопрос за счет реализации собственных мероприятий, направленных на повышение надежности системы внутреннего электроснабжения.
Список литературы
1. Федеральный закон «Об электроэнергетике» от 26.03.2003 № 35-Ф3 (ред. от 28.12.2010, с изм. от 07.02.2011).
2. Воропай Н.И. Концепция обеспечения надежности в электроэнергетике / НИ. Воропай, Г.Ф. Ковалев, ЮН. Кучеров, А.Ф. Дьяков. М.: ООО ИД «Энергия», 2013. 212 с.
3. Дьяков А.Ф. Надежность систем энергетики: Проблемы, модели и методы их решения / А.Ф. Дьяков, В.А. Стенников, С.М. Сендеров. Новосибирск: Наука, 2014. 284 с.
4. Распоряжение Правительства РФ «Об Энергетической стратегии России на период до 2030 года» от 13.11.2009 № 1715-р.
5. Овсейчук В. А. Надежность и качество электроснабжения потребителей // Новости ЭлектроТехники, 2013. №3 (81).
6. Непомнящий В.А. Проблемы учета надежности при проектировании и эксплуатации электрических сетей энергосистем. СПб.: ПЭИПК, 2010. 130 с.
7. Бондаренко А.Ф. О трактовке критерия надежности N-1 / А.Ф. Бондаренко, В.П. Герих // Электрические станции, 2005. № 6.
8. Правила устройства электроустановок. 7-е изд., перераб. и доп. СПб.: Изд-во ДЕАН, 2004. 330 с.
9. Приказ Минэнерго Росиии «Об утверждении Методических указаний по расчету уровня надежности и качества поставляемых товаров и оказываемых услуг для организации по управлению единой национальной (общероссийской) электрической сетью и территориальных сетевых организаций» от 29.06.2010 № 296 (ред. от 28.09.2012).
10. Постановление Правительства РФ «О функционировании розничных рынков электрической энергии, полном и (или) частичном ограничении режима потребления электрической энергии» от 04.05.2012 № 442 (ред. от 30.12.2017).
11. Правила недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказанию этих услуг. Утв. постановлением Правительства РФ от 27.12.04 г. № 861 (в редакции постановлений Правительства РФ от 31.08.2006 г. № 530 и от 21.03.2007 г. № 168).
12. Billinton R., Allan R.N. Reliability Evaluation of Power Systems. Second Ed. N.Y. and London: Plenum Press, 1996. 509 p.
13. Чукреев Ю.Я. Сравнение отечественных и зарубежных вероятностных показателей надежности электроэнергетических систем // Известия Академии наук. Энергетика, 2012. №6. С. 27-38.
14. Edited by Angelo Baggini. Handbook of Power Quality // University of Bergamo: Wiley, 2008. 642 p.
15. Лесных А.В., Лесных В.В. Оценка ущерба и регулирование ответственности за перерывы в электроснабжении: зарубежный опыт // Проблемы анализа риска, 2005. С. 33-49.
Рыбаков Вячеслав Вячеславович, канд. техн. наук, преподаватель, s_l_a_v_a_1 Oamail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Пешехонов Николай Егорович, канд. техн. наук, доцент, профессор, peshehonovabk.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского,
Воронин Алексей Евгеньевич, адъюнкт, voroninalex8 7ayandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского
ACTUAL ISSUES OF ACCOUNTING REQUIREMENTS THE RELIABILITY OF THE ELECTRIC ENERGY SYSTEM WHEN BUILDING A POWER SUPPLY SYSTEM
SPECIAL OBJECT
V. V. Ryhakov, N.E. Peshehonov, A.E. Voronin
The approaches of setting requirements to the system reliability and reliability of power supply to consumers used in domestic and foreign practice are considered. The analysis of the nomenclature of reliability indicators, as well as their rationing. The domestic experience of setting the requirements for the reliability ofpower supply to consumers is analyzed in detail. The existing normative-legal and normative-technical documents on ensuring relia-hility are analyzed. The approaches regulating the responsibility for reducing the established level of reliability both in Russia and in foreign countries are considered.
Key words: quantitative and qualitative reliability requirements, the reliability of the power system, the responsibility for the decline in the reliability of electricity supply, the approaches to regulation of reliability ofpower supply.
Rybakov Vyacheslav Vyacheslavovich, candidate of technical sciences, teacher, s_l_a_v_a_10amail.ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F. Mozhajsky,
Peshekhonov Nikolay Egorovich, candidate of technical sciences, docent, professor, peshehonovabk.ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F.Mozhajsky,
Voronin Alexey Evgen'evich, postgraduate, voroninalex87ayandex.ru, Russia, St. Petersburg, Military-space academy of A.F. Mozhajsky
