CC BY
20ЭНЕРГЕТИКА
д.т.н. М.С. Ершов, д.т.н. А.В. Егоров, к.т.н. А.А. Трифонов
Российский государственный университет нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва
к ВОПРОСУ О ГОСУДАРСТВЕННОМ РЕГУЛИРОВАНИИ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ПОСТАВЩИКОВ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ1
Развитие промышленности во всех ее проявлениях привело к ситуации, когда последствия техногенных аварий становятся сопоставимы с последствиями природных катаклизмов. В этой связи представляется необходимым принятие мер, направленных на повышение надежности и устойчивости, в самом широком смысле этих терминов, промышленных объектов ко всякого рода внешним возмущениям.
Электрическая энергия практически для любого промышленного предприятия является одним из основных видов ресурсов. При надлежащем качестве электрической энергии от бесперебойности электроснабжения во многом зависит не только экономическая эффективность работы предприятия, но и его безопасность. В этой связи особую роль приобретают вопросы государственного регулирования взаимных отношений поставщиков (продавцов) и потребителей электроэнергии.
Ведущую роль в установлении требований к продукции, поставляемой продавцами электрической энергии, играют стандарты электромагнитной совместимости и качества электрической энергии, а также Правила устройства электроустановок [2]. В России действует Национальный стандарт по качеству электрической энергии [3], многие другие страны пользуются стандартами 1ЕС. Отметим, что стандарты IЕС носят, в сущности, рекомендательный характер, по такому же пути движется и система Государственных стандартов в России. В любом случае стандарты данной группы устанавливают определенные требования к параметрам электрической энергии, поставляемой потребителю. Фиксируются нормально и пре-
дельно допустимые отклонения таких показателей качества электрической энергии, как напряжение, частота, коэффициент несимметрии, содержание высших гармонических составляющих в кривой напряжения и др. Несмотря на некоторое различие численных значений показателей качества, сам их перечень универсален для всех подобных стандартов. Заметим, что вопросы соответствия требований национального и международных стандартов уже поднимались в научно-технической периодике (например, [4]). Помимо перечисленных, стандарты устанавливают ограничения на ряд показателей, связанных с надежностью электроснабжения. По сути, требования, устанавливаемые стандартами должны гарантировать потребителю электрической энергии получение товара требуемого качества. Однако представляется, что защита интересов потребителя остается на сегодняшний день недостаточной.
Уместно отметить, что перевод определенной доли генерирующих мощностей в условия свободного рынка электрической энергии также не может решить данную проблему. Связано это с тем, что качество электрической энергии у любого ее производителя практически одинаково. В сущности, производители
электрической энергии различаются только по следующим показателям:
• установленной мощности;
• затратам на производство и соответственно цене отпускаемой энергии;
• располагаемому резерву мощностей;
• способности воспринимать достаточно резкие колебания нагрузки;
• в меньшей степени по надежности относительно достаточно длительных отказов генерирующего оборудования.
Все проблемы, связанные с качеством электрической энергии и иными показателями электроснабжения, которые также представляются достаточно существенными, возникают на стадии передачи и распределения. В условиях сложившейся в стране монополии на распределение электрической энергии потребитель фактически лишен возможности выбора поставщика одного из основных производственных ресурсов. В условиях сложившегося значительного износа сетевого оборудования проблема обеспечения качественного и надежного электроснабжения становится весьма критичной для целого ряда промышленных предприятий. Достаточно остро названная проблема стоит для предприятий нефтегазового сектора экономики. Отличительные особенности подобных объектов - это значительная потребляемая мощность,
1 Статья подготовлена на основе материалов доклада [1], сделанного авторами на Пражской конференции Международной топливно-энергетической ассоциации в 2007 году.
большая единичная мощность электроприемников, непрерывность и напряженность технологического процесса, высокая пожаро- и взрывоопасность производства, токсичность ряда промежуточных продуктов, значительные экономические и экологические убытки от нарушения нормального режима работы [5]. Следует учитывать и тот факт, что предприятия нефтяной и газовой промышленности, являясь одними из крупнейших потребителей электрической энергии, часто несут значительные убытки, причиной которых является низкая надежность и качество электроснабжения.
Отдельной проблемой, характерной для целого ряда объектов нефтяной и газовой промышленности, является устойчивость их электротехнических систем к внешним и внутренним возмущениям. Данному вопросу посвящен целый ряд публикаций (например, [6, 7]), поэтому представляется возможным указать, что суть проблемы заключается в том, что подобные промышленные объекты обладают высокой чувствительностью к кратковременным, продолжительностью секунды или доли секунды, нарушениям нормального режима электроснабжения. Последствия подобных возмущений могут приводить к тому, что нормальный режим работы предприятия может быть восстановлен только спустя значительное, до нескольких суток, время.
При этом действующие в нашей стране нормативные документы фактически перекладывают проблему обеспечения надежного и качественного электроснабжения на самого потребителя. Так, например, действующий стандарт устанавливает следующие ограничения на допустимые провалы напряжения: «Предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к электрическим сетям определяется выдержкой времени релейной защиты и автоматики» [3]. Если учесть, что приемлемым запасом динамической устойчивости для крупных промышленных предприятий нефтяной и газовой промышленности считается значение 0,5 с [8], то становится очевидным, что действующие нормы никак не защищают интересы потребителя электрической энергии
WWW.NEFTEGAS.INFO
по данной позиции. Статистические данные по временным характеристикам провалов напряжения только подтверждают данное заключение. Так, для нескольких отечественных электрических сетей доля длительности провалов напряжения в диапазоне времени от 3 до 30 с составляет от 7 до 38% общего числа возмущений. Для сетей стран Европейского союза доля возмущений в диапазоне времен длительности от 3 до 60 с составляет 5,5-6%. Наоборот, доля возмущений в диапазоне времен длительности до
0,5 с для отечественных электрических сетей от 0 (к сожалению, для большинства сетей) до 64%. Для сетей стран ЕС доля таких возмущений превышает 85%. При этом, возмущения длительностью 0,01 - 0,1 с составляют в странах ЕС 40 - 41% общего числа возмущений. Такие возмущения не нарушают устойчивость электротехнических систем и, следовательно, не способны оказать какое-либо заметное влияние на технологический процесс практически любого предприятия.
В связи с тем что скорых изменений в сложившейся ситуации не предвидится, промышленные предприятия вынуждены решать возникающие проблемы самостоятельно [9]. При этом используются достаточно дорогие способы решения, например, такие, как строительство собственных генерирующих мощностей. Подобные источники электрической энергии либо имеют относительно небольшую мощность, либо работают в режимах, далеких от оптимального. Одной из причин этого служит тот факт, что, несмотря на складывающийся дефицит мощности в единой энергосистеме, проблема продажи электрической энергии от сторонних производителей решается достаточно тяжело. В качестве альтернативного, менее дорогостоящего способа обеспечения приемлемой надежности электроснабжения используется, в частности, быстрое резервирование электроснабжения внутри собственно электротехнической системы объекта. Для этого, например, используются устройства БАВР. Разумеется, есть ситуации, когда решать проблему надежности собственного энергообеспечения другими путями невозможно. Однако часты случаи, когда подобные решения приходится использовать в регионах с вполне развитыми электро-
энергетическими сетями и достаточной мощностью первичных источников электроэнергии. Достаточно очевидно, что в реальности такие пути решения не выгодны ни самому потребителю, ни государству и обществу в целом. Существующее положение обусловлено не столько объективными причинами, сколько сложившейся ситуацией в области взаимоотношений производителей, продавцов и потребителей электрической энергии. Представляется, что в существующей ситуации роль регулятора таких отношений должно взять на себя государство. Для обеспечения эффективности регулирования необходимо существенно расширить, а в чем-то и изменить действующие нормативные документы, в том числе названный стандарт. Необходим переход от понятия «качество электрической энергии» к более общему показателю - «качество электроснабжения». Данное понятие должно, разумеется, включать и традиционные показатели качества электроэнергии. Помимо зафиксированных в действующих стандартах показателей, для многих потребителей не менее существенны и другие факторы, влияющие на надежность и качество электроснабжения. Среди них наиболее существенными представляются следующие комплексные показатели:
• бесперебойность электроснабжения, причем не только относительно достаточно длительных нештатных режимов, но и относительно кратковременных возмущений;
• комплексная характеристика источников, учитывающая взаимосвязь и взаимное влияние всех вводов и электростанций собственных нужд потребителя, режимы работы элементов системы внешнего электроснабжения и источников энергии.
Требования по бесперебойности электроснабжения, определяемые категорией надежности электроснабжения, в достаточной степени устарели и нуждаются в пересмотре. Так, первая категория надежности на сегодняшний день допускает перерыв электроснабжения на время автоматического включения резерва со стороны энергоснабжающей организации. Никаких временных ограничений на длительность перерыва не установлено. Формально, если секционный выключатель замкнулся вследствие действия автоматики даже через полчаса после отключения ввода, требования
\\ ЭНЕРГЕТИКА \\ 75
на правах рекламы
ЭНЕРГЕТИКА
категорийности электроснабжения не нарушены, и предъявить претензии к поставщику электроэнергии очень сложно. Требования по бесперебойности должны устанавливаться на основании значительно более дифференцированных категорий надежности электроснабжения, основанных, помимо всего прочего, на учете инерционности технологических процессов и легкости их восстановления. Общая задача классификации надежности - оценить реальные требования потребителя с обязательным учетом устойчивости технологического процесса и электротехнической системы промышленного объекта. Комплексная характеристика источников электроснабжения должна учитывать такие показатели, как независимость, синхронность и синфазность вводов. Эти показатели должны оцениваться и нормироваться для стационарных и переходных режимов работы. Из перечисленных показателей в настоящее время в некоторой степени регламентируется только первый - независимость источников электроснабжения. Действующая седьмая редакция Правил устройства электроустановок определяет понятие независимости следующим образом: «Независимый источник питания - источник питания, на котором сохраняется напряжение в послеаварийном режиме в регламентированных пределах при исчезновении его на другом или других источниках питания» [2]. Названные Правила представляют собой документ, обязательный к применению. Понятие послеаварийного режима определяется следующим образом: «... режим, в котором находится потребитель электрической энергии в результате нарушения в системе его электроснабжения до установления нормального режима после локализации отказа» [2]. В приведенной формулировке обращает внимание требование сохранения напряжения только лишь в послеаварийном режиме и отсутствие каких-либо требований по сохранению его собственно в аварийном режиме. Отсутствуют также какие-либо ограничения на длительность собственно аварийного режима. Представляется, что сохранение в любой ситуации уровня напряжения на независимом источнике, хотя бы в рамках
предельно допустимых значений, весьма существенно для промышленных потребителей электроэнергии, особенно для предприятий, чувствительных к кратковременным нарушениям нормального режима электроснабжения. В данном случае целесообразно дополнить существующее положение такими требованиями.
Следует отметить, что, в условиях централизованного электроснабжения полностью независимых источников быть не может. Все элементы электроэнергетических систем объединены в единую структуру, вследствие чего любое возмущение на одном элементе в той или иной степени сказывается на состоянии другого элемента. В значительной степени на зависимость вводов потребителя оказывают влияние электрически близкие контуры, создаваемые, в частности, нормально замкнутыми секционными выключателями. Необходимо введение количественных показателей зависимости источников питания и методов их оценки. Такие методы должны позволять оценить степень зависимости расчетным путем, в том числе, методами математического моделирования, и по данным эксплуатации. Теоретическая база для подобных оценок была предложена еще несколько лет назад [10], однако теперь настала пора включить данный показатель в действующую нормативную базу.
При централизованном электроснабжении синхронность источников питания потребителя обеспечивается естественным путем за счет существования единых электроэнергетических систем. Нарушение синхронности возможно только при системных авариях в энергоснабжающей организации. Однако при использовании потребителем генераторов и электростанций собственных нужд, работающих изолированно, может возникнуть проблема их несинхронной работы. Отсутствие синхронизма источников значительно затрудняет или просто делает невозможным автоматическое включение резерва при аварийных режимах на одном из источников. Включение требований по обеспечению синхронности источников независимо от их принадлежности в нормативные документы также представляется целесообразным.
Заметное различие начальных фаз напряжения на различных вводах потребителя может иметь место как при централизованном электроснабжении, так и при наличии у потребителя электростанций собственных нужд. Определенная разность фаз напряжений на вводах вполне естественна, она обусловлена различными режимами работы генерирующих мощностей и разной электрической удаленностью вводов от них. Данное утверждение справедливо и для случая исключительно централизованного электроснабжения и для случая наличия в составе электротехнической системы потребителя собственных генерирующих мощностей. Если эта разность фаз невелика, то никаких проблем для потребителя она не создает. Однако при значительном фазовом сдвиге у потребителя возникают проблемы с реализацией оперативных переключений, необходимых как для осуществления ремонтных режимов, так и для локализации аварийных возмущений и минимизации ущерба от аварий. Представляется необходимым нормировать допустимую разность фаз. В данном случае основой должна служить оценка перетоков активной и реактивной мощности в сетях потребителя и энергоснабжающей организации. Авторам хотелось бы отметить, что представленные соображения не являются плодом некоторых умозрительных заключений. С названными и подобными проблемами приходилось сталкиваться при выполнении работ в интересах ряда крупных объектов нефтяной и газовой промышленности. В энергетических службах многих предприятий и компаний на сегодняшний день существует понимание важности поднятых вопросов. Ряд крупных компаний, в частности ОАО «Газпром», включили некоторые из рассмотренных положений в свои нормативные документы (например, [8]). Однако очевидно, что на отраслевом уровне поднятая проблема не может быть решена в силу вполне понятных причин.
Вполне очевидно, что ответственность поставщиков и потребителей электрической энергии должна быть взаимной. Здесь следует остановиться на ряде вопросов. Так, вполне очевидно, что потребитель со значительной долей нелинейной нагрузки должен не-
сти полную экономическую ответственность за снижение качества напряжения, генерацию в питающую сеть высших гармоник. На сегодняшний день приобретают большое значение вопросы участия потребителей в компенсации реактивной мощности. Видимо, в данных вопросах также необходимо определенное государственное регулирование взаимоотношений заинтересованных сторон. При любом качестве эксплуатации электроэнергетических сетей кратковременные нарушения нормального режима электроснабжения останутся неизбежными. Следовательно, потребитель должен самостоятельно решить вопросы обеспечения некоторого минимально приемлемого уровня устойчивости своей электротехнической системы. Некоторые пути повышения устойчивости рассмотрены в [11]. Задача установления числовых показателей минимально допустимого уровня устойчивости промышленных электротехнических систем представляет собой весьма актуальную научную проблему. Опыт эксплуатации и расчеты, выполненные на основе математического моделирования устойчивости электротехнических систем показывают, что любое внутреннее возмущение не способно нарушить устойчивость даже электрически близких узлов двигательной нагрузки. Тем не менее, потребитель электрической энергии обязан обеспечивать локализацию и ликвидацию возмущений, в первую очередь коротких замыканий, за минимально возможное время. Поскольку несвоевременная ликвидация таких возмущений нарушает нормальный режим работы как энергоснабжающей организации, так и соседних потребителей виновник возмущения должен материально отвечать за его последствия.
В целом представляется, что только переход на государственном уровне от понятия качества электрической энергии к понятию качества электроснабжения, учитывающему в том числе и перечисленные выше факторы, может обеспечить развитие производящей экономики страны. При этом отстаивание интересов потребителя должна взять на себя некоторая профессиональная структура, не связанная с интересами какой-либо одной отрасли.
Необходим учет интересов потребителя при разработке любых документов, регулирующих взаимоотношения производителей и покупателя электрической энергии. Баланс интересов может быть обеспечен только экономическими средствами, в частности за счет дифференциации тарифов, платы за присоединение. В условиях рыночной экономики потребитель должен иметь возможность выбора, оформляемого договорными отношениями, например между дешевым, но не слишком качественным электроснабжением и дорогим, но отвечающим более жестким требованиям. При этом поставщик энергии должен нести экономическую ответственность за несоблюдение договорных условий вплоть до полной компенсации ущерба, нанесенного некачественным электроснабжением. Как отмечалось выше, такая же ответственность должна быть возложена и на потребителя. В частности, потребитель должен нести ответственность за компенсацию реактивной мощности, за ухудшение гармонического состава напряжения и тока, вызванное наличием нелинейных приемников энергии, за аварийные режимы, существенно сказавшиеся на работе энергоснабжающей организации или других потребителей. В особых случаях функцию установления требований к качеству электроснабжения должно брать на себя государство.
В заключение хотелось бы отметить, что представленные соображения не могут охватить все аспекты заявленной проблемы, и являются, по сути, постановкой задачи. Решение данной проблемы представляет собой достаточно сложную, комплексную научнотехническую задачу и возможно только путем совместной работы представителей всех заинтересованных сторон. Отметим, что в ряде стран Западной Европы подобный опыт есть. Взаимоотношения поставщиков и потребителей электрической энергии регулируются посредством так называемых энергетических кодексов, показавших в целом свою эффективность. Потребность в разработке Энергетического кодекса России стала актуальной задачей власти, о чем свидетельствует постановка данного вопроса перед Правительством Государственной думой РФ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Егоров А.В., Трифонов А.А. Стандарты электромагнитной совместимости и баланс интересов поставщиков и потребителей электрической энергии. / Энергетика: приоритеты устойчивого развития. Материалы международной научно-практической конференции. -Прага, 2007.
2. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Главы 7.5, 7.6, 7.10. - 7-е изд. - М.: изд-во НЦ ЭНАС, 2002.
3. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
4. Вагин Г.Я., Севастьянов А.А. О необходимости приведения норм ГОСТа 13109-97 к требованиям международных стандартов. / Промышленная энергетика, 2004, № 9.
5. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. - М: Недра, 2000.
6. Гуревич Ю.Е., Кабиков К.В. Особенности электроснабжения, ориентированного на бесперебойную работу потребителя. - М.: ЭЛЕКС-КМ, 2005.
7. Ершов М.С., Егоров А.В. Итоги исследования устойчивости промышленных электротехнических систем с асинхронной двигательной нагрузкой. / Территория «Нефтегаз», 2005 № 5.
8. Методика определения границ устойчивости, показателей надежности электроснабжения и выбора параметров защит узлов электрической нагрузки систем электроснабжения газовых комплексов. (2-я редакция, переработанная и дополненная). - М.: ОАО «Газпром», 2001.
9. Новые технологии в электроэнергетике газовой промышленности. / И.В. Белоусенко, Г.Р. Шварц и др. - М.: Недра, 2007.
10. Ершов М.С., Егоров А.В., Яценко Д.Е. Методы определения показателей качества электроснабжения промышленных комплексов. / Электричество, 1997, № 12.
11. Ершов М.С., Егоров А.В., Зарубицкая Ю.В. Анализ некоторых методов повышения устойчивости электротехнических систем при внешних возмущениях. / Промышленная энергетика, 2003, № 10.
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ ЭНЕРГЕТИКА \\ 77
