CC BY
22
УДК 351(075.8)+677.017.633.2
В.А. Седнев, А.В. Баринов, А.В. Смуров
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СУБЪЕКТОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ В УСЛОВИЯХ
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
Разработаны основные положения по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов РФ в условиях ЧС, включающие понятийный аппарат, особенности структуры РСЭЭ по уровням, методы, показатели и особенности оценки устойчивого функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей, основные принципы и направления обеспечения и методы их реализации.
Ключевые слова: техноценологический подход; технический анализ; ценоз; Н-распределение; динамика структуры; система электроснабжения.
V. Sednev, A. Barinov, A. Smurov
THE MAIN PRINCIPLES TO ENSURE ELECTRICITY SECURITY OF THE RUSSIAN FEDERATION IN EMERGENCIES
The article presents the main principles to ensure electricity security of the Russian Federation in emergency situations, including the conceptual apparatus, the structure of the regional electricity system through the levels, methods, features and performance evaluation of sustainable functioning of the regional electricity system and electricity supply to consumers, the basic principles and guidelines for ensuring and methods for their implementation.
Keywords: technocenological approach; technical analysis; cenosis; H-distribution; structure dynamics; the power supply system.
Устойчивое функционирование региональных систем электроэнергетики (РСЭЭ), состоящих из одной или нескольких электроэнергетических систем (ЭЭС), определяет электроэнергетическую безопасность и надёжное электроэнергетическое обеспечение (ЭЭО) населения и территорий. При этом наука и практика рассматривают электропотребление потребителей на уровне крупных (0,1 % всех объектов), средних (0,9 %) и малых (9 %) объектов, остальные 90 %, питающихся на напряжении 0,4 кВ, остаются без внимания, причём существующие методы расчёта электрических нагрузок требуют учёта режимов работы и мощности каждого электроприемника (ЭП) и приводят к большим ошибкам [1, 2]. Именно поэтому определение параметров электропотребления на уровнях ЭЭС, обоснование состава систем электроснабжения (СЭС) и численности структуры электротехнических средств на уровне напряжения 0,4 кВ требуют разработки новых подходов к контролю за электропотреблением объектов и функционированием РСЭЭ, для чего предлагается использовать ценологические взгляды [2] на развитие сложных многоуровневых систем, ранее не использовавшиеся для обоснования мероприятий по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов Российской Федерации (РФ) в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС).
Анализ состава РСЭЭ выявил, что устойчивость их ЭЭС включает устойчивость [1, 3-4]: структуры, СЭС отдельных объектов и функционирования объектов материально-технического обеспечения (рис. 1), при этом под устойчивостью структуры понимается её способность удовлетворять важнейшие
потребности объектов инфраструктуры региона в электроэнергии (ЭЭ) на уровне, обеспечивающем решение задач государства и поддержание жизнедеятельности населения региона, где электроэнергетическое жизнеобеспечение является составной частью жизнедеятельности; под устойчивостью СЭС отдельных объектов понимается их способность обеспечивать потребителей ЭЭ требуемого количества и качества и поддерживать жизнедеятельность населения на соответствующих территориях; под устойчивостью функционирования объектов материально-технического обеспечения (МТО) понимается их способность выполнять свои функции.
Рис. 1. Показатели оценки устойчивости функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей
Под устойчивостью ЭЭС понимается её способность реагировать на внешние и внутренние
воздействия без выхода в критическое состояние. Оценка устойчивости должна производиться на основе анализа функционирования отдельных СЭС и наличия у них источников электрической энергии (ИЭЭ), при этом условием устойчивости СЭС является наличие инфраструктуры и соответствие мощностей элементов инфраструктуры решаемым задачам. В зависимости от выполняемых задач, потребители ЭЭ организационно и технически могут объединяться в группы однотипных потребителей, под которыми понимается часть сил и средств общей СЭС, в состав которой входят источники питания, устройства для преобразования, распределения и передачи ЭЭ, аппаратура контроля и защиты, а также объекты инфраструктуры, обеспечивающие функционирование СЭС.
Оценка устойчивости функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей может быть выполнена с использованием показателей [1, 3]: устойчивости структуры, определяющего уровень удовлетворения потребностей объектов в ЭЭ; подготовленности системы к устойчивому функционированию, характеризующего степень выполнения требований по повышению устойчивости; обоснованности мероприятий по обеспечению устойчивости функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей в условиях ЧС. Показатель устойчивости характеризуется отношением ожидаемого объёма производства ЭЭ к минимально необходимому объёму. Значение его зависит от сценария ситуации и варианта воздействия по объектам РСЭЭ и потребителям. Рассчитанные для определённых условий значения показателя следует рассматривать как прогноз характеристик устойчивости функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей. Показатели подготовленности РСЭЭ и её уровней к устойчивому функционированию характеризуют степень выполнения требований по обеспечению устойчивого ЭЭО потребителей. Показатели используются при планировании и контроле реализации мероприятий по повышению устойчивого функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей в ЧС, а достигнутые значения характеризуют результаты проделанной работы.
К основным направлениям обеспечения устойчивого функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей в условиях ЧС относятся [1, 3, 4]: анализ событий, приведших к возникновению ЧС или выходу из строя элементов РСЭЭ, связанных с недоотпуском ЭЭ для потребителей; оценка возможностей РСЭЭ по обеспечению потребителей ЭЭ; обоснование состава сил и средств для восстановления ЭЭС; резервирование элементов ЭЭС для повышения надёжности электроснабжения объектов и недопущения возникновения ЧС, связанной с недостаточностью ЭЭО для потребителей; прогнозирование ожидаемого состояния электроснабжения при авариях в ЭЭС, параметров электропотребления объектов, состава ИЭЭ, их количественных и качественных характеристик; оптимизация задач органов управления, предназначенных для планирования и организации выполнения мероприятий по ПУФ объектов РСЭЭ в условиях ЧС, и рациональное распределение функций между органами управления всех уровней.
Мероприятия по их реализации разрабатываются и осуществляются заблаговременно, исходя из прогноза развития ЧС на объектах электроэнергетики, состояния электроснабжения потребителей, требований по обеспечению устойчивого электроснабжения ответственных потребителей, объектов жизнеобеспечения и населения. Характер, объёмы и сроки проведения мероприятий определяются с учётом их значения для поддержания требуемого уровня жизнедеятельности территорий, а также имеющихся ресурсов. В этих целях следует предусматривать обоснование и накопление резервных ЭС или других автономных ИЭЭ, а для обеспечения бесперебойного электроснабжения потребителей -готовить РСЭЭ к работе в специальных режимах.
Для каждого уровня РСЭЭ характерны свои цели и методы определения параметров электропотребления (рис. 2) и подходы к принятию решения на ЭЭО, при этом имеющееся
противоречие между ростом электропотребления объектов инфраструктуры региона, критическим состоянием объектов электроэнергетики, необходимостью решения задач ЭЭО объектов инфраструктуры и населения региона и отсутствием методик обоснования параметров электропотребления для уровней ЭЭС регионов, особенно для уровня 0,4 кВ, осуществляющего обеспечение ЭЭ 90 % объектов, а также рациональной структуры ИЭЭ для обеспечения их функционирования, определяют тенденции развития теории и практики обеспечения электроэнергетической безопасности субъектов РФ в условиях ЧС.
Исходя из этого, под ЭЭО субъектов РФ в условиях ЧС предлагается понимать совокупность деятельности органов управления, сил и средств по организации и выполнению задач электроснабжения объектов и территорий, направленных на обеспечение их жизнедеятельности и жизнеобеспечение путём удовлетворения потребности в ЭЭ во всех видах деятельности.
Объекты генерации
Крупные потребители (0,1 % всех объектов) (граница раздела РСЭЭ и энергоснабжающей организации)
Средние потребители
(0,9 % объектов)
(шины главной понизительной
подстанции)
Малые потребители (9 % объектов)
(шины распределительной подстанции 10(6) кВ)
Мини-потребители (90% объектов) (щит низкого напряжения трансформаторной подстанции 10(6)/0,4 кВ; щиты распределительные и распределительные пункты напряжением до 1 кВ переменного тока; отдельный электроприемник)
Рис. 2. Структурная схема электроэнергетической системы [2]
Для реализации целей ЭЭО территорий регионов в условиях ЧС необходимо (рис. 3) [1, 3, 4]: 1. Оценить устойчивость ЭЭО крупных потребителей или комплексов объектов инфраструктуры на основе определения их объёмов электропотребления и обосновать структуру и состав их СЭС. Для обоснования параметров электропотребления используется техноценологический подход, опирающийся на положения теории систем и аппарат устойчивых законов предельных теорем теории вероятности, на положения аппарата математической статистики, теории множеств, теории информации и математической логики. Определение и прогнозирование объёмов электропотребления объектов позволит уточнить или обосновать состав ИЭЭ и решить задачу ЭЭО жизнедеятельности территорий в
38 -
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'2
ЧС, реализуя возможность определения на уровнях величины электропотребления объектов. Теория техноценозов [2] утверждает, что на одну ЭС мощностью 10 тыс. МВт должно быть 10 ЭС по 1000 МВт или 100 по 100 МВт или 10 млн. ЭС мощностью по 1 кВт каждая;
2. Обосновать структуру и состав СЭС важнейших объектов жизнеобеспечения и населения, предполагающих создание для них резервного комплекса электротехнических средств. Критерием оценки надёжности создаваемых систем выступает быстрота ввода их в эксплуатацию, так как задержка ввода в эксплуатацию системы (от 3-5 дней) для жизнедеятельности территорий наносит ущерб куда больше, чем стоимость самой СЭС. Обоснование количественных и качественных характеристик резервных ИЭЭ позволит решить задачу электроснабжения жизнеобеспечения населения на уровне минимальной достаточности с учётом сложившейся ситуации. Для решения этой задачи применяются технический и профессионально-логический анализ, методы и положения теории расчёта электрических нагрузок, теории вероятностей, теории надёжности и математической статистики.
Рис. 3. Методы и особенности оценки устойчивости электроэнергетического обеспечения субъектов Российской Федерации в условиях чрезвычайных ситуаций
Предлагаемый подход [1, 3, 4], в основе которого лежит взгляд на РСЭЭ как на взаимосвязанную совокупность технических систем, позволит оценить её устойчивость, оптимальность предложений по составу систем и электропотреблению объектов и обосновать мероприятия по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов РФ в условиях ЧС. Установлено, что РСЭЭ объекта [2] - сложный электротехнический комплекс с множеством взаимосвязанных и взаимодействующих подсистем, включающий совокупность установленных и резервных электроустановок; электрических и неэлектрических изделий, не являющихся частью
--39
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'2
электрической сети системы, но обеспечивающих её функционирование; электротехнических и других помещений, зданий и сооружений, эксплуатируемых электротехническим или подчинённым ему персоналом, а также людские, вещественные и энергетические ресурсы и соответствующее им технологическое, организационное и информационное обеспечение. Управление ЭЭС регионов опирается как на классические законы электротехники, так и на кибернетические представления и ценологические, использующие идеи отбора, самоорганизации, негауссовости. Во втором случае СЭС исследуется как технический ценоз, самоорганизующееся бесконечное множество слабосвязанных и слабовзаимодействующих изделий, и изучаются закономерности применения ЭЭ в системе.
Техноценозы относятся к классу систем, для которых математическое ожидание не имеет смысла, а дисперсия может быть сколь угодно большой, набор показателей постоянно меняется и не может быть предложена однозначная система показателей, отвечающая потребностям различных специалистов [1, 2]. Использование ценологических моделей позволяет прогнозировать параметры электропотребления объектов и решать задачу согласования прогнозов на разных уровнях иерархических систем, основываясь на представлении о РСЭЭ как системе, имеющей внутреннюю постоянную устойчивую структуру.
Таким образом, в основу обоснования мероприятий по обеспечению устойчивого функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей и, в целом, электроэнергетической безопасности субъектов РФ в условиях ЧС, положен техноценологический подход, синтезирующий и упорядочивающий применение существующих методов, позволяющий оценивать и обосновывать параметры электропотребления объектов на уровнях РСЭЭ. Теоретические положения и практические рекомендации по повышению устойчивости РСЭЭ и ЭЭО потребителей в условиях ЧС базируются на статистических данных по электропотреблению объектов.
Новизна результата состоит во впервые разработанном понятийном аппарате, в методах, показателях и особенностях оценки устойчивого функционирования региональных систем электроэнергетики и электроэнергетического обеспечения потребителей, в основных принципах и направлениях обеспечения электроэнергетической безопасности субъектов РФ в условиях чрезвычайных ситуаций, в обосновании научно-методического подхода, являющегося основой для поддержки принятия должностными лицами МЧС России решений на реализацию мероприятий по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов РФ в условиях чрезвычайных ситуаций.
Литература
1. Седнев В.А. Техноценологические методы построения и управления развитием многоуровневых систем. Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России. - 2008. - 132 с.
2. Кудрин Б.И. Введение в технетику. - Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та. - 1993.-552 с.
3. Седнев В.А., Смуров А.В. Оценка возможностей объектов экономики и территорий по развитию электропотребления и предложения по оценке эффективности функционирования существующих объектов // Проблемы управления рисками в техносфере. - 2011. - № 2. - С. 93-100.
4. Седнев В.А., Смуров А.В. Методология оценки электроэнергетической безопасности экономики и территорий Российской Федерации и оптимизации сложившейся структуры средств МЧС России // Проблемы управления рисками в техносфере. - 2011. - № 3. - С. 80-91.
Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'2
