CC BY
19
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
И.Ш. ФАРДИЕВ ОАО «Татэнерго»
Рассматриваются основные тенденции развития распределительных сетей с использованием последних достижений в области электротехники и электроники. Отдельно обсуждаются проблемы передачи электроэнергии и передачи информации по линиям электропередачи. Оценивается состояние технического оборудования ОАО «Татэнерго».
Бурное развитие современной техники и технологий предъявляет повышенные требования к уровню современной электроэнергетики. Для соответствия этим требованиям необходимо [1-3]:
• формирование эффективной инновационной политики;
• создание интеллектуальной безотказной системы передачи и распределения энергии в условиях формирующегося рынка электроэнергии;
• формирование инфраструктуры указанного рынка электроэнергии (современных систем автоматизированного диспетчерского и технологического управления, автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии, корпоративной системы управления) и т.д.
Для достижения поставленных целей следует [1-3]:
• провести оценку состояния существующей электрической сети;
• внедрить новые системные технологии;
• создать и внедрить новое оборудование подстанций и линий электропередачи (ЛЭП);
• обеспечить эффективное применение микропроцессорных автоматизированных систем управления, защиты и передачи информации, новейших систем связи, автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии;
• обеспечить широкое использование современных средств диагностики состояния и прогнозирования сроков службы электрооборудования и т.д.
Принципы построения электрических распределительных сетей XXI века иллюстрируются схемой, приведенной на рис. 1 [1, 3].
Как видно из рис. 1, распределительные сети используются не только для передачи электроэнергии, но и для передачи технологической и служебной информации. Поэтому при построении современных распределительных сетей нового поколения круг решаемых задач резко возрастает. Различие в реализации этих задач предъявляет и свои особые требования при реконструкции и модернизации существующих распределительных сетей.
Передача электроэнергии
Сегодня перед электроэнергетикой России стоит серьезнейшая проблема -это значительный физический и моральный износ используемого оборудования.
По данным автора [4] темпы технического перевооружения Единой национальной электрической сети (ЕНЭС) в 90-х годах прошлого века упали
© И.Ш. Фардиев
Проблемы энергетики, 2006, № 7-8
примерно в 2 раза. В результате, износ сетей Федеральной сетевой компании (ФСК) в целом составляет сейчас около 48%, в том числе подстанционного оборудования - 70%, а линий электропередач - 40%. Отработали нормативный срок службы около 27% выключателей на напряжение 330-750 кВ и примерно 50% устройств релейной защиты и автоматики.
Рис. 1. Реализация новейших разработок в электрических сетях XXI века © Проблемы энергетики, 2006, № 7-8
Износ первичного оборудования подстанций иллюстрируется диаграммой (рис. 2), из которой видно, что наибольшей повреждаемостью обладает коммутационная аппаратура. Этот вклад в аварийность первичного оборудования на подстанциях ФСК составляет 56% [1-3].
В Коммутационная аппаратура
□ Трансформаторы
□ Реакторы
0 Трансформаторы напряжения
О Трансформаторы тока
Рис. 2. Относительный вклад в аварийность первичного оборудования на подстанциях ФСК
Физический износ оборудования сопровождается и его моральным старением. Средний технический уровень установленного подстанционного оборудования в ЕНЭС по многим позициям соответствует оборудованию, которое эксплуатировалось в ведущих странах мира 20-30 лет назад [5].
Это хорошо видно на примере оценки ситуации с элегазовыми выключателями за рубежом и в России. На рис. 3 показана доля элегазовых выключателей в общем парке высоковольтных выключателей на напряжение 110 кВ и выше в зависимости от их возраста в ведущих странах мира и в России. По данным последних лет доля элегазовых выключателей в России составляет примерно 25 %, тогда как в ведущих странах мира, где они эксплуатируются давно [5], их доля доходит до 90 %.
Доля элегазовых выключателей, %
И 0 лет
Н 5 лет
£71 ю лет
0 15 лет
РП 20 лет
И 25 лет
[-] 30 лет
Ш 35 лет Ведущие страны Россия
Рис. 3. Доля элегазовых выключателей в общем парке высоковольтных выключателей на напряжение 110 кВ и выше, в зависимости от их возраста, в ведущих странах мира и в России
I ЧЧуо
9,50%
В ОАО «Татэнерго» реализуется целый комплекс взаимоувязанных целевых программ, направленных на повышение эффективности и надежности производства и распределения электроэнергии. В их числе - программа управления издержками, программа энергосбережения, программа технического перевооружения и т.д.
Замена устаревшего оборудования - это серьезная технологическая задача сегодняшнего дня для ОАО «Татэнерго». На диаграммах рис. 4 и 5 приведены, соответственно, данные по замене коммутационного оборудования в виде элегазовых и вакуумных выключателей в ОАО «Татэнерго» за 2000-2005 годы.
Рис. 4. Динамика ввода в эксплуатацию элегазовых выключателей в ОАО «Татэнерго»
Рис. 5. Динамика ввода в эксплуатацию вакуумных выключателей в ОАО «Татэнерго» © Проблемы энергетики, 2006, № 7-8
В настоящее время доля элегазовых и вакуумных выключателей составляет в ОАО «Татэнерго», соответственно, 11% и 20,75%, как это показано на рис. б.
Рис. 6. Доля элегазовых и вакуумных выключателей 6-500 кВ в ОАО «Татэнерго»
2005 год прошел для ОАО «Татэнерго» под знаком серьезных преобразований в экономическом и административном направлениях -реструктуризация энергосистемы вступила в фазу практического осуществления. Сегодня идет процесс утверждения новых принципов взаимоотношений как с хозяйствующими субъектами внутри самой системы, так и с потребителями электрической и тепловой энергии.
ОАО «Татэнерго» по основным производственным параметрам (установленной мощности, объемам производства, показателям экономичности производства и т.д.) входит в пятерку крупнейших энергосистем России. При этом доля выработки электроэнергии и тепла в ОАО «Татэнерго» составляет в среднем 4,5 и 6% соответственно от объемов производства отрасли. Сегодня показатели экономичности отпуска электроэнергии в ОАО «Татэнерго», благодаря разумной технической политике, значительно лучше показателей РАО «ЕЭС России» и отраслевых значений крупнейших энергосистем России, как это видно на рис. 7 [6].
SS
-------ОАО "Башкирэнерго"
-------Уралэнерго
-------РАО "ЕЭС России"
^^^^ОАО "Татэнерго" -------Волгаэнерго
Рис. 7. Изменение удельных расходов условного топлива на отпущенную электроэнергию
Это результат огромных усилий коллектива ОАО «Татэнерго» по совершенствованию производственных технологий в совокупности с модернизацией и заменой устаревшего технического оборудования.
Таким образом, задачи реструктуризации энергосистемы и технического обновления устаревшего оборудования являются наиважнейшими для современной энергетики России. Очевидно, что эффективная эксплуатация современного изношенного оборудования энергосистем возможна только при наличии действенной системы текущего контроля, оперативной диагностики и своевременного профилактического ремонта.
Все вышесказанное является основой повседневной деятельности специалистов ОАО «Татэнерго».
Передача информации
Дальнейшее развитие электрических сетей напрямую связано с широким применением информационно-телекоммуникационных технологий и новейших систем электроники.
В ведомственной (корпоративной) сети связи электроэнергетики России примерно половина всей технологической и административной информации передается посредством каналов высокочастотной (ВЧ) связи по линиям электропередачи [7, 8]. Это специфический вид проводных каналов, где в качестве среды передачи сигналов используются фазные провода и тросы воздушных или жилы и оболочки кабельных линий электропередачи. При этом присоединение связной аппаратуры к проводам ЛЭП осуществляется с помощью специальных устройств - фильтров присоединения, конденсаторов связи и ВЧ заградителей [9-11]. Активное использование каналов ВЧ связи определяется их высокой надежностью, сравнительной дешевизной и тем, что они находятся в собственности энергопредприятий и направление передачи информации совпадает с направлением ЛЭП.
В России каналы ВЧ связи организуются, в основном, по ЛЭП 35-1150 кВ [10-15]. Но уже начинают интенсивно использоваться для передачи информации сети напряжением 6-10 кВ и даже 0,4 кВ [3, 8, 16].
По каналам ВЧ связи передаются сигналы телемеханики, телеуправления, релейной защиты, противоаварийной автоматики и другие виды технологической информации, необходимой для управления работой энергосистем и их объединений как в нормальных режимах, так и при аварийных ситуациях [7, 17, 18].
Рабочие полосы каналов находятся в диапазоне частот от 20 до 1000 кГц. По данным ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС» на 1 января 2003 г. число ВЧ каналов по ЛЭП составляло примерно 60 000, из которых 26 000 - каналы телефонной связи, передачи данных (ПД) и сигналов телемеханики (ТМ). Более 34 000 ВЧ каналов -это специализированные каналы для нужд релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА).
Роль ВЧ каналов РЗ и ПА в электроэнергетике весьма значительна и обусловлена тем, что основными видами РЗ для ВЛ 110 кВ и выше являются ВЧ защиты, составная часть которых - ВЧ канал [7, 8].
ВЧ связь по линиям электропередачи будет развиваться совместно с развитием, реконструкцией и техническим перевооружением электрических сетей. Ввод дополнительной канальной емкости ВЧ связи до 2015 г. составит ориентировочно 0,5 млн. канало-км [12].
В России команды ПА и сигналы РЗ передаются в основном с помощью специализированной аппаратуры. За рубежом давно уже применяется многофункциональная (комбинированная) аппаратура, передающая информацию нескольких видов (сигналы речи, ТМ, РЗ и ПА). Это обусловлено экономическими выгодами. Широкому использованию такой аппаратуры способствует также существующая за рубежом практика ее обслуживания фирмой-производителем, которая в России отсутствует. Тем не менее преимущества комбинированной аппаратуры (сокращение затрат, облегчение выбора частот и прочие) способствуют ее проникновению в энергосистемы России. К тому же высокая надежность современной цифровой аппаратуры значительно повышает надежность всей системы управления, в которой она применяется [12-15].
Существующая в России в настоящее время сеть связи электроэнергетики основана на аналоговых каналах. Подавляющая часть аппаратуры, используемой для построения ВЧ каналов всех типов, выпущена до 1980 г. [15]. Она морально и физически устарела и не отвечает современным требованиям по скорости и объемам передаваемой информации, надежности и достоверности ее передачи, а также по организации эксплуатации.
Такая же ситуация сложилась и в ОАО «Татэнерго». Для ее преодоления принимаются определенные меры: увеличивается число каналов ВЧ связи, и внедряются современные цифровые системы связи, такие как ЕТЬ-500 и ему подобные. Как видно на рис. 8, количество ВЧ оборудования в ОАО «Татэнерго» за последние 5 лет увеличилось в 4 раза.
S ВЛ-110 кВ □ ВЛ-220 кВ И ВЛ-35 кВ
2000 г 2001 г 2002 г 2003 г 2004 г 2005 г
Рис. 8. Прирост оборудования ВЧ связи по воздушным линиям по сравнению с 1999 г. в
ОАО «Татэнерго»
© Проблемы энергетики, 2006, № 7-8
Ненадежная работа средств технологической связи - серьезный недостаток, приводящий в ряде случаев к принятию диспетчерским персоналом ошибочных решений. Широкое внедрение в электроэнергетику вычислительной и микропроцессорной техники обусловливает расширение обмена большими и все увеличивающимися объемами информации между удаленными друг от друга объектами единой энергосистемы России. С переходом на рыночные отношения и многотарифную систему оплаты за электроэнергию появляется необходимость в дальнейшем значительном увеличении объемов передаваемой коммерческой и управленческой информации [12].
Переход на системы с цифровой обработкой и передачей информации, которые обладают существенными преимуществами по сравнению с аналоговыми системами, позволит качественно улучшить работу корпоративной сети связи. При этом повысится надежность каналов связи, снизится стоимость аппаратуры, появится возможность ее унификации, упростится обслуживание каналов связи за счет дистанционного управления параметрами аппаратуры, дистанционного контроля и диагностики с применением вычислительной техники. Цифровая обработка сигналов позволит повысить стабильность работы каналов, избирательность приемника аппаратуры, получить возможность перестройки ряда ее параметров в процессе наладки и эксплуатации [2-5, 12-16].
Из приведенного анализа состояния отдельных видов технического оборудования российской электроэнергетики видно, что только при активной инновационной политике, при модернизации и замене устаревшего оборудования, при внедрении современных систем автоматизированного диспетчерского и технологического управления, при внедрении современных систем корпоративной связи, а также при своевременной диагностике используемого оборудования возможен выход на передовые позиции среди энергосистем ведущих стран мира.
Естественно, что эффективное и надежное функционирование электрических распределительных сетей, обеспечивающих как передачу электроэнергии, так и передачу технологической информации, в значительной степени зависит от оперативного обнаружения повреждений линий электропередачи и скорейшего устранения этих повреждений, а также от плановой и своевременной диагностики состояния электролиний с последующим профилактическим ремонтом [19].
При этом современные методы диагностики состояния распределительных сетей должны быть оперативными (быстродействующими), дистанционными (без обхода линии техническим персоналом), универсальными (обнаруживать большинство видов повреждений), надежными, достоверными, дешевыми (использовать ЛЭП для передачи информации о повреждениях без дополнительной аппаратуры), не зависеть от наличия или отсутствия напряжения на ЛЭП.
Разработка и широкое использование таких систем в настоящее время являются приоритетными направлениями в деятельности ОАО «Татэнерго».
Автор выражает благодарность профессору кафедры релейной защиты и автоматизации электроэнергетических систем Казанского государственного энергетического университета Минуллину Р.Г. за помощь в оформлении статьи.
Symmary
In this work we examine the basic trends of distribution networks development with the help of the latest achievements in electrotechnics and electronics fields. Also we
consider the problems of electricity and information transmission through the electricity lines. More over we estimate the technical equipment conditions in “Tatenergo” joint-stock company.
Литература
1. Раппопорт А.Н. Основные направления научно-технической политики в области развития единой национальной электрической сети России // Электро. -
2004. - № 5. - С. 2-5.
2. Фардиев И.Ш. Новые тенденции в построении электрических
распределительных сетей // Энергетика Татарстана. - 2005. - № 2. - С. 22-35.
3. Минуллин Р.Г., Фардиев И.Ш. Построение электрических
распределительных сетей нового поколения. - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т,
2005. 192 с.
4. Дементьев Ю.А., Родионов В.А. О состоянии электротехнического
оборудования и ВЛ ОАО «ФСК ЕЭС» и мерах по повышению сетевой надежности // Сб. докл. конф. ТРАВЭК «Интеграция науки и производства». Мос. обл. - М: ВЭИ, 2004.
5. Вариводов В.Н. Высоковольтная электротехника: реальность и
перспективы // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика,
электротехническая промышленность. - 2003. - № 4.
6. Фардиев И.Ш. Экономим на издержках // Энергетика Татарстана. - 2005. -№ 2. - С. 8-12.
7. Ишкин В.Х., Цитвер И.И. Высокочастотная связь по линиям электропередачи 330-750 кВ. - М.: Энергоиздат, 1981. - 208 с.
8. Минуллин Р.Г. Методы и средства высокочастотной связи по линиям электропередачи. - Казань: ООО «ИЦ Энергопрогресс», 2004. - 199 с.
9. Микуцкий Г.В. Высокочастотные заградители и устройства присоединения для каналов высокочастотной связи. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 190 с.
10. Яковенко Л.П. Фильтры присоединения типов ФПМР, ФПФ, ФПО для организации высокочастотных каналов связи по ЛЭП 35-750 кВ и по грозозащитным тросам, выпускаемые Акционерным обществом открытого типа «Московский радиотехнический завод» (АООТ «МРТЗ») // Информационные материалы Международного научно-технического семинара «Аппаратура ВЧ связи по ЛЭП 35-750 кВ». - М., 2001.
11. Шляхов С.С., Чирков Г.С., Макаров А.П. Новые высокочастотные заградители для организации ВЧ каналов релейной защиты, автоматики и связи // Информационные материалы Второго международного научно-технического семинара-презентации «Аппаратура ВЧ связи по ЛЭП 35-750 кВ». - М., 2003.
12. Ишкин В.Х. Создание Единой сети электросвязи электроэнергетики на период до 2015 года и место каналов ВЧ связи по ЛЭП в этой сети //Информационные материалы Международного научно-технического семинара «Аппаратура ВЧ-связи по ЛЭП 35-750 кВ». - М., 2001.
13. Брауде Л.И. Перспективы развития ВЧ связи // Информационные материалы Второго международного научно-технического семинара-презентации «Аппаратура ВЧ связи по ЛЭП 35-750 кВ». - М., 2003.
14. Ишкин В.Х., Стегний В.П. Система связи в условиях реформирования электроэнергетики. //Информационные материалы Второго международного научно-технического семинара-презентации «Аппаратура ВЧ связи по ЛЭП 35750 кВ». М., 2003.
15. Брауде Л.И., Скитальцев В.С., Шкарин Ю.П., Глушко С.И.
Существующее состояние и перспективы развития высокочастотной связи по линиям электропередачи // Энергетик. - 2004. - № 5. - С. 13-15.
16. Минуллин Р.Г., Фардиев И.Ш., Губаев Д.Ф., Карпенко О.И. Построение системы корпоративной связи нового поколения по распределительным сетям напряжением 0,4-35 кВ // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2005. - № 3-4. -С. 21-41.
17. Митюшкин К.Г. Телеконтроль и телеуправление в энергосистемах. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.
18. Минуллин Р.Г. Методы и средства телемеханики в энергосистемах. Казань: ИЦ «Энергопрогресс», 2003. - 204 с.
19. Фардиев И.Ш., Минуллин Р.Г., Закамский Е.В., Андреев В.В., Губаев Д.Ф. Диагностика воздушных линий распределительных электрических сетей // Известия вузов. Проблемы энергетики. - 2004. - № 7-8. - С. 41-49.
Поступила 17.07.2006
