CC BY
28
УДК 621.31
РИСК - ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ГОРОДОВ
А.Х. Мусин
Алтайский государственный технический университет
Рассматривается проблема качества электроснабжения городов. В качестве показателя качества электроснабжения предлагается использовать понятие риска электроснабжения. Количественной мерой риска рекомендуется принимать размер аварийно недоотпущенной электроэнергии. Высказана концепция управления риском электроснабжения.
Ключевые слова: риск, система электроснабжения, авария, ущерб, город.
В настоящее время в системах электроснабжения (СЭС) городов фактический износ кабельных ЛЭП достигает 70-80%, а удельная повреждаемость кабельных линий составляет от 5 до 50 случаев на 100 км в год. Относительно высокая повреждаемость кабельных линий и значительная протяженность кабельных электрических сетей в городах вынуждает обслуживающий персонал работать в аварийно-восстановительных режимах в ущерб профилактической деятельности. Аварийные перерывы электроснабжения во многих крупных городах в последние годы неоднократно освещались в СМИ. На сегодняшний день качество электроснабжения городов оставляет желать лучшего.
Любая производственная деятельность, в том числе и процесс снабжения потребителей электроэнергией, сопряжены с риском. Всегда существует вероятность внезапного аварийного перерыва электроснабжения, который может привести к тяжелым последствиям. Наличие потенциальной опасности любых производственных процессов вытекает из фундаментальных законов природы, например законов энтропии.
В процессе электроснабжения источниками риска являются объекты поставщиков электроэнергии (системы электроснабжения), а ущерб наносится потребителям электроэнергии. Получается, что аварии делают одни люди, а расплачиваются за них - другие. Ответственность поставщиков электроэнергии при аварийных перерывах электроснабжения юридически до сих пор не урегулирована. Добиться в суде возмещения нанесенного потребителям ущерба чрезвычайно трудно, а часто - невозможно.
Примером может служить ситуация, когда из-за внезапного перерыва электроснабжения в городе перестают работать светофоры, на перекрестках образуются пробки, и в это время автомобиль "скорой медицинской помощи" не может своевременно прибыть к больному, который из-за этого погибает. Можно привести и другие примеры, когда аварийный перерыв электроснабжения может повлечь тяжелые последствия с последующим предъявлением штрафных санкций поставщику электроэнергии. Известно, что для потребителей городов фактическая стоимость (в среднем) аварийно недоотпущенного кВт-часа электроэнергии на порядок и более превышает стоимость его в нормальном режиме. Понесенный ущерб в целом приводит к снижению ВВП и компенсируется ростом цен и тарифов на различные виды продукции и услуг. А это затрагивает интересы всего общества. В связи с изложенным ужесточаются требования к качеству электроснабжения, что требует более внимательного анализа рисков, как одного из показателей качества.
© А.Х. Мусин
Проблемы энергетики, 2009, № 11-12
В Федеральном законе "О техническом регулировании" определено, что технические требования должны задаваться с учетом критериев риска (это впервые в нашей стране). Сами критерии риска в отношении СЭС не конкретизированы и этот вопрос требует дополнительной проработки.
Следует различать риск для потребителя и риск для поставщика электроэнергии. С точки зрения потребителя, его интересует не сам факт аварии в электрической сети поставщика, а нанесенный ему ущерб от перерыва электроснабжения. Если такого ущерба нет, например при наличии резервирования и успешного действия АВР, то и риск ничтожный. Для поставщика ущерб заключается в стоимости ремонтно-восстановительных работ.
Будем исходить из утверждения, что ситуацией, характеризуемой ненулевым риском, нужно управлять (применяя далее для простоты термин «управление риском»). При этом уточним понятийный базис, касающийся проблемы рисков (рис. 1).
Потребитель (человек) Система электроснабжения (СЭС)
интерес I ценности | потребности устойчивость | стабильность 1 живучесть
Необходимость удовлетворения потребностей общества и парирования возникающих угроз предопределяет надобность в системе управления рисками (СУР), в состав которой входят:
1) совокупность взаимосвязанных нормативных документов;
2) организационные, технические и управленческие мероприятия;
3) соответствующие этим документам и мероприятиям силы и средства (ресурсы).
Управляемым объектом данной системы (СУР) является этногеотехносистема, включающая общество с ее территорией и укладом жизни, СЭС и среда, а субъектом управления на макроуровне - государство (в лице ветвей его власти), взаимодействующее с субъектами хозяйственной деятельности.
Любое управление предполагает формулирование цели управления. Правильно сформулированная цель - залог успеха. Цель управления риском должна подчиняться глобальной цели системы электроснабжения, то есть цели, ради которой создана система электроснабжения. Однако, как показывает практика, среди специалистов нет однозначного понимания иерархии целей. В частности, в Уставах поставщиков электроэнергии в качестве глобальной цели называется "получение максимальной прибыли" (а не бесперебойное электроснабжение), и внимание к техническому состоянию системы электроснабжения оказывается недостаточным. В результате имеет место эксплуатация систем электроснабжения на износ и, соответственно, низкое качество электроснабжения.
Будем рассматривать каждый факт аварийного перерыва электроснабжения с соответствующим ущербом как случайное событие. Тогда можно оценивать качество электроснабжения как мощность потока аварийных
Рис. 1. Понятийный базис качества электроснабжения
событий. Для прошедшего времени (ретроспективный анализ) мощность потока аварийных событий может быть оценена величиной аварийно недоотпущенной электроэнергии за год; для будущего времени (прогноз) - математическим ожиданием аварийного недополучения электроэнергии. Отметим, что по своей сути ожидаемый ущерб - есть ожидаемый риск электроснабжения (ущерб = риск):
Rт = Mт [Y], (1)
где Rт - риск электроснабжения за период т ; Mт - математическое ожидание
ущерба Y за период т .
Риск (как ожидаемый ущерб) является величиной случайной и для его оценки должны применяться методы теории вероятностей и математической статистики.
Интуитивно ясно, что риск зависит от числа аварий и размера ущерба при каждой аварии:
Rт = Mт [n]• Mт [Y], (2)
где Mт [n] - математическое ожидание числа аварий с ущербами за период т ;
Mт [Y] - математическое ожидание размера ущерба при аварии.
В формуле (2) сомножитель Mт [n] является некоторым весовым
коэффициентом по отношению к размеру ущерба Y , позволяющим оценить риск. Если рассматривается случай, когда период т не превышает наработки на отказ, сомножитель Мт [n] представляет собой вероятность отказа (величину меньшую
единицы Mт [n ]< 1).
При глобальном ретроспективном анализе оценка достигнутого риска в
относительных единицах может быть произведена по формуле Э а
R т* =-—, (3)
Э + Э
где Э а - аварийно недоотпущенная электроэнергия; Э n - полезно отпущенная электроэнергия.
Условимся считать, что целью СУР является минимизация суммарных издержек на предупреждение аварий и ущерба от аварий:
Mт [Y + Zmin,
M[T]< T0, (4)
Rer = f (P, M т,... )> Rem, где Mt[y + Z]- математическое ожидание суммы ущерба от аварий и затрат на предупреждение аварий за период т; м\г] - математическое ожидание длительности T перерыва электроснабжения при передаваемой мощности p ; To - допустимое значение длительности T (где To фиксировано в нормативных
документах для потребителей I, II и III категорий); Rec и Re?11 - достигнутая и приемлемая рентабельность производства за период т .
В процедуре обеспечения качественного электроснабжения может быть выделена следующая задача.
Задача. При фиксированных ресурсах Zи приемлемой рентабельности
Л^ выбрать и реализовать такой набор мер {zj} из m возможных {Zm}, внедрение которых максимально снижает риск аварии Лт = Mт [F]:
'АЛт = f (Ui }, ..max,
Zj = Z Tim, {Zi MZm },
(5)
где АЯт - снижение риска аварии при внедрении набора мер {г} в системах электроснабжения; ц - совокупная стоимость внедрения г-го комплекса мер по
обеспечению безаварийности.
В задаче не требуется нормирования допустимого риска. Рассмотрим более подробно задачу для уже введенных в эксплуатацию СЭС. Для этого декомпозируем задачу с учетом (2) на две подзадачи: 1) снижение ущерба М [7 ] (в случае возникновения аварии) и 2) снижение числа аварий М [и]. Снижение ущерба достигается:
- применением устройств релейной защиты, быстро отключающей поврежденный элемент СЭС;
- резервированием питания потребителей;
- применением автоматики АВР.
Все перечисленные меры направлены на снижение длительности перерывов электроснабжения и реализуются уже после возникновения аварии (стратегия реагирования). Это поставарийные мероприятия.
Подзадача 2 (снижение числа аварий) является задачей надежности функционирования СЭС и предполагает стратегию предупреждения. Решается реализацией следующих известных основных мер (рис. 2).
Рис. 2. Взаимосвязь способов обеспечения и причин снижения надежности систем
электроснабжения
Важно отметить, что надежность функционирования СЭС обеспечивается всей совокупностью указанных способов. Другими словами, только надежное оборудование и хороший уровень эксплуатации не гарантируют высокого уровня надежности, важны и структура системы, и определенная степень резервирования, и система управления.
Понятие надежности системы является комплексным и относится к СЭС, как особому объекту со свойствами, не сводимыми к простой совокупности свойств отдельных образующих ее элементов, которые находятся в электрической взаимосвязи и оказываются в зоне взаимовлияния и режимного (технологического) взаимодействия.
Распределительная электрическая сеть города представляет собой сложный, протяженный в пространстве и открытый внешним воздействиям (климатическим, техногенным, актам вандализма и т.п.) объект, что обусловливает сравнительно высокий уровень риска. В то же время значительная часть повреждений в электрических сетях демпфируется внутри и не оказывает влияния на подключенные объекты.
Для СЭС городов характерно, что основным «узким местом» при недоотпуске электрической энергии является не дефицит мощности, а недостаточная пропускная способность электрической сети (или отсутствие резервных связей), то есть структурное несовершенство сетей.
Концептуальные установки в области качества электроснабжения с развитием рыночных отношений должны быть переосмыслены и пересмотрены. Введение рыночных механизмов коренным образом изменяет целевую функцию управления режимами в СЭС, превращая эту функцию из минимума затрат отрасли (расход топлива, потери электроэнергии) в критерий наибольшей выгоды участников рынка. Полномасштабное внедрение рынка обусловливает необходимость кардинального обновления существующего инструментария, имеющегося методического обеспечения, традиционных технологий управления и принятия решения.
Именно запросы конечных потребителей должны быть положены в основу требований к качеству электроснабжения. Только запросы и сформируют в конце концов требования к рыночной стратегии, экономическим механизмам, уровню технологий, к стандартам, нормам и правилам, регламентирующим процесс электроснабжения.
Выводы
1. Во исполнение Федерального закона "О техническом регулировании" необходимо конкретизировать понятие и критерии риска в системах электроснабжения.
2. Для потребителей электроэнергии в качестве риска рекомендуется принимать объем аварийно недополученной электроэнергии. Для поставщика электроэнергии - объем аварийно недоотпущенной и (плюс) стоимость аварийно-восстановительных работ.
3. Риском нужно управлять. В качестве цели управления рекомендуется принять максимальное снижение рисков при фиксированных (выделенных) ресурсах, приемлемой рентабельности производства и нормированных ограничениях на длительность перерыва электроснабжения.
Summary
The problem of quality of electricity supply in cities is considered. The concept of risk of electricity supply is offered to use as an indicator of quality of electricity supply. The size of undelivered electric power under emergency condition is recommended to accept as quantitative measure of risk. The conception of management of risk of electricity supply is stated. Key words: Risk, electricity supply system, damage, failure, city.
Поступила в редакцию 26 мая 2009 г.
Мусин Агзам Хамитович - д-р техн. наук, профессор кафедры «Электрификации производства и быта» Алтайского государственного технического университета. Тел.: 8 (3852) 52-28-39. E-mail: agzam45@mail.ru.
