Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
20.11.2015

Энергобаланс ОЭС Северо-Запада в послеаварийном режиме на Автовской ТЭЦ

Минакова Татьяна Евгеньевна
кандидат технических наук, доцент, кафедра электроэнергетики и электромеханики, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Пиунов Юрий Геннадьевич
магистрант, кафедра электроэнергетики и электромеханики, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Аннотация: Выполнен анализ графиков нагрузки и генерации мощности электрическими станция объединенной энергосистемы Северо-Запада в послеаварийном режиме на ТЭЦ № 15. Показано, что авария носила системный характер. К аварии привел комплекс факторов, среди которых неселективная работа средств релейной защиты и автоматики, а также человеческий фактор. Показано, что потенциал энергосистемы позволяет предотвращать отключение потребителей электроэнергии.
Ключевые слова: генерация электроэнергии, энергопотребление, анализ, система, релейная защита, автоматика
Электронная версия
Скачать (528.1 Kb)

1. Введение

В состав объединенной энергетической системы Северо-Запада (ОЭС Северо-Запада) входят группа субъектов РФ: Архангельская, Карельская, Кольская, Ленинградская, Новгородская, Псковская, Калининградская, Мурманская области, республики Карелия, Коми, Ненецкий АО, Санкт-Петербург. Их энергосистемы имеют единую операционную зону регулирования оперативным диспетчерским управлением (ОДУ) Северо-Запада и магистральных электрических сетей (МЭС) Северо-Запада. За прошедший год на 125 электрических станций ОЭС Северо-Запада с суммарной установленной мощностью 23286 мегаватт выработано свыше 2464 млрд. киловатт-часов электроэнергии. При потреблении в регионе в том же году 90,77 млрд. киловатт-часов ОЭС Северо-Запада обеспечивает отпуск электроэнергии в другие регионы, то есть имеет положительное сальдо энергобаланса. Передача и распределение электроэнергии производится 1089 подстанциями напряжением 110-750 кВ с установленной мощностью свыше 86 913 мегавольт-ампер и 1412 линиями электропередач от 110 до 750 кВ при их протяженности 44000 км.

Энергобаланс ОЭС Северо-Запада, следовательно, исключает возможность режимов с недостатком генерации мощности, а, следовательно, отсутствуют технические причины аварийного понижения частоты [3, 6].

2. Цель работы

Целью данного исследования является анализ энергетического баланса ОЭС Северо-Запада при повреждениях основного оборудования генерирующего предприятия ТЭЦ № 15 (Автовской) и определение потребности в страховании последствий подобных аварий [4, 5].

3. Системная авария на Автовской ТЭЦ № 15

5 ноября 2015 года в ОЭС Северо-Запада произошла системная авария (по англо-язычной терминологии – блэкаут). Ее причиной стало короткое замыкание на территории подведомственной ТЭЦ-15. Собственно короткое замыкание произошло из-за нарушения правил проведения ремонтных работ на территории открытого распределительного устройства. В частности, экскаватор поднял ковш на недопустимый уровень и нарушил установленное изоляционное расстояние к токоведущим частям основного электрооборудования ТЭЦ. Это произошло примерно в 14:03 по московскому времени. Релейная защита отключила оборудование 110 кВ. Сработала аварийная автоматика, причем ввиду дефицита мощности произошло отключение оборудования Первомайской ТЭЦ. В итоге в 14:07 развитие аварии привело к отделению южного района энергосистемы Петербурга и изолированной от ЕЭС России работе. Далее произошло отключение генерирующих мощностей на Автовской и Первомайской ТЭЦ, а в результате дефицита мощности произошло снижение частоты в выделившемся районе 48,5 Гц.

Последующие работы по восстановлению работы ТЭЦ заняли около четырех часов. Пять районов Петербурга (Адмиралтейский, Василеостровский, Красносельский, Кировский и Московский) оказались без электроэнергии. В зоне аварии проживает полтора миллиона человек, а 27 тысяч человек де-факто остались без электроэнергии до 18 часов. В это время завершились работы по синхронизации генераторов Автовской и Первомайской ТЭЦ с единой энергетической системой России.

Графики генерации электроэнергии и ее потребления в ОЭС Северо-Запада в день системной аварии приведены на рис. 1. Интерес для исследования представляет также расчетное (плановое) производство и потребление электроэнергии. Для сопоставления такие данные приведены на рис. 1 пунктирными кривыми.

Рис. 1. Генерация и потребление электроэнергии в ОЭС Северо-Запада в день системной аварии

Рис. 1. Генерация и потребление электроэнергии в ОЭС Северо-Запада в день системной аварии

Сопоставительный анализ плановых и фактических значений потребления и генерации электрической энергии отражен данными рис. 2. Он показывает, во-первых, что в интервале времени между 5 и 8 часами произошло существенное снижение генерации. Его отклонение достигало 595 МВт. Очевидно, что такое невыполнение расчетных плановых показателей производства электроэнергии [14 - 16] имело под собой весьма существенные причины. Они требуют отдельного анализа [11, 17], так могли стать фактором, оказавшим влияние на последующие события системного характера [1, 2].

Рис. 2. Отклонение генерации потребления электроэнергии в ОЭС Северо-Запада от плановых величин
Рис. 2. Отклонение генерации потребления электроэнергии в ОЭС Северо-Запада от плановых величин

Факт существенного нарушения расчетного графика производства электроэнергии, во-вторых, позволяет сделать вывод о том, что неселективная работа релейной защиты и автоматики, не позволила локализовать участок, на котором произошло короткое замыкания [13, 21]. В третьих, в результате их неселективного действия была нарушена бесперебойность электроснабжения потребителей [26, 27].

Из данных рис. 1 видно, что после аварии на ТЭЦ 15, падение генерации составило по часам: с 14 до 15 часов – 195, с 15 до 16 часов – 516, с 16 до 17 часов – 392, с 17 до 18 часов – 362, с 18 до 19 часов – 253 МВт. Важно при этом отметить, что в течение всего интервала времени снижения генерации его уровень был достаточен для работы ОЭС Северо-Запада без понижения частоты. Сохранение положительного баланса производства и потребления электроэнергии требует установить дополнительные причины, по которым происходило выделение мощностей ТГК-1 из единой энергосистемы и снижение частоты за пределы, допустимые ГОСТ. При этом дополнительные мероприятия по страхованию не требуются.

Таким образом, можно говорить о комплексе причин, из-за которых авария на ТЭЦ 15 имела системный характер. Первая – банальные нарушения правил производства ремонтных работ. Вторая – неселективная работа релейной защиты и автоматики. Третья – ошибки управления послеаварийным режимом. Заметим, что на следующий день, 6 ноября 2015 года около 9:30 утра на той же ТЭЦ при выводе из схемы в ремонт поврежденного оборудования вновь произошло отделение части Автовской ТЭЦ Василеостровской ТЭЦ, Первомайской ТЭЦ от единой энергетической системы России и потеря генерации 122 МВт мощности с отключением потребителей электроэнергии.

Важно также, что в течение двух суток не была обеспечена открытость информации о причинах аварии. Следовательно, принципиальное значение приобретает автоматизация предоставления данных [7 - 10] об аварийных ситуациях в энергосистемах потребителям электроэнергии.

4. Заключение

Имея высокий потенциал генерации электроэнергии, ОЭС Северо-Запада допустила 5 ноября 2015 года массовое отключение потребителей электроэнергии в течение четырех часов. Следовательно, аварию следует считать системной. К системности аварии привел комплекс причин, начиная от человеческого фактора (нарушения правил производства ремонтных работ), и неселективной работы средств релейной защиты и автоматики, и заканчивая ошибками управления схемой в послеаварийном режиме. Установленные мощности ОЭС Северо-Запада позволяют обеспечить генерируемую мощность, превосходящую требуемую при авариях на основном оборудовании электростанции напряжением 110 кВ. Однако были отключены генерирующие мощности и не обеспечена передача электроэнергии из других зон, находящихся под управлением ОЭС Северо-Запада. Следовательно, требуется применение новых инновационных решений как технического [12, 18, 22 - 25], так и организационного характера [19, 20, 28, 29].

Список литературы:

1. Божков М.И. Энергосбережение - это оптимизация производства и потребления энергии // Электрика. – 2010. – № 1. – С. 3-8.

2. Божков М.И., Костин В.Н. Установки электрического освещения. Учебное пособие. – СПб.: М-во образования и науки Российской Федерации, Федеральное гос. бюджетное образовательное учреждение высш. проф. образования Нац. минерально-сырьевой ун-т «Горный». – 2012. – 90 с.

3. Божков М.И., Пущин С.Л. Эвристический анализ данных АИИС КУЭ для краткосрочного прогнозирования электропотребления на примере аппаратостроительного завода // Промышленная энергетика. – 2014. – № 3. – С. 8-11.

4. Галстян А.Ш., Шиянова А.А., Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Верификация экономико-математической модели инновационного развития связи и инфотелекоммуникаций России // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. – 2015. – № 3 (48). – С. 78-84.

5. Галстян А.Ш., Шиянова А.А., Минаков В.Ф. Моделирование стратегического развития рынка страхования в России: проблемы и пути их решения // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. – 2014. – № 2 (41). – С. 256-260.

6. Костин В.Н. Электроэнергетические системы и сети: учебное пособие. – СПб: – Троицкий мост. – 2015. – 304 с.

7. Лобанов О.С., Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Методология ранжирования ресурсов в облачной инфраструктуре региона // Материалы 3-й научно-практической internet-конференции Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики. – Ульяновск. – 2014. – С. 50-56.

8. Маслов В.И., Минаков В.Ф. Эластичность качества по цене и затратам // Стандарты и качество. – 2012. – № 9 (903). – С. 88–90.

9. Минаков В.Ф., Лобанов О.С. Концепция облачного информационного пространства исполнительных органов государственной власти региона // Экономика, статистика и информатика. Вестник УМО. – 2014. – № 3. – С. 181–185.

10.Минаков В.Ф. Логистика мобильной торговли // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. – 2014. – № 9 (28). – С. 77-78.

11.Минаков В.Ф. Метод анализа многомерных иерархий // Nauka-rastudent.ru. – 2015. – № 7 (19). – С. 31.

12.Минаков В.Ф. О схемах замещения асинхронных и синхронных машин // Электричество. – 1995. – № 4. – С. 27-29.

13.Минаков В.Ф. Обобщение моделей и характеристик работы трехфазных электродвигателей в сетях 0,4 и 6 кВ и совершенствование средств их релейной защиты: Автореф. дисс. ... докт. техн. наук. – Новочеркасск. – 1999. – 33 с.

14.Минаков В.Ф. Производственная волновая функция // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. – 2014. – № 10-1 (29). – С. 22-25.

15.Минаков В.Ф. Производственная функция в логистических потоках // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. – 2014. – № 11-3 (30). – С. 55-58.

16.Минаков В.Ф. Экономическая волнометрика воспроизводства // Nauka-rastudent.ru. – 2015. – № 2 (14). – С. 5.

17.Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Исследование динамики производства электроэнергии региона // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. – 2005. – № 4. – С. 74-77.

18.Минаков В.Ф., Минакова Т.Е. Способ быстродействующей защиты электродвигателей от несостоявшихся пусков // Альманах современной науки и образования. – 2013. – № 9 (76). – С. 113-115.

19.Минаков В.Ф., Остроумов А.А., Радченко М.В. Системный анализ логистических потоков // Экономика, статистика и информатика. Вестник УМО. – 2015. № 2. – С. 199-201.

20.Минаков В.Ф., Лобанов О.С., Минакова Т.Е. Аналоговые и дискретные метрики и модели оценки инноваций // Материалы 3-й научно-практической internet-конференции Междисциплинарные исследования в области математического моделирования и информатики. – Ульяновск. – 2014. – С. 280-287.

21.Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Открытая архитектура релейной защиты и автоматики // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. – 2013. – № 12-1 (19). – С. 110-111.

22.Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Параллельная работа кабельной и воздушной линий электропередачи // Международный научно-исследовательский журнал = Research Journal of International Studies. – 2013. – № 11-1 (18). – С. 113-114.

23.Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Блочная структура релейной защиты и автоматики // Альманах современной науки и образования. – 2013. – № 10 (77). – С. 114-116

24.Минакова Т.Е., Минаков В.Ф. Синергия энергосбережения при высокой добавленной стоимости продукции // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4. – С. 26.

25.Пат. 2117380 Российская Федерация, МПК6 H 02 P 5/04. Устройство для защиты электро- и технологического оборудования / Минаков В.Ф., Платонов В.В., Минаков Е.Ф., Минакова Т.Е., Шарипов И.К., Андреев В.Г., Сыщиков В.П.; патентообладатель Ставроп. с./х. ин-т. – № 93027024/09; заявл. 25.05.93; опубл. 10.08.98.

26.Хорольский В.Я. Медведев А.А., Жданов В.Г.. Задачник по эксплуатации электрооборудования. – Ставрополь: СГСХА. – 1997. – 168 с.

27.Хорольский В.Я., Таранов М.А. Надежность электроснабжения. – Ростов-на-Дону: «Терра Принт». – 2007. – 120 с.

28.Щербаков В.В. Глобализация экономики, региональная интеграция, влияние этих процессов на положение трудящихся государств-участников СНГ // Общество и экономика. – 2002. – № 2. – С. 7.

29.Щербаков В.В. Оптовая торговля материально-техническими ресурсами в условиях производственного кооперирования: автореф. дисс. доктора экономических наук/Санкт-Петербург. – 1992. – 32 с.