Сейчас постоянно приходят новости об обстреле тех или иных энергообъектов, чаще всего, конечно, достаётся Запорожской АЭС, но и другим последнее время тоже перепадает. Давайте разберёмся в значимости отдельных элементов энергосистемы, хотя бы в общих чертах.
Начнём с уточнения двух моментов. Первый момент: в СМИ постоянно мелькают термины «электрическая подстанция» и «трансформаторная подстанция», при этом создаётся впечатление, что использующие их журналисты сами не понимают, в чём между ними разница. Следует отметить: абсолютное большинство подстанций (если конечно речь об электричестве) и электрические, и трансформаторные (то есть на них имеется силовой трансформатор (автотрансформатор)). Это подтверждается и нормативной документацией – в электрической Библии, Правилах устройства электроустановок (ПУЭ), все эти подстанции отнесены к трансформаторным. Но тем не менее, подобное деление всё-таки существует – в профессиональной среде подстанции подразделяются по нижнему рабочему напряжению: подстанции, которые выдают электроэнергию на бытовом напряжении 380/220 вольт – трансформаторные (ТП), на более высоком напряжении (как правило, 6-10 тысяч вольт) – электрические (ПС, скорей всего от устаревшего сокращения – подстанция силовая). Грубо говоря, во дворе у вас стоит ТП, а за городом – ПС.
Второй момент: с электрическими подстанциями часто путают открытые распределительные устройства (ОРУ) крупных электростанций (ЭС), благо выглядят они весьма схоже. Путаницы добавляет, что ОРУ – это и практически обязательный элемент крупных подстанций. Разница и на самом деле невелика, по большому счёту она обуславливается их автономностью: если ПС – это самостоятельная единица, полностью обеспечивающая себя электроэнергией (а на крупных подстанциях собственное потребление доходит до мегаватт), то ОРУ ЭС – это всё-таки часть более сложной конструкции, поэтому многие системы (питания, водоснабжения, связи) могут на них отсутствовать. Но достаточно удалённые распредустройства функционально практически неотличимы от подстанций. Пример – Ровенская АЭС.
Как видим, если ОРУ 330/110 кВ имеет вполне себе станционный вид, т.е. находится на территории самой электростанции, и многие здания и сооружения очевидно предназначены и для ЭС, и для распредустройства, то ОРУ 750 кВ отстоит от электростанции на значительном расстоянии (более километра от четвёртого энергоблока), за периметром станции, и имеет вполне независимый вид. Но тем не менее – это именно распредустройство, часть электростанции. Почему – станет понятно ниже.
Теперь перейдём к важности отдельных элементов энергосистемы. Энергосистему часто представляют схематически, примерно вот так:
Система состоит из узлов генерации (собственно электростанций), узлов распределения и потребления нагрузки (подстанций) и связей между ними (воздушных линий, ВЛ).
Сразу же становится понятным, что ВЛ, в общем случае, для системы не критичны. Естественно, для отдельных частей системы отдельные линии весьма важны, плюс не надо забывать, что они имеют нехорошую привычку пересекаться между собой (например, вот так – пересечение двух ВЛ 750 кВ), что повышает значимость аварии на них для энергосистемы. Но тем не менее основной причиной внимания к ВЛ со стороны всяких нехороших людей – это их доступность.
Как ни странно, к наиболее критически важным элементам энергосистемы не относятся и электростанции, точнее их собственно генерирующая часть. Естественно, речь идёт о не массовом выпадении генерации, а о единичных случаях. Дело в том, что в большой энергосистеме (а украинская – большая сама по себе, плюс не забываем, она подключена к европейской) имеется резерв мощности. Плюс недостаток генерации можно компенсировать отключением части нагрузки (что сейчас интенсивно озвучивают западноевропейские страны), постоянным или веерным. Нагрузка, очевидно, не обрадуется, но в большой игре кто её будет спрашивать.
А вот крупные узлы энергосистемы, с большим количеством подходящих линий – это её самое уязвимое место. Ведь основной смысл энергосистемы – это распределение электроэнергии, причём не просто распределение, а с возможностью регулирования. При выключении крупного узла страдает и распределение вообще и возможность регулирования в частности.
Что же у нас может быть отнесено к таким узлам. Это в первую очередь, ОРУ крупных ЭС – они совмещают в себе собственно крупный узел и контроль выходящей с электростанции электроэнергии. Во вторую очередь – это крупные подстанции, к которым можно отнести все фактически работающие ПС 750 кВ (их на данный момент пять) и ряд ПС 330 кВ. Но тут возникает следующий вопрос, а насколько они устойчивы, так сказать, к внешнему воздействию? Для этого нужно понять, как устроены и как работают подстанции, хотя бы в общих чертах. Заодно станет понятна разница между подстанциями и распредустройствами.
Итак, ПС 750/330/10 кВ Киевская. Одна из самых новых, если вообще не самая новая.
Предназначена для распределения электроэнергии на напряжениях 750 и 330 кВ в районе западнее Киева, но можно сформулировать и попроще: в первую очередь задача подстанции – это электроснабжение Киева от западноукраинских АЭС: Ровенской и Хмельницкой. Соответственно, за получение электроэнергии от станций отвечает ОРУ 750 кВ. Это самая большая часть подстанции. Главный элемент распредустройства – это выключатели, собственно, распределение энергии между различными линиями и трансформаторами обеспечивается включением/выключением различных сочетаний выключателей. Бытовой аналог высоковольтного выключателя – это автомат в квартирном щитке (вот только для того, чтобы повернуть его контакты под напряжением, не хватит ни пальца, ни рук - нужен электродвигатель). Если продолжить аналогию, то ещё одна из функций выключателя, ровно такая же, как и у автомата – автоматически отключить предположительно аварийный элемент. Вот только определяет необходимость этого отключения не сам выключатель, а целый набор измерительных устройств, которые получают информацию о состоянии сети 750 кВ через установленные там же на ОРУ трансформаторы тока и напряжения. Ещё одним громоздким элементом распредустройства 750 кВ являются группы реакторов. Они совсем не ядерные и предназначены для потребления реактивной мощности. Это вторая составляющая полной мощности (первая – это хорошо всем знакомая активная или полезная мощность, фиксируемая квартирным счётчиком), которая для нормальной работы необходима в определённых количествах. Чтобы эти количества не превысить (а ВЛ 750 кВ генерируют эту мощность в изрядных количествах) – используются реакторы. Ну и для того, чтобы все эти элементы можно было выводить в ремонт без отключения всего ОРУ, используются разъединители, которые тоже имеют свой бытовой аналог – обычный выключатель. Это самый многочисленный элемент ОРУ.
На сам Киев уходят ВЛ 330 кВ, поэтому нужно 750 кВ трансформировать в 330 кВ. За это отвечают группы силовых автотрансформаторов 750/330/10 кВ.
На фото – два однофазных автотрансформатора на установочных путях: справа – с вкрученными проходными изоляторами, слева – без них. Хорошо видны противопожарные перегородки и аварийные маслоприёмники на будущем месте работы автотрансформаторов.
Интересный момент. На фото хорошо видны установочные пути – фактически банальные рельсы, по ним можно достаточно оперативно заменить выбывший автотрансформатор. Всего на подстанции должно быть семь силовых однофазных автотрансформаторов: шесть рабочих (две группы по три) и один в резерве.
С силовых автотрансформаторов электроэнергия попадает на ОРУ 330 кВ. Там, в принципе, всё тоже самое, что и на ОРУ 750 кВ, только поменьше, нет реакторов и жёсткая ошиновка (на ОРУ 750 кВ – она гибкая, очень похожая на воздушную линию).
Я думаю, что из фото стал понятен масштаб подстанции. И масштаб её собственного потребления: ведь это всё надо освещать, приводы всяких разных выключателей, вентиляторов и насосов автотрансформаторов снабжать электроэнергией, обогревать в морозы, тушить при возгорании (автотрансформатор – это вместилище нескольких тонн горючего трансформаторного масла), подавать воду к средствам тушения и так далее. Откуда взять эту электроэнергию? Да с тех же самых силовых автотрансформаторов, недаром же там сзади приписано 10 кВ. Полученная таким образом электроэнергия идёт к самым обычным силовым трансформаторам 10/0,4 кВ собственных нужд (они располагаются где как, но конкретно на Киевской – в здании закрытого распредустройства (ЗРУ) 10 кВ, на фото оно слева внизу), от которых уже обычным напряжением 380/220 В растекаются по всей подстанции: ко всем этим камерам задвижек, резервуарам пожаротушения, вспомогательным зданиям, и так далее, вплоть до банальных проходных.
И теперь перейдём к самому главному – как всё это хозяйство управляется. Прямо в центре подстанции располагается красивое П-образное здание. Это общеподстанционный пункт управления (ОПУ), это, без преувеличения, мозг подстанции. Туда стекается вся информация с РУ (от всех многочисленных трансформаторов тока и напряжения), с автотрансформаторов (там тоже имеются встроенные измерительные трансформаторы), с волоконно-оптических линий связи и/или с высокочастотных каналов связи по проводам ВЛ. И на основании этих данных, с ОПУ уходят сигналы управления на выключатели и автотрансформаторы. Кроме того, именно там находится дежурный персонал подстанции, следящий за работой автоматики и в случае необходимости, поправляющий её вручную.
Ну и теперь об устойчивости работы подстанций. Тут в СМИ мнения разнятся от «там всё настолько зарезервировано и надёжно, что восстанавливается за часы» до «сгорит и за месяцы не восстановишь». И оба эти мнения обоснованы, вопрос лишь в том, что конкретно выйдет из строя.
В энергосистеме и безо всяких боевых действий случают аварии, на которые она должна в режиме реального времени реагировать, отключая аварийный элемент и включая, при необходимости, резервные. Помимо этого, в энергосистеме, как и в любой очень большой и сложной системе постоянно идут какие-либо ремонты, как послеаварийные, так и эксплуатационные. Поэтому, при строительстве тех или иных энергообъектов проводятся расчёты на работоспособность системы при сочетании двух событий – аварии на одном элементе при ремонте другого элемента. Этот принцип верен и для подстанционного силового оборудования, поэтому повреждения автотрансформаторов, выключателей и прочих элементов ОРУ могут отрабатываться автоматикой подстанции без её отключения. Естественно, если эта самая автоматика в нормальном состоянии. Система собственных нужд подстанции также резервируется очень хорошо – помимо трансформаторов собственных нужд имеется внешнее резервирование (в случае ПС Киевская – ВЛ 35 кВ), дизель-генераторы, аккумуляторные (они обеспечивают электроэнергией как вспомогательное оборудование, работающее на постоянном токе, так и собственные нужды на период переключения на дизеля). А вот с системами управления дело обстоит несколько хуже. Нет, они тоже резервируются, но в пределах одного здания, потому что иначе бы система управления стала бы слишком сложной и плохоуправляемой. К тому же, в обычных условиях максимум что грозит ОПУ – это банальный бытовой пожар, с которым борются, можно сказать, офисными мерами – установкой систем пожаротушения и применением негорючих материалов. Естественно, в случае внешнего воздействия, этого, скорей всего, окажется недостаточным.
Ну и наконец, про различие распредустройства и подстанции. Тут всё просто – меньшая степень автономности распредустройства приводит к тому, что и различных вспомогательных построек становится куда меньше: на ОРУ 750 кВ Ровенской АЭС таковых десять, на ОРУ 750 кВ Южноукраинской АЭС обошлись вообще пятью. А на ПС 750 кВ Киевская таковых – 32 штуки. Распредустройству не нужны всякие артезианские скважины, дизельные и административные здания – они имеются на самой электростанции. А вот общеподстанционный пункт управления имеется и на вынесенном ОРУ…
