В украинских СМИ в последнее время постоянно мелькает информация о том, что отключения электроэнергии на Украине происходят превентивно. То есть, когда российские ракеты ещё только начинают свой разбег к назначенным целям (спасибо купленному Притулой спутнику, хотя менее доверчивые люди грешат на американскую разведку, вооруженную несколько большим количеством спутников), а украинское ПВО взводит свои банки с огурцами, старые дробовики или более адекватные средства поражения летающих растений, украинские энергетики, не очень уверенные в бабках, дедках или штатном персонале ПВО, отключают часть электрооборудования. Во избежание так сказать. Наше же СМИ традиционно уличают украинцев во лжи. И кто же всё-таки прав?
Эту задачу следует разделить на две, хотя и непосредственно связанных между собой:
1) превентивное отключение на электрических подстанциях классов напряжения 220 кВ и выше;
2) превентивное отключение генерации.
В этой статье речь пойдёт только об электрических подстанциях.
Небольшое отступление. Украинские энергетики в данное время знают не только состояние собственной энергосистемы (наличие и износ оборудования, ресурс отключений, текущие нагрузки) и фактические данные по воздействию на это самое оборудование поражающих факторов (радиусы разлёта и пробивные способности осколков, а том числе и по вновь установленным средствам защиты, поведение устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики), но и имеют данные по географии и времени ударов, т.е. они могут с той или иной вероятностью предугадывать дальнейшее развитие событий и прогнозировать поведение энергосистемы. И предпринимать те или иные меры. Данная статья описывает один из вариантов превентивных мер, который ни в коем случае не предполагает массовости явления…
Для начала разберёмся с тем, какие задачи в энергосистеме выполняет электрическая подстанция:
1) то, что отличает подстанцию от распределительного пункта – это преобразование электроэнергии, в большинстве случаев – трансформация с одного напряжения в другое или несколько других;
2) распределение электроэнергии по сети одного напряжения, в том числе транзит.
Для минимизации последствий удара по подстанции желательно сохранить часть её функций. При этом стоит учитывать, что приоритетные функции у подстанций разные, расставим их по рангу в зависимости от важности именно транзита по высокому напряжению:
1) узловые (например, ПС 330 кВ Новокиевская – пять ВЛ 330 кВ). Для них функции транзита приоритетны в силу большого количества присоединений, т.е. возможности перераспределения электроэнергии;
2) транзитные (хороший пример – ПС 750 кВ Североукраинская, которая сейчас работает как распредпункт 330 кВ, обеспечивая транзит Кременчуг – Сумы). Как следует из названия, транзит является либо единственной, либо доминирующей задачей, но при этом количество присоединений невелико – два-три;
3) смешанные, подстанции, в которых транзитные и нагрузочные функции примерно равноценны. Пример – ПС 330 кВ Тернополь, Ивано-Франковск;
4) тупиковые (их развелось навалом – ПС 330 кВ Славутич, Шостка, Лосево, да и ранее были – ПС 330 кВ Яворов, Дрогобыч). Для этих подстанций функции транзита отсутствуют.
Приоритеты могут меняться в зависимости от ситуации в энергосистеме. Например, для узловой ПС 330 кВ Ровно (четыре ВЛ), в случае отключения западноукраинских АЭС, приоритетом становится транзит электроэнергии на станции, благо при ядерной аварии на любой из них (от неё 45 км до Хмельницкой АЭС и 80 – до Ровненской), остальные функции ПС становятся малозначимыми…
Теперь переходим к главному вопросу – как это может работать в реале.
В институте у нас был курс теории вероятности, но все эти дисперсии, матожидания, параметры потока отказов казались такими сугубо теоретическими вещами, что популярностью этот предмет не пользовался. Но один постулат запомнился неплохо: надёжность работы системы, как правило, обратно пропорциональна количеству работающих в ней элементов. Грубо говоря, чем меньше элементов в энергосистеме, тем она надёжнее. Соответственно, основная задача превентивного отключения оборудования ПС – это повышение надёжности работы ПС (пусть даже с временной потерей части функционала) за счёт уменьшения количества поражаемых элементов. Рассмотрим это на примере ПС 750 кВ Киевская:
Приоритетом подстанции, естественно, является электроснабжение Киева – это задачу решают одна ВЛ 750 кВ (на ОРУ ЧАЭС) и три ВЛ 330 кВ (ещё одна – это возможный возврат перетока с того же ОРУ ЧАЭС). То есть главная цель на подстанции – автотрансформаторные группы 750/330 кВ.
Надо отметить, что подстанции 750 кВ сами по себе неплохо защищены от ударов – своими огромными размерами (конкретно на Киевской ОРУ 750 кВ – примерно 620х380 м). Несколько переиначив классика, можно сказать, что редкая ракета в состоянии накрыть половину такой подстанции. А теперь мы ещё и отключаем одну автотрансформаторную группу (можно подбросить монетку, но диспетчера, подозреваю, действуют более осмысленно) и примыкающую к ней часть распредустройства. И ждём…
Очевидно, что если мы угадали, то последствия для работы энергосистемы минимальны: уничтожен один автотрансформатор, повреждены его ошиновка и (не факт) ближняя ошиновка ОРУ и два выключателя (всё отключено). С хорошей вероятностью подстанция не отключится. Далее – тушение, осмотр оборудования ОРУ, замена автотрансформатора, монтаж, включение по нормальной схеме. Всё это время подстанция функционирует, хотя и в ограниченном виде.
Если мы не угадали – пропадает трансформация 750/330 кВ (но может уцелеть обход через ОРУ ЧАЭС), выбивает некоторое количество выключателей (в теории – два, но, похоже, на практике больше). Далее – тушение пожара, осмотр выключенных автотрансформаторов, оборудования ОРУ, включение излишне выбитых выключателей, включение резервных автотрансформаторов (т.е. восстановление работы подстанции в ограниченном виде), замена автотрансформатора, монтаж, включение по нормальной схеме.
Ситуация отключается от удара по полностью включенной подстанции следующим:
1) отключенное оборудование, попавшее под удар, не передаёт воздействие токов короткого замыкания на работающее оборудование (по причине их отсутствия), т.е. не вызывает возможного срабатывания релейной защиты, и полного или частичного отключения распредустройства;
2) отключенное оборудование, попавшее под удар, не подвергается воздействию электрической дуги от короткого замыкания. Причём удар может прийтись не по самому оборудованию, а по ошиновке над ним;
3) само отключение контролируемо. Перефразируя нашего президента – если атака неизбежна, то лучше выключить первым.
Стоит отметить, что отключаются как раз та часть ОРУ, которая находится ближе к возможным целям удара – автотрансформаторам.
Правда, в случае именно ПС 750 кВ стоит понимать, что они уже пребывают в весьма потрёпанном виде (думаю, что, например, ПС Западноукраинская вообще в ауте и работает максимум по транзиту 330 кВ, Киевская, Винница-750 и Днепровская имеют подтверждённые результативные удары).
Теперь смотрим то же на подстанции 330 кВ. В качестве примера – ПС Северная:
Тут размеры уже не так рулят (ОРУ «всего» 200х230 м). С другой стороны – фактический радиус поражения осколками не очень-то известен, украинцы обладают куда более точными, натурными данными. Плюс – никто не мешает городить всякие стенки и сетки. В крайнем случае, сгоревший от предыдущей атаки автотрансформатор – практически непробиваемая защита.
Обращаю внимание: ПС 330 кВ Северная – трёхтрансформаторная, что совсем не редкость для украинской энергосистемы. Это позволяет варьировать отключения и вызывать то самое ограничение нагрузки потребителей: если для двухтрансформаторных подстанций трансформаторы рассчитываются на практически полную мощность (с кратковременной перегрузкой), то на многотрансформаторных подстанциях – уже нет, трансформатор не рассчитан на то, что он будет пахать за себя и тех парней.
Предпочтительной целью в данном случае будет, естественно, центральный автотрансформатор – банально большая площадь поражения осколками. Но мало ли, смотрим все варианты:
Очевидно, что с поражением осколками ситуация не фонтан (не следует забывать, что у нас для поражения энергообъектов используются не только «Калибры» с БЧ 200-450 кг, но и мопеды с куда меньшей БЧ – 40-50 кг с кратно меньшим радиусом поражения). Однако с воздействием токов короткого замыкания ситуация всё равно более благоприятная – ведь отключается ближайшая ошиновка ОРУ и весь ближний к автотрансформаторам (верхний) ряд выключателей.
А в случае, если поставить задачу просто сохранить транзит по высокой стороне, то ситуация вообще отличная – в работе остаётся только наиболее удалённая часть ошиновки ОРУ и всего два выключателя. Если в таком случае транзит всё-таки вырубит, останется только костерить теорию вероятностей.
Итак, какие можно сделать выводы?
1) Превентивное отключение в ряде случаев может оказаться эффективным, в целях предотвращения более серьёзной аварии;
2) Данная мера не может носить массовый характер, потому что сама по себе достаточно вредна для энергосистемы (срабатывает ресурс выключателей, возможно, ограничивает нагрузку);
3) Наиболее эффективно отключение работает при полных схемах – когда выводится из-под воздействия большое количество элементов;
4) С другой стороны, на аварийных схемах (когда схема подстанции максимально вырождена), оно очень сильно может помочь в минимизации последствий. Но для этого нужно быть очень уверенным в ударе. Ну и сам автотрансформатор отключение, естественно, не спасёт.
В общем, чисто для подстанций, предполагаю, что это крайне редко применимая штука. С электростанциями и, со связанными непосредственно с ними, отключениями подстанций, ситуация несколько иная…
