В одной из предыдущих статей цикла писал я про свою деятельность на ниве конструирования и производства различного электрооборудования (кстати, я ее немного переписал) для электроустановок потребителей. Но это про низкий и средний вольт. В какой-то момент стало понятным, что надо двигаться дальше. Даешь комплексные решения с проектированием, поставкой, монтажом, пусконаладкой!
И тут неожиданно оказалось, что у промышленного потребителя дело средним вольтом не заканчивается. Есть еще высокий вольт. Им тоже пришлось заниматься, конечно, в большей степени проектированием. Но чаша реализации меня не миновала.
Сначала некий ликбез. Можно было бы обойтись без него, но я как-то читал лекцию про высокий вольт работникам энергетической отрасли в институте повышения квалификации и на вопрос — зачем все это нужно, они со свойственной интеллигентным людям скромностью решили не отвечать. Вылетело из памяти, бывает, но надо напомнить.
Зачем нужно переменное напряжение и высокий вольт
Электричество на заре использования его людьми в хозяйственной деятельности имело постоянное напряжение. Получить такое проще, но для массовой электрификации всей страны оно не подходит. Почему? Большие токи, как известно, требуют большего сечения проводников, что сразу увеличивает стоимость системы электроснабжения. Как вариант, при увеличении напряжения сечение можно уменьшить, но… не думаю, что вы бы хотели иметь в розетке, например, 6кВ. Экономика и безопасность — наше все. В общем технико-экономическую задачу удалось решить путем переговоров перехода на переменный ток и повсеместного применения трансформации. Что характерно, мы продолжаем использовать постоянный во всяческих технических комплексах и девайсах. Его ведь можно запасать в аккумуляторах и батареях. Да и вообще применяем электричество с теми параметрами, которые нужны в конкретном случае. Надеюсь, вы знаете, что в бортовой сети самолета, например, частота переменного тока 400 Гц?
И да, переменный ток (напряжение) по началу не встретил поддержки в либеральной общественности. Не могу не привести цитату Александра Григорьевича Столетова из 1889 года: «Вспоминается та травля, которой подвергались трансформаторы в нашем отечестве... И в ученых (!) докладах, и в газетных статьях система обличалась как нечто еретическое, ненациональное и безусловно гибельное, доказывалось (!), что трансформаторы запрещены во всех порядочных странах Запада и терпятся разве в какой-нибудь Италии, падкой на дешевизну». Однако создание высоковольтных линий передач переменного тока позволило располагать электростанции на значительных расстояниях от приемников (сотни километров) вместо двух-трех на постоянном токе. Стало возможным вынести станции за черту города, привязать к источникам энергии. Тут еще подоспели простые и надежные трехфазные асинхронные двигатели в качестве потребителей — противники вынуждены были с позором отступить под давлением явных преимуществ.
Итак. Хотя производство электроэнергии технически возможно как генераторами переменного тока, так и постоянного тока, рабочее напряжение которых ограничено по конструктивным соображениям примерно до 30 кВ, то для обеспечения экономичности передачи электроэнергии на дальние расстояния необходимо напряжение, значительно превышающее номинальное напряжение генераторов. Непосредственная трансформация постоянного тока невозможна. Поэтому повышение напряжения при токах в несколько тысяч ампер возможно только с помощью явления электромагнитной индукции и трансформаторов, что создает возможность для последующей эффективной передачи электроэнергии переменным током. Потребление электроэнергии осуществляется на относительно низком напряжении — сотни, тысячи вольт. Поэтому на приемном конце электропередачи необходимо снова использовать трансформаторные устройства. Отсюда вытекает вся физическая структура электроэнергетической системы.
Кто есть кто в энергетической системе России
Теперь мы погружаемся в глубины глубин — единую энергетическую систему (ЕЭС) России. Она когда-то была почти совсем единой в форме РАО ЕЭС, но теперь отдельные ее функции отданы разным организациям. Все ради рынка, все ради денег экономической эффективности и бескомпромиссной борьбы с монополизмом (мы же его победили, да?). Впрочем, общее название для обозначения системы осталось.
У нас есть генерирующие компании, которые владеют электростанциями разных типов. Атомными электростанциями управляет Росэнергоатом, почти всеми гидроэлектростанциями владеет РусГидро. Среди тепловых электростанций есть оптовые генерирующие компании (ОГК), управляющие крупными тепловыми станциями — ГРЭС. Ну и территориальные генерирующие компании (ТГК), что владеют региональными ТЭС и ТЭЦ. Отдельным классом идут АО-энерго (Татэнерго, Башкирэнерго, Новосибирскэнерго, Иркутскэнерго): их успели приватизировать заранее, до всех этих реформ. Формально они что-то там дочерне учредили, разделив генерацию, доставку и сбыт, но… от того, что вы червя назовете кошкой, он млекопитающим не станет.
Доставка или транспортирование электроэнергии отдано на откуп целому ряду компаний. Все слышали, вероятно, про Федеральную сетевую компанию (ФСК), которая теперь входит в ПАО «Россети» — ей принадлежат магистральные сети в форме линий электропередач (ЛЭП) высокого напряжения (преимущественно 220 — 750 кВ). Это системообразующие линии электропередачи и в соответствии с их главной функцией, они передают электроэнергию от подсистем с ее избытком к подсистемам с дефицитом энергии, от источников к центрам распределения, питания распределительных сетей. ФСК, таким образом, имеет стратегическое значение и контролируется государством. Далее электросетевые компании представлены крупными межрегиональными распределительными сетевыми компаниями (МРСК), теперь они называются Россети. Они объединённые теперь также в группу компаний «Россети» под управлением ПАО «Россети» (Россети Центр, Россети Центр и Приволжье, Россети Ленэнерго и т. д.). Их задачей является передача электроэнергии от генерирующих компаний к сбытовым организациям. А еще они выполняют технологическое присоединение потребителей к своим сетям. То есть ТУ на присоединение предприятие чаще всего получает у них. Нет, есть еще малые территориальные сетевые организации (ТСО). Эти организации обслуживают, как правило, электросети небольших муниципальных образований, могут принадлежать как муниципальным властям, так и частным региональным инвесторам. Ну и, конечно, в их качестве могут выступать предприятия и корпорации. Так однажды я реализовывал ТУ на электроснабжение, выданное ПАО РЖД. Еще есть интересная ситуация, когда бывшее в прошлом единым предприятием производство раздербанили и сети, как правило, вместе с ТЭС стали принадлежать какой-то непонятной в степени мутности конторе. Вообще раньше бывало, что МРСК выполняли и сбытовые функции в качестве гарантированного поставщика (поставщика электроэнергии, который теоретически не может вам отказать в предоставлении электрической энергии). Но теперь эта функция, насколько мне известно, отдана полностью на откуп сбытовых компаний. Хотя… вот читаю на сайте ПАО «Россети Волга»: «договор с энергосбытовой организацией можно заключить в процессе ТП через ПАО «Россети Волга»» и возникают некоторые сомнения.
Ну да для потребления электрической энергии на законных основаниях Потребителю необходимо заключить с энергосбытовой компанией (энергосбытовые организации) договор энергоснабжения, либо купли-продажи (поставки) электрической энергии мощности). Кроме гарантирующих поставщиков, как указано выше, существуют и независимые энергосбытовые компании. Это, в первую очередь, компании, осуществляющие поставку электрической энергии и мощности крупным потребителям непосредственно с оптового рынка электрической энергии и мощности (ОРЭМ). Логично, что большинство крупных предприятий очень хочет уйти от сторонних энергосбытовых компаний и покупать электроэнергию на рынке самостоятельно. И тогда им обязательно потребуется автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии АИИС КУЭ (АСКУЭ) и еще много-много дорогостоящих мероприятий. Я делал в свое время то же самое, но АСТУЭ для технического учета. Помню, что чтобы превратить АСТУЭ в АСКУЭ нужно было пройти то ли аккредитацию, то ли еще чего в АО «АТС» и когда я читал требования для этого, то не мог понять, как это сделать, если чтобы сдавать такие системы компания должна иметь опыт успешной сдачи нескольких таких систем. Ну да это дела прошлого.
Некоммерческое партнёрство «Совет рынка» (НП Совет рынка), и его дочерние компании: АО «АТС», он же коммерческий оператор и ПАО «ЦФР», центр финансовых расчётов — это еще один тип компаний в ЕЭС. Скажу кратко: их задачи в развитии и обеспечении функционирования коммерческой инфраструктуры рынка (оптового рынка электрической энергии и мощности (ОРЭМ) и розничных рынков).
Отдельно стоит выделить Системного оператора Единой энергетической системы (ПАО «СО ЕЭС»), а также его территориальные подразделения (объединенные диспетчерские управления (ОДУ) и региональные диспетчерские управления (РДУ)). Он управляет электроэнергетическими режимами в энергосистеме. Его команды обязательны к исполнению для субъектов оперативно-диспетчерского управления (в первую очередь, для генерирующих и электросетевых компаний). Обычный Потребитель с ними, вероятно, не столкнётся, но, если только не потребляет (или не дай бог генерирует) значительную мощность. Когда его влияние не сеть будет существенно, то ему также потребуется организовать каналы связи и управления к ближайшему РДУ.
Есть еще организации типа Минэнерго, Минэкономразвития и любимый нами всеми Ростехнадзор, которые занимаются регулированием и контролем деятельности всех участников ЕЭС на глобальном.
Ну и Потребители — без них это все вообще не имело бы смысла.
Потребители электрической энергии
Все мы Потребители электрической энергии: кто-то потребляет ее совсем мало, кто-то очень много. Соответственно, объем задач, решаемых, в связи с этим, будет различным. Но Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП) распространяются на всех, если что.
Из всего многообразия компаний ЕЭС с конечными потребителями, то есть с предприятиями (организациями), работать, безусловно, комфортнее. Им все-таки важнее получить результат здесь и сейчас. Чего не скажешь про монструозные вышестоящие электроэнергетические компании. Вот подписываешь с ними контракт на проектирование проектной документации на ПС, разрабатываешь, а ее не принимают. Короче, проектная документация им нужна строго в объеме рабочей документации и договор составлен очень хитрым образом — сдавать результаты работ можно бесконечно. И сразу для тех, кто любит качать права: это с монополиями очень плохо работает. У них стандарты, регламенты и вообще: не хочешь, не подписывай. Приходилось мне наблюдать, как они прямые указания просьбы губернатора игнорировали.
Система электроснабжения Потребителя, если он большой и крупный, та же самая ЕЭС, только в миниатюре. И начинаться она может с границы балансовой принадлежности главной понизительной подстанции (ГПП). Предприятию местные Россети по запросу и, если повезет, определяют точку отпайки, например, на ближайшей ЛЭП (или фидер на ПС). А дальше предприятие проектирует, решая параллельно земельные и организационные вопросы, подвод и саму подстанцию, потом все строит, налаживает, сдает в эксплуатацию и… передает на баланс сетевой организации. Или не передает. Тут как договорятся.
Нет, предлагаемый вариант решения от сетевой организации может включать строительство всего этого самого ими самостоятельно, но за счет потребителя (в цене договора на подключение). Правда, цена будет раза в 2-3 выше, чем в исполнении конечного бенефициара. Сей факт многократно проверяли с заказчиками.
Существует две точки зрения на необходимость наличия на предприятии собственной подстанции на высокое напряжение. Под высоким я имею класс напряжения 110 (220) кВ.
Но это класс подстанций с максимальным значением напряжений по высокой стороне 110кВ, ну максимум, 220кВ. По крайней мере, с иными величинами я на данном уровне не встречался.
Кстати, если говорить о получении ТУ на технологическое подключение к сетям (на увеличение мощности), то предварительно оценить свои шансы можно по публичным картам загрузки центров электропитания района строительства. Если вблизи свободных мощностей нет, то дело труба. В лучшем случае, сети включат требуемую реконструкцию в какую-нибудь свою программу с крайне туманным сроком реализации.
Комплексные решения по электроснабжению предприятия
Комплексное решение в общем случае включает в себя:
- технологический инжиниринг;
- архитектурно-строительное проектирование;
- производство и поставку комплектующего оборудования;
- строительно-монтажные работы;
- пуско-наладочные работы (включая необходимые измерения);
- сдача комплекса в эксплуатацию.
Даже не буду убеждать в том, что данным комплексом работ должен заниматься один подрядчик. Понятное дело, что трудность именно в том, чтобы по итогу все заработало и реализация не уехала по срокам и стоимости. И хотя это зависит не только от подрядчика, если что, но куда легче долбить мозги одному лицу (если лицо, конечно, это будет терпеть, а не плюнет на все и не уйдет в туман), чем многим, которые еще друг на друга кивают.
А так я участвовал как в отдельных работах, так и в создании решений «под ключ». Приложил руку (но чаще голову) к каждому виду работ.
Нужен ли инжиниринг как этап (понятное дело, проектной организации отдельно он не очень интересен)? Видите ли, какая штука. Проекта еще может не быть, а кучу информации уже надо иметь. Один комплект документов для заявки на технологическое присоединение требует понимания цифр и того, как по итогу все будет устроено. А еще в электроэнергетике жизнь заставила разрабатывать ОТР (основные технические решения). Они служат для их предварительного согласования с заинтересованными лицами, как я писал выше — их может быть не мало: это и сети, и РДУ, и даже иногда сбытовая компания. Никто не имеет возможностей потом переделывать полностью проект, когда окажется, что он не устраивает вышестоящие организации ЕЭС. В моей практике был случай, когда их требования противоречили друг другу и это было печально, непреодолимые барьеры, они такие.
А ведь еще надо разобраться с подводом питающей линии электропередач, которая имеет свойство проходить черт знает где, пересекать не пойми какие сторонние сети и вообще, является линейным объектом. Еще одна неприятная особенность, которую открыл один из моих заказчиков для себя на этапе уже начала строительства, что ЛЭП — это не линия на плане, а куда как серьезное сооружение и завести ее на ГПП можно не в любом месте и даже не под любым углом.
Комплектные трансформаторные блочные подстанции 110 (220)/35/10(6) кВ
Ну давайте посмотрим на самое интересное в системе электроснабжения предприятия — на главную понизительную подстанцию (ГПП) 110/10кВ или просто подстанцию ПС 110/10кВ. Как уже упоминал, если заказчику что-то такое нужно, то разница в деньгах между тем, чтобы заказать ее у сетевой организации и построить самому очень и очень значительная.
В портфеле у меня достаточное количество таких объектов:
- проектирование ЛЭП-110кВ и главной понизительной подстанции 2х16кВА 110/10кВА в Архангельской области (строительство приостановлено по экономическим причинам);
- проектирование однотрансформаторной главной понизительной подстанции 110/10кВ с трансформатором 6,3МВА в Кировской области (построено, введена в эксплуатацию);
- проектирование и строительство главной понизительной подстанции 2х16МВт 110/10кВ на Дальнем Востоке (построена, введена в эксплуатацию);
- проектирование и реконструкция ГРП 2х6,3МВт 35/6кВ в Костромской области (реконструкция выполнена, эксплуатируется).
Типовая ПС 110/10кВ состоит из трех основных блоков: распределительного устройства РУ-110кВ, силовых понижающих трансформаторов и здания (зданий), в котором (которых) располагаются РУ-10кВ, а также общеподстанционный пункт управления (ОПУ). Сейчас здания делают быстровозводимыми модульными, но на множестве предприятий доживают свой век причудливые капитальные строения.
Вообще РУ-110кВ может быть выполнено как открытого типа (ОРУ), так и закрытого (ЗРУ). Практически я реализовывал только ОРУ, но прорабатывал для заказчиков несколько ЗРУ на базе элегазовых моноблоков КРУЭ. Первый вариант — кондовый, проверенный временем, который нравится эксплуатации. По второму много всякой разной информации — и не срабатывают в морозы, и постоянные проблемы с элегазом. Один из главных аргументов, что мне озвучил бывший руководитель местных сетей: «мужики не знают, как с ними обращаться». Но когда места совсем мало, а строить надо — придется учиться. Хотя, честно говорю, не знаю — можно ли их купить сейчас, это было импортное оборудование.
Так-то схемы ОРУ-110кВ типовые, имеют свои номера, например, «110-13». И сразу понимаешь — «две рабочие и обходная система шин».
Силовые трансформаторы — покупные изделия. Что про них сказать, кроме того, что они дорого и долго изготавливаются?
На класс напряжения 35 кВ (кстати, он, может быть, и входных для подстанции предприятия) распределительные устройства чаще всего выполняются уже на базе ячеек, да в блок-модульном исполнении, по факту — ЗРУ-35кВ. Делали мы такие.
ЗРУ-10кВ — обычное закрытое распределительное устройство, как правило, на базе КРУ-10кВ. Такие выпускают сейчас, конечно, все кому не лень.
А что такое ОПУ? Во-первых, там располагаются шкафы защиты и управления всем оборудованием, а также оборудование для телемеханики и систем связи (помните, что нужно взаимодействовать с РДУ), АСТУЭ. Во-вторых, тут может быть рабочее место диспетчера или оператора.
Ну это если кратко и для ознакомления с вопросом.
Источники, дополнительная информация:
1. Статья «Россети»: https://ru.wikipedia.org/wiki/Россети
2. Сайт Группа «Россети»: https://www.rosseti.ru/company/
3. Сайт ПАО «Россети Волга»: https://www.rossetivolga.ru/?ysclid=lukt9ref81423406940
2. Тесла, Эдисон и война токов (переменный или постоянный ток): https://electrik.info/main/fakty/1726-tesla-edison-i-voyna-tokov.html
3. Структура электроэнергетики в России: https://www.eg-arstem.ru/about_retail/struktura/structureenergo.htm?ysclid=lujecfa7kh636009906
Ознакомиться с содержанием журнала.
Уважаемые коллеги, желаю хорошего дня. Подписывайтесь, чтобы иметь возможность обсудить со мной вашу задачу в комментариях. Буду рад лайку, альтернативному мнению или истории по теме статьи.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ №1: Оценки, суждения и предложения по рассматриваемым вопросам являются личным мнением автора.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ №2: Техническая информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владелец сайта не несет никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной из данного источника.
Все изображения, если не указано иное, либо выполнены автором, либо взяты из открытых источников.