Жуков Андрей Васильевич Заместитель директора по управлению режимами ЕЭС Релейная защита и автоматика энергосистем мая 2012, ВВЦ, Москва Современное состояние и перспективы развития систем РЗА в ЕЭС России

2 Объект управления - Единая энергетическая система России 69 региональных энергосистем; 7 объединенных энергетических систем; протяженность линий электропередачи – более км; электростанций установленной мощностью свыше 5 МВт – более 600; подстанций напряжением 220 кВ и выше - более 900; установленная мощность электростанций ЕЭС России – более 218 тыс. МВт; выработка электроэнергии по ЕЭС России – 1 019,4 млрд. кВт*ч; годовой максимум потребления ЕЭС России – 147,8 тыс. МВт.

3 необходимость передачи больших объемов электроэнергии на значительные расстояния и реверсивность потоков активной мощности; ограничение режимов условиями устойчивости и необходимость управления при нормативных возмущениях; высокая степень концентрации электроснабжения – полная зависимость потребителей от режима энергосистемы и в связи с этим высокие риски тяжелых последствий от нарушения электроснабжения Особенности ЕЭС России

4 Оперативно-диспетчерское управление Единой энергетической системой России ОАО «СО ЕЭС» – специализированная организация, которая единолично осуществляет централизованное оперативно-диспетчерское управление в ЕЭС России. В структуру Системного оператора входят 67 диспетчерских центров: Центральное диспетчерское управление (ЦДУ) в структуре Исполнительного аппарата; 7 Объединенных диспетчерских управлений (ОДУ); 59 Региональных диспетчерских управлений (РДУ).

Итоги работы РЗА кВ за 2011 г. Процент правильной работы устройств РЗА ЛЭП и оборудования подстанций и электростанций в 2011 году составил 93% (средний многолетний – 95%). При этом: Процент правильной работы микропроцессорных устройств РЗА (МП РЗА) составил 93,77%; Процент правильной работы электромеханических устройств РЗА составил 92,31%. Проблема снижения процента правильной работы устройств РЗА, выполненных на электромеханических реле, в том числе по отношению к МП РЗА, заключается в: -естественной убыли работников СРЗА старшего поколения, квалифицированно обслуживавшего электромеханические устройства РЗА; -недостаточной профессиональной подготовке релейного персонала; -росте неправильного функционирования вследствие нарастающего физического износа электромеханических и микроэлектронных устройств РЗА. 5

Состав устройств РЗА оборудования и ЛЭП кВ по состоянию на г кВ кВ РЗ и СА ПА 44% 10% 57% 40% 16% 33% 30% 31% 39% 76% 7% 17%

Динамика модернизации устройств РЗА Устройства РЗ и СА Устройства ПА 7 Наблюдается устойчивая тенденция по постепенной замене морально и физически устаревших устройств РЗА на более совершенные цифровые устройства РЗА. При существующих темпах модернизации полная замена электромеханических и микроэлектронных устройств РЗА на цифровые устройства РЗА может быть осуществлена в сети кВ по меньшей мере через 20 лет, в сети кВ – не менее, чем через 30 лет. Собственникам объектов электроэнергетики и потребителям электрической энергии необходимо решать вопросы: - сокращения периодичности планового ТО электромеханических и микроэлектронных устройств РЗА; - формирования и поддержания ЗИП для электромеханических и микроэлектронных устройств РЗА.

Организационные причины неправильных действий устройств РЗА 8 6% 42% 10% 12% 3% 4% 13% 1% 6%

Виновность персонала служб РЗА Процент неправильной работы устройств РЗА по вине персонала СРЗА практически не изменился (42,0%). Основными причинами неправильной работы устройств РЗА по вине персонала служб РЗА являются: неудовлетворительное состояние устройств РЗА; дефекты, оставленные после работ; неправильные указания оперативному персоналу в инструкциях по обслуживанию устройств РЗА; непосредственные ошибки при работах; дефекты проекта, не выявленные при вводе устройств в работу и в процессе их текущей эксплуатации.

Рынок микропроцессорных устройств РЗА 10 Актуальные вопросы: Выбор производителя аппаратуры РЗА Обеспечение функциональной совместимости устройств РЗА на технологически связанных объектах электроэнергетики Качество предоставляемой поставщиками (производи- телями) документации по обслуживанию, методических указаний по выбору параметров настройки устройств РЗА Необходимо исключить внедрение устройств РЗА, не адаптированных к условиям работы в ЕЭС России

Классификация устройств РЗА 11

12 Требования по обеспечению развития систем РЗА Обеспечение единой технической политики в ЕЭС России в условиях децентрализованной структуры электроэнергетики Построение комплексов РЗА, обеспечивающих надёжность функционирования при любых схемно-режимных условиях сети Обеспечение необходимого уровня проектирования в условиях развития систем технологического управления Повышение уровня новых разработок аппаратуры систем технологического управления Реализация новых технологий (АРЧМ (ТЭС, АЭС), ПА (II ДО, I ДО), WAMS (δ)), функционирующих в режиме реального времени Нормативно-правовое и техническое регулирование Решение проблем взаимодействия собственников объектов электроэнергетики при создании и модернизации систем технологического управления в ЕЭС России, выполняемых в ходе нового строительства, технического перевооружения, реконструкции объектов электроэнергетики

13 Задачи развития систем РЗА ЕЭС России Разработка концептуальных вопросов РЗА, учитывающих развитие ЕЭС России и технических средств управления (FACTS) Внедрение современных программно-технических средств с использованием новых возможностей цифровой техники в целях повышения технического совершенства РЗА: -разработка новых видов РЗА (управление по углу), обеспечивающих защиту и управление FACTS, СППТ, цифровых подстанций и т.п.; -применение технологии векторных измерений для задач РЗА (WAMS, WAPS, WACS); -разработка адаптивных алгоритмов; -повышение точности моделирования процессов в защищаемом объекте управления; -использование передовых принципов построения архитектуры систем РЗА Решение задачи кибербезопасности систем РЗА Использование информационной теории РЗА для создания систем и устройств нового поколения Обеспечение высокого уровня эксплуатации РЗА

Сертификация и аттестация устройств РЗА ОАО «СО ЕЭС» создана и функционирует Система добровольной сертификации объектов электроэнергетики ЕЭС России (СДС «СО ЕЭС»), приказ ОАО «СО ЕЭС» от Система зарегистрирована Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии в едином реестре СДС за рег. РОСС RU ЕЭ00 ОАО «ФСК ЕЭС» действует корпоративная система аттестации устройств РЗА (в том числе устройств ПА) в соответствии с «Методикой поведения аттестации оборудования, технологий, материалов в ОАО «ФСК ЕЭС», и «Порядком проведения аттестации оборудования, технологий и материалов в ОАО «ФСК ЕЭС», введённых Распоряжением ОАО «ФСК ЕЭС» от р 14

СДС «СО ЕЭС»: сертификация энергоблоков ТЭС для участия в НПРЧ, АВРЧМ 15 по состоянию на апрель 2012 успешно прошли процедуру сертификации на соответствие требованиям стандарта СТО энергоблоков ТЭС суммарной установленной мощностью МВт (с учетом сертификатов с окончившимся сроком действия) по состоянию на апрель 2012 успешно прошли процедуру сертификации на соответствие требованиям стандарта СТО энергоблоков ТЭС суммарной установленной мощностью МВт (с учетом сертификатов с окончившимся сроком действия) 49 энергоблоков ТЭС установленной мощностью МВт задействованы в оказании услуг по нормированному первичному регулированию частоты (НПРЧ) Плюсы сертификации энергоблоков ТЭС в СДС «СО ЕЭС»: Единые принципы оценки деятельности генерирующих компаний и производителей оборудования по созданию (модернизации) систем автоматического регулирования частоты и мощности энергоблоков; Повышение технического уровня эксплуатации сертифицированных энергоблоков; Повышение уровня контроля технического состояния оборудования сертифицированных энергоблоков. Плюсы сертификации энергоблоков ТЭС в СДС «СО ЕЭС»: Единые принципы оценки деятельности генерирующих компаний и производителей оборудования по созданию (модернизации) систем автоматического регулирования частоты и мощности энергоблоков; Повышение технического уровня эксплуатации сертифицированных энергоблоков; Повышение уровня контроля технического состояния оборудования сертифицированных энергоблоков. Сертификация в рамках СДС «СО ЕЭС» – гарантия выполнения технических требований к организации НПРЧ, АВРЧМ на ТЭС и качественного участия энергоблоков ТЭС в регулировании частоты при оказании услуг по обеспечению системной надежности 4 энергоблока ТЭС установленной мощностью 1100 МВт задействованы в оказании услуг по автоматическому вторичному регулированию частоты и перетоков активной мощности (АВРЧМ)

Сертификация автоматических регуляторов возбуждения 16 АРВ зарубежного производства: разработаны в соответствии с западными стандартами (IEEE 421, МЭК и др.) не соответствуют требованиям ПТЭ, ПУЭ и ГОСТ «Системы возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. Общие технические условия». не содержат ряд основных функций, обеспечивающих эффективное демпфирование низкочастотных колебаний и запасы по динамической устойчивости при нормативных возмущениях: релейная форсировка, блокировка работы системного стабилизатора при возникновении небалансов активной мощности в энергосистеме и др. Неправильная работа АРВ приводит к возникновению аварийных ситуаций в ЕЭС России: - Синхронные качания электростанций; - Межзональные синхронные колебания активной мощности в ЕЭС - Незатухающие синхронные колебания мощности на энергоблоках Изменение параметров энергоблока во время синхронных качаний Необходимо исключить внедрение на электростанциях АРВ сильного действия синхронных генераторов с алгоритмами, не адаптированными к условиям ЕЭС России

Сертификация АРВ сильного действия синхронных генераторов 17 Стандарт ОАО «СО ЕЭС» СТО «Требования к системам возбуждения и автоматическим регуляторам возбуждения сильного действия синхронных генераторов» (утв. и введен в действие приказом от ): Стандарт ОАО «СО ЕЭС» СТО «Требования к системам возбуждения и автоматическим регуляторам возбуждения сильного действия синхронных генераторов» (утв. и введен в действие приказом от ): с 2004 г. ОАО «НИИПТ» осуществляет проверку на функционирование и настройку АРВ на электродинамической модели энергосистемы по согласованной с ОАО «СО ЕЭС» типовой программе комплексных испытаний По состоянию на апрель 2012 г. НИИПТ проведено 25 аттестационных испытаний АРВ. По результатам 16 испытаний выданы рекомендации о возможности использования прошедших испытания АРВ в составе систем возбуждения электростанций ЕЭС России с 2004 г. ОАО «НИИПТ» осуществляет проверку на функционирование и настройку АРВ на электродинамической модели энергосистемы по согласованной с ОАО «СО ЕЭС» типовой программе комплексных испытаний По состоянию на апрель 2012 г. НИИПТ проведено 25 аттестационных испытаний АРВ. По результатам 16 испытаний выданы рекомендации о возможности использования прошедших испытания АРВ в составе систем возбуждения электростанций ЕЭС России порядок выбора типа и параметров настройки АРВ; технические требования к системам возбуждения и АРВ сильного действия; методика выбора кратности форсировки возбуждения по напряжению; методики проверки настройки АРВ на физической и цифровой моделях энергосистемы; порядок и методика проведениях комплексных сертификационных испытаний АРВ порядок выбора типа и параметров настройки АРВ; технические требования к системам возбуждения и АРВ сильного действия; методика выбора кратности форсировки возбуждения по напряжению; методики проверки настройки АРВ на физической и цифровой моделях энергосистемы; порядок и методика проведениях комплексных сертификационных испытаний АРВ Ведется работа по созданию системы мониторинга работы системных регуляторов (СМСР) : Пилотный проект СМСР в опытной эксплуатации на Северо-Западной ТЭЦ и в ОДУ Северо-Запада Ведется работа по созданию системы мониторинга работы системных регуляторов (СМСР) : Пилотный проект СМСР в опытной эксплуатации на Северо-Западной ТЭЦ и в ОДУ Северо-Запада 5 Организация сертификации АРВ в рамках СДС «СО ЕЭС» : Подготовлены изменения в Правила функционирования СДС «СО ЕЭС» Определены требования к организациям, выполнение которых необходимо для их аккредитации в качестве органов по добровольной сертификации АРВ Проводится работа с МЭИ по привлечению его в качестве органа добровольной сертификации Организация сертификации АРВ в рамках СДС «СО ЕЭС» : Подготовлены изменения в Правила функционирования СДС «СО ЕЭС» Определены требования к организациям, выполнение которых необходимо для их аккредитации в качестве органов по добровольной сертификации АРВ Проводится работа с МЭИ по привлечению его в качестве органа добровольной сертификации 4 Всероссийское совещание под председательством Министра энергетики РФ С.И. Шматко (протокол от СШ-14 пр, п. 18) : «Генерирующим компаниям и собственникам генерирующего оборудования устанавливать системы возбуждения генераторов и АРВ синхронных генераторов, прошедшие испытания в соответствии с системными требованиями к системам возбуждения и АРВ, разработанными ОАО «СО ЕЭС» и рекомендованными для применения в ЕЭС России Всероссийское совещание под председательством Министра энергетики РФ С.И. Шматко (протокол от СШ-14 пр, п. 18) : «Генерирующим компаниям и собственникам генерирующего оборудования устанавливать системы возбуждения генераторов и АРВ синхронных генераторов, прошедшие испытания в соответствии с системными требованиями к системам возбуждения и АРВ, разработанными ОАО «СО ЕЭС» и рекомендованными для применения в ЕЭС России

18 Несогласованное действие технологических защит ПГУ, ГТУ и АОСЧ: увеличивает дефицит активной мощности; снижает эффективность работы АЧР; повышает вероятность срабатывания ЧДА электростанций с выделением энергорайонов на изолированную работу; приводит к невозможности выполнения ЧДА на ПГУ и ГТУ; увеличивает необходимый объем АЧР пропорционально мощности введенных ПГУ и ГТУ; снижает живучесть энергосистемы в аварийных ситуациях. Вводы ПГУ и ГТУ. Проблемы обеспечения согласованной работы генерирующего оборудования, АЧР и ЧДА Необходимо исключить ввод в эксплуатацию в ЕЭС России ПГУ и ГТУ с допустимыми диапазонами работы по частоте, несоответствующими параметрам настройки АОСЧ (АЧР и ЧДА). Требуется корректировка действующего ГОСТ «Установки газотурбинные для привода турбогенераторов». В период с гг. в ЕЭС России введено 1600 МВт ПГУ и ГТУ с допустимыми диапазонами работы по частоте, несоответствующими параметрам настройки АОСЧ (АЧР и ЧДА). Дзержинская ТЭЦ: ГТУ-150 (150 МВт), уставка технологической защиты – 47,5 Гц; ГТЭС Коломенское: ГТУ-1,2,3 (135,9 МВт), уставка технологической защиты – 49 Гц. ! Характеристика изменения частоты и объемов отключаемой АЧР нагрузки

Подготовка к сертификации ЧДА Для проверки работоспособности ЧДА ОАО «СО ЕЭС» разработаны «Методические указания по проведению испытаний с целью определения условий устойчивой работы генерирующего оборудования тепловых электростанций при выделении на несбалансированную нагрузку» (далее – Методические указания). Методика испытаний, определенная Методическими указаниями, позволяет совмещать проверку работоспособности ЧДА с сертификационными испытаниями генерирующего оборудования. На основе Методических указаний ОАО «ВТИ» в мае 2011 года были проведены испытания на Кармановской ГРЭС. Испытания показали, что максимально допустимый небаланс активной мощности при выделении энергоблока (Pном. блока = 300 МВт) Кармановской ГРЭС на несбалансированную нагрузку составляет 80 МВт (или 27,6 % Pном. блока). Планируется разработка стандарта ОАО «СО ЕЭС» «Требования к системам ЧДА электростанций» 19

20 Автоматическое управление электроэнергетическими режимами ЕЭС России в реальном времени Развитие противоаварийной автоматики в ЕЭС России Цели: Выявление, предотвращение развития и ликвидации аварийного режима энергосистемы Повышение эффективности ПА для обеспечения минимизации управляющих воздействий Обеспечение наиболее полного использования пропускной способности системообразующей сети ЕЭС России Задачи по развитию ПА ЕЭС России: Выпуск национального стандарта «Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем» Выпуск стандартов по отдельным видам ПА Разработка ЦСПА нового поколения (учёт динамики, учёт FACTS, применение передовых принципов построения архитектуры ЦСПА, использование векторных измерений параметров режима) Внедрение ЦСПА в ОЭС Востока, ОЭС Сибири, ОЭС Северо-Запада Создание системы сертификации устройств и комплексов ПА в ЕЭС России Разработка новых видов ПА (КСПА, делительная автоматика по напряжению, автоматика восстановления электроснабжения погашенных энергорайонов, автоматика выявления и ликвидации недопустимых электромеханических колебаний в энергосистеме и т.п.) Разработка и реализация ТЭО реконструкции ПА в региональных энергосистемах

21 Развитие ЦСПА в ЕЭС России Высоконадежная «открытая» архитектура программных и технических средств Технологический алгоритм не имеет ограничений на размерность математической модели Универсальность комплекса позволяет использовать его в любой энергосистеме Автоматическая оценка устойчивости и выбор управляющих воздействий в любых схемно- режимных ситуациях Функционирование при каскадном развитии аварийных событий в энергосистеме ОДУ Юга Создание ЦСПА г. ОДУ Урала Замена старой ЦСПА г. Модернизация – 2007 г. ОДУ Сибири Создание ЦСПА – 2012 г. ОДУ Востока Создание ЦСПА – 2013 г. Технологически- изолированные энергосистемы ЕЭС РОССИИ Тюменское РДУ Создание ЦСПА – 2007 г. ОДУ Средней Волги Создание ЦСПА – 2010 г.

22 Развитие систем АРЧМ в ЕЭС России Цели: Повышение качества регулирования частоты и перетоков активной мощности в ЕЭС России и, как следствие, возможность увеличения передаваемой мощности по межсистемным сечениям при сохранении надежности параллельной работы энергосистем Перспективы развития систем АРЧМ: Выполнение мероприятий, обеспечивающих возможность участия в АВРЧМ ГЭС мощностью более 100 МВт в соответствии с требованиями стандарта по согласованной работе систем АРЧМ с автоматикой управления мощностью ГЭС Увеличение количества подключаемых к ЦС/ЦКС АРЧМ сертифицированных энергоблоков ТЭС для возможности развития РСУ по АВРЧМ Проведение работ по исследованию возможности управления ВПТ от ЦС АРЧМ Совершенствование алгоритмов управления систем АРЧМ для наиболее оптимального управления электростанциями, с учетом их маневренности, месторасположения и наличия резервов регулирования

23 Развитие системы АРЧМ в ЕЭС России

РЗА - WAPS - WACS - WAMS - SCADA/EMS Электромагнитные переходные процессы Электромеханические переходные процессы Стационарные процессы 24 Возможности WAMS -технологий для развития систем управления ЕЭС Мониторинг работы и настройки РЗА, ПА, ЦСПА мониторинг динамики энергосистемы, оценка тяжести электрического режима Оперативно- диспетчерское управление, задачи EMS Терминалы РЗА, РАС СМПР Телеизмерения Короткие замыкания н/ч колебания, контроль напряжения и относительных углов напряжений, асинхронный режим Управление нормальным режимом энергосистемы 0,001 … 0,01 … - … 0,02 … 0,2 … - 1 … 10 t, сек.

25 Структурная схема системы сбора информации СМПР ЕЭС/ОЭС

26 Развитие система мониторинга переходных режимов ЕЭС/ОЭС Функциональные направления применения данных векторных измерений Off-line Расчетно-аналитические задачи Верификация динамических моделей Послеаварийный анализ On-line Режимное и противоаварийное управление Оценка тяжести режима энергосистемы Оценивание состояния Мониторинг функционирования СВ и АРВ Мониторинг взаимных углов напряжения в узлах энергосистемы Мониторинг низкочастотных колебаний ЦЕЛЬ: повышение надежности работы ЕЭС России путем совершенствования и развития методов и систем оперативно-диспетчерского и автоматического управления электрическими режимами работы ЕЭС

27 Тенденции развития СМПР в ЕЭС России и применения WAMS- технологий в системах управления ЕЭС Перспективы развития до 2020 года -управление режимом работы электропередачи с использованием параметра относительного угла (транзит Рефтинская ГРЭС – ПС 500 кВ Тюмень - Сургутские ГРЭС); -внедрение WAMS – технологий в системы ЦСПА и АРЧМ; -разработка и внедрение систем управления гибкими электропередачами с применением WAMS-технологий; -определение колебательной устойчивости энергосистемы в режиме реального времени; -разработка системы ПА предотвращения каскадных аварий; -создание пусковых органов и ПА на базе векторных измерений параметров электрического режима Перспективы развития до 2020 года -управление режимом работы электропередачи с использованием параметра относительного угла (транзит Рефтинская ГРЭС – ПС 500 кВ Тюмень - Сургутские ГРЭС); -внедрение WAMS – технологий в системы ЦСПА и АРЧМ; -разработка и внедрение систем управления гибкими электропередачами с применением WAMS-технологий; -определение колебательной устойчивости энергосистемы в режиме реального времени; -разработка системы ПА предотвращения каскадных аварий; -создание пусковых органов и ПА на базе векторных измерений параметров электрического режима

28 ВЫВОДЫ ОАО «СО ЕЭС», решая задачи системной надёжности, развивает системы РЗА в ЕЭС России, обеспечивает ее устойчивую работу и создаёт условия для эффективного функционирования рынка электроэнергии (мощности). Процедуры сертификации и аттестации нового оборудования обеспечивают выполнение единых технических требований производителями оборудования и собственниками энергообъектов при создании, реконструкции и эксплуатации устройств РЗА, и повышают надежность работы энергосистем в целом. Проведение единой технической политики в области развития систем технологического управления в ЕЭС России требует объединения усилий всех субъектов электроэнергетики Внедрение новых технологий в процесс производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии создают предпосылки для кардинального развития теории и практики систем технологического управления и, в первую очередь, совершенствования систем РЗА

Спасибо за внимание Жуков Андрей Васильевич Контактная информация: (495)