Оценивается технико-экономическая эффективность внедрения и срок окупаемости индикаторов короткого замыкания в электрических сетях 6-35 кВ. В статье анализируются параметры функционирования энергетической системы с индикаторами и без них, полученные в «Центральных электрических сетях» и «Троицких электрических сетях» ОАО «МРСК Урала» — «Челябэнерго» и ОАО «МРСК Центра» — «Белгородэнерго».
В этих энергетических системах при установке индикаторов короткого замыкания в воздушных или кабельных линиях электропередач зафиксировано сокращение времени отыскания места короткого замыкания, недоотпуска электроэнергии и затрат на отыскание места повреждения в примерно два раза. При внедрении различных приборов, способных передавать данные об аварии на диспетчерский пункт или в систему SCADA с помощью радиоканала или GSM/GPRS-связи, эффективность системы возрастает ещё сильнее. Оснащение сетей такими приборами позволит энергетическим компаниям избежать штрафов и снизить количество жалоб и претензий от потребителей.
Введение
В XXI веке развитие техники и технологии идёт быстрыми темпами. В том числе и в российскую энергетику постоянно приходят новые материалы и новые изобретения. Однако перед тем как внедрять новинки в существующую систему, надо понять, зачем мы это делаем и что нам это даст. При оценке целесообразности внедрения новой техники учитывают три компонента: технический, социальный и экономический. Технический компонент характеризует то, насколько технически прогрессивно нововведение. Прогрессивная конструкция или технология не должны уступать лучшим отечественным и зарубежным образцам. Социальный компонент показывает, насколько новая техника влияет на экологическую ситуацию и на условия труда. Экономическая составляющая характеризует экономический эффект, который получит народное хозяйство от внедрения данного нововведения в конкретных условиях. Именно этот компонент имеет наиболее легко исчисляемое количественное (денежное) выражение.
Так сложилось, что в современной российской энергетике простых, устаревших технологий больше всего в электрических сетях мощностью 6-35 кВ. При этом от функционирования этих участков сети во многом зависит надёжность системы энергоснабжения, поскольку непосредственно от них идёт питание к большей части конечных потребителей. Хотя электросети более высокого класса напряжений (110-220 кВ) во многом уже снабжены современным оборудованием и средствами АСУ ТП и РЗА, воздушные линии и подстанции 6-35 кВ по степени оснащенности последними новинками технического прогресса заметно проигрывают. Но именно электросети низкого класса напряжения обладают большей суммарной протяженностью и сложной системой ветвления, организованного различными способами.
Очевидно, что в энергетическую систему России следует внедрять технические новшества, способствующие бесперебойной работе сетей 6-35 кВ. Учитывая, что воздушные линии этих сетей весьма подвержены авариям за счёт пробоя изоляторов, обледенения, обрыва электропроводов, упавших на провода деревьев и других источников коротких замыканий, необходимо внедрять приборы, способные оперативно указать место повреждения линии, вследствие чего, угроза длительного отключения электроснабжения будет сведена к минимуму. Одним из перспективных изобретений являются индикаторы короткого замыкания ИКЗ, предназначенные для определения местоположения короткого замыкания и мониторинга состояния воздушных линий распределительных сетей напряжением 6-35 кВ. Рассмотрим более подробно целесообразность внедрения этой новинки.
Технологическая целесообразность внедрения
Хотя идея производства и внедрения индикаторов короткого замыкания разрабатывается совсем недавно, в настоящий момент подобные приборы уже производятся фирмами многих стран. В США производством индикаторов короткого замыкания занимаются фирмы Power Delivery Products, Eaton's Cooper Power Systems, Smart Grid Solutions и Schweitzer Engineering Laboratories, в Германии - Horstmann и Elektro-Mechanik, в Норвегии — Nortroll, в Австралии — GridSense. В России патент на индикаторы короткого замыкания получен компанией «АНТРАКС». Она же выпускает несколько линеек индикаторов короткого замыкания (ИКЗ). Все компании в своих приборах используют различные механизмы определения тока короткого замыкания. Технологически отечественная разработка не уступает и даже опережает зарубежные. Это видно из сравнения технической документации на сайтах производителей. Как и у лучших зарубежных компаний, у российского производителя есть комплекты приборов для установки на столб ЛЭП, на провода ЛЭП и в ячейку КРУ. Таким образом, с помощью прогрессивной российской разработки можно организовать комплексный контроль распределительных сетей 6-36 кВ.
Социальная целесообразность внедрения
Внедрение индикаторов короткого замыкания в российской энергетике улучшает социальную обстановку в общественном плане за счёт значительного сокращения времени ликвидации аварии, следовательно и времени отключения потребителей. Кроме того, внедрение индикаторов короткого замыкания способствует улучшению социальной обстановки в индивидуальном плане, заметно облегчая труд специалистов оперативно-выездных бригад. Следует отметить, что сокращение выездов, ремонтной техники (особенно объездов линий целиком) уменьшает урон окружающей среде, в частности в зонах черноземов, болот и тундры. А это колоссальная проблема в условиях российского бездорожья.
Рассматривая в совокупности технические, социальные и экономические показатели целесообразности внедерения новой техники, мы узнаем технико-экономическую эффективность мероприятия — конечный критерий оценки внедрения новой техники. Чаще всего количественно оценивают только экономический фактор — экономическую эффективность, поэтому давайте рассмотрим её поподробнее, как наиболее точно оцениваемый показатель.
Экономическая эффективность внедрения индикаторов короткого замыкания в воздушной сети (опыт филиала ОАО «МРСК Урала» — «Челябэнерго»)
Экономическая эффективность характеризуется соотношением экономического эффекта, полученного в течение года, и затрат, обусловленных проведением данных мероприятий. Проанализируем получаемый экономический эффект от внедрения индикаторов короткого замыкания на основе данных, полученных в производственных условиях филиалов ОАО «МРСК Урала» — «Челябэнерго»: «Центральные электрические сети» и «Троицкие электрические сети» в 2011 году.
В «Центральных электрических сетях» филиала ОАО «МРСК Урала» — «Челябэнерго» по оценке начальника службы распределительных сетей износ основных производственных фондов на 2011 год составлял 66%. При этом количество отключений в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ за 2011 год выросло на 16% по сравнению с 2010 годом. В «Центральных электрических сетях» было установлено 3 комплекта индикаторов короткого замыкания. На примере установки одного из них на участке воздушной линии 10 кВ (фидер 14 «Ферма» - ПС 35/10 кВ «Мирная» - участок в среднем с тремя авариями в год), были получены следующие данные:
| Показатель | До установки индикаторов | После установки индикаторов | |
| Замыкание на отпаечной ВЛ | Замыкание на магистральной ВЛ | ||
| Протяженность объезда и осмотра ВЛ | 22 км | 12 км | 10 км |
| Время отыскания повреждения | 66 мин | 35 мин | 30 мин |
| Недоотпуск э/э кВтч/год | 597 кВтч | 321 кВтч | 271 кВтч |
| Затраты на отыскание места повреждения руб/год | 14 846 руб | 7 897 руб | 6 871 руб |
Установленные индикаторы позволили выявлять область повреждения на «отпайке» или магистральной ВЛ. Это уменьшило время отыскания повреждения, и соответственно недоотпуск электроэнергии. До установки индикаторов затраты на отыскание места повреждения на этой воздушной линии в «Центральных электрических сетях» составляли 14 846 рублей в год. То есть примерно 675 рублей на каждый километр, осмотренный специалистам оперативно-выездных бригад электросетей, включая заработную плату, оплату горючего и износа спецтехники. Близкие показатели получились и у начальника службы распределительных сетей ПО «Троицкие электрические сети» филиала ОАО «МРСК Урала» - «Челябэнерго». Там до установки индикаторов неисправности затраты на отыскание места повреждения на воздушной линии длиной в 23 км в «Троицких электрических сетях» составляли около 12900 рублей в год, то есть примерно 560 рублей на каждый километр. После установки индикаторов в «Центральных электрических сетях» время отыскания повреждений снизилось более чем в два раза. Соответственно, недоотпуск электроэнергии и затраты на отыскание места повреждения при возникновении аварийной ситуации снизились более чем в два раза. Похожие результаты получены в «Троицких электрических сетях», где затраты на поиск места повреждения на ВЛ-10 кВ сокращаются минимум в 2 раза, время отключения потребителей и недоотпуск электроэнергии так же сократятся не менее чем на 50%.
Срок окупаемости индикаторов короткого замыкания
При внедрении индикатора неисправности на воздушных линиях 6-10 кВ при протяженности объезда и осмотра ВЛ в 22 километра, экономический эффект в течение года составил около 7 тысяч рублей. При этом в рассматриваемом варианте были использованы простейшие индикаторы 110 Eµ, требующие визуального осмотра линии, аналогичные индикаторам ИКЗ-1 производства компании «АНТРАКС». При рыночной стоимости прибора ИКЗ-1 в 18 000 рублей, его внедрение окупается приблизительно за 2,5 года. Очевидно, что, при увеличении длины участка ВЛ, который необходимо осматривать в случае аварии, а также при расположении участков «отпаек» ВЛ в труднодоступных местах, установка индикатора короткого замыкания ещё более сократит время и затраты на отыскание места повреждения, и, следовательно, значительно увеличит экономический эффект от установки одного прибора. Также увеличится экономический эффект установки индикатора и на участках с более высоким числом коротких замыканий в год.
Сокращение времени восстановления электроснабжения и недоотпуска электроэнергии при использоваении ИКЗ
Сокращение времени отыскания повреждениям как минимум в два раза при установке индикатора короткого замыкания — очень важный фактор. При этом сокращается и время отключения потребителей, что очень актуально для выполнения современной программы сокращения времени восстановления электроснабжения при аварии. Согласно этой программе МОЭСК берет на себя социальные обязательства сократить время полного восстановления электроснабжения в случае аварии с 216 до 160 минут, то есть на 26%. Использование индикаторов короткого замыкания в распределительных сетях ВЛ 6-35 кВ позволяет сократить это время минимум на 40%, как показали испытания, а значит выполняет задачу сокращения среднего времени восстановления электроснабжения в МОЭСК. Это позволит энергетическим компаниям избежать штрафов и снизить количество жалоб и претензий от потребителей.
При установке и эксплуатации более сложных модификаций приборов ИКЗ, производимых компанией «АНТРАКС», экономическая эффективности заметно увеличится, поскольку, при незначительном увеличении их стоимости, значительно возрастает их функциональность. При возникновении аварии они самостоятельно передают данные диспетчеру РЭС по различным каналам связи, определяют аварийную фазу и другими методами способствуют сокращению времени поиска места повреждения и восстановления подачи энергии. А это значит, что они способствуют и сокращению недоотпуска электроэнергии, который, как мы видим из предыдущих расчетов, в «Центральных электрических сетях» филиала ОАО «МРСК Урала» — «Челябэнерго» в среднем при аварии на воздушных линиях электропередач напряжением 6-10 кВ составил 597 кВтч/год. Недополученные средства за недоотпуск электроэнергии при внедрени ИКЗ тоже значительно уменьшатся, более чем в два раза.
Использование индикаторов короткого замыкания в ячейках КРУ (опыт филиала ОАО «МРСК Центра» - «Белгородэнерго»)
Использование более интеллектуальных моделей ИКЗ-2, ИКЗ-3 или ИКЗ-К1, передающих информацию о конкретном месте аварии на пульт диспетчера, в систему телемеханики или в систему SCADA, позволяет максимально быстро провести мероприятия по восстановлению электроснабжения, а, значит, ликвидирует опасность штрафов за недоотпуск для энергоснабжающей компании. Не менее эффективно и использование индикаторов короткого замыкания для ячеек КРУ. Заместитель начальника ОТС ЦУС Филиала ОАО "МРСК Центра" - "Белгородэнерго" сделал расчёт изменения показателей при установке индикаторов короткого замыкания для ячеек КРУ на кабельной линии 6 кВ фидер «Город 3» - ПС «Белгород» (8 ТП, нагрузка 650 кВт):
| Показатель | До установки индикаторов | После установки индикаторов |
| Время восстановления электроснабжения | 1,84 час | 1 час |
| Недоотпуск э/энергии кВтч/год | 1196 кВтч | 650 кВтч |
| Горюче-смазочные материалы | 60 минут в пути | 40 минут в пути |
Очевидно, что время отключения потребителей и недоотпуск электроэнергии сократились на 40%, также на треть уменьшились расходы на горюче-смазочные материалы для специалистов выездных бригад.
Внедрение индикаторов короткого понижает трудозатраты, поскольку отпадает необходимость большого количества специалистов оперативно-выездных бригад. Кроме того, упрощаются работа этих специалистов, поскольку индикатор можно поставить на хорошо просматриваемом месте, и им не придётся бороться со сложным рельефом местности и объезжать всю линию в целом. Значительно снижается износ оборудования.
Заключение
Сегодня перед российской энергетикой как никогда остро стоит вопрос повышения надёжности, энергоэффективности и освоения новых технологий. В современном мире энергетика является основой развития базовых отраслей промышленности, растут требования обеспечения непрерывного электроснабжения ответственных потребителей и финансовая ответственность перед ними. Все более высокие требования предъявляет общество к энергоснабжающим компаниям, в частности дальнейшего сокращения времени полного восстановления электроснабжения при авариях. Но силы природы, напротив, с каждым годом всё более противоречат человеку, способствуя коротким замыканиям на линиях электропередач посредством обрыва проводов ураганом и обледенением, падением деревьев и ветвей на провода, затоплениями и повреждениями кабеля. Сберечь энергетикам деньги сможет, прежде всего, быстрое противодействие силам природы, а значит использование индикаторов короткого замыкания. В этой статье наглядно показано, с использование данных от работы реальных приборов в реально существующих участках распределительных сетях 6-35 кВ, технико-экономическая эффективность внедрения индикаторов короткого замыкания.
Компания «АНТРАКС»
