Аварии на электроэнергетических системах

Электроснабжение промышленных, коммунальных и других потребителей производится от электрических станций, вырабатывающих электроэнергию. Электрические станции могут находиться вблизи потребителей либо удалены на значительные расстояния. В обоих случаях передача и распределение электрическойэнергии осуществляется по воздушным или кабельным линиям. Накапливать электрическую энергию в больших количествах сегодня практически нельзя, поэтому с помощью современных автоматических средств управления постоянно поддерживается равновесие между вырабатываемой и потребляемой электрической энергией.

Когда потребители удалены от электрических станций, передачу электроэнергии осуществляют на повышенном напряжении. Тогда между электрической станцией и потребителями сооружаются повышающие и понижающие (преобразовательные) подстанции.

Гидроэлектростанции (ГЭС), сооружаемые на створах рек редко располагаются
у крупных центров нагрузки. Тепловые электростанции (ТЭС) выгодно располагать вблизи залежей топлива. Крупные электрические станции связываются с центрами нагрузок линиями электропередачи (ЛЭП) высокого напряжения. Исключение могут представлять отдельные промышленные электрические станции небольшой мощности или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). ТЭЦ могут быть и крупными, но располагаются они вблизи потребителей, т.к. передача пара и горячей воды обычно осуществляется на относительно небольшие расстояния.

Совокупность объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок потребителей электрической энергии, связанных общим режимом работы в едином технологическом процессе производства, передачи и потребления электрической энергии в условиях централизованного оперативно-диспетчерского управления
в электроэнергетике называется электроэнергетической системой.

Единая энергетическая система России – это электроэнергетическая система, расположенная в пределах территории Российской Федерации, централизованное оперативно-диспетчерское управление которой осуществляется системным оператором Единой энергетической системы России[54].

Единая энергетическая система (ЕЭС) России делится на 69 региональных энергосистем, которые, в свою очередь, образуют 7 объединенных энергетических систем, стабильное взаимодействие которых контролирует системный оператор Единой энергетической сети. В ЕЭС России входит около 700 электростанций мощностью свыше 5 МВт каждая. Все энергосистемы соединены межсистемными высоковольтными линиями электропередачи напряжением 220-500 кВ и выше
и работают в синхронном режиме (параллельно).

От надежного функционирования объектов электроэнергетики и энергосистем зависит и устойчивость функционирования других объектов и территории в целом.
В то же время объекты сами электроэнергетики представляют опасность для близ проживающего населения, являясь опасными производственными объектами.

Авария в электроэнергетической системе – нарушение нормального режима всей или значительной части энергетической системы, связанное с повреждением оборудования, временным недопустимым ухудшением качества электрической энергии или перерывом в электроснабжении потребителей. Авария в энергосистеме всегда опасна последствиями, однако не каждая авария приводит к чрезвычайным ситуациям.

Основными критериями для отнесения технологических нарушений в работе энергосистем, электростанций, котельных, электрических и тепловых сетей
в электроэнергетической системе[55] к авариям являются:

взрыв или пожар с обрушением несущих элементов технологических зданий, сооружений энергетического объекта, если они привели к групповому несчастному случаю или несчастному случаю со смертельным исходом;

повреждение энергетического котла (водогрейного котла производительностью более 50 Гкал/час) с разрушением, деформацией или смещением элементов каркаса, барабана, главных паропроводов, питательных трубопроводов, если они привели
к вынужденному простою котла в ремонте на срок более 25 суток;

повреждение турбины, приведшее к повреждению строительных конструкций здания и вынужденному останову на срок более 25 суток;

повреждение генератора, приведшее к необходимости полной перемотки статора и вынужденному простою в ремонте на срок более 25 суток;

повреждение силового трансформатора, если это привело к вынужденному останову генерирующего оборудования или ограничению потребителей электрической энергии на срок 25 суток и более;

повреждение главного паропровода или питательного трубопровода, если оно привело к несчастному случаю или к ограничению генерирующей мощности электростанции на срок 25 суток и более;

работа энергосистемы или её части с частотой 49,2 Гц и ниже в течение одного часа и более или суммарной продолжительностью в течение суток более 3 часов;

аварийное отключение потребителей суммарной мощностью более 500 МВт или 50% от общего потребления энергосистемой вследствие отключения генерирующих источников, линий электропередачи, разделения системы на части;

повреждение магистрального трубопровода тепловой сети в период отопительного сезона, если это привело к перерыву теплоснабжения потребителей на срок 36 часов и более;

повреждение гидросооружения энергетического объекта, приведшее
к нарушению его безопасной эксплуатации и вызвавшее понижение уровня воды
в водохранилище (реке) или повышение его в нижнем бьефе за предельно допустимые значения;

нарушение режима работы электростанции, вызвавшее пятикратное и более увеличение концентрации выбрасываемых в атмосферу предельно допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ или трехкратное и более увеличение предельно допустимых сбросов (ПДС), сбрасываемых в водные объекты со сточными водами веществ, продолжительностью более одних суток;

нарушение режима работы электрической сети, вызвавшее перерыв электроснабжения города на 24 часа и более.

Крупные аварии в энергосистемах часто называют словом «блэкаут», в среде специалистов также используется термин «системная авария». Системная авария характеризуется большими масштабами пострадавшей территории
и продолжительным сроком восстановления энергосистемы. Такие аварии приводят
к чрезвычайным ситуациям, большая часть из которых могут приобрести масштаб региональной, межрегиональной либо федеральной чрезвычайной ситуации, т.е. ситуации, где привлечение сил и средств МЧС России неизбежно.

В последние годы наметилась тенденция к снижению количество аварий, происходящих ежегодно в энергосистеме России, в том числе аварий на объектах электроэнергетики (электрические станции, электрические сети, электроустановки потребителей) и аварийных ситуаций при теплоснабжении (теплогенерирующие установки и сети)[56] (рисунок 2.9).

 

Рисунок 2.9.Общее количество аварий в электроэнергетических системах за 2010-2016 г.г.

 

Чрезвычайные ситуации в электроэнергетических системах делятся на три вида[57]:

ЧС на автономных электростанциях с долговременным перерывом электроснабжения;

ЧС на электроэнергетических сетях с долговременным перерывом электроснабжения основных потребителей и населения;

ЧС, связанные с выходом из строя транспортных электрических контактных сетей.

Анализируя статистику аварий[58] на электроэнергетических системах можно выделить ряд закономерностей.

Первая закономерность – до 70% аварий в энергосистемах вызваны либо спровоцированы природными процессами и явлениями, в том числе:

повреждение линий электропередач, обрыв проводов, разрушение мачт из-за налипания снега и образования льда;

повреждение молниезащиты (как правило, верхний кабель ЛЭП);

повреждение линий электропередач и обрыв проводов из-за падения деревьев;

попадание молний;

воздействие ураганов и смерчей;

подтопление подстанций ливневыми осадками;

последствия наводнений;

последствия штормов и землетрясений, селей.

Вторая закономерность – влияние человеческого фактора. Прежде всего, причины следующие:

перегрузка электросетей в связи с использованием систем охлаждения либо отопительных приборов в условиях аномальных природных явлений (АПЯ);

ошибки операторов и обслуживающего персонала электрогенерирующих объектов;

умышленное повреждение или диверсии;

ошибки проектирования и строительства электроэнергетических систем;

повреждения систем в ходе хозяйственной деятельности.

Техническими причинами аварий являются: отказ оборудования, предусмотренное аварийное автоматическое отключение в системе, износ оборудования.

Источником аварий на электроэнергетических системах являются элементы энергосистемы – генерирующие объекты, подстанции, линии электропередач, городские распределительные сети, реже – объекты-потребители.

Аварии на электроэнергетических системах могут привести к долговременным перерывам электроснабжения потребителей, обширных территорий, нарушению графиков движения общественного электротранспорта, поражению людей электрическим током.

К возможным последствиям для города при возникновении аварий на электроэнергетических системах относятся:

нарушение дорожного движения (остановка метро, троллейбусов, трамваев, нарушение дорожного движения из-за прекращения работы системы управления городским движением);

отсутствие освещения в темное время суток;

нарушение работы предприятий системы жизнеобеспечения города (связь, канализация, водопровод, система отопления и т.п.);

отключение холодильных установок (как бытовых, так и промышленных);

угроза выхода из-под контроля производств с непрерывным циклом
(в химической, металлургической и т.п.) промышленности, грозящая техногенными авариями и катастрофами;

угроза отключения медицинского оборудования в больницах;

остановка работы всех предприятий (которые несут большие убытки);

отсутствие связи (все телефоны, включая мобильные, не работают, а также телевидение и радио);

не работают лифты (а застрявшие в них люди не могут выбраться);

бытовые неудобства и многое другое.

Современная история развития государств изобилует аварийными ситуациями, приведшими к ЧС на обширных территориях. Таких проблем не избежала ни одна крупнейшая экономика мира. Аварии в энергетике стали частью статистики ЧС. Актуальность проблемы показывают факты тяжелых последствий в разных регионах планеты, к которым привели крупнейшие аварии энергосистем.

Рассмотрим некоторые наиболее значительные аварии в энергосистемах мира[59].

14 августа 2003 года в восьми американских штатах и двух канадских провинциях прекратилась подача электроэнергии. Без электричества остались более 50 млн. человек. Финансовый ущерб составил не менее 6 млрд. долларов. Этот сбой
в системе электроснабжения США стал крупнейшей аварией в истории мировой энергетики, он получил название «Блэкаут-2003». Причинами техногенной катастрофы стали плохая координация действий энергетических компаний, устаревшее оборудование, ошибки персонала.

25 мая 2005 года из-за отключения коммутатора на подстанции «Чагино» (Юго-Западный административный округ г. Москвы) произошел сбой в подаче электроэнергии. Частично обесточенными оказались некоторые районы Москвы,
а также часть городов и населенных пунктов Московской и Тульской областей. Авария затронула несколько региональных энергосистем в операционной зоне ОДУ Центра, в том числе и энергосистему Москвы и Московской области, в которой были обесточены 322 подстанции 35–500 кВ. Развитие аварии привело также к отключению потребителей в смежных с Московской энергосистемах, находящихся
в операционной зоне ОДУ Центра: Тульской, Калужской, Рязанской, Смоленской.
В Московской энергосистеме произошло отключение потребителей мощностью около 2500 МВт. Суммарно отключенная мощность потребителей в объединенной энергосистеме составила около 3500 МВт. Предварительный ущерб в г. Москве составил 1,708 млрд. рублей, в Московской области – 503,94 млн. рублей, в Тульской области – 436,8 млн. рублей. Убытки ОАО «РЖД» составили порядка 650 млн. рублей. Ступинский металлургический комбинат оценил ущерб в 1 млн. долларов[60].

Ликвидация последствий аварий на электроэнергетических системах – это аварийно-спасательные, восстановительные и другие неотложные работы, проводимые при непосредственной угрозе или при возникновении аварий и других чрезвычайных ситуаций и направленные на спасение жизни и сохранение здоровья людей, функционирование транспорта и связи, снижение размеров вреда окружающей среде и материальных потерь, а также на локализацию зон аварий
и чрезвычайных ситуаций в случае расширения масштабов аварий на электроэнергетических объектах.

Организуют работы по ликвидации аварий на электроэнергетических системах федеральный либо субъектовый штабы (в зависимости от масштабов аварии) по обеспечению безопасности электроснабжения. В их составе работают представители МЧС России.