РСК-МЕТАЛЛ

Хуже всего было, когда значительный рост числа нарушений технологического процесса был связан с переходом на новое электрооборудование, которое оказывалось более чувствительным к кратковременным нарушениям питания. При расследованиях такого рода аварий выяснялось, как правило, что проверка нового оборудования или технологической схемы на то, как на них влияют кратковременные нарушения питания, вообще не выполнялась. Нередко в руководящих органах промышленности можно было услышать, что промышленное технологическое оборудование правильно работает только в условиях неизменного напряжения и что требовать, чтобы при проектировании этого оборудования принимались какие-то меры на случай кратковременного перерыва питания — нонсенс. Были, разумеется, и положительные примеры правильно разработанных противоаварийных мер, но скорее как исключение.

Переход к рыночным отношениям радикально изменяет ситуацию. Предприятия нацелены на конечный результат своей деятельности и будут вкладывать средства в противоаварийные мероприятия, если это в целом рентабельно. Поэтому неизбежно сформируются условия, при которых энергосистемы будут так или иначе экономически заинтересованы в бесперебойной работе потребителей электрической энергии. Достаточно очевидно, что из указанного конфликта между электроснабжением, которое нужно для бесперебойной работы промышленных потребителей, и реальными возможностями электропотребления крупных промышленных объектов можно выйти только одним способом. Для этого требуется оптимальное сочетание мер, направленных на сокращение числа нарушений электроснабжения и на снижение чувствительности промышленных потребителей к кратковременным нарушениям.

В подавляющем большинстве случаев нельзя разобраться в том, какие меры будут эффективными, если не рассматривать процессы, возникающие в результате кратковременных нарушений электроснабжения и у потребителя (изменения скоростей вращения двигателей и т.п.), и в питающей сети (изменения напряжений, от которых зависит возможность самозапуска двигателей). Необходимость такого комплексного анализа существенно усложняет решение проблемы. При рассмотрении технических задач нужно иметь в виду ряд общих обстоятельств. Они перечислены ниже.

• Кратковременные нарушения питания вызывают появление в электрооборудовании предприятия (и, соответственно, в технологическом оборудовании) переходных процессов. Для того чтобы определить последствия кратковременного нарушения питания и найти наиболее простую и эффективную контрмеру, нужно рассматривать, как будут протекать эти переходные процессы без специальных противоаварийных мер и с различными мерами.
• Упомянутые переходные процессы происходят в электрической схеме в целом. Их нельзя разделить по ведомственной принадлежности электроустановок. Поэтому в общем случае при решении конкретных задач нужно учитывать свойства как внешнего, так и внутреннего электроснабжения. Например, противоаварийные меры в системе внутреннего электроснабжения зависят от параметров генерирующего оборудования, а при выборе последнего приходится учитывать параметры электроприемников (в первую очередь двигателей). Это значит, что полностью разделить задачи на те, которые решаются при проектировании внешнего электроснабжения, и те, которые относятся к внутреннему электроснабжению, невозможно.
• Электрические схемы и параметры оборудования много образны, поэтому «универсальных рецептов», скорее всего, не существует. Речь может идти лишь о более или менее общих закономерностях.
• Анализ переходных процессов, естественно, основывается на расчетах. Техника выполнения таких расчетов по специальным программам вполне освоена в организациях, текущая работа которых состоит в анализе переходных процессов в энергосистеме для нужд управления ею, для выбора средств противоаварийной автоматики и др. Разрыв между тем объемом знаний большинства специалистов по анализу переходных процессов, которым они располагают, и тем, который ну жен для решения обсуждаемых задач, не велик, но он есть.
• Для проектирования требуются утвержденные нормы и правила. Их необходимо разрабатывать, но нужно подчеркнуть, что отсутствие утвержденных норм только затрудняет решение задач, направленных на обеспечение бесперебойной работы промышленных потребителей, но отнюдь не означает невозможности решать эти задачи.
• Принятие эффективных противоаварийных мер для действующих предприятий возможно, хотя сложнее, чем для предприятий проектируемых или реконструируемых. Эти возможности вытекают из того, что большая часть противоаварийных мероприятий реализуется средствами защиты и автоматики, т.е. не требует переделки силовых электрических цепей. Имеющийся опыт разработки противоаварийных мер для действующих предприятий подтверждает это и показывает, что большая часть противоаварийных мероприятий является малозатратной.

Важно не допустить подмену цели, обеспечение бесперебойной работы промышленного потребителя непродуктивно транс формировать в задачу бесперебойного электроснабжения. Это принципиальный вопрос, в котором должна быть полная ясность. Здесь нужно учитывать ряд существенных факторов.

• Когда-то, примерно полвека назад, при неавтоматизированных промышленных производствах, существенными были только случаи исчезновения питания на длительное время, а перерывы питания на несколько секунд большой роли не играли. Тогда, действительно, задача бесперебойной работы потребителя сводилась к его бесперебойному электроснабжению, т.е. к электроснабжению, не прекращающемуся на долго. В настоящее время выдвигаемое промышленными предприятиями требование бесперебойности электроснабжения означает отсутствие перерывов питания на секунды или даже доли секунды. Но свести к нулю время, необходимое для восстановления питания после короткого КЗ, невозможно. Время расходуется не только на отключение поврежденного элемента сети, но в необходимых случаях на автоматическое повторное включение (АПВ) или автоматическое включение резервного питания (АВР).
• Количество перерывов питания на время КЗ, АПВ, АВР, приходящихся на долю каждого промышленного потребителя, таково, что условия работы большинства из них, если не принимать необходимых противоаварийных мер, удовлетвори тельными не являются. Принимать меры к тому, чтобы количество КЗ уменьшалось, можно и нужно, но снизить его до такой степени, чтобы снять остроту проблемы, невозможно или не рационально дорого.
• Опыт решения рассматриваемой проблемы применительно к различным промышленным производствам убеждает, что задача обеспечения бесперебойной работы промышленного потребителя в условиях периодически возникающих кратко временных нарушений электроснабжения может быть решена в общем случае в результате применения двухсторонних мер:

1. возможного снижения числа нарушений электроснабжения из за КЗ и по аналогичным причинам;
2. возможного снижения чувствительности промышленного производства к кратковременным нарушениям электроснабжения.

Везде, где говорится о нарушениях электроснабжения, имеются в виду нарушения электроснабжения ответственных тех электроприемников, от работы которых зависит сохранение непрерывного технологического процесса. В идеале, разумеется, бесперебойная работа желательна в отношении всех электроприемников. Деление всех нарушений электроснабжения на длительные и кратковременные необходимо потому, что противоаварийные меры, принимаемые на случаи дли тельных и кратковременных нарушений, в значительной мере различны. Кратковременными принято называть такие нарушения электроснабжения, которые ликвидируются релейной защитой и/или автоматикой. На это уходят доли секунды или несколько секунд, редко — десятки секунд.

При длительных нарушениях электроснабжения сохранить непрерывный технологический процесс на время, необходимое для выполнения переключений в электрической сети вручную, или ремонта в большинстве случаев невозможно. В этих случаях основная противоаварийная мера, кроме сокращения числа случаев длительных перерывов питания, — приведение в действие системы безаварийного прекращения технологического процесса (которая требует, очевидно, источника гарантированного питания соответствующей мощности).

Проектируя эту систему, важно правильно задать параметры ее запуска. Система должна запускаться во всех случаях, когда сохранить технологический процесс невозможно. В том числе и тогда, когда напряжение не исчезает полностью, но снижается до уровня, при котором двигатели тормозятся (или отключаются другие ответственные электроприемники). Это нужно иметь в виду для того чтобы избежать ситуаций, когда при аварийном снижении напряжения двигатели уже не могут нормально работать, а система прекращения технологического процесса еще не пришла в действие.

Система должна срабатывать с выдержкой времени, чтобы избежать остановок производства, если продолжительность перерыва питания меньше величины, критической для данного производства.
Более полное освещение темы см. Ю.Е. Гуревич, К.В. Кабиков «Особенности электроснабжения, ориентированного на бесперебойную работу промышленного потребителя», М., Изд-во «ЭЛЕКС КМ», 2005.

Ю. Гуревич, к. т. н., ведущий научный сотрудник, доцент ОАО «НИИ электроэнергетики»,
К. Кабиков, к. т. н., генеральный директор ОАО «Северо-западный инжиниринговый центр»