html{display:none} Инновации, упорство и новое начало | Schweitzer Engineering Laboratories

История электроэнергетики в Грузии

Инновации, упорство и новое начало

Часы показывали 2:30 ночи, когда в Национальный центр управления поступил первый звонок. Когда диспетчер ретранслировал сообщение, на мгновение все замерли.

«Оператор прибыл на подстанцию в Ксани. Начинайте последние приготовления».

Все сотрудники тут же вернулись к работе.

Действие происходило в Грузии 16 июня 2011 года. Небольшая группа инженеров собралась в Национальном центре управления, в комнате, из которой осуществляется управление электроэнергетической системой всей страны. У них была цель. Через 30 минут они собирались намеренно создать условия отключения электроэнергии, смоделировав короткое замыкание, разомкнув выключатель и отключив линию электропередачи напряжением 500 кВ — одну из самых важных линий в энергосистеме Грузии.

Большинство людей, независимо от отрасли, в которой они заняты, понимают, что такое отключение электроэнергии, и осознают серьезность такой ситуации. «Грузинская государственная электросистема» GSE), электроэнергетическая компания страны, понимала это лучше остальных. В течение двух десятилетий Грузия жила в условиях постоянных отключений электроэнергии. Сейчас GSE только что установила новую систему аварийного управления и хотела проверить ее работу в реальной аварийной ситуации.

Эта новая система была разработана компанией Schweitzer Engineering Laboratories (SEL).

Диего Родас, инженер SEL, мерил диспетчерскую шагами. Последние несколько месяцев он и его коллеги провели за проектированием системы аварийного управления, написанием релейной логики и моделированием полевых испытаний в соответствии со специальными требованиями GSE. Он знал, что система и логика верны. Но реальное испытание на мощной ЛЭП не может не вызывать волнения.

Линия электропередачи, о которой шла речь, называется Картли II. Это линия напряжением 500 кВ, по которой электроэнергия передается в столицу страны Тбилиси, где живут и работают более 1,5 миллиона человек. Линия входит в ту часть грузинской энергосистемы, которая называется «Центральной». Если какая-либо линия передачи «Центральной» выходит из строя, вся система выходит из строя.

«Грузинская государственная электросистема» (GSE) — оператор системы электропередачи. В ведении компания находится 3350 км линий электропередачи и 90 подстанций. Ее миссия - проектирование, обслуживание и эксплуатация этой безопасной, надежной, экономически жизнеспособной и доступной системы электропередачи для всех потребителей.

Типичный сценарий, показывающий, что происходит, когда «Центральная» выходит из строя из-за слишком большой нагрузки и спроса.

«Мы считаем, что для проверки в реальных условиях эксплуатации следует выбирать наиболее критическую сеть и наиболее критическую ситуацию», — отмечает Алеко Дидбаридзе, инженер GSE.

Если все пойдет хорошо, система аварийного управления SEL обнаружит преднамеренно созданную неисправность, примет решение, где и какую нагрузку сбросить, изолирует соответствующий выключатель, отправит на этот выключатель сигнал на отключение и предотвратит отключение электроэнергии в масштабе целой страны. Всё - менее чем за 100 мс.

Но если все пойдет не так, как планировалось, если логика неверна...

«Последствия были бы очень серьезными, — говорит Дэйв Долезилек, международный технический директор SEL. — Можно было с определенностью утверждать, что в воздухе витало напряжение».

Большую часть зала Национального центра управления занимают массивные экраны, показывающие всю энергосистему страны — каждую линию электропередачи, каждую подстанцию, каждый генератор, каждый поток энергии и уровень напряжения. Что бы ни произошло, это увидят все.

Для GSE результат этого испытания имел большое значение. Речь шла не только о подтверждении работоспособности новой системы. Речь также шла о грузе многих лет, в течение которых поставки электроэнергии в Грузии были ненадежными и нестабильными. Годы постоянных отключений. Лет финансового бремени.

Время приближалось к 3:00 ночи. Родас в последний раз проверил логику реле и кивнул в знак подтверждения. Операторы снизили пороги мощности. Все взгляды сосредоточились на экранах управления, и на мгновение повисла полная тишина.

Диспетчер проговорил в телефонную трубку:

«Отключите электричество».

Операторы GSE в Национальном центре управления Грузии готовятся к преднамеренному отключению электроэнергии в работающей энергосистеме.

Светящаяся линия, обозначающая ЛЭП Картли II напряжением 500 кВ, исчезла.

Экраны управления мгновенно загорелись. Система аварийного управления сбрасывала нагрузку на подстанциях всей Грузии, а свет все еще горел. Энергия продолжала поступать. По всей Грузии.

«С системой SEL отключения электроэнергии — в прошлом», — сказал диспетчер Уча Учанейшвили. Все в центре управления были согласны с тем, что это поворотный момент в истории электроэнергетики Грузии.

Но один вопрос пока остается без ответа: зачем специалисты GSE в кампании с инженерами SEL решили посреди ночи отключить свою наиболее важную линию электропередачи?

Ответ на этот вопрос начинается с обретения Грузией независимости.

Цена независимости

Грузия расположена в небольшом уголке юго-восточной Европы, на перекрестке дорог, ведущих в Азию. Зеленые холмы и обдуваемые ветрами деревни и растущее население окружены скалистыми и внушительными Кавказскими горами. В греческой мифологии эти горы считаются одним из столпов, на которых держится мир.

В столице страны Тбилиси, чьи мощеные улицы напоминают лабиринт, живет более миллиона человек, покой которых днем и ночью охраняет статуя "Мать Грузия". В одной руке она держит чашу с вином для тех, кто пришел как друзья; в другой — меч для тех, кто пришел как враги.

В Тбилиси можно наблюдать резкий контраст между традициями и современностью. Архитектура космической эры соседствует со зданиями, выглядящими так, как будто они вот-вот рухнут.

Сочетание старого и нового не стало исключением и в случае энергосистемы Грузии, особенно ее подстанций. Рядом с немногочисленными более новыми цифровыми реле были установлены электромеханические реле шестидесяти-семидесятилетней давности в пластмассовых корпусах, которые когда-то были прозрачными и белыми, а теперь покрылись царапинами и пожелтели от времени.

Old electromechanical relays populated every substation in Georgia, making overall power system stability difficult.

View Gallery

Грузия объявила независимость в начале 1990-х годов. До этого ее энергосистема была частью большой взаимосвязанной электроэнергетической системы Советского Союза. Когда СССР распался, то же произошло и со взаимосвязанной системой: она разделилась на части.

Эта расколотая система в сочетании со стареющим оборудованием серьезно сказалась на Грузии. Потеря взаимосвязанности привела к непреднамеренному появлению слабых мест и непредвиденным последствиям, потому что больше не было альтернативных источников энергии для компенсации отключения отдельных линий. Старые реле не могли «видеть» остальную часть энергосистемы и не могли сбрасывать нагрузку.

Более 20 лет Грузия страдала от постоянных отключений электроэнергии, число которых иногда насчитывало до 14 в год. Это было тяжелым финансовым и экономическим бременем для недавно обретшей независимость страны.

Слабое звено

Основным источником нестабильности являлась «Центральная» часть - линия электропередачи напряжением 500 кВ.

Проложенная с запада на восток «Центральная» передает электроэнергию от Ингурской ГЭС через Кавказские горы и затем через всю страну в самую густонаселенную область - Тбилиси.

Потребность Тбилиси в электроэнергии настолько перегружала «Центральную», что вызывала сбои и отключения. В этих случаях система перенаправляла подачу энергии на параллельную линию напряжением 220 кВ, которая не может передавать такое большое количество энергии, поэтому также испытывала перегрузку. Старые электромеханические реле на близлежащих подстанциях обнаруживали перегрузку и для защиты линии напряжением 220 кВ от повреждений посылали сигналы отключения. Однако поскольку система не могла сбалансировать нагрузку, это действие приводило к отключению электроэнергии.

После одного из самых масштабных отключений электроэнергии в стране в августе 2010 года Министерство энергетики выразило обеспокоенность ситуацией. Отключения электроэнергии ставили под угрозу национальную безопасность и стабильность экономики.

Сразу после этого GSE обратилась к одной из ведущих консалтинговых фирм для проведения анализа работы энергосистемы Грузии, ее поведения и реакций на различные события и непредвиденные обстоятельства. После воссоздания условий отключения электроэнергии в августе 2010 года GSE сформулировала свои основные требования. Ей было нужно, чтобы энергосистема обнаруживала неисправность, генерировала решение сброса нагрузки и отправляла его устройству управления выключателем за 100 мс или меньше.

«Нам было нужно решение, которое обеспечивало бы такое быстрое время доставки сигнала между подстанциями по всей стране, — говорит Дидбаридзе. — Ознакомившись с компанией SEL, мы увидели, что у этой компании есть технологии, необходимые для доставки сигнала отключения за очень короткое время».

Уложившись в установленный GSE срок, который оставлял менее четырех месяцев, SEL определила технические требования, спроектировала, изготовила, протестировала и установила решение, названное системой аварийного управления. Его концепция основана на децентрализованном, или распределенном, управлении. Оно быстро стабилизировало энергосистему GSE в степени, достаточной для предотвращения отключений электроэнергии по всей стране и ограничения перебоев в электроснабжении до небольших зон. Когда система аварийного управления была подвергнута реальному испытанию, она сработала за 12 мс, что намного меньше требуемого времени в 100 мс.

Инженеры SEL выполняют моделирование энергосистемы в лаборатории цифрового моделирования в режиме реального времени (RTDS). Таким образом они тестируют реакцию всех устройств энергосистемы клиента на различные реальные события.

View Gallery

После внедрения системы аварийного управления появилась новая задача: далее минимизировать отключения электроэнергии при возникновении неисправностей и повысить уровень контроля, прозрачности, интеллекта и функциональности системы. В случае GSE это означало добавление схемы корректирующих действий (RAS).

Система RAS основана на централизованном управлении. Контроллер находится в Национальном центре управления и каждые 2 мс проверяет всю энергосистему GSE, связываясь с другими устройствами, отслеживая уровни напряжения и потоки энергии, а также проверяя на наличие неисправностей. Другими словами, система RAS готова 500 раз в секунду принимать нужные меры, чтобы избавить страну от отключения электричества.

При такой быстродействующей системе защиты сеть связи должна иметь соответствующую пропускную способность. Таким образом, GSE также модернизировала сеть связи на основе SEL ICON, охватывающую почти все подстанции Грузии. Она быстродействующая: время передачи сообщения между центральным контроллером RAS и любым другим реле в стране составляет менее миллисекунды.

Кроме того, каждое полевое устройство RAS постоянно выполняет самотестирование и сообщает о состоянии, поведении и работе энергосистемы. Каждый раз, когда возникает неисправность или другое событие, устройства SEL автоматически направляют операторам подробные синхронизированные отчеты.

Энергосистема будущего

После внедрения системы RAS GSE перешла к следующему этапу модернизации.

В 2014 году GSE и SEL начали модернизацию десяти наиболее критически важных подстанций энергосистемы Грузии. Фидер за фидером старые электромеханические реле были заменены на новые цифровые микропроцессорные реле, которые значительно снизили вероятность сбоев и ложных отключений.

Они также начали использовать технологию обнаружения места неисправностей по бегущей волне (которая обнаруживает место неисправности энергосистемы с точностью до одного пролета между опорами), начали мониторинг всех своих линий передачи с помощью синхрофазоров и добавили отслеживание колебаний мощности для повышения стабильности системы и другие технологии.

Для GSE ценность новых технологий выходит за рамки просто сокращения количества отключений. В 2014 году GSE стала авторизованным оператором системы электропередачи, что предоставило компании управлять работой и планировать развитие всей сети электропередачи Грузии. Теперь благодаря новой преобразовательной подстанции постоянного тока высокого напряжения мощностью 700 МВт GSE может передавать энергию в Турцию и из Турции.

За успешное внедрение системы SCADA и телекоммуникационной системы в 2014 году GSE была удостоена награды «Лучшее ИТ-решение для бизнеса». Теперь компания также сертифицирована на соответствие требованиям стандарта ISO 9001:2008, что означает, что она соответствует международным стандартам непрерывного улучшения и превосходной работы во всех аспектах бизнеса.

А все началось с испытания одной линии передачи. Несмотря на то, что в масштабе энергосети это всего лишь единичное событие, оно продемонстрировало огромные возможности, которые открываются благодаря тесному сотрудничеству и нестандартному подходу. Пройдя от широкомасштабных отключений электроэнергии через аварийное управление к полному управлению системой, GSE ведет Грузию в будущее и оставляет прошлое позади.

—Конец—


«Нейрохирургическая» операция, проведенная на работающей подстанции

ЧИТАТЬ ИСТОРИЮ
«Нейрохирургическая» операция, проведенная на работающей подстанции

История модернизации компании PNM

ЧИТАТЬ ИСТОРИЮ
История модернизации компании PNM