МОСКОВСКИЙ БЛЭКАУТ. КТО ВИНОВАТ И ЧТО ДЕЛАТЬ?
А. ПЕТРОВ (Москва).
В Москве находится самая крупная региональная энергосистема: на нее приходится 8% вырабатываемой в России электроэнергии и иногда более 10% потребляемой. От ее работы зависит, будет ли свет и тепло у 15 млн жителей Московского региона.
Свою родословную Московская энергосистема ведет с 1897 года, когда в городе была построена электростанция на Раушской набережной, почти напротив Кремля. Сегодня ее знают как ГЭС-1. Еще в 50-е годы ХХ века она снабжала электроэнергией наиболее важные правительственные объекты. В 1907 году построили электростанцию "Трамвайная", само название которой говорит, что она должна была питать контактную сеть московского трамвая.
К 1990 году Московская энергосистема объединяла более 25 генерирующих станций в самом городе, в Московской области и даже в прилегающих областях. Часть из них, теплоэлектроцентрали, или ТЭЦ, одновременно обеспечивают Москву еще и теплом. Пять самых мощных ТЭЦ, по 1,4 млн кВт, были введены в строй в 60-70-х годах прошлого века. Почти все они работают на газе.
Москва и ее окрестности охвачены кольцом мощных линий электропередачи напряжением 500 кВ. На этом кольце стоят семь узловых подстанций, которые понижают напряжение до 220 и 110 кВ и подают энергию на узловые распределительные подстанции. По линиям напряжением 500 кВ в кольцо поступает электроэнергия от Волжских и Волго-Камских гидроэлектростанций, Калининской атомной, Угличской и Костромской тепловых станций. Ближние электростанции в Рязанской, Тульской и Калужской областях связаны с Москвой линиями напряжением 220 кВ. По ним можно передавать мощность до 500 тыс. кВт. Основные подстанции за кольцом линий 500 кВ объединены еще одним внешним кольцом линий напряжением 220 кВ. Таким образом, генерирующие станции, крупные подстанции и крупные потребители связаны между собой не менее чем двумя линиями электропередачи, что и обеспечивает надежность работы каждого узла и всей системы в целом при выходе из строя какой-либо линии или узла.
Внутри города связь между генерирующими станциями, узловыми подстанциями и крупными потребителями также дублирована. Всего Московская энергосистема вырабатывает энергию мощностью 12,6 млн кВт, а в зимнее время максимум потребляемой мощности достигает 15 млн кВт (дефицит покрывают, добирая энергию из других регионов). Среди основных потребителей - промышленные предприятия, жилой сектор, транспорт, торговля. Значительная часть энергии тратится на поддержание работы самой энергосистемы. В то же время система отдает около 3% энергии Тульской и Владимирской энергосистемам.
РЕФОРМА ЭНЕРГЕТИКИ: РЫНОК И ГОСУДАРСТВЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
С переходом российской экономики на рыночные рельсы встал вопрос о том, как быть с оставшейся России в наследство Единой энергосистемой. Принадлежащие Российской Федерации электростанции и линии электропередач и объединили в РАО "ЕЭС России", ставшее естественным монополистом в области энергетики.
Экономический кризис привел к значительному сокращению промышленного производства. Проблемы возникали и у энергетиков. Новые мощности не вводились, оборудование действующих станций постепенно старело. Но до начала 2000-х годов РАО "ЕЭС России" успешно справлялось с обеспечением страны электричеством, поскольку потребности в энергии стали заметно меньше (см. таблицу 1).
Появился даже запас мощности, и именно тогда нужно было начинать реформу отрасли. Однако специалисты не сходились во мнениях о ее целях и темпах, и все оставалось по-прежнему.
Лишь 11 июля 2001 года было принято постановление Правительства РФ, которое определило главные направления преобразования РАО "ЕЭС России". Их суть в том, чтобы оставить под контролем государства ядро компании - магистральные линии электропередачи и диспетчерскую службу управления. Предприятия, производящие электроэнергию, должны стать независимыми территориальными генерирующими компаниями и превратиться в участников рынка электроэнергии (все гидроэлектростанции должны войти в одну компанию). На основе конкуренции возникнут стимулы для снижения издержек и тарифов, для ускорения разработки и внедрения инноваций, повышения прибыльности и привлечения на этой основе внутренних и внешних источников инвестиций. Заметим, что на подобных принципах, естественно, с неизбежными поправками на национальные особенности проведены реформы электроэнергетики во многих развитых странах мира, в том числе в США, Великобритании, Австралии. Началась либерализация рынков электричества и газа в странах Европейского союза.
К моменту принятия постановления экономическая обстановка в стране существенно поменялась. Начиная с 2000 года прирост ВВП составлял примерно 6% в год, и в динамично развивающихся регионах, в первую очередь в Москве, начал ощущаться дефицит электроэнергии. Кроме того, была декларирована цель удвоения ВВП в течение 10 лет, что требует и соответствующего увеличения выработки электроэнергии. К 2010 году по сравнению с 2000-м предполагается ее рост на 17%, а к 2020-му - на 45%. К 2020 году планируется ввести новые мощности на 135-140 млн кВт, то есть более половины того, что есть сейчас.
В Москве перестройка энергосистемы начала проводиться с апреля 2005 года. Из ее состава было выделено 13 независимых компаний: генерирующая (объединила все тепловые электростанции Московской области), две сетевые (городская и областная), несколько сбытовых, ремонтная. Все компании имеют собственные диспетчерские службы.
ЧТО ОБЩЕГ О МЕЖДУ ЧАЙНИКОМ И ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ?
До реформы работой всей энергосистемы и ее крупных узлов управляло Объединенное диспетчерское управление (ОДУ) Мосэнерго. В его основные задачи входило постоянное поддержание баланса между генерацией и потреблением мощности и предотвращение недопустимых перегрузок. Если в каком-либо звене системы происходила авария, ОДУ централизованно перераспределяло нагрузку между другими станциями и линиями передач. При крупных авариях оно поочередно отключало отдельных, заранее определенных наименее значимых потребителей, а позднее контролировало восстановление работы системы и постепенно возвращало в сеть потребителей. Такое отключение называют веерным.
Однако отключения генерирующих мощностей и линий передач происходят и автоматически, без участия человека. Причиной могут быть перегрузки, в результате которых снижается частота напряжения или перегревается трансформатор. Подобные системы автоматической защиты применяются и в быту, например в электрических утюгах и чайниках.
Хотя трансформаторы на подстанциях и генераторы на ТЭЦ могут работать с перегрузкой до нескольких часов, в обычном режиме они нагружены примерно на 85% установленной мощности. Резерв в 15% необходим не только на случай аварии, но и для проведения плановых ремонтных работ.
Зиму 2004/2005 года - период максимальной нагрузки - Мосэнерго пережило с дефицитом вырабатываемой мощности. Резерва в 15 % (о котором упоминалось выше) не было, почти все звенья работали на полную мощность. С приходом весны потребление уменьшилось почти на 40%, и часть объектов вывели в ремонт. Из-за этого дефицит мощности сохранялся.
КАК ГРОМ СРЕДИ ЯСНОГО НЕБА
Теплое солнечное утро 25 мая 2005 года началось для жителей Москвы как обычно. В начале десятого одни уже начали трудовой день, другие ехали на работу и учебу, кто-то отправился за покупками. И вдруг привычный ритм резко нарушился. В считанные минуты многие районы Москвы и области оказались обесточенными. Прекратилось движение по пяти линиям метро - десятки тысяч человек выбирались из вагонов, по путям выходили на темные станции и пешком поднимались по неработающим эскалаторам. На перекрестках погасли светофоры, и на улицах образовались многокилометровые пробки. Стояли трамваи и троллейбусы. Толпы людей не знали, что делать, как добраться до нужного места. Прекратили работу магазины. Только в лифтах застряли 1,5 тыс. человек. Не удавалось даже воспользоваться мобильными телефонами: сеть сотовой связи не справлялась с огромным числом вызовов. Из кранов перестала течь вода, под угрозой оказалась система канализации.
Подобная ситуация сохранялась почти полсуток. Лишь около 6 часов вечера возобновилось движение в метро, его включили одним из первых.
Позднее выяснилось, что без электричества остались 6 млн жителей. Электроснабжение было нарушено в пяти административных округах Москвы, в ряде районов южного Подмосковья, Тульской и Калужской областей. На пике аварии Московская энергетическая система на четверть снизила мощность подаваемой энергии. Такого никогда еще не было. Возникает естественный вопрос: как и почему произошла столь масштабная авария?
Все началось 24 мая 2005 года, когда около 9 часов вечера на подстанции "Чагино" на юге Москвы, самой мощной на кольце 500 кВ, произошел пожар: не выдержав перегрузки, сгорел измерительный трансформатор тока*.
Мощность трансформатора "грошовая", и сам по себе его выход из строя не нарушил бы серьезно работу подстанции. Но он стоял на открытом воздухе и был залит маслом. Возникший пожар сопровождался взрывом и выбросом масла, повлекшими повреждения соседнего оборудования. Сработала автоматика: подстанция аварийно отключилась вместе с подходящими к ней линиями. Одновременно отключилась связанная с подстанцией ТЭЦ-22. При этом было разорвано кольцо 500 кВ и отсоединена линия, питающая систему со стороны Каширы. Из-за отключения ТЭЦ-22 общая мощность системы резко упала - почти на 640 тыс. кВт. Все же система еще работала, и лишь позже сгоревший трансформатор сыграл роль того отсутствовавшего в кузнице гвоздя, который, как говорилось в известном детском стихотворении, стал причиной поражения целой армии.
У СЕМИ НЯНЕК…
К утру 25 мая кольцо 500 кВ энергетики восстановили, подсоединили линию от Каширы, но сама подстанция "Чагино", питающая южные электросети, еще не работала, а следовательно, оставалась выведенной из сети ТЭЦ-22. Ночью потребление энергии снижается, и у диспетчеров было время подготовиться к веерному отключению малозначимых объектов, чтобы компенсировать потери. Но этого сделано не было.
Диспетчеры недавно созданных компаний еще не приобрели опыта совместной работы в сложных условиях, да и отсутствовали соответствующие регламентирующие документы. Объединяющую их Службу системного оператора, которая по функциям соответствовала упраздненному ОДУ Мосэнерго, на момент аварии еще не полностью сформировали.
Утром во время пика потребления энергии система начала "сыпаться". На подстанциях южных электросетей из-за перегрузки стало снижаться напряжение. Нагрузка была столь велика, что на линиях 110 кВ напряжение упало до 85 кВ, и это привело к их автоматическому отключению. С 9 часов 23 минут до 10 часов 45 минут отключилось шесть линий 220 кВ. После этого диспетчеры потеряли контроль над обстановкой - она менялась быстрее, чем они реагировали.
В 10 часов 45 минут началось, как говорят энергетики, каскадное отключение. Практически одновременно, испытывая необычную перегрузку, частично или полностью отключились генерирующие станции - все семь ТЭЦ в южной части Москвы, ГЭС-1 напротив Кремля и четыре станции в Тульской области. В итоге Московская энергосистема потеряла 2500 тыс. кВт, или 26% всей мощности. Тульская энергосистема потеряла 900 тыс. кВт (87%), Калужская - 100 тыс. кВт (22%). Всего из энергосистемы были временно выведены более 300 подстанций. Благо вовремя сработавшая защитная автоматика позволила избежать поломок оборудования и сохранила работоспособность северной части энергосистемы Москвы.
Несмотря на предпринятые энергетиками усилия, быстро ликвидировать аварию было невозможно. Они сразу же стали подключать к работающей части системы линии передач и генерирующие станции. Но это дело не быстрое: перед подсоединением объекты надо сначала проверить. Кроме того, генераторы отключаются мгновенно, а чтобы вывести их вновь на рабочий режим, требуется довольно много времени.
Уже к 18 часам было частично налажено энергоснабжение жизненно важных и социально значимых объектов по списку, составленному заместителем мэра. Заработало метро, пошли трамваи и троллейбусы. К 21 часу из потерянных мощностей на 2500 тыс. кВт в систему были возвращены 1900 тыс. кВт. К 18 часам 26 мая энергосистему полностью восстановили.
"РАЗБОР ПОЛЕТОВ"
Для расследования причин и обстоятельств аварии была создана комиссия РАО "ЕЭС России" и рабочая группа Государственной думы. Свой взгляд на события высказали и крупные специалисты-энергетики. Единого мнения удалось достичь только в очевидном: главные причины аварии - растущий дефицит мощности, отсутствие резервов и моральное и физическое старение оборудования.
Что же касается именно событий 25 мая, то их непосредственными виновниками в отчете группы Государственной думы назван диспетчерский персонал, "приступивший к управлению режимами электростанций… вместо отключения потребителей".
Чтобы разобраться в действиях диспетчеров, следует вернуться к началу аварии, когда вышла из строя подстанция "Чагино" и оказалась отключенной ТЭЦ-22. По масштабам это была локальная авария, подобные которой происходили и прежде. С аварийно отключенными подстанцией "Чагино" и ТЭЦ-22 система спокойно проработала ночь - время минимальной нагрузки. Было ясно, что на восстановление подстанции "Чагино" потребуется более суток. В то же время кольцо 500 кВ еще имело большой запас мощности. Однако перекачать ее в южную часть энергосистемы оказалось невозможным. Ее не пропускали подстанции "Очаково" и ТЭЦ-26, на которых трансформаторы связи с кольцом находились на плановом ремонте.
Тем не менее до утра было достаточно времени, чтобы оценить ситуацию и принять меры. Южной части энергосистемы предстояло работать целый день с огромным дефицитом мощности, то есть потребовалось бы отключить более половины промышленных и непромышленных потребителей. Можно было бы на 3 часа отключать поочередно и потребителей жилого сектора. У диспетчеров были расчеты режима системы с учетом ее тогдашнего состояния и ожидаемого роста нагрузки, но они оказались неполными и неточными.
К 7 часам утра нагрузка начала расти, но диспетчеры продолжали заниматься изменением режимов работы станций и не приступали к отключениям. Наконец наступил момент, когда им, как пожарным при неожиданном прорыве огня, пришлось оперативно принимать решение и менять тактику борьбы при недостатке информации. Но пожарные в таких ситуациях оказывались не раз, а диспетчеры - впервые. Возможно, это и не позволило им принять единственно правильное решение - спасать главное (до этого они стремились сохранить все). До 10 часов 45 минут, когда произошел крах всей системы, оставалось полчаса, и можно было, чем-то пожертвовав, обеспечить работу важнейших объектов: государственных учреждений, больниц, родильных домов, транспорта, водопровода, предприятий связи, опасных производств и т. д. Но момент был упущен.
Как всегда, найти "стрелочников" не составило труда. Но виноваты и руководители как московских, так и российских энергетиков. Нельзя было начинать реорганизацию, не подготовив и не научив персонал действовать в критических ситуациях. В этом отношении показателен опыт включения в эксплуатацию нового блока на Калининской атомной станции. Его работников заранее обучали на полномасштабном тренажере, работающем в режиме реального времени. Отрабатывались как штатные рабочие режимы, так и аварийные ситуации любой сложности, при этом анализировались и работа системы, и реакция операторов. Но станция находилась в другом ведомстве - Росэнергоатоме, имевшем горький опыт Чернобыля.
НЕ МЫТЬЕМ, ТАК КАТАНЬЕМ
Справедливости ради надо сказать, что и в РАО "ЕЭС России" и в Мосэнерго сделали выводы и, имея практически те же ресурсы, что и до аварии, энергетикам удалось без серьезных сбоев проработать тяжелый зимний сезон 2005/2006 года.
В январе и феврале 2006 года столбик термометра опускался ниже -30°С. В январе система откликнулась рекордным максимумом потребляемой мощности - 16,2 млн кВт. (Прогноз в расчете на температуру -25°С составлял 16,5 млн кВт.) Трансформаторы на некоторых подстанциях работали с перегрузкой в 10 и даже 20%. Но на этот раз к работе в сложных условиях заранее готовились: был создан штаб по координации действий в период морозов, его сообщения, как военные сводки, передавались ежедневно.
В наиболее тяжелом положении оказалась северная часть города и Подмосковья, питаемая через подстанцию "Бескудниково". Из-за ее недостаточной пропускной способности здесь в самые холодные дни по утрам и вечерам энергетики ограничивали (с предварительным уведомлением потребителей) мощность в четырех административных округах. Самое жесткое ограничение, на 500 тыс. кВт (более половины мощности, которую передавала подстанция "Бескудниково"), вводилось 7 февраля. И хотя в феврале московская система достигла нового рекордного потребления - 17 млн кВт и работала на пределе, энергетикам удалось избежать аварийных перегрузок. Пусть за счет материальных потерь, которые понесли ограниченные в потреблении энергии промышленные предприятия, пусть за счет неудобств, которые испытали многие москвичи, но все жизненно важные объекты мегаполиса работали. За полгода провести кардинальную техническую реконструкцию такого "монстра", как Мосэнерго, нереально, и избежать крупных неприятностей удалось, как говорят в народе, не мытьем, так катаньем.
Цифры и факты
КРУПНЕЙШИЕ АВАРИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
- За рубежом с масштабными авариями энергосистем хорошо знакомы. Чаще всего они происходили в США. Популярное в годы Второй мировой войны слово "блэкаут" (в дословном переводе с английского - "затемнение") в новом значении появилось после 9 ноября 1965 года, когда в результате каскадной аварии без света остались восемь штатов на северо-востоке США и часть территории Канады. В Нью-Йорке и пригородах электроэнергия отключилась в 4 млн зданий. До 800 тыс. человек оказались застигнуты аварией в метро, и спасателям пришлось всю ночь выводить их на поверхность. Подачу электроэнергии восстановили лишь почти через сутки.
- Не менее серьезные последствия вызвала авария 13 июля 1977 года в Нью-Йорке. Она получила название "Ночь страха". Во время грозы в одну из ЛЭП попала молния, после чего весь многомиллионный город погрузился во мглу. Электричества не было более суток. В мегаполисе началось мародерство. Были арестованы 3766 человек, ущерб оценили в 300 млн долларов.
- США пострадали и от самого крупного в истории человечества сбоя в энергосистеме 14 августа 2003 года. Из-за короткого замыкания оказались обесточены три ЛЭП на северо-востоке США, но персонал энергетической компании не сразу заметил это. В результате началось каскадное отключение, охватившее восемь штатов США и канадскую провинцию Онтарио. Пострадали более 50 млн человек. Без света остались крупнейшие города региона - Детройт, Нью-Йорк, Кливленд, Оттава, Торонто. Из энергосистемы были выведены мощности на 61 млн кВт, а ликвидация аварии заняла почти двое суток. Общий ущерб достиг 6 млрд долларов.
- В памяти британцев черным остался день 28 августа 2003 года. Из-за сбоя на 34 минуты оказались обесточенными центр и юго-восток Лондона. Было частично парализовано лондонское метро, выключились светофоры на автодорогах.
- Так называемый скандинавский блэкаут произошел 23 сентября 2003 года. На четыре часа без света остались 5 млн шведов и датчан. В зоне отключения нарушилось движение поездов. Оказалось обесточен ным метро Копенгагена. Причиной стала авария на силовом кабеле, соединявшем Данию со Скандинавским полуостровом.
- Трагикомические причины привели к "Великому итальянскому блэкауту" 28 сентября 2003 года, в результате которого весь Апеннинский полуостров остался без электричества. Дело в том, что часть электроэнергии Италия получает из Германии по линиям, проходящим через Швейцарию. В тот день линии оказались перегруженными, и швейцарские и итальянские диспетчеры стали по телефону "выяснять отношения". Пока они препирались, линии начали аварийно отключаться, и 56 млн итальянцев остались без электричества. Ситуация усугубилась тем, что в Риме в эту ночь проводились массовые гулянья и многие горожане оказались запертыми в метро и в лифтах. Полностью электроснабжение восстановили через 16 часов.
Комментарии к статье
*Это устройство служит для измерения мощности в линии и защиты ее по току.
См. в номере на ту же тему
Читайте в любое время
