Awaria napięciowa w Polsce 26 czerwca 2006 r

AWARIA NAPIĘCIOWA W PÓŁNOCNO-WSCHODNIEJ
CZĘŚCI KSE 26 CZERWCA 2006 ROKU
Marian Sobierajski - Politechnika Wrocławska
Studia Podyplomowe Smart Power Grid
WPROWADZENIE
Bezpieczne wartości przesyłanych mocy dyktowane są obecnie przede
wszystkim obciążalnością termiczną linii oraz stabilnością napięciową.
W ośrodkach OSP na świecie prowadzi się systematyczne analizy
stabilności napięciowej sieci przesyłowych w cyklu rocznym,
miesięcznym, tygodniowym i dobowym.
Wykonywane są także bieżące analizy dla celów operatywnego
kierowania pracą systemu elektroenergetycznego.
Stałym składnikiem procedury opracowywania PKD dla KSE powinno być
badanie zapasu mocy biernej a także zapasu zdolności przesyłu mocy w
sieci przesyłowej.
Pomocą dla operatora może być także identyfikowanie najsłabszych
węzłów w sieci przesyłowej, wykonywane np. w 15 min. przedziałach
czasu.
2
Wpływ sieci dystrybucyjnych i generatorów na zmniejszanie się zapasu
stabilności napięciowej
• Układy regulacji przekładni pod obciążeniem transformatorów 110kV/SN
starają się przywrócić po 2-5 minutach zadany poziom napięcia po stronie SN.
• Przywracanie zadanych poziomów napięć SN powoduje wzrost przesyłu mocy
liniami przesyłowymi NN, co z kolei powoduje wzrost strat przesyłowych XI2
oraz RI2, zmniejszenie generacji linii BU2, i w konsekwencji dalsze obniżanie
się napięć w sieci przesyłowej.
• Wzrost zapotrzebowania na moc bierną towarzyszący przywracaniu zadanych
napięć w SN zmusza generatory do zwiększania wytwarzania mocy biernej aż
do granic wynikających z ograniczeń prądu wirnika i stojana.
• Kiedy jeden z generatorów osiąga graniczną wartość mocy biernej, wtedy
jego napięcie obniża się. Przy zadanej stałej wartości wytwarzanej mocy
czynnej powoduje to wzrost prądu stojana i zmniejszenie dopuszczalnej
wartości wytwarzanej mocy biernej.
• Pozostałe generatory przejmują na siebie wzrost wytwarzania mocy biernej,
aż do osiągnięcia swoich granicznych mocy biernych. Proces przeciążania
prądowego generatorów rozszerza się na kolejne generatory.
UTRATA STABILNOŚCI NAPIĘCIOWEJ 26 czerwca 2006r. - planowanie
Prognoza zapotrzebowania w szczycie rannym na dzień 26 czerwca 2006
roku uwzględniała historię zapotrzebowania mocy w pierwszy
wakacyjny poniedziałek oraz czynnik pogodowy (panujące upały).
Prognozowano 18200 MW, a faktyczne maksymalne zapotrzebowanie
wyniosło 18722 MW i wystąpiło o godz. 12:45.
Przyczyny zbyt niskiego oszacowanie zapotrzebowania:
• słabe rozpoznania przez OSP poboru mocy przez urządzenia
klimatyzacyjne,
• wzrost zapotrzebowania przez te urządzenia wraz z temperaturą,
• stosunkowo mały współczynnik mocy urządzeń klimatyzacyjnych
cosj  0.75, czyli tangens mocy tgj  0.9.
4
UTRATA STABILNOŚCI NAPIĘCIOWEJ 26 czerwca 2006r – deficyt MVAr
Już w godzinach przedpołudniowych w KSE zaczęły występować lokalne
deficyty mocy biernej.
Występowało obniżanie się poziomów napięć, głównie w północnowschodnich i centralnych obszarach Kraju.
Zapasy generacji mocy biernej w bliskich elektrycznie elektrowniach
Pątnów (PAT) i Ostrołęka (OST) szybko zostały wyczerpane.
Zapotrzebowanie na moc bierną pokrywane było przez dostawy z
elektrowni odległych elektrycznie, a nawet przez import mocy biernej.
5
Model rozpływowy KSE na godz 10.30 otrzymany na podstawie Estymatora Stanu
LEGENDA
> 1.00 Un
0.95-1.00 Un
0.90-0.95 Un
< 0.90 Un
399,0
218,1
393,4
411,1
225,2
391,0
406,8
232,0
222,3
382,0
219,3
215,6
231,1
213,5
231,3
230,9
387,1
208,6
233,0
213,3
406,2
237,1
212,7
213,9
208,8
211,7
221,3
393,1
393,8 392,2
224,9
211,9
214,2
365,8 207,9
210,2
221,5
208,0
225,7
223,8
214,0
208,0
230,7
405,3
241,2
232,5
238,3
395,3
397,8
238,6
415,6
239,3
6
402,1
UTRATA STABILNOŚCI NAPIĘCIOWEJ 26 czerwca 2006r – działanie ARST
Układy automatycznej regulacji napięcia w stacjach (ARST) pracowały
w trybie utrzymywania na zadanym poziomie napięcia na szynach
110 kV.
W sieci przesyłowej w węzłach o najniższych poziomach napięcia już
ok. godz. 11:00 występowały przypadki blokowania się układów ARST.
Proces ten nasilił się tuż przed wystąpieniem szczytu rannego ok.
godz. 12:45.
Blokada ARST wystąpiła w stacjach:
• ODM Bydgoszcz: Grudziądz, Bydgoszcz Zachód, Jasiniec, Olsztyn Mątki
• ODM Warszawa: Miłosna, Narew, Mory, Piaseczno.
Mimo wyczerpywania się zdolności regulacyjnych układów ARST
napięcia w sieci 110 kV o godz. 13:00 utrzymywały się na poziomie
bliskim lub powyżej wartości znamionowych.
7
Odtworzony bilans mocy biernej o godz. 12:30 oraz 13:00
Line reactive
generation
Transmission
losses
Import
from
UCTE
Generators
Loads
Bank
capacitors
Mvar
Mvar
Mvar
Mvar
Mvar
Mvar
12:30
8345,7
7208,3
95
4490,7
6158,2
443,4
13:00
8651,3
7299,6
92
4416,4
6394,3
534,8
Rise Mvar
305,6
91,3
-3
-74,3
236,1
91,4
3,7
1,3
-3,2
-1,7
3,8
20,6
Hour
Rise %
Zmiany mocy biernej w KSE 26 czerwca 2006 r w przedziale
czasu 12:30 – 13:00
4
percentage
Mvar transmission losses
3
2
Mvar demand
1
MW demand
0
Mvar geneartion of HV lines
-1
minute
-2
0
5
10
15
20
25
30
VIE
SLU400
1.02/0.99
DUN400
1.01/0. 98
KRA220
1.06/1. 05
ZYD
1.00/0.98
BYD
JAS
El. P AT
0.96/0.94
OLS
0.97/0.92
GRU400
0.95/0.92
ELK
0.99/0.93
GRU220
0.96/0.92
TEL
0.92/0.88
OST
1.04/0.98
P LO400
0.96/0.93
WLA
0.93/0.88
NAR400
0.95/0.92
CZE
P LE400
0.89/?
P LE220
0.92/0.93
OLM400
0.98/0.94
GBL
0.98/0.94
DUN220
1.00/0. 98
GOR
0.94/0.94
Napięcia:
Ugodz.12/Ugodz.13
GDA
0.97/0.94
P KW
0.92/0.90
LSN
0.92/0.92
ZRC400
1.00/0.97
HVDC
KRA400
1.00/0.99
P DE
0.92/0.89
PPD
KON
1.00/0.97
SOC
0.90/0.88
WTO
MOR
0.92/0.89
MIL220
0.98/0.94
LES
0.92/0.90
ADA
1.01/0.99
MIL400
0.97/0.94
P IA
0.92/0.88
ZGI
1.00/0. 99
KOZ400
1.02/0.98
JAN
1.03/1. 02
KOZ220
1.05/1. 01
Kra jo wy S ys te m E le ktro e ne rge tyc z ny
OSC400
1.01/1. 00
P EL400
1.02/1. 01
Napięcia
węzlowe w obszarze
KSE zagrożonym utratą
stabilności napięciowej
26.06.200626
rokuczerwca 2006 roku.
Rys.6. Schemat
obszaru
sieci przesyłowej
z obniżonymi
napięciami
Możliwe działania OSP zapobiegające lawinie napięć 26 czerwca 2006r.
W sytuacji narastającego zagrożenia utratą stabilności napięciowej Operator
mógł był podjąć działania zapobiegawcze:
• Blokada regulacji pod obciążeniem przekładni transformatorów 400/110 kV
oraz 220/110kV.
• Zwiększenie importu mocy czynnej kablem HVDC oraz zwiększenie
wytwarzania mocy biernej w Elektrowni Pątnów, Ostrołęka i Kozienice
kosztem zmniejszenia mocy czynnej generatorów.
• Zmiana konfiguracji sieci przesyłowej w celu łatwiejszego doprowadzenia
mocy biernej do obszarów deficytowych. Np. załączenie linii: 400kV
Połaniec–Ostrowiec, 220kV Konin-Sochaczew i Konin-Plewiska.
 Operator nie podjął jednak takich działań, być może z obawy o
konsekwencje ekonomiczne ograniczenia generacji oraz wyłączeń odbiorców.
 W tych warunkach ok. godz. 13:08 doszło do samoczynnego wyłączeniu
dwóch bloków (nr 2 i 3) w Elektrowni Ostrołęka, co zainicjowało awarię
napięciową.
11
Bezpośrednie przyczyny lawiny napięć 26 czerwca 2006r.
W Elektrowni Ostrołęka doszło do zadziałania ogranicznika prądu
stojana generatora bloku nr 2.
Ogranicznik prądu stojana działa na odwzbudzenie generatora i
wywołuje redukcję mocy biernej indukcyjnej, a co za tym idzie
obniżenie napięcia generatora.
To z kolei, przy stałej mocy czynnej, zwiększa prąd stojana i wzmaga
działanie ogranicznika tego prądu a tym samym powoduje dalsze
zmniejszenie mocy biernej i napięcia itd.
W wyniku takiego destabilizującego działania ogranicznika prądu
stojana i jego interakcji z ogranicznikiem kąta mocy (działającym na
zwiększenie wzbudzenia) doszło do utraty synchronizmu generatora, a
następnie do zadziałania zabezpieczeń podnapięciowych i odłączenia
bloku nr 2 od sieci przesyłowej.
W tym samym czasie analogiczne zjawiska zachodziły w pracy bloku nr
3, co doprowadziło do jego awaryjnego wyłączenia. Nastąpiło również
wyłączenie turbozespołu TZ3 w Elektrociepłowni A- Ostrołęka przez
zabezpieczenie odległościowe.
13
Rozwój lawiny napięć 26 czerwca 2006r.
Rozwój lawiny napięć w KSE w czasie 13:09 – 13:13
13:09 - EC Białystok, generator 2 - wyłączenie przez zabezp. U<
13:09 - EC Białystok, generator 4 - wyłączenie przez zabezp. U<
13:09 - El. Kozienice, blok 7, samoczynne wyłączenie (obniżenie U 6kV)
13:12 - El. Kozienice, blok 9, zmiana od Q=+325 Mvar do Q=+234 Mvar
13:12 - EC Starachowice, generator 1 - wyłączenie przez zabezp. U<
13:12 - EC Starachowice, generator 2 - wyłączenie przez zabezp. U<
13:12 - EC Starachowice, generator 3- wyłączenie przez zabezp. U<
13:13 - samoczynne wyłączenie łącza HVDC w stacji Słupsk, którym był
realizowany przesył 300 MW ze Szwecji do Polski.
14
Przenoszenie się lawiny napięć na inne obszary KSE 26 czerwca 2006r.
Po wyłączeniu łącza HVDC napięcie w st. Dunowo spadło o godz. 13:13
do wartości odpowiednio: 350kV (0,875p.u.), 199kV (0,905p.u.) i 103kV
(0,936p.u.).
Nastąpiło dalsze pogłębienie deficytu mocy czynnej i biernej w półn.wsch. i centralnej części Kraju, a także znaczny wzrost jej przesyłu ze
źródeł zlokalizowanych na południu kraju i z zagranicy.
Niektóre linie osiągnęły maksymalne dopuszczalny poziom obciążenia
dla występujących w tym czasie temperatur (ze względu na zwisy
przewodów).
Przesyły mocy czynnej i biernej na duże odległości spowodowały
dodatkowe straty mocy biernej i pogłębienie jej deficytu.
Nastąpiło załamanie napięcia w rozdzielniach sieci przesyłowej w
centralnej i półn.-wsch. części Kraju oraz utrata możliwości utrzymania
zadanych wartości napięcia w punktach przyłączenia do sieci
przesyłowej pozostałych elektrowni.
W tych warunkach poważnemu obniżeniu uległo także napięcie u
znacznej liczby odbiorców zasilanych z sieci rozdzielczej.
15
Działania Operatora w celu opanowania i likwidacji awarii
OSP podjął następujące działania w celu opanowania i likwidacji awarii :
 Uruchomienie hydrogeneratorów zlokalizowanych w pobliżu obszarów z
obniżonymi napięciami.
 Zwiększenie wytwarzania mocy przez jednostki nJWCD.
 Zablokowanie automatyki podnapięciowego wyłączania JWCD.
 Zwiększenie generacji mocy biernej w elektrowniach kosztem zmniejszenia
wytwarzania mocy czynnej.
 Import mocy czynnej z sąsiednich systemów.
 Wyłączenia odbiorców w obszarach o bardzo niskim napięciu.
 Zmiany konfiguracji sieci w celu podniesienia napięcia potrzeb własnych
wyłączonych bloków systemowych
 Ponowna synchronizacja wyłączonych bloków.
Działania podjęte przez Operatora okazały się skuteczne i ok. godz.
16:00 w KSE został przywrócone normalne warunki pracy.
16
Rys. 7. Proces przywracania napięć w sieci 400/220/110 kV, na przykładzie
stacji Płock 400/110 kV.
SE Płock
U[p.u.]
zaczep
1,10
12
1,05
10
1,00
8
0,95
6
0,90
4
0,85
2
0,80
10:30
0
11:00
11:30
12:00
12:30
U(110/1A)
13:00
U(400/I)
13:30
14:00
Z(TR2)
14:30
15:00
PODSUMOWANIE
Różnice cen energii w różnych częściach połączonych systemów mogą pociągać
za sobą realizacje przepływów mocy prowadzących do lokalnych deficytów
mocy biernej, obniżania napięć węzłowych w sieci przesyłowej.
Obniżone napięcia powodują z kolei zwiększanie strat przesyłowych mocy
biernej i zmniejszanie mocy pojemnościowej ładowania linii przesyłowych,
co następnie powoduje obniżanie napięć, itd., aż do utraty stabilności
napięciowej.
Ochrona sieci przesyłowej przed awarią napięciową wymaga zainstalowania w
systemie elektroenergetycznym automatyki zapobiegającej utracie stabilności
napięciowej przez zwiększanie wytwarzania mocy biernej w obszarach
deficytowych przez sterowane źródła albo przez zmniejszanie poboru mocy
czynnej i biernej w deficytowym obszarze.
W przypadku braku takiej automatyki Operator powinien podjąć działania
profilaktyczne wydając odpowiednie polecenia operatorom elektrowni oraz
operatorom
nadzorującym
pracę
właściwych
podsystemów
elektroenergetycznych.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ