Transcript KASKADOWA AWARIA NAPIĘCIOWA W ŚRODKOWO-ZACHODNIEJ CZĘŚCI KSE W DNIU 4 LIPCA 2009R Marian Sobierajski Studia Podyplomowe Smart Power Grids.

KASKADOWA AWARIA NAPIĘCIOWA
W ŚRODKOWO-ZACHODNIEJ CZĘŚCI KSE
W DNIU 4 LIPCA 2009R
Marian Sobierajski
Studia Podyplomowe Smart Power Grids
1. Charakterystyka obszaru dotkniętego awarią
1) Deficyt lokalnej generacji
 długimi ciągami moc przesyłana jest z
elektrowni systemowych: Dolna Odra,
Turów, Pątnów-Adamów-Konin
2) Niedorozwój sieci przesyłowej


brak połączenia Plewiska-Ostrów
brak połączenia Czarna-Polkowice
3) Rolę sieci przesyłowej pełnią
także linie 110 kV
 głównie na przekroju CzarnaPolkowice
 awaryjne wyłączenia linii NN prowadzą
do przeciążenia ciągów 110 kV i ich
kaskadowych wyłączeń
4) Występuje ryzyko utraty
stabilności napięciowej
 podczas wyłączeń remontowych sieć
przesyłowa pracuje na granicy
zdolności przesyłowych
5) Zmienność przepływów na liniach
wymiany
 występują przepływy kołowe silnie
zależne od generacji wiatrowej na
terenie Niemiec, co komplikuje
planowanie i prowadzenie ruchu
6) Obszar ten jest szczególnie
podatny na wystąpienie awarii
 planowane inwestycje w sieci NN
zapobiegłyby awarii
2
2. Stan systemu przed awarią
1) Planowe wyłączenia:





8:59
MORZYCZYN
Vieraden
KRAJNIK
blok gazowo-parowy w EC Z. Góra
generatory nr 2 i 3 w EC Karolin
linia 220 kV Leśniów - Żukowice
Linia 220 kV Leśniów - EC Z. Góra
Autotransformator y 220/110kV:
- AT1 w st. Leśniów
- AT1 w st. Morzyczyn
2) Proces operacyjnego
GORZÓW
planowania na dzień następny
w dniu 3 lipca przebiegał
standardowo
PLEWISKA
 wyniki analiz potwierdziły spełnienie
kryterium n-1 i dotrzymanie
wymaganych parametrów
technicznych
Z. GÓRA
LEŚNIÓW
3) W godzinach rannych w dniu
ŻUKOWICE
POLKOWICE
tor
1
2
tor
Hagenwerder
MIKUŁOWA
CZARNA
4 lipca 2009r nie przewidywano gwałtownych zmian
pogody
4) Nie przewidywano zagrożeń w
pracy rozważanego obszaru
KSE
3
3.1. Zdarzenie inicjujące:
3. Przebieg awarii
Awaryjne wyłączenie
dwutorowej linii 220kV
Mikułowa-Polkowice
MORZYCZYN
9:56 9:59
Vieraden
KRAJNIK
GORZÓW
Przyczyny wyłączenia toru 2.:
 większe niż zwykle
przyrosty drzew i zbliżenie
silnie obciążonych
przewodów do drzew.
 o godz. 9:56 wystąpiło
wysokooporowe zwarcie 1fazowe toru 2. i obustronne
wyłączenie toru.
PLEWISKA
Z. GÓRA
LEŚNIÓW
ŻUKOWICE
5%
(76
10
%)
Hagenwerder
MIKUŁOWA
tor
7 6%
1
tor
POLKOWICE
2
CZARNA
Skutki wyłączenia toru 2.:
 wzrost obciążenia toru 1. do
105% obciążalności,
 zbliżenie przeciążonych
przewodów do drzewa,
 o godz. 9:59 wystąpiło
wysokooporowe zwarcie 1fazowe i obustronne
wyłączenie toru.
4
Sytuacja po wyłączeniu dwutorowej linii 220 kV Mikułowa-Polkowice
MORZYCZYN
1) Obniżenie napięć w
sąsiednich stacjach 220 kV
(Umin=206kV)
9:59
Vieraden
2) Przeciążenie do 121%SN
autotransformatora AT2
220/110kV w st. Leśniów.
KRAJNIK
GORZÓW
PLEWISKA
Z. GÓRA
LEŚNIÓW
ŻUKOWICE
2
AT 10kV
0/1
22 21%
1
POLKOWICE
tor
MIKUŁOWA
4) Przeciążenie rzędu 20%
trzech linii 110kV w rejonie
stacji Czarna i Polkowice
(np. Czarna-Pieszkowice,
Polkowice-Pieszkowice)
1
2
tor
Hagenwerder
3) Zmiana kierunku przepływu
mocy w obydwu
autotransformatorach
220/110kV w st. Polkowice.
CZARNA
5) Z powodu braku
obserwowalności linii 110kV
OSP nie posiadał informacji
o stanie ich obciążenia i
narastającym zagrożeniu. 5
1) 10:06 - wyłączenie przeciążonej
linii 110kV Czarna-Pieszkowice.
2) 10:14 w modelu rozpływowym
odnotowano 9 przeciążonych linii
MORZYCZYN
110kV
11:12
3) Podjęte działania OSP, OSD:
 11:12 załączenie linii 220kV
Leśniów- Żukowice
 Zwiększenie generacji mocy Q w
el. Turów
GORZÓW
4) Efekty działań operatorów:
 odciążenie AT2 220/110kV w st.
Leśniów
 Odciążenie linii 110kV w rejonie
Czarna, Polkowice, Żukowice
PLEWISKA
(oprócz linii Czarna-Przylesie i
Czarna-Kalinówka przec. kilka %)
Z. GÓRA
 kierunek przepływu mocy w
LEŚNIÓW
autotransf. 220/110kV w st.
ŻUKOWICE
2
AT 10kV
10:06 Polkowice wraca do normalnego.
0/1
22 21%
5) Obciążenie elem. sieci NN<100%
1
POLKOWICE
6) Sytuacja napięciowa w sieci NN
1
opanowana
tor
2
7) Nierównomierne obciążenie
CZARNA
tor
transformatorów 400/110kV w st.
Czarna
8) Nie spełnione kryterium n-1 po 9
MIKUŁOWA
wyłączeniu linii 220kV MIK-PLK.
3.2. Rozwój awarii
Vieraden
KRAJNIK
Hagenwerder
Krytyczna faza rozwoju awarii
1) Minęły 2 godz. od wyłączenia linii
220kV MIK-PLK. Nie podjęto próby
załączenia przynajmniej 1 toru.
12:06
MORZYCZYN
Vieraden
KRAJNIK
GORZÓW
3) Skokowo, do 115% , wzrosło
obciążenie linii 220kV Mikułowa11:59
ŻUKOWICE
Leśniów. Wystąpiło rozwijające się
12:02 zwarcie 1-fazowe do drzewa, które
spowodowało wyłączenie linii przez
POLKOWICE
zabezpieczenia.
Z. GÓRA
1 1 5%
LEŚNIÓW
tor
1
tor
Hagenwerder
MIKUŁOWA
1) Godz.: 11:50 w st. Czarna
przystąpiono do wyrównywania
obciążeń transformatorów
400/110kV:
 zamknięto sprzęgło 110kV z
zamiarem przełączenia linii 110kV do
Chojnowa z systemu 2A na 1A,
 w efekcie wzrosło obciążenie do
(115-118)% i nast. wyłączenie dwóch
linii 110kV Czarna-Przylesie (11:59) i
Czarna-Kalinówka (12:02).
PLEWISKA
2
CZARNA
4) Wyłączenie linii 220kV MikułowaLeśniów było zdarzeniem
decydującym o rozwoju awarii.
10
Sytuacja po wyłączeniu linii 220 kV Mikułowa-Leśniów
1)
Po godz. 12. środkowo-zachodni obszar KSE utracił możliwość dopływu mocy z
południa liniami 220 kV.
2)
Od tej chwili szczytowe zapotrzebowanie mocy musiało być pokrywane mocą
dostarczaną liniami 110 kV.
3)
Napięcia w stacjach 220 kV obniżyły się poza zakres wartości dopuszczalnych
(Leśniów-192 kV, Żukowice-185 kV, Polkowice-187 kV, Leszno-192 kV).
4)
Wyniki obliczeń na modelu KSE wykazały znaczne obniżenie napięć także w
sieci 110 kV w rejonie awarii, w tym w 9 stacjach poniżej dopuszczalnych
wartości, do ok. 90 kV.
5)
Nie stwierdzono na tym etapie przeciążeń w sieci NN,
6)
Wystąpiły natomiast liczne przeciążenia w sieci 110 kV. Obliczenia na modelu
KSE wykazały 14 przeciążeń linii 110 kV, w tym 4 ponad 20%.
7)
Nastąpiły kaskadowe wyłączenia przeciążonych linii 110kV.
8)
W związku z obniżonym napięciem doszło do wyłączenia generatorów HG-3 w
El. Dychów oraz TG-2 w EC Z. Góra
9)
Ponadto od zachodniej granicy Polski zbliżała się burza z wyładowaniami
atmosferycznymi.
11
Dalszy rozwój awarii
MORZYCZYN
12:10
Vieraden
KRAJNIK
90
1. O godz. 12:09 w stacji Żukowice
wyłączenie AT1 220/110kV po
str. 110kV przez zabezpieczenie
odległościowe działające w
strefie wstecznej- przerwany
ostatni ciąg 110kV
%
2. O godz. 12:10 wystąpiło,
prawdopodobnie z powodu
wyładowań atmosferycznych,
rozwijające się zwarcie w linii
220kV Krajnik-Gorzów i
obustronne jej wyłączenie przez
PLEWISKA
zabezpieczenia odległościowe.
GORZÓW
12:09
12:16
Z. GÓRA
LEŚNIÓW
ŻUKOWICE
POLKOWICE
to
r1
tor
2
3. O godz. 12:16 nastąpiło w stacji
Leśniów samoczynne
załączenie wyłącznika DLF
245nc2 z powodu obniżenia się
ciśnienia. Linia napięcie
przyjęła
CZARNA
Hagenwerder
MIKUŁOWA
12
Sytuacja po wyłączeniu linii 220 kV Krajnik-Gorzów
1) Część KSE na zachód od Poznania zasilana była wyłącznie ciągiem linii 220 kV
Plewiska -Polkowice– Żukowice – Leśniów – Gorzów oraz pozostałymi 6 ciągami linii
110 kV z kierunku Poznania (el. Pątnów i Adamów) oraz Szczecina (el. Dolna Odra).
2) Napięcia w sieci przesyłowej 220 kV spadły do poziomu 180 kV (Gorzów, Leśniów,
Żukowice, Polkowice) a w sieci 110 kV do poziomu 80 kV.
3)
Dodatkowo na terenie województwa lubuskiego wystąpiły w tym czasie silne burze,
które prawdopodobnie były przyczyną dalszych wyłączeń dwóch ciągów 110 kV
zasilających Gorzów Wielkopolski z kierunku północnego (wyłączenia linii 110 kV
Chojna – Widuchowa o godzinie 13:34 i Kluczewo – Pyrzyce o 13:37).
4) Napięcie na szynach 220 kV w stacji Gorzów obniżyło się do wartości
160kV i o godz. 13:46 nastąpiło jednostronne wyłączenie linii 220kV
Leśniów-Gorzów przez zabezpieczenie odległościowe w stacji Gorzów.
5) Stacja Gorzów utraciła całkowicie powiązanie z siecią 220 kV.
6) W tym samym czasie doszło do przerwania (z przeciążenia) kolejnych dwóch ciągów
110 kV zasilających Gorzów z kierunku Poznania (wyłączenie linii 110 kV Strzelce
Krajeńskie – Drezdenko o godzinie 13:46 i sprzęgła w GPZ Sieraków o godzinie
13:52).
7) W odstępie kilku minut nastąpiło wyłączenia wszystkich trzech pracujących
generatorów w EC Gorzów.
13
Topologia sieci zamkniętej po wyłączeniu linii 220 kV Leśniów-Gorzów
MORZYCZYN
13:46
Vieraden
KRAJNIK
GORZÓW
PLEWISKA
Po godzinie 14. rozpoczął się
proces odbudowy zasilania i
odbudowy napięcia
Z. GÓRA
LEŚNIÓW
ŻUKOWICE
POLKOWICE
t or
1
tor
2
CZARNA
Hagenwerder
MIKUŁOWA
14
Przebieg synchronizacji na dwutorowej linii 220kV Mikułowa – Polkowice
17
Działania zmierzające do opanowania i likwidacji awarii
 Już po awaryjnym wyłączeniu dwutorowej linii 220kV MikułowaPolkowice służby dyspozytorskie podjęły szereg działań, mających na
celu:
1. Odbudowę planowanej konfiguracji sieci:
• załączanie do ruchu elementów wyłączonych do planowych prac
remontowych, w tym głównie linii 220 kV Leśniów-Żukowice,
2. Podniesienia poziomu napięcia w sieci przesyłowej:
• zwiększenie generacji mocy biernej w elektrowni Turów – polecono
pracę z maksymalną mocą bierną poza układem ARNE.
3. Podniesienie napięć w sieci 110 V:
• polecono odblokowanie układów ARST.
19
Działania zmierzające do opanowania i likwidacji awarii
4. Po wyłączeniu awaryjnym linii 220kV Mikułowa-Leśniów, a później GorzówKrajnik OSP polecił uruchomienie do pracy generacyjnej dwóch
hydrozespołów w El. Żydowo i jednego w El. Żarnowie.
5. W celu podniesienia napięcia w rozdzielni 400kV w stacji Plewiska (z
poziomu 349kV) OSP polecił podnieść napięcie w stacji Krajnik poprzez
zadanie nowych wyższych wartości napięć w układzie ARNE.
6. W dalszej kolejności OSP polecił uruchomić kolejny hydrozespół HZ2 w
Elektrowni Żydowo oraz prowadzić pracę bloku nr 9 w Elektrowni Pątnów z
maksymalną mocą bierną.
7. OSP polecił także przerwanie prac planowych na stacji Mościska i
załączenie do ruchu linii 400 kV Miłosna-Mościska.
8. Niestety, nie wszystkie działania służb dyspozytorskich przynosiły dobre
rezultaty:
- Przykład: Operacje łączeniowe w rozdzielni 110 kV w stacji Czarna.
Ich celem było wyrównania obciążenia transformatorów 400/110kV w stacji
Czarna. Skutek niepożądany to przeciążenie i wyłączenie dwóch linii
110kV.
20
5. Wnioski i zalecenia poawaryjne
1)W celu likwidacji niedorozwoju sieci zamkniętej w zachodnim obszarze KSE
konieczne jest szybkie zakończenie budowy linii 400kV Ostrów - Plewiska i
Czarna – Polkowice z transformacją 400/220kV.
2) Konieczne jest zapewnienie kontroli służb eksploatacyjnych nad torami
linii szczególnie w obszarach zagrożonych zwarciami poprzez gałęzie drzew.
3) W liniach 220 kV przechodzących przez tereny leśne rozważyć
zastosowanie zabezpieczeń różnicowych, które na ogół zapewniają działania
przy zwarciach wysokooporowych.
4) Zastosowanie w długich liniach 220kV lokalizatorów zwarć o małej
wrażliwości na rezystancję przejścia w miejscu zwarcia.
5) Przeanalizowanie charakterystyk R – X zabezpieczeń odległościowych na
liniach 220kV pod kątem:

możliwości poprawnego działania przy zwarciach poprzez znaczną
rezystancję przejścia,

zasięgu III stref zabezpieczeń odległościowych i możliwości zbędnych
działań wyłączających zdrowe, lecz przeciążone linie.
6) Przeanalizowanie nastaw zabezpieczeń odległościowych linii 110kV,
zwłaszcza w odniesieniu do członów rozruchowych i stref końcowych, dla
wyeliminowania zbyt wczesnego działania podczas przeciążeń.
7) Zastosowanie opomiarowania w sieci 110kV, umożliwiającego w przyszłości
pełną ich obserwowalność oraz wdrożenia narzędzi do symulacji on-line
zmian konfiguracji sieci 400/220/110kV.
8) Wykonanie zmian w układach kontroli łączeń synchronicznych celem
umożliwienia załączania linii w warunkach znacznych różnic napięć.
9) Instalacja baterii kondensatorów w wybranych stacjach sieci przesyłowej.
10) Wyposażenie KSE, w tym szczególnie zagrożone GPZ, w układy
podnapięciowego odciążania.
11) Wskazana jest również wymiana przewodów w krótkich ciągach 110kV
łączących stacje NN/110kV na przewody o przekrojach 240 mm2 lub na
przewody o podwyższonej obciążalności.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ !