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