Marian Sobierajski

KASKADOWA AWARIA NAPIĘCIOWA W ŚRODKOWO-ZACHODNIEJ CZĘŚCI KSE

W DNIU 4 LIPCA 2009R

Studia Podyplomowe Smart Power Grids

1. Charakterystyka obszaru dotkniętego awarią1) 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 Czarna-Polkowice

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

MIKU£OWA

CZARNAPOLKOWICE

¯UKOWICE

PLEWISKA

Z. GÓRALEŒNIÓW

GORZÓW

KRAJNIK

MORZYCZYNVieraden

Hagenwerder

OSTRÓW

P¹tnów

KoninAdamów

Pasikurowice

EL. DOLNA ODRA

EL. TURÓW

ENEA

EnergiaPro

PLEW ISKA

PO LKO W ICE

ŻUKO W ICE

CZARNA

LEŚNIÓW

G O RZÓW

Z. GÓ RA

KRAJNIK

M O RZYCZYN

M IKUŁO W A

8:59

Hagenwerder

Vieraden

tor 1

tor 2

2. Stan systemu przed awarią1) Planowe wyłączenia: 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 planowania na dzień następny w dniu 3 lipca przebiegał standardowo

wyniki analiz potwierdziły spełnienie kryterium n-1 i dotrzymanie wymaganych parametrów technicznych

3) W godzinach rannych w dniu 4 lipca 2009r nie przewidy-wano gwałtownych zmian pogody

4) Nie przewidywano zagrożeń w pracy rozważanego obszaru KSE

3

4

3. Przebieg awarii3.1. Zdarzenie inicjujące:Awaryjne wyłączenie dwutorowej linii 220kV Mikułowa-Polkowice

Przyczyny wyłączenia toru 2.: większe niż zwykle przyrosty drzew i zbliżenie silnie obciążonych przewodów do drzew.o godz. 9:56 wystąpiło wysokooporowe zwarcie 1-fazowe toru 2. i obustronne wyłączenie toru.

Skutki wyłączenia toru 2.:wzrost obciążenia toru 1. do 105% obciążalności,zbliżenie przeciążonych przewodów do drzewa, o godz. 9:59 wystąpiło wysokooporowe zwarcie 1-fazowe i obustronne wyłączenie toru.

PLEW ISKA

PO LKOW ICE

ŻUKO W ICE

CZARNA

LEŚNIÓW

G O RZÓ W

Z. G Ó RA

KRAJNIK

M O RZYCZYN

M IKUŁO W A

9:56 9:59

Hagenwerder

Vieraden

(76%)105% tor 1

76% tor 2

1) Obniżenie napięć w sąsiednich stacjach 220 kV (Umin=206kV)

2) Przeciążenie do 121%SN autotransformatora AT2 220/110kV w st. Leśniów.

3) Zmiana kierunku przepływu mocy w obydwu autotransformatorach 220/110kV w st. Polkowice.

4) Przeciążenie rzędu 20% trzech linii 110kV w rejonie stacji Czarna i Polkowice (np. Czarna-Pieszkowice, Polkowice-Pieszkowice)

5) Z powodu braku obserwowalności linii 110kV OSP nie posiadał informacji o stanie ich obciążenia i narastającym zagrożeniu.

Sytuacja po wyłączeniu dwutorowej linii 220 kV Mikułowa-Polkowice

PLEW ISKA

POLKOW ICE

ŻUKOW ICE

CZARNA

LEŚNIÓW

GORZÓW

Z. GÓRA

KRAJNIK

MORZYCZYN

MIKUŁOW A

9:59

Hagenwerder

Vieraden

tor 1

tor 2

AT2

220/110kV

121%

5

1) 10:06 - wyłączenie przeciążonej linii 110kV Czarna-Pieszkowice.

2) 10:14 w modelu rozpływowym odnotowano 9 przeciążonych linii 110kV

3) Podjęte działania OSP, OSD: 11:12 załączenie linii 220kV

Leśniów- Żukowice Zwiększenie generacji mocy Q w

el. Turów4) Efekty działań operatorów: odciążenie AT2 220/110kV w st.

Leśniów Odciążenie linii 110kV w rejonie

Czarna, Polkowice, Żukowice (oprócz linii Czarna-Przylesie i Czarna-Kalinówka przec. kilka %)

kierunek przepływu mocy w autotransf. 220/110kV w st. Polkowice wraca do normalnego.

5) Obciążenie elem. sieci NN<100%6) Sytuacja napięciowa w sieci NN

opanowana7) Nierównomierne obciążenie

transformatorów 400/110kV w st. Czarna

8) Nie spełnione kryterium n-1 po wyłączeniu linii 220kV MIK-PLK.

PLEW ISKA

POLKOW ICE

ŻUKOW ICE

CZARNA

LEŚNIÓW

GORZÓW

Z. GÓRA

KRAJNIK

MORZYCZYN

MIKUŁOW A

11:12

Hagenwerder

Vieraden

tor 1

tor 2

AT2

220/110kV

121%10:06

3.2. Rozwój awarii

9

Krytyczna faza rozwoju awarii1) Minęły 2 godz. od wyłączenia linii

220kV MIK-PLK. Nie podjęto próby załączenia przynajmniej 1 toru.

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).

3) Skokowo, do 115% , wzrosło obciążenie linii 220kV Mikułowa-Leśniów. Wystąpiło rozwijające się zwarcie 1-fazowe do drzewa, które spowodowało wyłączenie linii przez zabezpieczenia.

4) Wyłączenie linii 220kV Mikułowa-Leśniów było zdarzeniem decydującym o rozwoju awarii.

PLEW ISKA

POLKOW ICE

ŻUKOW ICE

CZARNA

LEŚNIÓW

GORZÓW

Z. GÓRA

KRAJNIK

MORZYCZYN

MIKUŁOW A

12:06

Hagenwerder

Vieraden

tor 1

tor 2

115%

11:5912:02

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

12

Dalszy rozwój awarii 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 zabezpieczenia odległościowe.

3. O godz. 12:16 nastąpiło w stacji Leśniów samoczynne załączenie wyłącznika DLF 245nc2 z powodu obniżenia się ciśnienia. Linia napięcie przyjęła

PLEW ISKA

POLKOW ICE

ŻUKOW ICE

CZARNA

LEŚNIÓW

GORZÓW

Z. GÓRA

KRAJNIK

MORZYCZYN

MIKUŁOW A

12:10

Hagenwerder

Vieraden

tor 1

tor 2

90%

12:0912:16

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

PLEW ISKA

POLKOW ICE

ŻUKOW ICE

CZARNA

LEŚNIÓW

GORZÓW

Z. GÓRA

KRAJNIK

MORZYCZYN

MIKUŁOW A

13:46

Hagenwerder

Vieraden

tor 1

tor 2

Po godzinie 14. rozpoczął się proces odbudowy zasilania i odbudowy napięcia

14

Przebieg synchronizacji na dwutorowej linii 220kV Mikułowa – Polkowice

17

Już po awaryjnym wyłączeniu dwutorowej linii 220kV Mikułowa-Polkowice 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.

Działania zmierzające do opanowania i likwidacji awarii

19

Działania zmierzające do opanowania i likwidacji awarii4. Po wyłączeniu awaryjnym linii 220kV Mikułowa-Leśniów, a później Gorzów-

Krajnik 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 !