Marian Sobierajski

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

2. 1. Charakterystyka obszaru dotkniętego awarią • 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

3. 2. Stan systemu przed awarią • 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 awarii • 3.1. 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. 4

5. Sytuacja po wyłączeniu dwutorowej linii 220 kV Mikułowa-Polkowice Obniżenie napięć w sąsiednich stacjach 220 kV (Umin=206kV) Przeciążenie do 121%SN autotransformatora AT2 220/110kV w st. Leśniów. Zmiana kierunku przepływu mocy w obydwu autotransformatorach 220/110kV w st. Polkowice. Przeciążenie rzędu 20% trzech linii 110kV w rejonie stacji Czarna i Polkowice (np. Czarna-Pieszkowice, Polkowice-Pieszkowice) Z powodu braku obserwowalności linii 110kV OSP nie posiadał informacji o stanie ich obciążenia i narastającym zagrożeniu. 5

6. 10:06 - wyłączenie przeciążonej linii 110kV Czarna-Pieszkowice. • 10:14 w modelu rozpływowym odnotowano 9 przeciążonych linii 110kV • Podjęte działania OSP, OSD: • 11:12 załączenie linii 220kV Leśniów- Żukowice • Zwiększenie generacji mocy Q w el. Turów • 4) 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 opanowana • 7) Nierównomierne obciążenie transformatorów 400/110kV w st. Czarna • 8) Nie spełnione kryterium n-1 po wyłączeniu linii 220kV MIK-PLK. 3.2. Rozwój awarii 9

7. Krytyczna faza rozwoju awarii • Minęły 2 godz. od wyłączenia linii 220kV MIK-PLK. Nie podjęto próby załączenia przynajmniej 1 toru. • 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. 10

8. Sytuacja po wyłączeniu linii 220 kV Mikułowa-Leśniów • Po godz. 12. środkowo-zachodni obszar KSE utracił możliwość dopływu mocy z południa liniami 220 kV. • Od tej chwili szczytowe zapotrzebowanie mocy musiało być pokrywane mocą dostarczaną liniami 110 kV. • Napięcia w stacjach 220 kV obniżyły się poza zakres wartości dopuszczalnych (Leśniów-192 kV, Żukowice-185 kV, Polkowice-187 kV, Leszno-192 kV). • 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. • Nie stwierdzono na tym etapie przeciążeń w sieci NN, • Wystąpiły natomiast liczne przeciążenia w sieci 110 kV. Obliczenia na modelu KSE wykazały 14 przeciążeń linii 110 kV, w tym 4 ponad 20%. • Nastąpiły kaskadowe wyłączenia przeciążonych linii 110kV. • W związku z obniżonym napięciem doszło do wyłączenia generatorów HG-3 w El. Dychów oraz TG-2 w EC Z. Góra • Ponadto od zachodniej granicy Polski zbliżała się burza z wyładowaniami atmosferycznymi. 11

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

10. Sytuacja po wyłączeniu linii 220 kV Krajnik-Gorzów 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). Napięcia w sieci przesyłowej 220 kV spadły do poziomu 180 kV (Gorzów, Leśniów, Żukowice, Polkowice) a w sieci 110 kV do poziomu 80 kV. 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). 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. Stacja Gorzów utraciła całkowicie powiązanie z siecią 220 kV. 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). W odstępie kilku minut nastąpiło wyłączenia wszystkich trzech pracujących generatorów w EC Gorzów. 13

11. Topologia sieci zamkniętej po wyłączeniu linii 220 kV Leśniów-Gorzów Po godzinie 14. rozpoczął się proces odbudowy zasilania i odbudowy napięcia 14

12. Przebieg synchronizacji na dwutorowej linii 220kV Mikułowa – Polkowice 17

13. Działania zmierzające do opanowania i likwidacji awarii • Już po awaryjnym wyłączeniu dwutorowej linii 220kV Mikułowa-Polkowice służby dyspozytorskie podjęły szereg działań, mających na celu: • 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

14. Działania zmierzające do opanowania i likwidacji awarii • 4. 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. • OSP polecił także przerwanie prac planowych na stacji Mościska i załączenie do ruchu linii 400 kV Miłosna-Mościska. • 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

15. 5. Wnioski i zalecenia poawaryjne • 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.

16. 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.

17. DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ !