Каскадные аварии в энергосистемах, их предотвращение и восстановление работоспособности энергосистем. Предотвращение крупномасштабного веерного отключения электроснабжения в крупных городах мегаполисах

Подождите немного. Документ загружается.

21C7C2C1.doc

106

- человеческий фактор;

- недостатки взаимодействия с соседними странами (или коммунальными организация-

ми);

• Нельзя избежать:

- природные явления (аварии, произошедшие вследствие человеческой халатности, та-

кие как крушение самолета или удар стрелой крана.

Мы пришли к выводу, что общие причины каскадных отклю-

чений электроэнергии в крупных городах-метрополиях не отличаются от вышеперечислен-

ных.

В частности, ошибочное срабатывание реле защиты часто ока-

зывает существенное влияние на устойчивость функционирования энергосистем большой

пропускной способности. В этой связи для обеспечения безопасной работы энергосистемы

необходимы соответствующие исследования схем защиты, а также координация при их ус-

тановке и настройке.

А.1.4. Меры противодействия

В данном разделе предложены меры противодействия, направленные на Iпредотвра-

щение крупномасштабных каскадных отключений электроэнергии в крупных городах-

метрополиях в контексте планирования и эксплуатации энергосистем.

В широком смысле меры противодействия распределены на две следующие катего-

рии:

- Категория A: мероприятия по ограничению районов отключения электроэнергии и

частоты;

- Категория B: мероприятия, направленные на ускорение процесса восстановления

энергосистемы.

А.1.4.1. Планирование энергосистемы

Категория A

(ограничение частоты и района отключе-

ния электроэнергии)

Категория B

(ускорение процесса восстановления)

TEPCO

•

Столичный округ Токио разделен на

несколько подзон, электроснабжение

каждой из которых осуществляется

через каналы электропередачи напря-

жением 275 кВ, соединяющие двух-

цепные воздушные линии и два или

три подземных кабеля в систему (та-

кая лучевая система может ограни-

чить зону веерного отключения элек-

троэнергии).

• Компания TEPCO взяла за правило

производить оценку пиковой потреб-

ности в экстремальных погодных ус-

ловиях для планирования компенса-

ции реактивной мощности вместо

значений потребности H3 или H1, ко-

торые обычно применяются при пла-

• Каждая подземная подстанция напря-

жением 275 кВ имеет разветвленную

маршрутизацию от источников напря-

жения 275 кВ, но, как правило, исполь-

зуется только один из этих каналов, а

остальные отключены. Если канал вы-

ходит из строя, то источник напряже-

ния переключается на другой канал.

• Кабельная сеть напряжением 66 кВ с

функцией переключения источников

энергоснабжения.

21C7C2C1.doc

107

нировании традиционных сетей.

Категория A

(ограничение районов отключения элек-

троэнергии и частоты)

Категория B

(ускорение процесса восстановления)

KPX

• Электроснабжение столичного округа

Сеула осуществляется посредством

полностью закрытой циклической се-

ти электропередачи напряжением 345

кВ, которая окружает данный район и

соединена с шестью межсистемными

линиями электропередачи.

• На подстанции напряжением 345 кВ

устанавливается источник динамиче-

ской реактивной мощности для повы-

шения устойчивости напряжения к

аварийным ситуациям на линиях элек-

тропередачи.

ONS

• Уточнение путей повышения устой-

чивости линий электропередачи и

компенсации реактивной мощности, а

также минимальных требований к

процессу подключения новых генера-

торов.

• Пересмотр принципов построения

систем зашиты.

Модернизация конфигурации элек-

трических шин, расположения сетей, а

также другие меры, направленные на

сокращение последствий крупных

аварий.

• Пересмотр системы планирования с

точки зрения процесса восстановления

(установка дополнительных шунти-

рующих реакторов параллельного

включения в целях облегчения процес-

са восстановления).

TERNA

• Сетевая система энергоснабжения

столичного округа и сеть подземных

кабелей отключаются только в случае

обнаружения опасного повышения

напряжения.

National Grid

• В ходе этапа планирования выявляют-

ся ограничения. Для аварийных си-

туаций предусмотрены специальные

восстановительные мероприятия.

А.1.4.1.1. Компания TEPCO

Компанией TEPCO применяется несколько мер, направленных

на повышение надежности поставок электроэнергии в столичный округ Токио, которые

реализуются в рамках этапа планирования системы.

• Топология системы состоит из радиально-лучевых подземных кабельных линий: кате-

гории - A, B.

Столичный округ Токио имеет полукольцевую воздушную систему передачи

электроэнергии напряжением 500 кВ с большой пропускной способностью и не-

сколькими трассами воздушных ЛЭП напряжением 275 кВ, ведущих к центрам на-

грузки. Эти воздушные ЛЭП напряжением 275 кВ подают значительные количества

электроэнергии на стационарные подстанции, с которых по разветвленной системе

подземных кабелей напряжением 275 кВ осуществляется электроснабжение перена-

селенного города.

21C7C2C1.doc

108

• Работа электрической сети по радиальной схеме: категория - A .

Все поземные кабельные каналы напряжением 275 кВ взаимосвязаны, однако,

как правило, предусмотрена возможность их размыкания в точках соединения.

Рисунок 0-1

• Переключение потребительских нагрузок, пострадавших после аварии: категория – B.

Каждая система подземных кабелей напряжением 275 кВ, питающая две под-

земные подстанции, управляется по радиальной схеме, и каждая подстанция имеет

два источника электроснабжения (подстанция напряжением 500 кВ).

Система электроснабжения напряжением 66 кВ в столичном округе Токио по-

строена и эксплуатируется по тому же принципу, что и система напряжения 275 кВ.

При серьезных авариях, таких как отключение двух цепей напряжением 275

кВ воздушных ЛЭП, обесточенные подземные подстанции 275/66 КВ могут быть пе-

реключены на другие воздушные ЛЭП напряжением 275 кВ путем замыкания пере-

ключателей в пунктах взаимного соединения сетей 275 кВ и, таким образом, элек-

троснабжение может быть восстановлено в течение короткого периода времени.

Кроме того, питающие линии распределительной сети напряжением 66 кВ

подземных подстанций напряжения 275 кВ могут быть переключены на соседние

подземные подстанции того же напряжения в целях ускоренного восстановления

электроснабжения.

Основные подстанции столичного округа Токио

Генераторы

Воздушные ЛЭП

Подземные кабели

Подстанции

21C7C2C1.doc

109

System configuration in the metropolitan area

500/275kV Substation

275kV Substation in suburb area

275/66kV Substations in the metropolitan area

500kV system

Substation

Transmission

Line

275kV

Overhead

275kV

Underground

275kV

500

Normally Open

Рисунок 0-2

275/66kV S/S

66kV S/S

66kV underground cable system in the metropolitan area

Nomally open

Рисунок 0-3

• Прогнозирование нагрузки при экстремальных погодных условиях: категория – A.

После крупномасштабного веерного отключения электроэнергии, пережитого

в 1987 году, мы взяли за правило осуществлять оценку пиковых потребностей в

электроэнергии при для планирования компенсации реактивной мощности вместо

значений потребностей H3 или H1, которые обычно используются при традиционном

процессе планирования электросети. В качестве экстремальных погодных условий

избрана очень жаркая погода, что случается каждые четыре-пять лет.

• Совершенствование системы на основе критерия N-2: категория – B.

Совершенствование электросетей большой пропускной способности осущест-

вляется на основе критерия N-1. Однако, как было упомянуто выше, как сети сверх-

Конфигурация системы в столичном округе

Система 500 кВ

Подстанция 500/275 кВ

Подстанция 275 кВ в пригороде

Подстанции 275/66 кВ в столичном округе

Подстанции

Линии электропередачи

Обычно

разомкнуты

Система поземных кабелей 66 кВ в столичном округе

Подстанции 66 кВ

Обычно

разомкнуты

Подстанции 275/66 кВ

21C7C2C1.doc

110

высокого напряжения, так и вторичные распределительные сети (66 кВ) планируют-

ся и строятся с соблюдением требований быстрого восстановления при возможном

возникновении двойной аварийной ситуации (N-2), например, двойного отключения

цепей воздушной ЛЭП напряжением 275 кВ.

А.1.4.1.2. Компания KPX

Электрораспределительные сети южнокорейской энергосис-

темы имеют три уровня напряжения: 765 кВ, 345 кВ, и 154 кВ. Для каждого уровня приме-

няются свои принципы системного планирования и критерии обеспечения безопасности ос-

новной сети энергосистемы. Эти критерии применяются в едином порядке, как при плани-

ровании, так и эксплуатации, за исключением сети напряжением 765 кВ.

< Сеть электропередачи напряжением 345 кВ и 765 кВ в столичном округе Сеул >

Рисунок 0-4

• Электрораспределительная сеть 765 кВ предназначена для прямой поставки в столич-

ный округ электроэнергии, вырабатываемой на крупных электростанциях, и соединения

производственных предприятий (более 3 000 МВт установленной мощности) с пере-

дающими сетями.

При единичной аварийной ситуации не должно произойти перерыва в электро-

снабжении, перегрузки или падения напряжения. Критерий также определяет, что при

возможном возникновении двойной аварийной ситуации не должно произойти потери

синхронизации, длительных перерывов в электроснабжении, распространения неис-

правностей, изолирующего секционирования вследствие колебаний, а также неустойчи-

вости напряжения.

Двойная аварийная ситуация не принимается в расчет при планировании, поэтому

системный оператор должен самостоятельно разрабатывать оперативные меры проти-

водействия , предпринимаемые при двойной аварийной ситуации на мощностях напря-

жением 765 кВ.

• Электрораспределительная сеть 345 кВ предназначена для поддержания основной оси

межсистемных передающих сетей и служит в качестве источника электроснабжения

центральной части большого города посредством системы подземных кабелей. Она

Столичный округ

Форма

Цвет

Электростанции

Подстанции

Подземные кабели

Черный – 154 кВ

Синий – 345 кВ

Красный – 765 кВ

21C7C2C1.doc

111

также необходима для обеспечения доступа к общей сети крупных и средних электро-

станций общей мощностью более 1 000 МВт.

Даже при возникновении двойной аварийной ситуации не должно произойти по-

тери синхронизации, длительных перерывов в электроснабжении, каскадного распро-

странения отключений, изолирующего секционирования вследствие колебаний, а также

неустойчивости напряжения.

• Электрораспределительная сеть 154 кВ предназначена для формирования основных пе-

редающих сетей местного масштаба или объединения замкнутых подсистем передачи

электроэнергии в границах действия подстанции напряжением 345 кВ. Она также необ-

ходима для обеспечения доступа к общей сети электростанций общей мощностью менее

1 000 МВт.

Даже при возникновении двойной аварийной ситуации не должно произойти дли-

тельных перерывов в электроснабжении или каскадного распространения отключений

электроэнергии на другие сети основного контура напряжения 154 кВ.

В соответствии с южнокорейскими правилами обеспечения

надежности, если источником беспокойства являются крупномасштабные отключения и не-

устойчивость магистральной энергетической системы, то системный анализ и изучение

многократных аварийных ситуаций в системах 765 кВ и 345 кВ могут быть выполнены

только в операционном контексте.

Вместе с тем в южнокорейской электроэнергетической систе-

ме применяется ряд мер противодействия крупномасштабным отключениям, которые реа-

лизуются в рамках этапа планирования системы: категория – A.

• В целях повышения гибкости и надежности электроснабжения столичного округа Се-

ула, крупнейшего потребителя электроэнергии, на который приходится более 40% об-

щей нагрузки, город окружает полностью замкнутая сеть электроснабжения напряже-

нием 345 кВ, соединенная с шестью межсистемными ЛЭП, несущими значительные ко-

личества электроэнергии.

• Система предназначена для поставки реактивной мощности в замкнутую сеть столич-

ного округа Сеула, а также повышения устойчивости напряжения при аварии на важной

линии электропередачи. Источники динамической реактивной мощности устанавлива-

ются на подстанциях напряжением 345 кВ.

С точки зрения будущей надежности, общая организация сис-

темы выглядит соответствующей указанным выше критериям. Вместе с тем уровень соот-

ветствия зоны самого Сеула является недостаточным, даже с учетом импорта мощности че-

рез линии межсистемного соединения. Ряд компаний-производителей электроэнергии уже

разработали подробные планы строительства производственных мощностей в столичном

округе или выразили готовность к соответствующим инвестициям.

А.1.4.1.3. Компания ONS

Вследствие того, что ни одна энергосистема не может быть за-

страхована от аварийных отключений электроэнергии, а повышение уровня планирования с

критерия N-1 до критерия N-2 требует значительных затрат, бразильская программа защиты

энергосистемы основана на следующих трех принципах:

21C7C2C1.doc

112

• Проведение мероприятий, направленных на сведение к минимуму вероятности крупных

аварий. Такие меры эффективны при снижении степени серьезности аварий:

категория –A.

• Проведение мероприятий, направленных на сведение к минимуму последствий распро-

странения неизбежных аварий. Такие меры эффективны при ограничении непосредст-

венных последствий аварий: категория – A.

• Проведение мероприятий, направленных на оптимизацию времени восстановления. Та-

кие меры эффективны при сокращении времени восстановления нагрузки, если они

считаются приемлемыми с точки зрения потребителей: категория – B.

В контексте планирования электроэнергетической системы в

Бразилии предпринимаются следующие меры:

• Исследования, направленные на определение путей повышения надежности линий

электропередачи и компенсации реактивной мощности в целях внедрения процедур

Электросетевого кодекса: категория – A.

• Определение минимальных требований для подключения новых генераторов к объеди-

ненной системе (характеристики систем возбуждения, стабилизатора энергетической

системы, характеристики выходной мощности генератора и т.д.), как указано в Элек-

тросетевом кодексе: категория – A.

• Удаление средств дистанционной резервной защиты и установка дублирующей защиты

на каждый компонент системы, блоковой защиты на шины и устройств резервирования

отказов выключателей: категория – A.

• Пересмотр системы планирования с точки зрения восстановления энергосистемы (опре-

деление мест установки дополнительных шунтирующих реакторов параллельного

включения в целях облегчения процесса восстановления): категория – B.

• Улучшение внутренних характеристик имеющихся подстанций посредством модерни-

зации конфигурации шин, расположения сетей, а также других мер, направленных на

сокращение последствий крупных аварий: категория – A.

Пример: Перекомпоновка электростанции Bauru после веерного отключения 1999 года.

21C7C2C1.doc

113

До

~ ~ ~ ~

ILHA SOLTEIRATRКS IRMГOSJUPIБTAQUARUЗU

CAPIVARA

ASSIS

BAURU

БGUA

VERMELHA

ARARAQUARA

EMBUGUAЗU CABREЪVA

T. OESTE

TR1

После

~ ~

TRКS IRMГOS

JUPIБ

BAURU

EMBUGUAЗU CABREЪVA

T. OESTE

TR1

TAQUARUЗU

CAPIVARA

БGUA

VERMELHA

ARARAQUARA

ASSIS

TR2

~ ~

ILHA SOLTEIRA

Рисунок 0-5

А.1.4.1.4. Компания TERNA

• На рисунке показано, что столичный округ Рима имеет полукольцевую воздушную сис-

тему передачи электроэнергии напряжением 380 кВ с большой пропускной способно-

стью, четыре основные подстанции напряжения 380 кВ, и воздушные линии передачи

21C7C2C1.doc

114

электроэнергии напряжением 220 кВ, ведущие к центру города. От этих линий по под-

земным кабелям 220 кВ осуществляется электроснабжение значительной части город-

ских потребителей.

• Что касается предотвращения крупномасштабных отключений электроэнергии в круп-

ных городах-метрополиях, то в настоящее время в Италии компанией TERNA приме-

няются те же мероприятия, которые обычно используются для предотвращения каскад-

ных аварий (см. параграфы.5.6. и .5.7. "Белой книги").

• Сетевая организация: категория – A

Следует отметить, что столичный округ обычно снабжается электроэнергией по се-

тевому принципу, и подземные кабели отключаются только в том случае, когда выявляется

опасное повышенное напряжение. В целях лучшего регулирования профиля напряжения и

сокращения числа случае отключения кабелей недавно были установлены два шунтирую-

щих реактора параллельного включения на двух подстанциях в районе Рима. Немедленным

результатом этого стало сокращение количества случаев отключения кабелей в непиковый

период работы системы, что позволяет осуществлять сетевой принцип работы электросети

столичного округа Рима.

Рисунок 0-6

380kV Overhead

220kV Overhead 220kV Underground

Воздушные 380 кВ Воздушные 220 кВ Подземные 220 кВ

21C7C2C1.doc

115

А.1.4.1.5. Компания National Grid

• Ограничения, выявленные на этапе планирования и специальные мероприятия, приме-

няемые при критических неисправностях: категория – A.

А.1.4.2. Эксплуатация электроэнергетической системы

Категория A

(ограничение частоты и района отключения элек-

троэнергии )

Категория B

(ускорение процесса восстановления)

TEPCO

• Автоматический регулятор секционирования,

предназначенный для поддержания поставки

электроэнергии наиболее важным потребителям

путем выполнения секционирования энергосис-

темы с образованием секций с производствен-

ными мощностями.

•

Перед каждым плановым отключением электросети

сверхвысокого напряжения системные операторы

вырабатывают процедуры восстановления на слу-

чай дополнительных нештатных ситуаций.

•

Операторы диспетчерских центров каждого уровня

обязаны регулярно проводить тренировки.

• В целях подготовки к действиям в условиях сти-

хийных бедствий, таких как сильные землетрясе-

ния,

ежегодно проводятся тренировки по обмену

информацией.

KPX

• Применение секционирования в системе элек-

тросетей напряжением 154 кВ (работа по ради-

альной схеме).

• Три категории схем аварийной разгрузки: при

термической перегрузке, пониженной частоте и

неустойчивости напряжения.

• Специальные системы защиты от неус-

тойчивости напряжения и неустойчивости в пе-

реходном периоде.

• На основе результатов анализа нештатной си-

туации в реальном масштабе времени операто-

ры проверяют степень защищенности системы и

предпринимают управленческие действия для

повышения ее безопасности и надежности.

• Процедура восстановления определяется заранее

на основе отдельного комплексного исследования.

• Регулярная подготовка операторов к действиям в

обычных и чрезвычайных ситуациях с использо-

ванием специальных тренажеров диспетчеров.

• План запуска из полностью обесточенного состоя-

ния пересматривается ежегодно в соответствии с

развитием электроэнергетической системы.

• Проводятся совместные тренировки участников

рынка электроэнергии в целях совершенствования

взаимодействия в условиях запуска из полностью

обесточенного состояния.

ONS

• Пересмотр спецификаций и принципов на-

стройки систем управления и защиты.

• Развитие критериев и средств исследований.

• Специальные системы защиты.

• Определение электростанций и подстанций, жиз-

ненно необходимых для запуска из полностью

обесточенного состояния.

• Подготовка диспетчеров и тестирование устройств

запуска из полностью обесточенного состояния.

TERNA

• Продолжающиеся исследования в целях разра-

ботки новых технических решений обеспечения

ускоренного процесса восстановления, в ходе

которых изучается возможность секционирова-

ния данного района с использованием крупной

электростанции, расположенной недалеко от

города.

• Для улучшения регулирования напряжения ус-

тановлены шунтирующие реакторы параллель-

ного включения.

• Процесс восстановления электросети Рима касает-

ся незначительного числа электростанций и под-

станций, что упрощает процедуру включения,

укорачивает период подготовки сети и обеспечи-

вает более низкую вероятность ошибочных дейст-

вий и меньшее время восстановления системы в

целом.

• Региональный центр управления, находящийся в

Риме, во взаимодействии с распределяющей ком-

панией-владельцем сети электроснабжения сто-

личного округа, провел исследование и тестирова-

ние дополнительных каналов восстановления в

целях повышения устойчивости энергосистемы в

чрезвычайных ситуациях.

National

Grid

• Сокращение напряжения, выполняемое опера-

торами электрораспределительной сети.

• Выявление колебаний мощности.

• Внедрение Плана запуска из полностью обесто-

ченного состояния.

• подготовка и проверка готовности операторов с