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

116

• Анализ потока нагрузки переменного тока в ре-

альном масштабе времени.

Оценка стабильности амплитудно-частотной ха-

рактеристики в реальном масштабе времени.

использованием специальных тренажеров диспет-

черов.

А.1.4.2.1. Компания TEPCO

• Автоматический регулятор секционирования: категория – A.

Мы разработали и в течение длительного времени применяем автоматический

регулятор секционирования, предназначенный для поддержания электроснабжения

наиболее важной части потребителей, в том числе правительственных учреждений,

расположенных в центральной части Токио. Схема-диаграмма автоматического ре-

гулятора секционирования показана на приведенном ниже рисунке. Данный регуля-

тор предназначен для работы с определенными воздушными двухцепными ЛЭП

сверхвысокого напряжения, подающими электроэнергию из энергетического пула

напряжением 500 кВ в ту часть столичного округа Токио, где произошла потеря

мощности.

Рисунок 0-7

• Процедуры восстановления, применяемые при серьезных авариях, произошедших в хо-

де плановых отключений электроэнергии: категория –B.

Перед проведением каждого планового отключения электроэнергии в сети

сверхвысокого напряжения операторы регулярно разрабатывают процедуры восста-

новления в целях подготовки к возможному возникновению дополнительных не-

штатных ситуаций.

• Программа периодической подготовки на тренажере: категория – B.

Операторы диспетчерского центра каждого уровня обязаны регулярно прово-

дить тренировки с использованием тренажера для подготовки к возможному воз-

никновению дополнительных нештатных ситуаций.

Воздушные ЛЭП 275 и 500 кВ

Поземный кабель 275 кВ

Поземный кабель 154 кВ

Поземный кабель 66 кВ

Центральный блок системы

защиты секционированием

Дистанционный терминал систе-

мы защиты секционированием

Сеть напряжением 500 кВ

Место падения самолета

Секционирование

Аварийная разгрузка

Нагрузка

21C7C2C1.doc

117

• Комплексная система организации и подготовки в области обмена информации в чрез-

вычайных ситуациях: категория – B.

При подготовке к действиям в условиях стихийных бедствий, таких как силь-

ные землетрясения, в районе столичного округа Токио, компания TEPCO разработа-

ла корпоративную систему, единую для всех подразделений компании от централь-

ного офиса до удаленных электростанций. Данная система используется для прове-

дения тренировок по осуществлению информационных обменов при допущении, что

произошло неожиданное стихийное бедствие. Такие тренировки проводятся в январе

каждого года.

А.1.4.2.2. Компания KPX

В Республике Корея компания KPX (Korea Power Exchange)

занимается эксплуатацией электроэнергетической системы как независимый системный

оператор. Мы изучаем энергосистему в целом и принимаем решения, касающиеся стабили-

зационных мероприятий, в следующем порядке:

• Принцип топологии: категория – A.

Южнокорейская электроэнергетическая система имеет проблемы, связанные с

возникновением коротких замыканий в ряде районов, что обусловливает постепен-

ное усиление секционирования сети электропередачи напряжением 154 кВ. Данный

метод сокращения тока короткого замыкания снижает надежность поставок электро-

энергии, однако предотвращает возникновение каскадных отключений и локализует

неустойчивость энергосистемы в чрезвычайных ситуациях.

• Применение аварийной разгрузки системы: категория – A.

Аварийная разгрузка энергосистемы бывает трех видов:

Во-первых, меры противодействия, применяемые при значительных перегруз-

ках, превышающих 150% расчетной тепловой мощности в соответствии с результа-

тами анализа нештатной ситуации. Вместе с тем эти меры являются крайними и

применяются только когда не осталось других возможностей, таких как изменение

топологии и т.п.

Во-вторых, меры противодействия, применяемые для предотвращения дисба-

ланса спроса и предложения. Они включают в себя методы, реализуемые с использо-

ванием реле понижения частоты UFR, которое имеет шесть ступеней и обеспечивает

сброс более 40% нагрузки системы, а также поочерёдное добровольное отключение

потребителей в соответствии с заранее установленной очередностью в случае угрозы

возникновения дефицита в электроснабжении.

В-третьих, меры противодействия, применяемые для предотвращения неус-

тойчивости напряжения. Более подробно будут описаны ниже.

• Меры противодействия, применяемые для предотвращения неустойчивости напряже-

ния: категория – A.

В Южнокорейской электроэнергетической системе, особенно в столичном ок-

руге Сеула существует зависимость от крупных партий электроэнергии, импорти-

руемой через линии электропередачи, а также имеются проблемы неустойчивости

напряжения при возникновении неисправностей. Для группы взаимосвязанных ЛЭП

установлены ограничения по потоку мощности, и применяется специальная система

защиты для частичного сброса нагрузки в случае отключения двух цепей параллель-

ной ЛЭП напряжением 765 кВ.

21C7C2C1.doc

118

Кроме столичного округа, еще ряд районов имеет проблемы, связанные с не-

устойчивостью напряжения, и для определенных линий электропередачи также уста-

новлены ограничения по потоку мощности.

• Меры противодействия неустойчивости в переходном периоде: категория – A.

Приобретение участков земли для строительства электростанций в Корее так-

же затруднено, в связи с чем дополнительные генераторы устанавливаются на суще-

ствующих электростанциях.

В настоящее время имеются девять электростанций, имеющих проектную

мощность около 3 000 МВт, и в будущем этот показатель еще более возрастет. Семь

из девяти крупных электростанций имеют проблемы неустойчивости в переходном

периоде при выходе из строя линии электропередачи, что приводит к срабатыванию

специальных систем защиты для разгрузки генератора. На нескольких электростан-

циях отсутствует достаточное количество линий электропередачи для поддержки

расчетной мощности генератора, вследствие чего возможна потеря до 2 000 МВт

электроэнергии.

• Усиление мер безопасности в реальном масштабе времени: категория – A.

Анализ нештатной ситуации в реальном масштабе времени выполняется авто-

матически каждые пять минут и предполагает обращение к 760 вариантам таких си-

туаций. Операторы проверяют результаты данного анализа и определяют мероприя-

тия по повышению безопасности и надежности энергосистемы. Кроме того, в соот-

ветствии с рекомендациями системы анализа они всегда могут оценить защищен-

ность энергосистемы и подготовить необходимые мероприятия по аварийному

управлению.

• Готовность к запуску из полностью обесточенного состояния и восстановлению энерго-

системы: категория – B.

Процедура восстановления, как правило, определяется на основе отдельного

комплексного исследования в ходе операционного планирования. Также осуществ-

ляется регулярная подготовка операторов к действиям в обычных и чрезвычайных

ситуациях с использованием специальных тренажеров диспетчеров.

План запуска из полностью обесточенного состояния пересматривается еже-

годно в соответствии с развитием электроэнергетической системы. Данный план со-

держит подробное описание процедур для семи зон с возможностью запуска из пол-

ностью обесточенного состояния в условиях полного отсутствия электроэнергии и

последующей синхронизации секционированных систем. Подготовка и тестирование

операторов осуществляются регулярно.

Ежеквартально проводятся совместные тренировки участников рынка элек-

троэнергии в целях совершенствования взаимодействия в условиях запуска из пол-

ностью обесточенного состояния.

А.1.4.2.3. Компания ONS

• Системы управления и защиты: категория – A.

- внедрение автоматической системы повторного запуска на всех воздушных ЛЭП

сверхвысокого напряжения и совершенствование имеющихся схем трехфазного ав-

томатического повторного включения путем их преобразования в три однофазные

схемы;

- ежегодный пересмотр параметров настройки регуляторов на основных электро-

станциях бразильской объединенной электроэнергетической системы;

21C7C2C1.doc

119

- определение критерия способности переносить рабочую перегрузку для линий и

оборудования, которые подвергаются воздействию чрезвычайных ситуаций;

- пересмотр спецификаций и принципов настройки систем защиты линий в целях

снижения влияния процесса трехфазного балансирования. Предотвращение распро-

странения возмущения при сохранении чувствительности к резистивному замыка-

нию на землю;

- в целях поддержания постоянного процесса оптимизации эксплуатационной безо-

пасности энергосистемы необходимо повышать возможности ее контроля путем

разработки Программы защиты, постоянно уточняемой в соответствии с потребно-

стями повседневной эксплуатации бразильской объединенной электроэнергетиче-

ской системы. Вследствие этого Программа защиты также включает установку циф-

ровых осциллографов, предназначенных для отслеживания краткосрочных и долго-

срочных переходных процессов.

• Развитие критериев и средств исследований: категория – A.

- Развитие критерия электрических исследований в соответствии с потребностями

повседневной эксплуатации бразильской объединенной электроэнергетической сис-

темы и современным состоянием развития мировой науки и техники;.

- внедрение средств программного обеспечения для оценки уровня безопасности

бразильской объединенной электроэнергетической системы в целях своевременного

принятия решений во избежание возникновения рискованных условий эксплуатации.

• Специальные системы защиты: категория – A.

- расширения использования резервных систем защиты;

- установка и правильное применение систем защиты от выхода из синхронизма;

- широкое использование частотного секционирования для малых и средних гидро-

электростанций с местными потребительскими нагрузками.

• Определение электростанций и подстанций, жизненно необходимых для запуска из

полностью обесточенного состояния: категория – B.

- определение новых электростанций для установки устройств запуска из полностью

обесточенного состояния;

- определение подстанций, которые обязательно должны быть укомплектованы шта-

том операторов в целях обеспечения восстановительного процесса, предотвращения

предрасположенности к ошибочным телекоммуникационным командам и непроиз-

вольному срабатыванию, что может произойти на автоматических подстанциях;

- определение стратегически важных подстанций, для которых необходим отдельный

план технического обслуживания.

• Подготовка и тестирование: категория – B.

- применение графика периодического тестирования устройств запуска из полностью

обесточенного состояния на электростанциях, способных к самостоятельному вос-

становлению питания;

- разработка программы подготовки для операторов и диспетчеров.

• Разработка процедур санкционирования программируемых отключений элементов

энергосистемы.

А.1.4.2.4. Компания TERNA

• Схема восстановления электроснабжения Рима: категория – B.

21C7C2C1.doc

120

- данная схема, показанная на рисунке ниже по тексту, характеризуется полным изо-

лированием, которое достигается соответствующим переключением нового маршру-

та с низковольтных сетей и соединением двух агрегатов (в двигательном режиме)

гидроаккумулирующих ГЭС, используемых в качестве балластной нагрузки (на ри-

сунке обозначены P и подключены к шине SST22 напряжением 220 кВ);

- в схему включен только один агрегат быстрого восстановления (блок GI), и она ка-

сается только некоторых электростанций и подстанций. Незначительное количество

электростанций и подстанций упрощает процедуру включения, сокращает период

подготовки сети и уменьшает вероятность ошибочных действий, что способствует

более быстрому восстановлению всей энергосистемы;

- подстанция SST12 состоит из двойной шины 380 кВ и подстанций напряжения 220

кВ. Восстановительная цепь включает одну шину 220 кВ и одну шину 380 кВ, кото-

рые соединены посредством усовершенствованного исследовательского реактора

ATR (400 мегавольт-ампер). В течение восстановительных испытаний две оставшие-

ся шины подключены к объединенной национальной сети;

- подстанция SST11 с двойной шиной 380 кВ позволяет подключать к схеме избран-

ные тепловые агрегаты находящейся поблизости теплоэлектростанции, работающей

на сжиженном природном газе;

- кроме того, новая схема восстановления является первым случаем использования в

Италии гидроаккумулирующих ГЭС в качестве балластной нагрузки в ходе восста-

новления энергосистемы. Данное решение позволяет выполнять восстановление ра-

ботоспособности энергосистемы независимо от фактического графика нагрузки. Это

означает, что полевые испытания могут повторяться таким же образом с тем пре-

имуществом, что заранее будет известны правильные справочные значения, необхо-

димые для различных параметров. Кроме того, в случае отключения электроэнергии

процедура восстановления может быть выполнена в точном соответствии с планом и

предварительными испытаниями независимо от времени суток. Это может сущест-

венно упростить и ускорить процесс восстановления, увеличив вероятность его ус-

пешного завершения.

21C7C2C1.doc

121

SST12

SST22

SST21

Load

SST11

SST13

SST14SST15-SST16

SST23

SST28

SST27

SST17SST18SST19

SST14

SST24

SST26

Hydro Power Plan

(Black-Start)

Thermal Power Plan

(Load rejection)

Tr1

380 kV

220 kV

SST25

220 kV

SSTxy= Substation xy

If x=1 voltage = 380 kV

x-> Voltage

If x=2 voltage = 220 kV

If x=3 voltage = 150 kV

y-> Progressive Number

Рисунок 0-8

• Схема восстановления сетей среднего и высокого напряжения столичного округа Рима:

категория – B.

- в дополнение к упомянутой выше схеме восстановления Региональный центр

управления, расположенный в Риме, во взаимодействии с распределительной компа-

нией-владельцем столичной сети электроснабжения осуществил разработку и испы-

тания дополнительной схемы восстановления, направленной на повышение устойчи-

вости в чрезвычайных ситуациях. Данная схема включает две электростанции, рас-

положенные в непосредственной близости к центру города и обладающие низкой

номинальной мощностью. Схема предназначена для восстановления электроснабже-

ния привилегированным потребителям, имеющим особое значение для города;

- ниже приведено краткое описание схемы восстановления сетей среднего и высоко-

го напряжения столичного округа Рима, как показано на рисунке 3-9:

- отключение блока сопряжения шин на подстанциях SST31 и SST32 напря-

жением 150 кВ;

- отключение трансляторов-преобразователей шины 8,4 кВ на электростан-

ции 1;

- включение устройства запуска из полностью обесточенного состояния Gr2

на электростанции 1, подающего напряжение на шину 8,4 кВ и шину 20 кВ.

• Восстановление электроснабжения привилегированных потребителей.

- подключение и запуск газотурбинного агрегата теплоэлектростанции 2 и подача

напряжения на шину 150 кВ подстанции SST31;

- запуск Tg2 на электростанции 2 и последующая подача напряжения на шину 150

кВ подстанции SST31.

ГЭС – повторное

включение из пол-

ностью отключен-

ного состояния

Нагрузка

ТЭС – сброс на-

грузки

21C7C2C1.doc

122

SST31

Tg1

Tv1

Tg2

SST32

Tg1

Tg2

Rome city center

Priority customers

Thermal Plan 1

SST33

SST11SST12

Thermal Plan 2

Tr 1

Tr 2

150 kV

20 kV

SSTxy= Substation xy

If x=1 voltage = 380 kV

x-> Voltage

If x=2 voltage = 220 kV

If x=3 voltage = 150 kV

y-> Progressive Number

Рисунок 0-9

• Секционирование энергосистемы: категория – A.

В настоящее время продолжаются исследования, направленные на разработку

новых технических решений, которые бы позволили обеспечить ускорение процесса

восстановления энергоснабжения, в частности, для потребителей, имеющих страте-

гическое значение.

Данное исследование, первоначально проводившееся в Риме, имеет целью изу-

чение возможности секционирования данной зоны, поставка электроэнергии в кото-

рую осуществляется важными электростанциями, расположенными в непосредст-

венной близости от города.

А.1.4.2.5. Компания National Grid

• Оборудование для мониторинга динамических колебаний: категория – A.

Оборудование для мониторинга динамических колебаний применяется в целях быст-

рого выявления колебаний мощности до перехода в состояние неустойчивости.

• Алгоритм регулировки амплитудно-частотной характеристики и контроля регулировки

в реальном масштабе времени: категория – A.

Уровни регулировки амплитудно-частотной характеристики постоянно контролиру-

ются в целях предотвращения значительных потерь мощности.

• Анализ потоков нагрузки переменного тока в реальном масштабе времени: категория–A

Снижение напряжения осуществляется операторами распределительной сети.

• Внедрение Плана запуска из полностью обесточенного состояния: категория – B.

Операционный центр г. Рим

Привилегированные

потребители

21C7C2C1.doc

123

• Подготовка и проверка готовности операторов с использованием специальных тренаже-

ров диспетчеров: категория – B.

А.1.5. Рекомендации

В данном разделе описан передовой опыт в области предот-

вращения отключений электроэнергии, обобщенный на основе изучения ответов на вопросы

опросных листов, а также даны рекомендации с точки зрения планирования и эксплуатации

энергосистемы. Передовой опыт разнесен по категориям A и B.

А.1.5.1. Планирование энергосистемы

• Категория A: ограничение частоты и района отключения электроэнергии.

Существует два основных принципа построения конфигурации сети, а именно се-

тевой (замкнутый) и радиально-лучевой. Планирование энергосистемы осуществляется

на основе избранного принципа. Каждый из указанных принципов имеет как положи-

тельные, так и отрицательные стороны, описанные ниже:

- сетевой принцип: крупномасштабные отключения электроэнергии случаются не

так часто, однако пострадавший район гораздо больше вследствие каскадного характера

отключений, который невозможно предотвратить после инцидента;

- радиально-лучевой принцип: каскадные отключения маловероятны, однако

двойная нештатная ситуация может привести к частичному отключению гораздо менее

обширного района.

• Категория B: ускорение процесса восстановления:

- возможность переключения источника электроснабжения на кабельные сети на-

пряжением 275 кВ, 154 кВ или 66 кВ. Данная функция эффективно способствует плав-

ному и оперативному восстановлению энергоснабжения.

А.1.5.2. Эксплуатация энергосистемы

• Категория A: ограничение частоты и района отключения электроэнергии:

- устройство регулирования процесса секционирования, предназначенное, в качестве

крайней меры, для поддержания электроснабжения жизненно важных нагрузок. Если уст-

ройство регулирования процесса секционирования работает правильно, то главным являет-

ся восстановление синхронизации сформированной секции с основной сетью максимально

быстро при постоянном надлежащем контроле напряжения и частоты в секции;

- системы специальной защиты, предотвращающие развитие каскадных отключений

электроэнергии вследствие неустойчивости напряжения и /или неустойчивости в переход-

ном периоде.

• Категория B: ускорение процесса восстановления:

- разработка процедур восстановления до начала плановых отключений электроэнер-

гии в качестве подготовки к дополнительным нештатным ситуациям;

- подготовка и тренировка системных операторов, которая поможет развить профес-

сионально значимые практические навыки для определения состояния перерыва в элек-

троснабжении и выбора процедур восстановления;

- проведение испытаний и учений для отработки взаимодействия между Региональ-

ным центром управления распределительной компанией (владельцем электросети сто-

личного округа) в целях разработки дополнительной схемы восстановления.

21C7C2C1.doc

124

А.1.6. Заключение

Вследствие того, что столичный округ является центром поли-

тической и экономической жизни, полное отключение электроснабжения города-

метрополии должно быть исключено. В целях максимального ограничения района отклю-

чения электроэнергии предпочтительным является применение радиально-лучевого прин-

ципа построения сети.

При использовании указанного принципа каждая подстанция

сверхвысокого напряжения имеет разветвленную маршрутизацию сетей электропередачи,

однако в обычном режиме задействуется только один канал, а остальные отключены. Это

обеспечивает возможность переключения источника электроснабжения на другой канал при

отключении первоначально используемой линии. Кроме того, важной особенностью ради-

ально-лучевого принципа построения сети является возможность переключения источника

электроснабжения на вторичный уровень напряжения (например, 154 кВ или 66 кВ) в до-

полнение к сверхвысокому уровню напряжения.

Устройство регулирования процесса секционирования может

быть достаточно эффективным средством ограничения района отключения электроэнергии.

В случае сетевого принципа организации сети, однако, необходим чрезвычайно сложный

алгоритм и значительное количество информации для определения оптимальных размеров

зоны секционирования и перечня необходимых мероприятий. Таким образом, рекомендует-

ся применять радиально-лучевое построение сети вследствие его повышенной надежности и

использования в нем более простого устройства регулирования процесса секционирования.