 | Wielkie awarie systemowe w 2003 roku
Tegoroczne spotkanie poświęcone było katastrofalnym zdarzeniom awaryjnym, które miały miejsce w 2003 roku w krajach zachodnich oraz w USA. Awarie systemowe w 2003 roku dotknęły ponad 100 mln odbiorców energii elektrycznej. Spowodowały powstanie ogromnych strat materialnych i stanowiły poważne zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi. Zdarzenia te uzmysłowiły wszystkim, że długotrwałe pozbawienie zasilania w energię elektryczną odbiorców jest realnym niebezpieczeństwem i może się zdarzyć praktycznie w każdym systemie elektroenergetycznym. Awarię systemową potocznie nazywaną black-out’em, definiuje się jako utratę napięcia w sieci elektroenergetycznej na znacznym obszarze.
W wyniku nałożenia się takich zdarzeń losowych jak awarie sieciowe czy wyłączenia elektrowni dochodzi do przekroczenia krytycznych wartości podstawowych parametrów technicznych pracy systemu (częstotliwość, napięcie), automatycznego odłączenia się od sieci elektrowni i utraty napięcia w całym obszarze objętym zakłóceniem. W okresie poprzedzającym black-out występują najczęściej dwie fazy. Pierwsza obejmuje powolne narastanie zagrożenia jako skutek kolejno występujących awarii lub zmian pogodowych. W tym okresie możliwe jest jeszcze podejmowanie ograniczonych działań operatorskich. Faza druga występuje po przekroczeniu parametrów krytycznych pracy systemu i ma przebieg lawinowy, wykluczający jakiekolwiek działania operatorskie. W tej fazie działają jedynie układy automatyki chroniące urządzenia przed uszkodzeniem.
14 sierpnia 2003 roku
wystąpiło zjawisko black-out’u na dużej części środkowo-zachodnich i północno-wschodnich obszarów Stanów Zjednoczonych oraz w prowincji Ontario w Kanadzie. Awaria objęła obszar zamieszkały przez około 50 mln ludzi w stanach Ohio, Michigan, Pensylwania, New York, Vermont, Massachusetts, Connecticut i New Jersey, pobierających z sieci 61 000 MW. Black-out rozpoczął się po godzinie 16:00, a przywrócenie zasilania na niektórych obszarach trwało 2 dni, zaś w niektórych rejonach jeszcze przez tydzień występowały lokalnie zaniki zasilania.
W celu zobrazowania systemu przesyłowo-wytwórczego Ameryki Północnej można przytoczyć następujące dane:
- 950 000 MW mocy zainstalowanej
- 320 000 km linii przesyłowych o napięciu 230 kV i wyższym
- 3 500 przedsiębiorstw energetycznych
- składa się on z systemu wschodniego, zachodniego oraz systemu obejmującego stan Teksas
Wydarzenia, jakie miały miejsce w sieci amerykańskiej 24 sierpnia przed zaistnieniem awarii, stworzyły przedziwny splot. Każde z nich z osobna nie było groźne i łatwe do usunięcia, ale ich łączne ujawnienie się w tym samym czasie prowadziło do stopniowego pogarszania się sytuacji w systemie, prowadząc ostatecznie do awarii systemowej. Na wspomniany splot zdarzeń składały się:
- błędne działanie komputerowych układów sterowania
- błędne działanie operatorów systemu przesyłowego
- nieplanowe wyłączenia bloków powodujące zaburzenia w przesyle mocy czynnej i biernej
- wyłączenia 3 linii przesyłowych 345 kV (zwarcie do drzewa) spowodowane zaniedbaniami w zakresie wycinki drzew w korytarzach linii przesyłowych
- uszkodzenie operatorskich systemów alarmowych
Na uwagę zasługuje fakt, że w momencie pierwszych 7 minut black-out’u wyłączyło się 531 bloków energetycznych.
Największa europejska awaria systemowa
miała miejsce 28 września 2003 roku we Włoszech o godzinie 3:00. W tym czasie sieć przesyłowa na granicy włoskiej, szczególnie na połączeniu ze Szwajcarią była bardzo mocno obciążona. Spowodowane było to transakcjami handlowymi wszystkich 4 krajów graniczących ze Szwajcarią, a w szczególności dużym importem , rzędu 6 500 MW, do Włoch. Główne zasilanie było ze strony Francji, Niemiec i Polski. Zapotrzebowanie systemu włoskiego wynosiło 27 700 MW, z czego ponad 3 500 MW pobierały pompy w elektrowniach szczytowo pompowych. Początkiem awarii było wyłączenie o godzinie 3:01 linii 400 kV na terenie Szwajcarii, spowodowane zwarciem do drzewa. W następstwie tego zdarzenia zaczęły przeciążać się pozostałe linie przesyłowe. Pomimo prób odciążania linii, o godzinie 3:25 wyłączyła się następna ważna linia przesyłowa z powodu zwarcia do drzewa spowodowanego prawdopodobnie zbyt dużym zwisem wskutek przegrzania przewodów. W następnych 12 sekundach nastąpiło niemal jednoczesne wyłączenie pozostałych linii do Włoch, powodując wyizolowanie sieci włoskiej z systemu europejskiego. Wystąpiły bardzo duże przeciążenia oraz zakłócenie równowagi dynamicznej powodując obniżenie napięcia w północnej części Włoch, a następnie wyłączenie wielu generatorów we Włoszech. Po około 2,5 minutach po oddzieleniu nastąpił całkowity black-out.
Druga wielka awaria europejska
miała miejsce w Skandynawii na obszarze południowej Szwecji i duńskiej Zelandii 23 września 2003 roku, czyli na 5 dni przed awarią włoską. Początek awarii systemowej rozpoczął się od awaryjnego odstawienia bloku elektrowni jądrowej Oskarshamn o mocy 1175 MW, o godzinie 12:30. Automatyczne uruchomienie rezerw w elektrowniach wodnych rozpoczęło proces stabilizacji częstotliwości, jednakże o godzinie 12:35 miało miejsce podwójne zwarcie szyn zbiorczych w stacji Horred, wyprowadzającej moc z elektrowni jądrowej Ringhals, spowodowane mechanicznym uszkodzeniem odłącznika. W trakcie zwarcia wypadły dwa bloki jądrowe o mocy łącznej 1 750 MW, dwie linie przesyłowe, nastąpiły zwiększone przepływy na pozostałych liniach oraz nastąpił spadek napięcia i częstotliwości w systemie. W następnych 90 sekundach od zwarcia w stacji, zaczęły wypadać kolejne linie przesyłowe oraz nastąpiło oddzielenie systemu południowego Szwecji, w którym wystąpił znaczny niedobór mocy skutkujący black-out’em. W wyniku awarii odłączonych zostało 3000 MW w Szwecji i cała Zelandia (1850MW). Skutki black-out’u odczuło około 4,5 mln osób. Odbudowę systemu rozpoczęto natychmiastowo, o 12:37. Napięcie w sieci 400 kV przywrócono w ciągu 1 godziny, natomiast zasilanie odbiorców przywrócono o 19:00.
Reasumując można stwierdzić, że przyczyną black-out’u było wystąpienie dwóch niezależnych, poważnych awarii w systemie w krótkim odstępie czasu.
W trakcie seminarium zaprezentowano ponadto historię dwóch awarii powodujących godzinne przerwy w dostawie energii, jakie wydarzyły się w Anglii: 28 sierpnia w południowym Londynie i 5 września we wschodnim Birmingham. Źródłem obydwu awarii były błędy w urządzeniach zabezpieczających nie wykryte przy ich uruchamianiu.
Tomasz Macura |