KRAJOWY SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY

Transkrypt

1 POLSKIE SIECI ELEKTROENERGETYCZNE SA NR 1/2005 (52) KRAJOWY SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY RAFAŁ KUCZYŃSKI ROBERT PAPROCKI JERZY STRZELBICKI PSE-Operator SA OBRONA I ODBUDOWA KRAJOWEGO SYSTEMU ELEKTROENERGETYCZNEGO 1 ) Po wystąpieniu w sierpniu i wrześniu 2003 roku wielkich awarii systemowych w USA i Kanadzie, Szwecji i Danii oraz we Włoszech, problematyka niezawodności pracy systemów elektroenergetycznych skupiła uwagę opinii publicznej oraz organów decyzyjnych nie tylko w krajach dotkniętych wspomnianymi awariami. Okazało się, że długotrwałe pozbawienie zasilania w energię elektryczną odbiorców w całym systemie jest realne i może się zdarzyć praktycznie w każdym systemie elektroenergetycznym. Awarie te spowodowały ogromne straty materialne i stanowiły poważne zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi. W konsekwencji przedmiotem szczególnego zainteresowania stały się działania mające na celu zapewnienie bezpieczeństwa elektroenergetycznego realizowane rutynowo przez powołane do tego celu podmioty. Jednym z pierwszych działań polskiego Operatora Systemu Przesyłowego (OSP) po wystąpieniu wspomnianych awarii było opracowanie w październiku 2003 roku raportu na temat stanu zagrożenia ciągłości pracy krajowego systemu elektroenergetycznego (KSE) [7]. W podsumowaniu tego raportu stwierdzono, że tak jak w każdym systemie elektroenergetycznym, również w KSE nie można wykluczyć wystąpienia awarii katastrofalnej obejmującej obszar całego kraju (tzw. blackout). Jednakże prawdopodobieństwo wystąpienia takiego zdarzenia oceniono na stosunkowo małe bardziej prawdopodobna jest utrata zasilania w części kraju. Korzystne położenie geograficzne Polski sprawia, że na terenie kraju istnieje niewielkie zagrożenie naturalnymi klęskami żywiołowymi, wobec czego podstawowymi źródłami zagrożeń ciągłości pracy KSE są jego techniczne i organizacyjne uwarunkowania. Do kluczowych atrybutów z punktu widzenia oceny jego stanu zagrożenia zaliczono: poziom rezerw mocy wytwórczych, stan sieci przesyłowej, poziom koncentracji wytwarzania, strukturę paliw używanych do produkcji energii elektrycznej, bezpieczeństwo i niezawodność pracy centrów dyspozytorskich, uprawnienia OSP w kontekście współpracy z otoczeniem (OSD, wytwórcy), możliwość korzystania z pomocy zagranicznej w sytuacjach awaryjnych, plany (i dostępne środki) obrony i odbudowy. Niniejszy referat dotyczy wyłącznie tej ostatniej problematyki, którą przybliżono poprzez przedstawienie podstawowych założeń planów obrony i odbudowy opracowywanych przez OSP, zweryfikowanych ostatnio zgodnie z jednym z postulatów wspomnianego raportu. Rozwinięcie pozostałych wymienionych wyżej zagadnień mających wpływ na niezawodność pracy KSE, z punktu widzenia OSP, można znaleźć w innych publikacjach [1,8,9]. 1) Artykuł został zaprezentowany na konferencji REE 05, kwietnia 2005 r. w Kazimierzu Dolnym. 17

2 Zagadnienia obrony i odbudowy systemu mają oczywiście tak długą historię jak praca samych systemów elektroenergetycznych. Jednakże w ostatnich kilkunastu latach w przypadku KSE trzykrotnie przeżywała ona swoisty renesans: w połowie lat dziewięćdziesiątych w trakcie procesu przyłączania KSE do systemów ówczesnego UCPTE (kiedy należało przystosować istniejące plany do standardów UCPTE), w roku 1999 w ramach przygotowań do tzw. problemu roku 2000 i obecnie, kiedy wykorzystywane są doświadczenia z wielkich awarii systemowych roku Wszystkie te wydarzenia przyczyniły się do znaczącej ewolucji planów obrony i odbudowy KSE, przy czym należy podkreślić, że proces ten nadal ma charakter ciągły i obok obowiązkowej, corocznej aktualizacji, plany te są weryfikowane w miarę jak dostępne są nowe środki obrony i odbudowy systemu. STRATEGIA OBRONY KSE Strategia obrony KSE stanowi koncepcję działania oraz podstawowe zasady postępowania OSP oraz innych podmiotów przyłączonych do KSE w warunkach pracy zakłóceniowej systemu elektroenergetycznego, przy zachowaniu obowiązujących zasad współpracy w ramach połączonych systemów elektroenergetycznych krajów wchodzących w skład grupy UCTE. Plany obrony systemu stanowią podstawowy czynnik unikania i likwidacji awarii w systemie elektroenergetycznym. Strategicznym celem planu obrony KSE jest, w przypadku gdy doszło do awarii, powstrzymanie rozprzestrzeniania się awarii niezależnie od miejsca powstania - w synchronicznie pracujących systemach elektroenergetycznych oraz minimalizacja jej skutków dla odbiorców energii elektrycznej. W przypadku, gdy działania obronne okażą się ze względu na wielkość i specyfikę awarii niewystarczające i nastąpi całkowity zanik napięcia w systemie (blackout), w fazie końcowej procesu obrony podejmowane działania powinny zapewnić przygotowanie KSE do skutecznej odbudowy. Krytycznym dla skutecznej realizacji procesu obrony KSE (maksymalizacji prawdopodobieństwa udanej obrony KSE) jest przede wszystkim zapewnienie: właściwej koordynacji działań pomiędzy OSP a OSD i służbami ruchowymi elektrowni; właściwej koordynacji działań pomiędzy OSP a OSP pracujących synchronicznie systemów elektroenergetycznych krajów sąsiednich; optymalne, skoordynowane wykorzystanie dostępnych środków technicznych i organizacyjnych, będących w dyspozycji OSP, OSD i elektrowni. Miernikiem skutecznego przygotowania systemu do obrony jest zdolność systemu do opanowywania stanów zakłóceniowych, w skrajnym przypadku skuteczność planu obrony należy widzieć jako zdolność do szybkiej (skutecznej) odbudowy KSE, po całkowitym jego rozpadzie. Podczas obrony KSE występują na ogół dwie fazy. Pierwsza faza obejmuje stosunkowo powolne narastanie zagrożenia jako skutek kolejno występujących awarii lub zmian pogodowych. W tym okresie przewidziano podejmowanie działań przez służby dyspozytorskie. Faza druga występuje po przekroczeniu krytycznych parametrów pracy systemu i ma przebieg bardzo szybki, praktycznie wykluczający możliwość działań służb dyspozytorskich. W tej fazie działają jedynie układy automatyki pozwalające na ograniczenie rozmiaru awarii, a w skrajnym przypadku niedopuszczenie do uszkodzenia urządzeń i przygotowanie do odbudowy KSE. Omawiając dostępne dla OSP środki obrony systemu należy rozpocząć od ograniczeń w dostarczaniu i poborze energii elektrycznej wprowadzanych zgodnie z rozporządzeniem z dnia 11 marca 2003 r. w sprawie szczegółowych zasad i trybu wprowadzania ograniczeń w sprzedaży paliw stałych lub ciekłych oraz w dostarczaniu i poborze paliw gazowych, energii elektrycznej lub ciepła (tzw. ograniczenia deficytowe). Ograniczenia te, z uwagi na tryb wprowadzania (czasochłonne uzgodnienia z organami regulacyjnymi), są jednakże do zastosowania jedynie w przypadku dającego się przewidzieć ze znacznym wyprzedzeniem, deficytu mocy wytwarzanej w obszarze KSE i w związku z tym brakiem możliwości zbilansowania produkcji i zapotrzebowania (oczywiście po wyczerpaniu przez OSP i OSD wszystkich innych dostępnych środków). Z drugiej strony, z prawnego punktu widzenia, wpro- 18

3 wadzanie ograniczeń jedynie w tym trybie zwalnia dostawców energii elektrycznej z odpowiedzialności za potencjalne straty materialne odbiorców. Nie dotyczy to już ograniczeń awaryjnych i katastrofalnych realizowanych przez OSD (również na polecenie OSP) jako ręczne wyłączenia fragmentów sieci rozdzielczej w czasie do 1 godziny od wydania polecenia. Plany dotyczące wszystkich wymienionych tu ograniczeń (oraz automatyki SCO również instalowanej i eksploatowanej przez OSD patrz niżej), są corocznie opracowywane (aktualizowane) i uzgadniane przez OSP i OSD. W przypadku wystąpienia zjawisk o charakterze dynamicznym, krytycznym czynnikiem jest szybkość podejmowanych działań, a tym samym wykorzystywanie dostępnych środków technicznych poprzez aktywację automatyczną, z pominięciem czynnika ludzkiego. Informacje pozyskiwane drogą operatywnej współpracy dyspozytorskiej w przeciwieństwie do rejestrowanych wielkości fizycznych - mogą zostać przekazywane z dużym opóźnieniem, nawet kilkunastominutowym lub też przekazanie informacji ruchowej o przyczynie i miejscu awarii nie nastąpi ze względu na uszkodzenie systemów łączności. Dlatego na przedstawionych poniżej schematach postępowania w ramach obrony KSE przyjęto częstotliwość jako podstawowy, wiodący parametr określający stan pracy systemu i zmiany tej wielkości stanowią czynnik inicjujący działanie automatyk prewencyjnych. Działania te powinny być korygowane lub uzupełniane w zależności od pozyskiwanych drogą ruchową - informacji o stanie pracy systemu elektroenergetycznego. W ramach planu obrony KSE można wyodrębnić dwa podstawowe schematy postępowania dla następujących przypadków: spadek częstotliwości w KSE powyżej wartości znamionowej (rys.1), wzrost częstotliwości w KSE poniżej wartości znamionowej (rys.2), których poszczególne elementy opisano poniżej. Podstawowymi, elementami drugiej fazy planu obrony KSE są: regulacja pierwotna bardzo szybka regulacja mocy na blokach energetycznych, zmiany trybów pracy regulatorów turbin jednostek wytwórczych oraz regulatora centralnego, wspomagające opanowanie dużych zmian częstotliwości [2], źródła szybkich rezerw mocy, w szczególności hydrozespoły odwracalne elektrowni szczytowo-pompowych, automatyka Samoczynnego Częstotliwościowego Odciążenia (SCO), pozwalająca przy spadku częstotliwości na wyłączenie zasilania fragmentów sieci dystrybucyjnej, obejmujących nawet do 50 % zapotrzebowania, oraz (nie wykazane w przedstawionych poniżej schematach postępowania), automatyki sieciowe (np. APKO, APP), pozwalające na samoczynne usuwanie zagrożeń, w tym zaniżenie pracy elektrowni w przypadku wystąpienia zakłóceń sieciowych Aktywacja podstawowego pasma regulacji pierwotnej - Informacja o zakłuceniowym stanie pracy KSE - zmiana trybu pracy RC k f + P => k f - wyłączenie hydrozespołów z pracy pompowej - uruchomienie szybkich rezerw mocy Aktywizacja dodatkowego pasma regulacji pierwotnej (zwiększenie rezerwy sekundowej) na blokach z wyłączoną handlowo regulacją f = 300 mhz Automatyczna zmiana trybów pracy regulatorów turbin RN(PI) => RO(P) informacja o alarmowym stanie pracy KSE I stopień SCO II stopień SCO III stopień SCO IV stopień SCO V stopień SCO Zadziałanie zabezpieczeń podczęstliwościowych na JW (początek procesu) VI stopień SCO <47.5 Zadziałanie zabezpieczeń podczęstliwościowych na JW (koniec procesu) Przystąpienie do odbudowy KSE Rys. 1. Schemat działania w przypadku dynamicznego spadku częstotliwości 19

4 > Dalsze samoistne ograniczenie mocy na JW oraz ich automatycznego odstawienia z pracy na skutek zadziałania regulatora bezpieczeństwa regulatora turbiny Możliwość wystąpienia samoistnego ograniczenia mocy na JW oraz ich automatycznego odstawienia z pracy na skutek zadziałania regulatora bezpieczeństwa regulatora turbiny Automatyczna zmiana trybów pracy regulatorów turbin RN(PI) => RO(P) informacja o alarmowym stanie pracy KSE Aktywacja dodatkowego pasma regulacji pierwotnej (zwiększenie rezerwy sekundowej) na blokach z wyłączoną handlowo regulacją ( f = 300 mhz) - Informacja o zakłóceniowym stanie pracy KSE - zmiana trybu pracy RC k f + P => k f - załączenie hydrozespołów do pracy pompowej - wyłączenie szybkich rezerw mocy Aktywacja podstawowego pasma regulacji pierwotnej Rys. 2. Schemat działania w przypadku dynamicznego wzrostu częstotliwości Funkcje regulatora centralnego w procesie obrony KSE Podczas pracy KSE w stanie zakłóceniowym tryb regulacji regulatora centralnego powinien być odpowiednio dostosowany do aktualnego stanu pracy KSE (i systemów wchodzących w skład bloku regulacyjnego Centrel) celem uniknięcia niekorzystnego oddziaływania na siebie regulatorów systemowych i regulatorów jednostek wytwórczych pracujących w obszarze bloku regulacyjnego. Podobnie powinno być odpowiednio skoordynowane działanie regulatorów systemowych w całym obszarze pracy synchronicznej (połączone systemy UCTE). Niezależnie od schematu przedstawionego na rys. 1 i 2, w przypadku nieskoordynowanego przejścia jednostek wytwórczych tylko w jednym z krajów bloku Centrel na regulację prędkości obrotowej, nie ma przesłanek do dalszego utrzymywania pracy polskiego regulatora centralnego w trybie regulacji na saldo grupy Centrel. Wówczas należy dokonać zmiany trybu pracy regulatora centralnego RC na regulację salda krajowego. Przy znacznej odchyłce częstotliwości (rzędu 200 mhz) uzasadniona jest zmiana trybu pracy regulatora centralnego z regulacji mocy wymiany i częstotliwości (k f + P 0) na regulację częstotliwości (k f 0). Zmiana ta powinna odbyć się przed zmianą trybu pracy regulatorów turbin jednostek wytwórczych z regulacji mocy na tryb regulacji prędkości obrotowej, zgodnie z charakterystyką statyczną. Regulacja jednostki wytwórczej w procesie obrony KSE Regulator turbiny jednostki wytwórczej pełni kilka podstawowych funkcji i może pracować, w zależności od realizowanej funkcji, w kilku trybach pracy, w tym m.in.: regulacja mocy (RN) po synchronizacji (w trybie skoordynowanym pracy turbiny z kotłem) regulator mocy typy PI, regulacja prędkości obrotowej (RO) przed synchronizacją regulator typu PI, regulacja prędkości obrotowej po synchronizacji regulator typu P. W ramach działań obronnych w schematach postępowania (rys. 1 i 2) rozważa się wprowadzenie zasady, aby przy odchyłce częstotliwości o wartość 500 mhz, po wyczerpaniu innych dostępnych środków (przy spadku częstotliwości: wyłączeniu pomp w elektrowniach szczytowo-pompowych, przejściu do pracy generatorowej w elektrowniach szczytowo-pompowych, załączeniu szybkich rezerw mocy) następowała zmiana trybu pracy regulatorów turbin jednostek wytwórczych z regulacji mocy RN(PI) na tryb regulacji prędkości obrotowej RO(P). Przechodzenie w ten tryb pracy jest konieczne w przypadku fizycznego podziału KSE na niezależne wyspy i podsystemy. Może być również wykorzystane do prewencyjnego (wyprzedzającego) przechodzenia jed- 20

5 nostek wytwórczych w tryb regulacji prędkości obrotowej, celem skuteczniejszej obrony systemu elektroenergetycznego przed jego niekontrolowanym podziałem [3,6]. Przy przejściu (świadomym i zaplanowanym, w stanie zakłóceniowym czy alarmowym, zgodnie z przedstawionym na rys. 1 i 2 schematem działania) w ten tryb pracy, jednostki wytwórcze pozostają poza sterowaniem regulatora centralnego ich moc wyjściowa nie jest funkcją sygnałów sterujących regulatora centralnego lecz jest wielkością wypadkową wynikającą z jej charakterystyki statycznej. W takim trybie pracy regulatora turbiny wielkością regulowaną lokalnie (przez obiektowe układy regulacji na turbinie) jest tylko i wyłącznie częstotliwość. Należy zauważyć, że przy pracy regulatora turbiny w trybie regulacji prędkości obrotowej typu P w większości przypadków w przeciwieństwie do trybu regulacji mocy nie ma zapewnionej koordynacji pomiędzy pracą kotła i turbiny. Kocioł w takim przypadku przechodzi do pracy na rękę, dlatego utrzymanie bloku w stanie stabilnym w tym trybie pracy regulatora turbiny jest uzależnione od podejmowanych przez operatora bloku działań, co jest szczególnie istotne przy gwałtownym, skokowym wzroście obciążenia w KSE. Po opanowaniu zakłócenia w KSE polegającego na fizycznym podziale systemu, regulator turbiny pracujący w trybie RO(P) powinien powracać do trybu regulacji mocy RN(PI) powinno to być realizowane poprzez ręczne przerwanie przez operatora bloku (na polecenie dyspozytora OSP) sygnału inicjującego przejście do trybu RO(P). W takim przypadku regulator turbiny nie powinien automatycznie zmieniać trybu pracy z RO(P) na RN(PI), w przypadku gdy odchylenie częstotliwości będzie mniejsze niż 500 mhz. Przygotowanie do odbudowy KSE Przygotowania do skutecznej odbudowy są ostatnim elementem działań obronnych, które w związku z istnieniem dużego prawdopodobieństwa rozpadu KSE i/lub całkowitego zaniku napięcia w KSE mają zapewnić bezpieczne odstawienie jednostek wytwórczych oraz zabezpieczyć urządzenia infrastruktury sieciowej przed zniszczeniem celem ich późniejszego wykorzystania do odbudowy KSE. Zgodnie z IRiESP oraz zaleceniami UCTE, przyjmuje się poziom częstotliwości 47,5 Hz i napięcia 80 % Un sieci jako wartości progowe po osiągnięciu których jednostki wytwórcze mogą automatycznie odłączyć się od KSE w celu ochrony przed uszkodzeniem. Należy założyć, że w sytuacji wystąpienia rzeczywistego blackoutu w KSE nie więcej niż 50 % z zaplanowanych jednostek wytwórczych utrzyma się w pracy na potrzeby własne. Jednostki te ze stanu wirującego po udanym przejściu do pracy na potrzeby własne wraz z jednostkami posiadającymi zdolność do samostartu są zdolne do zasilenia linii ciągu rozruchowego i uruchomienia innych elektrowni oraz zasilenia wybranych ważnych lokalnych odbiorców. STRATEGIA ODBUDOWY KSE W sytuacji nieskutecznej obrony systemu dochodzi do wystąpienia awarii katastrofalnej. Za taką przyjmuje się awarię, której skutkiem jest zanik napięcia w całym KSE lub jego znacznej części, jego podział na duże niezbilansowane podsystemy pracujące asynchronicznie lub też wyłączenie ponad 50% aktualnego zapotrzebowania. W takim przypadku OSP we współpracy z OSD i wytwórcami przystępują do odbudowy systemu, w oparciu o wcześniej przygotowane plany i środki odbudowy, do których należą: plan odbudowy KSE (zasady postępowania służb realizujących odbudowę systemu), opracowywany i aktualizowany na bieżąco przez OSP we współpracy z OSD i wytwórcami, utrzymanie i testowanie źródeł zdolnych do samostartu (w KSE funkcje te pełnią jedynie elektrownie wodne), przystosowanie jednostek wytwórczych do pracy samodzielnej (z zapewnieniem regulacji częstotliwości w układach wydzielonych jedno- lub wielomaszynowych), zapewnienie zasilania potrzeb własnych stacji w warunkach długotrwałego blackoutu (np. baterie akumulatorów, agregaty prądotwórcze), zapewnienie odpornej na długotrwały blackout łączności dyspozytorskiej. 21

6 Celem realizacji planu odbudowy KSE jest jak najszybsze przywrócenie odbiorcom zasilania w energię elektryczną oraz wznowienie prowadzeniu ruchu KSE zgodnie z obowiązującymi zasadami. Podział kompetencji służb dyspozytorskich, przyjęty dla celów prowadzenia ruchu systemu elektroenergetycznego w warunkach normalnych, w procesie odbudowy KSE po awarii katastrofalnej, pozostaje niezmieniony. Możliwości i procedury wzajemnego przejmowania kompetencji w warunkach braku łączności pomiędzy organami dyspozytorskimi poszczególnych szczebli oraz warunki wyłączenia elektrowni w celu ochrony jej urządzeń, są określone w IRiESP. Stan awarii katastrofalnej stwierdza a następnie ogłasza OSP w tym przypadku kierownik zmiany dyspozytor KDM, o czym informuje dyspozytorów ODM-ów oraz DIRE elektrowni z JWCD, wykorzystując dostępne środki łączności fonicznej i komputerowej. OSP przekazuje informację o wystąpieniu awarii katastrofalnej także do sąsiednich OSP oraz do centrum północnej części UCTE w Brauweiler. Z kolei dyspozytorzy ODM są zobowiązani do przekazania stosownego komunikatu do OSD oraz DIRE wytwórców (elektrowni i elektrociepłowni) na swoim obszarze działania. W przypadku przedłużającego się braku łączności kompetencje ogłoszenia stanu awarii katastrofalnej na swoim obszarze działania mogą zostać przejęte przez OSM lub służby ruchowe OSD. Informacja o wystąpieniu awarii katastrofalnej jest sygnałem dla służb ruchowych podjęcia szczególnych zadań określonych w opracowanych procedurach. W elektrowniach priorytetem są działania polegające na maksymalnym przedłużeniu pracy jednostek wytwórczych przełączonych w stan pracy na potrzeby własne (PPW) lub pracy wydzielonej (PWE) na skutek działania zabezpieczeń podczęstotliwościowych lub podnapięciowych, a następnie przygotowanie ich do przyjmowania dołączanych odbiorów. Służby dyspozytorskie muszą najpierw przede wszystkim rozpoznać stan poszczególnych elementów KSE, tak aby możliwy był wybór odpowiednich scenariuszy odbudowy, tzn. m.in. ustalenie kolejności podawania napięcia rozruchowego do uruchamianych elektrowni, ustalenie elektrowni wiodących w procesie tworzenia wysp obciążeniowych. Całość działań związanych z przywracaniem do stanu pracy normalnej systemu elektroenergetycznego dotkniętego awarią katastrofalną można podzielić na kilka podstawowych etapów przedstawionych schematycznie na rys. 3 i opisanych poniżej. Działania przygotowawcze Podstawową czynnością służb ruchowych, po wystąpieniu katastrofalnej awarii systemowej, jest identyfikacja stanu systemu oraz sprawdzenie systemów łączności ruchowej. Warunkiem koniecznym działań przygotowawczych jest: wyizolowanie elementów uszkodzonych, wybór scenariuszy odbudowy systemu (według zasad opisanych poniżej), przygotowanie dróg rozruchowych, w tym aparatury łączeniowej do automatycznego lub ręcznego sterowania w procesie odbudowy (działania powinny uwzględniać minimalizację wykonywanych czynności łączeniowych, rozruch agregatów prądotwórczych, mobilizację organizacyjną służb ruchowych, itp.). Działania te powinny być prowadzone równolegle przez wszystkie służby dyspozytorskie różnych szczebli odpowiednio do podziału kompetencji w tym zakresie. Funkcje koordynacyjne działań przygotowawczych prowadzą ODM-y w uzgodnieniu z KDM i współdziałaniu ze służbami dyspozytorskimi OSD i wytwórców. Odbudowa źródeł wytwarzania Najwyższym priorytetem OSP, po wystąpieniu awarii katastrofalnej w realizacji procesu odbudowy KSE, jest odbudowa źródeł wytwarzania (elektrowni, elektrociepłowni) w celu jak najszybszego przywrócenia zasilania odbiorcom końcowym. W tym celu należy: 22

7 Awaria systemowa KSE - Plan odbudowy KSE LOKALNA Postępowanie operatywne wg bieżących wytycznych prowadzenia ruchu KATASTROFALNA Postępowanie operatywne wg instrukcji dyspozytorskich odbudowy systemu - KDM i podsystemów - ODM Działania przygotowawcze przed odbudową Proces odbudowy zgodny z opracowaną strategią Identyfikacja stanu KSE, sprawdzenie poprawności pracy systemów łączności ruchowej OSP - (KDM, ODM-y), OSD - (ZDR/ZDM) Identyfikacja stanu jednostek wytwórczych (OSP - KDM, ODM-y; DIRE) Praca z obciążeniem potrzebami własnymi (PPW) lub wyspą (PWE) Postój n-godzinny wszystkich bloków elektrowni Tworzenie torów rozruchowych OSP-ODM, OSD-ZDR/ZDM Odbudowa źródeł wytwórczych z pracy na PPW lub z zewnętrznego źródła rozruchowego - PWE(DIRE) Przygotowanie sieci elektroenergetycznej do odbudowy OSP - KDM, ODM-y, OSD - ZDR/ZDM Podział sieci 400 i 220 kv wg przyjętych zasad (OSP- KDM ODM-y) Stopniowe dociążanie źródeł wytwórczych (elektrownie i EC) odbiorami tworzonych wysp obciążeniowych OSP-ODM, OSD-ZDR/ZDM Równoległe tworzenie obszarów zasilania elektrowni OSP- KDM, ODM-y Synchronizacja utworzonych obszarów zasilania elektrowni (wysp), synchronizacja z sąsiednimi systemami OSP - KDM, ODM Podział sieci 110 kv na wyspy obciążeniowe wg opracowanych planów OSD (ZDM/ZDR) Odłączenie obciążeń stacji 110 kv/sn w celu zapewnienia odpowiednich warunków dociążania bloków (OSD - ZDR/ZDM) Rys. 3. Schemat postępowania w ramach planu odbudowy KSE przygotować drogi elektryczne do podania energii rozruchowej od źródeł tej energii do elektrowni uruchamianych. Źródła energii rozruchowej mogą stanowić: systemy elektroenergetyczne krajów sąsiednich, elektrownie zdolne do samostartu (w KSE są to jedynie elektrownie wodne), bloki elektrowni cieplnych zdolne do przejścia do pracy na potrzeby własne (PPW) lub do pracy wydzielonej (PWE). uruchomić źródła energii rozruchowej, podać napięcie do elektrowni uruchamianych i uruchomić jednostki wytwórcze (wykorzystując opracowane i uzgodnione przez podmioty energetyki szczegółowe scenariusze postępowania); przyjęto następujące zasady nadzoru nad realizacją tworzenia ciągów rozruchowych odbudowy: 23

8 dla scenariuszy odbudowy KSE z zagranicznych systemów elektroenergetycznych dyspozytor KDM; dla scenariuszy odbudowy międzyobszarowych dyspozytor KDM. W celu sprawniejszego przebiegu procesu realizacji scenariusza, dyspozytor KDM może przekazać swe uprawnienia do wybranego ODM, zgodnie z instrukcjami szczegółowymi. dla scenariuszy odbudowy obszarowych dyspozytor ODM. dla stacji biorących udział w tworzeniu torów rozruchowych, oraz w kolejnym etapie, wysp obciążeniowych, należy zapewnić priorytetowe zasilanie potrzeb własnych (stacji). Tworzenie wysp obciążeniowych Po uruchomieniu jednostek wytwórczych następnym procesem jest tworzenie wysp obciążeniowych zgodnie z rozpoznanymi możliwościami poszczególnych źródeł zasilających przy uwzględnieniu warunków organizacyjnych oraz charakterystyk obciążeń poszczególnych GPZ 110 kv. W ramach zasad ogólnych dopuszcza się jednorazowo załączać odbiór nie większy niż 5 % mocy znamionowej bloków pracujących w wyspie. Oczywiście o załączeniu kolejnego obciążenia każdorazowo decyduje DIRE elektrowni, będący w stałym kontakcie z właściwym organem dyspozytorskim. Zakłada się, że częstotliwość wyspy powinna mieścić się w granicach od 49 do 51 Hz, napięcie nie powinno przekraczać 10 % napięcia znamionowego dla sieci 110 kv i 220 kv lub 5 % dla sieci 400 kv, natomiast trwała rezerwa wirująca mocy urządzeń wytwórczych zasilających wyspę nie powinna być mniejsza niż 20 %. Wyspy obciążeniowe tworzy się aż do obciążenia bloków przynajmniej mocą bliską ich minimum technicznemu. Nie zaleca się synchronizacji do wyspy jednostek wytwórczych nie obciążonych lecz w stanach szczególnych (stan pracy urządzeń wytwórczych) synchronizację nie obciążonego bloku do wyspy można dopuścić, gdy obciążenie wyspy wynosi przynajmniej 30 % sumy mocy znamionowych bloków pracujących w wyspie, łącznie z blokiem synchronizowanym. W przypadku pracy równoległej kilku bloków na jedną wyspę obciążeniową wszystkie jednostki wytwórcze powinny pracować w trybie regulacji prędkości obrotowej (z regulatorem typu P) z jednakowo nastawionym statyzmem. Bloki nie wyposażone w taki regulator są w tej sytuacji utrzymywane w trybie regulacji mocy, przy czym bezwzględnie należy przestrzegać zasady, iż ich poziom generacji jest określany przez właściwy organ dyspozytorski. Synchronizacja fragmentów KSE (wysp obciążeniowych) W ramach realizacji procesu odbudowy należy dążyć do w miarę szybkiej synchronizacji powstających wysp tworzonych w oparciu o pojedyncze jednostki wytwórcze, tak aby uniknąć powstania dużej liczby, pracujących asynchronicznie wobec siebie, wysp obciążeniowych. Jak pokazały doświadczenia innych systemów elektroenergetycznych dotkniętych awariami katastrofalnymi, często próby synchronizacji wysp jednomaszynowych kończyły się niepowodzeniem. Łączenie do pracy równoległej niewielkich fragmentów systemu stwarza bowiem warunki trudniejsze niż synchronizacja bloku do sieci sztywnej i będzie wykonywane na stacjach, na których w normalnym ruchu systemu takie operacje nie są realizowane. Między innymi z tego powodu zaleca się, aby stacje, na których przewiduje się synchronizację fragmentów KSE w warunkach odbudowy, powinny być wyposażone w urządzenia do kontroli synchronizmu (np. półautomatyczne synchronizatory lub synchronoskopy). Wybór miejsca synchronizacji (określany przez odpowiednie służby ruchowe) w stacji/rozdzielni powinien uwzględniać następujące priorytety: synchronizację linią systemu 400 lub 220 kv, synchronizację łącznikiem szyn w rozdzielni 400 lub 220 kv, synchronizację linią systemu 110 kv, synchronizację łącznikiem szyn rozdzielni 110 kv, synchronizację sieci 110 kv z siecią NN z wykorzystaniem pola NN ATR/TR sprzęgłowego. Synchronizacja asynchronicznie pracujących wysp jest możliwa po spełnieniu odpowiednich warunków dotyczących różnicy częstotliwości i napięć (zarówno co do ich modułów, jak i kątów). 24

9 Zakończenie procesu odbudowy Proces odbudowy KSE uważa się za zakończony, jeżeli zostaną spełnione wszystkie następujące warunki: KSE będzie pracował synchronicznie z systemem UCTE, a wszystkie technicznie sprawne linie międzynarodowe NN (łączące KSE z UCTE) zostaną załączone, regulator centralny będzie funkcjonował poprawnie, zostanie załączonych min. 90% elementów KSE pracujących przed wystąpieniem awarii katastrofalnej. Zakończenie procesu odbudowy KSE nie jest równoznaczne z zakończeniem stanu awarii katastrofalnej. Zakończenie stanu awarii katastrofalnej ogłasza OSP w chwili, gdy możliwe będzie prowadzeniu ruchu KSE zgodnie z normalnymi procedurami, w tym dotyczącymi mechanizmu bilansującego. PODSUMOWANIE Przedstawione powyżej podstawowe założenia planów obrony i odbudowy KSE zawierają pewne nowe elementy, które zostały opracowane przez OSP w ostatnich miesiącach na bazie doświadczeń z ostatnich wielkich awarii systemowych. Uwzględniają one dostępne obecnie środki techniczne i organizacyjne. Obecnie trwa proces wdrożeniowy, polegający na aktualizacji wielu szczegółowych instrukcji oraz uzgodnieniach w zakresie zmian nastaw urządzeń będących w gestii podmiotów przyłączonych do KSE. Zweryfikowane podejście zostało już zastosowane w 2005 roku przy kontraktowaniu przez OSP od wytwórców usługi w zakresie odbudowy systemu (black start w przypadku elektrowni wodnych i praca w układzie wydzielonym w przypadku elektrowni cieplnych). Jednakże wiele postulatów zidentyfikowanych w raporcie [7] jako potencjalnie usprawniające proces obrony i odbudowy systemu, które w większości wymagają działań w obszarze regulacji prawnych, oczekują na realizację. Do takich można zaliczyć, między innymi: wyposażenie OSP w narzędzia prawne umożliwiające działanie w warunkach zagrożenia bezpieczeństwa (np. w zakresie wprowadzania ograniczeń awaryjnych i katastrofalnych i zdjęcia odpowiedzialności za ich skutki), wprowadzenie scentralizowanej hierarchii służb dyspozytorskich obejmującej swoim zakresem działania całą sieć zamkniętą, wprowadzenie prawnego obowiązku instalowania automatyki SCO przez wszystkich odbiorców, odpowiedniej jej konserwacji i regularnej zmiany nastaw zgodnie z technicznymi potrzebami skutecznego zapobiegania awariom katastrofalnym; uwzględnienie w ustawie o stanie klęski żywiołowej specyfiki związanej z awarią techniczną o zakresie awarii katastrofalnej (blackoutu), co powinno zapewnić odpowiednią współpracę w takich przypadkach pomiędzy służbami energetyki zawodowej a samorządem, policją, itp., zobowiązanie operatorów systemów telekomunikacyjnych do świadczenia (ograniczonych) usług w przypadku wystąpienia awarii katastrofalnej KSE, co powinno zagwarantować poprawną pracę systemów łączności w zakresie niezbędnego, z punktu widzenia procesu odbudowy, minimum. Jak już wspomniano wcześniej, przynajmniej część ze środków obrony i odbudowy wymaga pewnej koordynacji w całym obszarze synchronicznym UCTE. Stąd też OSP, poza współpracą z krajowymi OSD i wytwórcami, współpracuje w tym obszarze również z innymi OSP zrzeszonymi w UCTE. Warto w tym miejscu dodać, że problematyka zapobiegania wystąpieniu awarii katastrofalnej znalazła swoje miejsce w tzw. UCTE Operation Handbook dokumencie określającym podstawowe zasady i wymogi współpracy OSP w ramach połączonych systemów UCTE: zagadnieniom tym poświęcona jest obecnie tworzona część 5 tego dokumentu. Zadania operatorów, wytwórców i odbiorców związane z sytuacjami nadzwyczajnymi w KSE są stałym przedmiotem zainteresowania specjalistów z tego powodu, że system elektroenergetyczny żyje i stale zachodzą w nim zmiany wymagające wprowadzania nowych rozwiązań technicznych, organizacyjnych i prawnych, także w obszarze jego obrony i odbudowy [4,10]. 25

10 LITERATURA [1] Kasprzyk S.: Analiza serii wielkich awarii systemowych w 2003 roku jako podstawa do wypracowania nowoczesnej doktryny bezpieczeństwa elektroenergetycznego, konferencja APE 04 Południe, Wisła, czerwiec [2] Analiza zachowania jednostek wytwórczych w stanach zakłóceniowych KSE po wystąpieniu blackoutu we Włoszech, marzec 2004, praca zbiorowa pod redakcją dr inż. E. Rzeczkowskiego, Energopomiar Gliwice. [3] Opracowanie wymagań technicznych i organizacyjnych w zakresie przystosowania jednostek wytwórczych do obrony i odbudowy KSE, grudzień 2003, praca zbiorowa pod redakcją dr inż. E. Rzeczkowskiego, Energopomiar Gliwice. [4] Konferencja naukowa Problemy obrony i odbudowy systemu energetycznego w warunkach rynków energii elektrycznej, IASE, Wrocław, październik [5] Grzesiński A., Kmiecki J., Szmulewski J.: Regulacja pierwotna i wtórna turbozespołu z regulatorami UNIMAT, Energetyka 1998, nr 6. [6] Strzelbicki J.: Rola elektrowni w planie obrony i odbudowy KSE, szkolenie służb technicznych, Bełchatów, kwiecień [7] Raport na temat stanu zagrożenia ciągłości pracy krajowego systemu elektroenergetycznego w Polsce, październik 2003, raport wewnętrzny PSE SA (wersja skrócona raportu została opublikowana w Biuletynie Miesięcznym PSE SA Nr 10, październik 2003). [8] Biernacka I., Głuszek A., Paprocki R.: Działania europejskich organizacji operatorów systemów przesyłowych w zakresie zapewnienia niezawodności pracy połączonych systemów elektroenergetycznych, konferencja APE 04 Południe, Wisła, czerwiec [9] Kasprzyk S., Paprocki R.: Wpływ rynku energii elektrycznej na niezawodność systemu elektroenergetycznego, konferencja REE 03, Kazimierz Dolny, maj [10] Seminarium Blackout a Krajowy System Elektroenergetyczny, Politechnika Poznańska, PSE SA, kwiecień 2004, Energetyka zeszyt tematyczny nr II/