Automatyka częstotliwościowego odciążenia w sieci dystrybucyjnej EnergiaPro Koncern Energetyczny SA Warszawa, 25.04.2007 r. 1
Uwarunkowania prawne w zakresie SCO Ustawa Prawo Energetyczne (Na podstawie: Dz.U. z 2003 r. Nr 153, poz. 1504, Nr 203, poz. 1966, z 2004 r. Nr 29, poz. 257, Nr 34, poz. 293, Nr 91, poz. 875, Nr 96, poz. 959, Nr 173, poz. 1808, z 2005 r. Nr 62, poz. 552.) Ustawa określa obowiązki operatorów systemu przesyłowego i systemu dystrybucyjnego w tym także odpowiedzialność za bezpieczeństwo energetyczne oraz zasady współpracy z innymi podmiotami w celu obrony KSE przed awarią. 2
Uwarunkowania prawne w zakresie SCO Rozporządzenie Ministra Gospodarki w sprawie szczegółowych warunków przyłączenia podmiotów do sieci elektroenergetycznych, ruchu i eksploatacji tych sieci z dnia 20 grudnia 2004 r. (Dz. U. z dnia 6 stycznia 2005 r.) W Rozporządzeniu zawarte są uregulowania prawne związane z zapewnieniem obrony KSE w stanach awaryjnych oraz zadania realizowane w tym zakresie przez OSP, OSD i wytwórców. 3
Uwarunkowania prawne w zakresie SCO Celem realizacji zadań wynikających z art. 9c ustawy rozdział 5 Rozporządzenia MG stanowi: OSP- 24, pkt 8 Opracowuje procedury i zasady wprowadzania ograniczeń w dostarczaniu i poborze energii elektrycznej, niezbędnych do bezpiecznego funkcjonowania systemu przesyłowego. OSD- 25, pkt 7 Opracowuje procedury i zasady wprowadzania ograniczeń w dostarczaniu i poborze energii elektrycznej, niezbędnych do bezpiecznego funkcjonowania systemu dystrybucyjnego 4
Uwarunkowania prawne w zakresie SCO Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Przesyłowej Zgodnie z zapisami IRiESP rozdział IV.C.10 Wprowadzanie przerw i ograniczeń w dostarczaniu i poborze energii elektrycznej możliwe są następujące działania: Normalny wyłączenia wg stopni zasilania zatwierdzonych przez URE, Awaryjny wyłączenia awaryjne, katastrofalne i samoczynne spowodowane działaniem SCO. 5
Uwarunkowania prawne w zakresie SCO Tryb normalny Operator Sieci Dystrybucyjnej opracowuje plan ograniczeń dostarczania mocy, który obejmuje: 1. Wielkości mocy bezpiecznej dla odbiorców o mocy umownej > 300kW. 2. Wstępny plan ograniczeń. 3. Uzgodnienia z Operatorem Sieci Przesyłowej. 4. Powiadomienia odbiorców. 6
Uwarunkowania prawne w zakresie SCO Tryb awaryjny Zadania i cechy charakterystyczne automatyki SCO: Automatyka SCO ma za zadanie obronę systemu przed blackout em w wyniku deficytu mocy. Obecnie automatyka SCO działa w oparciu o kryterium częstotliwościowe. Wartość wyłączanej mocy rozłożona na progi czasowe działania automatyki SCO stanowi sumarycznie 50% zapotrzebowania szczytowego odbiorców Spółki Dystrybucyjnej. OSD nie ponosi odpowiedzialności za skutki ograniczeń w dostawach energii elektrycznej powstałych w wyniku ochrony systemu realizowanej przez automatykę SCO oraz wyłączeń awaryjnych i katastrofalnych wprowadzanych na polecenie OSP. 7
Aktualne nastawienia SCO w EnergiaPro w sezonie 2006/2007. Stopnie SCO Częstotliwość [Hz] Czas zwłoki [s] I 49 II 48,7 III 48,5 IV 48,3 V 48,1 VI 47,8 Suma Suma mocy załączanej przez SPZ po SCO O/Jelenia Góra 15,3 18,9 20,2 21,0 21,3 22,1 118,8 Nie stosuje się O/Legnica 12,05 23,01 20,73 19,78 30,0 42,0 147,57 Nie stosuje się O/Opole* 38,2 41,2 45,8 45,8 49,2 52,5 272,7 90,7 O/Wałbrzych 18,5 22,7 24,3 25,3 25,6 26,5 142,9 Nie stosuje się O/Wrocław 44,1 54,1 58,0 60,3 61,1 63,4 341,0 Nie stosuje się Razem EnergiaPro MW 90,7 % 128,1 159,91 169,03 172,18 187,2 206,5 1022,9 6 8 8 8 9 10 ~50% *) W Oddziale w Opolu zwłoka czasowa dla I stopnia wynosi 0,1s. **) Moc odciążenia liczona jako procent szczytowego zapotrzebowania Koncernu 8
Aktualne nastawienia SCO w EnergiaPro w sezonie 2006/2007. Stopnie SCO Częstotliwość [Hz] Czas zwłoki [s] I 49 II 48,7 III 48,5 IV 48,3 V 48,1 VI 47,8 Suma Suma mocy załączanej przez SPZ po SCO O/Jelenia Góra 15,3 18,9 20,2 21,0 21,3 22,1 118,8 Nie stosuje się O/Legnica 12,05 23,01 20,73 19,78 30,0 42,0 147,57 Nie stosuje się O/Opole* 38,2 41,2 45,8 45,8 49,2 52,5 272,7 90,7 O/Wałbrzych 18,5 22,7 24,3 25,3 25,6 26,5 142,9 Nie stosuje się O/Wrocław 44,1 54,1 58,0 60,3 61,1 63,4 341,0 Nie stosuje się Razem EnergiaPro MW 90,7 % 128,1 159,91 169,03 172,18 187,2 206,5 1022,9 6 8 8 8 9 10 ~50% *) W Oddziale w Opolu zwłoka czasowa dla I stopnia wynosi 0,1s. **) Moc odciążenia liczona jako procent szczytowego zapotrzebowania Koncernu
Aktualne nastawienia SCO w EnergiaPro w sezonie 2006/2007. Stopnie SCO Częstotliwość [Hz] Czas zwłoki [s] I 49 II 48,7 III 48,5 IV 48,3 V 48,1 VI 47,8 Suma Suma mocy załączanej przez SPZ po SCO O/Jelenia Góra 15,3 18,9 20,2 21,0 21,3 22,1 118,8 Nie stosuje się O/Legnica 12,05 23,01 20,73 19,78 30,0 42,0 147,57 Nie stosuje się O/Opole* 38,2 41,2 45,8 45,8 49,2 52,5 272,7 90,7 O/Wałbrzych 18,5 22,7 24,3 25,3 25,6 26,5 142,9 Nie stosuje się O/Wrocław 44,1 54,1 58,0 60,3 61,1 63,4 341,0 Nie stosuje się Razem EnergiaPro MW 90,7 % 128,1 159,91 169,03 172,18 187,2 206,5 1022,9 6 8 8 8 9 10 ~50% *) W Oddziale w Opolu zwłoka czasowa dla I stopnia wynosi 0,1s. **) Moc odciążenia liczona jako procent szczytowego zapotrzebowania Koncernu
Kryterium częstotliwościowe automatyki SCO Wartości nastaw mocy wyłączanej przez automatykę SCO w sezonie 2007/2008 ustalone przez PSE Operator SA Stopień odciążenia fi odc Częstotliwość stopni odciążenia Moc odciążenia* Zwłoka czasowa Moc odciążenia (2006/2007) Zwłoka czasowa (2006/2007) [Hz] [%] [s] [%] [s] f 1odc 49 15,0 0,2 f 2odc 48,7 15,0 0,2 f 3odc 48,5 10,0 f 4odc 48,3 5,0 f 5odc 48,1 5,0 f 6odc 47,8 6 8 8 8 9 10 * Moc odciążenia liczona jako procent szczytowego zapotrzebowania systemu Zgodnie ze standardami technicznymi określonymi dla przekaźników SCO (IRiESP punkt II.B.3.7.23 podpunkt c ), dopuszczalny czas własny przekaźnika nie może przekroczyć 200ms. Przekaźniki, które nie spełniają wymagań IRiESP, powinny być wymienione na nowe do końca 2008 roku. 11
Kryterium częstotliwościowe automatyki SCO Wartości nastaw mocy wyłączanej przez automatykę SCO w sezonie 2007/2008 ustalone przez PSE Operator SA Stopień odciążenia fi odc Częstotliwość stopni odciążenia Moc odciążenia* Zwłoka czasowa Moc odciążenia (2006/2007) Zwłoka czasowa (2006/2007) [Hz] [%] [s] [%] [s] f 1odc 49 15,0 0,2 f 2odc 48,7 15,0 0,2 f 3odc 48,5 10,0 f 4odc 48,3 5,0 f 5odc 48,1 5,0 f 6odc 47,8 6 8 8 8 9 10 * Moc odciążenia liczona jako procent szczytowego zapotrzebowania systemu Zgodnie ze standardami technicznymi określonymi dla przekaźników SCO (IRiESP punkt II.B.3.7.23 podpunkt c ), dopuszczalny czas własny przekaźnika nie może przekroczyć 200ms. Przekaźniki, które nie spełniają wymagań IRiESP, powinny być wymienione na nowe do końca 2008 roku. 12
Kryterium częstotliwościowe automatyki SCO Wartości nastaw mocy wyłączanej przez automatykę SCO w sezonie 2007/2008 ustalone przez PSE Operator SA Stopień odciążenia fi odc Częstotliwość stopni odciążenia Moc odciążenia* Zwłoka czasowa Moc odciążenia (2006/2007) Zwłoka czasowa (2006/2007) [Hz] [%] [s] [%] [s] f 1odc 49 15,0 0,2 f 2odc 48,7 15,0 0,2 f 3odc 48,5 10,0 f 4odc 48,3 5,0 f 5odc 48,1 5,0 f 6odc 47,8 6 8 8 8 9 10 * Moc odciążenia liczona jako procent szczytowego zapotrzebowania systemu Zgodnie ze standardami technicznymi określonymi dla przekaźników SCO (IRiESP punkt II.B.3.7.23 podpunkt c ), dopuszczalny czas własny przekaźnika nie może przekroczyć 200ms. Przekaźniki, które nie spełniają wymagań IRiESP, powinny być wymienione na nowe do końca 2008 roku. 13
Kryterium częstotliwościowe automatyki SCO Zwłoka czasowa T: T = t c + t + t wył t c czas własny zabezpieczenia t nastawa członu zwłocznego t wył czas własny wyłącznika 14
Kryterium częstotliwościowe automatyki SCO Min. zwłoka czasowa T dla przekaźnika ExBEL T = t c + t + t wył = 0,07+0,05+0,08=0,2s t c czas własny zabezpieczenia t nastawa członu zwłocznego t wył czas własny wyłącznika 15
Kryterium częstotliwościowe automatyki SCO Min. zwłoka czasowa T dla przekaźnika RFt-21 T = t c + t + t wył = ++0,08=1,08s t c czas własny zabezpieczenia t nastawa członu zwłocznego t wył czas własny wyłącznika 16
Kryterium częstotliwościowe automatyki SCO Porównanie min. zwłoki czasowej T dla przekaźnika RFt-21 i ExBEL : T T min RFt 21 min ExBEL 5 17
Rozkład populacji urządzeń SCO w KSE Ilościowe zestawienie zainstalowanych przekaźników SCO w KSE. KZSR\ 1% Micom 1% 1% 1% 0% EX-BEL 5% ZAZ 3% CZAZ 3% 0% SMAZ-ZPC 25% RFT 60% 18
Zestawienie typów zabezpieczeń automatyki SCO w EnergiaPro KE SA Przekaźnik SCO Jelenia Góra Legnica Opole Wałbrzych Wrocław RAZEM RFt-2 19 38 0 35 6 98 RFt-21 9 28 58 7 85 187 RFt-22 2 0 1 2 0 5 RFt-50 2 0 0 0 6 8 RFp-3/RTi-400 0 0 0 0 2 2 Micom P139 0 0 0 0 1 1 PS-132 0 0 0 0 1 1 CZIP-U 0 0 2 0 0 2 CZAZ-PR 0 0 2 0 0 2 KZSR 0 0 2 0 0 2 F-13/RTM00 0 0 0 2 0 2 SMAZ ZP 17 0 31 24 24 96 SMAZZPC-10 0 2 2 4 0 8 P-922 3 0 0 0 0 3 SEPAM B22 0 2 0 0 0 2 Ex_BEL_Z2U 0 0 5 0 10 15 19
Zestawienie typów zabezpieczeń automatyki SCO w EnergiaPro KE SA c.d. 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Liczba [szt.] RFt-2 RFt-21 RFt-22 RFt-50 RFp-3/RTi-400 Micom P139 PS-132 CZIP-U CZAZ-PR KZSR F-13/R TM00 SMAZ ZP SMAZZPC-10 P-922 SEPAM B22 Ex_BEL_Z2U Przekaźniki SCO Jelenia Góra Legnica Opole Wałbrzych Wrocław 20
Zestawienie podstawowych parametrów stosowanych zabezpieczeń Lp. Przekaźnik Producent Zakres f [Hz] Skok [Hz] Zakres t [s] Skok [s] 1 RFt-21 ZEG Tychy 45-51 0,1-3,5 0,1 2 RFt-22 ZEG Tychy 39,1-65,1 0,1-6,8 0,1 3 RFt-50 ZEG Tychy 40-59,9 0,1 0-9,9 0,1 4 PS132 Alstom 40-70 0,01 0-10 0,01 5 SMAZZP-10 REFA Świebodzice 44,3-49,9 0,1 0,05-3,2 0,05 6 SMAŻ ZP-11 REFA Świebodzice 44,3-49,9 0,1 0,05-3,2 0,05 7 SMAZZPC-10 REFA Świebodzice 44-51 0,1 0,05-40 0,05 8 Micom P139 Alstom 40-70 0,01 0-10 0,01 9 CZAZPR ZEG Tychy 45-51 0,1 0-60 0,01 10 KZSR REFA Świebodzice 44,3-49,9 0,1 0,05-3,2 0,05 11 CZIP-U POLON 46-50 0,1 0,05-60 0,05 12 Sepam B22 Schneider 45-50 0,1 0,01-655 0,01 13 Ex_BEL_Z2U_EP Elkomtech 45-49,5 0,01 0-99,99 0,01 14 Ex_BEL_Z2U_ERGI Elkomtech 45-49,5 0,01 0-99,99 0,01
Rozkład populacji urządzeń SCO w KSE - czas własny ZAZ 3% - 160ms CZIP 3% - 130ms EX-BEL 5% - 70ms 4% - inne RFT 60% - 500ms 25% - 190ms SMAZ RFT-1, RFT-2, RFT-21, RFT-22, RFT 22-12, RFT-50 ZAZ-PR 1-12, ZAZ-PR 2-12 Ex BEL SMAZ ZPC-10, SMAZ ZP-10, SMAZ ZPC-11, SMAZ ZP-11 CZIP-1U, CZIP-U Inne 22
Propozycje wykorzystania obecnych układów SCO. Rozkład populacji obecnych układów SCO wg. czasu własnego działania l.p Czas własny Podstawowe typy układów Udział w populacji KSE Udział w populacji EnergiaPro ms % % 1. 500 RFT21 i RFT 22 45 44 2. 190 SMAZ ZP10 8,5 22 3. 160 ZAZ PR 2-12 3,1 4. 130 CZ1P U, CZ1P 1U 2,8 5. 70 Ex BEL 5 3 23
Charakterystyki odciążania KSE. Wpływ przykładowych nastawień na poprawę skuteczności SCO. --- - wyłączenia bloków w KSE 24
Ocena skuteczności działania urządzeń SCO 1. Większość stosowanych urządzeń SCO obarczona jest dużym uchybem dynamicznym. 2. Eliminacja uchybu dynamicznego wymaga uwzględnienia tego faktu w metodologii nastaw SCO. 3. Działanie automatyki SCO przy spadku częstotliwości do poziomu 47,5Hz może okazać się nieskuteczne ze względu na pierwsze wyłączenia bloków w KSE (działają zabezpieczenia technologiczne turbin). 4. Około 45% zastosowanych w krajowej sieci urządzeń SCO nie spełnia wymagań dotyczących czasu własnego przekaźnika (tc<200ms). 25
Propozycja zmian nastaw 1. Ograniczenie liczby stopni SCO niskie koszty realizacji wdrożenia ($). 2. Podwyższenie najniższego stopnia SCO do 48,1Hz. 3. Przypisanie nastawień I i II stopnia dla zabezpieczeń cyfrowych (Ex-Bel, CZIP, CZAZ) lub RFt-451. 4. Nastawienia III stopnia do realizacji dla zabezpieczeń elektronicznych. 5. IV i V stopień do realizacji przez pozostałe zabezpieczenia. 6. Wymiana starej generacji przekaźników (z czasem własnym działania rzędu s)- wysokie koszty realizacji ($$$). df f 7. Instalacja zabezpieczeń z kryterium lub. dt t 8. Większy udział mocy wyłączanej przypisanej do I-go i II-go stopnia odciążenia. 26
Koszty modernizacji układów SCO Ilość przekaźników SCO Koncern EnergiaPro % Oddział Opole % Nie spełniające wymagań (RFt2-RFt21) 285 65 66 60 Spełniające wymagania 149 35 45 40 Lp Wymiana/modernizacja Koszt / pole [tyś. zł] Jedn. przekaźnika R+M+T+D Koszt EnergiaPro [tyś. zł] 1a Podstawowa (RFt-50) 1,9 1,5 486 1b Podstawowa (RFt-451) 2,7 1,5 601 2 Wymiana+modernizacja (zabezpieczenie zintegrowane) 11,0 7,5 2 645
Uwagi i wnioski 1. Przeprowadzona przez PSE-Operator SA we współudziale z PTPiREE analiza skuteczności działania urządzeń SCO w systemie nie doprowadziła jeszcze do realizacji opracowanych zaleceń. 2. Specyfika działania aktualnie zabudowanych urządzeń SCO powoduje iż rzeczywiście wyłączane moce będą niższe od planowanego udziału w odciążeniu. 3. Zależność charakterystyki działania urządzeń SCO od pochodnej zmian częstotliwości (uchyb dynamiczny) stanowi podstawową wadę stosowanych rozwiązań. 4. Skuteczność automatyki odciążającej uzależniona jest od jej szybkości działania. Algorytm działania winien uwzględniać występujący podczas zakłócenia pracy systemu spadek napięcia. 5. Spodziewane w bieżącym roku: - wysokie temperatury (gwałtowny wzrost liczby instalowanych klimatyzacji), - obniżony poziom wód gruntowych (zmniejszona średnioroczna ilość opadów), - zwiększone zapotrzebowanie mocy 28
2600 2400 2200 2000 POBÓR MOCY EnergiaPro W GODZINACH SZCZYTU KSE W LATACH 2005-2006-2007 SW rok 2005 SW rok 2006 SW rok 2007 Wielom. (SW rok 2006) Wielom. (SW rok 2005) Wielom. (SW rok 2007) SW - szczyt wieczorny M O C [ M W ] 1800 1600 1400 1200 1000 1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118 127 136 145 154 163 172 181 190 199 208 217 226 235 244 253 262 271 280 289 298 307 316 325 334 343 352 361 DNI ROKU
1. Przeprowadzona przez PSE-Operator SA we współudziale z PTPiREE analiza skuteczności działania urządzeń SCO w systemie nie doprowadziła jeszcze do realizacji opracowanych zaleceń. 2. Specyfika działania aktualnie zabudowanych urządzeń SCO powoduje iż rzeczywiście wyłączane moce będą niższe od planowanego udziału w odciążeniu. 3. Zależność charakterystyki działania urządzeń SCO od pochodnej zmian częstotliwości (uchyb dynamiczny) stanowi podstawową wadę stosowanych rozwiązań. 4. Skuteczność automatyki odciążającej uzależniona jest od jej szybkości działania. Algorytm działania winien uwzględniać występujący podczas zakłócenia pracy systemu spadek napięcia. 5. Spodziewane w bieżącym roku: - wysokie temperatury (gwałtowny wzrost liczby instalowanych klimatyzacji), - obniżony poziom wód gruntowych (zmniejszona średnioroczna ilość opadów), - zwiększone zapotrzebowanie mocy, nakładające się na: - przestarzałe moce wytwórcze, - reorganizację energetyki, 6. Niezbędna jest: Uwagi i wnioski - braki w uregulowaniach prawnych, stwarzają realne zagrożenie wystąpienia zjawiska załamania częstotliwości, związanego z deficytem mocy czynnej w systemie. - Konsekwentna realizacja wszystkich ustaleń wynikających z przeprowadzonej oceny automatyki SCO 7. Do realizacji powyższych zadań niezbędna jest specjalistyczna kadra pracowników eksploatujących EAZ, zorganizowana w ramach pionu dystrybucji, mająca wpływ na podejmowane decyzje inwestycyjne oraz wyposażona w niezbędną aparaturę, 30
Dziękuję za uwagę Kontakt: Andrzej Żurek Dyrektor Oddziału w Opolu EnergiaPro KE SA ul.waryńskiego 1 tel. 077 / 452-9370 e-mail: andrzej.zurek@op.energiapro.pl