Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Архивы >> Энергетические системы

Исследование больших аварий - Энергетические системы

Оглавление
Энергетические системы
Введение
Основные структуры электрических систем и сетей
Эволюция сетей
Развитие сетей
Коммунальное электроснабжение
Характеристики обслуживаемых нагрузок
Качество электроснабжения
Организация коммунального электроснабжения
Ограничения в работе электрических систем
Компенсация реактивной мощности
Частота системы
Регулирование частоты
Гармоники высшего порядка
Перерывы в энергоснабжении и отказы
Статистика перерывов питания и провалов напряжения
Средства улучшения непрерывности электроснабжения
Профилактические меры, предпринимаемые потребителями для улучшения непрерывности электроснабжения
Исследование больших аварий
Качество напряжения
Медленные изменения напряжения распределительной сети
Регулирование напряжения (уменьшение медленных изменений напряжения)
Неблагоприятные проявления электрической энергии
Влияние на электрической энергии окружающую среду
Радиопомехи
Задачи расчета электрических сетей
Топология сетей
Улучшение устойчивости системы
Баланс производства и потребления электроэнергии
Оптимизация регулирования. Адаптивное регулирование
Управление станциями
Средства и способы диспетчерского управления
Экономика электрических связей, осуществляемых с помощью воздушных линий и кабелей
Технико-экономические исследования сетей энергосистем
Выбор и установка оборудования в электрических системах
Развитие электрических систем
Развитие распределительных сетей
Развитие передающих сетей
Стандартизация и технико-экономические исследования
Структура электрических систем и потребности техники
Структуры подстанций
Структура распределительных сетей
Структура распределительных сельских сетей
Структура распределительных городских сетей
Примеры сетей крупных городов
Передающие сети
Введение в передающую сеть нового уровня напряжения

Авария на северо-востоке США 9 ноября 1965 г.

За 20 лет, предшествовавших этой аварии, полные или частичные перерывы питания длительностью более часа в мощных сетях, питающих регионы или города, стали достаточно редкими. В воздушных сетях СН перерывы питания длительностью в несколько часов, особенно связанные с ненастной погодой, время от времени происходили. Они обычно нарушали снабжение электроэнергией потребителей мощностью в несколько мегаватт.
Кроме повреждений от ураганов, приблизительно раз в два года поражающих в США зоны с незначительной плотностью нагрузки, в передающих сетях, как правило, не бывало длительных аварий.
Комментарий редактора. Во Франции, например, авария длительностью в 1 ч произошла в передающей сети в 1958 г. Энергосистема Франции в своем развитии испытывала и испытывает ряд трудностей: недостаток пиковой мощности, некоторое отставание в развитии средств общесистемного управления и регулирования, в том числе разгрузки системы отключения потребителей (коммерческие соображения частнокапиталистической промышленности здесь не могут быть согласованы с интересами государственной национальной компании Э де Ф). Определенные затруднения в этом отношении имеются и в связи с недостаточной системной подготовкой инженеров-диспетчеров Э де Ф. Все это стимулировало появление затягивающихся системных аварий, как, например, авария 19 декабря 1978 г., в результате которой отключилось 30 ГВт при нагрузке в системе 39 ГВт и располагаемой мощности 47 ГВт и большая часть страны на несколько часов (отдельные районы — до суток) осталась без электрической энергии. Возникновение и развитие аварии можно представить следующим образом.
В 8 ч. утра (за полчаса до аварии) нагрузка системы составляла 37 ГВт (на 1 ГВт выше предусмотренной диспетчерским графиком); напряжение в восточной части системы было около 380 кВ, местами 370 кВ (в нормальных условиях напряжение поддерживается не ниже 400 кВ); мощность, получаемая из соседних стран, главным образом из Бельгии и ФРГ, составляла 3 ГВт (на 10% больше запланированной); стоял сильный мороз, необычный   для Франции, что вызвало повышенное потребление электроэнергии; создались напряженные условия работы электрической сети.
До 8 ч. 25 мин. (непосредственно перед аварией) нагрузка в системе возросла, на 1— 1,5 ГВт; были пущены генераторы на ГЭС общей мощностью около 1,5 ГВТ; была увеличена мощность, передаваемая из Бельгии и ФРГ; повысилась нагрузка линий, питающих район  Парижа с востока; началось снижение частоты и действие АЧР; произошло дальнейшее.
понижение напряжения до 360—370 кВ, местами до 350—340 кВ; из-за различного рода неполадок была снижена нагрузка на нескольких агрегатах ТЭС на величину 500—1000 МВт; стали перегружаться многие линии 400, 225 и 150 кВ. Оперативным персоналом был принят ряд мер для выравнивания режима системы; выделение прямой связи 400 кВ восточного района с центральным и разгрузка ее путем отключения отборов мощности на промежуточных подстанциях; создание параллельных путей по линии 225 кВ для разгрузки основных линий 400 кВ, идущих с востока на запад; снижение мощности на генераторах нескольких электростанций в восточной части системы и др. Но все это не дало ожидаемого эффекта, началось понижение напряжения в западной части страны, в напряженных условиях и в неустойчивом режиме работы оказалась вся энергосистема.
В 8 ч. 26 мин. отключилась от перегрузки линия 400 кВ Безомон — Креней и через 20 с — ряд линий 225 кВ в районах Креней, Бельфор, Женисья. Затем одно за другим последовали отключения релейной защитой двух линий 400 кВ, связывающих энергосистему Франции с Бельгией, и генераторов ГЭС Ревэн, работавшей на подстанцию Мазюр близ бельгийской границы.
Нарушилась устойчивость работы энергосистемы, возникли качания, отключились электрические связи с Испанией. Автоматически отделились северо-восточный и восточный районы и часть юго-восточного; в этой части страны (полоса шириной 100—200 км, граница которой проходила примерно через районы Амьена, Реймса, Нанси, Безансона, Виши, Лиона, Гренобля, Бриансона) электроснабжение почти полностью сохранилось благодаря тому, что остались в работе АЭС Фессинхейм, ряд ТЭС, альпийские гидростанции и часть международной линии с востока (из ФРГ и Швейцарии).
В остальной части Франции образовался дефицит мощности, понизилась частота, упало напряжение, сработали автоматические устройства деления системы и отключения генераторов от сети. Небольшая часть электростанций (15% от всех генераторов) осталась в работе в «островном режиме», большая часть (65% от генераторов) отключилась.
Восстановление питания потребителей началось быстро — массовое около 9 ч. В северном районе нормальное положение было в основном восстановлено через полчаса, в парижском районе — через 3—4 ч, в других частях страны — через 2—4 ч, на западе — через 4—5 ч, несколько отдельных участков и небольших районов оставались без энергии длительное время. Развитие диспетчерского управления и дальнейшее более широкое развитие системной автоматики должно в будущем увеличить надежность работы системы Э де Ф.
Интерес представляет большая авария, происшедшая в ночь с 9 на 10 ноября в США, которая продолжалась до 13 ч. и представила собой сенсационный случай.
Изучение этой аварии и трудностей, с которыми столкнулись при восстановлении нормальной работы, дает полезные сведения и иллюстрирует методы обеспечения надежности электроснабжения.
Авария охватила сети объединенной системы CANUSE (рис. 5.9) (по первым буквам от слов «Канада и восток Соединенных штатов»), питающиеся на 74% от ТЭС (особенно на юге и востоке системы) и на 26% от ГЭС (расположенных в основном в двух пунктах — Ниагаре и Сен-Лоране).
Отключенной мощностью, составлявшей 44 000 МВт, до аварии пользовались 30 млн. жителей, проживавших на территории в 20 000 км2 и обслуживаемых 28 различными фирмами по производству и передаче электроэнергии и некоторыми другими фирмами по распределению этой энергии (общее количество всех фирм составляло 42). На рис. 5.9 приведена карта этой объединенной системы.

Карга-схема объединенной энергосистемы CANUSB
Рис. 5.9. Карга-схема объединенной энергосистемы (CANUSB) Линии 138 кВ, не являющиеся межсистемными связями, на карте не представлены

Вся система была разделена на 15 зон, имеющих свои диспетчерские пункты, полностью контролирующие работу зоны. Зоны имели межсистемные связи с напряжением 345, 230 и 138 кВ, наблюдение  за которыми было разделено между 15 диспетчерскими пунктами по принципу географического расположения (рис. 5.10).
Авария началась 9 ноября 1965 г. после 17 ч., продолжалась всю ночь и в ряде районов закончилась только утром. Правда, в некоторых периферийных зонах авария длилась всего несколько минут (например, в штате Нью-Гемпшир) и 3 ч в канадской провинции Онтарио, тогда как в самом Нью-Йорке некоторые центральные кварталы получили питание только после 6 ч. утра.
Причины и развитие аварии. Авария развивалась так.
Она началась в 17 ч 16 мин 11 с, когда из-за неправильного действия реле мощности пять линий, отходящих от ГЭС «Сэр Адам Бэк» (на Ниагарском водопаде) на запад (сеть Гидро — Онтарио), отключились. Передаваемая одной линией наблюдаемая мощность составляла 356 МВт, уставка реле мощности —375 МВт без выдержки времени. Уставка реле мощности была слишком близка к максимальной мощности, и вспомогательное реле должно было бы иметь большую выдержку времени.
Через 2,7 с произошли отключения из-за перегрузки (на этот раз действительной) четырех линий, которые работали на предельных значениях, а реле перегрузки не имели выдержки времени. Поток мощности пяти линий, составляющей более 1500 МВт, который шел по направлению к Гидро — Онтарио, изменил направление на Нью-Йорк.
Через 3 с произошло отключение всех линий, обслуживающих Юг штата Онтарио, вследствие:
отключения из-за перегрузки межсистемной связи между штатом Нью-Йорк и Онтарио в Массене (станция Сен-Лорана), на которую была переброшена большая часть нагрузки, потребляемой линией, идущей на Онтарио;
отключения из-за выпадения из синхронизма связи между сетями Онтарио и Детройта, с одной стороны, и питания станции Сен-Лорана — с другой;
недостаточности «вращающегося резерва» среди генераторных групп ТЭС, из которых многие были остановлены для технического обслуживания, и среди генераторных групп ГЭС, которые работали вблизи максимума, чтобы обеспечить пик нагрузки.
При этом надо иметь в виду, что контур, образованный межсистемными связями вокруг озера Онтарио, был неспособен вынести такой наброс нагрузки, не выпадая из синхронизма.
Через 3,5 с произошло отключение линий, соединяющих штат Нью-Йорк со штатом Пенсильвания, перегрузившихся в связи с изменением потока генерации с запада на юг. Эти линии (две линии напряжением 230 кВ и пять напряжением 138 кВ) были единственными связями двух мощных систем: CANUSE и ПДМ (штаты Пенсильвания, Нью-Джерси, Мэриленд).

Карта-схема объединенной энергосистемы CANUSE
Рис. 5.10. Карта-схема объединенной энергосистемы  CANUSE, состоящей из 15 зон:
1— Компания Элисона в Детройте; 2 — ГЭС Онтарио; 3— Ниагарская Энергетическая Компания в Могавке; 4 —штат Нью-Йорк; 5 — Электрическая и Газовая компания; 6 — Центральный Гудзон; 7  Оранж и Рокленд; Я — Компания Кон Элисон; 9 — Главная центральная энергетическая компания; 10  — Электрическая система Повой Англии; 11 - Бостонская Эдисонская компания; 12 — Монтана; 13 —— Конвекс, 14 — Нью Бедфорд; 15 — освещение Лонг-Айленда

Затем на подстанциях Рочестера и Клея отключились выключатели на концах двухцепной линии напряжением 345 кВ, соединяющей ГЭС на Ниагаре с Нью-Йорком. Это двойное отключение произошло под действием дистанционного реле, чувствительного к тем изменениям мощности, которые явились результатом нарушения синхронизма между сетями востока и запада.
В результате вся объединенная система CANUSE была разделена на несколько независимых подсистем (рис. 5.11), но ни в одной из этих подсистем производство и потребление электроэнергии не было сбалансировано и все они вышли из строя, за исключением подсистемы штата Мэн, где равновесие своевременно восстановилось.
Замечания:
Связи между двумя объединенными системами CANUSE и ПДМ были слишком слабыми, чтобы обеспечить взаимопомощь в аварийной ситуации.
Связь напряжением 345 кВ Ниагара —Нью-Йорк была длинной и слишком слабой, чем и обусловливалось нарушение синхронизма (она состояла из участков двухцепной линии общей протяженностью 450 км и среднего участка, состоящего из одноцепной линии длиной 150 км).
В течение первых минут значительные колебания нагрузок,  передаваемых по основным линиям, и отвечающие им изменения частоты вызывали многочисленные отключения. Станции на Ниагаре, отключенные от линий из-за перегрузки, начали ускоряться, увеличивая свою частоту. На связанных с ними ТЭС реле защиты по частоте отключили генераторные группы. В это время изменения нагрузки Ниагарской ГЭС стали настолько резкими, что резервов масла для гидравлических устройств управления стало недостаточно и соответствующая аппаратура начала отключать один за другим генераторы станции. Однако связь между двумя станциями на Ниагаре (со стороны Канады и со стороны США) осталась в работе, реле перегрузки позволяло иметь ей мгновенную перегрузку.
На станциях Сен-Лорана события после отключения соединительных линий с Канадой и США развивались по-другому: на станции в Массене было установлено устройство для последовательного отключения генераторов в случае отделения станции от системы. Отключение произошло так, что оставшиеся группы генераторов продолжали синхронно работать на нагрузку местных сетей, на которую они были включены.
Мощная промышленная нагрузка половины восточной части штата Нью-Йорк была лишена нормального питания от ГЭС на Ниагаре и Сен- Лоране, а их местные ТЭС не имели достаточного вращающегося резерва; появился внезапный наброс нагрузки с юга страны (город Нью-Йорк) и с востока (штат Новая Англия). Это вызвало быстрое уменьшение частоты и привело к каскадному отключению групп на ТЭС из-за срабатывания защиты по частоте у вспомогательных устройств (насосы, дробильные мельницы и т. д.). В то же время местные фирмы, ответственные за распределение электроэнергии, принимали чисто случайные решения отключаться или оставаться подключенными к системе. Так, например, система Конвекса (штат Коннектикут), полностью изолированная начиная с 17 ч. 17 мин., все же «развалилась».

 
Разделение объединенной энергосистемы CANUSE
Рис. 5.11. Разделение объединенной энергосистемы CANUSE на независимые подсистемы по прошествии нескольких секунд после начала аварии;
— линии напряжением 345 кВ; —линии напряжением 230 кВ и ниже; &#—* масляный выключатель, отключившийся через 2—4 с после возникновения аварии; — границы отдельных подсистем

Замечание. Существование центрального диспетчерского пункта могло бы устранить большую часть этих отключений. Можно было бы, быстро отключив некоторые мощные нагрузки, восстановить равновесие между производством и потреблением электроэнергии. Это было сделано только в местной сети от станции в Массене на Сен-Лоране. Такой диспетчерский пункт мог бы обеспечить распределение вращающегося резерва в объединенной системе так, чтобы она была способна взять на себя нагрузку быстрее, чем обычно делают ТЭС.

Изменения обмена мощности в энергосистеме Нью-Йорка
Рис. 5.12, Изменения обмена мощности в энергосистеме Нью-Йорка «Кон Эдисон» с соседними системами в течение 3 с после начала аварии 9 ноября 1965 г.
В Нью-Йоркской системе продолжающееся потребление мощности вызвало изменение направления передачи энергии по линии 345 кВ, а также по более слабым смежным связям (рис. 5.12). Потребляя вначале 140 МВт, система «Кон Эдисон» через 3 с должна была уже выдавать 1050 МВт. Диспетчер этой станции безуспешно пытался связаться по телефону со станцией «Ниагара», чтобы узнать, что случилось, прежде чем принять решение.
Замечание. Необходимы межсистемные связи высокой надежности  которыми в первую очередь распоряжались бы диспетчеры.
В конце первой минуты аварии котлы ГЭС Нью-Йорка уже использовали весь имевшийся в наличии пар. Вращающийся резерв, практически сконцентрированный в одном агрегате мощностью 1000 МВт, мог взять часть наброса нагрузки. Частота упала, что вызвало останов  вспомогательных устройств. Все станции (за исключением одной небольшой станции «Артур Килл», работавшей изолированно), вышли из строя. Трем вышедшим из строя станциям, в том числе агрегату 1000 МВт, был нанесен ущерб (сгорели подшипники из-за отсутствия масла в связи с остановкой вспомогательных устройств).
Замечания:
Вращающийся резерв необходимо располагать в различных точках системы.
Надежность производства электроэнергии требует независимых источников для питания собственных нужд станций (снабжение топливом, давление масла и т. д.).
Посадка напряжения в системе станции «Кон Эдисон» произошла в 17 ч 28 мин (спустя 12 мин после начала аварии), когда соседние системы уже были в аварийном состоянии; только некоторые нагрузки продолжали получать питание, в частности в Нью-Йорке:
остров Стейтен Айленд и часть запада Бруклина получали питание от станции «Артур Килл», обеспечившей такую нагрузку, поскольку она смогла отключиться от системы, к которой была подключена только кабелем напряжением 132 кВ; это устранило ее гибельную, как у других станций Нью-Йорка, перегрузку;
некоторые небоскребы Манхаттена (Уньон Корбид, Бэнк Чейз Манхаттен, Поликлиник Опитал и др.), питание которых осуществлялось одной или двумя дизельными станциями с автоматическим запуском за несколько секунд;
компании «Белл Систем», телефонная сеть Нью-Йорка, имеющая аккумуляторные батареи, способные поставлять энергию в течение нескольких часов; вспомогательная газовая турбина позволяла заряжать батареи.
Небезынтересно отметить, что питание от батареек транзисторных приемников сыграло положительную роль, поскольку была уменьшена паника: примерно половина радиопередающих станций, получивших питание от своих аварийных генераторов, продолжала работать;
контрольная вышка аэропорта в Бостоне, которая имела аварийный источник, в то время как аэродромы Нью-Йорка, питавшиеся от системы по трем независимым линиям каждый, находились в течение 6 ч полностью в аварийном состоянии (включая радары и все вспомогательное оборудование аэронавигации). Свет луны и радиосвязь между самолетами позволили приземлить половину прибывших самолетов, остальные были направлены на другие аэродромы.
Замечание. Жизненно необходимые или очень важные потребители должны иметь автономные аварийные источники, между тем половина из 150 больниц Нью-Йорка не имела их.
Восстановление электроснабжения. На разных участках системы оно шло разными темпами; так, относительно быстрым восстановление  было в провинции Онтарио, которая имела в северной части многочисленные ГЭС, не охваченные аварией (некоторые из них не имели в этот момент межсистемных связей с югом). Оно могло бы быть еще более быстрым, если бы на ТЭС питание собственных нужд не отключалось защитой от понижения частоты.
Линии, связывающие станции севера Канады с районом Торонто, хотя и более многочисленные, чем обслуживающие «американскую» часть объединенной системы CANUSE, имели ограниченную пропускную способность. Отключения этих линий из-за перегрузки задержали восстановление электроснабжения (осуществленное в 20 ч. 30 мин, т. е. спустя 3 ч после начала аварии).
Причины медленного восстановления электроснабжения в штатах Нью-Йорк, Коннектикут и Массачусетс различны:
разделение межсистемной связи на многочисленные отдельные системы происходило зачастую случайно, так что имелось несоответствие между структурой этих сетей и распределением мощности имевшихся источников;
большое число потребителей (в частности, освещение большинства жилых зданий Нью-Йорка) оставалось подключенным к системе, что вызывало значительное потребление электроэнергии; попытки восстановления электроснабжения оказались безуспешными из-за недостатка генерируемой мощности;
источник аварии стал известен только спустя 5 дней, а во время аварии персонал боялся включать под напряжение линии, опасаясь их неисправности;
попытка возможно быстрого восстановления электроснабжения на участке Рочестер—Клей двухцепной линии напряжением 345 кВ потребовала большого количества последовательных включений и отключений вплоть до исчерпания всего резерва сжатого воздуха на воздушных выключателях, пополнить который было невозможно из-за отсутствия электроснабжения.
Замечание. Наличие центрального диспетчерского пункта, координирующего переключения всей системы, могло бы если не исключить, то по крайней мере уменьшить перечисленные трудности;
остановленные ТЭС были пущены в ход только после восстановления питания собственных нужд станций от удаленных источников; так было в Торонто, Бостоне, Нью-Йорке и других городах. При этом восстановление электроснабжения затруднялось тем, что весьма значительные нагрузки оставались подключенными к системе, что вызывало новые местные аварии.

Замечания:
Необходимо предусмотреть на каждой из станций автономный источник, способный питать жизненно важное оборудование собственных нужд.
Система должна делиться на части так, чтобы производство и потребление были сбалансированы;
гидростанции должны быть введены в работу сразу же после проведения необходимых проверок, т. е. спустя 20 мин после их отключения. Таким образом было восстановлено питание по линии Рочестера, оно могло бы быть осуществлено в более короткий промежуток времени, если бы большая часть обслуживающего персонала не выехала на обследование линий напряжением 345 кВ.
Замечание. Благоприятным обстоятельством, которое позволило бы постепенно восстанавливать питание и хорошо его контролировать, могла бы быть радиальная структура сети;
в Нью-Йорке к перечисленным причинам добавились еще трудности. свойственные обширной кабельной сети. Было необходимо изыскать мощность, необходимую для запуска собственных нужд станций. Так, на юге оставалась работающей станция «Артур Килл», на севере подстанция «Долина Плезант» достаточно быстро получила питание от соседних с ней станций. Но эти оба источника находились на концах длинных кабелей (рис. 5.13). Емкость этих кабелей создавала значительную реактивную мощность, которая вызывала рост напряжения.
В кабелях «на холостом ходу» это повышение может достичь величин, опасных для оборудования. В этом случае приходится подключать к кабелю нагрузку, достаточную для компенсации реактивной мощности кабеля.
Подключение такой нагрузки требовало, чтобы система разделялась на части бригадами, которые выезжали бы на районные подстанции, осуществляя переключения вручную. На это требуется много времени. Именно таким способом восемь генераторов станции «Гудзон Авеню», наиболее близкой к станции «Артур Килл», были введены в действие между 21 ч. и 21 ч. 30 мин. и дали питание части Нью-Йоркского метро.
Позднее было восстановлено питание Манхаттена, обслуживаемого 27 замкнутыми сетями, каждая из которых представляет собой неделимый блок нагрузки мощностью от 26 до 400 МВт. Для восстановления надо было, чтобы аварийные бригады на каждой подстанции привели все выключатели в соответствующие положения. Питание восстановилось только на следующий день 10 ноября между 3 ч. 15 мин. и 6 ч. 15 мин. утра.
Замечание. Штат Нью-Джерси на другой стороне Гудзона не был охвачен аварией; вследствие этого восстановление питания Нью-Йорка произошло бы быстрее, если бы существовали связи с энергообъединением «Пенсильвания —Нью-Джерси —Мэриленд», имевшим мощность, близкую к мощности линий напряжением 345 кВ между Спрейн-Бруком и Плэзент-Вэлли, связывавшей эту систему с системой: «Ниагара».

Схема питания Нью-Йорка
Рис. 5.13. Схема питания Нью-Йорка
Выводы, сделанные после анализа аварии. Федеральная энергетическая комиссия сделала ряд рекомендаций, во многом совпадающих со сделанными выше. Так, например, выявлена необходимость:
единого управления объединенной электроэнергетической системы, с одной стороны, ответственного за ее концепцию, а с другой, контролирующего надежность работы системы;
изучения устойчивости, регулирования, защиты;
снабжения аппаратурой измерения, связи и автоматики;
усиления межсистемных связей;
распределения вращающихся резервов по всей объединенной системе;
контроля за действием реле и всех автоматических устройств;.
разработки конструкций по разгрузке системы;
оснащения вспомогательными источниками всех потребителей, для которых недопустим перерыв в питании (больницы, средства связи всех видов);
—  совершенствования законодательства, переносящего контроль за надежностью электрических систем с органов штатов на федеральные органы.
В  большинстве европейских стран, в частности во Франции, К этому времени были введены в практику аналогичные меры.
Можно привести пример аварий в сетях Э де Ф, столь же серьезных (например, отключение 2000 МВт), но вызвавших отключение только на 20; мин в зонах, ограниченных действием автоматических устройств.
Для усиления электроснабжения Нью-Йорка была принята программа, предусматривающая обеспечение большей надежности. Это иллюстрируется на рис. 5.13, согласно которому предусмотрено замыкание кольца напряжением 345 кВ в районе Новой Англии. "Компенсация" кабелей 345 кВ с помощью реакторов и повышение надежности питания собственных нужд ТЭС являются дополнительными мерами, принятыми после аварии для усиления надежности системы.
Комментарий редактора. При рассмотрении большой системной аварии происшедшей 9 ноября 1965 г. в США, в своих выводах и соображениях, сделанных на основе анализа этой аварии, автор несколько смягчил общую отрицательную характеристику энергетики США как неорганизованной группы частных предприятий. Можно отметить, что характеристика государственной (федеральной) комиссии по расследованию аварии была более резкой. То, что данная авария была не случайной, а ее возможность была предопределена системой организации энергетики США, показало последующее возникновение (1967—1975) более 50 больших аварий с погашением крупнейших городов. Все это привело к изменению построения энергетики США: отдельные мелкие компании были объединены в так называемые пулы и сверхпулы, имеющие единое диспетчерское управление, была широко внедрена вычислительная техника и системная автоматика. Однако, специфика частновладельческого хозяйства затрудняла и затрудняет применение многих средств системной автоматики, например автоматической разгрузки. С этими обстоятельствами было связано появление ряда дальнейших аварий, наибольшей из которых была авария в июле 1977 г. в районе Нью-Йорка. Описанием ее и дополним этот раздел. 
Суммарная нагрузка потребителей, перед началом этой аварии составлявшая 5868 МВт, частично покрывалась своими электростанциями (3008 МВт) и частично за счет импорта,
Главным образом с севера (2860 МВт). В энергокомпании Нью-Йорка имелся оперативный резерв (с временем реализации до 30 мин) суммарной мощностью 1998 МВт, в том числе 1208 МВт — вращающийся резерв на работающих агрегатах и 790 МВт — на газотурбинных установках (ГТУ), способных быстро запускаться и принимать на себя нагрузку. Таким образом, вдоаварийном режиме имелся достаточный резерв мощности.
Авария развивалась следующим образом.
При грозе в 20 ч. 37 мин. 13 с. были одновременно повреждены и отключились релейными защитами две линии, подвешенные на общей опоре. При этом одна из них была поставлена под напряжение действием АПВ, а на второй АПВ отказал; при этом линия осталась отключенной с обеих сторон. В то же время при внешнем коротком замыкании отключилась еще одна линия и была потеряна мощность агрегата АЭС около 1000 МВт.
В 20 ч. 55 мин. 53 с. в результате новых грозовых перекрытий были одновременно повреждены и отключились релейными защитами еще две линии, подвешенные на общей опоре. При этом первая из них действием АПВ была включена с обеих сторон, а вторая с одной стороны действием АПВ была поставлена под напряжение, АПВ с другой стороны линии отказало из-за малой величины угла на реле контроля синхронизма; далее вследствие ложного срабатывания дистанционной защиты односторонне отключилась еще одна линия, имевшая неуспешное АПВ.
В результате отключений четырех линий 330 кВ с интервалом в 18 мин энергокомпания Нью-Йорка осталась связанной с другими энергокомпаниями лишь тремя линиями; 330 кВ — с северными энергокомпаниями, 220 кВ — с западными энергокомпаниями и 138 кВ — с энергокомпанией «Лонг Айленд». Все оставшиеся в работе межсистемные связи были перегружены.
Для уменьшения перегрузки диспетчер принял меры к мобилизации резервов мощности та электростанциях энергокомпании, а также к уменьшению потребления в Нью-Йорке путем снижения на 8% напряжения на подстанциях энергосистемы. Это, однако, не привело к необходимой разгрузке межсистемных линий. (Диспетчер не попытался включить в работу ни одну из отключенных линий 330 кВ, что могло бы уменьшить перегрузку линий, оставшихся в работе).
В 21 ч. 19 мин. 13 с. вследствие длительной перегрузки возникло однофазное короткое замыкание и отключилась последняя линия связи 330 кВ с северными энергокомпаниями. В результате еще больше перегрузились две оставшиеся в работе межсистемные связи.
В 21 ч. 22 мин. 11 с. с разрешения диспетчера Нью-Йоркского объединения диспетчером энергокомпании «Лонг Айленд» была вручную отключена перегруженная кабельная линия 138 кВ. В работе осталась единственная сильно перегруженная связь с западными энергокомпаниями.
В 21 ч. 22 мин. 47 с. диспетчер компании Консолидейтед Эдисон предпринял неудачную попытку замкнуть в транзит линию 330 кВ, которая из-за сильной перегрузки отключилась вновь.
В 21 ч. 29 мин. 41 с. из-за перегрузки повредился фазовый регулятор на последней оставшейся в работе межсистемной линии связи 220 кВ, которая отключилась релейной защитой. Энергокомпания Нью-Йорка отделилась с дефицитом мощности 1700 МВт.
Действием АЧ Р была отключена нагрузка -1833 МВт.
В 21 ч. 29 мин. 47 с. из-за отключения нагрузки в энергосистеме повысилось напряжение, поскольку остались в работе обладающие значительной емкостью кабельные линии 330 кВ. Вследствие неправильной настройки защиты от потери возбуждения ложно отключился генератор на станции Рейвенсвуд, несший нагрузку 1000 МВт. В результате в энергосистеме вновь понизилась частота, так как все возможности АЧР уже были исчерпаны.
Из-за дефицита активной мощности произошел полный развал энергосистемы.
Восстановление нагрузки электростанций энергосистемы и межсистемных связей с.соседними энергокомпаниями, а также обеспечение питанием всех потребителей заняло более 24 ч. Прямые убытки из-за нарушения энергоснабжения во время аварии составили около 10 млн. долл. В результате грабежей и насилия, имевших место из-за отсутствия освещения в городе, дополнительный ущерб составил несколько сотен миллионов долларов.
Таким образом, авария, начавшаяся со сравнительно небольшого возмущения (неустойчивых повреждений четырех линий 330 кВ), при наличии в энергосистеме значительных резервов мощности в результате каскадного развития привела к полному погашению на сутки электроснабжения крупнейшего города Нью-Йорка и сопровождалась тяжелыми экономическими и социальными последствиями.
Как уже указывалось выше, авария началась с четырех первичных отказов — повреждений при грозе линий 330 кВ. Каскадному развитию аварии способствовало семь вторичных отказов, в том числе: два повреждения линий электропередачи из-за перегрузки; три излишних и ложных срабатываний релейной защиты блока станции Рейвенсвуд; два отказа АПВ на двух линиях.
Решающее значение в развитии аварии имела неудовлетворительная структура АЧР. В энергокомпаниях США применяется только одна система АЧР, состоящая из нескольких ступеней с разными установками по частоте и одинаковыми небольшими выдержками времени (аналогично АЧР1 в энергосистемах СССР). Применяемая в СССР вторая система АЧР — АЧРII, состоящая из нескольких ступеней с одинаковыми установками по частоте и разными, большими выдержками времени, в энергокомпаниях США не предусматривается. Если бы в «Консолидейтед Эдисон» имелась A4PII, она, подействовав после повторного снижения частоты, вызванного ложным отключением блока станции Рейвенсвуд, могла бы предотвратить дальнейшее развитие аварии.
Каскадному развитию аварии в значительной мере способствовали ошибки диспетчерского персонала, который не принял всех возможных мер по разгрузке оставшихся в работе линий электропередачи: недостаточно быстро и не полностью реализовал резерв мощности на электростанциях в Нью-Йорке, не попытался замкнуть в транзит находившиеся под напряжением линии, не отключил часть нагрузки в Нью-Йорке.



 
« Электротехнические материалы для ремонта электрических машин и трансформаторов   Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.