Aplikácia PSA pre elektriza č nú Aplikácia PSA pre elektriza č nú
prenosovú sústavu prenosovú sústavu
Medzinárodná konferencia, SES 2006, Bezpe ná dodávka energie 26 - 29. 09. 2006, hotel Crowne Plaza, Bratislava
prenosovú sústavu prenosovú sústavu
Z. Kovács, P. Hlaváč, H. Nováková, RELKO spol. s r.o., Bratislava
M. Boháč,
FEI-STU, Katedra elektroenergetiky, Bratislava
www.relko.sk www.relko.sk
Úvod
PSA pre ES
Stromy udalostí
Stromy udalostí
Stromy porúch
Výsledky analýzy
Záver
Úvod
Tradičný spôsob plánovania a prevádzky elektrizačnej
sústavy zahŕňa deterministické kritérium n-1. Elektrizačná sústava sa prevádzkuje tak, že po každej jednotlivej
poruche zostane stabilná a nový prevádzkový stav dosiahne bez preťaženia a straty napätia.
Zvyčajne sa neberú do úvahy pravdepodobnosti rôznych porúch. Rovnako sa narába so všetkými poruchami, ktoré môžu obmedziť kapacitu prenosu. Táto metóda sa dobre uplatňuje v podmienkach konzervatívneho využívania siete.
Liberalizácia trhu s elektrickou energiou si vyžiadala účelnejšie využitie ES ako predtým. Stáva sa tiež
obťažnejším získať povolenie na výstavbu nových prenosových vedení, čo zvyšuje nároky na prenos prostredníctvom existujúcich vedení.
Elektrizačná sústava predstavuje rozsiahly, zložitý a v mnohých ohľadoch nelineárny systém. Javy po poruche sústavy majú dynamický charakter a závisia od zapojenia siete a výkonových tokov v rôznych častiach siete.
Analýza spoľahlivosti ES je teda neľahkou úlohou.
Analýza spoľahlivosti ES je teda neľahkou úlohou.
Účinky porúch sústavy sa môžu rozšíriť a postihnúť milióny ľudí, ako to bolo v prípade USA, Talianska a
Švédska v auguste a septembri roku 2003 a 2004 (NERC 2004, UCTE 2004 a Svenska Kraftnät 2003).
Úvod
Prevádzkovatelia ES sa snažia udržiavať spoľahlivosť siete na čo najvyššej úrovni. Finančné prostriedky sú však obmedzené.
Najväčší prínos z existujúcich prostriedkov možno
Najväčší prínos z existujúcich prostriedkov možno
získať, keď sa preukáže, že rozhodnutia o investíciách, údržbe a prevádzke sú správne. Najúčinnejší spôsob zvyšovania spoľahlivosti sústavy možno dosiahnuť využitím pravdepodobnostných metód (PSA –
Probabilistic Safety Assessment).
Cieľom prednášky je ukázať použitie pravdepodobno- stnej metódy na odhad spoľahlivosti ES.
PSA vo svete, ako nástroj hodnotenia spoľahlivosti
a rizika potenciálne nebezpečných technológií, sa využíva v mnohých aplikáciách, napr. pre jadrové a konvenčné elektrárne, v kozmonautike, chemickom priemysle, atď.
U nás sú rozšírené aplikácie v jadrovej energetike a v chemickom priemysle.
Aplikácie pre ES SR sú len v počiatočnom štádiu.
V súčasnosti sa začali práce na 400 kV sústave a získavajú sa niektoré kvantitatívne odhady pre spoľahlivosť siete.
Metóda PSA pri aplikácii na ES uvažuje okrem vedení aj rozvodne. Ochrany a vypínače sú umiestnené v
rozvodniach. Porucha týchto prvkov môže viesť k sérii udalostí, ktoré sa pri plánovaní prevádzky sústavy
obvykle neberú do úvahy.
PSA pre ES
obvykle neberú do úvahy.
PSA a systematická analýza prevádzky po poruche môže určiť indikátory spoľahlivosti a pomôcť
plánovaniu a prevádzke sietí. Zámerom je aj porovnanie účinkov rôznych schém zberníc a rôznych prvkov
rozvodní na spoľahlivosť.
Na určenie frekvencie výskytu nežiadúcich stavov a
ich následkov sa využíva matematické modelovanie. Zo štatistických údajov sa vykoná odhad frekvencie
iniciačných udalostí, napr. porúch vedení. Pomocou databázy porúch a inžinierskych odhadov sa vykoná analýza typov a účinkov porúch pre prvky rozvodní.
analýza typov a účinkov porúch pre prvky rozvodní.
Analýza spoľahlivosti pre prevádzkovú činnosť rozvodní po poruchách sa vykoná pomocou stromov udalostí
a stromov porúch. Rôzne koncové stavy stromov udalostí (trvanie poruchy a vypnutia vypínačov) sa
potom simulujú pomocou programov na analýzu stability pre konkrétny výkonový tok a topológiu siete.
Výsledky analýzy klasifikujú stav siete po poruchách ako normálny, výstražný, havarijný, čiastočný rozpad alebo rozpad sústavy.
Zostavený spoľahlivostný model ukazuje možné stavy sústavy a frekvencie ich výskytu po poruchách
v závislosti od zapracovania alebo nezapracovania
ochranných systémov (v závislosti od ich spoľahlivosti).
Vypočítané sú viaceré faktory dôležitosti siete (Fussell- Vesely dôležitosť, faktor zníženia rizika, faktor zvýšenia
PSA pre ES
Vypočítané sú viaceré faktory dôležitosti siete (Fussell- Vesely dôležitosť, faktor zníženia rizika, faktor zvýšenia rizika a citlivosť parametrov) z hľadiska frekvencie
úplného a čiastočného rozpadu sústavy. Dostaneme
relatívnu dôležitosť prvkov rozvodní ohľadom úplného a čiastočného rozpadu sústavy.
Zisťujú a usporiadajú sa poruchové udalosti prvkov podľa ich dôležitosti z hľadiska čiastočného a úplného rozpadu sústavy po poruchách vedení. Na základe
výsledkov možno prijať doporučenia na zlepšenie spoľahlivosti siete z hľadiska plánovania prevádzky, údržby a investícií.
PSA zoh ľ ad ň uje tieto faktory s vplyvom na spo ľ ahlivos ť siete:
• frekvenciu výskytu porúch vedení,
• frekvenciu výskytu porúch vedení,
• miesto poruchy na vedení,
• odlišné konštrukcie rozvodní,
• intenzitu porúch prvkov rozvodní,
• dynamické chovanie ES po rôznych poruchách vedení,
• dia ľ kový dosah dištan č ných ochrán.
Strom udalostí pre skrat na vedení
S-405 O-VARIN-405 O-SUCANY-405 VYP-VARIN-405 PVYP-VARIN-405 VYP-SUCANY-405 PVYP-SUCANY-405 OZ-VARIN-405 OZ-SUCANY-405
Skrat na linke 405 Varin - Sucany
Signal z ochrany na vypnutie vypinaca v rozvodni Varin 405
Signal z ochrany na vypnutie vypinaca v rozvodni Sucany 495
Vypnutie vykonoveho vypinaca z rozvodni Varin 405
Zasah ochran vypinaca po poruche v rozvodni Varin AZV 405
Vypnutie vykonoveho vypinaca z rozvodni Sucany 405
Zasah ochran vypinaca po poruche v rozvodni Sucany AZV 405
Opatovne zapnutie vypinaca v rozvodni Varin 405
Opatovne zapnutie vypinaca v rozvodni Sucany 405
P.č. 1 2 3 4 5 6 7
Následky OK OK OK CRS RS CRS CRS 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
CRS RS RS CRS RS CRS RS RS CRS CRS RS RS CRS RS RS
@O-405-SUCANY-1 Nie je signal z ochran v rozvodni Sucany na linke 405
Nie je signal z ochrany 7 SA 513 v.3.0 v rozvodni
Nie je signal z ochrany REL 316 v rozvodni Sucany na
@O-405-SUCANY-2 SA 513 v.3.0 v rozvodni Sucany na linke 405
@O-405-SUCANY-3 316 v rozvodni Sucany na linke 405
VS-SUCANY Nie je napajanie ochran z vlastnej spotreby rozvodne Sucany
@O-405-SUCANY-4 porucha rele
vytvarajuceho signal na vypnutie vypinaca linky
C-7SA-405-SUCANY nezopne cievka rele ochrany 7 SA na linke 405 v rozvodni Sucany
K-7SA-405-SUCANY porucha spinania kontaktu rele ochrany 7 SA linke 405 v rozvodni Sucany
@O-405-SUCANY-5 porucha rele
vytvarajuceho signal na vypnutie vypinaca linky
VS-SUCANY Nie je napajanie ochran z vlastnej spotreby rozvodne Sucany
C-REL316-405-SUCANY nezopne cievka rele ochrany REL 316 na linke 405 v rozvodni Sucany
K-REL316-405-SUCANY porucha spinania kontaktu rele ochrany rel 316 na linke 405 v rozvodni
Monitor rizika rozpadu siete
Pre ES SR nie sú ešte vykonané analýzy PSA, preto sa pre ilustráciu uvádzajú výsledky fínskej elektrizačnej sústavy.
Výsledkom analýzy je frekvencia rozpadu sústavy
a čiastočného rozpadu. Uvádzajú sa faktory dôležitosti pre čiastočný a úplný rozpad sústavy a formujú sa
niektoré doporučenia. Výsledky zodpovedajú
neporušenej sieti a iba jedinému zaťaženiu siete a
platia iba pre tie skratové poruchy vedení, ktoré možno odpojiť dištančnými reléovými ochranami.
Odhady frekvencie v dôsledku porúch na rozvodni po
skratových poruchách vedení sa vykonali pre čiastočný a úplný rozpad sústavy.
Výsledky analýzy
Predpokladom je ľahko zaťažená sieť, čo znamená, že tieto hodnoty sú do istej miery optimistické.
Frekvencia rozpadu siete je 1,37E-03/rok a 1,12E-01/rok pre čiastočný rozpad.
Zodpovedajúce časové intervaly medzi dvomi za sebou nasledujúcimi rozpadmi sú 730 rokov, resp. 9 rokov.
najdôležitejších MKR
Výkonový vypínač (9%)
Telekomunikačný kanál (8%)
Ostatné minimálne kritické rezy (19%)
Telekomunikačný kanál + výkonový vypínač (3%) Telekomunikačný kanál + dištančná rel. ochrana (3%) 2× dištančná reléová ochrana (10%)
Dištančná rel. ochrana + diferenčná rel. ochrana (3%) 2× výkonový vypínač (46%)
Č iasto č ný rozpad siete
K čiastočnému rozpadu sústavy viedlo 7 603
minimálnych kritických rezov. Prvých 62 minimálnych kritických rezov pokrylo skoro 100% frekvencie
čiastočného rozpadu sústavy. Spomedzi nich 59 má iba jeden prvok a 3 majú dva prvky. Sú to rezy prvého
a druhého rádu.
a druhého rádu.
Najdôležitejšie minimálne kritické rezy s jedným prvkom zahrňujú telekomunikačný kanál alebo výkonový
vypínač. Výkonovým vypínačom bol často, ale nie vždy, tlakovo-vzdušný výkonový vypínač. Telekomunikačným kanálom bola tiež často, ale nie vždy, nosná vlna
silového vedenia.
Fussell-Vesely faktor dôležitosti a faktor zníženia rizika boli pre zoznam minimálnych kritických rezov identické.
Tie isté výkonové vypínače a telekomunikačné kanály, ktoré boli v zozname minimálnych kritických rezov
zaradené najvyššie, boli vysoko zaradené aj
v zoznamoch mier Fussell-Vesely dôležitosti a faktoru v zoznamoch mier Fussell-Vesely dôležitosti a faktoru zníženia rizika. Dôvod je zrejmý: prvky majú v modeli vždy vysokú intenzitu porúch.
Pri usporiadaní podľa faktoru zvýšenia rizika boli vysoko zaradené výkonové vypínače, udalosti rozvodne.
Telekomunikačné kanály nosnej vlny silových vedení neboli v zozname faktorov zvýšenia rizika dominantné.
Záver
PSA umožňuje získať informácie o spoľahlivosti ES použitím údajov o spoľahlivosti prvkov. Dáta
o rozpade sústavy nie sú k dispozícii, ale existujú dáta o poruchách jej prvkov. Porucha na úrovni ES závisí od spoľahlivosti jej prvkov. Dôležité výsledky analýzy sú havarijné reťazce, ktoré vedú k rozpadu alebo
sú havarijné reťazce, ktoré vedú k rozpadu alebo
čiastočnému rozpadu sústavy, ich frekvencie výskytu a dôležitosť rôznych prvkov a parametrov pri vzniku týchto udalostí.
ES je nelineárnym systémom, kde môžu podobné havarijné reťazce v rôznych miestach a pri rôznych úrovniach zaťaženia viesť k rôznym koncovým
stavom. Dynamické simulácie porúch rozvodní sú teda nevyhnutnou súčasťou analýzy.
Správnos ť získaných výsledkov závisí od
štruktúry modelu a od kvality spo ľ ahlivostných dát prvkov. Napriek možným neur č itostiam vo výsledkoch môže PSA ú č inne prispieva ť
k zlepšeniu ú č innosti prevádzky ES.
k zlepšeniu ú č innosti prevádzky ES.
