Jännitestabiiliushäiriö Suomessa Liisa Haarla

Transkriptio

1 Jännitestabiiliushäiriö Suomessa 1992 Liisa Haarla

2 Pohjoismainen voimajärjestelmä 1992 Siirtoverkko: Siirtoyhteydet pitkiä, kulutus enimmäkseen etelässä, vesivoimaa pohjoisessa (Suomessa ja Ruotsissa), etelässä suuria lämpövoimalaitoksia Suomen tuotanto 1992: Vesivoimaa pohjoisessa, %, ydinvoimaa etelässä noin 30 %, tuonti noin 10 % Suurimmat generaattorit: Loviisa MW, Olkiluoto MW, Kuorman vuotuinen vaihtelu Suomessa: MW

3 Voimajärjestelmä ennen häiriötä Tuonti Ruotsista maksimissaan, siirto Pohjois-Suomesta etelään maksimissaan, useita Suomen generaattoreita pois verkosta (vuosihuollot, pieni kuorma) 400 kv:n verkkoon kytketyt isot generaattorit: Olkiluoto: MW, Loviisa: MW Fenno-skan tasasähköyhteys: tuonti 500 MW Suomeen (silloinen maksimiteho) Suunniteltu Loviisan voimalaitoksen huoltokeskeytys 2 kpl 220 MW:n generaattoria huollossa Suunniteltu Loviisa Nurmijärvi 400 kv:n johdon keskeytys Suomen kuorma oli noin 7500 MW

4 TUONTI 900 MW RUOTSI VENÄJÄ Siirto pohjoisesta etelään 1150 MW OLKILUOTO: MW FENNO-SKAN: 500 MW:n TUONTI LOVIISA: MW Suunniteltu huoltokeskeytys 400 kv:n Loviisa Nurmijärvijohdolla

5 Verkon käytön periaatteet Siirtoa rajoittava tekijä tehoa Ruotsista tuotaessa on jännitestabiilius Verkkoa käytetään N 1-periaatteen (lausutaan än miinus yksi ) mukaan. Tämä tarkoittaa, että verkon pitää kestää milloin tahansa yhden komponentin irtoaminen. Mitoittavia vikoja ovat esim. suurimman generaattorin irtoaminen ja 3- vaiheinen kiskovika Verkko kestää mitoittavat viat, kun toimintapiste on sallitulla alueella (merkitty keltaisella seuraavassa kuvassa) Verkon täytyy kestää uusi mitoittava vika 15 minuutin kuluttua viasta Keskeytysten aikana siirtorajat tarkistetaan ja tarvittaessa niitä muutetaan

6 Tapahtumat 1) Yksi 735 MW:n generaattori irtosi Olkiluodossa rutiinikoestusten aikana 2) Siirrot kasvoivat, loistehon tarve kasvoi, jännitteet laskivat 3) Olkiluodon verkossa ollut generaattori siirtyi vakioloistehon säädöstä jännitesäätöön ja sen loistehon anto verkkoon kasvoi arvoon 300 Mvar. Generaattorin roottorivirta hälytti. 4) Verkon toimintapiste siirtyi sinisestä neliöstä punaiseen neliöön (seuraavan sivun kuva)

7 Normaali käyttöalue Toimintapiste ennen generaattorin irtoamista TEHONSIIRTO POHJOIS- JA ETELÄ-SUOMEN VÄLILÄ POHJOISESTA 0 ETE- LÄSTÄ TUONTI NORMAL STATE HÄLYTYS- TILA 0 HÄLYTYS- TILA VIENTI Toimintapiste generaattorin Irtoamisen jälkeen Sallittu toiminta-alue VAIHTOSÄHKÖSIIRTO SUOMEN JA RUOTSIN VÄLILLÄ

8 Tapahtumat Generaattorin irtoamisen takia taajuudessa lyhytaikainen alle 0,15 Hz:n kuoppa taajuudessa Taajuus palautui lähes ennalleen, kun pyörivät reservit lisäsivät tehoaan. Reservit olivat pääosin Pohjois-Ruotsin ja Pohjois-Suomen vesivoimalaitoksissa. Tuonti Ruotsista pohjoisessa kasvoi 1500 MW:iin ja siirto pohjoisesta etelään kasvoi (1150 MW -> 1800 MW). Loistehon kulutus kasvoi siirron kasvettua -> generaattoreiden loistehoreservit aktivoituivat Jännitteet 400 kv:n verkossa laskivat noin 10 kv. Tämä on normaalia eikä aiheuttanut ongelmia. Näin tuli testattua että sallittu siirtoalue oli oikea

9 Siirto pohjoisesta etelään Suomessa Teho / MW Kuorman dynamiikka Aika

10 Muutamien minuuttien kuluttua Olkiluodon verkkoon jääneen loistehoa pienennettiin roottorivirtahälytyksen takia (300 Mvar -> 180 Mvar) Hälytys: luultiin, että generaattorissa on jotakin vikaa. Kuitenkin oli koekäytössä havaittu, että generaattorin roottorivirta hälyttää kun generaattori on ylimagnetoinnilla. Loistehon rajoitus aiheutti jännitteiden nopea ja rajun laskun Etelä- ja Länsi-Suomessa. Jännitteen lasku oli 20 kv Raumalla ja 30 kv Nurmijärvellä

11 Jännitteet Länsi-Suomessa Jännite / kv loistehoa pienennettiin käsin loistehoa lisättiin generaattori irtosi Ulvila Rauma Aika

12 Jännite / kv Jännitteet Etelä-Suomessa Tammisto Hyvinkää Aika

13 Tilanne Etelä-Suomessa 400 kv:n jännitteet laskivat 345 kv:iin asti 400 kv:n verkon alhaisimmat jännitteet olivat Etelä- Suomessa Loviisan ydinvoimalaitos ei voitu tukea Etelä-Suomen jännitteitä, koska Loviisa Nurmijärvi oli kytketty irti verkosta huollon takia Verkko oli lähellä jänniteromahdusta

14 Tapahtumat verkkovalvomossa Valvoja huomasivat 400 kv:n matalat jännitteet ja Olkiluodon generaattorin pienennetyn loistehon tuotannon. Valvoja soitti Olkiluotoon ja pyysi heitä lisäämään loistehon tuotantoa, mikä Olkiluoto pienen ajan kuluttua teki. (Hälytys ei tullut generaattoriviasta vaan ylimagnetoinnin takia) Loistehon tuotannon lisäys alkoi klo 9:55 Loistehon muutos: 180 Mvar -> 400 Mvar.

15 Jännitteet Pohjois-Suomessa Jännite / kv Petäjäskoski Keminmaa Aika

16 Pohjois-Suomessa Pohjois-Suomessa verkon jännittet olivat hyväksyttävällä tasolla koko häiriön ajan Petäjäskoskella jännitteet olivat yli 380 kv ja Keminmaalla yli 370 kv 370 kv oli hyväksyttävä arvo alle 15 minuutin kuluttua häiriön alkamisesta

17 Jännitteet Itä-Suomessa Jännite / kv Huutokoski kaasuturpiinit Alapitkä Aika

18 Tilanne Itä-Suomessa Itä-Suomessa jännitteet eivät olleet niin alhaisia kuin Etelä-Suomessa Loviisan generaattorin tukivat jännitettä, Alapitkä oli verkon heikko kohta Verkkovalvomon henkilökunta käynnisti omia kaasuturpiineja ja soitti muille kaasuturpiinien omistajille: kaikki mahdolliset siirtoreitin varrella olevat generaattorit tarvittiin verkkoon, että saataisiin siirto pohjoisesta etelään pienemmäksi Huutokoskella kaasuturpiinit irtosivat ensin (öljyn paineongelmia), mutta vähän ajan kuluttua ne käynnistyivät

19 Lyhyt kuvaus häiriöstä 1) Aika: perjantai 14 elokuuta 1992 klo 9.50 noin ) Iso generaattorin irtosi verkosta 3) Verkkoon jääneen generaattorin loistehon tuotantoa rajoitettiin käsin generaattorin irrottua 4) Jännitteet laskivat voimakkaasti 5) Häiriön kesto oli noin 20 minuuttia 6) Verkkovalvomon nopea ja oikea toiminta esti suurhäiriön 7) Kyseessä oli tyypillinen jännitestabiiliustilanne

20 Johtopäätöksiä Osaava henkilökunta valvomossa on tärkeä. Päätökset pitää tehdä nopeasti. Valvojien on ymmärrettävä voimajärjestelmän käyttäytymistä ja saatava tietoa verkon tilasta Reaaliaikainen tieto verkon tilasta on tärkeää Tiedon kulku voimalaitosten ja verkon valvojien välillä on tärkeää Kaasuturpiinien käynnistymisnopeus on tärkeää Ilman loistehon pienennystä tilanne olisi ollut hyväksyttävä ja normaali käytön sopeuttaminen irronneeseen generaattorin olisi tehty 15 minuutissa, mutta tilanne ei olisi ollut kriittinen

21 Johtopäätöksiä Vian jälkitilanteen simulointi PSS/E-tehonjako-ohjelmalla: verkko ei simuloinnissa supennut pahimmassa mitatussa tilanteessa Muuntajien käämikytkimet säätivät ja lisäsivät loistehon siirtoa 400 kv:n verkosta 110 kv:n verkkoon ja pahensivat osaltaan tilannetta On hyödyllistä rajoittaa käämikytkinten toimintaa tällaisessa tilanteessa Koko häiriön aikana alemmissa jännitetasoissa ei ollut mitään ongelmia Automaattien kuorman irrotus jännitteestä (ei vain taajuudesta) voi olla hyödyllinen Verkon valvojille on hyödyllistä harjoitella tämän tapaisia tilanteita simulaattorilla