Примеры системных аварий
Надо отметить, что системные аварии не являются чем-то исключительным. Например, 25 мая 2005 г. из-за пожара на подстанции «Чагино» (кстати, одной из 80 (!) в Москве) оказались обесточены некоторые районы Москвы, Московской, Тульской и Калужской областей. Восстановление нормального энергоснабжения потребовало более суток.
Более показательны случаи системных аварий в районе Нью- Йорка.
В ноябре 1965 г. из-за перебоев с электроснабжением обесточенными оказались Нью-Йорк, Нью-Джерси, Пенсильвания, Новая Англия и др. Всего за 13 мин были отключены семь американских штатов и две канадских провинции. Примерно на 13 ч без электричества остались 30 млн человек. От 600 до 800 тыс. человек узнали об этом, находясь под землей в метро. К полуночи (а авария произошла в 17.20) удалось извлечь на поверхность более 90 % из них. Причиной аварии, названной «аварией века», был назван отказ в работе высоковольтной линии электростанции на Ниагаре в штате Нью-Йорк.
Несмотря на то, что после нее был принят ряд мер по предотвращению подобного в будущем, оказалось, что уязвимость системы еще достаточно велика.
В июле 1977 г. в результате попадания молнии в линию электропередачи на 25 ч прекратилась подача электроэнергии в Нью- Йорк. Весь Нью-Йорк с пригородами погрузился во мглу, в ряде районов начались массовые грабежи. Только за два дня полиция арестовала более 3766 человек, был причинен ущерб на сумму свыше 300 млн дол. Впоследствии в том же году в США было образовано министерство энергетики.
14 августа 2003 г. в ряде крупнейших городов восточного побережья США и Канады снова произошла системная авария, получившая название «Блэкаут 2003». Она была одной из самых масштабных за всю историю работы энергосистем. Электричество отключилось в гг. Нью-Йорк, Детройт, Кливленд, Торонто, Оттава и др. Сама по себе девятисекундная авария произошла в 16.00 по нью-йоркскому времени, но она привела к веерным отключениям электроэнергии на площади более 24 тыс. км2. ЧП затронуло более 50 млн. человек в восьми штатах США и канадской провинции Онтарио, привело к остановке свыше 100 электростанций, в том числе 22 атомных реакторов в обеих странах. На восстановление энергоснабжения ушло более суток. Причиной аварии стала перегрузка сетей на энергокаскаде Ниагара-Мохок на американоканадской границе. Финансовый ущерб, нанесенный США в результате масштабного отключения электроэнергии в восьми северо-восточных штатах страны, составил не менее 6 млрд дол.
Комиссия под руководством министра энергетики США С. Абрахама и министра природных ресурсов Канады Д. Эффорда, созданная для расследования обстоятельств происшествия, пришла к выводу, что причиной этой крупной аварии было грубое нарушение энергетическими компаниями основополагающих правил работы. Среди причин ее эксперты также называли плохую координацию действий энергетических компаний, устаревшее оборудование и ошибки персонала. Авария началась со сбоя на трех высоковольтных линиях электропередачи компании «Ферст энерджи» в штате Огайо. Корпорация не сумела вовремя принять нужные меры и не оповестила об этом другую компанию, осуществляющую контроль за энергосистемами на Среднем Западе. Ее специалисты попытались исправить положение лишь спустя полтора часа, когда отключение приняло каскадный характер и затронуло ряд крупных городов, в том числе - Кливленд, Детройт и Нью-Йорк.
Для примера приведем более подробное описание развития системной аварии, случившейся 14 июля 1977 г.
В этом случае в результате грозы вышли из строя две линии электропередачи 345 кВ от АЭС Индиан-Пойнт (мощность 900 МВт). Последующие удары молний вывели из строя еще две ЛЭП, подающие энергию в Нью-Йорк от электростанций, расположенных к северу от него. В результате энергосистема потеряла 2000 МВт, а дефицит мощности составил около 35% номинальной. Хотя сработала защита по понижению напряжения в сети, а ЭВМ, управляющая энергосистемой, дала команду на отключение ряда малонаселенных районов, это не спасло положения. Системная авария разрасталась, поскольку из-за перегрузки перегрелись и были отключены защитой кабельные линии, подававшие электроэнергию от соседней энергосистемы. В дополнение к этому из-за продолжающейся грозы удар молнии вывел из строя последнюю ЛЭП с севера. После этого из-за перегрузки были отключены защитой и две последние питающие энергосистему линии. Развитие аварии продолжалось более часа, после чего электроснабжение полностью прекратилось и огромный город погрузился во тьму. Остановились метро, электрический транспорт, лифты - всё приводимое в действие электричеством. Полное восстановление электроснабжения потребовало значительных усилий и происходило в течение 25 ч.
Российская электроэнергетика с подобными крупными авариями практически не сталкивалась. Полный развал объединенной системы Центра имел место в конце 1940-х гг. (вскоре после создания ОЭС) и позднее не повторялся. Хотя нарушения в отдельных региональных системах были. Наша единая система высокоцентра- лизована. Такая централизация требовала, чтобы как важнейший фактор обеспечения надежности была выстроена вся противоава- рийная автоматика. Что и было сделано.
Однако надо понимать: исключить полностью возможность крупной системной аварии и полной потери связи атомной станции с системой невозможно. При вероятностном анализе безопасности риск такой потери оценивается обычно величиной 0,1 события/год. Для обеспечения безопасности станций и исключения аварийных последствий такой ситуации предусматриваются системы безопасности и надежного энергоснабжения (в частности, дизель- генераторы). Но мощности последних хватает только на ограниченное число внутристанционных потребителей. Именно поэтому важна надежная связь АЭС с системой, получение от нее энергии в количестве, достаточном для привода любого оборудования, включая главные циркуляционные и питательные насосы; именно поэтому станции в условиях аварии в системе должны поддерживать последнюю (подробнее см. гл. 5).
Последнее. Нарушение устойчивости работы энергосистемы и возникновение асинхронного хода являются очень тяжелыми авариями в энергосистеме, ОЭС, приводящими к массовому отключению потребителей из-за снижения частоты и напряжения, к перегрузке, а в отдельных случаях и к повреждению оборудования энергосистемы.
Внедрение быстродействующей релейной защиты - один из решающих факторов по обеспечению динамической устойчивости. Часто к.з. на линиях электропередачи имеет проходящий характер, и применение в этом случае автоматика повторного включения (АПВ) будет способствовать повышению устойчивости, обратной ресинхронизации после нарушения устойчивости. Сохранение устойчивости может обеспечиваться и за счет быстрого уменьшения впуска энергоносителя в турбины.
Современная система регулирования мощных турбин позволяет очень быстро от специальных импульсов производить разгрузку турбогенераторов по активной мощности до требуемых по устойчивости значений.
Большое значение имеет также выбор правильного режима работы системы, такого распределения нагрузки станций и линий электропередачи, при которых при всех ожидаемых нарушениях сохраняются необходимые для устойчивости системы запасы. Обоснованный выбор такого режима - одна из главных задач диспетчерских служб. Делается он на основе сложных многовариантных расчетов.
