Авария 14 августа 2003 г

Авария 14 августа 2003 г.

Последовательность событий

Специальная рабочая группа по аварии в США и Канаде

12 сентября 2003 г.

Этот отчет представляет собой краткий обзор важных физических и электрических явлений, которые произошли в течение короткого времени, до и во время каскадной аварии, которая привела к полному отключению электроснабжения 14 августа 2003 г. В этом обзоре рассматриваются события, начавшиеся примерно в полдень того дня, в целях представления полной картины последовательности происходившего и того, как развивалась ситуация в сети после полудня. Основное внимание уделено событиям, которые происходили на основных сетевых объектах (230 кВ и выше) и на крупных электростанциях. В рамках данного обзора не предпринимались попытки представить или объяснить связи между последовательностями описываемых событий. Определение этих связей потребует проведения дополнительного интенсивного анализа в течение последующих недель. В дальнейшем наши эксперты продолжат анализировать данные по: · тысячам явлений в линиях электропередачи, которые происходили в течение нескольких часов до и во время аварии в сетях 138 кВ и ниже · сотням явлений, имеющим отношение к взаимодействию электростанций и сети в этот период · условия и работа сети до полудня. Многое произошло задолго до полудня, включая проблемы с реактивной мощностью и напряжением, а также схемы потокораспределения по нескольким штатам, что может иметь отношение к причинам аварии. · любые действия, предпринятые или не предпринятые системными операторами до и во время аварии. Исследование Специальной рабочей группы по аварии в США и Канаде рассматривает все вышеупомянутые факторы и другую информацию для того, чтобы уточнить их и более подробно изучить то, что произошло и почему. Эта хроника не для того, чтобы показать, и не должна рассматриваться как объяснение, почему произошла авария, а лишь для того, чтобы предоставить исследователю первоначальную картину произошедшего. Она также и не для того, чтобы показать и не должна выявлять виновных или виновность в аварии. Определение конкретных причин этих отказов требует тщательного и профессионального расследования, которым занимается американо-канадская группа расследования. Все вышеупомянутые вопросы и объяснения будут рассмотрены в будущих докладах группы расследования и опубликованы совместной американо-канадской рабочей группой.

Примечание: Информация из этого отчета основана на тех фактах, которые известны об аварии 14 августа по состоянию на 11 сентября и может изменяться в процессе дальнейшего расследования событий.

 

Отключение электроэнергии 14 августа 2003 г.

Хроника событий

В этом отчете представлена хроника некоторых важных событий, которые привели к отключению энергоснабжения в энергосистемах Среднего Запада и северо-восточной части США, а также в восточной части Канады 14 августа 2003 года. Это объяснение дано в целях обеспечения общего понимания того, как развивалась авария; оно не включает в себя каждую деталь, имеющую отношение к аварии и необходимую для полного понимания ее ключевых причин. Такие детали находятся в тысячах записей данных, требующих дальнейшего анализа. Эти записи включают в себя работу выключателей цепей, запуски и выключения электростанций, изменения напряжения, сдвиги потоков мощности, и сбросы нагрузки. Совместная группа из США и Канады ведет тщательное расследование аварии и сообщит соответствующие подробности в своем будущем докладе.

Время событий

Время, указанное в этом отчете, приведено на основании временной отметки, которая присутствует в каждой записи. Когда бы выключатель цепи не открылся для того, чтобы отключить линию электропередачи или не закрылся, чтобы вновь включить линию, или включился или выключился генерирующий блок, или напряжение превысило установленную границу, время такого события фиксируется с точностью до ближайшей секунды (f иногда даже до доли секунды).

В некоторых случаях группа расследования обнаружила, что такие временные метки неточны, поскольку компьютеры, записывавшие информацию, не зафиксировали протоколы событий или часы, на основании показаний которых фиксировались временные метки, не были откалиброваны в соответствии с государственным стандартом времени. Группа должна определить, время каких событий было зафиксировано точно, и строить цепь событий, отталкиваясь от них, для того, чтобы осуществить перекрестную проверку событий в других системах из нескольких источников для верификации точного времени каждого события. Время некоторых событий еще неизвестно с точностью до секунды.

Все приведенные указания времени даны по Восточному летнему времени.

Лавина напряжения

Одной из характеристик аварии 14 августа 2003 года была явная «лавина напряжения», которая частично возникла в системе электропередачи вокруг и внутри центров нагрузки северного Огайо и восточного Мичигана. Напряжение в системе электропередачи необходимо для передачи электрической мощности от генерирующих станций к центрам нагрузки и в какой-то мере напоминает действие давления в водопроводной системе. Реактивная мощность – это компонент общей мощности, который способствует поддержанию соответствующих уровней напряжений в энергосистеме. Достаточный уровень напряжения поддерживается поставкой в систему электропередачи реактивной мощности от электростанций и статических устройств, называемых конденсаторами. Легко нагруженные линии электропередачи также создают реактивную мощность и помогают поддерживать уровень системного напряжения. И наоборот, нагрузка потребителей, такая как электромоторы, и другие электромагнитные устройства потребляют реактивную мощность, также как и сильно нагруженные линии электропередачи. Таким образом, поскольку линии становятся более нагруженными они потребляют большее количество реактивной мощности, необходимой для поддержания соответствующего напряжения в системе электропередачи.

Реактивная мощность не может передаваться на дальние расстояния, поскольку сталкивается с существенным сопротивлением в линиях. Поэтому источники реактивной мощности необходимо располагать близко от пунктов ее потребления – например, около центров нагрузки. Когда отключаются сильно нагруженные линии, линии, остающиеся в работе, автоматически забирают часть перетоков от отключенной линии, что увеличивает величину реактивной мощности, потребляемую такими линиями. Когда количество поставляемой в систему реактивной мощности ограничено, увеличивающаяся нагрузка приводит к падению напряжения в линии. Если реактивная мощность не поставляется в конце линии, напряжение резко падает. В этом случае система электропередачи не может больше передавать электрическую мощность от удаленной генерации в потребителям в центрах нагрузки.

В некоторых случаях потребление реактивной мощности в энергорайоне слишком велико для местных генерирующих блоков. Тогда эти блоки могут отключиться (автоматическое разделение или отключение) либо в результате перегрузки по реактивной мощности, либо вследствие того, что напряжение становится слишком низким для снабжения питанием собственного вспомогательного оборудования генераторов, такого как вентиляторы, угольные распылители и насосы.

Энергосистема спроектирована так, чтобы в случае возникновения неблагоприятных условий в сети (повышенное или недостаточное напряжение, видимое сопротивление или частота), подвергающих опасности надежную работу линий электропередачи или электростанций, оборудование, ставшее причиной возникновения такой опасности автоматически отделяется от сети для защиты самой сети от повреждения. Повреждение сети, если все же допустить его возникновение, сделает восстановление нормальной работы более трудным и дорогостоящим.

Условия, предшествующие аварии

Большинство событий, которые внесли свой вклад в возникновение аварии, произошли в период времени от полудня до 16:13. События на генерирующих и сетевых объектах плюс запланированный обмен в системах этого региона мог оказать свое влияние на развитие дальнейших событий. Группа расследования изучает эти события, начиная с 08:00 14 августа для того, чтобы определить, являлись ли они важными с точки зрения возникновения аварии.

Легенда карты

Легенда, приведенная справа, поясняет линии и обозначения на картах, которыми проиллюстрирована данная хроника. «Открытая линия» или «открытое сечение» означают, что одна или более линий электропередачи не могли более осуществлять передачу электроэнергии между двумя районами; «отключение генератора» означает, что генератор отделился от сети и перестал производить электроэнергию.

События, приведшие к аварии

12:05:44 – 13:31:34 – Отключения генераторов

12:05:44 – Conesville блок 5 (мощность - 375 МВт) 2. 13:14:04 – Greenwood блок 1 (мощность - 785 МВт) 3. 13:31:34 – Eastlake блок 5 (мощность - 597 МВт)

Электростанция Conesville расположена в центральной части Огайо, электростанция Greenwood расположена к северу от Детройта. Greenwood блок 1 отключился в 13:14:04 и вернулся в работу в 13:57. Eastlake блок 5 расположен в северной части Огайо рядом с южным берегом озера Эри и подключен к системе электропередачи 345 кВ. Эти отключения генерирующих блоков (выключения) привели к изменению схемы потокораспределения в системе электропередачи.

14:02 – Отключения ЛЭП на юго-западе Огайо

Stuart – Atlanta 345 кВ

Эта линия является частью сечения, по которому осуществляется передача электроэнергии с юго-запада на север Огайо. Она отключилась от системы из-за пожара в подлеске под частью этой линии. Горячие газы от пожара могут ионизировать воздух над ЛЭП, приводя к тому, что воздух начинает проводить электричество и возникает короткое замыкание в проводниках линии.

15:05:41 – 15:41:33 – Отключение ЛЭП между восточной и северной частями Огайо

15:05:41 – Harding-Chamberlain 345 кВ 15:32:03 – Hanna-Juniper 345 кВ 15:41:33 – Star-South Canton 345 кВ

Эти три ЛЭП являются частью сечения, по которому энергия передается с севера на восток Огайо. На данный момент причина отключения линии Harding-Chamberlain неизвестна. На линии Hanna-Juniper произошло касание дерева проводником, что привело к короткому замыканию на землю и к самостоятельному отключению линии. Линия Star-South Canton отключалась и восстанавливалась дважды утром того же дня, но важность этих событий пока не ясна. С отключением этих линий эффективность сечения восток - север Огайо была снижена.

Электроэнергия, передававшаяся по этим линиям, мгновенно начала течь по другим линиям, включая линии с более низким напряжением (138 кВ), которые соединяли север Огайо с сетью. Однако эта новая схема потокораспределения начала перегружать и другие линии. По мере падения напряжения на севере Огайо примерно 600 МВт потребления было отключено у промышленных потребителей (чьи моторы отключились из-за низкого напряжения) и в распределительных сетях, которые были отключены автоматически от систем электропередачи 138 и 69 кВ.

15:45:33 – 16:08:58 – Отключение оставшихся линий с востока на север Огайо

 

15:45:33 – Canton Central-Tidd 345 кВ 16:06:03 – Sammis-Star 345 кВ

Canton Central-Tidd отключилась в 15:45:33 и включилась 58 секунд спустя. Однако трансформаторы Canton - Central 345/138 кВ отключились и не восстановились, изолировав систему 138 кВ от поддержки 345 кВ на центральной подстанции Canton. Затем отключилась линия Sammis-Star 345 кВ? что полностью блокировало сечение 345 кВ с востока на север Огайо. Осталось лишь три пути для перетока на север Огайо: 1) с северо-

востока Огайо и Пенсильвании вдоль южного берега озера Эри; 2) с юга Огайо (необходимо, однако, принимать во внимание, что эта часть сечения была перегружена после отключения линии Stuart-Atlanta в 14:02); и 3) с востока Мичигана. Эта ситуация также существенно ослабила северо-восток Огайо в качестве источника для востока Мичигана, заставив район Детройта более полагаться на линии Мичигана запад-восток и те же самые линии на юге и западе Огайо.

С 15:42:49 до 16:08:58, произошло массовое самоотключение 138 кВ линий на север Огайо. Это привело к погашению Экрона и районов на западе и юге.

16:08:58 – 16:10:27 – Отключение линий на северо-западе Огайо и отключение генерации в центральном Мичигане.

16:08:58 – Galion-Ohio Central-Muskingum 345 кВ 16:09:06 – East Lima-Fostoria Central 345 кВ 16:09:23-16:10:27 – Kinder Morgan (мощность – 500 МВт; нагрузка - 200 МВт)

Когда отключились линии Galion-Ohio Central-Muskingum и East Lima-Fostoria Central, это привело к блокированию сечений с юга и запада Огайо на север, а также на восток Мичигана. Таким образом, центры нагрузки на севере Огайо и востоке Мичигана были подклю-

чены к системе только по линиям: 1) с северо-востока Огайо и Пенсильвании вдоль южного берега озера Эри; 2) с запада Мичигана через линии восток-запад, которые пересекали штат; и 3) из Онтарио. Восточный Мичиган был подключен к северу Огайо только тремя линиями 345 кВ около юго-западного берега озера Эри.

Генерирующий блок Kinder Morgan отключился (выключился) в центре Мичигана (с нагрузкой 200 МВт).

Перетоки мощности из Индианы и по линиям, пересекающим Мичиган с запада на восток усилились для того, чтобы покрыть нагрузку на востоке Мичигана и севере Огайо.

Сниженная пропускная способность линий, обслуживающих центры нагрузки на севере Огайо, привела к снижению напряжения в этой энергозоне, поскольку потребление превысило быстро снижающиеся возможности поставки электроэнергии.

Около 16:09, частота в Восточной энергосистеме поднялась на 0.020 – 0.027 Гц, что представляло потерю нагрузки порядка 700 – 950 МВт.

16:10:00 – 16:10:38 PM – Отключаются ЛЭП в Мичигане и на севере Огайо, отключается генерация на севере Мичигана и на севере Огайо, северная часть Огайо отделяется от Пенсильвании

 

16:10 – Harding-Fox 345 кВ 16:10:04 – 16:10:45 – Двадцать генераторов на озере Эри в северной части Огайо (общая нагрузка 2174 МВт) 16:10:37 – West-East Michigan 345 кВ 16:10:38 – ТЭЦ Midland (нагрузка до 1265 МВт) 16:10:38 – Происходит выделение сети северо-запада Детройта 16:10:38 – Perry-Ashtabula-Erie West 345 кВ

Двадцать генераторов (нагрузка до 2174 МВт) отключились на берегах озера Эри с 16:10:04 до 16:10:45. Потеря этой генерации увеличила переток к центрам нагрузки на севере Огайо и востоке Мичигана по оставшимся сечениям, которые включали в себя линии запад – восток, пересекавшие Мичиган.

Затем в 16:10:37 отключились сечения Мичигана запад-восток 345 кВ, оставив восток Мичигана подключенным только по обходной линии вокруг севера Мичигана, которая отключилась секундой спустя, и линиями на Онтарио и север Огайо.

Группа расследования еще изучает полученные в результате перетоки. В 16:10:38, ТЭЦ Midland (MCV), с нагрузкой до 1265 МВт, отключилась.

Отключение генерации на ТЭЦ (MCV) привело к возникновению еще более мощных перетоков по оставшейся части сети и оставило восток Мичигана и север Огайо с крайне низким уровнем напряжения. Оставшиеся сечения в район Детройта с северо-запада также отделились.

В 16:10:38, отключилась линия Perry-Ashtabula-Erie West 345 кВ, возложив дополнительную нагрузку на сечение на север Огайо из Пенсильвании, вдоль южного берега озера Эри.

Выводы по ситуации на 16:10:38

Когда в 16:10:38 отключилась линия Perry-Ashtabula-Erie West 345 кВ, в распоряжении всех центров нагрузки на востоке Мичигана и севере Огайо осталось мало генерации, и уровень напряжения продолжал снижаться. Единственной связью между этими центрами и оставшейся частью Восточной энергосистемы был интерфейс между энергосистемами Мичигана и Онтарио. Также снижалась частота на севере Огайо в тех районах, которые отделились от Восточной энергосистемы.

Когда отключились ЛЭП вдоль южного берега озера Эри, мощность, которая текла по этому сечению немедленно изменила направление на противоположное и начала течь в гигантской петле против часовой стрелки из Пенсильвании через Нью-Йорк, Онтарио в Мичиган.

 

Теперь мы сосредоточим наше внимание на районах Пенсильвании, Нью-Йорка, Онтарио, Квебека и Мэритаймс.

16:10:40 – 16:10:44 – Отключение четырех ЛЭП между Пенсильванией и Нью-Йорком

16:10:40 – Homer City-Watercure Road 345 кВ 16:10:40 – Homer City-Stolle Road 345 кВ 16:10:41 – South Ripley-Dunkirk 230 кВ 16:10:44 – East Towanda-Hillside 230 кВ

 

В ответ на резкий скачок энергии, текущей на север от Пенсильвании через Нью-Йорк и Онтарио в Мичиган, отключились эти четыре линии в течение четырех секунд одна за другой и Пенсильвания отделилась от Нью-Йорка.

На этой точке северная часть Восточной энергосистемы (которая еще включала быстро убывающую нагрузку на востоке Мичигана и Севере Огайо) оставалась подключенной к системе только двумя линиями: 1) на востоке через связи между Нью-Йорком и Нью-Джерси; 2) на западе через линию 230 кВ между Онтарио, Манитоба и Миннесотой.

Большие перетоки мощности потекли на север по связям Нью-Йорк - Нью-Джерси.

16:10:41 – Отключения ЛЭП и генерации в северном Огайо

 

Fostoria Central-Galion 345 кВ Perry 1 блок АЭС (мощность 1252 МВт) Avon Lake блок 9 (мощность 616 МВт) Beaver-Davis Besse 345 кВ

Линия Fostoria Central-Galion формировала часть сечения от центральной части на север Огайо. Это сечение уже было заблокировано комбинацией отключения линии Galion-Muskingum-Ohio Central в 16:08:58, и линии East Lima-Fostoria Central в 16:09:06.

Блок АЭС Perry 1, расположенный на южном берегу озера Эри около границы с Пенсильванией и блок 9 Avon Lake, расположенный около Кливленда, отключились практически одновременно.

Когда линия 345 кВ Beaver-Davis Besse, связывающая районы Кливленда и Толедо, отключилась, она оставила район Кливленда изолированным от Восточной энергосистемы. Нагрузка в районе Кливленда была сначала отключена автоматикой из-за падения частоты, а затем из-за отключения ЛЭП.

16:10:42 – 16:10:45 – Отключение сечений в северной части Онтарио и Нью-Джерси, изоляция северной части Восточной энергосистемы.

16:10:42 – отключился Campbell блок 3 (мощность - 820 МВт) 16:10:43 – Keith-Waterman 230 кВ 16:10:45 – Wawa-Marathon 230 кВ 16:10:45 – Branchburg-Ramapo 500 кВ

 

В 16:10:43, eвосточный Мичиган был еще подключен к Онтарио, но линия Keith-Waterman 230 кВ, которая формирует часть этого интерфейса отключилась.

В 16:10:45, система Онтарио отделилась, когда линия Wawa-Marathon 230 кВ на северном берегу озера Superior отключилась. Часть Онтарио к западу от Wawa осталась подключенной к Манитоба и Миннесоте.

В то же самое время линия Branchburg-Ramapo 500 кВ стала теперь оставшейся в работе связью между Восточной энергосистемой и территорией, на которой развивалась авария, и эта линия отключилась в 16:10:45 вместе со связями 230 и 138 кВ в Нью-Джерси. Это оставило северную часть Нью-Джерси подключенной к Нью-Йорку. Пенсильвания и оставшаяся часть Нью-Джерси осталась подключенной к Восточной энергосистеме.

С этого момента Восточная энергосистема разделилась на две части вдоль линии с востока на запад. К северу от этой линии были город Нью-Йорк, северная часть Нью-Джерси, штат Нью-Йорк, Новая Англия, провинции Мэритайм, восточный Мичиган, бóльшая часть Онтарио плюс система Квебека. К югу от этой линии была оставшаяся часть Восточной энергосистемы, которая не была затронута аварией.

16:10:46 – 16:10:55 – Нью-Йорк разделился с востока на запад. Новая Англия (за исключением юго-запада Коннектикута) и Мэритайм отделились от Нью-Йорка и остались неповрежденными.

 

В течение последующих девяти секунд произошло несколько разделений между районами в северной части Восточной энергосистемы.

16:10:46– 16:10:55 – Отключение ЛЭП Нью-Йорк – Новая Англия

В этот момент отключились связи между Нью-Йорком и Новой Англией и бóльшая часть района Новой Англии выделилась в качестве острова с балансом между потреблением и генерацией, достаточно близким к тому, чтобы остаться в работе. Однако западный Коннектикут отделился от Новой Англии и оставался связанным с системой Нью-Йорка в течение примерно одной минуты.

16:10:48 – Нью-Йорк разделяется по линии восток-запад.

Система электропередачи в Нью-Йорке разделилась по линии восток-запад, северный район Нью-Джерси и юго-запад Коннектикута были подключены к восточной части системы Нью-Йорка, а Онтарио и восточный Мичиган - к западной части. В следующую секунду Онтарио и Нью-Йорк разделились с автоматическим отключением 15% потребления штата Нью-Йорк. Около 2500 МВт потребления Онтарио было отключено автоматически, поскольку Онтарио попыталось сбалансировать свою систему.

16:10:50 – 16:11:57 – Онтарио отделилось от Нью-Йорка к западу от Ниагарского водопада и к западу от реки Св. Лаврентия. Юго-запад Коннектикута отделился от Нью-Йорка и погас.

16:10:50– Система Онтарио к западу от Ниагарского водопада и к западу от реки Св. Лаврентия отделились от Нью Йорка. 16:11:22 – Long Mountain – Plum Tree 345 кВ 16:11:57 – Оставшиеся ЛЭП между Онтарио и восточным Мичиганом разделились.

 

Разделение Онтарио – Нью-Йорк в 16:10:50 оставило крупные гидростанции и некоторые ТЭС на Ниагаре и реке Св. Лаврентия, а также связи постоянного тока 765 кВ с Квебеком, соединенные с системой Нью-Йорка поддерживали потребление в северной части штата Нью-Йорк к югу от озера Онтарио. Три цепи ЛЭП около Ниагары автоматически подключили Онтарио к Нью-Йорку в 16:10:56. Еще одна нагрузка Онтарио в 4500 МВт автоматически отключилась. В 16:11:10, линии Ниагары снова отключились, и Нью-Йорк и Онтарио снова разделились. Бóльшая часть Онтарио погасла после этого разделения, оставив отключенным около 22,500 МВт потребления при общем объеме потребления около 24,000 МВт. Восточный остров Нью-Йорка погас, оставив только разбросанные работающие островки. Западный остров Нью-Йорка продолжал работать с примерно 50% нагрузки этого острова. Когда отключилась линия Long Mountain-Plum Tree (подключенная к подстанции Pleasant Valley в Нью-Йорке), она оставила юго-запад Коннектикута подключенным к Нью-Йорку только через кабель 138 кВ, который пересекает Long Island Sound. Около 500 МВт потребления на юго-западе Коннектикута были отключены автоматикой сети. Двадцать две секунды спустя кабель Long Island Sound отключился, приведя к выводу юго-запада Коннектикута на островную работу и его погашению.

16:13 – Завершение каскада аварий

 

Основная часть северного района Восточной энергосистемы (территория, отмеченная пунктиром на карте наверху) была погашена.

Некоторые изолированные районы оставались в работе в течение нескольких минут. Некоторые из этих районов, в которых удалось сохранить удовлетворительный баланс генерация – потребление, смогли остаться в работе; другие генераторы в конце концов отключились, и территории, которые они обслуживал, погасли. Один достаточно крупный остров остался в работе, обслуживая около 5700 МВт потребления, в основном в западной части Нью-Йорка. Эта работа обеспечивалась генерирующими станциями на юге озера Онтарио с генераторами Онтарио на Ниагаре и реке Св. Лаврентия, а также 765 кВ связями и связями по постоянному току с Квебеком. Этот остров сформировал основу для восстановления как Нью-Йорка, так и Онтарио.

Выводы

Эта хроника событий аварии 14 августа 2003 года суммирует некоторые из многих важных событий, которые произошли до и во время этой широкомасштабной и сложной системной аварии. Она отражает события, которые были выявлены и верифицированы по состоянию на 10 сентября 2003 года. Гораздо более широкий сбор данных, анализ и исследование должны быть завершены перед тем, как совместная американо-канадская рабочая группа по изучению аварии сможет ответственно заявить о том, что в точности произошло и почему это произошло. Наше понимание событий, описанных здесь, и тех, которые еще не полностью описаны, может измениться по ходу расследования. Будущие отчеты Рабочей группы будут включать в себя более подробную хронику событий и рассмотрят причинно-следственные связи этих событий.