Авария в энергосистеме – нарушение нормального режима работы всей или значительной части энергетической системы, свя­занное с повреждением оборудования, временным недопустимым ухудшением качества электрической энергии или перерывом в электроснабжении потребителей.

При этом к авариям относят в том числе: работу энергосистемы или её части с частотой 49,2 Гц и ниже продолжительностью в течение суток более трёх часов; аварийное отключение потребителей суммарной мощностью более 500 МВт или 50 % от общего потребления энергосистемой; нарушение режима работы электрической сети, вызвавшее перерыв электроснабжения города на 24 часа и более.

Крупное отключение потребителей Нью-Йорка и окрестностей
9 ноября 1965 г.

Своеобразный ТОП крупнейших мировых аварий (рис. 1.6) на электросетях можно открыть первым крупным отключением потребителей Нью-Йорка и окрестностей. 9 ноября 1965 г. более 25 миллионов жителей региона в течение полусуток оставались без централизованного энергоснабжения. Столь масштабное отключение было вызвано аварией, произошедшей на одной из воздушных линий электропередачи, входящей в состав Ниагарского энергетического узла, сосредоточенного на границе США и Канады и являющегося основной питающей сетью для большого Нью-Йорка и всего северо-востока страны. В результате отключения одной линии сработал так называемый «эффект домино», из-за чего пять оставшихся ЛЭП были моментально перегружены и в течение четырех секунд выведены из строя. Оставшиеся «островки» еще функционирующих сетей региона прекратили свою работу в течение последующих 15 минут. Для того чтобы полностью восстановить электроснабжение потребителей, энергетикам понадобилось более 13 часов, а в целом восстановительные работы длились около месяца.

Рис. 1.6. Места возникновения самых больших аварий в энергосистемах мира

Крупное отключение потребителей Нью-Йорка и окрестностей 1977 г.

Всего через 12 лет (1977 г.) тот же Нью-Йорк ожидала новая масштабная авария, напрямую затронувшая более девяти миллионов жителей региона. И опять масштабный сбой произошел по вине того же самого Ниагарского энергоузла, однако были вновь подключены все потребители на этот раз лишь через 25 часов после аварии.

США, Калифорния 2001 г.

Еще один случай, одновременно затронувший миллионы человек, произошел в 2001 г. в Калифорнии. В течение четырех дней, с 17 по 20 марта 2001 г. включительно, в данном регионе отмечалась небывалая даже для этих мест жара, в результате чего энергосистема штата испытывала постоянные перегрузки, что в итоге привело к отключению питания вначале северной части Калифорнии, а на следующий день и всего штата.

Самая крупная авария в США и Канаде 2003 г.

Из-за нарушения в уходе за ЛЭП, и очень высокого потребления электроэнергии, линии электропередачи в Кливленде нагрелись. Это привело к дополнительному провису из-за теплового расширения проводов. Нижние фазные провода ЛЭП коснулись деревьев. Произошло короткое замыкание. Электростанция в Кливленде вышла из строя. Из-за ошибки в компьютерной системе ОДУ, а также из-за нехватки персонала, другие центры управления (ОДУ) не были извещены. В результате произошло цепное отключение около 100 других электростанций. Итогом «black out» стало отсутствие электрической энергии на территории с населением 50 млн человек и убытки для экономик двух стран в размере 6 млрд долларов.

Аварии в Европе 2003 г.

Тем же августом того же 2003 г. серьезный сбой произошел в системе энергоснабжения Лондона, из-за чего весь лондонский метрополитен мгновенно остановился, отключилось электроснабжение офисов, промышленных предприятий и домов миллионов лондонцев. Основная неприятность в этом случае заключалась в том, что авария произошла в самый час пик, поэтому в Лондоне около 100 000 человек оказались запертыми в метро.

Третья авария в этом 2003 г. произошла 23 сентября на севере Европы. В результате повреждения силового кабеля, соединяющего Данию и Швецию, большинство жителей этих стран осталось без централизованного энергоснабжения, а это миллионы человек. В частности, сообщалось, что в метро оказались запертыми около 500 тыс. человек, а всего без света оставалось около четырех миллионов зданий и строений различного назначения, в том числе и жилые дома.

Грузия 2004 г.

В 2004 г. в Грузии произошло сразу два масштабных отключения централизованного энергоснабжения. Первый случился в августе, когда в результате сбоя на высоковольтной линии электропередачи «Имерити» без света осталось порядка 90 % жителей страны. Едва ликвидировав все последствия аварии, энергосистема Грузии вновь дала сбой всего через два месяца. В октябре того же года аналогичная авария случилась на ЛЭП «Картли-2», что привело к отключению 80 % потребителей страны.

Авария в России 2005 г.

25 мая на подстанции «Чагино» из-за повреждения выключателя вышел из строя трансформатор, связывавший сети 500 и 110 кВ.

Автоматически начали отключаться высоковольтные линии 500 кВ, и электричество в южной части столицы стало подаваться по сетям 220 и 110 кВ. Затем на подстанции «Очаково» отключилось четыре высоковольтные линии 220 кВ, возникла так называемая «лавина напряжения» – лавинообразное снижение напряжения из-за нарушения статической
устойчивости электроэнергетической системы на фоне нарастающего дефицита мощности.

В результате от перегрузки, возникшей из-за утреннего роста энергопотребления, началось автоматическое каскадное отключение высоковольтных линий электропередачи. Три региона: Тульская (87 %), Калужская (22 %), Московская области (26 %) остались без электрической энергии.

Если провести краткий анализ, то во многих представленных авариях прослеживаются общие факторы развития аварии:

1) возникает некоторое возмущающее воздействие;

2) энергосистема испытывает в этот момент перегрузку;

3) после чего возникает лавинный эффект (эффект домино), приводящий к отключению всех элементов системы.

Почему так происходит? Рассмотрим термины лавина напряжения и лавина частоты.

Лавина напряжения в энергосистеме – явление лавинообразного снижения напряжения вследствие нарушения статической устойчивости энергосистемы и нарастающего дефицита реактивной мощности.

Лавина частоты в энергосистеме – явление лавинообразного снижения частоты в энергосистеме, вызванное нарастающим дефицитом активной мощности.

В первом определении указано, что явление связано с нарушением статической устойчивости и нарастающего дефицита реактивной мощности, а во втором – с нарастающим дефицитом активной мощности. 

Далее в учебном пособии рассмотрим понятие устойчивости энергосистем и разберем, почему дефицит активной и реактивной мощности влияет на устойчивость.

Выводы по разделу.

1. Особенность электроэнергетической системы (ЭЭС) состоит в единстве процесса: производства (генерации), передачи (транзита), распределения, потребления электроэнергии.

2. Объединенные энергосистемы имеют большую технико-экономиче­скую эффективность. В такой системе все генераторы должны работать с одинаковой синхронной частотой.

3. В больших энергосистемах могут происходить системные аварии (black out), приводящие к огромному экономическому ущербу или к человеческим жертвам.

Контрольные вопросы

1. Каковы причины и последствия системных аварий?

2. Как связаны между собой вопросы обеспечения устойчивости энергосистем и надежность электроснабжения потребителей?

3. В чем заключается особенность работы электроэнергетической отрасли?

4. С какой целью малые энергосистемы стремятся объединить в одну большую?

5. Как связаны между собой параметры режима и параметры системы?

& р екомендуемая литература: [1–3, 5, 7].

Виды устойчивости

электроэнергетических систем