Supporting the overhead power lines operation process by

Proc. of ASME Turbo Expo 2007: Gas Turbine Technical
Congress and Exposition, GT2007-41023, May 17-20, 2007,
­Montreal.
[12] Chmielniak T., Rusin A., Czwiertnia K., Turbiny gazowe. Ossolineum, Wrocław 2001.
[13] Badyda K., Miller A.: Energetyczne turbiny gazowe oraz układy
z ich wykorzystaniem. Wydawnictwo Kaprint. Lublin 2011.
[14] Gas turbines. Alstom. http://www.alstom.com/power/fossil/gas-power/gas-turbines/, dostęp 14.05.2012.
[15] Wettstein H. E., The potential of GT combined cycles for ultra
high efficiency. Proc. of ASME Expo 2012, GT2012-68586, June
11-15, 2012, Copenhagen, Denmark.
[16]Chiesa P., Macchi E., A thermodynamic Analysis of Different
Options to Break 60% Electric Efficiency In Combined Cycle Power Plants. Proc. of ASME Turbo Expo 2002, GT-2002-30663,
June 2002, Amsterdam, The Netherlands.
Dr inż. Bogdan Ruszczak
[17]Kotowicz J., Job M., Modelowanie optymalnego układu gazowo-parowego ze spalaniem tlenowym. V Konferencja Naukowo-Techniczna “Energetyka Gazowa” 2013, Zawiercie, 9-11 października 2013.
[18]Kramsdal H. M., Jordal K., Bolland O., A quantitative comparsion of gas turbine cycles with CO2 capture. Energy 2007, 32, p.
10-24.
[19]Pulverized Coal Oxy-combustion Power Plants. Report, DOE/
NETL-2007/1291.
[20] Badyda K., Charakterystyka złożonych układów z turbinami gazowymi. Rynek Energii 2010, 88(3), s. 80-86.
[21] Kotowicz J., Stan i perspektywy rozwoju układów gazowo-parowych. Archiwum Energetyki 2012, t. XLII, nr 1, s. 23-38.
dr inż. Michał Tomaszewski
Katedra Ekonomii, Finansów i Badań Regionalnych, Katedra Elektrowni i Systemów Pomiarowych,
Politechnika OpolskaPolitechnika Opolska
Wspomaganie procesu eksploatacji napowietrznych
linii elektroenergetycznych przez ograniczenie wpływu
zimowych zjawisk atmosferycznych
Supporting the overhead power lines
operation process by reduction of winter weather
conditions influence
Napowietrzne sieci elektroenergetyczne narażone są na
oddziaływanie różnych zimowych, także ekstremalnych, warunków atmosferycznych. Zgodnie z [1-3] w Polsce istnieją warunki sprzyjające występowaniu zjawisk powodujących oblodzenia
przewodów na całym obszarze kraju. Co roku, w okresie przełomu między zimą i latem (w miesiącach luty, marzec, kwiecień)
oraz na przełomie jesieni i zimy (listopad, grudzień), występują
zmiany temperatury otoczenia w zakresach od +1oC do –1oC
oraz –1oC do +1oC. Opady deszczu przechodzą wtedy często
w opady mokrego śniegu i odwrotnie, mogą występować strefy
przechodzenia opadu suchego śniegu w mokry. Taki opad posiada właściwości powodujące jego osadzanie się na konstrukcjach
i przewodach linii napowietrznych. Gdy proces trwa odpowiednio
długo, skutkuje znaczącym obciążeniem mechanicznym linii.
maj
2014
Rys. 1. Zniszczenia sieci przesyłowej i dystrybucyjnej w rejonie
awarii w okolicach Szczecina (kwiecień 2008 r.) [4]
www.energetyka.eu
strona 279
Rys. 2. Zniszczenia sieci przesyłowej w rejonie Wyżyny
Krakowsko-Częstochowskiej (styczeń 2010 r.) [5]
W Polsce wiele razy dochodziło do awarii linii napowietrznych powodowanych warunkami zimowymi. Ostatnio odnotowane zdarzenia z kwietnia 2008 roku (rejon Szczecina [4]) oraz
stycznia 2010 roku (Wyżyna Krakowsko-Częstochowska [5])
wskazują, że konieczne jest ograniczanie wpływu ekstremalnych
zimowych zjawisk atmosferycznych na funkcjonowanie systemu
elektroenergetycznego w Polsce (jego stabilności i niezawodności). Do zadań operatorów sieci rozdzielczych należą działania
zapobiegawcze, których główne cele to:
• zwiększenie odporności sieci na ekstremalne obciążenia zimowe (projektowanie linii odpornych na określone warunki
atmosferyczne, stosowanie metod zmniejszających wpływ
warunków atmosferycznych – antyicing, deicing),
• zorganizowanie sprawnego zarządzania kryzysowego (systemy ostrzegania, organizacja działań w przypadku wystąpienia awarii, zorganizowanie szybkiej odbudowy linii).
Realizacja powyższych postulatów wymaga określenia skali i miejsca występowania omawianych zjawisk (opis obciążeń zimowych) oraz opracowania odpowiednich metod wspomagania
operatorów sieci rozdzielczych na danym obszarze.
Opis obciążeń zimowych linii elektroenergetycznych w warunkach polskich przedstawiony w [6] pozwala na:
• określenie ryzyka występowania ekstremalnych obciążeń
linii elektroenergetycznych powodowanych opadami mokrego śniegu,
• usprawnienie procesu eksploatacji linii elektroenergetycznych,
• określenie metod, sposobów działania operatorów przy rozległych awariach sieci elektroenergetycznych.
Opis i zbadanie obciążeń zimowych wiąże się z wykonaniem, zgromadzeniem i analizą odpowiedniego materiału pomiarowego dotyczącego oblodzeń (oblodzenia historyczne), które
to działania wymagają długiego czasu. Wykorzystanie danych
meteorologicznych z okresu kilkudziesięciu lat i opracowanie ich
w celu symulacji obciążeń od śniegu i wiatru oraz przetworzenie
za pomocą metod statystyczno-probabilistycznej analizy zjawisk ekstremalnych pozwala wyznaczyć (dla założonego okresu
powrotu zjawiska ekstremalnego) oczekiwane obciążenie przewodów linii śniegiem klejącym i oblodzeniem. Elementy przedstawionego sposobu postępowania znajdują zastosowanie na
różnych szczeblach procesu eksploatacji linii elektroenergetycznych i mogą być użyte do wspomagania pracy operatora sieci
przesyłowej lub dystrybucyjnej.
strona 280
W pracach [2, 7] przedstawiono propozycje działań przedsiębiorstwa przesyłowego lub dystrybucyjnego w zakresie ograniczania wpływu obciążeń zimowych i ich skutków. Obejmują
one skuteczne postępowanie w stanach kryzysu, które jest uzależnione od:
• przygotowania w zakresie struktur organizacyjnych i personalnych,
• przygotowania wyposażenia technicznego i logistycznego,
• opracowania metod i narzędzi pozwalających na przeprowadzanie analiz i prognoz dotyczących wpływu obciążeń
zimowych na funkcjonowanie sieci rozdzielczej,
• przeprowadzania okresowych ćwiczeń i symulacji.
Działanie w warunkach wystąpienia awarii sieci rozdzielczej
wymaga zastosowania wspomagania komputerowego obejmującego wszystkie fazy zarządzania kryzysowego. Powodowane
jest to koniecznością łączenia informacji z różnych źródeł (takich
jak: dane meteorologiczne, pomiary stanu linii elektroenergetycznych), skracaniem czasu dostępu do danych, potrzebą zastosowania wizualizacji danych pozwalającej na szybką ocenę
sytuacji, skracaniem czasu reakcji na zdarzenie. Ponadto takie
rozwiązanie powinno być przydatne, przy wykorzystaniu odpowiednich narzędzi, na trzech poziomach podejmowania decyzji:
strategicznym, taktycznym i operacyjnym (rys. 3).
Rys. 3. Poziomy podejmowania decyzji (horyzont planowania
działań) w zakresie przeciwdziałania zimowym obciążeniom
linii elektroenergetycznych [8]
Proces obsługi niekorzystnych zdarzeń zimowych przez
operatora obejmuje integrację trzech głównych obszarów. Począwszy od wielowymiarowej analizy danych, poprzez wnioskowanie, do podejmowania odpowiednich działań w zakresie
zarządzania kryzysowego. Kolejny schemat przestawia zestawienie elementów tego procesu (rys. 4.).
Podstawą systemu monitoringu zagrożeń systemu rozdzielczego są pomiary pochodzące z urządzeń rejestrujących pracę
systemu przesyłowego oraz stan elementów infrastruktury. Informacje te powinny być uzupełniane o dane napływające z baz
danych innych służb, funkcjonujących poza operatorem sieci
przesyłowej lub dystrybucyjnej [7]: dane z sąsiadujących systemów rozdzielczych, bieżące dane meteorologiczne oraz prognozy
pogody, informacje przekazywane przez administrację rządową
www.energetyka.eu
maj
2014
Rys. 4. Elementy składowe procesu ograniczania wpływu zimowych zjawisk atmosferycznych na funkcjonowanie linii elektroenergetycznych
i ­
samorządową (napływające z systemów wczesnego ostrzegania). Na podstawie informacji z monitoringu zagrożeń system
ostrzegania może opracowywać wielowariantowe prognozy i scenariusze możliwego rozwoju zdarzeń [9]. Celem jego działania
jest ocena stopnia zagrożenia sieci elektroenergetycznej poprzez
analizę i weryfikację danych określających aktualny stan funkcjonowania sieci rozdzielczej oraz prognozowanie możliwości wystąpienia zagrożenia (wczesne rozpoznanie sytuacji kryzysowej).
W zakresie operacyjnego poziomu podejmowania decyzji
głównymi celami systemu są:
• dostarczanie danych do systemów wczesnego ostrzegania
o wystąpieniu stanu awaryjnego oraz jego skali,
maj
2014
•
wspomaganie działań w przypadku wystąpienia awarii sieciowej,
• wspomaganie harmonogramowania rutynowych czynności
serwisowych oraz okresowych napraw i remontów elementów infrastruktury sieciowej.
Wymienione działania powinny być planowane na podstawie: bezpośredniego monitoringu linii elektroenergetycznych
określającego stan przewodów linii elektroenergetycznej (wielkość depozytu oblodzenia, położenie przewodów), monitoringu
bieżących warunków atmosferycznych oraz krótkoterminowej
prognozy ich zmian (określanej na podstawie odpowiednich modeli matematycznych).
www.energetyka.eu
strona 281
Taktyczny horyzont planowania działań obejmuje z kolei:
informowanie o możliwości wystąpienia stanu awaryjnego,
wspomaganie wyboru metod odladzania linii elektroenergetycznych,
• instruowanie i szkolenie obsługi w zakresie podejmowania
czynności i decyzji w sytuacji reagowania w stanach awaryjnych, itp.,
• wspomaganie planowania procesu eksploatacji linii elektroenergetycznych, wspomaganie gospodarki remontowej,
Proponowane rozwiązanie może wspierać powyższe czynności poprzez: wyznaczanie dynamiki zmian monitorowanych
parametrów, prognozowanie stanów awaryjnych, symulowanie
wielowariantowych scenariuszy możliwego rozwoju zdarzeń.
Na strategicznym poziomie podejmowania decyzji baza danych historycznych i uzupełniana na bieżąco baza wiedzy (przy
użyciu odpowiednich modułów wnioskujących) mogą służyć do:
• identyfikacji potencjalnych zagrożeń i ich skali ich występowania,
• wyboru strategii przeciwdziałania obciążeniom zimowym,
• wyboru strategii eksploatacji linii rozdzielczych na danym
obszarze,
• opracowania dokumentów normatywnych,
• opracowania wskazówek i zaleceń dotyczących wyboru
technologii konstrukcyjnych,
• planowania budowy linii napowietrznych,
• planowania i realizacji odnowy i modernizacji istniejących
linii.
Poza zastosowaniem wspomagania komputerowego dla
poszczególnych działań w ramach zarządzania kryzysowego
celowe jest zastosowanie systemu komputerowego integrującego narzędzia zastosowane w poszczególnych fazach. Możliwe jest stworzenie nowego systemu wspierającego działania
operatora w celu ograniczenia skutków rozległych awarii linii
napowietrznych wywołanych ekstremalnymi zjawiskami atmosferycznym lub rozbudowa obecnych, funkcjonujących systemów
o nowe elementy związane z ograniczaniem wpływu zimowych
warunków atmosferycznych na pracę sieci elektroenergetycznej. Obecnie autorzy pracują nad prototypem takiego systemu.
FORUM ENERGETYKÓW GRE 2014
•
•
strona 282
Wdrożenie proponowanego rozwiązania i użytkowanie go w odpowiednio długim okresie pozwoli na zebranie szerszej informacji o warunkach atmosferycznych wpływających istotnie na proces eksploatacji linii elektroenergetycznych.
Piśmiennictwo
[1] Rakowska A., Grzybowski A., Stiller J.: Czy grożą nam awarie
systemowe wywołane zjawiskami klimatycznymi? Energetyka
2009, nr 7.
[2] Tomaszewski M., Bartodziej G.: Prevention of effects of overhead lines failures caused by ice and snow adhesion and accretion, Cold Regions Science and Technology, Vol. 65, 2011, pp.
211-218.
[3] Tomaszewski M., Ruszczak B.: Analysis of frequency of occurrence of weather conditions favouring wet snow adhesion and
accretion on overhead power lines in Poland, Cold Regions
Science and Technology, Vol. 85, 2013, pp. 102-108.
[4] Bartodziej G., Tomaszewski M.: Blackout w rejonie Szczecina.
Uwagi i wnioski. Energetyka 2008, nr 10.
[5] Kuczkowska I.: Awarie w sieci przesyłowej, Biuletyn PSE-Operator S.A. 2010, nr 1.
[6] Tomaszewski M., Ruszczak B.: Analysis of frequency of occurrence of weather conditions favouring wet snow adhesion and
accretion on overhead power lines in Poland, Cold Regions
Science and Technology, Vol. 85, 2013, pp. 102-108.
[7] Bartodziej G., Tomaszewski M. (red.): Problemy rozległych awarii sieci elektroenergetycznych. Wydawnictwo Nowa Energia,
Racibórz 2010.
[8] Ruszczak B., Tomaszewski M., Planowanie działań operatora
sieci elektroenergetycznej w celu ograniczania wpływu zimowych zjawisk atmosferycznych, Nowa Energia 2014, nr 1.
[9] Kołodziński E.: Istota inżynierii systemów zarządzania bezpieczeństwem, http://www.infocorp.com.pl/publikacje, dostęp
12.09.2008.
Politechnika Opolska,
Katedra Elektrowni i Systemów Pomiarowych oraz Katedra Zarządzania Energetyką
oraz Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w Warszawie
organizują w dniach 16-18 czerwca 2014 r. w Szczyrku
XIV MiĘdzynarodową Konferencję Naukowo-Techniczną
pod patronatem Wicepremiera i Ministra Gospodarki dr. inż. Janusza Piechocińskiego
oraz Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego prof. Leny Kolarskiej-Bobińskiej
www.energetyka.eu
maj
2014