Рано утром 28 сентября 2003 г. Италия была обесточена. Вся страна за исключением Сардинии почти на сутки осталась без электричества. В 03:25 произошло тотальное отключение, к 10:00 было частично восстановлено энергоснабжение на севере страны, к середине дня - в Риме; полное энергоснабжение было восстановлено к 23:00.

    По словам представителя компании Enel Ральфа Травиато, одна из причин столь масштабной аварии для Италии заключается в том, что импорт электроэнергии в страну составляет порядка 17% ее внутреннего энергетического баланса (в других странах ЕС этот показатель составляет порядка 2%). Как следствие, электроэнергия страны сильно зависит от международных поставщиков.
    Сразу после происшествия операторы магистральных ЛЭП (Transmission System Operation) пяти стран (Австрия, Франция, Италия, Словения и Швейцария), объединенные в союз UCTE (Union for the Coordination of Transmission of Electricity), приняли решение о создании Независимого комитета расследования аварии (далее - Комитета для проведения анализа причин аварии). Кроме того, в состав комитета вошли эксперты из Бельгии, Германии, Нидерландов и Испании.
    Для обеспечения надежности поставок электроэнергии в течение последних 50 лет была разработана система, позволяющая оказывать взаимную помощь национальным подсистемам, включая общее использование резервных возможностей, и в известной мере допускать свободный рынок между этими системами, чтобы оптимизировать использование энергетических ресурсов. Работа этих систем основана на следующем принципе: система должна обслуживаться таким образом, что любой инцидент, отключение линии, не должены подвергать опасности взаимосвязанные линии.
    Согласно правилам, система должна не только противостоять разного рода инцидентам, но и по возможности оперативно восстанавливать энергоснабжение для предотвращения повторных инцидентов аналогичного свойства. Сегодняшнее развитие рыночной модели с высокими требованиями зарубежных рынков приводит к тому, что оригинальная структура системы (TSO) работает на пределе, что в свою очередь ухудшает показатель безопасной работы системы. Тем не менее операторы имеют возможность улучшить состояние инфраструктуры, чтобы обслуживать внешние рынки, используя такие меры, как автоматизация управления, применение фазосдвигающих трансформаторов, согласование и обмен между операторами.

Энергосистема Италии     Энергосистема Италии входит в состав UCTE.     Параллельная работа позволяет повысить надежность, в том числе живучесть, устойчивость энергосистем, взаимопомощь в аварийных ситуациях; дает возможность лучшего использования существующего парка генерирующих мощностей и первичных энергоресурсов.     Доминирующее положение занимает вертикально-интегрированная компания Enel, которая занимается генерацией и передачей электроэнергии.     Диспетчерское управление и планирование развития сети осуществляет независимый системный оператор - GRTN, акции которого находятся в собственности государства, был создан в 2002 г. GRTN осуществляет диспетчеризацию электростанций Италии, управление линиями электропередачи, связывающие Италию с другими странами, координацию вывода в ремонт электростанций и планирование развития электрической сети.     Полное открытие рынка электроэнергии планируется к 2007 г.

Справка     Обычно потеря устойчивости угла фазы имеет негативные последствия для силовой системы. Этот тип нестабильности часто комбинируется с каскадным падением напряжения и распространяется в значительной степени через всю силовую систему.     Блокировка линий соединения при слишком высоком различии углов фазы способствует защите генератора от сбоя или нанесения ему ущерба вследствие высокого нерезидентного напряжения в процессе переключения сетевых элементов. Необходимость установки блокирующих устройств зависит от топологии генератора.

    Последовательность событий
    03:01:21. Заземление на линии METTLEN - LAVORGO 380 кВ.
    03:01:42. Линия в LAVORGO после двух неудачных попыток автоматического перезапуска отключается; в METTLEN линия под напряжением (2100 А при максимуме 2400 А).
    EGL (Австрия) направляет ETRANS запрос о разъединении линии PRADELA - FILISUR 380 кВ, чтобы можно было уменьшить поступающие мощности из Австрии. Данное предложение отвергнуто.
    03:05:53. Сообщение о перегрузке трансформатора 220 кВ в LAVORGO (871 А при норме 866 А).
    03:06:12. Возрастают нагрузки на линии MA 220 кВ (1970 А при норме 2400 А; до этого было 1200 А).
    03:08:23. Повторные попытки запуска линии 380 кВ в LAVORGO, METTLEN - LAVORGO терпят неудачу из-за слишком высокого различия угла фазы 42.
    03:10:47. ETRANS по телефону запрашивает GRTN (Италия) об уменьшении импорта на 300 МВт. GRTN уменьшает импорт в течение 10 мин.
    03:18:00. EGL (Австрия) переключает один из трансформаторов 380/220 кВ в SOAZZA после согласования с ETRANS и ATEL. Это было одной из дополнительных мер для ETRANS, чтобы уменьшить нагрузку на линии SS 380 кВ.
    03:22:02. Изменение отвода трансформатора 220 кВ в LAVORGO (компания ATEL изменила трансформаторный отвод в LAVORGO, чтобы уменьшить нагрузку на трансформатор в SOAZZA, 840 А).
    03:25:21. Защита, мотивированная в AIROLO, линии MТ 220 кВ (разрыв линии SS 380 кВ, 1783 МВт). Линия сначала разъединилась в SILS, а затем в SOAZZA.
    03:25:25. Разрыв линии METTLEN - AIROLO 220 кВ.
    03:25:26. Сработало автоматическое разъединяющее устройство в LIENZ (на линии LIENZ - SOVERENZE 220 кВ, сила тока порядка 900 А при норме 750 А).
    03:25:28. Разрыв ответвителя шины в LEINZ на линии LS 220 кВ все еще более 900 А.
    03:25:32. Разрыв линии ALBERTVILLE - LA-COCHE 400 кВ.
    03:25:33. Разрыв линии LIENZ - SOVERZENE 220 кВ в L.
    Разрыв линии LE BROC - CCARROS - MENTON - CAMPOROSSO 220 кВ. Из-за разрыва линии LS 220 кВ увеличивается напряжение в Южной Австрии до 03:27; в LIENZ 250 кВ (при максимуме 245 кВ) и 431 кВ (при максимуме 420 кВ), частота превышает 50,2 Гц.
    03:25:34. Разрыв линии № 1 ALBERTVILLE - RONDISSONE 400 кВ и линии № 2 (в обеих подстанциях 841 МВт) привел к тому, что произошло отсоединение от UCTE.
    03:25:35. Разрыв линии DIVACA - REDIPUGLIA 380 кВ от REDIPUGLIA до PLANASIS, линии REDIPUGLIA 220 кВ до SAFAU SL.
    03:25:42. Линия DIVACA - KIECE 220 кВ включает синхронный компенсатор на 220 Вт, в DIVACA без напряжения.
    03:25:55. Все линии 220 кВ в FIESCH разъединены.
    03:28:08. Все линии 380 кВ в LAVORGO без напряжения, включая LAVORGO - MUSIGNANO.
    Без напряжения линии 220 кВ: GORDUNO - MESE, AIROLO - PONTE. Разрыв линий 220 кВ: ROBBIA - SONDRIO, PALLANEZO - SERRA, PADRICIANO - DIVACIA. Весь юг Швейцарии без напряжения.
    03:28:29. Разрыв линий 400 кВ: VILLARODIN - PRAZ и VLLARODIN - VENAUS.
    03:28:14. Разрыв линии INNERTKIRCHEN - ROBIEI 220 кВ.
    03:28:28. Разрыв линий 380 кВ: CASANOVA - MAGLIANO, MAGLIANO - VADO LIGURE, VIGNOLE - VADO LIGURE, MAGLIANO - PIOSSASCO.
    03:28:29. Разрыв линии ROBIEI - BANOVA 220 кВ.
    03:34:11. Разрыв линии SOAZZA - BULCIAGO 380 кВ; SOAZZA разъединена. Отключение этой линии было второй утечкой в Швейцарии и сыграло главную роль в обесточивании Италии.

UCTE (Union for the coordination of transmission of electricity)     Союз по координации передачи электроэнергии (UCTE) охватывает энергосистемы Франции, Испании, Португалии, Германии, Австрии, Италии, Бельгии, Голландии, Западной Дании, Швейцарии, Люксембурга, Словении, Хорватии, Польши, Чехии, Словакии, Венгрии (1-я зона), Греции, Боснии и Герцеговины, Македонии, Сербии и Черногории, Албании, Болгарии, Румынии (2-я зона). Энергосистемы Великобритании связаны с UCTE-1 подводным кабелем под Ла-Маншем. С 1 июля 2002 г. параллельно с UCTE-1 функционирует Западная энергосистема Украины (так называемый Бурштынский остров). В 2004 г. намечается воссоединение UCTE в единую синхронную зону, в которую войдут энергосистемы 1-ой и 2-ой зон UCTE.

    Обзор состояния внутренней системы Италии после аварии
    После отсоединения Италии от UCTE (03:25:34) порядка 10000 МВт нагрузки распространились по стране, включая Сардинию, и через 2,5 мин случилась авария (см. рисунок). Устройства распределения нагрузки не справлялись с работой, возросла частота, произошло замыкание генераторов как в пределах распределительных сетей, так и в сети высокого напряжения. В период с 03:42 до 10:00 происходили восстановительный работы ЛЭП.
    В 10:00 из стран-участников UCTE в Италию было поставлено 5620 МВт.
    С 11:00 по 17:00 получено 50 МВт резервной поддержки от ELES (сетевая компания Словении - ElectroSloveniya d.o.o.).
    12:45. Присоединение линии ALBERTVILLE - RONDISSONE 400 кВ.
    16:00. Поставки UCTE возросли до 6545 МВт.
    16:48. Включение шин в подстанциях BC, 380 кВ.
    16:50. Соглашение с HTSO (TSO Греции) о поставке 500 МВт до 7 ч утра 29 сентября 2003 г.
    17:00. Присоединение Сицилии.
    23:00. Восстановлена система энергоснабжения Италии.

    Технический анализ событий
    Перед инцидентом сеть передачи вблизи северной и северо-западной границ Италии, включающая 15 международных сетей 380 кВ и 220 кВ (особенно в Швейцарии), была сильно загружена. Это было вызвано поставкой электроэнергии в Швейцарию из энергосистем четырех соседних стран, а также параллельными потоками, вызванными сделками в системе итальянских силовых поставок и сгенерированными главным образом во Франции, Германии и Польше, с точки зрения экспортно-импортного баланса европейских взаимосвязанных стран. Запланированный объем импортируемой Италией электроэнергии составлял около 6400 МВт (возможное отклонение - 200-300 МВт). Специфическая проблема сети в том, что в Италии загрузка линий, по которым происходят перетоки электроэнергии в Италию из других стран, происходит непропорционально, что связано с нагрузкой на соответствующие сети. Это зависит от совокупного напряжения в соседних сетях, главным образом во Франции, Германии, Италии и Швейцарии, а также в других частях UCTE. При таких условиях передача электроэнергии, осуществляемая в торговую сессию в течение ночи, часто характеризуется весьма интенсивным использованием внутренней швейцарской сети передачи, которой швейцарскому оператору становится трудно управлять своими собственными средствами.
    Перед аварией швейцарская сеть была загружена с превышением нормативов.

Борьба с неадекватными потоками при поставке электроэнергии с помощью фазосдвигающих трансформаторов3     В силу физических причин естественное распределение потоков активной мощности между наиболее мощными, среднемощными и маломощными линиями замкнутых параллельных участков сетей неблагоприятно. Даже в хорошо отработанных штатных режимах максимальных нагрузок практически все мощные линии недогружаются, часть среднемощных линий работает на пределе пропускной способности, а наиболее густая часть сети, в которую входят многочисленные маломощные линии нижнего уровня, используется в многократно разомкнутой конфигурации. Размыкание контуров сети производится вынужденно, во избежание перегрузок контурными токами со стороны среднемощных и мощных линий, несмотря на то что оно, как известно, ведет к снижению надежности, ухудшению качества электроснабжения и увеличению потерь в сетях. В силу указанных факторов загрузку линий многослойных сетей при естественном растекании потоков мощности следует признать далеко не оптимальной. Параметры различных элементов сетей - линий, трансформаторов, их собственных сопротивлений входят в общую, внешне однородную матричную структуру уравнения установившегося режима. Это нивелирует принципиальное различие функций этих разнородных элементов в обеспечении взаимосвязи потокораспределений участков сети, расположенных на одной территории, но принадлежащих разным слоям сети. В России, как правило, трехслоевая структура сети, соответствующая трем величинам номинальных напряжений линий. 110/220/500 кВ напряжения имеют сети к востоку от Москвы, вплоть до Дальнего Востока. К западу от Москвы, за Смоленском, а также севернее и южнее шкала номинальных напряжений - 110/220/750. На рис. 1. показаны линии электропередачи класса 750, 500, 330 и 220 кВ. Толщины линий уменьшаются по мере понижения класса напряжения ВЛ.     Влияние соотношения сечений линий на появление неадекватных транспортных потоков. Причиной ряда нежелательных явлений в потокораспределении в развитых сетях служит их неоднородность. Под неоднородностью сети традиционно понимается различие в величинах отношений реактивных и активных сопротивлений ветвей:     У ветвей сети 110 кВ величина x может изменяться практически в пределах от 1 до 4, а для многослойных сетей 110-750 кВ она достигает 14 и более. Определяющим и притом более наглядным фактором неоднородности является неоднородность сечений воздушных линий Si, характеризуемая следующим отношением:     S2>S1, (2)     В современных развитых сетях величина М в среднем нарастает соответственно отношению напряжений в степени с показателем больше единицы:     U2>U1, (3)     где а = 1,4 ? 1,6.     Большие величины характерны для Северной Америки.     Расщепление проводов приводит к тому, что с ростом номинальных напряжений высоковольтных линий электропередачи (ВЛ) величина x растет несколько медленнее, чем величина М:     U2>U1, (4)     где b = 1,2 ? 1,4.     Если бы сети были выполнены проводами одного сечения (и одинакового расщепления), при наблюдаемой слоевой структуре потокораспределений это было бы оптимальным. При наличии двух параллельных путей для транспортирования энергии используется расчетная схема, представленная на рис. 3.     Каждое из эквивалентных сопротивлений путей потоков энергии рассчитывается по формуле:     Z1,2 = R1,2 + jX1,2.     Сопротивление потерь для тока при естественном потокораспределении Re равно действительной части эквивалентного сопротивления:     а при так называемом транспортном или равнозатратном потокораспределении, при котором относительные потери по первому и второму пути равны, сопротивление потерь Rт для тока вычисляется следующим образом:     Минимум функции (5) при вариации индуктивной составляющей одного из сопротивлений схемы, показанной на рис. 2, лежит в точке, при которой (то есть в этом случае расчетная сеть однородна), и равен (6). При вектора токов не совпадают по направлению:     вследствие чего |I1| + |I2| > |I|. (8)     Это неравенство, в частности, свидетельствует о дополнительном росте потерь вследствие несовпадения векторов токов в схеме, показанной на рис. 2, по сравнению с результатами расчета по так называемой модели постоянного тока.     Установлено, что негативные проявления неоднородности сети особенно значительны в трехслойных сетях 110-220-500 кВ или 110-330-750 кВ и при прочих равных условиях усиливаются по мере роста диапазона сечений.     Вывод: массированное введение в структуру сети кросс-трансформаторов с целью переноса транзитных потоков активной мощности из маломощных линий в магистральные линии электропередачи уместно рассматривать как структурирование сети под режимы максимальных нагрузок. Кардинальная роль кросс-структурирования сети состоит в том, что таким путем выполняется приспособление структуры развитой сети к режимам максимальных нагрузок, в отличие от естественной структуры сети, фактически приспособленной всего лишь к режимам столь небольших нагрузок, что шунтирующее действие средних и нижних слоев сети не сопровождается большими относительными потерями на транспортирование электроэнергии.     При написании материала была использована информация из следующих источников: официальный сайт <эСО-ЦДУ РАО ''ЕЭС РОССИИ''> http://www.so-cdu.ru; официальный сайт http://www.cbsnews.com; официальный сайт UCTE http://www. ucte.org.

    Основные проблемы, вызывающие нестабильность в системе:
    1. Каскадное отключение ЛЭП.
    2. Нарушение синхронизации вследствие нестабильности напряжения.
    3. Неустойчивые колебания, обусловленные самовозбуждающими областями генерации.
    4. Превышение разрешающей части цепи.
    5. Лавина напряжения.
    Так как последствия нестабильности могут быть драматическими, предотвращение аварии - важный аспект управления электроэнергетическими системами. Необходимо стремиться к поддержанию устойчивой работы системы и по возможности прогнозировать негативные инциденты, которые в силу природы системы электроэнергии приводят к возникновению неконтролируемых цепных реакций, ведущих к полному или частичному сбою поставки электричества потребителям через сеть. Как правило, во многих авариях возникали комбинации вышеуказанных инцидентов.
    В начале аварии наблюдалось каскадное отключение ЛЭП. При увеличении напряжения ЛЭП нагреваются, что приводит к провисанию линии. Это повышает вероятность соприкосновения линии с деревом.
    Первая линия, отключившаяся в 03:01:42, была загружена на 86% своей максимальной мощности, что вызвало ее нагрев и провисание. Другими причинами замыкания на дерево могли послужить высокая влажность и раскачивание ЛЭП из-за порывов ветра.
    Попытка автоматически запустить линию была неудачной, и ЛЭП была разъединена ее устройством защиты. Запустить линию вручную операторам не удалось в силу того, что угол фазы был слишком высоким (42o) из-за продолжающейся поставки мощностей со стороны Италии, ослабленной после отключения линии (см. справку).
    Вторая линия отключилась в 03:25:21. После отключения 1-й линии нагрузка на соседних линиях возросла. В данном случае линия 380 кВ работала на 110% своей номинальной мощности. Такая перегрузка допустима только в течение малого периода времени, так как термический процесс в ЛЭП происходит с определенной задержкой времени. Срок возможной работы линии в режиме перегрузки был исследован с учетом следующих параметров:
    1. Характеристики проводника.
    2. Температура воздуха - порядка 10 oС.
    3. Скорость ветра - 0,6 м/с.
    4. Максимальная температура проводника - 80 oС.
    5. Указанная нагрузка между 03:05 и 03:25.
    6. Первоначальная температура проводника, полученная нагрузкой перед разрывом линии.
    В промежутке времени 03:05- 03:25 максимальная сила тока составляла 2700 А. С такой силой тока максимальная допустимая температура проводника была достигнута через 13 мин. Средняя величина силы тока составляла 2590 А, что позволило отвести порядка 15 мин на проведение операции. Таким образом, время, в течение которого оператору следовало уменьшить номинальную нагрузку, было ограничено.
    Третья линия SOAZZA, отключилась в 03:25:25. К несчастью, предпринятых мер было недостаточно для того, чтобы уменьшить перегрузку за необходимое время. По прошествии 24 мин, когда передача электроэнергии прервалась после соприкосновения линии с деревом, перегрузка все еще не была устранена.
    Сразу же после второго разрыва швейцарские линии 220 кВ взяли на себя значительную часть силовых нагрузок и были очень перегружены.
    03:25:26. Включение автоматического устройства разъединения на линии LIENZ (Австрия) - SOVERZENE (Италия). После этого в 03:25:26 итальянская сеть теряет синхронность. Напряжение в HEVIZ падает, и реактивный силовой поток1 в TUMBRI (Хорватия) повышается. Данный процесс продолжался около 7 сек; за это время напряжение упало до минимальной величины - 380 кВ, а реактивный поток составил 800 МВт.А.
    03:25:35. Напряжение пришло в норму, реактивный поток равен нулю. Замедляясь, угол фазы2 в ЛЭП увеличился. Из-за этого активный силовой поток в граничащих линиях Франции - Италии увеличился до максимального уровня угла фазы -90o. Следующая фаза наступила очень быстро, активный поток на линии уменьшился, и напряжение в итальянской сети и основной сети UCTE достигли противофазы (оппозиции фазы). Вследствие разъединения линий Италии автоматизированное управление основной сетью UCTE должно было справиться с проблемой внезапного избыточного потока, предназначаемого Италии. Частота была ускорена до 50,25 Гц и стабилизировалась на отметке около 50,2 Гц. Автоматизированное управление UCTE на генерирующих мощностях сети позволило выровнять ситуацию, но некоторая часть генерирующих производств была несогласованно отключена вследствие высокой частоты или нестабильности напряжения. Сразу после разъединения и в течение 55 последующих секунд в HEVIZ (Венгрия) осуществлялась непрерывная генерация. Очевидно, что генерирующее устройство около HEVIZ теряло синхронность и частота была ускорена до 52 Гц.
    После отсоединения энергосистемы Италии ситуация в общем потоке загрузки значительно изменилась и привела к непрогнозированному увеличению напряжения. Помимо этого, значительно возросла загрузка сетей от Франции до Германии и Бельгии, поэтому для безопасного поддержания работы системы операторы направляли потоки по другим маршрутам.
    Необходимое условие сохранения генерации и, следовательно, успешного функционирования всей системы ЛЭП Италии состояло в том, чтобы напряжение и частотное условие во время разъединения были близки к номинальным.
    Первые результаты разъединения выявили серьезные затруднения в северной части Италии. Динамичное взаимодействие итальянской сети и UCTE в течение последних секунд перед разъединением вело к каскадному падению напряжения, что значительно повлияло на работу силовых устройств.
    Недостаточное напряжение мгновенно влияет на качество вспомогательной поставки генерирующих производств. Как следствие, функция различных внутренних процессов генерирующих производств может быть нарушена. Главным образом из-за множественного падения нерезидентного напряжения 21 из 50 тепловых единиц были потеряны перед достижением порога 47,5 Гц. Таким образом, начальный силовой дефицит итальянской силовой системы равнялся убытку поставляемой мощности и сопровождался отключением множества устройств. При достижении нагрузки 10000 МВт система автоматически вызвала разъединение - обесточивание произошло через 2,5 мин.

    Основные причины аварии по заключению
    Первая причина - неудачная перезагрузка линии Lukmanier из-за высокого угла фазы. Операторы не смогли добиться успеха, поскольку им воспрепятствовала автоматика из-за значительного различия углов фазы.
    Вторая причина - отсутствие оперативного принятия решения касательно перегрузки линии SAN BERNARDINO и запоздалый призыв к принятию контрмер Италией.
    3:11. Операторы ETRANS направляют GRTN запрос об уменьшении поставки на 300 МВт. Уменьшение с 6700 до 6400 МВт было произведено через 10 мин после телефонного разговора. Оно могло поддержать SAN BERNARDINO в рабочем состоянии, но в силу внешних обстоятельств (t = 10, скорость ветра - 0,6 м/с, расстояние между ЛЭП и деревьями минимальное) система не была приведена в безопасное рабочее состояние. Также, по свидетельствам операторов ETRANS, они сообщили GRTN об отключении METTLEN - LAVORGO и перегрузке SAN BERNARDINO и попросили уменьшить поставку на 300 МВт. По заявлению GRTN, однако, сообщение ETRANS касалось только уменьшения поставки; записи данного телефонного разговора комиссии предоставлены не были.
    И, наконец, третья причина - нестабильность угла фазы и каскадное падение напряжения. Данный фактор послужил причиной обесточивания Италии.