TÜBİTAK UZAY-TEİAŞ-EKH TDEP, 30.09.2011

1/7

Oturan Sistemin Toparlanması (System Restoration) ve

Ünitelerin “Black start” (Kendiliğinden Toparlanma) Yeterlilikleri

Teknik Kriterler, Değerlendirmeler ve Test Prosedürleri

TÜBİTAK UZAY-TEİAŞ EKH Teknik Destek ve Eğitim Projesi kapsamında, TEİAŞ Elektrik Kalite Hizmetleri Müdürlüğü için,

Oğuz YILMAZ

Tübitak UZAY Güç Sistemleri Bölümü, Ankara 30.09.2011

Oturan Sistemin Toparlanması ve “Blackstart” Elektrik üretim ve iletim sistemlerinin, çeşitli sebeplerle, kısmen ya da tamamiyle işlevini yitirmesiyle üretim santrallarının yükle bağlantısının kalmaması sonucu, kısmı ya da genel sistem oturması gerçekleşmektedir. Böyle bir durumda, kısmen ya da tamamiyle oturan sistemin tekrar toparlanması, yani iletim sisteminin tekrardan enterkonnekte yapıya kavuşması, bölgesel toparlanma planları içerisinde rolleri olan santralların devreye alınması ve oluşturulan bölgesel adaların tekrardan birleştirilmesi ile sağlanmaktadır. Genel olarak, tüm elektrik santralları devreye girebilmek için ana türbin ve generatörlerin yardımcı ekipmanlarını çalıştırmak zorunda, dolayısıyla enerjiye ihtiyaç duymaktadırlar. Normal koşullarda bu enerji, santralın bağlı olduğu iletim ya da dağıtım sisteminden karşılanmaktadır. Sistem oturması gibi acil durumlarda ise, Tam Karanlıktan (Blackout) Kalkınma/Toparlanma (Black start) yeterliliği olan santrallar, devreye girme aşamasında kullanılan bu enerjiyi, bu andaki iç ihtiyacını karşılayabilecek kapasitedeki acil durum generatörlerinden sağlamaktadırlar. Böylelikle; devreye girme aşamasında kendi iç ihtiyacının acil durum generatörleri ile sağlayan santrallar, bölgesel adaları kararlı bir şekilde besleyerek, bu adaların diğer adalarla birleşmesini sağladıkları gibi, bu özelliğe sahip olmayan santralların da iç ihtiyaçlarını karşılayarak devreye girmeleri için olanak tanımaktadırlar.

TÜBİTAK UZAY-TEİAŞ-EKH TDEP, 30.09.2011

2/7

“Black start” Yeterliliği” (Kendiliğinden Toparlanma/ Kalkınma Yeterliliği) Sistem toparlama planları içerisinde birincil rolleri olan, “blackstart” yeteneği olan santralların, devreye girme sırasında ihtiyaç duyacakları enerjiyi sağlayabilecek kapasitede acil durum generatörlerinin olması bu hizmeti sağlayabilmeleri için gerek koşuldur ama yeter koşul değildir. Bir üretim tesisinin, tam karanlıktan kalkınma/toparlanma yeterliliğine sahip olabilmesi için bunun yanında sağlaması gereken temel kriterler aşağıda listelenmiştir. Bu belirtilen özelliklerin bir kısmı, “black start” yeteneği olmayan ancak sistem toparlanma planları içerisinde rolleri olan üretim tesislerince de sağlanmalıdır.

Harici bir enerji kaynağından bağımsız devreye girebilme: İlgili üretim tesisinin, en az bir ünitesinin harici bir enerji kaynağına ihtiyaç duymadan devreye girmesini sağlayabilecek kapasitede acil durum generatörüne sahip olması gerekmektedir.

Devreye Girme Süreleri: Oturan sistemin toparlanması sürecine katılacak, tam karanlıktan toparlanma yeteneğine sahip üretim tesislerinin TEİAŞ’ın ilgili biriminden talimat gelmesinin ardından “belirlenen süre içerisinde” bağlı olduğu iletim ya da dağıtım sistemindeki bir adayı enerjilendirmiş olması beklenmektedir.

Ardı Sıra Tam Karanlıktan Toparlanabilme: Oturan sistemin toparlanması sırasında meydana gelmesi olası problemler ve tekrardan oturma durumlarına karşı, ilgili üretim tesisinin üniteleri iki saat içerisinde üç defa ardı sıra tam karanlıktan toparlanabilecek yeteneğe ve bunu sağlayabilecek acil durum generatörü enerji kaynağına sahip olmalıdır.

Ada Modu Kararlılığı: İletim sistemi tekrardan enterkonnekte yapıya kavuşana kadar, bölgesel bir adayı ve bu adadaki yükleri beslemesi gereken santralların “ada modu kararlılığını” yani, gerilim ve frekansın kararlı bir şekilde, artan genlikte bir salınıma sebep olmadan, şebeke yönetmeliğinde belirtilen sınırlar içerisinde tutulabilmesi, koşulunu sağlamalıdır.

Blok Yük (Tek basamakta ani yük değişikliği) Kabul Edebilme Yeterliliği: Bölgesel bir adanın beslenmesi sırasında, devrede olan üretim tesislerine, fider kapama suretiyle ani yüklerin (20-40 MW) bağlanması doğaldır. Bu durumda üretim tesisinin frekans ve gerilim değerlerini şebeke yönetmeliğinde belirtilen değerler arasında tutması beklenmektedir.

Boş Hatların Enerjilendirilmesi ve Reaktif Güç Yeterlilikleri (Line Charging): İlgili üretim tesisinin üniteleri ilk enerjilendirilme esnasında ölü baraya kesici kapatabilmeli ve söz konusu bölgedeki boş hatların reaktif güç ihtiyacını kademeli olarak karşılayabilmelidir.

TÜBİTAK UZAY-TEİAŞ-EKH TDEP, 30.09.2011

3/7

Emreamadelik Oranı: İlgili üretim tesisinin ünitelerinin en az %90’lık emreamadelik oranını sağlaması beklenmektedir. İlgili üretim tesisinde, “TEİAŞ tarafından belirlenecek minimum sayıda ünite”,* ilgili hizmet için, daima emre amade olmalıdır. Sistem toparlanması durumunda, belirlenen minimum sayıdan daha fazla ünitenin de devreye girmesi istenebileceği için hiçbir şekilde emre amade kapasite saklanamaz.** Gerek acil durum generatöründe, gerekse de hizmeti sağlayacak üretim tesislerinin ünitelerinde acilen devreye girmelerini engelleyecek ve emre amade olma durumlarını etkileyecek planlı bakımlar için ilgili Bölge Yük Tevzi Merkezi’nden izin alınmalı, TEİAŞ tarafından belirlenen minimum sayıdaki ünitenin emreamadeliğini etkilemeyecek şekilde organize edilmelidir. Emre amadeliği ortadan kaldıran arızalar ise derhal bildirilmelidir.

Sistem oturması durumunda doğalgaz boru hattı basıncında yaşanabilecek problemlere karşı, toparlanma yeteneğine sahip olup, oturan sistemin toparlanma sürecine katılacak gaz yakıtlı üretim tesisleri için sıvı yakıtla da çalışabilme ve bir ünitenin tam yükte minimum 3 günlük yakıt ihtiyacını depolayabilecek olanaklara sahip olma nitelikleri, ilgili üretim tesisinin Sistem Toparlanma Planı’ndaki rolüne göre talep edilebilir.

*, **: Eğer TEİAŞ’ın sistem toparlanma planları çerçevesinde, ilgili anlaşmaya dahil üretim tesisinin en az bir ünite ile değil de daha fazla sayıda ünite ile sistem toparlanmasına katkı vermesi bekleniyorsa bu anlaşmada belirtilmelidir. Aksi takdirde bir sistem oturması durumunda, ilgili üretim tesisinden biri aktif güç diğer reaktif güç kaygıları ile, ilki “blackstart” yapmak kaydıyla, minimum iki ünitenin devreye girmesi gerektiği halde sadece tek bir ünite anlaşma doğrultusunda emre amade tutulduğu için devreye girebilirse, hizmet TEİAŞ açısından tam anlamıyla yerine getirilmemiş olacaktır.

Dolayısıyla başarı kriteri, ilgili üretim tesisi için belirlenecek minimum sayıdaki ünitenin (zorunlu kısım) devreye girmesi olarak değerlendirilmelidir. Belirlenen minimum sayı haricinde, sistem toparlanma sürecinde tabii ki daha fazla ünitenin devreye girmesi istenebilir. Bu doğrultuda da ilgili üretim tesisi emre amade olan üniteleriyle beklenen şekilde katkısını gerçekleştirmelidir.

TÜBİTAK UZAY-TEİAŞ-EKH TDEP, 30.09.2011

4/7

Sistem Toparlanma Süreci

Sistem oturmasının gerçekleşmesi sonucu, kendi iç ihtiyacını besleyebilecek şekilde, senkron hızda ayakta kalmış üniteler TEİAŞ’ın ilgili biriminden bir talimat gelmedikçe, çalışma güvenliklerini sağlayarak, mevcut durumlarını sürdürmelidirler.

Sistem oturması sırasında devrede olmayan ya da ani yük atımı sonrası senkron hızda iç ihtiyacını besleyebilir konumda kalamamış üniteler, kendi çalışma güvenliklerini sağlar sağlamaz TEİAŞ’ın talimatları doğrultusunda hareket etmek üzere emreamade olarak beklemelidirler.

TEİAŞ’ın talimatını iletmesinin ardından en geç “belirlenmiş süre içerisinde” , ilgili üretim tesisinin, bu hizmet için emreamade bekleyen ve talimat verilen sayıdaki ünitesi, acil durum generatörü vasıtasıyla, toparlanabilmeli ve talimat verilmiş bölgeyi enerjilendirerek, kararlı bir şekilde, yani gerilim ve frekansta artan genlikte bir salınıma sebep olmadan besleyecebilmelidir. İlgili üretim tesisi ilk etapta enerjisiz baraya kesici kapatabilmeli ve talimat verilen boş hatları, TEİAŞ’in ilgili birimince bildirilecek sıraya göre, kontrollü bir şekilde enerjilendirebilmelidir.

TEİAŞ’ın ENTSO-E sistemine senkron bağlantı sürecinde hazırlamış olduğu Sistem Toparlanma Planı incelendiğinde, bir tam karanlık (blackout) durumunda, yük reddi sonrası kendi iç ihtiyacını besler durumda kalamayan domlu kömür santrallarına 15 dakika içerisinde enerji sağlanabilmesi durumunda, vakit kaybetmeden tekrardan sıcak yol verme şanslarına sahip oldukları belirtilmiştir. Bu sebeple de Şebeke Yönetmeliği Madde 112’nin 7.fıkrası “b 9” kısmında bu hizmetin test edilmesi sırasındaki başarı kriteri “Talep edilmesinin ardından on beş

dakika içinde elektrik sistemine senkronize olamaması halinde ünite veya bloğun testte başarısız

olduğu kabul edilir.” ifadesi ile belirtilmiştir. Sistem toparlanması sırasında, “blackstart” gerçekleştirilecek ünitelerin çoğunlukla hidrolik üniteler olarak düşülmesi ile oluşturulan bu maddede belirtilen 15 dakikalık sürenin tekrar irdelenmesi gerekebilir. Yan Hizmetlere katılımın izlenmesi ile birlikte gerçek bir sistem oturması durumunda 15 dakikadan daha uzun bir sürede “blackstart” yaparak devreye giren bir ünitenin bu test beklentisi doğrultusunda cezai işleme maruz kalıp kalmayacağı dikkatlice değerlendirilmelidir.

İlgili üretim biriminin herhangi bir ünitesi izole adada sadece tek başına çalışabileceği gibi, aynı üretim biriminden ya da farklı üretim birimlerinden diğer üniteler ile de birlikte çalışabilir. Bu sebeple, hız regülatörleri oransal hız kontrolünde, mevcut “droop” değerleri ile, (“droop” değeri “0” olmayacak şekilde), herhangi bir dış güç kontrol döngüsünden bağımsız bir şekilde çalıştırılmalıdır. İzole adada ani blok yük değişimleri sonrasında frekansın belirli değerler dahilinde tutulması, o izole adada tek bir ünite varsa o ünitenin, dolayısıyla o üretim biriminin kontrol odası operatörünün sorumluluğunda, izole adada birden fazla ünite var ise TEİAŞ tarafından bu görevin verildiği üretim biriminin kontrol odası operatörünün sorumluluğundadır.

İzole adaların birbirine senkronize edilmesi sırasında, ilgili üretim birimleri TEİAŞ’ın direktifleri doğrultusunda, ada senkronizasyon koşullarını sağlamak doğrultusunda hareket etmelidir.

TÜBİTAK UZAY-TEİAŞ-EKH TDEP, 30.09.2011

5/7

“Blackstart” Yeteneğinin Belirlenmesi için Test Prosedürü

Santralların ve ilgili ünitelerin “blackstart” yeteneklerinin belirlenmesi amacıyla gerçekleştirilecek testler iki farklı durum olarak ele alınabilir. (Şebeke Yönetmeliği Madde 112)

İlk durumda test, ilgili üretim tesisinin dış şebeke ile bağlantısı mevcut iken, sadece testin gerçekleştirileceği ünitenin iç ihtiyac barası enerjisiz bırakılıp acil durum generatörü vasıtasıyla beslenerek devreye alınması suretiyle gerçekleştirilecektir. (Ünite Toparlanma Testi olarak ifade edilebilir.)

İkinci durumda ise test, ilgili üretim tesisinin tüm çıkış fiderlerinin ya da iç ihtiyaç baralarının izole edilmesi suretiyle dış şebeke ile bağlantısı tamamiyle koparılmışken, seçilen ünitenin, iç ihtiyaç barasının acil durum generatörü vasıtasıyla beslenerek devreye alınması suretiyle gerçekleştirilecektir. Böylelikle tüm üretim tesisinin DC ve UPS sistemlerinin de sağlıklı çalışması test edilmiş olacaktır. (Üretim Tesisi Toparlanma Testi olarak ifade edilebilir.)

Şekil1: İç ihtiyaç ve acil durum generatörü genel elektriksel bağlantı konfigürasyonları

G

G

Santral Yüksek

Gerilim Barası

Ünite 1

Çıkış fiderleri

Konfigürasyon 2 Acil Durum

Generatörü

CB 1

LCB 1

CB 3

G

G

Santral Yüksek

Gerilim Barası

Çıkış fiderleri

Ünite1 iç

ihtiyaç

barası

Acil Durum

Generatörü

Ünite2 iç

ihtiyaç

barası

Ünite2 Ünite1

G

Konfigürasyon 1

CB 1 CB 2

LCB 1 LCB 2

CB 3

GCB 1 GCB 2

CB 2

TÜBİTAK UZAY-TEİAŞ-EKH TDEP, 30.09.2011

6/7

Ünite Toparlanma Testi (Unit Blackstart Testing) Prosedürü

1) Testin gerçekleştirileceği ünite devrede ve ilgili üretim programı ya da yük al talimatları doğrultusunda yüklenmiş olmalıdır.

2) MYTM/BYTM’nin bilgdilendirilmesinin ardından ilgili talimatlar doğrultusunda testin gerçekleştirildiği üniteyi kademeli şekilde yükünü azaltarak servis harici edin. (Bu süreçte tüm acil durum generatörleri devre harici olmalıdır.)

3) Testin gerçekleşritildiği ünitenin iç ihtiyaç barasını izole edin*. (Örnek olması açısından Şekil 1’de verilen iki konfigürasyonda CB1 ve CB3 kesicilerinin açılması)

4) Acil durum generatörünü devreye alarak, testin gerçekleştirildiği ünitenin iç ihtiyaç barasını enerjilendirin.

5) Testin gerçekleştirildiği ünitenin yardımcı ekipmanlarını enerjilendirerek acil durum generatörü tarafından beslenmesini sağlayın.

6) İlgili ünitenin iç ihtiyacı acil durum generatörü vasıtasıyla beslenirken, gerekli koşullarının sağlanmasının ardından, üniteyi devreye alarak, MYTM/BYTM talimatlarını dikkate alarak yükleyin.

7) İlgili ünitenin işletme prosedürleri doğrultusunda belirlenmiş çıkış gücü seviyesinde, üntenin çıkış gücünde herhangi bir inkitaya sebep vermeden, iç ihtiyacı, ilgili üretim tesisin konfigürasyonuna göre, ünite yardımcı trafosuna (örnek Konfigürasyon 1), ya da santral servis trafosuna (örnek Konfigürasyon 2) aktarın.

(Bu durumda, iç ihtiyaçta dolaylı olarak da ünite çıkış gücünde bir inkitaya ya da devre harici olmaya sebep olmamak için acil durum generatörünün otomatik servis harici edilmesi ya da şebeke ile acil durum generatörünün senkronizasyon koşullarının sağlanmasına dikkat edilmelidir.)

8) İç ihtiyacın normal konfigürasyon ile beslenmesinin ve acil durum generatörünün devre harici edilmesinin ardından, MYTM/BYTM talimatlarını dikkate alarak, ilgili üniteyi belirlenmiş üretim programı ya da yük al talimatları doğrultusunda yükleyin.

*Mevcut santral elektriksel bağlantı konfigürasyonu gereği, sadece tek bir ünitenin iç ihtiyacının izole edilerek acil durum generatörü vasıtasıyla beslenme durumu sağlanamıyorsa, bahsi geçen ünite toparlanma testi için test adımları, mevcut santral konfigürasyonunda yapılacak manevraların tek hat şemasında belirtilmesi suretiyle, test öncesinde revize edilerek, TEİAŞ’ın onayına sunulmalıdır. 2. basamağın sonu (ünitenin planlı servis harici edilmesi) ile 7. Basamağın sonu arasında geçen süre TEİAŞ tarafından genel olarak belirlenen veya ilgili anlaşma metninde kayıt altına alınan süreyi geçmemelidir. *Gerçek bir sistem oturmasında BYTM/MYTM’den “devreye gir” talimatının gelmesinin ardından en geç belirlenmiş bu süre içerisinde bağlı olunan iletim ya da dağıtım barasının enerjilendirilmiş olması beklenmektedir.+

TÜBİTAK UZAY-TEİAŞ-EKH TDEP, 30.09.2011

7/7

Üretim Tesisi Toparlanma Testi (Generation Facility Blackstart Testing) Prosedürü Bu testin amacı, gerçek bir sistem oturması durumunda, ilgili üretim tesisinde ilgili ünitenin acil durum generatörü vasıtasıyla devreye girebilmesinin denetlenmesinin yanında, ilgili üretim tesisinin kontrol sisteminin DC ve UPS altyapısının da sağlıklı bir şekilde çalışmasının dolaylı olarak denetlenmesi olarak belirtilebilir.

1) İlgili üretim tesisinde, testin gerçekleştirileceği ünite haricinde diğer tüm üniteler devre harici olmalıdır/edilmelidir.

2) MYTM/BYTM’nin bilgdilendirilmesinin ardından ilgili talimatlar doğrultusunda testin gerçekleştirildiği üniteyi kademeli şekilde yükünü azaltarak servis harici edin. (Bu süreçte tüm acil durum generatörleri devre harici olmalıdır.)

3) İlgili üretim tesisindeki tüm iç ihtiyaç baralarını, iç ihtiyaç bara kesicisini ya da tüm çıkış fiderlerini açarak izole edin.

4) Acil durum generatörünü devreye alarak, üretim tesisinin gerekli iç ihtiyaç baralarını ve testin gerçekleştirildiği ünitenin iç ihtiyaç barasını enerjilendirin.

5) Testin gerçekleştirildiği ünitenin yardımcı ekipmanlarını enerjilendirerek acil durum generatörü tarafından beslenmesini sağlayın.

6) İlgili ünitenin iç ihtiyacı acil durum generatörü vasıtasıyla beslenirken, gerekli koşullarının sağlanmasının ardından, üniteyi devreye alarak, MYTM/BYTM talimatlarını dikkate alarak yükleyin.

7) İlgili ünitenin işletme prosedürleri doğrultusunda belirlenmiş çıkış gücü seviyesinde, üntenin çıkış gücünde herhangi bir inkitaya sebep vermeden, iç ihtiyacı, ilgili üretim tesisin konfigürasyonuna göre, ünite yardımcı trafosuna (örnek Konfigürasyon 1), ya da santral servis trafosuna (örnek Konfigürasyon 2) aktarın.

(Bu durumda, iç ihtiyaçta dolaylı olarak da ünite çıkış gücünde bir inkitaya ya da devre harici olmaya sebep olmamak için acil durum generatörünün otomatik servis harici edilmesi ya da şebeke ile acil durum generatörünün senkronizasyon koşullarının sağlanmasına dikkat edilmelidir.)

8) İç ihtiyacın normal konfigürasyon ile beslenmesinin ve acil durum generatörünün devre harici edilmesinin ardından, MYTM/BYTM talimatlarını dikkate alarak, ilgili üniteyi belirlenmiş üretim programı ya da yük al talimatları doğrultusunda yükleyin, diğer üniteleri devreye alın.

2. basamağın sonu (ünitenin planlı servis harici edilmesi) ile 7. Basamağın sonu arasında geçen süre TEİAŞ tarafından genel olarak belirlenen veya ilgili anlaşma metninde kayıt altına alınan süreyi geçmemelidir. [Gerçek bir sistem oturmasında BYTM/MYTM’den “devreye gir” talimatının gelmesinin ardından en geç belirlenmiş bu süre içerisinde bağlı olunan iletim ya da dağıtım barasının enerjilendirilmiş olması beklenmektedir.]

Oğuz YILMAZ, 30.09.2011, Ankara