Dokumenttyp Uppdragsbeskrivning 1 (9) Datum Dokumentnr Rev nr 2009-06-08 09106-OF02-Bilaga 1 U1 Författare Telefon Antal bilagor Ersätter doknr Erik Sparre 040-699 87 32 - Granskad Godkänd Stefan Authén Johan Sandstedt Till NPSAG Använda datorprogram MS Office Sida Sökväg Titel Senast sparat: Elmodellering och hantering av bortfall av yttre kraftnät 2009-06-09 12:44:00 SAMMANFATTNING I följande dokument beskrivs projektaktiviteterna för offererat projekt Elmodellering och hantering av bortfall av yttre kraftnät. Adress: Org nummer: Telefon: Email: Risk Pilot AB 556634-8453 08 652 84 50 info@riskpilot.se Kungsholmsgatan 11 3tr Fax: Hemsida: 112 27 Stockholm 08 652 84 50 www.riskpilot.se
RP ES Uppdragsbeskrivning 2 (9) Innehållsförteckning 1 Bakgrund... 3 1.1 Allmänt...3 2 Uppdrag... 3 2.1 Aktivitet 1 - Modellering av yttre nätbortfall...4 2.1.1 Inledning...4 2.1.2 Definition av yttre nätbortfall...4 2.1.3 PSA-modellering...5 2.2 Aktivitet 2 Uppdatering av elmodellering...6 2.3 Aktivitet 3 Datakvalitet...6 2.4 Aktivitet 4 Bedömning av resultatpåverkan...7 2.5 Aktivitet 5 Workshop...7 2.6 Aktivitet 6 Övrigt...7 3 Aktiviteter och milstolpar... 8 3.1 Beställning...8 3.2 Orderbekräftelse...8 3.3 Insamling av stamnätsdata...8 3.4 Uppföljningsmöte - Avrapportering...8 3.5 Koordinering...8 3.6 Kommentarer till utfört arbete...8 3.7 Slutrapportering...8
RP ES Uppdragsbeskrivning 3 (9) Bakgrund Bortfall av yttre nät har diskuterats flitigt inom den s.k. Nordiska PSA-gruppen (NPSAG) under en längre tid och under 2007 inkom ett flertal projektförslag till NPSAG som på olika vis var knutna till yttre nätbortfall. Därför genomfördes under hösten 2007 ett pilotprojekt inom NPSAG vars syfte var att inhämta de erfarenheter gällande yttre nätbortfall som finns hos myndigheter, kraftbolag och konsultbolag. Projektet innehöll olika moment, varav ett bestod i att undersöka hur nätbortfall hanterades i samtliga nordiska PSAer (d.v.s. svenska och finska studier). Syftet med projektförslaget är att få igång ett FoU-projekt kring hantering av bortfall av yttre kraftnät och elmodellering inom NPSAG. Erfarenheter från genomförd pilotstudie inom NPSAG kommer att utnyttjas. Målet är att skapa en harmoniserad modellering avseende påverkan av yttre nätfel och dess effekter på härdskadefrekvens och utsläpp till omgivningen. Den harmoniserade modelleringen skall utnyttja kunskaper från inträffade händelser och den modellering som TVO genomför. Med en harmoniserad modellering skall det vara möjligt att peka ut svagheter i såväl utformning av yttre kraftnätet som av inkopplingslogik för anslutning till andra kraftförsörjningskällor eller till återkommande spänning. 1.1 Allmänt I den pilotstudie som genomfördes 2007 inhämtades information om PSAmodellerna meddels utskickade frågeformulär. Genom att studera dessa erhölls en överblick av hur yttre nätbortfall modellerades. Eftersom projektförslaget starkt fokuserar på utveckling av PSA-modellerna krävs att projektdeltagarna får tillgång till respektive anläggnings PSA-modell. Dock föreslås att en modell används för merparten av arbetet. Vilken modell som primärt ska användas beslutas i samråd med NPSAG. Vidare krävs att personal med god inblick i elanläggningens uppbyggnad finns tillgänglig på respektive anläggning. 2 Uppdrag Risk Pilot AB erbjuder sig att, i samarbete med Gothia Power AB, koordinera och genomföra föreslaget FoU-projekt enligt följande. Aktiviteterna utförs av Gothia Power och Risk Pilot gemensamt. Dock är aktiviteterna av sådan art att det är naturligt att vissa delar till största delen utförs av Gothia Power och andra delar huvudsakligen utförs av Risk Pilot. Hur denna uppdelning sker framgår av följande avsnitt. Aktiviteter I NPSAGs projektförslag specificeras aktiviteterna enligt nedan.
RP ES Uppdragsbeskrivning 4 (9) 1. Modellering av yttre nätbortfall 2. Uppdatering av elmodellering 3. Säkerställande av datakvalitet 4. Bedömning av resultatpåverkan 5. Workshop 6. Övrigt 2.1 Aktivitet 1 - Modellering av yttre nätbortfall 2.1.1 Inledning Aktiviteten innebär primärt att definiera vilka störningar på det yttre nätet som kan orsaka en störning i anläggningen och hur dessa ska modelleras i en PSA-modell. Med PSA-termer handlar det om att klarställa möjliga inledande händelser relaterade till det yttre kraftnätet och anläggningens respons vid dessa händelser. I följande avsnitt beskrivs arbetet både ur ett kraftnäts- och ett PSA-perspektiv. 2.1.2 Definition av yttre nätbortfall Traditionellt används en definition av yttre nätbortfall som innebär att spänningen försvinner momentant. Analyser som utförts på senare tid, av Gothia Power, har påvisat att även andra typer av störningar kan ha påverkan på den nukleära säkerheten. Här avses exempelvis problemet med fallande spänning som varit ett diskussionsämne på senare tid. Händelsen i Forsmark den 25 juli 2006, där spänningstransienter löste ut skydd i anläggningen, är också exempel på en störning vars händelsekedja är mycket svår att förutse. Liknande händelser inträffade i Forsmark den 13 juni 2008 och den 19 mars 2009. Aktiviteten ska även kartlägga vilka följdeffekter som en nätstörning kan ge upphov till. Vidare ska externa händelser med påverkan på yttre nät beaktas. Här avses exempelvis kall väderlek som kan leda till nätbortfall, samtidigt som risk finns för att kylvattenintag blockeras p.g.a. isbildning (kravis) då recirkulationen upphör. I Sverige har vanligtvis frekvenserna för yttre nätbortfall skattats genom att anläggningsspecifik data för nätbortfall har samlats in för en viss tidsperiod och därigenom har frekvenser för totalt nätbortfall kunnat beräknas. I och med att aktivitet 1 innebär att en översyn av möjliga störningar ska göras, bör även alternativa skattningsmöjligheter undersökas. I de fall som lågfrekventa, men potentiellt allvarliga nätstörningar, identifieras måste frekvenserna skattas med alternativa metoder. En metod kan vara att konstruera en modell över det yttre nätet, och därigenom simulera frekvenser för störningar. En sådan aktivitet kräver att data insamlas från Svenska Kraftnät (SvK) och andra aktörer med insyn i det yttre nätets funktion och uppbyggnad. En sådan modell kan även användas för att verifiera huruvida de frekvenser för totalt nätbortfall som används i dag är rimliga. Följande moment bör ingå i analysen: Klarläggning vilken kärnkraftsanläggning som ska ingå i studien Beskrivning av yttre nät för kraftutmatning
RP ES Uppdragsbeskrivning 5 (9) Beskrivning av yttre nät för hjälpkraftnät (lokalkraftnät) Identifiering av komponenter som kan störa driften på de yttre näten Beskrivning av de reläskydd som ska detektera fel i det yttre nätet Beskrivning av felmoder på dessa komponenter Insamling samt kvalitetssäkring av felstatistik för komponenterna Beskrivning av obefogad funktion hos reläskydd och brytare Beskrivning av händelseförloppen vid bortkoppling av fel i yttre nät Beräkning av spänningsförloppen vid: o Obefogad funktion hos ett reläskydd o Obefogad funktion hos en brytare o Korrekt bortkoppling av fel i yttre nät o Utebliven funktion hos ett reläskydd o Utebliven funktion hos en telekommunikationskanal o Utebliven funktion hos en effektbrytare o Lyckad övergång till husturbindrift o Misslyckad övergång till husturbindrift Bedömning av frekvensförloppet vid stort produktionsbortfall Bedömning av spännings- och frekvensförloppet vid spänningskollaps Bedömning av spännings- och frekvensförloppet vid spänningssvikt Ovanstående punkter ger en uppsättning spännings- och frekvensprofiler samt dessas förekomstfrekvens vilket ger ett underlag för PSA. Det är mycket viktigt att identifierade störningar går att applicera i en PSA, d.v.s. att hela händelsekedjan (sekvensen) hänger ihop. Därför är det nödvändigt att aktiviteten utförs i samarbete mellan nätspecialister (Gothia Power) och PSA-specialister (Risk Pilot). Vidare bör personal på anläggningarnas elavdelningar involveras så att anläggningens respons vid olika störningar modelleras korrekt. 2.1.3 PSA-modellering En fördjupad analys av möjliga yttre nät-störningar, enligt avsnitt 2.1.2 ovan, medför att stora delar av PSA-studien måste uppdateras. De moment som påverkas är: 1. Analys av inledande händelser 2. Sekvensanalys 3. Systemanalys 4. Dataanalys 5. Analys av beroenden (CCF)
RP ES Uppdragsbeskrivning 6 (9) Punkt 1 ovan innebär att möjliga inledande händelser definieras och frekvenser beräknas. Arbetet utförs till stor del av experter på kraftnät (Gothia Power) och beskrivs i avsnitt 2.1.2. Resultatet av arbetet kommer att behöva översättas till PSAtermer, d.v.s identifierade störningar måste delas upp i typfall, namnges, tilldelas inledande händelsefrekvenser etc. Nästa steg är att klarställa anläggningens respons vid inträffad typstörning, d.v.s. att göra en sekvensanalys. I detta ingår att klarställa påverkan på blockdiagram och händelseträd på grund av nya definitioner av nätbortfall. Systemanalys är en omfattande aktivitet och behandlas därför som en separat aktivitet, se avsnitt 2.2 nedan. Där beskrivs också beroendeanalysen (CCF). Dataanalysen utförs till stor del i samband med punkt 1, analys av inledande händelser. Det är dock viktigt att frekvenserna beräknas på ett sådant vis att de är direkt användbara i en PSA-modell och därmed måste PSA-resurser vara involverade i aktiviteten. 2.2 Aktivitet 2 Uppdatering av elmodellering I NPSAGs projektförslag omnämns ett antal frågor som bör omhändertas: Hur detaljerad måste elmodellen vara? Bör en förfinad indelning i tidsfönster göras? Vilka sekundära effekter kan uppstå? Avseende den första punkten, detaljeringsgrad, planerar Risk Pilot att göra en genomgång tillsammans med personal från anläggningarnas elavdelningar för att identifiera vilka kritiska komponenter som i dag inte är modellerade och för att kontrollera att de antaganden som görs i befintliga modellerna är korrekta. Med kritiska komponenter avses främst de som vid CCF (även över systemgränser) kan orsaka härdskada utan att ytterligare fel inträffar utöver inledande händelse. I och med att nya typer av störningar med all sannolikhet har identifierats i aktivitet 1 (modellering av yttre nätbortfall) kommer hela modelleringen av 600-systemen att behöva ses över eftersom modelleringen av elsystemet till stor del hänger ihop med hur yttre nät-störningar definieras. Frågan om förfinad indelning i tidsfönster hanteras genom att undersöka om det finns ett behov av en finare indelning, exempelvis att undersöka om det finns sekvenser som vid en tidig återkomst av det yttre nätet inte leder till härdskada, eller om det är relevant att tillgodoräkna sig en sen återkomst av det yttre nätet. Detta kan potentiellt ha stor resultatpåverkan. En viktig aspekt att ha i åtanke är att inte göra modelleringen onödigt komplex. En uppdelning i fler tidsfönster bör därför ge en signifikant förbättring avseende resultat noggrannhet. Effekten av sekundära effekter har koppling till aktivitet 1, modellering av yttre nätbortfall. Arbetet består således i att för varje definierad inledande händelse (typ av nätbortfall) undersöka vilka potentiella sekundära effekter som kan inträffa. 2.3 Aktivitet 3 Datakvalitet I samband med insamlande av komponentdata enligt 2.1 samt inhämtning av stamnätsdata genomförs arbetet med att dokumentera och kvalitetssäkra kritisk data.
RP ES Uppdragsbeskrivning 7 (9) Avseende PSA-modellering fokuseras på två delområden: 1. Data för enstaka fel i elanläggningen. 2. Hantering av CCF Den första delaktiviteten ska fokusera på att undersöka vilka datakällor och skattningsmetoder som bör användas för komponenter i elanläggningen. Dessa val har stor resultatpåverkan och i pilotstudien framgick det klart att feldata varierar kraftigt mellan anläggningarna. Aktiviteten ska därför fastslå vilken indata som bör användas. Vad gäller CCF-aktiviteten ska inte enbart val av datakälla adresseras utan även identifiering och gruppering av komponenter ses över. Aktiviteten har därmed koppling mot s.k. kritiska komponenter. 2.4 Aktivitet 4 Bedömning av resultatpåverkan Utifrån 2.1-2.3 görs erforderliga känslighetsanalyser och värderingar av nedanstående punkters inverkan på resultatet: Val och definition av inledande händelse Använd data/statistik Detaljeringsgrad av elmodellen Tidsfönstermodellering Sekundära effekter Modellering av husturbindrift Det är av stor vikt att utvärdera samtliga förändringar i modell och indata som blir resultatet av aktivitet 1-3. Detta i syfte att undersöka vilka ändringar som har störst betydelse för totalresultatet. Som tidigare nämnts är det viktigt att modellerna inte blir onödigt komplexa, utan att enbart ändringar som inverkar signifikant på resultaten bör inkluderas i anläggningarnas PSA-modeller. Det finns sålunda en koppling mot det NPSAG-projekt som är under uppstart, inom vilket det bland annat ska undersökas om dagens PSA-modeller kan göras mer lättolkade. 2.5 Aktivitet 5 Workshop Förberedelser samt genomförande av en workshop i syfte att redovisa resultaten och erfarenheterna av genomfört projekt. 2.6 Aktivitet 6 Övrigt Inhämtning av kunskaper och erfarenheter från följande instanser: Experter från olika kärnkraftverk. Myndigheter (SSM, SvK) Tidigare genomförda utredningar (Pilot NPSAG, ev. utländska projekt, etc.) Erfarenheter från genomförda och pågående arbeten inom NOG, DIDELSYS, NRC, m.fl.
RP ES Uppdragsbeskrivning 8 (9) 3 Aktiviteter och milstolpar Detta avsnitt innehåller planerade aktiviteter och milstolpar för uppdraget. 3.1 Beställning Beställning översänds från NPSAG. 3.2 Orderbekräftelse Beställningen bekräftas av Risk Pilot. 3.3 Insamling av stamnätsdata En viktig del i arbetet är att snabbt få tillgång till relevant stamnätdata. Gothia Power är SUA klassat i nivå 1 och har således upparbetade rutiner med SvK för hur stamnätdata ska begäras samt hanteras. 3.4 Uppföljningsmöte - Avrapportering Arbetets genomförande och framskridande enligt föreslaget uppdrag (punkt 2.1. 2.6) bör ramas in kring ett antal uppföljningsmöten med beställaren. Förslagsvis enligt följande: Uppstartsmöte 1-2 uppföljningsmöten i samband med ordinarie NPSAG-möten. 3.5 Koordinering Risk Pilot ansvarar för projektledning och koordinering mellan kraftsystemrelaterade respektive PSA-relaterade arbetsinsatser. 3.6 Kommentarer till utfört arbete Överlämnande av rapport för genomläsning och granskning inom NPSAG. 3.7 Slutrapportering Uppdatering efter kommentarer samt överlämnande av slutrapport. Genomförande av workshop (se punkt 2.5). REFERENSER 1. Eriksson, S.: "FoU Reaktorsäkerhet - Delområde PSA: Förslag till NPSAG - Elmodellering och hantering av bortfall av yttre kraftnät", Rapport-projekt, 2013514 / 2.0, FoU_RS, PRRT, Ringhals AB, 2009-01-16. 2. FoU - Reaktorsäkerhet - Delområde PSA Information från redovisning av NPSAG-projekt "Pilot Study on Loss of Offsite Power Frequency and Duration, LOOP Event and PSA Modeling", Darwin Id 1970115.
RP ES Uppdragsbeskrivning 9 (9) 3. Pilot Study on Loss of Off-site Power Frequency and Duration, LOOP Events and PSA Modeling, Darwin Id 1989796.