Elstörningen den 26 april i år, då bland annat två av Forsmarkreaktorerna kopplades från nätet, var mycket nära att förorsaka det största haveriet för det svenska elsystemet på decennier. Vilka hade effekterna varit, om så skett? Och hur länge hade det tagit innan elsystemet varit tillbaka i normaldrift?
Ett studium av tidigare storstörningar tyder på att utmaningarna, för den händelse att Sveriges elsystem i dag skulle behöva återstartas från ett nolläge, skulle vara mycket stora.

Hur har robustheten i Sverige elsystem förändrats på fyrtio år? Och hur har förutsättningarna för återstart av elsystemet förändrats under samma period?

En indikation på detta ges av de två storstörningar som skedde för fyrtio respektive tjugo år sedan, i december 1983 och september 2003, och en jämförelse med erfarenheterna av incidenten nu den 26 april 2023. Åren 1983 och 2003 bröt stamnätet ihop och i år var det – framgår av Svenska kraftnäts utredning av händelseförloppet – mycket nära att så skulle ha skett.

I denna artikel redogörs för storstörningarna 1983 och 2003. I en anknytande artikel beskrivs den senaste störningen, med kommentarer av Svenska kraftnät.

Här en kortversion av störningsförloppet den 27 december 1983:

Händelsekedjan inleddes med att elproduktionen i kärnreaktorn Oskarshamn 1 drogs ner till noll efter ett droppläckage på ett tryckmätande instrument. Elbortfallet kompenserades av minskade leveranser till avkopplingsbara elpannor och av ökad vattenkraftproduktion.

Tio minuter senare upptäcktes varmgång på ett kopplingsorgan i ställverket i Hamra (brännskador på en frånskiljararm). Felet bedömdes vara allvarligt och den dåvarande samkörningscentralen Kraftkontroll gav tillstånd till omkoppling i ställverket – vilket innebar att ställverkets två halvor kopplades ihop till en enhet.

Vid omkopplingen uppstod jordfel efter att frånskiljararmen kommit i kontakt med marken, vilket senare beskrevs som den primära orsaken till det efterföljande haveriet. Incidenten i Hamra föranledde en samtidig bortkoppling av två 400 kV-ledningar från Norrland. Med detta följde en så hård belastning av 220 kV-ledningen över Mälaren att också den, efter åtta sekunder, föll bort. Spänningen sjönk nu snabbt i mellersta Sverige.

Annonsering av Vattenfall, som 1983 ansvarade för Sveriges ”storkraftnät” och dess samkörningscentral, med kontrollrum beläget i Råcksta i Stockholm. Utförligt och pedagogiskt berättas för svenska folket om hur storstörningen hade gått till och hur elsystemet återställdes. (Klicka på bilden för förstoring)

Elsystemet stod emot i knappt en minut. När ytterligare en 400 kV-ledning utlösts på grund av överbelastning, skedde klockan 12.57 en spänningskollaps som bröt alla överföringsledningar mellan Norrland och Mellansverige. Bortkopplingsautomatiken klarade inte att ”rädda” elsystemet. Stamnätet delades i en sydlig och en nordlig del. Förbindelserna till grannländerna kopplades bort. Av de åtta kärnreaktorer som vid tillfället var i drift snabbstoppades alla av sin egen säkerhetsutrustning utom Forsmark 1, som matade sin el norrut. Det område som i dag motsvarar elområdena SE3 och SE4 slocknade.

I det norra systemet ledde produktionsöverskottet bland annat till bortkoppling av flera vattenkraftverk, men här slocknade bara Umeå- och Örnsköldsviksregionerna.

Här en kortversion av störningsförloppet den 23 september 2003:

Ett detekterat ventilfel på Oskarshamn 3 föranledde klockan 12.30 manuell nedstyrning av kärnkraftsblocket. Med det förlorades 1 176 MW (vid denna tid största elproducerande enhet i Sverige, och därmed också storleken på N-1-faktorn) och frekvensen sjönk tillfälligt till 49,66 Hz, vilket elsystemet – dimensionerat för att vid en N-1-händelse kunna återställas och klara ett nytt dimensionerande fel inom 15 minuter – väl klarade att ta hand om.

Efter bara fem minuter, klockan 12.35, inträffade emellertid en tvåfasig kortslutning i Horred på grund av haveri i en frånskiljare: en ljusbåge uppstod mellan två skilda faser i de samlingsskenor som kärnkraftsblocken Ringhals 3 och 4 var anslutna till.

Hela ställverket och därmed även de två Ringhalsblocken kopplades korrekt bort från stamnätet inom en tiondels sekund. Då systemet ännu inte var helt återställt efter O3-nedkopplingen och då ”södra Sverige saknade betydande produktion som kunde stötta spänningen i stamnätet” – som det sägs i haverirapporten – så sjönk spänningen i sydöstra Sverige mycket snabbt. Efter drygt en minut, klockan 12.37, släckte en spänningskollaps ner Sydsverige och Själland inklusive Bornholm.

På den danska sidan förorsakades bland annat en transformatorskada på Asnæsverkets block 5, det största värmekraftblocket på Själland, något som senare försvårade återuppbyggnaden av elsystemet.

Kartan anger det svenska blackout-området:

De utredningar som följde 1983 och 2003 finns tillgängliga här och här. Båda noterar att det som kan upplevas som ett ”litet” tekniskt fel beroende på olika faktorer kan få långtgående effekter på elsystemet i övrigt och alltså föranleda också ett ”stort” fel.

Både 1983 och 2003 ansågs återuppbyggnaden av elsystemet gå förhållandevis väl. I båda fallen hänvisas till betydelsen av att utlandsförbindelserna var intakta och kunde ge stöttning. 1983 var 400 kV-nätet återuppbyggt efter 50 minuter och nästan hela 220 kV-nätet efter ytterligare 30 minuter. De allra flesta av de drabbade abonnenterna återfick elen inom sju timmar. De sju bortkopplade kärnkraftsblocken var tillbaka i nätet inom 50 timmar.

1983-rapporten uppehåller sig vid betydelsen av det decentraliserade system som använts för driftåteruppbyggnaden: ”Principen för återuppbyggnaden av 400 kV- och 220 kV-näten är att berörda driftcentraler och stationer ska ta i drift frånkopplade ledningar utan några direktiv från Kraftkontroll. [—] I detta syfte har alla kraftstationer och ställverk skriftliga instruktioner. Driftpersonalen ska spänningssätta egna samlingsskenor och därefter inkoppla ledningarna [till så kallad ö-drift]. Kraftkontroll ska vid störningar på stamnätet endast ingripa när de givna instruktionerna inte kan eller bör följas.”

Rapporten beskriver hur elförsörjningen i ett delområde i första hand byggs upp av vattenkraft och gasturbiner, vilka är mycket snabbstartade. Efter en tid kan även lokala kraftvärmeverk sättas i gång och senare – om den stora återuppbyggnaden dröjer länge – även andra värmekraftverk. Vid återuppbyggnaden får inte den anslutna elbelastningen vara för stor, vilket är särskilt angeläget i fråga om små isolerade elsystem, där även små belastningsfluktuationer kan vara utslagsgivande.

Detta illustrerades 1983 av att av ett antal delsystem, som bildats kring vattenkraftstationer i Norrland, inget klarade sin balanssituation utan bröts ned genom successiva bortkopplingar. Vattenkraftens regleregenskaper hjälpte alltså inte.

Rapporten tillägger ännu att en stor svårighet återstår även efter att uppbyggnaden av lokal elförsörjning lyckats, nämligen hopkopplingen med det stora systemet: ”För att denna ska lyckas utan komplikationer måste dels frekvensen vara lika i de båda systemen, dels spänningarna på ömse sidor om hopkopplingspunkten ligga i fas och vara ungefär lika stora. För hopkopplingen fordras därför att driftledningen för delområdet har grepp om frekvens- och spänningsregleringen samt att det i kopplingspunkten finns en utrustning som automatiskt kopplar ihop systemen när dessa ligger i fas. Sådana utrustningar måste vara installerade i förväg.”

Rapporteringen gällande 2003-sammanbrottet berättar att 4 700 MW förbrukning momentant kopplades bort i Sydsverige. Omedelbart efter bortfallet av Ringhals 3 och 4 sjönk frekvensen till 49,27 Hz, ännu inte tillräckligt för aktivering av automatisk förbrukningsbortkoppling (AFK). Senare uppmättes i Sydkrafts nät på Öland emellertid frekvenser under 48,00 Hz, varvid tolv av de sexton AFK:er som var i drift enligt indikationer hade gått i funktion.

Den icke nedsläckta delen – Norrland, merparten av Svealand samt norra Västsverige – stabiliserades snabbt. Därmed kom det norra delsystemet att utgöra grunden för återuppbyggnaden. Sex timmar efter sammanbrottet rapporterades alla kunder åter vara anslutna till nätet.

Strategin för återuppbyggnaden av stamnätet var enligt rapporten spänningssättning norrifrån, varvid slingor av ledningar skapades från norr till söder. Slingorna stagades sedan upp med anslutning av tvärgående ledningar för att ge ett starkare nät. Inledningsvis var dessa slingor av ledningar lågt belastade, vilket medförde svårigheter med spänningsregleringen på grund av att den reaktiva genereringen kunde bli för stor. Därför kunde inte för många parallella slingor vara i drift. Pålastningen behövde genomföras i lämpliga steg.

Rapporten påtalar att södra Sverige saknade betydande produktion som skulle ha kunnat stötta spänningen i återuppbyggnadsskedet. 2003 var Barsebäck 1 nedlagt sedan fyra år, Barsebäck 2 lades ner 2005. Här finns bakgrunden till beslutet att bygga Sydvästlänken – den som togs i drift sommaren 2021. Det stod klart att elsystemet i södra Sverige inte skulle klara en ny storstörning när också Barsebäck 2 var nedlagt.

Gemensamt för storstörningarna 1983 och 2003 var att elsystemet kan bedömas ha stått emot både N-1- och N-2-nivåerna, men däremot havererade när N-3-nivån nåddes.

2003-rapporten nämner detta specifikt. Påfrestningen kan beskrivas som att den motsvarade en svårighetsgrad på ungefär N-3, beroende på att bortfallet i Oskarshamnsverket och felet i Horred inträffade så nära varandra i tiden. Sammantaget handlade det om förlust av omkring 3 000 MW kärnkraftsproduktion plus den kraftiga försvagning av överföringsnätet som följde av det.

En iakttagelse i haverirapporterna är slutsatsen (1983) att Sverige ”med befintlig och planerad reservkraft klarar viktiga samhällsfunktioner elavbrott på 12 timmar till 1 dygn utan större negativa samhällseffekter”. Svårast drabbades processindustrin och smältverk, där material och utrustning tog skada.

En annan iakttagelse gäller ett av de problem som beskrivs i förstärkningen av elsystemet, nämligen att ”den normala tiden för koncessionsbehandling av ärenden rörande stamnätet är cirka ett år”. Tiden hade under senare år visserligen minskats betydligt, men ”den totala tiden för samråd och handläggning är dock lång”. Undersökningskommissionen fann det därför angeläget att fortsatta ansträngningar skulle göras av myndigheter och berörda organ för att ytterligare minska handläggningstiden.

En anknytande en artikel om störningen den 26 april i år publiceras här intill.