現代電力系統防災措施的構想

魯斯伊

(廣東電網公司廣州供電局，廣東廣州 51000)

1 引言

電能不能大量貯存，它通過形成網絡的導線將電能從發電廠輸送和分配給用戶，集生產，輸送，分配和消費于一體。為了資源的優化配置和相互支援，小的和局部的電網將逐步互聯成大的電網。我國電網現在正處于高速發展時期，已進入大的區域性電網向全國性聯網過度的階段。隨著全國聯網、西電東送、南北互供戰略的實施，我國電網將主要形成三大塊，即北部電網，中部電網和南部電網，分別對應著西電東送的三大通道[1]。電網規模的日益增大，其結構與運行方式必然趨于多樣化，所以，一旦發生事故，很可能通過互聯的電網迅速傳播，出現連鎖性的故障而導致大面積停電。

此外，隨著高壓直流輸電工程的規劃和投運，全國范圍內將逐步出現一些長距離，大容量的直流輸電線路，如此龐大的交直流混合電網的運行方式將更加復雜;目前，世界各國并沒有十分可靠的運行經驗。因此，為了保證現代電網安全穩定運行，持續可靠的向電力用戶輸送電能，大規模電力系統防災措施的研究就變得尤為重要。

2 電力系統的安全性問題

2.1 現代電力系統的安全性問題

電力系統的安全性是指系統在發生故障情況下，系統能保持穩定運行和正常供電的能力。傳統的電力系統安全性主要針對小規模的區域性電網，采用單機－無限大系統為模型，來研究電力系統本身的動態特性，包括系統的同步穩定性(功角穩定性)、電壓穩定性和頻率穩定性等[7];隨著我國西電東送、全國聯網戰略的逐步實施，以及三峽等大型電站系統的建設，500KV及以上線路將成為我國電網的骨干網架，電網規模不斷擴大、結構與運行方式呈現多樣化。全國聯網的實現，高電壓、長距離輸電線路越來越多、高壓交－直流并列運行等新的運行方式，都對電網的安全與穩定提出了很高的要求。區域網采取怎樣的聯網形式，聯網后采取怎樣的運行方式，如何提高互連系統的動態穩定等問題已日益突出。

2.2 電力系統安全性問題的影響

影響電力系統安全穩定性的因素很多，就電力系統的構成來說，主要有以下因素:

(1)一次系統方面

①系統網架結構不合理;

②系統備用容量不足;

③電力系統設備老化。

(2)二次系統方面

①控制和保護裝置誤動;

②電力通信設施故障。

另外，還存在著一些自然因素及人為因素，例如各種自然災害和惡劣的天氣狀況，運行人員的誤操作以及電網缺乏統一、有效的管理等等。

3 現代電力系統的防災措施

3.1 做好電力發展統一規劃，加強電網建設

電力工業是一次性投資大、長期運行的行業，例如大型發電廠的建設要5～10年，壽命為30年[6]。因此，必須要做好電力系統發展的統一規劃，使之優化電源布局及電網結構，促進輸電網與配電網協調發展;特別要加強電網(遠距離輸電網、受端電網和二次系統)建設，協調區域電網之間、省級電網之間以及省級電網與區域電網間的關系，以提高電網安全可靠性，降低事故概率，減少停電損失。

電力系統設備的老化，是發生故障的嚴重隱患之一，應給以足夠的重視。適時改善陳舊的電網，定期檢修主要的設備和元件，做好系統和設備的實時維護和定期檢修的任務，是保證系統安全穩定運行的重要的前提條件。

3.2 加強繼電保護和安全穩定自動裝置的優化配置

我國電網結構比較薄弱，裝機容量不足，供電緊張，負荷高峰時段電力系統往往處于零備用運行，電網安全受到極大威脅。為了節省一次設備的投資，我們必須強化二次系統的建設，結合電網的具體情況，積極研發二次繼電保護安全自動裝置，加強繼電保護和安全穩定自動裝置的優化配置，最大限度地滿足電網安全穩定運行的要求，避免因故障而發生大面積停電的事故或導致系統崩潰。

3.3 加強管制，采用統一分層管理，促進信息協調

美國的電力工業無論從生產的總量還是技術水平，電網結構都是世界領先的，卻頻繁出現大規模的停電事故，造成巨大的經濟損失，這不能完全用電網老化來解釋，其主要原因還要歸結于它的管理體制。在美國有3000多家電力公司在廣袤的北美大地上各自經營著總容量約8億kW的電力工業，雖然各家電力公司的電網互聯，形成北美龐大的電力系統，但它們的調度和管理則是各自為政，沒有一個負責監控全國或一個大區域電力運營狀況的組織和機構[6]。當某一部分出現故障后，各個負責單位僅僅從自身的經濟利益出發，無論是在技術還是處理措施上都不能積極地互相配合，從而造成了事故的擴大，延緩了事故的恢復時間。因此，在大規模的電網結構下，統一電網管理，實行統一調度，建立完善的電網安全穩定運行制度是保證整個電力系統安全可靠運行的重要條件。

我國電網在發展過程中，始終堅持電網管理與電力調度不可分的原則。嚴格執行《電力法》、《電網調度管理條例》、《電力系統安全穩定導則》，使電網安全管理更加嚴格和科學。統一調度、統一指揮有利于對事故的處理和對電源的恢復，也有利于“黑啟動’(所謂黑啟動就是指整個系統因故障停運后，不依賴于其他網絡的幫助，通過系統中具有自啟動能力機組的啟動，帶動無自啟動能力的機組逐漸擴大系統恢復的范圍，最終實現整個系統的恢復)電源恢復方式和與其他互聯電網的配合等[5]。

3.4 建立緊急事故防御體系，做好反事故預案和黑啟動方案

隨著互聯電網規模越來越大，一個局部的故障很可能誘發連鎖反應，導致大面積停電，甚至使整個電網崩潰。所以我們必須建立緊急事故防御體系，加強電網安全運行第三道防線的建設，研發低壓低頻減載裝置;制定互聯電網的黑啟動方案，防患于未然。

3.5 提高運行人員的專業素質

計算機技術和通信技術的飛速發展，使得電力系統的自動化程度越來越高，小到一個繼電保護裝置，大到自動重合閘，自勵裝置，自動發電控制等等，龐大的電力系統已被人們熟練掌控，在給我們提供越來越多的、優質和有效的服務的同時，大大節省了人力。但是，盡管研發和使用各種安全自動控制裝置，是保證現代電力系統安全穩定運行的重要條件，我們也不能忽視人的作用。各種自動裝置或儀器沒有思維，不會變通，都是根據預先輸入的程序或規則，通過邏輯判斷，來做出相應的操作，并不會做出靈活的處理。因此，一旦遇到復雜的故障發生，僅靠安全自動裝置的動作，很可能起不到排除故障的作用，反而會使事故進一步擴大。美、加大停電在發生的最初時間里，若調度人員能及時做出正確的判斷，進行緊急處理，那么事故很可能會避免，而不是眼睜睜看著事故進一步擴大乃至電網崩潰。因此，我們要通過定期的培訓來不斷提高調度和運行人員的素質，提高其應對突發事件的能力，配合安全自動裝置的動作，盡量做到萬無一失。

3.6 做好電力改革下電網發展的技術研究

我國電力系統正處于電力體制改革時期，實行“廠網分開，競價上網”的發展策略，積極推進區域電力市場的建設。由于我國電力市場的研究起步較晚，因此，如何建設我國的電力市場;怎樣推進我國的電力改革;在電力市場運作下，電力系統采用怎樣的運行方式;如何管理電力市場等等一系列問題都急需研究。

隨著我國西電東送、南北互供、全國聯網戰略的實施，我國已逐漸形成幾個大區級電網。但由于各大電網的發展的不平衡，因此改革步調不統一，進程亦參差不齊;這樣就使不同區域、不同省市電網存在著不同的組織和管理體制，使得改革推進的速度相差過大，不同區域所處的改革階段又有所不同，而最終造成的后果是電量交換比較頻繁的大區內沒有形成統一的組織管理體制。雖然政策制定者具有良好的改革預期和目標，但是在目標實現前的過渡期內所造成的體制混亂對電網安全和可靠性確實帶來了危險[3]。

另外，在廠網分開的形勢下，電網安全也出現了一系列新的問題。

首先，廠網分開后，電網運行缺乏保證電網安全的統一有力的調控手段，一旦出現問題，事故的原因歸屬及解決方案等問題很可能出現廠網不協調問題，容易引發大的電網事故。

其次，廠網分開后，各廠網公司便成為獨立的經營性企業實體，那么，它們之間必然存在著的利益關系。在利益的驅使下，必然存在著不正當的競爭關系。美國七年改革，促使各電網企業普遍削減成本，包括使電網在較低的穩定裕度水平下運行，減少維修次數，縮減或者取消投資，這就意味著減少了電網設施的投入量，許多電力公司現在僅維持最少的常規維護，因此降低了設備的可靠性，增加了外力破壞的可能性等等。因此，美加大停電，不能不使我們深思我國電力改革下的電網的安全穩定運行問題，類似的電網事故是否也會在我國發生?

第三，我國電網的發展趨勢是實行全國聯網，由于我國電網發展的不平衡，使得互聯電網的穩定問題更加突出。

因此，要針對我國電網的具體狀況，切實采取加快發展和研究電力改革和電力市場化問題。加強引導和管理的雙重措施，發揚我國團結治網的優良傳統和作風，以保證電網安全穩定運行為基礎和前提，盡快建立和健全適應新體制的保證電網安全的制度和法規，積極穩妥推進電力改革。

4 加強與現代電力系統安全緊密相關的基礎研究

電力系統是一個由不同容量發電機、不同電壓等級和長度的輸配電線路以及不同容量和特性的負荷組成的典型的復雜的龐大系統，呈現高維、非線性、時變、信息的不完全性、廣域(大范圍跨越時空)互聯性和微分代數的復雜特性[7]。為了保證電網的安全穩定運行，我們必須未雨綢繆，做出充分的理論分析和研究。

隨著全國電網的逐步互聯，各大區域電網之間的交流或直流聯絡線路的架設，長距離、大容量的高壓直流輸電線路的出現，大功率電力電子設備的應用，以及多饋入直流線路落點同一交流系統的問題，都迫切需要建立新的理論和方法體系，建立系統模型，提出控制方法和措施，進行大量的動態行為的分析與仿真，為保證電力系統的安全穩定、可靠的管理和運行提供理論基礎。電力負荷模型的建立也是這一研究領域中的關鍵問題，隨著經濟的快速發展，越來越多的復雜的非線性和沖擊性負荷，電力電子設備以及基于微處理機的數字或電子設備投入使用，當代電力系統的負荷結構已發生了很大的變化，突破傳統的負荷模型，建立新的負荷模型，做好負荷預測，已成為電力系統安全運行分析的一項重要的內容。

另外，基于我國電網的特殊情況，我們必須以理論分析和數學模型為研究基礎，研究大電網連鎖故障概率分析的模型，建立綜合考慮元件保護與控制、低頻和低電壓減載，以及區域穩定控制系統的機電暫態和中長期動態分析理論與計算方法。在此基礎上，研究有利于防災的電源構成，有利于防災的電網運行方式;電網連鎖反應事故的機理;單重或多重故障下，由于潮流轉移而造成線路過負荷的控制方式;發生重負荷線路故障，并伴隨連鎖故障的功角穩定性或電壓穩定性問題和故障方式下，電源和電網間安全自動裝置的配合等等。

5 結語

電力系統的防災工作值得重視，特別是從2011年9月1日開始，國務院599號令文件頒布實施，該令文進一步明確了電力安全事故的等級及有關人員責任，使提高我國電力系統防災能力問題刻不容緩。針對現代電力系統防災方面嚴峻的現實，應努力做到幾點:(1)構筑堅強電網，統籌做好一、二次電網規劃，構架堅強網架并加強繼電保護和安全穩定自動裝置的優化配置;(2)實行大電網統一管理、統一調度，建立完善的電網安全穩定運行制度;(3)建立電力系統防災的長效工作機制，以已有的災害性事故的信息和研究成果為基礎，對電力系統進行全面的風險評估，建立相應的事故預警、應急機制及災后快速恢復、重建機制。(4)加強電力系統防災的研究投入，研究、設計、建設、管理單位緊密支持配合，重點做好電力改革下電網發展的技術研究及與現代電力系統安全緊密相關的基礎研究，努力使我國的電力系統防災進入世界先進國家行列。

[1]徐政，交直流電力系統動態行為分析[M]，機械工業出版社:3－4

[2]魏巍，電網安全穩定運行的思考[J]，云南電業，2004，(4):39－40.

[3]劉雋，李興源，許秀芳，互聯電網的黑啟動策略及相關問題[J]，電力系統自動化2004，28(5):93 －97.

[4]趙遵廉，中國電網的發展與展望[J]，中國電力，2004，(1):1－6.

[5]蔣晏如，謝雁鷹，維護電網安全確保可靠供電—“8·14”北美大停電事件之警示[J]，電力安全技術，2004，(3):32－35.

[6]韓禎祥，反思美加大停電[J]，中國科技信息，2003，(19):1－2.

[7]韓禎祥，曹一家，電力系統的安全性及防治措施[J]，電網技術，2004，28(9):1－6.