寧波電網抗冰災的啟示及反思

黃森炯，周盛，顧偉，王晴

（寧波電業局，浙江寧波315010）

寧波電網抗冰災的啟示及反思

黃森炯，周盛，顧偉，王晴

（寧波電業局，浙江寧波315010）

近年來，電網冰災事故時有發生，眾多骨干輸電線路被迫長期停運，電網穩定運行和電力可靠供應面臨巨大的挑戰。以2013年1月寧波電網冰災為例，分析了該地區抗冰災的主要對策，結合此次抗擊冰災的實際經驗，提出了生命通道概念以及區域電網構建生命通道的規劃，穩定孤網運行的重點要素等應對此類災害采取的技術手段。同時總結了輸電線路走廊選擇、電網規劃、電源規劃等方面在此次冰雪災害中暴露的問題，并提出了改進建議。

抗擊冰災；孤網穩定控制；電網規劃；調度決策系統

2013年1月5日-9日抗冰災期間寧波電網共發生18條110 kV及以上輸電線路故障跳閘。寧波電業局通過調整運行方式、控制斷面潮流、及時對線路進行強送等手段，在8天時間內恢復了全部跳閘線路。在此簡要介紹了寧波電網冰災事故形成和發展過程，總結了電網應急處理的經驗和教訓[1-2]，對輸電線路走廊選擇、電網規劃、電源規劃等方面的問題進行了反思，并在預防冰災、加強主網架、建設在線預警調度決策支持系統等方面提出了建議。

1 冰災期間寧波電網情況分析

1.1 寧波電網電源及負荷狀況

截至2013年1月底寧波電網有500 kV變電站5座，220 kV變電站41座，110 kV變電站168座。500 kV線路25條，220 kV線路125條，110 kV線路444條，寧波電網初步形成了以500 kV變電站為中心的分層分區網架。

寧波區域現有北侖、強蛟、烏沙山、鎮海等一批大型發電廠及臺塑自備、亞漿等大型用戶自備發電廠。其中北侖發電廠以500 kV電壓等級上網，強蛟、烏沙山發電廠均以2條500 kV線路接至寧海變，鎮海發電廠、臺塑自備熱發電廠、亞漿自備發電廠以220 kV電壓等級上網。寧波電網內電源分布特點是南部裝機富裕，北部裝機偏少，形成潮流自南向北輸送特點。區域內3 MW及以上地方發電廠均以110 kV及以下電壓等級上網，總裝機容量1 437.35 MW，其中自備機組654.90 MW，占45.56%。總裝機構成中熱電961.90 MW，占66.92%；火電81.00 MW，占5.64%；水電129.35 MW，占9.00%；燃氣輪機140.60 MW，占9.78%；風電124.50 MW，占8.66%。

2012年寧波地區統調最高負荷（整點）896.2萬kW，同比減少0.51%；網供電量達447.8億kWh，同比增長0.09%，2013年1月份冰災前寧波電網統調最高負荷775.5萬kW。

1.2 冰災形成原因

（1）寧波處沿海丘陵地帶，高壓線路“翻山越嶺”現象普遍，環境惡劣，冰雪天氣下高聳的樹木對電力線路構成了嚴重威脅。海拔高度越高，覆冰越嚴重，因為空氣中液水含量隨海拔高度的增加而升高。風速越大，液水含量越高，單位時間內向導線輸送的水滴越多，覆冰也越嚴重；

（2）北方天氣冬天氣溫始終在0℃以下，冰雪難融化，所以不會釀成較大的災害；南方空氣中水分含量多，下的雪以濕雪為主，易凝結成冰，且冬天氣溫徘徊在0℃左右，往往線路上的雪還沒完全化開，天氣又降到0℃以下，如此循環往復線路上的冰越來越厚；

（3）除冰手段缺乏，新技術應用進展緩慢，應用范圍不廣，例如融冰技術還只在試驗階段。

1.3 電網受損情況分析

寧波電網在8天時間內共跳閘18條110 kV及以上跳閘線路，此次冰災對110 kV電網影響相對較小，跳閘線路主要集中在220 kV及以上線路，跳閘線路分布見圖1。

220 kV及以上線路輸送容量大、距離長，多穿越海拔高、樹木茂密等地理形勢險峻地帶，這客觀上增加了線路發生故障的幾率；另一方面高電壓等級線路多采取分列導線，冰災時增加了負重，也增加了倒塔斷線幾率。

2 電網應對冰災措施

2.1 冰災形成初期

調度控制中心及時啟動了《應急事故處理預案》[3]，全面加強了值班力量的配備成立應急救災小組，與氣象部門聯動做好負荷預測工作，及時恢復電網全接線全保護運行方式，避免人為造成設備停役，與地方發電廠加強溝通，留足旋轉備用容量，根據歷年故障類型，落實搶修物資。

2.2 電網冰災發展階段

針對電網結構的變化和電網的各個薄弱環節，對多重預想的電網事故進行仿真分析，加強事故處理預案的時效性和針對性，這些預案有效地指導了電網冰災事故的應急處理。

（1）根據電網運行方式的變化、搶修進度的變化，及時對事故預案進行滾動修訂。

（2）及時對重要線路組織強送。查明變電站內無故障，一二次設備完好后，立即對線路進行一次強送，防范線路連鎖跳閘可能引發的大面積停電事故。

（3）預想在極端情況下區域電網與主網之間只剩一回通道時，控制聯絡通道潮流為零，當聯絡線跳閘后區域電網能自動穩定運行，不發生頻率崩潰。同時確保區域內低周、低壓減載裝置投入，并根據裝置容量和聯絡線負荷進行核算，做好區域電網與主網解列預案[4-6]。

2.3 災后恢復工作

盡快恢復主網線路，限額放寬后及時通知相關單位及用戶恢復生產生活正常水平，防止遺漏通知而人為造成生產損失。及時恢復調整運行方式，保證供電可靠性。抗災期間因時間緊、環境惡劣等因素，搶修工作多為臨時性修復措施，災害過后需重新安排停役進行永久性修復。對受損嚴重的線路其海拔高度、地理環境需重新評估[7]，必要時規劃降低海拔高度，將輸電線路改設在地理環境相對良好的位置。

3 加快寧波電網生命通道建設

3.1 生命通道的定義及分類

為抗擊自然災害，可根據電網的電壓等級、線路輸送能力、輸送負荷重要性和地理位置等因素來定義電網的生命通道，并分為3級。生命通道可以是一條輸電線路，也可以是多條輸電線路組成的一個輸電斷面，分類見表1。

（1）220 kV及以上電網線路生命通道選擇以可能發生6級及以上電網事件為原則，可以選擇區域電網聯絡線，供終端變電站輸電通道等。

（2）抗擊冰災加強區域110 kV電網生命通道顯得十分重要。當220 kV及以上聯絡線或主供線路跳閘后，可以用110 kV線路轉供重要負荷，避免變電站全停發生。220 kV變電站之間110 kV聯絡線建設有3種方式，見圖2。

其中方式（b）還可以拓展為多T聯接，即1條線路“T”接多個110 kV變電站，方式（c）可拓展為2個220 kV變電站間串接多個110 kV變電站，各種方式優缺點及適用范圍見表2。

規劃建設寧波電網110 kV電網生命線工程，在區域內220 kV及以上網架全部或局部癱瘓的情況下，能夠實現以地區110 kV電網生命線為基礎，靈活備供電網為支持，區域互供電網為保障，依靠區域電源維持或快速恢復到日常負荷30%左右的供電能力，最大程度地滿足重點單位、重要用戶供電，并為電網恢復運行提供保障。需要注意的是220 kV變電站220 kV電源失去情況下，通過110 kV線路轉供時110 kV側即為主供電源，通過110 kV轉供35 kV負荷時主變后備保護需更改定值與一次方式相適應。

3.2 片區劃分及補強

根據寧波電網網架結構特征、變電站地理分布、重要用戶的分布以及電網發展規劃情況，結合區域電源的接入，將寧波電網劃分若干以500 kV變電站為核心的相對獨立的電網片區。其中部分220 kV起聯絡線作用的生命通道正常時開斷，避免電磁環網、減小短路電流，現階段電網拓撲及補強工程示意如圖3所示。

3.3 110kV生命通道補強工程建議

各個片區在電網遭受極端外部災害時，主網220 kV及以上電網全部或局部癱瘓的情況下，首先能夠以本片區內的區域電源為基礎，以220 kV變電站110 kV母線為節點形成靈活備供電網，通過110 kV電網生命線，第一時間滿足本片區內重要用戶的供電需求；其次通過各片區間的110 kV聯絡通道形成各片區之間互救、互濟的區域互供電網，當本片區內區域電源失去時，能夠利用相鄰片區的電源來保證對本片區內重要用戶的供電。

4 研究孤網穩定措施

4.1 維持孤網穩定運行

各片區電網在220 kV及以上聯絡線路故障跳閘情況下，極容易形成孤網運行。若要維持孤網相對穩定運行，不發生崩潰現象，簡單的說需滿足片區內發供電平衡。極端情況下區域電網與主網之間只剩一回通道時，控制聯絡通道潮流為零，當聯絡線跳閘后區域電網能自動穩定運行，不發生頻率崩潰。

片區內要有足夠的發電站電源并具備可調節功能，部分負荷具備轉移調節能力，區域內配置一定比例的低壓低周減載裝置。必要時為穩定孤網內電壓、頻率，可迅速拉停部分負荷可轉移至其他片區的110 kV變電站，接著可拉停負荷性質次要的變電站。

4.2 合理規劃電源點的布局

電源的合理布局顯得十分重要,而對大型發電廠的過分依賴將損害電力供應的可靠性，在多重電網事故發生后將造成電力供應嚴重不足的局面。因此要重視電力規模經濟性和供電可靠性之間的非協調性,重視電力負荷中心和重要城市調峰電源、事故應急電源、黑啟動電源的配備問題,研究地區小水電和110 kV網絡中小電源作為黑啟動電源的電網恢復問題。特別要重視電源與電網的協調發展，增強電網規劃對電源規劃的引導作用，從提高抗擊自然災害能力角度優化電源布局和結構。

4.3 保證低周減載裝置投入率

系統低周減載裝置是保證電網安全運行的第三道防線，是防止事故擴大的重要安全裝置之一，必須予以高度重視。凡是裝有低頻減載裝置的線路原則上不列入調度計劃拉電名單，也不能配置備用電源自投裝置，以免事故時低周減載裝置不能有效切除負荷。當系統低頻率運行時，各級調度不得擅自送電，應立即匯報上一級調度，允許在切除等量的其它負荷后，恢復送電，但事先應征得上一級調度的同意。寧波電網2013年按頻率減負荷裝置（簡稱低周減載裝置）各輪整定要求如表3所示。

為防止2013年新設備投產而造成負荷轉移對原低周減載裝置實際控制負荷的影響，各縣（市、配）調所轄的變電所或饋線投產時，如轉移負荷影響原變電所低周減載裝置控制負荷，務必將負荷轉移情況和負荷重要性情況及時上報地調，以便及時增加新的低周減載裝置或轉移低周減載裝置的裝設地點。

5 當前電網主要問題及補強建議

5.1 線路同桿架設比例偏高運行風險大

部分220 kV及以上線路因節約線路走廊等資源問題采取同桿雙回線路架設，且全線同桿長度占全線比例超過50%甚至達到100%，運行可靠性較差。在遭受雷擊或冰雪災害等惡劣天氣時容易出現雙回線路跳閘情況。建議一、二級生命通道線路降低同桿占全線比例，特別是在山區等自然環境惡劣地區應分開架設。

5.2 110kV及以上終端變電站較多

截至2012年底，寧波電網終端變運行方式的220 kV變電所有14座，占37%；110 kV變電所67座，占39.9%，比例偏高。終端變電站突出問題是供電可靠性相對較差，檢修方式下負荷轉移能力較差，一旦220 kV電源失去容易造成全停。建議結合二級、三級生命通道建設，降低終端變占比。

5.3 分期投產模式存在“N-1”全停風險

因變電站規劃設計及投產安排，新建變電站大多采取分期投產模式，例如Ⅰ期只投產1回線路、1臺主變壓器或1條母線，Ⅱ期或Ⅲ期擴建投產后才能達到最終規劃狀態。建議投產規劃時抓緊配套工程建設，加快各期投產進度安排，避免出現單線單變情況。

5.4 老線路限制輸送能力“瓶頸”多

截止2012年底，寧波電網118條220 kV線路中有20條是LGJ-500型號導線，部分導線已嚴重制約潮流輸送能力，導致電網局部出現輸電“瓶頸”，可能造成非電源性限電現象發生，在夏、冬兩季負荷較高時尤其明顯。建議對該類型導線進行升級改造，提高溫升和輸送限額。

6 其他建議

6.1 加快建設應急信息平臺

在抗冰災期間如果沒有統一組織協調，容易出現混亂，需要統一領導，成立應急指揮領導小組和工作小組有明確的職責分工，有序開展抗災工作，應急小組成員及各自分工見表4。

抗災搶險就如同帶兵打仗一樣，能夠及時獲得信息最重要，例如線路跳閘信息，保護動作信息，搶修進度信息等，各部門應加強聯系溝通信息匯總并各取所需，切勿各自為戰，導致信息閉塞。信息集散示意如圖4所示。

6.2 輸電走廊的地段選取

部分地區輸電走廊大多被迫繞開平原而從崇山峻嶺間通過，自然環境惡劣，大風、覆冰、地震等自然災害對線路、桿塔的影響愈加嚴重。這次冰災中海拔400 m以上的山區線路覆冰厚度最大達110 mm，大大高于平原地區30～50 mm覆冰，因而在崇山峻嶺間的線路倒塔情況更加嚴重，同時，由于山區線路的道路狀況不佳，搶修條件惡劣，也給線路和桿塔的修復帶來許多意想不到的困難。

今后在選擇架空輸電線路鋪設路徑時要盡量避開冰凍災害嚴重的地段，如高海拔區、風道、湖泊等容易產生冰凍災害的地帶[7]，架空線路翻越山區時，要減少大檔距、高落差情況的出現，減小架空線路的轉角度。

6.3 加強電網冰災檢測及預警

冰災多發區域220 kV及以上線路鐵塔上安裝局放及環流在線監測裝置以及線路拉力感應裝置，對線路覆冰狀況進行監測是有效的方法，一旦發現線路有覆冰情況，或者線路拉力異常增大時，告警信號發送至監控中心，可以立即采取相關措施。

6.4 加強電網穩定運行控制及決策支持

此次冰災中，雖然寧波電網事故應急處理得當，確保了全網的穩定運行。但當前電網安全防御體系仍然是基于離線確定決策表的仿真計算與分析，缺少電網實時運行中薄弱環節的捕捉和了解，未能實施有效的預防性穩定控制，也就不能及時把電網事故消除于萌芽狀態中。

為適應現代大電網的安全運行要求，使電網的運行真正實現可控、能控、在控，必須開發電網在線預警和在線安全防御的調度決策支持系統，實現在線分析電網運行的狀態，實時對各個重要電網斷面進行“N-1”掃描和穩定計算分析[8]，捕捉電網實時運行中的薄弱環節，提前預警，并能提供合理的電網安全調整策略。

另外，要加強孤網自適應穩定運行的研究，要深入研究當主網瓦解成多個孤立小網時，各孤網的穩定運行控制和頻率調整等問題。

6.5 加快電網黑啟動仿真平臺建設

電網黑啟動是指電力系統故障停運或瓦解后，通過系統內具備自啟動能力的機組或外部輸入的電力，啟動系統內無自啟動能力的機組，逐步使系統恢復正常運行的過程。黑啟動方案就是如何合理利用這部分自啟動的電力，迅速使電網恢復正常。

隨著電力系統規模的不斷擴大，電網跨區互聯的局面已基本形成。電網互聯增加了電網的堅強程度，滿足了用戶對電力的數量和質量日益增長的需求，但其網內各子系統之間的相互影響也越來越強烈，局部系統的故障,可能釀成大面積停電事故，甚至導致整個系統的瓦解[9]。因此，建立電網黑啟動仿真平臺是電網發展的需要。黑啟動仿真平臺應具有以下功能：

（1）能為地區電網的自啟動全過程制定可行的方案；

（2）能進行黑啟動過程中相關技術的分析。如：黑啟動過程中繼電保護配置和整定計算的研究，電壓穩定與頻率穩定的研究等；

（3）能進行黑啟動過程的模擬仿真，對結果作出合理的預測。

7 結語

以寧波電網抗擊冰災的實際經驗為例，對地區電網在抗擊冰災中出現的問題作了反思，并對今后如何降低這類冰災對電網造成的影響提出了建議。加快區域電網生命通道建設、合理規劃電源點的布局、合理選擇線路走廊等措施是有效減少覆冰事故發生和降低冰災事故損失的主要方法。在冰災中，聯絡線路故障跳閘情況下很容易造成局部電網形成孤網，孤網運行時系統頻率變化劇烈，如果控制措施不當，極可能出現大面積停電事故，下一步需要加強孤網的穩定運行控制的研究。

[1]蔡洋.電網事故的回顧與分析及對電網調度管理的建議[J].電網技術，2007，31（11）:6-10.

[2]趙軍，石光，黃小川，李海超.從調度角度談電網事故及電網穩定運行保障措施[J].上海電力，2008（5）:122-124.

[3]張震宇，吳敏敏.地縣聯合統一模型的縣調PAS/DTS系統實踐[J].浙江電力，2011，30（10）:56-59.

[4]黃志龍.依靠科技進步提高華東電網安全穩定運行水平[J].華東電力，2007（11）:15-18.

[5]張健銘，畢天姝，劉輝，薛安成.孤網運行與頻率穩定研究綜述[J].電力系統保護與控制，2011，39（11）:149-155

[6]閆九球，唐山松.冰災后對電力設施的分析和思考[J].廣西水利水電，2008（2）:4-7.

[7]劉揚，安光輝，龔延興.淺談高壓輸電線路路徑選擇及桿塔定位[J].華北電力技術，2012（1）:67-70.

[8]劉有飛，蔡斌，吳素農.電網冰災事故應急處理及反思[J].電力系統自動化，2008，32（8）:10-13.

[9]王詩明，文峰，劉昕暉，等.冰災給電網調度運行帶來的思考[J].江西電力，2008，32（2）:17-20.

（本文編輯：陸瑩）

Inspiration and Reflection on Anti-ice Disaster on Ningbo Power Grid

HUANG Sen jiong，ZHOU Sheng，GU Wei，WANG Qing
（Ningbo Electricity Power Bureau，Ningbo Zhejiang 315010，China）

In recent years，ice disaster on power grid occurs frequently.Numerous main transmission lines are forced to stop operating over a long period of time,and there is significant challenge posed on stable operation of the power grid and reliable power supply.Combined with the experience in fighting against ice disaster,this paper analyzes anti-ice disaster countermeasures in this region.The paper proposes technical means like the concept of life channel，planning of constructing life channel in regional power grid and key factors for stabilization of isolated grid operation.Meanwhile,the paper summarizes problems in selection of transmission line corridor，power grid planning，power planning exposed in the ice disaster；besides，it brings forward improvement suggestions.

anti-icing disaster；isolated network stability control；grid planning；dispatching decision-making system

TM726.1

：B

：1007-1881（2013）11-0019-06

2013-08-13

黃森炯（1982-），男，浙江諸暨人，工程師，主要從事區域電網電力調度運行工作。