電網(wǎng)安全生產(chǎn)隱患排查及治理與控制措施

國網(wǎng)湖北省電力有限公司超高壓公司 羅 溪 國網(wǎng)湖北超高壓公司荊門運(yùn)維分部 陳光輝 郭 蓉 王沐東 湖北省超能電力有限責(zé)任公司荊門分公司 朱 凡

電力系統(tǒng)是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保障人民生活必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施之一，但同時也存在著一些安全隱患。為了確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，需要對電網(wǎng)安全生產(chǎn)隱患進(jìn)行排查、治理和控制。下文以某電網(wǎng)為例，從排查方法、安全隱患分析和治理控制策略三個方面進(jìn)行探討，旨在為電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)提供參考。

1 某電網(wǎng)安全生產(chǎn)隱患排查方法

該電網(wǎng)的最高電壓等級目前為750kV，主要網(wǎng)絡(luò)電壓等級為750kV/330kV。截至2022年底，電網(wǎng)已形成以750kV 等級的A、B、C 三站為中心的區(qū)域供電結(jié)構(gòu)。2023年計(jì)劃旨在形成750kV 等級的A、B、C、D 變電站為中心的四個供電區(qū)域（如圖1所示）。根據(jù)電網(wǎng)“十三五”規(guī)劃，預(yù)計(jì)該電網(wǎng)2023年負(fù)載將達(dá)到4100MW。即使達(dá)到最大預(yù)測負(fù)載，該電網(wǎng)的完全停電也不構(gòu)成一級電網(wǎng)事件，但可能引起二級電網(wǎng)事件。對其中2016年和2020年750kV 等級的A 變電站供電區(qū)域的電力平衡分析結(jié)果顯示，容載比相對較低，完全停電可能引起二級電網(wǎng)事件。

圖1 2023年某電網(wǎng)接線規(guī)劃

針對某電網(wǎng)的安全風(fēng)險，進(jìn)行了詳細(xì)的N-1和N-2故障分析，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電。在全互聯(lián)狀態(tài)下，N-1故障分析需要系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電，因此需要采取相應(yīng)措施來避免系統(tǒng)的故障和危險情況的發(fā)生。在計(jì)劃維護(hù)模式下的N-1故障分析中，需要確保不會導(dǎo)致主系統(tǒng)異步運(yùn)行或頻率、電壓崩潰。可以采取切斷機(jī)器或負(fù)荷等措施，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定[1]。

對于母線故障分析，同樣需要采取切斷機(jī)器或負(fù)荷等措施，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時，針對同一桿塔上具有不同相名的雙回輸電線路引起的N-2故障分析，也需要基于二級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。而根據(jù)相關(guān)決定，N-1模式不會造成四級以上事故風(fēng)險，其中包括計(jì)劃維護(hù)下的N-1模式。這些分析旨在確保該電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，避免潛在的故障和危險情況的發(fā)生，保證用戶的正常用電需求得到滿足。

2 某電網(wǎng)安全隱患分析

2.1 線路故障分析

該電網(wǎng)位于我國西北聯(lián)網(wǎng)電網(wǎng)，形成河西750kV 通道和主網(wǎng)雙回路結(jié)構(gòu)。目前，聯(lián)網(wǎng)的輸電能力按照同塔雙回異名相N-2故障控制。在正常情況下，聯(lián)網(wǎng)區(qū)段的斷面穩(wěn)定限額見表1，并且750kV線路上N-1和N-2故障的發(fā)生不會影響電網(wǎng)整體的正常供電負(fù)載。

表1 聯(lián)網(wǎng)區(qū)段的斷面穩(wěn)定限額

2.2 變電站主變壓器故障分析

2016年初，750kV 等級A 變電站的兩個主變壓器開始運(yùn)營。A 變電站的主變故障分析可分為兩種情況。第一種情況是其中一臺主變壓器出現(xiàn)了N-1級故障，而另一臺仍然連接著系統(tǒng)。此時，A 站的電力供應(yīng)區(qū)不會失去其負(fù)載且需要切斷部分新能源的輸出，以確保受影響的主變壓器不超載。目前，具體調(diào)度根據(jù)最大3200MW 的電網(wǎng)連接容量進(jìn)行控制。在主變壓器發(fā)生N-1級故障時，過載聯(lián)鎖裝置會將風(fēng)力發(fā)電機(jī)切斷。第二種情況是其中一臺主變壓器正在進(jìn)行檢修而另一臺出現(xiàn)故障（母線N-2）。

當(dāng)兩臺主變壓器均停機(jī)，750kV 和330kV 電網(wǎng)失去聯(lián)系，A 站電力供應(yīng)區(qū)將運(yùn)行在隔離的電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中。負(fù)載損失量取決于A 站電力供應(yīng)區(qū)的隔離頻率調(diào)節(jié)特性。在極端情況下，所有負(fù)載都可能會丟失，導(dǎo)致重大事故（2級電網(wǎng)事故）。值得注意的是，2016年的負(fù)載量大于1700MW，2020年的負(fù)載量大于2460MW[2]。A 站的750kV 母線發(fā)生N-2故障之后，電氣連接如圖2所示。

圖2 A 站750kV 母線發(fā)生N-2故障之后電氣連接情況

2.3 母線故障分析

A 變電站750kV 母線故障分析如下。第一，在正常情況下，如果任何一個母線（N-1母線）發(fā)生故障，A 變電站750kV 母線通過正確的保護(hù)操作，不會出現(xiàn)穩(wěn)定性或過載問題，也不會有負(fù)荷損失。第二，如果一個母線正在維修，而另一個母線發(fā)生故障（N-2母線），A 變電站的主變壓器就沒有連接到750kV 線路。當(dāng)所有母線關(guān)閉時，A 變電站的主變壓器會同時跳閘，發(fā)生N-2故障。750kV 的AF I 線和AB II 線將跳閘，而AF II線和AB I 線將在A 變電站運(yùn)行，這將導(dǎo)致750kV線路的B-A-F1環(huán)路的損失。由于主變壓器的N-2故障，750kV 和330kV 的電網(wǎng)將失去聯(lián)系，A站供電區(qū)將運(yùn)行隔離。在極端情況下，所有負(fù)荷可能都會喪失，構(gòu)成二級電網(wǎng)事件。

3 電網(wǎng)安全生產(chǎn)隱患治理與控制策略

3.1 加強(qiáng)電網(wǎng)設(shè)備的維護(hù)和檢修

主變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，其運(yùn)行情況的穩(wěn)定性和安全性直接影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行和供電質(zhì)量。因此，在維護(hù)和檢修方面，我們應(yīng)該注重主變壓器的運(yùn)行情況，采取有效的監(jiān)控和維護(hù)措施確保其正常運(yùn)行。

一方面，需要建立完善的主變運(yùn)行、檢修管理體系。在日常運(yùn)行中，應(yīng)對主變的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定期監(jiān)測和評估，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問題。同時，可以建立相應(yīng)的檢修計(jì)劃，定期對設(shè)備進(jìn)行檢修和維護(hù)，如定期清洗、換油、更換電極等，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

另一方面，加強(qiáng)對母線的監(jiān)測和保護(hù)。母線是電力系統(tǒng)中的另一個重要元件，對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定性有著重要作用。特別是在維修過程中，需要采取有效的應(yīng)急措施，防止N-2故障的發(fā)生。常見的措施有增加備用電源、提高母線保護(hù)靈敏度、調(diào)整斷路器的動作時間等，以應(yīng)對突發(fā)情況[3]。

3.2 進(jìn)行全面的容載比分析

在電力平衡分析方面，容載比是一個重要的指標(biāo)。容載比是指電力系統(tǒng)能夠承受的最大負(fù)荷與可供電容量之間的比值。容載比高則意味著系統(tǒng)負(fù)荷較低，運(yùn)行穩(wěn)定，反之則意味著系統(tǒng)負(fù)荷較高，運(yùn)行風(fēng)險也相對增加。因此，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，需要進(jìn)行全面的容載比分析。

通過對供電結(jié)構(gòu)和消費(fèi)需求的分析，預(yù)測未來負(fù)荷變化趨勢，從而對電力系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以保證電力平衡。例如，在負(fù)荷高峰期間，可以通過啟動備用電源或強(qiáng)制減負(fù)的方式來保證供電的穩(wěn)定性。同時，在電網(wǎng)負(fù)載監(jiān)測和管理方面，我們還需要采取精細(xì)化的措施。借助現(xiàn)代化的監(jiān)測技術(shù)，如智能電表、負(fù)荷檢測器等，實(shí)時監(jiān)測電網(wǎng)的負(fù)載情況，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并做出有效的調(diào)整。

此外，還可以利用數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)技術(shù)，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，以預(yù)測未來負(fù)載變化趨勢，提前做好應(yīng)對和調(diào)整計(jì)劃[4]。

3.3 嚴(yán)格按照電網(wǎng)容量進(jìn)行限額管理

在限額管理方面，首先，在電網(wǎng)容量限額管理方案中，電力平衡管理是非常重要的一項(xiàng)。電力平衡是指電力系統(tǒng)在供電和負(fù)荷之間保持平衡的狀態(tài)。為了維持這種平衡，必須采取一系列的措施來合理分配負(fù)荷，最大限度地減輕電網(wǎng)壓力。例如，可以優(yōu)化電力網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率；調(diào)整發(fā)電設(shè)備的輸出功率，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，等等。這些措施必須與電網(wǎng)容量相匹配，以確保電網(wǎng)正常運(yùn)行。其次，在電網(wǎng)容量限額管理方案中，還需要限制接入新的負(fù)荷。當(dāng)電網(wǎng)容量已經(jīng)接近極限時，應(yīng)嚴(yán)格限制接入新的負(fù)荷或設(shè)備，避免過載風(fēng)險。

因此，必須建立完善的負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，并采取相應(yīng)的措施，如減少部分負(fù)荷、停止額外負(fù)荷等。再次，在電網(wǎng)容量限額管理方案中，嚴(yán)格控制發(fā)電規(guī)模，各類發(fā)電設(shè)備的容量必須被控制在電網(wǎng)承受范圍內(nèi)，否則可能導(dǎo)致電網(wǎng)過載或其他問題。為了確保發(fā)電設(shè)備的容量不會超過電網(wǎng)容量，必須對所有的發(fā)電設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)評估，并對其功率輸出進(jìn)行控制。此外，還需要對發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和管理，并加強(qiáng)對發(fā)電設(shè)備的維護(hù)和檢修，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。最后，在電網(wǎng)容量限額管理方案中，加強(qiáng)對電網(wǎng)中存在安全隱患設(shè)備的監(jiān)管。電網(wǎng)中往往存在著一些設(shè)備老舊或操作不規(guī)范的情況，這些設(shè)備可能會對電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成潛在威脅。

因此，必須建立完善的安全監(jiān)測和審查制度，及時發(fā)現(xiàn)并消除這些安全隱患。綜上所述，按照上述方案進(jìn)行限額管理，可以有效控制電網(wǎng)的負(fù)荷，避免電網(wǎng)過載，提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。然而，在實(shí)際操作中，必須密切關(guān)注電網(wǎng)的運(yùn)行情況，不斷調(diào)整和優(yōu)化管理措施，以確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[5]。

3.4 完善母線保護(hù)方案

第一，過電流保護(hù)。過電流保護(hù)是指在母線電流異常增高時，通過檢測電流并判斷是否達(dá)到閾值，從而觸發(fā)保護(hù)動作以斷開故障點(diǎn)。這種方式適合于雙母線及以上的電力系統(tǒng)，并且需要設(shè)置不同的保護(hù)器來監(jiān)測母線的各個部分。過電流保護(hù)方案簡單易行，成本低廉，但是無法進(jìn)行精確定位，可能會引起誤切負(fù)荷等問題。

第二，母差保護(hù)。母差保護(hù)是一種精確定位故障位置的保護(hù)方案，它通過比較各相電壓偏差之和與零序電壓之和來檢測母線故障，并通過切除故障點(diǎn)對故障區(qū)域的保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)。該保護(hù)方案適用于大型變電站和高壓母線，其定位精度高、操作可靠，但是成本高，需要對保護(hù)器的精度進(jìn)行管控。為此，需要精確計(jì)算母差電流，計(jì)算公式如下：

母差電流=相間電壓偏差之和/零序電壓

母線跳閘保護(hù)。母線跳閘保護(hù)是一種簡單的保護(hù)方案，其原理是在檢測到母線故障時直接切斷電源，以避免故障擴(kuò)大。該保護(hù)方案適用于小型變電站和低壓母線，其操作簡單易行，保護(hù)速度快，但是無法進(jìn)行精確定位，可能會引起誤切負(fù)荷等問題。

母線差動保護(hù)。母線差動保護(hù)是一種高級的保護(hù)方案，其通過對母線兩端的電流進(jìn)行比較來檢測故障，并通過對故障區(qū)域的保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)。該保護(hù)方案適用于大型變電站和高壓母線，其定位精度高、操作可靠。但是相對于其他保護(hù)方案，母線差動保護(hù)需要更復(fù)雜的裝置和更高的成本。通過以上方式，能夠有效解決母線中存在的安全隱患，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

總而言之，本文對某電網(wǎng)的安全生產(chǎn)隱患進(jìn)行了排查和分析，總結(jié)了該電網(wǎng)存在的線路故障、變電站主變壓器故障和母線故障等問題，并提出了相應(yīng)的治理與控制策略，包括加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和檢修、進(jìn)行容載比分析、嚴(yán)格按照電網(wǎng)容量進(jìn)行限額管理、制定完善的母線保護(hù)方案等。通過采取這些措施，可以幫助電力系統(tǒng)有效的預(yù)防和控制安全隱患，保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。