现代电力系统防灾措施的构想

鲁斯伊

(广东电网公司广州供电局，广东广州 51000)

1 引言

电能不能大量贮存，它通过形成网络的导线将电能从发电厂输送和分配给用户，集生产，输送，分配和消费于一体。为了资源的优化配置和相互支援，小的和局部的电网将逐步互联成大的电网。我国电网现在正处于高速发展时期，已进入大的区域性电网向全国性联网过度的阶段。随着全国联网、西电东送、南北互供战略的实施，我国电网将主要形成三大块，即北部电网，中部电网和南部电网，分别对应着西电东送的三大通道[1]。电网规模的日益增大，其结构与运行方式必然趋于多样化，所以，一旦发生事故，很可能通过互联的电网迅速传播，出现连锁性的故障而导致大面积停电。

此外，随着高压直流输电工程的规划和投运，全国范围内将逐步出现一些长距离，大容量的直流输电线路，如此庞大的交直流混合电网的运行方式将更加复杂;目前，世界各国并没有十分可靠的运行经验。因此，为了保证现代电网安全稳定运行，持续可靠的向电力用户输送电能，大规模电力系统防灾措施的研究就变得尤为重要。

2 电力系统的安全性问题

2.1 现代电力系统的安全性问题

电力系统的安全性是指系统在发生故障情况下，系统能保持稳定运行和正常供电的能力。传统的电力系统安全性主要针对小规模的区域性电网，采用单机－无限大系统为模型，来研究电力系统本身的动态特性，包括系统的同步稳定性(功角稳定性)、电压稳定性和频率稳定性等[7];随着我国西电东送、全国联网战略的逐步实施，以及三峡等大型电站系统的建设，500KV及以上线路将成为我国电网的骨干网架，电网规模不断扩大、结构与运行方式呈现多样化。全国联网的实现，高电压、长距离输电线路越来越多、高压交－直流并列运行等新的运行方式，都对电网的安全与稳定提出了很高的要求。区域网采取怎样的联网形式，联网后采取怎样的运行方式，如何提高互连系统的动态稳定等问题已日益突出。

2.2 电力系统安全性问题的影响

影响电力系统安全稳定性的因素很多，就电力系统的构成来说，主要有以下因素:

(1)一次系统方面

①系统网架结构不合理;

②系统备用容量不足;

③电力系统设备老化。

(2)二次系统方面

①控制和保护装置误动;

②电力通信设施故障。

另外，还存在着一些自然因素及人为因素，例如各种自然灾害和恶劣的天气状况，运行人员的误操作以及电网缺乏统一、有效的管理等等。

3 现代电力系统的防灾措施

3.1 做好电力发展统一规划，加强电网建设

电力工业是一次性投资大、长期运行的行业，例如大型发电厂的建设要5～10年，寿命为30年[6]。因此，必须要做好电力系统发展的统一规划，使之优化电源布局及电网结构，促进输电网与配电网协调发展;特别要加强电网(远距离输电网、受端电网和二次系统)建设，协调区域电网之间、省级电网之间以及省级电网与区域电网间的关系，以提高电网安全可靠性，降低事故概率，减少停电损失。

电力系统设备的老化，是发生故障的严重隐患之一，应给以足够的重视。适时改善陈旧的电网，定期检修主要的设备和元件，做好系统和设备的实时维护和定期检修的任务，是保证系统安全稳定运行的重要的前提条件。

3.2 加强继电保护和安全稳定自动装置的优化配置

我国电网结构比较薄弱，装机容量不足，供电紧张，负荷高峰时段电力系统往往处于零备用运行，电网安全受到极大威胁。为了节省一次设备的投资，我们必须强化二次系统的建设，结合电网的具体情况，积极研发二次继电保护安全自动装置，加强继电保护和安全稳定自动装置的优化配置，最大限度地满足电网安全稳定运行的要求，避免因故障而发生大面积停电的事故或导致系统崩溃。

3.3 加强管制，采用统一分层管理，促进信息协调

美国的电力工业无论从生产的总量还是技术水平，电网结构都是世界领先的，却频繁出现大规模的停电事故，造成巨大的经济损失，这不能完全用电网老化来解释，其主要原因还要归结于它的管理体制。在美国有3000多家电力公司在广袤的北美大地上各自经营着总容量约8亿kW的电力工业，虽然各家电力公司的电网互联，形成北美庞大的电力系统，但它们的调度和管理则是各自为政，没有一个负责监控全国或一个大区域电力运营状况的组织和机构[6]。当某一部分出现故障后，各个负责单位仅仅从自身的经济利益出发，无论是在技术还是处理措施上都不能积极地互相配合，从而造成了事故的扩大，延缓了事故的恢复时间。因此，在大规模的电网结构下，统一电网管理，实行统一调度，建立完善的电网安全稳定运行制度是保证整个电力系统安全可靠运行的重要条件。

我国电网在发展过程中，始终坚持电网管理与电力调度不可分的原则。严格执行《电力法》、《电网调度管理条例》、《电力系统安全稳定导则》，使电网安全管理更加严格和科学。统一调度、统一指挥有利于对事故的处理和对电源的恢复，也有利于“黑启动’(所谓黑启动就是指整个系统因故障停运后，不依赖于其他网络的帮助，通过系统中具有自启动能力机组的启动，带动无自启动能力的机组逐渐扩大系统恢复的范围，最终实现整个系统的恢复)电源恢复方式和与其他互联电网的配合等[5]。

3.4 建立紧急事故防御体系，做好反事故预案和黑启动方案

随着互联电网规模越来越大，一个局部的故障很可能诱发连锁反应，导致大面积停电，甚至使整个电网崩溃。所以我们必须建立紧急事故防御体系，加强电网安全运行第三道防线的建设，研发低压低频减载装置;制定互联电网的黑启动方案，防患于未然。

3.5 提高运行人员的专业素质

计算机技术和通信技术的飞速发展，使得电力系统的自动化程度越来越高，小到一个继电保护装置，大到自动重合闸，自励装置，自动发电控制等等，庞大的电力系统已被人们熟练掌控，在给我们提供越来越多的、优质和有效的服务的同时，大大节省了人力。但是，尽管研发和使用各种安全自动控制装置，是保证现代电力系统安全稳定运行的重要条件，我们也不能忽视人的作用。各种自动装置或仪器没有思维，不会变通，都是根据预先输入的程序或规则，通过逻辑判断，来做出相应的操作，并不会做出灵活的处理。因此，一旦遇到复杂的故障发生，仅靠安全自动装置的动作，很可能起不到排除故障的作用，反而会使事故进一步扩大。美、加大停电在发生的最初时间里，若调度人员能及时做出正确的判断，进行紧急处理，那么事故很可能会避免，而不是眼睁睁看着事故进一步扩大乃至电网崩溃。因此，我们要通过定期的培训来不断提高调度和运行人员的素质，提高其应对突发事件的能力，配合安全自动装置的动作，尽量做到万无一失。

3.6 做好电力改革下电网发展的技术研究

我国电力系统正处于电力体制改革时期，实行“厂网分开，竞价上网”的发展策略，积极推进区域电力市场的建设。由于我国电力市场的研究起步较晚，因此，如何建设我国的电力市场;怎样推进我国的电力改革;在电力市场运作下，电力系统采用怎样的运行方式;如何管理电力市场等等一系列问题都急需研究。

随着我国西电东送、南北互供、全国联网战略的实施，我国已逐渐形成几个大区级电网。但由于各大电网的发展的不平衡，因此改革步调不统一，进程亦参差不齐;这样就使不同区域、不同省市电网存在着不同的组织和管理体制，使得改革推进的速度相差过大，不同区域所处的改革阶段又有所不同，而最终造成的后果是电量交换比较频繁的大区内没有形成统一的组织管理体制。虽然政策制定者具有良好的改革预期和目标，但是在目标实现前的过渡期内所造成的体制混乱对电网安全和可靠性确实带来了危险[3]。

另外，在厂网分开的形势下，电网安全也出现了一系列新的问题。

首先，厂网分开后，电网运行缺乏保证电网安全的统一有力的调控手段，一旦出现问题，事故的原因归属及解决方案等问题很可能出现厂网不协调问题，容易引发大的电网事故。

其次，厂网分开后，各厂网公司便成为独立的经营性企业实体，那么，它们之间必然存在着的利益关系。在利益的驱使下，必然存在着不正当的竞争关系。美国七年改革，促使各电网企业普遍削减成本，包括使电网在较低的稳定裕度水平下运行，减少维修次数，缩减或者取消投资，这就意味着减少了电网设施的投入量，许多电力公司现在仅维持最少的常规维护，因此降低了设备的可靠性，增加了外力破坏的可能性等等。因此，美加大停电，不能不使我们深思我国电力改革下的电网的安全稳定运行问题，类似的电网事故是否也会在我国发生?

第三，我国电网的发展趋势是实行全国联网，由于我国电网发展的不平衡，使得互联电网的稳定问题更加突出。

因此，要针对我国电网的具体状况，切实采取加快发展和研究电力改革和电力市场化问题。加强引导和管理的双重措施，发扬我国团结治网的优良传统和作风，以保证电网安全稳定运行为基础和前提，尽快建立和健全适应新体制的保证电网安全的制度和法规，积极稳妥推进电力改革。

4 加强与现代电力系统安全紧密相关的基础研究

电力系统是一个由不同容量发电机、不同电压等级和长度的输配电线路以及不同容量和特性的负荷组成的典型的复杂的庞大系统，呈现高维、非线性、时变、信息的不完全性、广域(大范围跨越时空)互联性和微分代数的复杂特性[7]。为了保证电网的安全稳定运行，我们必须未雨绸缪，做出充分的理论分析和研究。

随着全国电网的逐步互联，各大区域电网之间的交流或直流联络线路的架设，长距离、大容量的高压直流输电线路的出现，大功率电力电子设备的应用，以及多馈入直流线路落点同一交流系统的问题，都迫切需要建立新的理论和方法体系，建立系统模型，提出控制方法和措施，进行大量的动态行为的分析与仿真，为保证电力系统的安全稳定、可靠的管理和运行提供理论基础。电力负荷模型的建立也是这一研究领域中的关键问题，随着经济的快速发展，越来越多的复杂的非线性和冲击性负荷，电力电子设备以及基于微处理机的数字或电子设备投入使用，当代电力系统的负荷结构已发生了很大的变化，突破传统的负荷模型，建立新的负荷模型，做好负荷预测，已成为电力系统安全运行分析的一项重要的内容。

另外，基于我国电网的特殊情况，我们必须以理论分析和数学模型为研究基础，研究大电网连锁故障概率分析的模型，建立综合考虑元件保护与控制、低频和低电压减载，以及区域稳定控制系统的机电暂态和中长期动态分析理论与计算方法。在此基础上，研究有利于防灾的电源构成，有利于防灾的电网运行方式;电网连锁反应事故的机理;单重或多重故障下，由于潮流转移而造成线路过负荷的控制方式;发生重负荷线路故障，并伴随连锁故障的功角稳定性或电压稳定性问题和故障方式下，电源和电网间安全自动装置的配合等等。

5 结语

电力系统的防灾工作值得重视，特别是从2011年9月1日开始，国务院599号令文件颁布实施，该令文进一步明确了电力安全事故的等级及有关人员责任，使提高我国电力系统防灾能力问题刻不容缓。针对现代电力系统防灾方面严峻的现实，应努力做到几点:(1)构筑坚强电网，统筹做好一、二次电网规划，构架坚强网架并加强继电保护和安全稳定自动装置的优化配置;(2)实行大电网统一管理、统一调度，建立完善的电网安全稳定运行制度;(3)建立电力系统防灾的长效工作机制，以已有的灾害性事故的信息和研究成果为基础，对电力系统进行全面的风险评估，建立相应的事故预警、应急机制及灾后快速恢复、重建机制。(4)加强电力系统防灾的研究投入，研究、设计、建设、管理单位紧密支持配合，重点做好电力改革下电网发展的技术研究及与现代电力系统安全紧密相关的基础研究，努力使我国的电力系统防灾进入世界先进国家行列。

[1]徐政，交直流电力系统动态行为分析[M]，机械工业出版社:3－4

[2]魏巍，电网安全稳定运行的思考[J]，云南电业，2004，(4):39－40.

[3]刘隽，李兴源，许秀芳，互联电网的黑启动策略及相关问题[J]，电力系统自动化2004，28(5):93 －97.

[4]赵遵廉，中国电网的发展与展望[J]，中国电力，2004，(1):1－6.

[5]蒋晏如，谢雁鹰，维护电网安全确保可靠供电—“8·14”北美大停电事件之警示[J]，电力安全技术，2004，(3):32－35.

[6]韩祯祥，反思美加大停电[J]，中国科技信息，2003，(19):1－2.

[7]韩祯祥，曹一家，电力系统的安全性及防治措施[J]，电网技术，2004，28(9):1－6.