县域大面积停电事件的风险评估及策略研究

蔡 维，余俊宏，肖颂勇，余尔汶

(1.国网福建省电力有限公司，福建 福州 350003;2.国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建 福州 350009;3.国网福建省电力有限公司莆田供电公司，福建 莆田 351100;4.国网福建省电力检修公司，福建 福州 350013)

0 引言

县域电网往往位于电力系统的末端，网架结构相对薄弱，受电通道外部自然和社会环境复杂，电网设备水平和运维水平相对落后，诱发停电的风险较大，发生大面积停电事件的风险持续走高。国内文献对大面积停电事件的研究多数停留在电网企业内部，对停电后经济社会系统性、全局性的风险评估和应对策略研究较少。由于目前关注的重点和相关法规主要针对的是主干电网大面积停电或电网具体的生产环节，针对县域大停电分析研究和思考还十分缺乏。因此，需要开展针对县域大面积停电事件的风险评估和策略研究。

考虑到地理位置、产业结构、人口数量、危险源情况等方面的代表性，选择福建省莆田市仙游县电网为研究对象。仙游县地域面积1 835 km2，是福建省人口过百万的大县;仙游地区包含人口密集的城关镇和工业园区，又包含人口稀疏的山区乡镇;同时还有较为丰富的水电等新能源电力资源，应急情况下具备孤立网运行的基础条件。仙游县的大面积停电事件风险评估和策略研究成果可供其他市县电力应急相关工作参考。

1 分析原则

仙游县地处福建东南沿海中部，县内电源主要有水电、风电、光伏发电，总装机容量约250 MW。县内输电网络架构以110 kV，35 kV系统为主，输电网主要通过500 kV莆田变接入福建省网。用电负荷以居民用电为主，居民用电占比43 %、工业用电占41 %，其他用电占比16 %。

2019年仙游县最高负荷474 MW、最低负荷99 MW。参考县级市大面积停电事件分级标准，停电事件若发生在最高负荷时，可能会构成较大事件或一般事件;停电事件发生在最低负荷时，则可能会构成一般事件等级，不会达到较大事件等级。考虑到大面积停电事件的影响主要是对人员密集和用电密集的建成区和工业区，在综合分析仙游县各行业165份资料情况后，拟按以下三个原则评估和分析大面积停电事件风险。

1.1 损失负荷统计原则

参照县级市来评估仙游县的停电风险，电网负荷损失统计口径以城市建成区的负荷或用户数为基础，以单次事件进行负荷统计。一方面是根据《电力安全事故应急处置和调查处理条例》相关条款;另一方面是考虑建成区社会生活电力依存度高，停电影响大。仙游县将负荷划分B，C，D三类，B，C类负荷代表建成区，D类负荷代表农村负荷，以适应仙游城乡规划的负荷分布。

1.2 事件影响分析原则

分析和评估停电事件的影响主要从大面积停电事件直接影响和间接影响两个方面考虑。直接影响主要从损失负荷数量、停电用户数量，同时还考虑重要性程度三个角度分析。间接影响主要考虑对人身安全、社会民生和交通秩序等方面的影响。

参照《生产安全事故报告和调查处理条例》中人身伤亡事故的规定，停电事件可能具有引发人员死亡或者重伤事故风险的情况，均按照“小规模大影响”来考虑，应对措施升级至一般大面积停电事件等级。

1.3 风险应对评估原则

主要从事前预防，事中处置和事后补救三个维度来评估和分析大面积停电风险和应对。事前预防主要针对排查发现的电网大停电隐患，分析现有的预防措施是否充足;事中处置主要是分析电网以及仙游各相关部门，在大停电发生过程中的应急处置方式对减少停电和加速复电的有效性;事后补救主要针对大停电持续过程中，社会各民生行业存在的风险隐患和应急资源的匹配分析。

2 风险分析

2.1 大面积停电事件风险分析

国内外大面积停电事件发展一般性过程如图1所示，诱发大面积停电的主要因素有4个，即：功角稳定破坏，系统失稳;过负荷连锁跳闸;电压崩溃;频率崩溃。

参照上述的一般规律，对照仙游电网的实际情况，由于仙游县电网处于电网的边缘，无省网主力电源，因此功角问题不突出。诱发大面积停电事件风险主要集中在多回受电线路失去后，因过载原因引发连锁跳闸，进而形成局部孤立网后诱发电压崩溃、频率崩溃造成县域大面积停电。

2.1.1 大面积停电事件情景分析

按照《电力安全事故应急处置和调查处理条例》《国家大面积停电事件应急预案》有关大面积停电事件分级标准，县域大面积停电事件分为一般事件和较大事件两个等级。仙游县电网由于位置原因，其受电通道相对单一，主要电源来自一个500 kV变电站和一个220 kV联络通道。基于仙游电网的基本结构特征，以及仙游供电公司的营销及调度部门提供的统计数据，分析出可能出现大面积停电事件的场景如下。

图1 大面积停电事件发展一般性过程

(1) 220 kV盖尾变全停。盖尾变主要承担一级重要用户长庆牵引变和仙游一半以上县网的供电任务，当盖尾变线路主变N-1或N-2时造成盖尾变全站停电时，110 kV枫亭变由林宅变供电，鲤南变、大济变可转由象坂变供电，盖尾变全停导致11座变电站脱离主网。由于地区孤立网有功功率严重不平衡，且风电不具备孤立网调频能力，系统无法稳定运行，引发九溪电厂、九仙溪电厂及草山风电场、九社风电场机组解列，最终上述变电站全停。

从历史运行数据统计看，仙游地区建成区用电负荷约占仙游地区总负荷的90 %，盖尾变全停情况下损失负荷约占城区负荷的50 %，停电户数占城区供电户数40 %。因此盖尾变全停可能达到一般大面积停电事件。

(2) 500 kV莆田变全停。莆田变是莆田地区重要的枢纽变电站，是象坂变和盖尾变的唯一电源点，同时也是林宅变的主要电源点。莆田变220 kV母线发生故障时如保护未能正确动作，则可能引发莆田变220 kV全停时，盖尾变和象坂变全停，林宅变转由东进变供电，110 kV枫亭变可转由220 kV林宅变供电。相应情况下导致16座变电站脱离主网。孤网运行情况下如不能正确处置，最终上述变电站全停。

从历史运行数据统计看，仙游地区建成区用电负荷约占仙游地区总负荷的90 %，莆田变全停情况下损失负荷超过城区负荷的70 %，停电户数占城区供电户数70 %，因此当建成区负荷低于150 MW时，莆田变全停可能引发一般大面积停电事件;当建成区负荷高于150 MW时，莆田变全停可能引发仙游县较大大面积停电事件。

(3) 500 kV莆田变全停加林宅-东进线路故障。此场景下仙游县网所有外部电源失去，全县电网停电。因此当建成区负荷低于150 MW时，可能引发一般大面积停电事件;当建成区负荷高于150 MW时，可能引发较大面积停电事件。

2.1.2 大面积停电事件事前预防分析

从可能发生电网大面积停电事件的场景来看，主要诱因是枢纽变电站和重要输电线路故障。经过调研和数据分析，综合分析仙游电力公司的历史故障记录、仙游地区的各种灾害记录，得出仙游县诱发停电的主要因素可分为如下三类。

(1) 出现频率高，单一影响范围较小。例如用电安全、设备状态、电厂出力受限、人员行为。

(2) 出现频率较高，单一影响范围较大。例如气象灾害和外力破坏。

(3) 出现频率极低，单一影响范围大。例如网络攻击和战争等。

经过对仙游相关应急预案的梳理分析可以看出，对于第一类风险，电力系统内部管理有较为完善的风险管控措施，只要管理到位确保落地，相应的大面积停电事件风险就会处于可控的状态;对于第二类风险，现有应急体系一方面通过电网的差异化建设和运维标准提升应对灾害的能力，另一方面通过加强政企协同管控相应的风险;对于第三类风险，由于风险属于不可抗力，目前应急体系中未有较完善的预防管控措施，即大面积停电事件持续时间较长情况下的应对措施考虑仍相对不足。

2.1.3 大面积停电事件事中处置分析

根据大面积停电事件发展规律和仙游县的实际情况，可以总结出控制仙游县电网大面积停电事件发展主要应从如下两个方面开展。

(1) 控制故障范围，快速抢修是控制风险的关键工作。

(2) 有效的孤立网运行控制可减少大面积停电事件风险。

因此仙游县现有的事故处置措施主要从加速恢复供电和保障孤立网短时运行两个方面着手。从加速复电方面，仙游县公司建立应急组织体系和预案，与大面积停电事件应急指挥部成员单位之间协调联动，明确停电事件中的后勤保障职责，并建立了相对充分的应急抢修队伍。从保障孤立网运行角度，仙游县公司调度部门制定了孤立网运行预案，针对N-2及以上故障情况下，由九仙溪梯级发电厂孤立网情况下带城关地区负荷，并对孤立网条件下机组调整，电压、频率和负荷控制及安全稳定控制策略进行了较为详细的分析。

此外仙游县电网的大面积停电事件处理中有一个情况需要特别注意，由于调度运维管理权限的问题，即仙游的主要受电通道的设备管理权限在上级甚至上上级单位，相应地会对大面积停电事件应急处置过程中的协同带来一些不利影响。

2.1.4 大面积停电事件事后补救分析

对于县域大面积停电事件已经发生，引发大面积的变电站失压，电力公司制定了电网黑启动方案且与省网黑启动方案衔接，并每年进行滚动修订以适应不断发展的电网情况。

方案每年由莆田供电公司下发《莆田电网年度主系统黑启动方案》，涉及国网仙游县供电公司、仙游县九仙溪水电开发总公司、仙游县九溪水电开发有限公司。仙游地调应根据方案要求，保证电网“黑启动”一级电源的保供电方案，做到能够应急响应，并落实保重要变电站站用电措施及恢复重要负荷供电方案;九仙溪水电开发总公司落实失去外来电源情况下各级电厂的保厂用电措施，特别是九仙溪二级电站作为地区电网的“黑启动”电源，除了按要求配备发电机外，还应做好相关配合措施。

2.2 小范围大影响分析

相对大面积停电，还有一类情况也属于较大的停电风险，即引发人身伤害的停电事件。对于一些涉及民生的用户，停电可能造成较为严重的人身伤害事件，按《国家电网公司安全事故调查规程》中人身伤亡事故的规定，只要局部停电可能具有引发人员死亡或者重伤事故风险的情况按照小规模大影响来考虑。调查《规程》中规定只要发生人员死亡或重伤，即认定一般事故以上的事故，其中一般事故参照电网大面积停电事件的一般事故。

这里包括医疗系统、水务系统和工业部门。当医院在给危重病人进行手术等医疗服务时，如出现停电而又不能及时恢复的情况，对危重病人的生命安全有一定影响。水务系统由于需要综合考虑防洪、发电和供水任务，梯级水库之间综合协调，如发生停电引发不能及时配合，则可能造成水库水位异常，威胁下游人员人身安全。大型重工业生产中有一些工艺环节涉及高温高压或有毒原料，需要维持稳定的电力供应，如发生突发停电则可能诱发生产人员的人身伤害。

在研究过程中，通过调研识别出仙游滨海化工有毒易爆原料在运输过程中存在的停电失压风险。

2.3 次生风险分析

除了大面积停电事件造成的直接影响和风险以外，在调研资料的基础上还对次生风险进行了初步的分析。2015年国务院《关于印发国家大面积停电事件应急预案的通知》，专门提到了大面积停电带来的次生风险的影响。梳理仙游县的停电次生风险主要包括以下几种。

(1) 机要单位，通信和指挥受停电影响。

(2) 通信部门，无法维持正常的通信能力。

(3) 医疗系统，生命维持设备无法工作，危重病人转移受限。

(4) 银行系统，自动提款系统失效，出现挤兑和交易纠纷。

(5) 供气部门，系统无法维持压力，引发安全隐患。

(6) 交通部门，运力受限和交通指挥失控。

(7) 广电部门，无法发挥舆论引导职能，引发公众恐慌，影响社会稳定。

发生大面积停电事件之后次生灾害的严重程度往往和停电时间以及各行业各用户的耐受能力有着很强的关联。通过调研和分析发现，绝大部分单位和部门均配备了一定的应急资源，包括应急发电设备等，但其资源的配备基本上是用以应对短时局部的停电。通过分析可以看出在备用应急资源消耗殆尽之前，相应风险一般可以控制在相对小的范围内。当出现大范围长时间的停电的，由于目前综合考虑和模拟各行业在大面积停电事件情况下的运作情况资源分配和动态消耗情况的分析尚难以开展，因此还不确定全社会应急资源的充裕程度是否满足将大范围长时间停电事件的风险控制在相对较小范围的要求。

大面积停电事件的风险从发展阶段上大致可以分为原生和次生两个阶段。原生阶段的风险主要是电网方面，从电网运行的角度控制停电范围和恢复供电是这个阶段控制大面积停电事件风险的关键手段，这部分工作应由电力企业来完成;次生阶段的风险主要是各类用电用户，在发生大面积停电事件之后可能引发的各类次生问题，这部分风险的控制需要各行业基于各自的特点来开展。

3 总结与展望

在充分调研分析了仙游县应急体系和应急资源的情况下，从事前、事中和事后三个维度详尽分析了仙游县大面积停电事件的风险情况及应对措施和资源的匹配情况，得出以下几点结论。

(1) 县域大面积停电事件风险应对应考虑电网和各民生行业深度联动。大面积停电事件发生后涉及电网、交通运输、医疗、广电、工业生产、金融服务等不同行业，影响面广。大面积停电事件次生风险的有效控制，涉及到各行业的具体生产情况，目前应急体系虽有一定的联动作用，但在各专业预案的深度协同方面仍需要进一步完善。

(2) 在课题的调研分析中发现电力、通信、医疗、供水和供气等重要民生企业的应急保电资源当中，直流备用电源和燃油发电机占据了很大的比例，是应急情况下保障的核心资源，其能支撑的时间对风险的控制起到至关重要的作用，当停电时间较长的情况下，相应资源应考虑保障安保负荷自外部应急资源到达仙游县。因此，应急资源的统筹配置是整体应急方案完善的重点内容。

(3) 县域大面积停电事件风险涉及到行业和部门的联动过程十分复杂。如需要更进一步定量分析和过程分析，一是需要更为细致的基础数据资料，二是需要将电网分析工具与风险评估工具相结合，建立研究风险指标体系模型、开发风险评估算法。这些将是需要进一步深入研究的方向。