蒙定中原電力部生產(chǎn)司教授級高工、國際大電網(wǎng)委員會CIGRE和美IEEE會員

2015年6月30日

前言

大面積停電風(fēng)險(xiǎn)性評價(jià)應(yīng)以國內(nèi)外曾發(fā)生的停電事故為依據(jù)，特別是有史以來全世界曾發(fā)生的25次重大停電（每次負(fù)荷損失>800萬千瓦），中國除臺灣一次外從不發(fā)生重大停電，對此應(yīng)作風(fēng)險(xiǎn)性評價(jià)。

為什么會發(fā)生重大停電？在多大和什么樣的電源和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生？重大停電事故是什么原因引起？為什么單一的線路故障/跳閘會引起連鎖反應(yīng)的多回線路跳閘？為什么連鎖跳閘會造成全系統(tǒng)失穩(wěn)振蕩？為什么失穩(wěn)振蕩會造成重大停電？中國電力裝機(jī)容量近年已達(dá)世界首位，為什么從不發(fā)生重大停電？即使發(fā)生的非重大停電，也是什么風(fēng)險(xiǎn)造成？

一.有史以來世界重大停電

2012年7月30日和31日印度北部共發(fā)生兩次重大停電，使世界重大停電

由23次增加到25次。除1次為日本核電事故，4次為電壓/頻率崩潰，20次為系

統(tǒng)穩(wěn)定破壞。

穩(wěn)定破壞通常經(jīng)歷兩個(gè)階段。第一階段是在龐大、不可控的自由聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)上一旦單一線路跳閘，即自然造成負(fù)荷轉(zhuǎn)移，使不合理設(shè)計(jì)和整定的線路距離保護(hù)不斷的‘連鎖跳閘’，直到重負(fù)荷轉(zhuǎn)移到弱聯(lián)系的高阻抗回路上，就失穩(wěn)振蕩。第二階段是受失穩(wěn)振蕩波及的線路和發(fā)電機(jī)也由不合理設(shè)計(jì)和整定的線路距離保護(hù)和發(fā)電機(jī)失穩(wěn)保護(hù)‘連鎖跳閘’，使系統(tǒng)瓦解，最終大停電。

有3次因電壓崩潰時(shí)保護(hù)不合理跳閘造成。歐洲1次頻率崩潰見表1。

世界上對系統(tǒng)失穩(wěn)的處理有兩個(gè)不同的準(zhǔn)則：第一個(gè)是北美電力可靠性委員會的1997年《NERC規(guī)劃準(zhǔn)則(NERCPLANNINGSTANDARDS)》規(guī)定“當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定的搖擺時(shí)，發(fā)電和輸電的繼電保護(hù)應(yīng)避免跳閘”；實(shí)際上就要在失穩(wěn)時(shí)將發(fā)電機(jī)和線路都‘連鎖跳閘’；結(jié)果就是瓦解而大停電。

第二個(gè)準(zhǔn)則是中國1981年頒發(fā)的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，對發(fā)電廠和交直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)定為《分區(qū)-采取直流將交流電網(wǎng)分若干大區(qū)》，《分層-高壓和低壓交流電網(wǎng)采取幅射性聯(lián)接》；《分散-單一發(fā)電點(diǎn)直連負(fù)荷中心》和為‘保結(jié)構(gòu)完整’的繼電保護(hù)技術(shù)上《避免線路過負(fù)荷連鎖跳閘》以防止暫態(tài)失穩(wěn)；同時(shí)即使失穩(wěn)時(shí)，《避免線路和發(fā)電機(jī)因失穩(wěn)連鎖跳閘》，系統(tǒng)都會在短時(shí)內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)同步運(yùn)行，從而避免大停電。所以中國（除臺灣一次外）完全防止了重大停電。中國的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)是根據(jù)周密研究國內(nèi)外大停電的實(shí)踐經(jīng)歷，結(jié)論是“連鎖反應(yīng)大停電的原因-不受控制的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)”。

美國電科院和直流聯(lián)網(wǎng)（DCInterconnect）公司在2008年1-2月IEEEPower&Energy期刊發(fā)表報(bào)告，為防止美歐多次重大停電，建議在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上將美國東部網(wǎng)(EI–7.55億千瓦)應(yīng)用直流隔離分為四個(gè)交流區(qū)，同時(shí)也適用于美國西部網(wǎng)(WI-2億千瓦)和西歐(5.3億千瓦)電網(wǎng)，這可以說是美歐在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上解決重大停電的起步策略。2007年國際大電網(wǎng)CIGRE在日本大阪召開會議時(shí)，美國電科院Dr.RamAdaba聽到蒙工對我國系統(tǒng)發(fā)展策略報(bào)告后，主動(dòng)問及我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)并得到有關(guān)資料，可能對它們有關(guān)的分區(qū)結(jié)構(gòu)建議有所幫助。他們報(bào)告提出美國再分區(qū)的建議至今末能執(zhí)行，但值得注意的近年具備世界上最寵大交流電網(wǎng)的歐洲卻接受了改造電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)，采用直流分區(qū)；目前已應(yīng)用42套直流作隔離設(shè)施，將歐洲分很多“分區(qū)”，以提高電力系統(tǒng)的可靠性和防止系統(tǒng)大停電。這說明中國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的安全經(jīng)驗(yàn)已得到世界的重視。

日本面積小，37.8萬平方公里，近3億千瓦負(fù)荷，用直流或單(個(gè)別雙)回交流500kV聯(lián)網(wǎng)分為9大區(qū)，結(jié)構(gòu)安全，就不會發(fā)生失穩(wěn)大停電；1987年東京重大停電是無功不足，電壓崩潰造成。世界重大停電中祗有一次是電源結(jié)構(gòu)安全問題，就是2011年3月11日日本福島第一核電站早期核堆安全水平低，被地震/海嘯摧毀。

二.國內(nèi)電網(wǎng)重大典型事故

1970至1980年我國共發(fā)生210次失穩(wěn)事故，1981年頒發(fā)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》后，隨著逐步實(shí)行分層、分區(qū)、分散外接電源時(shí)，事故開始減少，1981至1990年發(fā)生62次，1991年以后更大幅度減少，下面列出損失最嚴(yán)重的電網(wǎng)重大典型事故，就是2006年7月1日華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故-負(fù)荷損失379.4萬千瓦（遠(yuǎn)小於每次損失超過800萬千瓦的25次世界重大停電）。

事故始發(fā)是20:48河南省嵩山至鄭州500kV雙回線進(jìn)口的保護(hù)誤動(dòng)跳閘，分解成南北兩個(gè)500kV網(wǎng)，因其500和220kV電磁環(huán)網(wǎng)，跳閘后178.4萬千瓦負(fù)荷轉(zhuǎn)移到南北相聯(lián)的6回220kV線路，其中3回過負(fù)荷跳閘后即失穩(wěn)振蕩。

由於華中和華北兩大分區(qū)以單回交流線聯(lián)網(wǎng)，振蕩不旦波及華北電網(wǎng)，而且從錄波證明20:48時(shí)此聯(lián)網(wǎng)線北送50萬千瓦，20:59：44開始振蕩時(shí)此聯(lián)網(wǎng)線南送117萬千瓦，可見它是促進(jìn)華中失穩(wěn)，而且延長振蕩恢復(fù)同步的時(shí)間。

華中電網(wǎng)由於違反《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》而存在不安全的500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，造成全網(wǎng)失穩(wěn)振蕩。此次振蕩不能波及西北、華南和華東是因按《穩(wěn)定導(dǎo)則》分區(qū)原則實(shí)現(xiàn)了直流聯(lián)網(wǎng)，短時(shí)波及了華北，但由其單回聯(lián)絡(luò)線解列而終止。這次事故末造成全網(wǎng)大停電，因?yàn)椤斗€(wěn)定導(dǎo)則》的第三道防線–失穩(wěn)的線路和發(fā)電機(jī)都不跳閘，從而失穩(wěn)后6分5秒恢復(fù)同步正常運(yùn)行。但發(fā)電廠未貫徹好《穩(wěn)定導(dǎo)則》，仍有16臺機(jī)組跳閘、共26臺機(jī)組停運(yùn)，結(jié)果頻率降到49.1Hz，

負(fù)荷損失379.4萬千瓦（相當(dāng)原負(fù)荷的

6.3%）。

由圖1可見，由於河南違反《穩(wěn)定導(dǎo)

則》保持500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)。所以在

500kV嵩鄭雙回線跳閘后，華中500kV電

網(wǎng)被分割成南北兩部分，而中間由復(fù)雜結(jié)

構(gòu)中6回220kV線路相連。原嵩鄭雙回的

178萬千瓦潮流全部轉(zhuǎn)移到220kV線上，

首先引起一回過負(fù)荷跳閘，繼而負(fù)荷轉(zhuǎn)移，

相繼引起第二和第三回220kV過負(fù)荷跳閘

，結(jié)果是重負(fù)荷疊加在聯(lián)系阻抗增大的回

路上，從第一回線過負(fù)荷跳閘到發(fā)展為華

中500/220/500kV串聯(lián)弱電網(wǎng)失穩(wěn)振蕩經(jīng)

歷了5分44秒，造成失穩(wěn)振蕩。圖1華中電網(wǎng)事故發(fā)展過程

三.對國內(nèi)外電網(wǎng)大面積停電風(fēng)險(xiǎn)性評價(jià)

輸電線路偶而發(fā)生故障/跳閘是正常現(xiàn)象，關(guān)鍵是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是否合理，將帶

來不同的風(fēng)險(xiǎn)，如美國交流區(qū)龐大又自由聯(lián)網(wǎng)，難以分散外接電源，又不分層，一旦故障即連鎖反應(yīng)波及交流全網(wǎng)；且因距離保護(hù)設(shè)計(jì)/應(yīng)用不當(dāng)，因故障造成負(fù)荷轉(zhuǎn)移到相鄰線路時(shí)將不斷連鎖反應(yīng)跳閘，直至失穩(wěn)振蕩；涉及振蕩的線路距離保護(hù)和發(fā)電機(jī)保護(hù)又錯(cuò)誤的不斷連鎖跳閘，直至全網(wǎng)瓦解大停電。又如巴西不分區(qū)，交流區(qū)域比美國還大，東西/南北距離長達(dá)3200公里，以復(fù)雜電壓級230/345/440/500/750kV自由聯(lián)網(wǎng)，更易故障連鎖反應(yīng)，不僅會失穩(wěn)瓦解，又會電壓崩潰使直流輸電全停。

按我國《穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定，即使同塔線路故障跳閘，因《分散外接電源》規(guī)定

其輸送容量不超過10%，系統(tǒng)頻率短時(shí)降低也不損失負(fù)荷；又因線路是分散幅射性連接，原有負(fù)荷也不會轉(zhuǎn)移。但如該線路違反《分層》規(guī)定和下一級電壓線路并聯(lián)電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，則其負(fù)荷轉(zhuǎn)移至聯(lián)系阻抗突增的系統(tǒng)，就像上述華中電網(wǎng)事故必然造成失穩(wěn)振蕩；但嚴(yán)格執(zhí)行《分層》規(guī)定就防止系統(tǒng)失穩(wěn)了。即使系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)振蕩，也像上述華中電網(wǎng)事故那樣，失穩(wěn)振蕩不會波及由直流隔離的鄰區(qū)，但區(qū)間如采用單回交流線聯(lián)接分區(qū)，不旦促進(jìn)系統(tǒng)失穩(wěn)，且延長恢復(fù)同步時(shí)間。

從國內(nèi)外電網(wǎng)大面積停電風(fēng)險(xiǎn)性評價(jià)，國網(wǎng)公司采用世界經(jīng)歷失敗的交流特高壓又違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》<分區(qū)>規(guī)定將多個(gè)歷經(jīng)30多年證實(shí)安全的<分區(qū)>合成世界最大的<危險(xiǎn)交流特高壓大區(qū)>，而且為了能送電(每回300萬千瓦，祗相當(dāng)500kV線路的兩倍)，又不得不違反《穩(wěn)定導(dǎo)則》<分層>規(guī)定，建立幾十個(gè)1000/500kV電磁環(huán)網(wǎng)，上述我國最嚴(yán)重的華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故就因500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)造成。可以證實(shí)國網(wǎng)公司既違反現(xiàn)行《穩(wěn)定導(dǎo)則》，又完全破壞我國歷經(jīng)30多年的<分層><分區(qū)>安全基礎(chǔ)，極其浪費(fèi)而步入世界交流區(qū)域龐大又自由聯(lián)網(wǎng)的大面積停電風(fēng)險(xiǎn)。

南網(wǎng)公司就是從實(shí)現(xiàn)同步電網(wǎng)合理規(guī)模來解決大面積停電風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)劃主網(wǎng)分2～3區(qū)，如實(shí)現(xiàn)分3大區(qū)后，西電東送廣東的500kV交流線路有的改為直流輸電，其他都等於由長距離改變?yōu)橹小⒍叹嚯x，也解決交直流并列運(yùn)行的不安全問題；廣東也應(yīng)用直流隔離分東、西兩個(gè)小區(qū)，既能從長遠(yuǎn)解決短路電流超標(biāo)，又特別是保持愈來愈多的直流輸電饋入廣東運(yùn)行安全，滿足長遠(yuǎn)發(fā)展需要。