魯斯伊

(廣東電網(wǎng)公司廣州供電局，廣東廣州 51000)

1 引言

電能不能大量貯存，它通過(guò)形成網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)線將電能從發(fā)電廠輸送和分配給用戶，集生產(chǎn)，輸送，分配和消費(fèi)于一體。為了資源的優(yōu)化配置和相互支援，小的和局部的電網(wǎng)將逐步互聯(lián)成大的電網(wǎng)。我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)在正處于高速發(fā)展時(shí)期，已進(jìn)入大的區(qū)域性電網(wǎng)向全國(guó)性聯(lián)網(wǎng)過(guò)度的階段。隨著全國(guó)聯(lián)網(wǎng)、西電東送、南北互供戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)電網(wǎng)將主要形成三大塊，即北部電網(wǎng)，中部電網(wǎng)和南部電網(wǎng)，分別對(duì)應(yīng)著西電東送的三大通道[1]。電網(wǎng)規(guī)模的日益增大，其結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式必然趨于多樣化，所以，一旦發(fā)生事故，很可能通過(guò)互聯(lián)的電網(wǎng)迅速傳播，出現(xiàn)連鎖性的故障而導(dǎo)致大面積停電。

此外，隨著高壓直流輸電工程的規(guī)劃和投運(yùn)，全國(guó)范圍內(nèi)將逐步出現(xiàn)一些長(zhǎng)距離，大容量的直流輸電線路，如此龐大的交直流混合電網(wǎng)的運(yùn)行方式將更加復(fù)雜;目前，世界各國(guó)并沒(méi)有十分可靠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。因此，為了保證現(xiàn)代電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，持續(xù)可靠的向電力用戶輸送電能，大規(guī)模電力系統(tǒng)防災(zāi)措施的研究就變得尤為重要。

2 電力系統(tǒng)的安全性問(wèn)題

2.1 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性問(wèn)題

電力系統(tǒng)的安全性是指系統(tǒng)在發(fā)生故障情況下，系統(tǒng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電的能力。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)安全性主要針對(duì)小規(guī)模的區(qū)域性電網(wǎng)，采用單機(jī)－無(wú)限大系統(tǒng)為模型，來(lái)研究電力系統(tǒng)本身的動(dòng)態(tài)特性，包括系統(tǒng)的同步穩(wěn)定性(功角穩(wěn)定性)、電壓穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性等[7];隨著我國(guó)西電東送、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，以及三峽等大型電站系統(tǒng)的建設(shè)，500KV及以上線路將成為我國(guó)電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式呈現(xiàn)多樣化。全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)，高電壓、長(zhǎng)距離輸電線路越來(lái)越多、高壓交－直流并列運(yùn)行等新的運(yùn)行方式，都對(duì)電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定提出了很高的要求。區(qū)域網(wǎng)采取怎樣的聯(lián)網(wǎng)形式，聯(lián)網(wǎng)后采取怎樣的運(yùn)行方式，如何提高互連系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定等問(wèn)題已日益突出。

2.2 電力系統(tǒng)安全性問(wèn)題的影響

影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的因素很多，就電力系統(tǒng)的構(gòu)成來(lái)說(shuō)，主要有以下因素:

(1)一次系統(tǒng)方面

①系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不合理;

②系統(tǒng)備用容量不足;

③電力系統(tǒng)設(shè)備老化。

(2)二次系統(tǒng)方面

①控制和保護(hù)裝置誤動(dòng);

②電力通信設(shè)施故障。

另外，還存在著一些自然因素及人為因素，例如各種自然災(zāi)害和惡劣的天氣狀況，運(yùn)行人員的誤操作以及電網(wǎng)缺乏統(tǒng)一、有效的管理等等。

3 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的防災(zāi)措施

3.1 做好電力發(fā)展統(tǒng)一規(guī)劃，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)

電力工業(yè)是一次性投資大、長(zhǎng)期運(yùn)行的行業(yè)，例如大型發(fā)電廠的建設(shè)要5～10年，壽命為30年[6]。因此，必須要做好電力系統(tǒng)發(fā)展的統(tǒng)一規(guī)劃，使之優(yōu)化電源布局及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展;特別要加強(qiáng)電網(wǎng)(遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)、受端電網(wǎng)和二次系統(tǒng))建設(shè)，協(xié)調(diào)區(qū)域電網(wǎng)之間、省級(jí)電網(wǎng)之間以及省級(jí)電網(wǎng)與區(qū)域電網(wǎng)間的關(guān)系，以提高電網(wǎng)安全可靠性，降低事故概率，減少停電損失。

電力系統(tǒng)設(shè)備的老化，是發(fā)生故障的嚴(yán)重隱患之一，應(yīng)給以足夠的重視。適時(shí)改善陳舊的電網(wǎng)，定期檢修主要的設(shè)備和元件，做好系統(tǒng)和設(shè)備的實(shí)時(shí)維護(hù)和定期檢修的任務(wù)，是保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要的前提條件。

3.2 加強(qiáng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定自動(dòng)裝置的優(yōu)化配置

我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較薄弱，裝機(jī)容量不足，供電緊張，負(fù)荷高峰時(shí)段電力系統(tǒng)往往處于零備用運(yùn)行，電網(wǎng)安全受到極大威脅。為了節(jié)省一次設(shè)備的投資，我們必須強(qiáng)化二次系統(tǒng)的建設(shè)，結(jié)合電網(wǎng)的具體情況，積極研發(fā)二次繼電保護(hù)安全自動(dòng)裝置，加強(qiáng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定自動(dòng)裝置的優(yōu)化配置，最大限度地滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，避免因故障而發(fā)生大面積停電的事故或?qū)е孪到y(tǒng)崩潰。

3.3 加強(qiáng)管制，采用統(tǒng)一分層管理，促進(jìn)信息協(xié)調(diào)

美國(guó)的電力工業(yè)無(wú)論從生產(chǎn)的總量還是技術(shù)水平，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)都是世界領(lǐng)先的，卻頻繁出現(xiàn)大規(guī)模的停電事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，這不能完全用電網(wǎng)老化來(lái)解釋，其主要原因還要?dú)w結(jié)于它的管理體制。在美國(guó)有3000多家電力公司在廣袤的北美大地上各自經(jīng)營(yíng)著總?cè)萘考s8億kW的電力工業(yè)，雖然各家電力公司的電網(wǎng)互聯(lián)，形成北美龐大的電力系統(tǒng)，但它們的調(diào)度和管理則是各自為政，沒(méi)有一個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)控全國(guó)或一個(gè)大區(qū)域電力運(yùn)營(yíng)狀況的組織和機(jī)構(gòu)[6]。當(dāng)某一部分出現(xiàn)故障后，各個(gè)負(fù)責(zé)單位僅僅從自身的經(jīng)濟(jì)利益出發(fā)，無(wú)論是在技術(shù)還是處理措施上都不能積極地互相配合，從而造成了事故的擴(kuò)大，延緩了事故的恢復(fù)時(shí)間。因此，在大規(guī)模的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，統(tǒng)一電網(wǎng)管理，實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度，建立完善的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行制度是保證整個(gè)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要條件。

我國(guó)電網(wǎng)在發(fā)展過(guò)程中，始終堅(jiān)持電網(wǎng)管理與電力調(diào)度不可分的原則。嚴(yán)格執(zhí)行《電力法》、《電網(wǎng)調(diào)度管理?xiàng)l例》、《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，使電網(wǎng)安全管理更加嚴(yán)格和科學(xué)。統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一指揮有利于對(duì)事故的處理和對(duì)電源的恢復(fù)，也有利于“黑啟動(dòng)’(所謂黑啟動(dòng)就是指整個(gè)系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，不依賴于其他網(wǎng)絡(luò)的幫助，通過(guò)系統(tǒng)中具有自啟動(dòng)能力機(jī)組的啟動(dòng)，帶動(dòng)無(wú)自啟動(dòng)能力的機(jī)組逐漸擴(kuò)大系統(tǒng)恢復(fù)的范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù))電源恢復(fù)方式和與其他互聯(lián)電網(wǎng)的配合等[5]。

3.4 建立緊急事故防御體系，做好反事故預(yù)案和黑啟動(dòng)方案

隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，一個(gè)局部的故障很可能誘發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致大面積停電，甚至使整個(gè)電網(wǎng)崩潰。所以我們必須建立緊急事故防御體系，加強(qiáng)電網(wǎng)安全運(yùn)行第三道防線的建設(shè)，研發(fā)低壓低頻減載裝置;制定互聯(lián)電網(wǎng)的黑啟動(dòng)方案，防患于未然。

3.5 提高運(yùn)行人員的專業(yè)素質(zhì)

計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，使得電力系統(tǒng)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，小到一個(gè)繼電保護(hù)裝置，大到自動(dòng)重合閘，自勵(lì)裝置，自動(dòng)發(fā)電控制等等，龐大的電力系統(tǒng)已被人們熟練掌控，在給我們提供越來(lái)越多的、優(yōu)質(zhì)和有效的服務(wù)的同時(shí)，大大節(jié)省了人力。但是，盡管研發(fā)和使用各種安全自動(dòng)控制裝置，是保證現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要條件，我們也不能忽視人的作用。各種自動(dòng)裝置或儀器沒(méi)有思維，不會(huì)變通，都是根據(jù)預(yù)先輸入的程序或規(guī)則，通過(guò)邏輯判斷，來(lái)做出相應(yīng)的操作，并不會(huì)做出靈活的處理。因此，一旦遇到復(fù)雜的故障發(fā)生，僅靠安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作，很可能起不到排除故障的作用，反而會(huì)使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。美、加大停電在發(fā)生的最初時(shí)間里，若調(diào)度人員能及時(shí)做出正確的判斷，進(jìn)行緊急處理，那么事故很可能會(huì)避免，而不是眼睜睜看著事故進(jìn)一步擴(kuò)大乃至電網(wǎng)崩潰。因此，我們要通過(guò)定期的培訓(xùn)來(lái)不斷提高調(diào)度和運(yùn)行人員的素質(zhì)，提高其應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，配合安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作，盡量做到萬(wàn)無(wú)一失。

3.6 做好電力改革下電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)研究

我國(guó)電力系統(tǒng)正處于電力體制改革時(shí)期，實(shí)行“廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的發(fā)展策略，積極推進(jìn)區(qū)域電力市場(chǎng)的建設(shè)。由于我國(guó)電力市場(chǎng)的研究起步較晚，因此，如何建設(shè)我國(guó)的電力市場(chǎng);怎樣推進(jìn)我國(guó)的電力改革;在電力市場(chǎng)運(yùn)作下，電力系統(tǒng)采用怎樣的運(yùn)行方式;如何管理電力市場(chǎng)等等一系列問(wèn)題都急需研究。

隨著我國(guó)西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)已逐漸形成幾個(gè)大區(qū)級(jí)電網(wǎng)。但由于各大電網(wǎng)的發(fā)展的不平衡，因此改革步調(diào)不統(tǒng)一，進(jìn)程亦參差不齊;這樣就使不同區(qū)域、不同省市電網(wǎng)存在著不同的組織和管理體制，使得改革推進(jìn)的速度相差過(guò)大，不同區(qū)域所處的改革階段又有所不同，而最終造成的后果是電量交換比較頻繁的大區(qū)內(nèi)沒(méi)有形成統(tǒng)一的組織管理體制。雖然政策制定者具有良好的改革預(yù)期和目標(biāo)，但是在目標(biāo)實(shí)現(xiàn)前的過(guò)渡期內(nèi)所造成的體制混亂對(duì)電網(wǎng)安全和可靠性確實(shí)帶來(lái)了危險(xiǎn)[3]。

另外，在廠網(wǎng)分開(kāi)的形勢(shì)下，電網(wǎng)安全也出現(xiàn)了一系列新的問(wèn)題。

首先，廠網(wǎng)分開(kāi)后，電網(wǎng)運(yùn)行缺乏保證電網(wǎng)安全的統(tǒng)一有力的調(diào)控手段，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，事故的原因歸屬及解決方案等問(wèn)題很可能出現(xiàn)廠網(wǎng)不協(xié)調(diào)問(wèn)題，容易引發(fā)大的電網(wǎng)事故。

其次，廠網(wǎng)分開(kāi)后，各廠網(wǎng)公司便成為獨(dú)立的經(jīng)營(yíng)性企業(yè)實(shí)體，那么，它們之間必然存在著的利益關(guān)系。在利益的驅(qū)使下，必然存在著不正當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)關(guān)系。美國(guó)七年改革，促使各電網(wǎng)企業(yè)普遍削減成本，包括使電網(wǎng)在較低的穩(wěn)定裕度水平下運(yùn)行，減少維修次數(shù)，縮減或者取消投資，這就意味著減少了電網(wǎng)設(shè)施的投入量，許多電力公司現(xiàn)在僅維持最少的常規(guī)維護(hù)，因此降低了設(shè)備的可靠性，增加了外力破壞的可能性等等。因此，美加大停電，不能不使我們深思我國(guó)電力改革下的電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題，類似的電網(wǎng)事故是否也會(huì)在我國(guó)發(fā)生?

第三，我國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)行全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，由于我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的不平衡，使得互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定問(wèn)題更加突出。

因此，要針對(duì)我國(guó)電網(wǎng)的具體狀況，切實(shí)采取加快發(fā)展和研究電力改革和電力市場(chǎng)化問(wèn)題。加強(qiáng)引導(dǎo)和管理的雙重措施，發(fā)揚(yáng)我國(guó)團(tuán)結(jié)治網(wǎng)的優(yōu)良傳統(tǒng)和作風(fēng)，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行為基礎(chǔ)和前提，盡快建立和健全適應(yīng)新體制的保證電網(wǎng)安全的制度和法規(guī)，積極穩(wěn)妥推進(jìn)電力改革。

4 加強(qiáng)與現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全緊密相關(guān)的基礎(chǔ)研究

電力系統(tǒng)是一個(gè)由不同容量發(fā)電機(jī)、不同電壓等級(jí)和長(zhǎng)度的輸配電線路以及不同容量和特性的負(fù)荷組成的典型的復(fù)雜的龐大系統(tǒng)，呈現(xiàn)高維、非線性、時(shí)變、信息的不完全性、廣域(大范圍跨越時(shí)空)互聯(lián)性和微分代數(shù)的復(fù)雜特性[7]。為了保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，我們必須未雨綢繆，做出充分的理論分析和研究。

隨著全國(guó)電網(wǎng)的逐步互聯(lián)，各大區(qū)域電網(wǎng)之間的交流或直流聯(lián)絡(luò)線路的架設(shè)，長(zhǎng)距離、大容量的高壓直流輸電線路的出現(xiàn)，大功率電力電子設(shè)備的應(yīng)用，以及多饋入直流線路落點(diǎn)同一交流系統(tǒng)的問(wèn)題，都迫切需要建立新的理論和方法體系，建立系統(tǒng)模型，提出控制方法和措施，進(jìn)行大量的動(dòng)態(tài)行為的分析與仿真，為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、可靠的管理和運(yùn)行提供理論基礎(chǔ)。電力負(fù)荷模型的建立也是這一研究領(lǐng)域中的關(guān)鍵問(wèn)題，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的復(fù)雜的非線性和沖擊性負(fù)荷，電力電子設(shè)備以及基于微處理機(jī)的數(shù)字或電子設(shè)備投入使用，當(dāng)代電力系統(tǒng)的負(fù)荷結(jié)構(gòu)已發(fā)生了很大的變化，突破傳統(tǒng)的負(fù)荷模型，建立新的負(fù)荷模型，做好負(fù)荷預(yù)測(cè)，已成為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行分析的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。

另外，基于我國(guó)電網(wǎng)的特殊情況，我們必須以理論分析和數(shù)學(xué)模型為研究基礎(chǔ)，研究大電網(wǎng)連鎖故障概率分析的模型，建立綜合考慮元件保護(hù)與控制、低頻和低電壓減載，以及區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)和中長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)分析理論與計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，研究有利于防災(zāi)的電源構(gòu)成，有利于防災(zāi)的電網(wǎng)運(yùn)行方式;電網(wǎng)連鎖反應(yīng)事故的機(jī)理;單重或多重故障下，由于潮流轉(zhuǎn)移而造成線路過(guò)負(fù)荷的控制方式;發(fā)生重負(fù)荷線路故障，并伴隨連鎖故障的功角穩(wěn)定性或電壓穩(wěn)定性問(wèn)題和故障方式下，電源和電網(wǎng)間安全自動(dòng)裝置的配合等等。

5 結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)的防災(zāi)工作值得重視，特別是從2011年9月1日開(kāi)始，國(guó)務(wù)院599號(hào)令文件頒布實(shí)施，該令文進(jìn)一步明確了電力安全事故的等級(jí)及有關(guān)人員責(zé)任，使提高我國(guó)電力系統(tǒng)防災(zāi)能力問(wèn)題刻不容緩。針對(duì)現(xiàn)代電力系統(tǒng)防災(zāi)方面嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，應(yīng)努力做到幾點(diǎn):(1)構(gòu)筑堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)，統(tǒng)籌做好一、二次電網(wǎng)規(guī)劃，構(gòu)架堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架并加強(qiáng)繼電保護(hù)和安全穩(wěn)定自動(dòng)裝置的優(yōu)化配置;(2)實(shí)行大電網(wǎng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，建立完善的電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行制度;(3)建立電力系統(tǒng)防災(zāi)的長(zhǎng)效工作機(jī)制，以已有的災(zāi)害性事故的信息和研究成果為基礎(chǔ)，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立相應(yīng)的事故預(yù)警、應(yīng)急機(jī)制及災(zāi)后快速恢復(fù)、重建機(jī)制。(4)加強(qiáng)電力系統(tǒng)防災(zāi)的研究投入，研究、設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理單位緊密支持配合，重點(diǎn)做好電力改革下電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)研究及與現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全緊密相關(guān)的基礎(chǔ)研究，努力使我國(guó)的電力系統(tǒng)防災(zāi)進(jìn)入世界先進(jìn)國(guó)家行列。

[1]徐政，交直流電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為分析[M]，機(jī)械工業(yè)出版社:3－4

[2]魏巍，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的思考[J]，云南電業(yè)，2004，(4):39－40.

[3]劉雋，李興源，許秀芳，互聯(lián)電網(wǎng)的黑啟動(dòng)策略及相關(guān)問(wèn)題[J]，電力系統(tǒng)自動(dòng)化2004，28(5):93 －97.

[4]趙遵廉，中國(guó)電網(wǎng)的發(fā)展與展望[J]，中國(guó)電力，2004，(1):1－6.

[5]蔣晏如，謝雁鷹，維護(hù)電網(wǎng)安全確?？煽抗╇姟?·14”北美大停電事件之警示[J]，電力安全技術(shù)，2004，(3):32－35.

[6]韓禎祥，反思美加大停電[J]，中國(guó)科技信息，2003，(19):1－2.

[7]韓禎祥，曹一家，電力系統(tǒng)的安全性及防治措施[J]，電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(9):1－6.