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464中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南加强电网三道防线确保我国电力系统的安全孙光辉，沈国荣（南京南瑞继保电气有限公司,江苏省南京市211100）ENHANCINGTHREE-DEFENSELINESFORINSURINGTHESECURITYANDSTABILITYOFTHEPOWERGRIDOFCHINASunGuang-hui,ShenGuo-rong（NanjingNARI-RelaysElectricCo.Ltd.,Nanjing211100,JiangsuProvinceChina）ABSTRACT:NorthAmerican8.14blackoutandoutageshappenedinpowergridsofnationsintheworldwerepaidattentionwidely.ThepaperanalysesthedirectandindirectcausesofAugust14blackoutforlearningthelessonsandsettingstorebythepotentialproblemsoftheChinesepowergridinsecurelyoperating.Theconceptofthree-defenselinesisdefinedexactlyagainandthesuccessfulexperiencesinusingthree-defenselinesarepresent.Thesuggestionofenhancingthree-defenselinesforinsuringsecurityandstabilityofthepowergridofChinaisputforward.KEYWORDS:blackout,securityandstability,stabilitycontrol摘要：去年继美加“814”大停电事故后，世界多个国家的电网发生了大停电事故，引起人们的高度重视。本文对“814”大停电事故的直接原因和更深层次的原因进行了分析，以吸取这些事故的教训，正视我国电网在安全运行方面还存在的问题。本文更加明确了三道防线的概念，指出建立三道防线是确保电网安全稳定运行的成功经验，提出了加强三道防线的建议。关键词：大停电；安全稳定；三道防线；稳定控制1引言2003年8月14日北美发生了震惊世界的大停电，随后相继发生了澳大利亚、伦敦、瑞典、丹麦、意大利等较大范围的停电事故，给这些国家的经济造成巨大损失，并严重影响了社会生活，受到各国政府和整个社会的高度关注。为什么会发生大停电事故？如何才能有效防止发生大停电事故？这是需要认真回答的问题。本文试图分析大停电事故的原因，指出电网安全运行的三道防线是保障我国电网安全稳定运行的成功经验，强调用加强三道防线建设来防止大停电事故，并提出了有关建议，作为对上述问题的回答。2美加“814”大停电事故的原因分析关于“814”大停电事故，国内外分析的文章已比较多，事故的调查报告美国早已公布，本文不想过多具体进行讨论，为了对后面问题说明的方便，简要分析一下事故的直接原因和更深层次的原因。2.1事故直接原因（1）俄亥俄州西南部和北部的Stuart（斯图亚特）–Atlanta（亚特兰大）345kV线路下方的灌木丛起火，导致线路发生短路后断开；由于同一断面剩余345kV线路的重载下垂，引起Hanna–Juniper345kV等线路与树木接触，对地短路跳闸，线路保护的距离三段动作也切除了该断面的某些345kV线路。随着这些线路的断开，俄亥俄州东部向北部输电的能力降低，原来的潮流立即大范围转移到其他的线路上，包括一些138kV的系统，导致线路的严重过负荷和电压的大幅降低，连锁反应使事故不断扩大。（2）FE公司因计算机系统故障，调度员没能及时了解上述线路的跳闸，MISO区域电网调度中心的状态估计错误，没有反映电网的实际运行状态，又缺乏网间信息交换，相关电网不能确切掌握电网事故的发展。FE公司认为这次事故是由累积的多重事故所致。（3）在系统出现振荡时由于线路保护装置无振荡闭锁或闭锁无效，使系统无计划地解列，加剧事故的扩大。（4）潮流转移引起无功不足，发电机动态无功能力不够，引起电压急剧下降，没有解决电压稳定的有效措施，导致电网电压崩溃。（5）事故有关电力公司对调度员处理紧急事中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集465故的培训不够，缺乏应对多回线路相继跳闸这类大事故的能力，缺少处理重大紧急事故的预案。2.2事故的更深层次的原因（1）美国电网建设缺乏总体规划，电网结构不合理，345kV线路与138kV线路高低压电磁环网运行，在高压侧断开时没有解列低压侧线路的措施。区域电网间重要信息交换不及时，调度员不能监视跨大区系统全貌；各电力公司调度之间缺乏统一管理和协调。（2）美国电网继电保护距离三段定值不能区分线路短时过负荷，保护定值缺乏统一协调，保护装置振荡闭锁性能不完善，在线路出现严重过负荷或系统发生振荡时会误跳闸，引起事故的连锁反应。（3）美国电力系统安全稳定控制装置的配置不完善，既没有有效的预防性控制措施，也缺少有效的紧急控制和失步控制。最基本的电网安全稳定措施，如过负荷控制、失步解列、低频低压解列、低压切负荷等配置不足或根本就没有，不能有效制止电网事故的扩大。当电网已处在安全稳定边缘的警戒状态时却没能监视到或束手无策，任其发展。（4）电网调度过分依靠计算机系统，一旦计算机系统故障，造成信息不可靠，又没有后备手段，调度陷于瘫痪状态。（5）电网运行追求高经济效益，送电接近输送极限，安全稳定裕度很小，地区电网的设计标准没有考虑大容量跨区趸售电力传输。一旦线路跳闸引起潮流转移时，就往往引起线路的严重过载，再加上述原因，就容易发生一系列连锁反应，事故扩大。在电力市场条件下，电网的规划建设和运行中应如何考虑和保证合理的电网安全稳定性裕度问题、电网的管理和运行机制问题等，有待进一步研究。(6)按北美电力可靠性委员会（NERC）标准，“事故时互联电网不要解列，以获得相互支援”，致使电网各参与者在本次事故中未采取任何主动解列操作措施。对这项标准值得重新反思。3吸取“814”事故教训，反思我国电网存在的问题自1981年大连电网稳定工作会议后，由于电力部门各级领导的重视、对《电力系统安全稳定导则》的贯彻执行、抓了继电保护管理，各电网根据需要配置了多种安全自动装置，使我国近年来没有发生大范围的停电事故。但对照“814”事故，应该看到我国电网正在高速发展中，电网还很薄弱，我们也有国外电网遇到的同样问题：●对大型互联电网的特性的认识和有实效的安全稳定措施有待研究；●电力体制改革过程中电力系统（尤其厂与网）统一规划、统一协调问题；●电网的裕度和投资的关系；电力市场下的备用容量问题；●互联电网的解列条件；●电网从外系统受电比例和受端电网的电压支撑问题；●大电网警告和紧急状态的判断方法；安全稳定性的监测方法、评价和控制理论的深入研究；●电力系统多数据源的综合评估技术，跨区电网实时信息的获取问题；●继电保护装置的配置及定值、级差的配合协调问题。在电网建设和运行中仍存在不少有待解决的问题，例如：（1）我国电网处在发展过程中，电网比较薄弱，尤其是大区电网之间采用弱联网，一些电网存在结构上的不合理；电网的枢纽点及负荷中心电压支撑不足，存在电压稳定问题；一些电网的500kV与220kV高低压电磁环网仍在运行；有些电网没有预先设定的解列点，事故时难以隔离；电网负荷越来越重，大城市空调负荷比重已占高峰负荷30%～40%，高峰备用不足（特别是无功不足），许多省市被迫拉闸限电；电力市场条件下，不确定因素将增加，调度和管理遇到新问题。（2）电网规划设计中某些工程过于依赖二次系统，例如某电网西电东送工程把稳控装置作为正常送电的基本措施，而稳控装置的招标、合同签订又因种种原因严重滞后，使装置的设计阶段考虑不周全、装置的检验、验收不充分，试运行时间太短或没有试运行期，以致在投产后继续完善的工作量较大。（3）近年来高压微机继电保护装置动作可靠性有了显著提高，但还存在一些问题，例如，进口保护振荡误动的问题、保护级差时间过长、保护的距离三段定值的配合问题（有的躲不过严重过载）等，若不及时消除隐患，就难以防止系统事故时的连锁反应。466中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南（4）不少电网尚未按稳定导则要求建立起三道防线的安全防御体系，例如，只考虑N-1事故，出现N-2、N-3时就没有预定的对策；高低压电磁环网运行，高压电网解开时低压电网控制措施准备不足；一些电网的220kV大环网一旦在薄弱环节解列，缺乏有效控制手段，不少电网没有设置合适的解列点，甚至没有配备解列装置；防止电压崩溃的基本措施——低电压切负荷装置没有配或没有投或不知如何整定；低频、低压减载的容量没有随电网负荷的增长相应增加，致使配置的切负荷容量不足等。（5）安全自动装置的管理体制不够健全，基建与运行有脱节现象，有些自动装置管理规程不完善、不具体，现场误操作引起自动装置的切机、切负荷事故多次发生。（6）电网安全自动装置的培训工作有待加强，特别是对现场运行维护人员的培训还很不够，新的稳控装置技术较为复杂，不经培训现场人员往往难以掌握。我国电网每年事故也不少，某些事故也曾与大停电擦肩而过，上述问题如不切实注意改进，就难免不发生类似“814”大停电的灾难事故，应引起足够重视。4“三道防线”是我国电网安全稳定运行的保障《电力系统安全稳定导则》规定我国电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级[1]：●第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电[单一故障（出现概率较高的故障）]；●第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷[单一严重故障（出现概率较低的故障）];●第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失[多重严重故障（出现概率很低的故障）。为满足三级标准的要求，首先应建设一个结构合理的电网，好的网架是电力系统运行的基础，同时在我国已经形成了三道防线的概念，电网的建设按三道防线规划和配置，电网运行按三道防线调度管理。为了分析的方便，我们把电力系统运行状态分为：正常状态，警戒状态，紧急状态，极端紧急（失步）状态，恢复状态[2]。图1给出了电网运行状态的转化和三道防线设置的关系。对应相应的状态，我们设置三道防线来确保电力系统在遇到各种事故时的安全稳定运行：第一道防线：由继电保护装置快速切除故障元件，最直接最有效地保证电力系统暂态稳定；第二道防线：采用稳定控制装置及切机、切负荷等措施，确保在发生大扰动情况下电力系统的稳定性；第三道防线：当电力系统遇到多重严重故障而稳定破坏时，依靠失步解列装置将失步的电网解列，并由频率及电压紧急控制装置保持解列后两部分电网功率的平衡，防止事故扩大、防止大面积停电。按照三道防线要求进行的稳定控制过程见图2。三道防线的概念很清晰、明确，易于操作实施。近年来我国电网没有出现全网性事故和大范围停电，应该说得益于三道防线的建设。抗扰动对策正常警戒紧急恢复极端紧急崩溃①③Ⅰ③②Ⅰ合理的电网结构及相应电力设施电网快速继电保护（第一道防线）电网稳定控制装置及切机切负荷措施（第二道防线）电网失步解列、电压及频率紧急控制（第三道防线）状态转换图1电力系统运行状态及三道防线的关系电网正常运行状态（预防性控制）发生故障主保护动作后备保护（或失灵保护）动作故障未被切除继电保护系统系统能维持暂态稳定？确定控制策略执行切机、切负荷等措施失步与过载判断？切机或切负荷控制系统解列控制频率越限？过频切机控制低频减负荷控制低压越限？低压减负荷控制电力系统稳定运行NYNNN过载失步低压低频过频系统继续连接系统解列暂态稳定控制频率稳定控制电压稳定控制失步与过载控制图2系统稳定控制过程中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集467