从历史大停电事故看我国电网建设与运行

By | 2021年10月28日

在过去的二十年,世界范围内发生了许多大电网停电事故,给经济社会带来了巨大的损失。特别是2012年7月30日和7月31日,印度两次发生大面积停电事故,停电范围涉及一半及以上的国土,直接影响6亿多人,全国超过300列火车停运,首都新德里的地铁也全部停运,公路交通出现了大面积拥堵,给社会带来了巨大影响。回顾历史上发生的许多大电网停电事故,总结大电网停电的原因,汲取经验和教训,反思我国电网建设和运行中存在的问题,对构建我国大电网安全防御体系,保障电网安全稳定运行具有重要意义。

一历史上重大停电事故

1、接连三次电网大崩溃 印度12亿人受影响

2012年7月末至8月初的一周内,印度爆发了三次大规模断电事故,起因是基础设施陈旧加上高负荷运转,导致电网崩溃。印度全境12亿人陷入黑暗,首都新德里和加尔各答等国际大城市也未能幸免,最后一次也是最大的一次停电,连续两日的断点使得很多公共服务备用电耗尽,学校停课,医院限流,政府关门,公共交通停运,大量人员滞留车站、街头,企业损失更是无法统计。只有70多万人口的邻国不丹,向印度伸出了援手,将本国剩余电力支援了超级邻国印度。

2、数百亿美元损失的北美史上最严重事故

2003年8月14日,美国东北部和加拿大西南部的100多座电厂“保护性关闭”,使得包括纽约、底特律、多伦多、渥太华等城市在内的大片地区停电,酿成北美历史上最严重的电力事故,5000万人受到影响,经济损失每天多达250-300亿美元,突然的停电使得成千上万乘客被困地铁、电车之内,医疗急救求助电话达到创纪录的8万多次,位于纽约的联合国总部电力和通讯完全中断。经过29个小时的黑暗,这场由于预警系统故障而导致的事故才得以解决。

3、财阀人祸致战争谣言满天飞

2011年9月15日,首尔、仁川、釜山、大田等地相继突遭停电,212万户居民受到影响,韩国历史上最大的停电事故使得全国陷入一片混乱,战争谣言满天飞,而如此严重的事故却是韩国电力集团故意所为。起因是电力集团为保护线路,减轻电网负荷,在没有任何通知的情况下进行轮流限电措施,这导致城市瘫痪、意外频发、一片怨声载道,总统李明博在公开场合怒斥电力集团领导,主管电力的韩国知识经济部部长引咎辞职,但最后电力集团却毫发无伤。

4、线路老化莫斯科大停电 普京拍桌子

2005年5月25日,莫斯科市区发生大面积停电事故,莫斯科市一半地区的生产、商业和交通陷入瘫痪,与印度大停电一样,事故原因是线路设备老化导致负荷过大,电网崩溃。停电虽然只限于莫斯科地区,却造成了俄罗斯历史上最严重的交通瘫痪,信号灯熄灭、公共交通中断,满街都是拥堵的汽车,每个地铁站和车站都挤满了被滞留的人,一天的停电造成数十亿美元的损失。

5、世界第一水电站故障 致两国陷入黑暗

2002年1月21日,当时的世界第二大水电站(三峡水电站还未建成),巴西的伊泰普水电站电缆断裂,突发故障,巴西最大两座城市圣保罗和里约热内卢以及其他10个州发生断电事故,首都圣保罗股市发生大跳水危机,令巴西金融市场遭到大打击,4个小时的停电令许多股民血本无归。同样受影响的还有乌拉圭,因为该水电站是两国共建共用,只不过巴西占有的发电量更大一些。

二、大停电原因分析

从历次大停电事故可以看到,每次大停电都是一系列的设备以及电网以及人为因素巧合在一起而造成的,CIGRE对20世纪末至21世纪初的70次大停电的原因进行了统计分析:

1)火灾、暴风雨等引起的多重故障有24次,占35%;

2)一次设备故障有20次,占29%;

3)保护误动13次,占18%;

4)其它故障13次,占18%。(包括两次人为错误)

一方面,从电网本身来分析,恶劣天气或者夏季用电高峰导致线路稳定裕度低,当重要输电线路故障,导致支撑电源不足,带来母线电压下降和机组的切除,最终形成因为功率缺失而造成的连锁故障,同时由于网架结构的薄弱或者存在严重的电磁环网,当三道防线的缺陷或者继电保护装置错误动作,无法快速隔离事故,也加剧了事故范围的扩大,直至系统发生振荡,引起电网崩溃,不可避免产生大面积的停电事故。

另一方面,从电网调度来说,缺乏协调统一的调度也是发生大停电事故的重要原因,在8.14美加大停电中,如果FE的调度员意识到系统正在发生的相继开断,有充分的时间去完成潮流调控及线路强送;在11.12巴西大停电时,如果恶劣天气下潮流预控持续到事故时,可能避免系统失稳;在7.31印度大停电事故中,如果各个邦能够服从国家电网调度中心下达的受电计划,不超计划受电,也可能避免第二次更大范围的停电事故,因此,良好的调度运行策略能够大大降低事故发生的概率。

三、具体建议和思考

在不断完善网架结构,加快本地电源建设,积极推进电磁环网解环工作,加强二次设备的管理,完善“三道防线”的同时,要坚持电网统一调度与统一管理,以提高事故的快速响应和快速协调能力,在最短的时间内恢复电网的稳定。

一是要加快本地电源建设,美加、欧洲、印度的几次大停电事故大多发生在电网大负荷运行期间,电源备用不足,一旦电网进行检修、退出运行,或一些线路发生故障,大电源退出,就会因供电不足而产生连锁反应,使事故范围扩大。

二是要加强“N-1”校验,特别是关键输变电设备的N-1校验是保证系统安全的基本措施。

三是要积极推进重要断面电磁环网解环工作。从历次事故中可以看到,一旦高电压等级线路发生故障跳闸,由于电磁环网的存在,大量转移潮流导致低压线路越限严重,如再发生线路故障等其他系统冲击,很容易发生系统振荡并导致大面积停电。

四是合理安排基建投产和检修计划。基建技改及设备检修等工作与电网运行的紧密配合,客观上要求运行方式做出相应调整。在网架薄弱、系统潮流重的情况下,使电网安全运行存在潜在风险,因此合理安排基建投产和检修计划是保证电网安全稳定运行的必要条件。

五是在统一电网的格局下,充分发挥统一调度的优越性,并逐步实现调度与控制的一体化运作,能够实现事故的快速处理,阻止事故的进一步扩大。

六是加强二次设备管理,尤其是继电保护与安全自动装置的管理。加强对继电保护及安全自动装置运行技术人员的培训,制定严格的运行管理规程和规定,做好装置的运行维护工作,确保装置动作的正确性,有效制止事故时的连锁反应。

七是要严格“三道防线”建设,第一道防线:快速可靠的继电保护、有效的预防性控制措施,确保电网在发生常见的单一故障时保持电网稳定运行和电网的正常供电;第二道防线:采用稳定控制装置及切机、切负荷等紧急控制措施,确保电网在发生概率较低的严重故障时能继续保持稳定运行;

第三道防线:设置失步解列、频率及电压紧急控制装置,当电网遇到概率很低的多重严重事故而稳定破坏时,依靠这些装置防止事故扩大,防止大面积停电。

八是在电网遇到多重性故障,如断路器拒动、保护误动或拒动、多回线相继跳闸引起断面断开等严重事故,第三道防线装置的正确动作,是避免大电网灾难性大面积停电的最后防线。

一是配置失步解列装置,当系统失去同步时在预定的解列点将系统解列为两个部分,防止事故扩大,同时还应该根据需要,在网间联络线上配置低频解列及低压解列的装置,以便在紧急状态下隔离事故电网;

二是配置足够的低压低频自动切负荷装置,在系统电压和频率发生不稳定时,自动切除负荷,维持电压和频率稳定。例如河南停电事故,华中电网与西北电网解列(灵宝直流闭锁)、川渝电网与华中东部解列(500kV万龙II回线解列装置动作),华北电网与华中电网解列(500kV辛洹线停运),随着川渝电网、华北电网和西北电网的相继解列,同时配合低频低压减载装置的负荷切除,系统电压水平逐步提高,电网才得以恢复稳定。

4结论

电力安全生产事关社会稳定、经济发展和人民群众生活。本文阐述了历史上大电网停电事故,包括河南大停电、洛杉矶大停电、美加大停电、巴西大停电以及印度大停电事故。