保证电网安全稳定运行的重要意义.doc

确保电网安全稳定运行的重要意义
所谓电力系统，是指由发电、送电、变电、配电和用电等各个环节所构成的有机整体，也包括相应的通信、继电保护〔含安全自动装置〕、调度自动化等设施。通常把发电和用电之间属于输送和分配的中间环称为电电力网，简称电网。对电网来说，安全和稳定是电网正常运行所洒中缺少的最基本条件。电网安全，是指运行中所有电力设备，必必需在不超过它们所同意的电流、电压和频率的幅值及时间限额内运行，不安全的后果可能导致电力设备的损坏。电网稳定，是电网可经连续地向负荷正常供电的状态，稳定的破坏，将导致电网的瓦解和大面积停电事故。电网的安全稳定运行具有特别重要的意义，这是由电力生产的特点和电网事故的严重后果所决定的。

　　一、电网发展的趋势和电力生产的特点

　　〔一〕电网发展的趋势

　　电力系统是在单台机组或发电厂对用户供电所形成的简单弧立电网的基础上发展起来的。世界上第一个三要交流高压输电系统出现在1891年，经德国的劳奋—明兴河畔的法兰克福线路〔总长175km〕投入运行，供慕尼黑明兴国际电工展览会用电。该线路始端的劳奋水电站安装了一台230kW、95V的三相交流发电机和一台200kVA、95／15200V变压器，线路末端的法兰克福建造了两座13800／112V降压变电所，其中一座供展览会照明用电，另一座供一台73.6kW的三相异步电动机用电，带动一台离心水泵，供给9m高的人工瀑布用水。这虽然只是一个简单的输电工程，但交流输电技术的关键问题已经解决。

　　社会生产的发展，对电能必需求的日益增长，促使发电设备的容量不断增大，同时也扩大了供电的范围。为了充分利用发电设备的容量，提升供电的可靠性和经济性，逐渐形成了由几个相邻发电厂并列运行的电力系统。而且，电力系统的容量、电压等级及其延伸区域也越来越大，发展大电网已被国内外公认是一个客观规律。

　　在国际上，工业发达的国家关于发展大电网一直是坚定不移的，他们从发展大电网中取得了合格的经济效益。目前，世界上已有50多个国家实现了全国联网运行，比较著名的有前苏联的统一电网、北美联合电网西欧电网和日本电网。成立于1982的，总部设在美国圣地亚哥的国际性全球电力网组织〔简称GENI〕，专门组织研究国际电网的发展，提出“电力为全人类服务〞的口号，并提出了全球联网的设想。GENI认为，各国相对独立的电网决定和了本国经济的发展。建立全球电网的目的，在于把各国分散的电力资源汇合起来，进行宏观调节，这样可以充分利用世界各地间的时差效应和温差效应，从而节约大量的电能和投资。

　　随着输电新技术的发展，超导和陶瓷材料的问世，交流输电距离已可增加到2500km，超高压直流输电距离已可增加到6500km。这些研究成果说明，电网完全可以跨越国界，甚至跨越大洲。目前，最引人注目的就是前苏联和美国跨白令海峡〔两侧最近距离约200km〕的电网工程。该项目如果成功的话，全球电网的实现就为期不远了。

　　目前，我国已形成了华东、华中、北、东北、西北、南方互联等六大跨省电网，以及山东、四川、福建等几个独立省网。至1996年底，全国发电总装机容量已达2.36亿kW，是世界第二电力大国，仅次于美国，其中华东、东北、华北、华中四大电网的装机容量均已超过2000万kW。依据测，今后几年，我国的电力、电量年递增率将为8％～9％，至2000年，全国总装机容量将达到3亿kW，年发电师资地增至1.4万亿kWh。电网方面，1989年9月17日，葛洲坝至上海±500kV直流输电第一期工程投运后，已将华中、华东两大电网连接起来，形成了我国第一个通过直流输电系统相连的跨大区联合电网。正在建设中的三峡电站是目前世界上规模最大的水电站，计划装机容量18200MW，单机容量700MW，共装26台机组，年发电量将达847亿kWh。随着三峡工程的建设，我国将首先实现华中、华东和四川电网的连接，最终实现全国联网。

　　〔二〕电力生产的特点

　　电力系统从不到大，虽然经过了一百多年的发展，出现了装机容量达几亿千瓦，供电范围纵横几千公里的庞大电网，但电力生产的过程至今未变，仍可用发、送、变、配、用五个字来概括。不仅如此，整个电力生产的特点也没有改变。电力生产有三个特点：

　　〔1〕有功功率平衡性。由于电力不可储存，因此，发电和用电必必需同时完成且必需随时保持平衡，发多少，用多少，反之亦然。有功功率的平衡性体现在电网的频率上，发电大于用电，则电网频率升高，反之，则频率下降，而电网频率的升高或下降均会对电网设备、用电设备和电网本身的安全运行构成威胁，还会影响电力用户的产品质量。

　　〔2〕瞬时性。开关一合，电就以30万km/s的速度送往用户。电力生产的瞬时性，决定了电网状态变化的快速性，往往在一个瞬间，电网已经结束了从一种状态向另一种状态的转换，这就要求电网的安全运行控制须在一个很短的时间内，完成推断、决策、控制等一系列过程。

　　〔3〕电力系统所特有的无功功率。在电力系统的运行中，除了要保持有功功率的平衡外，尚必需保持无功功率的平衡。无功功率的平衡性在电网的电压上，电网无功功率过剩，则电压升高，反之，则下降。电压偏高会造成电力设施和用户设备的损坏；偏低则会影响电力用户的供电质量和产品质量，还会降低电网的稳定水平。

　　正是电力生产的灾三个特点，才使得电力系统成为世界上最复杂的生产系统之一，才在电力系统这个领域产生了许多非常复杂的技术问题。可以这样说，我们经历的电力系统中的一切技术问题、运行问题和管理问题，实质上都是围绕着电力生产的这三个特点进行的。

　　二、大电网安全稳定运行方面存在的问题

　　现代大电网虽然具有无可比拟的优点，但随着联网的发展和供电区域的扩大，也增加了稳定破坏事故发展为大面积停电事故的可能性。我们常常要求电网具有经济性、可靠性和灵活性，但这三者既是互相矛盾的，又要求互相适应。对大电网而言，最特别的问题是确保大电网的安全稳定。现代大电网存在四个安全稳定问题：大电网瓦解、稳定破坏、电压崩溃和频率崩溃事故。

　　〔一〕大电网瓦解事故

　　大电网瓦解事故是指联网运行的电力系统，由于事故而分裂成两块及以上的孤立电网。引起大电网瓦解的原因是多种多样的，如线路大面积污闪事故，稳定破坏事故，单一事故触发连锁反应等。由于分裂后的孤立电网往往做不到区域内的发电、用电平衡，因此，大电网瓦解常来大面积停电的严重后果。

　　〔二〕稳定破坏事故

　　稳定破坏事故是指并网运行的发电机组之间失去同步运行的状况。失去同步运行稳定性的后果是系统发生振荡，引起电网中枢点电压、发输电设备的电流大幅度地周期振荡。电网因不能连续向负荷政党供电而不能持续运行，如果处理不当，将引起系统的大面积停电。同步稳定性一般分为三种，即静态、动态和暂态稳定。

　　〔三〕电压崩溃事故

　　电压崩溃事故是指受端电网因为严重缺乏无功功率而失去电压稳定性的状况。电网失去电压稳定性的后果，则是系统电压崩溃，使受影响的地区全部停电。电压崩溃有两种形式，一是由于受端负荷持续增长，电网电压逐渐下降，最后发生不可逆转的崩溃现象，这种形式称为静态电压稳定性破坏；二是由于主设备故障，如一台大机组或主联系线跳闸，使受端出现较大无功缺额，电压突然严重下降且不能恢复，导致电压崩溃，这种形式称为动态电压稳定性破坏。

　　〔四〕频率崩溃事故

　　频率崩溃事故是指电网由于有功功率缺乏而导致系统频率下降，最后失去频率稳定性的现象。失去频率稳定性的后果，是发生频率崩溃，引起整个系统全部停电。引起频率崩溃的原因，多是大机组跳闸〔或全厂停电〕、重要送、受电联系线跳闸，使电网突然出现大量的有功功率缺额。

　　三、电网事故状况回忆

　　随着电力系统的不断扩大，电网的结构和运行方式变得越来越复杂多变，在电力系统中任一地点发生故障，均将在不同程度上影响电网的正常运行。特别是在主要干线或发电厂发生故障时，如不能及时而正确的处理，将使事故扩大，波及电网的其他正常运行部分，以至造成大面积停电甚至电网瓦解的后果。

　　国内外电力系统曾发生过多次大面积停电和电网瓦解事故。如1977年7月13日，美国纽约电网，由于雷击，保护装置不正确动作，调度中心掌握系统实时信息不够，以及通信困难等，造成事故连锁发展和扩大，致使全系统瓦解。在事故发生59min后，纽约全市停电，事故前后延续25h，影响900万居民的供电。依据最保守的估计，这次停电所带来的直接和间接经济损失3.5亿美元，相当于纽约市电力系统发电和输电设备价值的20％。再加1978年12月19日，法国电网因输电线过载装置动作跳闸，电网失步，频率下降，电网瓦解，造成法国本土四分之三的地区停电，损失负荷2900万kW，最长停电时间达8h30min，其经济小的损失估计至少与50年经济调度工作所取得的经济效益相当。在我国国内，1972年7月27日，在××电网，由于继电装置误动作，使丹江口到汉口的220kV输电线路断开，造成武汉和黄石地区电压崩溃，使受端系统全部瓦解，仅经济上的损失就约2700万元。

　　近年来，国内外又发生了几起重大的电网事故。1996年7月2日，美国西部电网发生大停电事故起因是JimBridger电厂的一条345kV出线对树闪络，引起跳闸，而该厂的另一回345kV线路由于保护的不正确动作而被切除，从而触发了一系列的连锁反应，最后导致电压崩溃，西部电网解列至少五个“孤岛〞。事故造成150～200万个用户停电，损失庞大。事故后的分析认为，仅仅一条345kV线路跳闸并不会造成整个电网的瓦解，此次大停电事故是由于事故前电网的异常运行条件，加上保护的不正确动作而扩大事故所导致的。事隔仅一个月，1996年8月10日，美国西部电网再次发生大面积停电事故。当时，横贯美国西部的炎热天气使用电负荷显然增加，高温又使华盛顿和俄勒岗州的多回线路在事故前约1h无序跳开，使系统变得薄弱从而引发电压振荡，使俄州和加州之间的三回500kV太平洋交流联系线和±500kV直流联系线以及其他地区的一些500kV线路和发电机跳闸。事故导致西部电网解列为四个“孤岛〞，使约400万个用户停电。事故的原因和损失状况尚在进一步分析调查之中。在我国国内，1995年10月29日，××供电局见习值班人员违反劳作纪律，在变电所内学习驾驶汽车，撞裂220kV母线刀闸支架，刀闸支柱瓷瓶断裂，导致母线短路。由于9套保护拒动和误动，造成2个220kV变电所、500kV深圳变电所的220kV母线以及13个110kV变电所全部停电，深圳市大面积停电，火车站、海关等重要用户停电，共损失负荷80万kW。1996年1月19日，由于××实习吊车司机违章作业，误碰石景山热电厂至八里庄变电所的220kV石景山—八里庄〔简称石—八〕双回线，致使220kV石—八一、二回线先后跳闸，引起北京西部地区较大面积停电，造成1个220kV变电所，7个110kV变电所，10个35kV变电所和北京第二热电厂全停电。此次事故是建国以来北京地区是最严重的一次，特别是造成许多重要负荷的长时间停电。事故中损失负荷31万kW〔约占北京地区负荷的8％〕，直接经济损失约335万元。

　　四、电网事故的影响

　　由于现代社会与电能的关系密不可分，电已渗透到了社会活动和人民生活的各个部分，因此，电网事故导致用户的停电，在经济上政治上的影响是十分庞大的。正因为如此，我国电力部门将“电网瓦解〞和“大面积停电〞列入七种必必需严格杜绝的重大事故中。

　　国内外电网事故的教训说明，事故停电会造成庞大的经济损失。但到目前为止，世界各国对事故停电所还来的直接和间接损失，没有统一严格的分析和计算准则。例如，依据美国IEEE的估计，每少供1kWh电所造成的损失为0.33～15美元；英国1978年的资料说明，每少供1kWh电的损失为0.3～1英镑。这些近似的统计数字均说明，由于停电所带来的直接和间接的经济损失是实际电价的几十倍，甚至成百倍，这与用户类型、中断供电时间白天或夜晚〕及中断供电时间长短等因素密切相关。

　　电网事故还会造成庞大的政治影响，严重干扰社会生活的正常进行，甚至引起社会的动荡。如1977年美国纽约大面积停电期间，社会发生混乱，共发生火警1037起，抢劫和破坏行为1809起，有几百人受伤，警方逮捕了3000人；美国西部电网1996年7月和8月接连两次大面积停电，不仅造成了大量用户的停电，而且引起了美国总统克林顿的高度重视，他要求美国能源部在事故后的30天内提交具体的事故分析报告，并提出防范措施。