大停電事件的原因及預(yù)防措施課件

1、大停電事件的原因及預(yù)防措施 1 引言 最近幾年，世界上發(fā)生了多起大規(guī)模停電事故，波及面廣，影響很大，損失嚴重。有約數(shù)千萬人受到影響，停電功率高達數(shù)千瓦，涉及整個城市、大片地域甚至全國處于癱瘓狀態(tài)。各種調(diào)查報告結(jié)論指出，有些事故與酷暑季節(jié)、天氣炎熱、廣用空調(diào)等致冷設(shè)備有關(guān)，但更重要的是電力工業(yè)從國有化 走向民營化、市場化、自由化的過渡過程中引起的。電力公司日本有10 家，美國卻多達3500 家，競爭激烈，電力供求不平衡，條塊分割，情報交流不暢，信息沒有共享，輸變電設(shè)備投資不足，監(jiān)視管理系統(tǒng)不完善，運行人員素質(zhì)不高等等。這些重大事故是由多種因素綜合所致，而最主要的是沒有引起人們足夠的重視和認真吸取

2、經(jīng)驗教訓(xùn)。 本文論述近年來，特別是2003 年的多起大規(guī)模停電事故及其原因與相關(guān)的預(yù)防措施。對于我國快速的電力工業(yè)發(fā)展和市場化很有警示作用。 2 大規(guī)模停電事故 （1）美國世界上電力工業(yè)最發(fā)達的國家，用電量最大，停電事故也最多，持續(xù)時間最長，后果最為嚴重。早在1965 年11 月9 日，東北部大停電約2000 萬kW；1977 年7 月13 日，紐約市停電600 萬kW；1982 年12 月22 日西海岸停電1235 萬kW；1996年2 月2 日和3 日，西海岸又停電2800 萬kW；1998年6 月25 日美國中北部和加拿大安大略省停電95 萬kW；1999 年夏季東北部2 度經(jīng)歷大規(guī)模停

3、電。以上都屬氣候原因。西部地區(qū)于1994 年12 月、1996年7 月和8 月、1998 年6 月和1999 年夏季，不斷地發(fā)生大型停電事故；東海岸地域于1999 年連續(xù)停電；加里弗尼亞州于 2000 年、2001 年輪番停電。這些則與電力自由化和規(guī)章制度重視不夠有關(guān)。2003 年8 月14 日16 點10 分美國東北部從紐約州 到密執(zhí)安州乃至加拿大5 大湖泊周邊的這一大片北美大陸發(fā)生了世界上最大的停電事故，停電規(guī)模高達6180 萬kW，受到影響人數(shù)多達5000 萬人，損失金額約為60 億至100 億美元。停電持續(xù)時間長達43h。事故源頭是伊利湖周邊呈環(huán)狀的送電網(wǎng)絡(luò)地域的一個發(fā)電廠發(fā)生開變而引

4、起頻率波動和系統(tǒng)擺動導(dǎo)致電力逆流，由此又再度引起頻率波動和電力搖動，最終導(dǎo)致整個系統(tǒng)的動蕩并波及到加拿大和紐約州，造成大范圍停電。最終的嚴重后果是包括22 座核電站在內(nèi)的100 多個發(fā)電站于16 點11分在短時間內(nèi)全都停止運轉(zhuǎn)。這是歷史最大的停電事故 （2）意大利，2003 年歷經(jīng)3 次停電事故。6 月26 日和27 日，羅馬、米蘭等主要城市相繼停電。當時處在酷暑季節(jié)，天氣炎熱，空調(diào)機等耗電過多，電力公司擔(dān)心會使系統(tǒng)癱瘓而短時停止供電，按照劃分的地區(qū)順序輪番停電1h，以便防止整個系統(tǒng)全部停電。然而這種做法沒有事先通告，引起了混亂，約有600 萬人受到影響。事故發(fā)生以前，來自法國的電力已經(jīng)削減，

5、而此時的羅馬、米蘭等城市氣溫高達35以上，而且持續(xù)多日。由于酷暑，雨量不足，水力發(fā)電也減少，而用電需求卻在急增，最終導(dǎo)致停電。然而電力不足的根本原因，還是電力供求結(jié)構(gòu)問題，意大利本國發(fā)電、供電不足，要從法國引進，沒有做到電源的最佳匹配。同年 9 月28 日黎明，包括羅馬、米蘭等城市在內(nèi)的意大利全面一停電。這天又是白夜祭日，深夜運行的地鐵約有110 條線路，乘客多達3 萬人，全被關(guān)閉在車廂內(nèi)，飛機起降也受到影響，引起較大混亂。事故源頭在鄰國瑞士，因樹木倒斷而壓斷輸電線并使國際連線中斷。而 經(jīng)由法國一側(cè)的意大利電力輸入線路又沒有通常用和緊急時用的2 條高壓線路，因過負荷而同時發(fā)生故障。由于設(shè)置了保

6、護繼電器，使再合閘失敗。還由于采取的與過負荷相關(guān)的對策滯后，而使輸電線路接觸樹木導(dǎo)致接地短路；引起國內(nèi)電力系統(tǒng)波動，電壓衰變、破壞。以 上種種原因的重疊作用，最終導(dǎo)致大規(guī)模停電。事故規(guī)模約達2400 萬kW，受影響人數(shù)多5700 萬人，持續(xù)時間長達13h 以上。 （3）英國，也是在2003 年，倫敦南部和相鄰的凱恩沃爾州的一部分于8 月28 日18 點20 分發(fā)生停電事故，規(guī)模約為72.4 萬kW、持續(xù)時間約1h，受影響人數(shù)約25 萬人。市內(nèi)地鐵約60%的線路和普通電氣化鐵路列車約1500 條線路停止運行或緩行運轉(zhuǎn)，受困通行乘客約25 萬人。因為正值客流高峰時間，乘客在各停車點乘車、換車混亂不

7、堪，一直持續(xù)到深夜。所幸各家醫(yī)院切換為自家發(fā)電，沒有發(fā)生重大傷亡事故。事故原因是變電所變壓器異常，且在2001 年換裝時沒有裝設(shè)保護繼電器裝置。自實施電力工業(yè)民營化、自由化以來，這是英國規(guī)模最大的停電事故。（4）中國，2003 年9 月4 日9 點56 分，上海市內(nèi)的吳涇發(fā)電廠（總?cè)萘?20 萬kW）停止運轉(zhuǎn)。由于酷暑，天氣炎熱，空調(diào)機等電力需求急增，在高負荷下連續(xù)運行的發(fā)電機需要停機檢查。為緩解此情況，經(jīng)從浙江省、福建省等上海以外的發(fā)電廠緊急輸入電力，使輸電線路和變電設(shè)備的負荷超過了容許以上限值。這次事件，約使1000 家公司受到影響，持續(xù)時間約2h。 （5）丹麥，2003 年9 月23 日

8、12 點30 分，包括首都哥本哈根在內(nèi)的丹麥和瑞典南部，發(fā)生大規(guī)模停電事故，停電規(guī)模約300 萬kW，受影響人數(shù)約400萬人，持續(xù)時間約2h。事故原因是瑞典東北部的奧斯卡西姆核電站（120 萬kW），因供水泵故障而停止運行。接著400kV 變電所斷路器故障和西北部林古巴爾斯核電站（180 萬kW）也停止運行，并使電壓衰變、破壞，包括3 座核電站在內(nèi)的許多發(fā)電廠停機。除了上述國家以外，發(fā)生大規(guī)模停電事故的還有馬來西亞1996 年8 月發(fā)生的全國整個電力系統(tǒng)癱瘓；1998 年1 月新西蘭北島發(fā)生的長期停電。3 停電的主要原因 電力系統(tǒng)大面積停電的原因有直接的、間接的、表面的、深層的、設(shè)備的、人類等

9、多方面，而且往往是多種因素的重疊所致。 （1）直接原因 酷暑引起電力急增，如意大利停電；輸電線事故引起并波及、擴大（如美國、加拿大的最大停電）；變壓器警報故障引起輸電線中斷（如英國的停電）；酷暑季節(jié)引起高負荷運行中心火電站停機（如中國上海）；核電站停機引發(fā)后續(xù)事故和電壓被破壞（如丹麥、瑞典）；國際連線的連鎖中斷引起國內(nèi)供電不足（如意大利）。上述原因只是表面上的，深層次地探討則涉及到電力工業(yè)市場化、自由化并導(dǎo)致輸電網(wǎng)絡(luò)趨于公共載流化。由于許多市場參與者相互之間復(fù)雜的交易而導(dǎo)致電力流通領(lǐng)域的扭曲和畸變，進而陷入混亂并導(dǎo)致過負荷狀態(tài)的多發(fā)事故。 （2）共性原因 在電力市場化的競爭環(huán)境下，引起許多停電

10、事故的原因往往帶有共性、普遍性，但并未引起人們的重視。 1）設(shè)備投資不足 1988 年后的10 年中，美國電量需求按30%增加，而輸電設(shè)備只有15。2002 年前的10 年間，處在電力自由化過程中，電力需求按20%增加，而輸電線按計劃仍停留在3.5。1998 年以后，實施委托送電已增至4 倍，造成送電線混雜、系統(tǒng)畸變加重。70 年代美國輸電設(shè)備投資約為60 億美元，電力自由化以后的90 年代以后約為30 億美元，削減了一半。重收入（利潤）、輕支出（投資）是商家?guī)в衅毡樾缘亩沂歉畹俟痰乃汲?。由于思想認識的錯誤，電力事故難免。2003 年美加大規(guī)模停電事故的教訓(xùn)，已經(jīng)引起美國對輸電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化急

11、迫性的重視。 2）保護系統(tǒng)欠妥 美加最大停電事故源于無功功率不足和長距離委托送電。東北美大陸這片地域，空調(diào)機和電動機、特別是舊式電動機較多，助長了無功功率的不足，雖然由鄰近網(wǎng)絡(luò)提供無功功率，而線路仍處于過大電流、過負荷、過熱狀態(tài)，又沒有實施保護切換系統(tǒng)，使長距離輸電線加熱、伸長、下垂并接觸樹木，引起接地短路事故，跳閘斷電。由于無功功率供電中斷，地區(qū)網(wǎng)絡(luò)電壓降低，最終負荷中斷。其他沒有斷電的發(fā)電機供電力過剩，頻率急升，導(dǎo)致長距離連系的地域之間電力波動、振蕩，最終波及、擴大事故。 3）支撐系統(tǒng)薄弱 事故發(fā)生初期，電力公司對事故狀態(tài)沒有充分把握好，支援系統(tǒng)監(jiān)視工具機能不足，系統(tǒng)監(jiān)視和骨干系統(tǒng)警報發(fā)生

12、故障，輸電線路管理不善都是事故波及、擴大的原因。 4）無功功率缺乏 發(fā)電機輸出無功功率對于維持電網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定有重要作用，卻往往不被重視。與靜止調(diào)相設(shè)備不同，在超負荷狀況下很難掌握旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機無功功率操控數(shù)量。 5）情報交換不暢 這幾次大規(guī)模停電有共性之處，即一個系統(tǒng)（地域）停電時，事故情報沒有傳遞到相鄰系統(tǒng)。系統(tǒng)之間的中繼傳遞很不協(xié)調(diào)。 6）安全網(wǎng)絡(luò)失靈 安全網(wǎng)絡(luò)不完善，不能事前預(yù)測事故的發(fā)生，重大事態(tài)發(fā)生時又不能自動動作并起動保護系統(tǒng)。安全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)雖然費用較大卻應(yīng)是全地域覆蓋。 7）接觸樹林接地 架線初期不會接觸樹木。天長日久，樹林長高長大，加上電線過載過熱伸長下垂而接觸，發(fā)生接地短路事故

13、。 8）人員素質(zhì)不高 由于對運行操作人員培訓(xùn)不到位，面對系統(tǒng)全體停止運行的問題，是否下達發(fā)電設(shè)備和負荷中斷的指令，多數(shù)猶豫不決，又不能預(yù)測是否會在相鄰地域也引起事故。4 預(yù)防事故措施 停電事故的預(yù)防措施來源于實踐，它的目標找出事故的原因，盡量消除可能導(dǎo)致事故發(fā)生或擴大的各種因素。 （1）保證無功功率 必須掌握住在線發(fā)電機無功功率輸出的余裕量變化，應(yīng)按最大需要量來確定系統(tǒng)變動時無功功率輸出的余裕量，并應(yīng)定期予以重新評價。要重視與電壓安全性相關(guān)的調(diào)相設(shè)備以及負荷中斷的后果。 （2）傳報信息共享 應(yīng)構(gòu)筑一種情報信息共享系統(tǒng)，使運行人員知道本地域和相鄰地域的狀態(tài)變化。必須裝設(shè)可以預(yù)測的在線裝置，以便針

14、對不測事態(tài)發(fā)生后的電壓、穩(wěn)定性、過負荷等引起的多數(shù)設(shè)備停機進行預(yù)測。加強系統(tǒng)相互之間實時監(jiān)視和情報傳遞支撐。 （3）保護系統(tǒng)更新 實施對保護、繼電器、繼電器整定裝置的更新改造。應(yīng)采用自動化保護系統(tǒng)和自動化負荷中斷裝置，要完善由運行人員手動即可使負荷中斷的裝置。做好與相鄰系統(tǒng)眾多保護繼電器之間的協(xié)調(diào)。 （4）實施模擬判斷 保證系統(tǒng)模擬模型的正確性和系統(tǒng)監(jiān)視裝置的完備性，應(yīng)能實時地判斷輸電線的斷電事件。要重新審查發(fā)生事故時的系統(tǒng)復(fù)原程序。擬定一種運行計劃，以便使事故發(fā)展趨勢限制在規(guī)定值內(nèi)。要重新審查異常時的運行方法和假想事故的征兆與模式。 （5）完善監(jiān)管制度 與采用雷云監(jiān)視裝置來預(yù)測雷電事故不同，

15、對電線與樹木接觸而引發(fā)的事故，運行人員很難知道，必須確保輸電線的巡查。定期采伐隱患樹林。（美加事故因經(jīng)費問題而未采伐林木）要責(zé)任分明，制度完善，管理嚴格。解決支撐系統(tǒng)監(jiān)視工具機能不足和不完備問題，完善監(jiān)視工具對運行狀態(tài)的判斷裝置，防止事故的發(fā)生和擴大。 （6）構(gòu)筑安全網(wǎng)絡(luò) 安全網(wǎng)絡(luò)應(yīng)在事前預(yù)測重大事故的發(fā)生，并及時動作、起動繼電保護系統(tǒng)。它應(yīng)保證達到指定的安全性可靠性標準值。安全網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當覆蓋整個地域，實施全方位監(jiān)視。 （7）確保設(shè)備更新 預(yù)防事故，必須實施輸變電設(shè)備的更新改造和現(xiàn)代化，即使需要投資。雖然美國投資已減半，已經(jīng)引起美國的重視。日本也在減半，2003 年日本輸電設(shè)備投資約5 兆日元，

16、而現(xiàn)在只有2 兆日元。日本也在吸取美加大停電的教訓(xùn)，開始重視投資問題。是英國設(shè)備投資在1990 年起實施民營化以后增加了，達到160 億英鎊。英國將電力作為商品實現(xiàn)市場化、自由化、競爭化。用電買電需先訂購，一旦停電，不僅應(yīng)退用戶的錢款，還要對賣電部門重罰，賠償停電引起的直接和間接損失；如果醫(yī)院沒有自備發(fā)電導(dǎo)致人身傷亡還應(yīng)負擔(dān)法律責(zé)任。這類法規(guī)有助于對設(shè)備投資的重視。 （8）重視人員培訓(xùn) 人在各種事故的預(yù)防、發(fā)生、擴大方面是關(guān)鍵因素，事在人為。許多電力事故都與管理部門、運行人員素質(zhì)有關(guān)。相關(guān)人員應(yīng)能實時辨認事故前兆、判斷事故性質(zhì)、防止事故擴大。運行人員不僅應(yīng)掌握本地系統(tǒng)情況，還應(yīng)熟悉相鄰周邊地域系統(tǒng)情況，及時聯(lián)系，防止連鎖效應(yīng)。要提高與周邊系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)的能力。5結(jié)論 （1）近年世界大型停電事故多數(shù)源于天災(zāi)人禍，關(guān)鍵是人，事在人為。天氣炎熱，空調(diào)耗電過多，過載停電，屢見不鮮，應(yīng)吸取教訓(xùn)。今年上海停止了所謂形象工程類耗電，就是人為有效措施。 （2）丹麥、瑞典事故源于核電站供水泵故障，這類事故也非首次，前蘇聯(lián)、日本、美國都有過類似事