保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要意義

1、保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要意義所謂電力系統(tǒng)，是指由發(fā)電、送電、變電、配電和用電等各個(gè)環(huán)節(jié)所構(gòu)成的有機(jī)整體，也包括相應(yīng)的通信、繼電保護(hù)（含安全自動(dòng)裝置）調(diào)度自動(dòng)化等設(shè)施。通常把發(fā)電和用電之間屬于輸送和分配的中間環(huán)稱為電電力網(wǎng)，簡(jiǎn)稱電網(wǎng)。對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，安全和穩(wěn)定是電網(wǎng)正常運(yùn)行所灑中缺少的最基本條件。電網(wǎng)安全，是指運(yùn)行中所有電力設(shè)備，必須在不超過(guò)它們所允許的電流、電壓和頻率的幅值及時(shí)間限額內(nèi)運(yùn)行，不安全的后果可能導(dǎo)致電力設(shè)備的損壞。電網(wǎng)穩(wěn)定，是電網(wǎng)可經(jīng)連續(xù)地向負(fù)荷正常供電的狀態(tài)，穩(wěn)定的破壞，將導(dǎo)致電網(wǎng)的瓦解和大面積停電事故。電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有特別重要的意義，這是由電力生產(chǎn)的特點(diǎn)和電網(wǎng)事故的嚴(yán)重后果

2、所決定的。一、電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)和電力生產(chǎn)的特點(diǎn)（一）電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)電力系統(tǒng)是在單臺(tái)機(jī)組或發(fā)電廠、對(duì)用戶供電所形成的簡(jiǎn)單弧立電網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。世界上第一個(gè)三要交流高壓輸電系統(tǒng)出現(xiàn)在 1891 年，經(jīng)德國(guó)的勞奮 明興河畔的法蘭克福線路（總長(zhǎng) 175km）投入運(yùn)行，供慕尼黑明興國(guó)際電工展覽會(huì)用電。該線路始端的勞奮水電站安裝了一臺(tái) 230kW、95V 的三相交流發(fā)電機(jī)和一臺(tái) 200kVA、9515200V 變壓器，線路末端的法蘭克福建造了兩座 13800112V 降壓變電所，其中一座供展覽會(huì)照明用電，另一座供一臺(tái) 73.6kW 的三相異步電動(dòng)機(jī)用電， 帶動(dòng)一臺(tái)離心水泵，供給 9m 高的人工瀑布用水

3、。這雖然只是一個(gè)簡(jiǎn)單的輸電工程，但交流輸電技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題已經(jīng)解決。 社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)電能需求的日益增長(zhǎng)，促使發(fā)電設(shè)備的容量不斷增大，同時(shí)也擴(kuò)大了供電的范圍。為了充分利用發(fā)電設(shè)備的容量，提高供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，逐漸形成了由幾個(gè)相鄰發(fā)電廠并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)。而且，電力系統(tǒng)的容量、電壓等級(jí)及其延伸區(qū)域也越來(lái)越大，發(fā)展大電網(wǎng)已被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)是一個(gè)客觀規(guī)律。在國(guó)際上，工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家對(duì)于發(fā)展大電網(wǎng)一直是堅(jiān)定不移的，他們從發(fā)展大電網(wǎng)中取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，世界上已有 50 多個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)了全國(guó)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，比較著名的有前蘇聯(lián)的統(tǒng)一電網(wǎng)、北美聯(lián)合電網(wǎng)、西歐電網(wǎng)和日本電網(wǎng)。成立于 1982 的，總部設(shè)在美國(guó)圣

4、地亞哥的國(guó)際性全球電力網(wǎng)組織 （簡(jiǎn)稱 GENI），專(zhuān)門(mén)組織研究國(guó)際電網(wǎng)的發(fā)展，提出 “電力為全人類(lèi)服務(wù) ”的口號(hào)，并提出了全球聯(lián)網(wǎng)的設(shè)想。GENI認(rèn)為，各國(guó)相對(duì)獨(dú)立的電網(wǎng)決定和了本國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。建立全球電網(wǎng)的目的，在于把各國(guó)分散的電力資源匯集起來(lái)，進(jìn)行宏觀調(diào)節(jié)，這樣可以充分利用世界各地間的時(shí)差效應(yīng)和溫差效應(yīng)，從而節(jié)約大量的電能和投資。隨著輸電新技術(shù)的發(fā)展，超導(dǎo)和陶瓷材料的問(wèn)世，交流輸電距離已可增加到2500km，超高壓直流輸電距離已可增加到6500km。這些研究成果表明， 電網(wǎng)完全可以跨越國(guó)界， 甚至跨越大洲。目前，最引人注目的就是前蘇聯(lián)和美國(guó)跨白令海峽（兩側(cè)最近距離約200km）的電網(wǎng)工程。

5、 該項(xiàng)目如果成功的話， 全球電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)就為期不遠(yuǎn)了。目前，我國(guó)已形成了華東、華中、北、東北、西北、南方互聯(lián)等六大跨省電網(wǎng)，以及山東、四川、福建等幾個(gè)獨(dú)立省網(wǎng)。至1996 年底，全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量已達(dá)2.36 億 kW，是世界第二電力大國(guó)， 僅次于美國(guó)，其中華東、東北、華北、華中四大電網(wǎng)的裝機(jī)容量均已超過(guò)2000 萬(wàn) kW。根據(jù)測(cè)，今后幾年，我國(guó)的電力、電量年遞增率將為89，至 2000 年，全國(guó)總裝機(jī)容量將達(dá)到3 億 kW，年發(fā)電師資地增至1.4 萬(wàn)億 kWh。電網(wǎng)方面， 1989 年 9 月 17 日，葛洲壩至上海 500kV直流輸電第一期工程投運(yùn)后，已將華中、華東兩大電網(wǎng)連接起來(lái)，形成了我

6、國(guó)第一個(gè)通過(guò)直流輸電系統(tǒng)相連的跨大區(qū)聯(lián)合電網(wǎng)。正在建設(shè)中的三峽電站是目前世界上規(guī)模最大的水電站， 計(jì)劃裝機(jī)容量 18200MW，單機(jī)容量 700MW，共裝 26 臺(tái)機(jī)組，年發(fā)電量將達(dá) 847 億 kWh。隨著三峽工程的建設(shè)，我國(guó)將首先實(shí)現(xiàn)華中、華東和四川電網(wǎng)的連接，最終實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)。（二）電力生產(chǎn)的特點(diǎn)電力系統(tǒng)從不到大，雖然經(jīng)過(guò)了一百多年的發(fā)展，出現(xiàn)了裝機(jī)容量達(dá)幾億千瓦，供電范圍縱橫幾千公里的巨大電網(wǎng)，但電力生產(chǎn)的過(guò)程至今未變，仍可用發(fā)、送、變、配、用五個(gè)字來(lái)概括。不僅如此，整個(gè)電力生產(chǎn)的特點(diǎn)也沒(méi)有改變。電力生產(chǎn)有三個(gè)特點(diǎn)： （ 1）有功功率平衡性。由于電力不可儲(chǔ)存，因此，發(fā)電和用電必須同時(shí)完

7、成且需時(shí)刻保持平衡，發(fā)多少，用多少，反之亦然。有功功率的平衡性體現(xiàn)在電網(wǎng)的頻率上，發(fā)電大于用電，則電網(wǎng)頻率升高，反之，則頻率下降，而電網(wǎng)頻率的升高或下降均會(huì)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備、用電設(shè)備和電網(wǎng)本身的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，還會(huì)影響電力用戶的產(chǎn)品質(zhì)量。（2）瞬時(shí)性。開(kāi)關(guān)一合，電就以 30 萬(wàn) km/s 的速度送往用戶。電力生產(chǎn)的瞬時(shí)性，決定了電網(wǎng)狀態(tài)變化的快速性，往往在一個(gè)瞬間，電網(wǎng)已經(jīng)結(jié)束了從一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，這就要求電網(wǎng)的安全運(yùn)行控制須在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)， 完成判斷、決策、控制等一系列過(guò)程。（3）電力系統(tǒng)所特有的無(wú)功功率。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，除了要保持有功功率的平衡外，尚需保持無(wú)功功率的平衡。無(wú)功

8、功率的平衡性在電網(wǎng)的電壓上， 電網(wǎng)無(wú)功功率過(guò)剩， 則電壓升高，反之，則下降。電壓偏高會(huì)造成電力設(shè)施和用戶設(shè)備的損壞；偏低則會(huì)影響電力用戶的供電質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)降低電網(wǎng)的穩(wěn)定水平。正是電力生產(chǎn)的災(zāi)三個(gè)特點(diǎn)，才使得電力系統(tǒng)成為世界上最復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)之一， 才在電力系統(tǒng)這個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生了許多非常復(fù)雜的技術(shù)問(wèn)題?？梢赃@樣說(shuō)，我們經(jīng)歷的電力系統(tǒng)中的一切技術(shù)問(wèn)題、運(yùn)行問(wèn)題和管理問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上都是圍繞著電力生產(chǎn)的這三個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行的。二、大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面存在的問(wèn)題現(xiàn)代大電網(wǎng)雖然具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但隨著聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和供電區(qū)域的擴(kuò)大，也增加了穩(wěn)定破壞事故發(fā)展為大面積停電事故的可能性。我們常常要求電網(wǎng)具有經(jīng)濟(jì)性、

9、可靠性和靈活性，但這三者既是相互矛盾的， 又要求相互適應(yīng)。 對(duì)大電網(wǎng)而言，最突出的問(wèn)題是保證大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定?，F(xiàn)代大電網(wǎng)存在四個(gè)安全穩(wěn)定問(wèn)題：大電網(wǎng)瓦解、穩(wěn)定破壞、電壓崩潰和頻率崩潰事故。 （一）大電網(wǎng)瓦解事故大電網(wǎng)瓦解事故是指聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的電力系統(tǒng)，由于事故而分裂成兩塊及以上的孤立電網(wǎng)。 引起大電網(wǎng)瓦解的原因是多種多樣的，如線路大面積污閃事故，穩(wěn)定破壞事故，單一事故觸發(fā)連鎖反應(yīng)等。由于分裂后的孤立電網(wǎng)往往做不到區(qū)域內(nèi)的發(fā)電、用電平衡，因此，大電網(wǎng)瓦解常來(lái)大面積停電的嚴(yán)重后果。 （二）穩(wěn)定破壞事故穩(wěn)定破壞事故是指并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組之間失去同步運(yùn)行的情況。失去同步運(yùn)行穩(wěn)定性的后果是系統(tǒng)發(fā)生振蕩，引起

10、電網(wǎng)中樞點(diǎn)電壓、發(fā)輸電設(shè)備的電流大幅度地周期振蕩。電網(wǎng)因不能連續(xù)向負(fù)荷政黨供電而不能持續(xù)運(yùn)行，如果處理不當(dāng)，將引起系統(tǒng)的大面積停電。同步穩(wěn)定性一般分為三種，即靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定。 （三）電壓崩潰事故電壓崩潰事故是指受端電網(wǎng)因?yàn)閲?yán)重缺乏無(wú)功功率而失去電壓穩(wěn)定性的情況。電網(wǎng)失去電壓穩(wěn)定性的后果，則是系統(tǒng)電壓崩潰，使受影響的地區(qū)全部停電。電壓崩潰有兩種形式，一是由于受端負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)，電網(wǎng)電壓逐漸下降，最后發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的崩潰現(xiàn)象，這種形式稱為靜態(tài)電壓穩(wěn)定性破壞；二是由于主設(shè)備故障，如一臺(tái)大機(jī)組或主聯(lián)絡(luò)線跳閘，使受端出現(xiàn)較大無(wú)功缺額，電壓突然嚴(yán)重下降且不能恢復(fù)，導(dǎo)致電壓崩潰，這種形式稱為動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性

11、破壞。 （四）頻率崩潰事故頻率崩潰事故是指電網(wǎng)由于有功功率缺乏而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率下降，最后失去頻率穩(wěn)定性的現(xiàn)象。失去頻率穩(wěn)定性的后果，是發(fā)生頻率崩潰，引起整個(gè)系統(tǒng)全部停電。引起頻率崩潰的原因， 多是大機(jī)組跳閘（或全廠停電）、重要送、受電聯(lián)絡(luò)線跳閘， 使電網(wǎng)突然出現(xiàn)大量的有功功率缺額。 三、電網(wǎng)事故情況回顧隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式變得越來(lái)越復(fù)雜多變，在電力系統(tǒng)中任一地點(diǎn)發(fā)生故障，均將在不同程度上影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。 特別是在主要干線或發(fā)電廠發(fā)生故障時(shí)，如不能及時(shí)而正確的處理，將使事故擴(kuò)大，波及電網(wǎng)的其他正常運(yùn)行部分，以至造成大面積停電甚至電網(wǎng)瓦解的后果。國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)曾發(fā)生過(guò)多次

12、大面積停電和電網(wǎng)瓦解事故。如1977 年 7 月 13 日，美國(guó)紐約電網(wǎng)，由于雷擊，保護(hù)裝置不正確動(dòng)作，調(diào)度中心掌握系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息不足，以及通信困難等，造成事故連鎖發(fā)展和擴(kuò)大，致使全系統(tǒng)瓦解。在事故發(fā)生 59min 后，紐約全市停電，事故前后延續(xù) 25h，影響 900 萬(wàn)居民的供電。 根據(jù)最保守的估計(jì)， 這次停電所帶來(lái)的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失 3.5 億美元，相當(dāng)于紐約市電力系統(tǒng)發(fā)電和輸電設(shè)備價(jià)值的20。再加 1978 年 12 月 19 日，法國(guó)電網(wǎng)因輸電線過(guò)載裝置動(dòng)作跳閘，電網(wǎng)失步，頻率下降，電網(wǎng)瓦解，造成法國(guó)本土四分之三的地區(qū)停電，損失負(fù)荷 2900 萬(wàn) kW，最長(zhǎng)停電時(shí)間達(dá) 8h30min，

13、其經(jīng)濟(jì)小的損失估計(jì)至少與 50 年經(jīng)濟(jì)調(diào)度工作所取得的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)。 在我國(guó)國(guó)內(nèi)，1972年 7 月 27 日，在電網(wǎng)，由于繼電裝置誤動(dòng)作， 使丹江口到漢口的 220kV 輸電線路斷開(kāi)，造成武漢和黃石地區(qū)電壓崩潰， 使受端系統(tǒng)全部瓦解，僅經(jīng)濟(jì)上的損失就約 2700 萬(wàn)元。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外又發(fā)生了幾起重大的電網(wǎng)事故。 1996 年 7 月 2 日，美國(guó)西部電網(wǎng)發(fā)生大停電事故，起因是 JimBridger 電廠的一條 345kV 出線對(duì)樹(shù)閃絡(luò)，引起跳閘，而該廠的另一回 345kV 線路由于保護(hù)的不正確動(dòng)作而被切除，從而觸發(fā)了一系列的連鎖反應(yīng)，最后導(dǎo)致電壓崩潰， 西部電網(wǎng)解列至少五個(gè) “孤島 ”。事故

14、造成 150200 萬(wàn)個(gè)用戶停電，損失巨大。事故后的分析認(rèn)為，僅僅一條345kV 線路跳閘并不會(huì)造成整個(gè)電網(wǎng)的瓦解，此次大停電事故是由于事故前電網(wǎng)的異常運(yùn)行條件，加上保護(hù)的不正確動(dòng)作而擴(kuò)大事故所導(dǎo)致的。事隔僅一個(gè)月， 1996 年 8 月 10 日，美國(guó)西部電網(wǎng)再次發(fā)生大面積停電事故。當(dāng)時(shí)，橫貫美國(guó)西部的炎熱天氣使用電負(fù)荷明顯增加，高溫又使華盛頓和俄勒崗州的多回線路在事故前約1h 無(wú)序跳開(kāi)，使系統(tǒng)變得薄弱，從而引發(fā)電壓振蕩，使俄州和加州之間的三回500kV 太平洋交流聯(lián)絡(luò)線和 500kV直流聯(lián)絡(luò)線以及其他地區(qū)的一些500kV 線路和發(fā)電機(jī)跳閘。事故導(dǎo)致西部電網(wǎng)解列為四個(gè)“孤島 ”，使約 400

15、 萬(wàn)個(gè)用戶停電。事故的原因和損失情況尚在進(jìn)一步分析調(diào)查之中。在我國(guó)國(guó)內(nèi)，1995 年 10 月 29 日， 供電局見(jiàn)習(xí)值班人員違反勞動(dòng)紀(jì)律，在變電所內(nèi)學(xué)習(xí)駕駛汽車(chē)，撞裂220kV 母線刀閘支架，刀閘支柱瓷瓶斷裂，導(dǎo)致母線短路。由于 9 套保護(hù)拒動(dòng)和誤動(dòng)，造成 2 個(gè) 220kV 變電所、500kV深圳變電所的 220kV 母線以及 13 個(gè) 110kV 變電所全部停電， 深圳市大面積停電，火車(chē)站、海關(guān)等重要用戶停電， 共損失負(fù)荷 80 萬(wàn) kW。1996年 1 月 19 日，由于 實(shí)習(xí)吊車(chē)司機(jī)違章作業(yè)，誤碰石景山熱電廠至八里莊變電所的 220kV 石景山 八里莊（簡(jiǎn)稱石 八）雙回線，致使 22

16、0kV石八一、二回線先后跳閘，引起北京西部地區(qū)較大面積停電，造成1個(gè) 220kV 變電所， 7 個(gè) 110kV 變電所， 10 個(gè) 35kV 變電所和北京第二熱電廠全停電。此次事故是建國(guó)以來(lái)北京地區(qū)是最嚴(yán)重的一次，特別是造成許多重要負(fù)荷的長(zhǎng)時(shí)間停電。事故中損失負(fù)荷 31 萬(wàn) kW（約占北京地區(qū)負(fù)荷的 8），直接經(jīng)濟(jì)損失約 335 萬(wàn)元。四、電網(wǎng)事故的影響由于現(xiàn)代社會(huì)與電能的關(guān)系密不可分，電已滲透到了社會(huì)活動(dòng)和人民生活的各個(gè)部分，因此，電網(wǎng)事故導(dǎo)致用戶的停電，在經(jīng)濟(jì)上、政治上的影響是十分巨大的。 正因?yàn)槿绱耍覈?guó)電力部門(mén)將 “電網(wǎng)瓦解 ”和“大面積停電 ”列入七種必須嚴(yán)格杜絕的重大事故中。國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)事故的教訓(xùn)說(shuō)明，事故停電會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。但到目前為止，世界各國(guó)對(duì)事故停電所還來(lái)的直接和間接損失，沒(méi)有統(tǒng)一嚴(yán)格的分析和計(jì)算準(zhǔn)則。例如，根據(jù)美國(guó) IEEE的估計(jì)，每少供 1kWh 電所造成的損失為 0.33 15 美元；英國(guó) 1978 年的資料表明，每少供 1kWh 電的損失為 0.31英鎊。這些近似的統(tǒng)計(jì)數(shù)字均表明，由于停電所帶來(lái)的直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失是實(shí)際電價(jià)的幾