电力系统事故分析与启示--刘斌

电力系统事故分析与启示
刘斌自动化学院 2120140881
电力系统网络是迄今为止最大的人造工程之一。

具有“大机组、超高压、大电网”的特征，装机容量大、电压等级商、输电线路长、电网结构复杂、电网互联规模大．
发展大规模互联电力系统有着许多优越性，例如可以更加合理地利用能源，提高经济效益，可以采用大机组以降低造价和燃料消耗，加快建设速度；在正常及事故情况下可以相互调剂、相互支援，减少事故和检修备用容量，提高系统安全水平。

大电力系统还可以利用地区时差，取得错峰效益；在水火电之间进行调节，以及在某些情况下跨流域调节．总之，经济效益巨大。

但同时，与高效益伴随的是高风险．大电力系统对电力可靠性的要求更高，对运行技术和管理水平要求也更加严格．小电力系统发生故障造成的停电是局部的、损失有限；而大电力系统发生严重故障，特别是发生稳定破坏和不可控的恶性连锁事件时，停电波及范围广，停电持续时问长。

后果十分严重。

因此，在现代电网飞速发展、取得巨大经济效益的同时，对电力系统安全调度、设备维护和巡检、电力设备的性能和质量、运行管理水平等方面的要求也在不断提高，在这些领域需要进行更加深入的研究，以保障电力系统的安全稳定运行。

本文列举了三个影响比较大的电力系统事故，对于事故起因、后果给以分析，并得到某些启示。

一．电网大停电的典型案例及原因初探
1.华中电网7·1 大停电
2006 年7 月1 日，华中电网发生新中国成立以来最大的电网稳定破坏事故，事故中共26 台机组退出运行（总装机容量为6.34 GW），河南、湖北、湖南、江西四省损失负荷2.60 GW。

当天，500 kV 嵩郑Ⅰ、Ⅱ线因保护装置故障误动，先后跳闸，连带使500 kV 郑祥线和郑白线停运，形成500 kV 电网“N–4”故障，嵩郑断面电磁环网运行方式引起大规模功率转移，使5 条220 kV 线路严重过负荷并跳闸。

河南中调在事故发生后，2 min 内紧急拍停河南北部2.15 GW 机组，但由于当时华中和华北电网仍通过500 kV 辛洹线相联接，大量潮流经由该线路从华北涌入河南，抵消了调度员拍停机组的努力。

此后，线路过载导致短路故障、由继电保护动作切除的220 kV 线路4 条，因线路过载严重使得距离Ⅲ段保护动作切除的220 kV 线路1 条。

在这期间，河南电网又有6 台机组分别由于发电机过负荷保护、失磁保护Ⅲ段动作、定子过电流反时限保护动作而跳闸。

事故发生11 min 后，薄弱不堪的电网失去稳定，开始剧烈振荡，华北—华中500 kV 联络线功率在±1.70 GW 之间振荡，川渝—湖北联络线功率在±1.80 GW 之间波动；幸亏国调在事故
发生12 min后解开500 kV 辛洹线，河南中调也果断切除大量负荷，最终该事故范围得到了控制，没有扩大成为全国性的大停电。

反思：尽管本次事故的导火索是2 条500 kV 线路保护的隐性故障导致的误动，但是，事故的发展扩大却是由电网网架结构不合理以及继电保护装置设置不当这两个关键因素所造成。

2 条500 kV 线路跳闸后，尽管调度员切除大量发电，但是华北电网的潮流依然通过该联络线涌入已经脆弱的河南220kV 电磁环网，使得事件变得不可控制；最终，也正是因为手动解开联络线才防止了事故的进一步扩大，可以说，此次华中电网大停电中，不合理的大区域电网互联结构是主要问题。

2.莫斯科5·25 大停电
2005 年5 月25 日，莫斯科发生大停电，导致321 座变电站全停，损失负荷35.395 GW，事故覆盖25 个城市，影响人口约150～200 万。

事故是由于恰吉诺变电站110 kV 电流互感器出现断裂喷油着火，进一步引发了相邻空气断路器、压缩空气管道、悬式绝缘子等设备故障，进而导致该站三条500 kV 线路相继跳闸，负荷大量转移。

与美加8·14 大停电类似，功率大量转移导致联络线路过负荷，引发功率振荡，无功不足地区电压急剧降低，导致电压崩溃，造成电网稳定破坏事故。

莫斯科市南部110 kV 电网的电压降至85～90 kV，同时莫斯科电网的9 座电厂及图拉电网的4 座电厂全部或者部分停机，整个电网的崩溃过程持续了2 h，在此过程中调度员一直没有采取有效措施降低重载线路潮流，最终电网崩溃无法逆转。

反思：设备老化以及运行维护不当是本次事件的直接原因，这起事故充分说明了一次设备可靠性与电网运行可靠性的密切联系。

3、加拿大魁北克电网3·13 大停电
1989 年3 月13 日地球上发生的一场特大地磁暴造成魁北克735 kV 系统电压失稳并最终全部停电，这是世界上第一次由于地磁暴引起的重大停电事故。

3 月13 日凌晨2 时45 分，由太阳耀斑产生的地磁暴产生很大的地磁感应电流，造成系统中主变压器磁路饱和并产生大量谐波电流流向最近的静止无功补偿器（SVC），造成其电容器组过负荷，静止补偿器的过负荷保护动作，使735 kV 系统中的7台SVC 先后跳闸，同时系统中主变压器因半波饱和又大量增加了对无功功率的需要，导致系统电压大量下降，稳定破坏。

电压稳定破坏后，由詹姆斯湾水电群南送的5条735 kV 输电线路先后跳闸，使魁北克系统突然失去9.45
4 GW 的发电容量（魁北克系统的44%)，6 s后，因系统振荡使邱吉尔瀑布向西南送电的73
5 kV线路跳闸，系统又失去了约2.2 GW 的发电容量。

尽管低频减载装置正确动作切除了2.8 GW 负荷，但是由于发电损失太大，魁北克电网最终无可避免的发生崩溃。

反思：地磁暴及其产生的地磁感应电流，可能对电网运行设备产生许多不利影响，如变压器的半波饱和、电网谐波电流增大和电压跌落等。

二、电网大停电的原因初探
总结世界各国大停电的事件，可以把大停电分为两类：一类是电网主要一次设备没有受到损坏或者冲击，由二次系统因素主导造成的；还有一类就是电网一次设备大面积损坏导致的。

第一类的大停电是目前大停电的最主要形式，它的发生需要导火索和推动力这“两要素”，详细分析如下：
1）导火索。

大停电的导火索可能是来自电网自身装置故障或者人为失误，也可能来自外部。

2）推动力。

导火索只是起因，大停电形成的推动力一般是内因，例如保护装置的隐性故障或者配置不当。

隐性故障是控制保护装置中存在的一种固有缺陷，这种缺陷在系统正常运行时很难被发现，只有在系统发生故障时才会表现出来，其直接后果是导致被保护元件的错误断开。

第二类的大停电，则是在强烈自然灾害下发生的，一般表现为电力系统基础设施大面积毁坏，进而电网被迫停运。

三、电网大停电的启示
本文回顾了几个世界各国大停电的概况，结果显示，每次大停电的发生，既有偶然性，也有必然性。

偶然的是自然条件以及设备因素，必然的则由于电网网架、一次二次设备长期潜藏的重大安全隐患。

大停电的后果是灾难性的，代价是惨重的，电网企业应该以系统运行为龙头，做好全过程的大停电风险管控，才能负起电网企业的社会责任和实现可持续性发展。