电力系统建立第四道防线的几个理论问题

0 引言电力系统建立第四道防线的问题是加拿大魁北克电网首先提出来的。

1998年魁北克电网遭遇了历史上罕见的特大冰冻灾害，多座铁塔和多条输电线路受损，造成电网长时间大范围停电，严重影响了社会正常的生产生活秩序。

总结事故教训，魁北克电网的工程技术人员发现，电力系统实际存在着2类性质不尽相同的事故：一类主要危及电力系统的电气完整性，另一类主要危及电力系统的机械完整性。

已有的三道防线应对的主要是前一类事故，而应对后一类事故需要有其他不同的防线，这就是第四道防线。

事实上，我国自遭遇南方地区大范围严重低温冰冻灾害以及汶川大地震以来，伴随抗灾抢险、恢复重建丁作的进行，电力系统已经在相当大的范围内开展了第四道防线的建设。

第四道防线的建设不是做与不做的问题，而是如何理清思路，建立相关理论，更好地指导具体实践的问题。

国务院2008年6月以国发(2008)20号文批转的发改委、电监会《关于加强电力系统抗灾能力建设的若干意见》(以下简称《若干意见》)，既是前段时间实践经验的总结，也是我同电力系统全面开展第四道防线建设的指导性文件。

为了提高执行《若干意见》的自觉性，更好地推进电力系统抗灾能力建设，深入研究第四道防线建设的理论，统一对有关问题的认识是十分必要的。

1 定义电力系统的安全防线是指电力系统通过采取必要措施具备的抗事故能力。

通常所说的第一、二、三道防线指的是电力系统承受各种事故导致的大扰动的能力，第四道防线指的则是电力系统抵御严重自然灾害的能力。

由于电力系统的事故可分为危及电力系统电气完整性和危及电力系统机械完整性的2类事故，根据各级防线的功能，前三道防线又可称作维护电力系统电气完整性的防线，第四道防线则可称作维护电力系统机械完整性的防线。

需要说明的是，就维护电力系统机械完整性的功能而言，第四道防线也泛指电力系统抵御所有自然灾害的能力。

由于抵御严重自然灾害的能力强于并涵盖抵御一般自然灾害的能力，同时根据国内外发生的几次特大自然灾害的警示，将第四道防线定义为电力系统抵御严重自然灾害的能力更有针对性和现实意义。

显然第四道防线的建设就是电力系统抵御严重自然灾害能力的建设。

2 安全稳定标准各级防线的建设需要遵循一定的安全稳定标准，电力系统的第一、第二和第三道防线分别与电力系统的第一、第二和第三级安全稳定标准相对应，第四道防线也可制定与之相一致的安全稳定标准。

确定第四道防线的安全稳定标准需要明确建设第四道防线的意义和目的。

《若干意见》指出，电力系统抗灾能力建设是为了“提高电力系统抵御自然灾害的能力，最大限度减少自然灾害造成的损失，维护正常的生产和生活秩序，保障国家能源安全和国民经济正常运行”。

按照这一要求，并充分考虑各种影响因素，第四道防线对应的第四级安全稳定标准笔者认为可规定为：“电力系统在受到发生概率很小的严重自然灾害破坏时，应能保证涉及社会稳定的民生用电和相关重要用户的供电，尽量减少电网的停电面积和停电时间，尽可能使社会正常的生产和生活秩序不受到大的破坏”。

这个标准与第三级标准一样都没有做出定量的规定，执行时不仅可以而且也应该根据每个电网的实际情况，通过充分评估和权衡各种影响因素，落实第四道防线建设的有关措施，使严重自然灾害发生时，电网的停电损失减到最小。

3 与前三道防线的区别和相互关系电力系统的四级安全防线有一个特点，就是它们防范的事故由“轻微、较严重、严重、最严重”逐级递升；而事故的概率则由高到低依次递减，可以用“频繁、较少、偶发、极少”来描述。

不过由于地球环境的不断恶化，严重自然灾害发生的频率以及波及的范围越来越难以预计，很难说第四道防线防范的事故概率就一定比第三道防线的小。

第四道防线与前三道防线的主要差别表现在：(1)各自的功能和防范的事故对象不同。

第一、二、三道防线的功能是维护电力系统的电气完整性，应对的主要是破坏电力系统电气完整性的事故；第四道防线的功能是维护电力系统的机械完整性，应对的主要是严重的自然灾害。

(2)前三道防线主要依靠继电保护、安全自动装置等技术手段，维护电力系统的安全稳定运行，解决的主要是电力系统的安全性问题。

第四道防线主要依靠提高设防标准，增加应急设施等手段，保证电力系统的持续可靠运行，解决的主要是电力系统的可靠性问题。

经济上前三道防线建设的投入较小，而第四道防线建设的投入则相对要大得多。

(3)前三道防线的建设基本上由电力系统内部各方相互配合协作完成，第四道防线的建设则是一个复杂的系统工程，除电力行业内的规划、设计、科研、施工、运行等各方要充分发挥作用并密切协作外，还需要气象、地震、环保及政府其他有关部门参与、配合才能完成。

(4)第三道防线和第四道防线的事故都会造成停电，但第四道防线的事故发展过程和停电时间一般都比第三道防线的长，因此两者各自保电用户的序位不一样。

第三道防线首先保证的是那些突然停电会导致人身伤亡和设备损坏的用户，第四道防线要确保的是涉及社会稳定的民生用电和相关重要用户，对不允许突然停电的工业用户则在事故发展过程中，按应急预案要求有序安排停电停产。

第四道防线与前三道防线有诸多明显的区别，但也保持着密不可分的联系。

当电网的电力设施遭到严重自然灾害破坏时，即第四道防线的某些薄弱环节被突破时，电力系统的电气完整性随之也将受到威胁或破坏。

此时需要根据系统的实际情况，应用第三道防线提供的技术手段和措施对事故作应急处理，包括采取切机、切负荷、调整运行方式、解列、以黑启动方式启动备用电源等，防止系统崩溃，尽量减少停电损失。

由此说明第四道防线是在第三道防线的基础上建立起来的，各级防线间存在着前一级防线为后一级防线奠定基础，彼此相互配合的关系。

4 基本思路关于建立第四道防线的基本思路，《若干意见》作了很好的阐述，归纳起来有：(1)鉴于电力规划对保障电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用，国家电力主管部门要加强对电力规划的领导、指导和管理，将电力规划切实纳入到各级政府的社会经济发展规划中。

电力规划必须坚持统筹考虑的原则，充分考虑自然灾害的影响，合理布局电源，科学规划电网。

(2)兼顾安全性和经济性，修订和完善适合我国国情的电力建设标准和规范；对重要电力设施，必要时可实施差异化设计，适当提高设防标准。

(3)电力工程建设项目在开展可行性研究和设计时，应对自然灾害的影响和抗灾保障措施进行专题评估和论证；气象、地震等有关部门应积累和提供相关资料，为工程设防标准的确定提供依据。

(4)加快电力系统抵御严重自然灾害的新技术、新产品的研发和推广应用，制定相应政策，鼓励企业和科研机构加大这方面的投入，尽快出成果、出效果。

(5)各地要建立和完善电力应急保障体系，制定有效的电力防灾抗灾应急预案，按照统一指挥、分工负责、预防为主、保证重点的原则，做好灾害预警、防范、抢险、应急救助和灾后恢复等工作。

(6)电力系统抗灾能力建设是一个系统工程，总的包括防范措施落实和事故应急处理两大阶段，每个阶段各自又包含很多内容，需要政府有关部门、电力企业及用户协调配合，充分发挥自己应有的作用才能达到目的。

5 主要措施根据《若干意见》的有关要求，同时借鉴和总结加拿大魁北克电网以及国内前阶段抗灾抢险的经验，建立第四道防线的主要措施有：(1)电源要尽可能分散布局，按分层分区的原则接入电网；因地制宜加强以可再生能源为动力的分布式电站的规划建设，提高就地供电能力，这既是第四道防线的要求，也是各级防线有效发挥作用的共同基础。

(2)重要负荷中心应规划配置容量适当的、具备特殊情况下“孤网运行”和“黑启动”能力的应急保安电源；兼顾经济性和可行性，这些电源平时应可作为负荷中心的支撑电源，根据需要参与电网的平衡和运行。

(3)尽可能减少同一自然灾害易发区内重要输电通道的数量，并对必须穿越灾害易发区的输电线路采取必要的抗灾防护措施。

(4)对骨干线路及相关变电站，重要用户配电线路等重要电力设施，经充分论证，若有必要可适当提高设防标准；跨越重要公共基础设施的局部线路，位于灾害易发区以及设施维护困难地区的局部线路，应适当提高设防标准。

(5)因地制宜保留或建设必要的可与邻网连接的应急保安联络线，联络线电压等级应按实际需要确定，保证事故发生时较为方便地通过联络线从邻网获得应急支援电力。

(6)鼓励和支持电力抗灾新技术、新材料和新产品的开发和推广应用，如防冰涂料、防污闪涂料、新型导线、破融冰技术、在线监测技术、杆塔高效抢修技术等。

(7)重要用户必须按有关规定自备应急保安电源，这是电力系统第四道防线建设的一个不可或缺的重要补充。

(8)经灾害影响评估和技术经济论证，必要时可考虑建立适当规模的电力调度后备中心和(或)电力应急通信系统，以提高电力调度通信的可靠性。

(9)根据电网建立第四道防线抵御严重自然灾害的要求，补充完善第二道防线的措施，如增设解列点和相应的安全自动装置，增加具备黑启动能力的机组数量并制定相应的黑启动预案等。

6 关键问题从某种意义上说，电力系统的发展过程就是可靠性不断提高的过程。

社会经济的发展不断促进电力系统的发展，同时由于社会对电力的依赖程度不断提高，对其可靠性的要求也越来越高。

提出建立第四道防线，实质上就是根据新的形势要求，把进一步提高电力系统的可靠性问题提到了重要议事日程上。

电力系统的可靠性是以安全性为基础的。

可靠性与安全性是2个密切相关而又不同的概念，一般而言，安全性主要靠技术手段来保证，可靠性主要靠增加冗余度来获得。

因此安全性涉及的主要是技术层面的问题，可靠性涉及的主要是经济层面的问题。

电力系统的第一、二、三道防线，在电力系统发生一般单一故障、较严重故障或多重故障时，依靠继电保护和安全自动控制装置正确动作，保持电力系统稳定运行，防止系统崩溃，解决的主要是电力系统的安全性问题。

第四道防线通过适当提高设计标准、建设保安电源、采用抗震、融冰新技术等措施，尽量减少严重自然灾害对电力设施造成的破坏和停电损失，解决的主要是电力系统的可靠性问题。

建立第四道防线的关键是处理好可靠性与经济性的关系，找到不同发展阶段两者恰当的平衡点。

可靠性总是越高越好，但必须考虑企业和社会的经济承受能力。

事实上电力系统可靠性的提高是一个不断发展的过程，也需要有一个长远规划，这个规划就是第四道防线的建设规划。

应当在对本地区各类自然灾害发生概率和影响程度以及对现有电网抵御严重自然灾害的能力进行深入评估的基础上，通过技术经济论证，确定不同时期、不同地区、不同电网的可靠性目标，按计划分阶段逐步实施，使电力系统的可靠性与社会发展水平相适应，并随社会现代化水平的提高而不断提高。

7 结语电力系统的抗灾能力建设就是第四道防线的建设。

引入“第四道防线”的概念，有利于将电力系统的抗灾能力建设与前二道防线联系起来，形成电力系统更完整的四级安全防范体系和相关理论；有利于增强电力工作者对自然灾害风险的防范意识，实现认识上的转变和飞跃，自觉以四级安全防范的原则指导电力系统的规划设计和运行管理；有利于学习、总结、借鉴电力系统抗灾能力建设的经验，更好地落实《若干意见》关于电力系统抗灾能力建设的要求。