南方电网连锁故障风险分析及防御措施研究

南方电网连锁故障风险分析及防御措施研究

研究表明，多数大停电事故是由连锁故障引起的。这些停电事故往往是从系统中某一元件的故障开始，由于控制措施不当或不及时、电网结构不合理、继电保护装置误动或拒动，或上述多种原因的综合作用，引发一系列的元件故障，这种连锁性的故障的迅速传播最终导致了电网的大面积停电。

南方电网作为交直流混合运行大电网，运行特性复杂，主通道线路走廊相对集中，沿途地理环境恶劣，气候条件复杂，容易诱发连锁故障。对南方电网中存在的连锁故障风险进行分析，有针对性地制定应急措施，对于电网的安全稳定运行有着重要意义。

1 电网连锁故障机理的研究现状

针对连锁故障的发展机理，国内外从不同角度开展了研究。

文献3研究了极端天气对电网故障自组织临界性的影响。由于电网跨越辽阔区域，其安全稳定运行易受气候条件影响，具有自组织临界性的降水以及降水相关事件是电网故障的主导因素，电网故障时序符合幂率分布。即电网故障大量集中于恶劣气候（暴雨、冰雪）及气候相关事件（火山、雷暴）下出现。文献4在对南方电网停电数据统计的基础上，采用自组织理论研究了南方电网发生事故的宏观规律，初步证明南方电网具有自组织临界性的特征。

继电保护隐式故障是指保护装置中存在的一种永久性缺陷，这种缺陷只有在系统发生故障等不正常运行状态时才会表现出来，其直接后果是导致保护误动或拒动。文献5认为保护装置的隐式故障是电力系统连锁故障发生的重要原因。

文献6认为电力网络的拓扑结构对连锁故障的发展过程等有着关键的影响，必须加强对那些与网络结构密切关联的节点的保护和防范。文献7认为分析复杂电力系统连锁反应事故必须将研究的层次深入到变电站结构的层次上，不仅要考虑系统的网架结构，而且要计及变电站的电气主接线。

研究发现，南方电网历史上发生的连锁事故的演变过程基本可归结于以上三种机理，但表现形式各不相同，或某种因素起主导作用，或多因素综合作用。研究连锁故障在南方电网中的演变过程及其表现形式，对有针对性地制定应急措施有重要价值。

2南方电网中连锁故障风险分析

2.1极端天气导致多重故障风险分析

文献3指出电网故障具有自组织临界性，且大气系统中降水现象的自组织临界性是其主导因素，其具体表现为：电网故障集中于少数时段，且故障原因均为恶劣天气（暴雨、冰雪）及其相关事件（火山、雷暴）对近年来南方电网线路故障数据的统计结果的研究进一步印证了上述观点。

表1所示为2007-2009年南方电网500kv线路分月故障统计，取每年线路跳闸次数最多的前4个月列入表内。

表1 2007-2009年南方电网500kv线路故障统计

年份序号月份当月跳闸/次占全年跳闸

比例/%

主要原因

2007 1

2

3

4

合计6月

7月

8月

4月

37

21

21

20

98

25.69

14.58

14.58

13.89

68.75

雷雨

雷雨

台风、雷雨

雷雨

2008 1 1月58 19.93 覆冰

2

3

4

合计2月

8月

9月

52

43

42

185

17.87

14.78

14.43

67.01

覆冰

台风

台风、雷雨

2009 1

2

3

4

合计8月

6月

7月

2月

42

32

28

21

123

21.00

16.00

14.00

10.50

61.50

雷雨

雷雨

雷雨、台风

山火

由表1可知，全年500kv线路跳闸的2/3集中发生于表中所列的4个月，并集中于极端天气时段发生。例如，2008年1月25日因覆冰单日跳闸达18次，为全年平均值的二十几倍；2007年4月23日瘦雷暴雨影响，17时40分至18时26分，贵州青岩地区500kv线路跳闸4次，500kv母线跳闸1次。对于此类多重故障，如果控制措施不当或不及时，极易导致事故扩大乃至引发稳定破坏事故。

2.2 继电保护隐式故障风险分析

继电保护装置隐式故障是电网事故扩大的重要原因之一，南方电网多次出现因继电保护隐式故障导致事故范围扩大的连锁事故，其典型表现形式为：

1）线路跳闸后，系统潮流重新分布过程中引发其他线路保护误动跳闸。如2001年3月8日500kv天平一线天二侧高抗非电气量保护误动跳闸，天平二线天二

侧线路后备保护误动跳闸，事故导致鲁布革220kv鲁马线过载安稳动作解列云

南网，贵州、天生桥地区电网与广东、广西网通过天广直流联网运行。

2）保护死区故障，依靠元件远后备切除。如2006年6月23日罗平变电站5122号断路器U相开关本体底部击穿，由于5122断路器的电流互感器结线错误，

造成了罗平变对侧后备保护相继动作，切除故障。事故造成云南网解列，罗平

变500kv双母停电，天广直流双极跳闸。

3）对于交直流混合运行电网，存在交流系统故障导致直流系统跳闸的风险。在上述“6·23”罗平变电站事故中，由于交流系统故障切除时间较长，马窝换流

站极Ⅰ、极Ⅱ换流变中性点零序过流保护动作，天广直流双极跳闸。

对于此类故障，必须熟练掌握继电保护动作原理和典型误动行为分析方法，以便快速判断实际故障范围，提高恢复速度。

2.3 南方电网拓扑结构中的薄弱环节

通过对南方电网骨干网架的拓扑分析，可以发现以下几类故障会显著改变电网运行特性，属于电网结构中的薄弱环节：

1）具有重要联络作用的500kv交流线路。例如，500kv天金线（金换线）停运，西电东送贵广、天广交流通道送端电气联系即被打开，不仅输送能力大幅下降，

而且系统输电断面发生重大变化；500kv砚崇甲线或崇南甲线故障停运，云南

外送南通道即中断；500kv天马线故障停运，天广交流南、北通道送端电气联

系大幅下降。上述关键线路均为南方电网的典型脆弱环节，即便发生“N-1”

故障，也会导致网架结构的大幅削弱，极易诱发连锁故障。

2）直流换流站送出线路。高肇直流、江城直流端换流站仅通过双回500kv交流线路接入受端电网，其中一回线路跳闸后，另一回线路会闭锁换流站侧重合闸，

此时单瞬故障也会导致直流系统双极跳闸。

3）重要电厂送出线路。南方电网部分西电东送主力电厂仅通过平行双回线路送