电力系统连锁故障分析

案例分析报告

电力系统连续故障分析

申请人：丁银琴

学科（专业）：电力系统及其自动化指导教师：赵进全

2011年03月

摘要

电力系统连锁故障是由于系统中某一个元件发生故障，导致一系列其他元件停运的连锁反应。它是一种发生概率较低但危害性极为严重的事故。严重的电力系统连锁故障会导致整个电力网络的解列，引发大面积停电，给社会带来极大的经济损失。随着电力系统的不断发展，电力网络的逐步形成，电网的运行越来越接近其极限水平，因此对电力系统连锁故障的研究与分析非常必要。

关键词：电力系统连锁；分析故障模型；故障模式搜索

目录

摘要

1.提出问题 (1)

1.1电力系统连锁故障的背景 (1)

1.2电力系统连锁故障发生的机理 (2)

2.分析成因 (4)

2.1引发连锁故障的相关因素 (4)

2.1.1自然因素 (4)

2.1.2人为因素 (4)

2.1.3设备缺陷 (4)

2.1.4电网结构因素 (5)

2.1.5混合因素 (5)

3．解决问题的方式与方法 (6)

3.1电力系统连锁故障分析方法 (6)

3.1.1模式搜索法 (6)

3.1.2模型分析法 (7)

3.1.3综合分析法 (7)

3.2基于不确定多属性决策理论的方法 (7)

3.2.1创建各种不确定因素的分析决策模型 (8)

3.2.2初始故障选择方法 (9)

3.3连续故障的选择流程图 (11)

4．实际效果 (12)

4.1第一阶段 (12)

4.2第二阶段 (12)

4.2.1重合闸的考虑 (13)

4.3不同潮流状态对连锁故障搜索过程影响的考虑 (13)

参考文献 (15)

致谢 (16)

1.提出问题

1.1电力系统连锁故障的背景

我国的电力发展已步入了大电网、大机组、超高压和自动化、信息化的新阶段，电力已成为经济发展和人民生活不可或缺的生产资料和生活资料，保证安全可靠的电力供应至关重要。电网瓦解和大面积停电事故不仅会造成巨大的经济损失，影响人民的正常生活，还会危及公共安全，造成严重的社会影响。连锁故障是造成电力系统崩溃瓦解的主要原因。电力系统连锁故障是一种发生概率低但后果严重的事故，严重的连锁故障可能导致大面积停电甚至整个系统的崩溃。随着电力系统的不断发展，电力市场的逐步形成，电网的运行越来越接近其极限水平，对电力系统连锁故障的研究已经成为必要。

电网连锁故障的发生机理是：电网正常运行时每个元件都带有一定的初始负荷，当某一个或几个元件因过负荷而导致故障发生时会改变潮流的平衡并引起负荷在其它节点上的重新分配，将多余的负荷转移加载到其它元件上；如果这些原来正常工作的元件不能处理多余的负荷就会引起新一次的负荷重新分配，从而引发连锁的过负荷故障，并最终导致网络的大面积瘫痪和大规模停电事故的发生。

为更好地理解电网连锁故障的机理，从事电力系统研究的学者尝试从复杂系统理论中寻找新的方法、模型和分析工具，将网络看作包含大量个体及个体之间相互作用的系统，在实际和理想电网模型上讨论网络稳定与脆弱性、扰动传播与控制等多方面问题，首先提出了多种连锁故障的数学模型，有基于人工电力系统的连锁故障模型，有基于复杂网络理论连锁故障模型等；其次提出了衡量电力系统连锁故障的可靠性指标，目前评估电力系统可靠性所用的指标均是对系统冗余度的衡量，无法反映事故的严重程度，所以对系统的连锁反应事故也就无从了解。因此，必须引入能够客观反映连锁反应事故的新的可靠性指标。最后提出了多种

连锁故障的搜索模式，由于电网故障模式较多，故障参数（包括各种连续参数和离散变量）形式各异，因此连锁故障模式的搜索后果分析十分困难。近年来，国内外研究人员建立了多种方法和模型，如模式搜索法、模型分析法等。正确的模型是分析和预防电网连锁故障的基础，合理的可靠性指标是衡量电力系统连锁故障的依据，而正确的搜索模式是处理连锁故障的有效方法，它们对我国电网的发展也有一定的现实意义和积极的指导作用。

1.2电力系统连锁故障发生的机理

大停电事故的发展,都是从简单元件故障开始，经过各种因素所产生的连锁效应的叠加才逐步发展成的。通过对以往发生事故的总结，可将停电初期的模式概括为初始扰动加上后续的突发事件。

大多数情况下，扰动前的系统参数都在正常运行的允许范围内，但存在着一些隐患，如系统负载重、电压水平偏低等，这个时候很小的扰动就有可能引起系统大范围的连锁反应。

电力系统是一个非常复杂的网络系统，鉴于电力对于现代社会正常运转所具备的基本特性，该网络对社会的影响较其他网络更加广泛和深刻。网络中发生的故障，多数都是小范围的，不会影响到整个系统，但也存在极少数的雪崩式的连锁故障，即从一个很简单的故障开始，触发了一系列连锁反应，而导致网络的大部分甚至整个系统瘫痪。

电力系统连锁故障的成因比较复杂，简单地说其发生机理是：电力系统正常运行时每个元件都带有一定的初始负荷；当某一个或几个元件因为某种原因过负荷而导致故障发生时，会改变潮流的平衡并引起负荷在其它节点上的重新分配，将多余的负荷转移加载到其它元件上；如果这些原来正常工作的元件不能处理多余的负荷就会引起新一次的负荷重新分配，从而引发连锁的过负荷故障，并最终导致网络的大面积瘫痪和大规模停电事故的发生。若初始故障发生在带有大量负荷的元件上时，其相邻元件不能处理多余负荷的可能性更大，也就更加容易引发连锁故障。

电力系统发生连锁故障是一个连续的复杂的动态过程，涉及到的元件不仅包

括发电机、输配电线路、变压器，还包括母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等。母线故障、线路故障、断路器故障、继电保护的误动和拒动以及突然的大负荷转移是引起系统发生连锁反应事故的主要原因。一旦系统中出现这些触发事故，继电保护将迅速动作切除相应故障线路，但是可能由于这些动作造成系统中其他线路过负荷或母线电压偏离额定值过大，这又将触发更多的继电保护动作，连锁故障就是这样一级故障触发下一级故障，最终导致电网解列、系统崩溃的连锁反应。

简单来说，连锁故障是由于系统中某一个元件故障，导致一系列其他元件停运的连锁反应。它是一种发生概率较低但危害严重的事故。严重的连锁故障会导致整个电力网络的解列，引发大面积停电，给社会带来极大的经济损失。这种连锁故障很难用传统的、基于元件可靠性的原理进行合理的解释。根据可靠性基本原理，若忽略元件故障间的相互影响，多重故障的发生满足一种“串联”效应，其概率值很小。事实上，电力系统的灾难性事故接二连三地发生，理论和实际产生了很大差距。

总的来看，初始扰动的后续突发事件是引起连锁故障的最重要原因。因此,分析连锁故障机理的主要难点之一就是如何描述后续突发事件与初始扰动之间的关系。从已发生的各种大规模停电的发展过程中可以看到，大部分连锁故障中的后续事件都发生在初始扰动后由于系统拓扑改变引起的潮流波动较大的元件上，如类似“8.14美加大停电”中由于潮流转移导致的相邻线路过载或者类似“8.28伦敦大停电”中的保护误动。特别需要指出的是，即使是对类似伦敦事件中的由于继电保护隐性故障引发的大停电事故，隐性故障真正表现出来并导致系统中出现连锁故障的原因仍然是功率的较大波动。