稳控系统介绍

关于莫斯科大停电
• 事故概况
(1) 500kV恰吉诺变电站因设备故障跳闸内部分电气联系被削弱阶段： 当地时间5月23 日19:57开始，恰吉诺变电站内 2号变压器（500/110kV）110kV侧电流互感器发生 断裂故障，喷油并三相起火， 2号主变差动保护、 110kVⅠ2母差保护动作，切除 了2号变、500kVⅡ母（由于变压器高压侧无开关）和110kVⅠ2母。 (2) 多重故障造成了恰吉诺变电站母线全部失电阶段：当地时间5月24日20:57起，恰吉 诺变电站内连续发生了三次设备故障【110kVⅡ母分段开关的电流互感器中间相 损坏、断裂，油喷出并起火，母差保护动作切除110kVⅡ1、Ⅱ2母；0.06秒后，1 号主变的110kV空气断路器2短路，断开500kVⅠ母线及1号主变；220kVⅠ1母线上 出现两相不接地短路，后转变为两相接地短路，耐张绝缘子串的紧固钩环烧断， 掉下来的时候造成220kVⅠ母线分段油开关第二道桥上的短线断线，保护动作跳 开6号主变（500/220kV）。同时跳开一部分220kV出线及站内连接220/110kV母线 的3、4号主变。部分保护误动】，直接后果是除恰吉诺本站全部失电外，周围的 一些变电站也出现停电，同时，接在恰吉诺变电站上的热电站-22四台机组停机， 莫斯科地区500kV环网被解开，在随后恢复过程中，值班人员对站内压缩空气管 道上出现的故障估计不足，没有完全隔离故障，致使几次恢复送电失败，直接影 响了该站的恢复运行，为25日的大停电埋下了祸根。
近几年全球各地发生的重大停电事故
2003年
8月14日－美国的纽约、底特律和克利夫兰以及加拿大的多伦多、 渥太华等城市发生停电事故。大面积的停电使这些城市的地铁、 机场、电讯等设施和公共交通基本陷入瘫痪，造成重大经济损 失，仅纽约就损失约10.5亿美元。 8月28日－英国伦敦和英格兰东南部部分地区突发重大停电事故， 伦敦近三分之二地铁停运，大约25万人被困在地铁中。 9月23日－瑞典和丹麦发生大面积停电事故，大约200万用户受到 影响。当地铁路交通被迫停顿，不少人被困在电梯里。 9月28日－意大利发生大面积停电，意南部等停电长达12个小时以 上，严重影响了居民生活，直接经济损失达数亿欧元。 12月20日－美国加利福尼亚州的旧金山市发生大面积停电，造成 包括市中心、唐人街和北部海滨地区在内的约12万用户断电。
（4）调度过分依靠计算机系统，一旦计算机系统异 常，造成信息不全、不可靠，电网调度就无所作 为，陷于瘫痪状态。 （5）电网运行追求高经济效益，送电接近输送极限， 安全稳定裕度很小。一旦线路跳闸引起潮流转移 时，就往往造成线路严重过载，再加上述原因， 容易发生一系列连锁反应，事故扩大。 (6) 按北美电力可靠性委员会（NERC）标准，“事 故时互联电网不要解列，以获得相互支援”，致 使电网各参与者在本次事故中未采取任何主动解 列操作措施。对这项标准值得重新反思。 总之，这次大停电是由多种原因、多个因素形 成，值得多方面分析和吸取教训。
（3）大停电阶段：当地时间5月25日上午8：00开始，由 于恰吉诺变电站的退出运行，向该地区供电的其他 220/110kV线路出现重载与过载，莫斯科地区电网运行 电压长时间持续偏低，各级调度员虽经多次干预，但 均不能改变电网的运行工况。随着负荷的不断增加， 过载与低电压现象不断加剧，一些线路由于弧垂的增 加出现对树枝放电后跳开，引起了一连串的线路跳闸， 最后使莫斯科南部的110kV电压降到了85-90kV（77 ％～82％），导致电压崩溃，损失负荷3539.5MW。在 这一阶段首先是有关部门对当天的高负荷估计不足， 没有预计到当天的线路过载与低电压问题的严重性； 其次是在处理过程中一直未采用果断的限制负荷措施； 当出现严重过载及低电压时没有紧急切负荷的自动装 置，任其发展，
• “814”事故的最终调查报告已经公布，事故的直接 原因已比较清楚。但更深层次的原因仍值得分析， 从中接收教训： （1）电网整体结构不合理：美国电网建设受其制度 和历史发展限制，缺乏总体规划，高低压电磁环网 运行；区域电网间信息交换较少，调度员无法监视 跨区域电力系统系统全貌。 （2）继电保护存在缺陷：继电保护距离三段定值多 不能躲过线路短时过负荷，定值缺乏统一协调；保 护装置的振荡闭锁功能不完善，当线路出现严重过 载或系统发生振荡时会出现误跳闸，引发连锁反应。 （3）电网内安稳控制装置的配置不完善：如过负荷 控制、失步解列、低频低压解列、低压切负荷等配 置不足或根本就没有，不能及时有效制止电网事故 的扩大。
• 为了分析的方便，我们把电力系统运行状态分 为：正常状态，警戒状态，紧急状态，失步状 态，恢复状态。见下页图。
图 电力系统状态转换及三道防线
正常 （安全）
合理的电网结构及相应电力设施
③
恢复
Ⅰ
①
警戒
③ ②
Ⅰ
电网快速保护及预防控制装置 （第一道防线） 稳定控制装置/系统 （第二道防线）
Ⅲ
② ③
失步
电力系统承受大扰动能力的标准
《电力系统安全稳定导则》规定我国电力系统承受大扰动能 力的标准分为三级： ● 第一级标准：保持稳定运行和电网的正常供电[对于出现概率较
高的单一元件故障（单瞬、双回以上单永与三相、N-1、直流单 极故障），保护、开关、及重合闸正确动作，不采取稳定控制 措施 ]； ● 第二级标准：保持稳定运行，但允许损失部分负荷[出现概率较 低的严重故障，如双回线同时断开、直流双极闭锁、任一段母 线故障、单回线跳开，保护、开关及重合闸正确动作，必要时 允许采取切机和切负荷等稳定控制措施 ]; ● 第三级标准：当系统不能保持稳定运行时，必须防止系统崩溃， 并尽量减少负荷损失[出现概率很低的多重性严重事故：开关拒 动、保护与自动装置误动或拒动、失去大电厂、多重故障]。
（4）不少电网尚未按导则要求建立起三道防线的防御体系， 例如，只考虑N-1事故，缺少应对N-2、N-3时的措施； 高低压环网运行，高压电网解开时低压电网措施准备不足； 不少电网没有设置合适的解列点，甚至没有配备解列装置； 防止电压崩溃的基本措施——低电压切负荷装置没有配或 没有投或不知如何整定；低频、低压减载的容量没有随电 网负荷的增长相应增加。 （5）安全自动装置的管理体制不够健全，现场误操作引起 自动装置的误切机、切负荷事故多次发生;尚未形成全国 统一的安全稳定控制装置的技术条件、运行与检验标准， 稳控装置误动作的事件仍有发生。 （6）电网安全自动装置培训工作有待加强， 应该看到我国电网每年事故也不少，某些事故也曾与 大停电擦肩而过，上述问题如不切实注意解决，就难免不 会发生类似“814”大停电的灾难事故。
电力系统安全性及三道防线
可靠性－安全性－稳定性
电力系统可靠性： 是在所有可能的运行方 式、故障下，供给所有用电点符合质量 标准和所需数量的电力的能力。是保证 供电的综合特性（安全性和充裕性）。 可靠性是通过设备投入、合理结构及全 面质量管理保证的。
•电力系统安全性：是指电力系统在运行中承受故障扰动 的能力。通过两个特征表征（1）电力系统能承受住故障 扰动引起的暂态过程并过渡到一个可接受的运行工况， 不发生稳定破坏、系统崩溃或连锁反应；（2）在新的运 行工况下，各种运行（约束）条件得到满足，设备不过 负荷、母线电压、系统频率在允许范围内。 •电力系统充裕性：是指电力系统在静态条件下，并且系 统元件负载不超出定额、电压与频率在允许范围内，考 虑元件计划和非计划停运情况下，供给用户要求的总的 电力和电量的能力。 •电力系统稳定性：是电力系统受到事故扰动（例如功率 或阻抗变化）后保持稳定运行的能力。包括静态稳定、 暂态（功角）稳定性、动态稳定、电压稳定性、频率稳 定性。
2004年 7 月12 日，希腊首都雅典和南部部分地区发生大面积停电事故， 造成交通和公共服务设施大面积瘫痪。 8 月 13 日，格鲁吉亚境内一处高压电线网络断裂，导致首都第比 利斯大面积停电，造成供水中断，数千名乘客被困在地铁列车内。 11月18日，西班牙一变电站发生火灾，导致首都马德里市中心以 及南部地区大面积停电，25万市民生活受到影响，马德里部分地铁停 驶，公共交通也一度陷于混乱。 2005年 1 月8 日和9日，瑞典西南部遭遇飓风袭击，导致当地40 多万户家 庭或机构停电，直接损失达数十亿瑞典克朗。 5 月25 日，俄罗斯首都莫斯科南部、西南和东南城区及郊区上午 11时发生大面积停电，给莫斯科市造成至少10亿美元直接经济损失。 8 月18 日，印尼全国“大停电”。首都雅加达附近至少有三座主 要发电厂同时出现故障，近亿人受到影响，雅加达的交通一片混乱， 机场和火车服务也受影响，据报道，大部分地区是在断电十多小时后 恢复正常，但雅加达一些地区直到19日晚才恢复正常电力供应。媒体 报道称，大停电造成印尼多个行业遭受重大经济损失，其中雅加达纺 织业公会预计该行业的损失超过了550亿印尼盾。 9月12日，美国洛杉矶发生大面积停电事故。
关于莫斯科大停电
我国电力系统的发展 及安全稳定方面存在的问题
近年来，我国电力系统迅猛发展，到2004年底止我国 发电装机容量已达4.4亿千瓦，新投产机组5050万千 瓦，发电量2.19亿千瓦时，居世界第二。从2000年到 2004年发电量年均递增12.4%。 正在实施“西电东送、南北互济、全国联网”的战略 方针，实现更大范围的资源优化配置。由于电力部门 贯彻《电力系统安全稳定导则》、配置了多种安全自 动装置，使我国自1997年至今没有发生大范围的停电 事故。但由于电网的建设滞后于电源的建设，输电能 力不足的问题日益突出，加剧了电网与电源发展不协 调的矛盾，对照“814”等国外大停电事故，应该看到 我国电网还比较薄弱，也存在国外电网类似问题，甚 至更加严峻：
（1）我国大区电网之间采用弱联网，跨省、跨区同步互联电网联系 薄弱，某些电网存在结构上的不合理，造成了许多输电“瓶颈”； 目前国网系统有500kV线路334条，有1/4线路输电容量受限， 电网的枢纽点及负荷中心电压支撑不足；一些电网的500kV与 220kV高低压电磁环网仍在运行；电网负荷越来越重，大城市空 调负荷比重已占高峰负荷30%～40%，高峰备用严重不足（尤其 无功更不足）。 （2）某些电网的规划设计中过于依赖二次系统，一些工程把稳控 装置作为正常方式送电的基本措施。 （3）近年来高压微机保护装置动作可靠性有了显著提高，但还存 在一些问题，例如，保护级差时间过长、保护的距离三段定值的 配合问题（有的躲不过严重过载）、某些进口保护振荡闭锁不完 善等。
为满足三级标准的要求，首先应规划、建设一个结构合理的电网， 这是电力系统运行的基础，同时我国多年来已经形成了“三道防线” 的概念，电网的建设应按三道防线进行规划和配置，电网安全运行应 按三道防线调度管理。
什么是三道防线？
根据安全稳定导则规定的三级标准，针对电网可 能遇到的事故，设置三道防线 ： 第一道防线：性能良好的继电保护快,正确快速切 除故障元件，,确保电网发生常见的单一故障时 稳定运行和正常供电； 第二道防线：采用稳定控制装置及切机、切负荷 等稳定控制措施，确保电网在发生概率较低的 严重故障时能继续保持稳定运行； 第三道防线：设置失步解列、频率及电压紧急控 制装置，当电网遇到多重严重事故而稳定破坏 时，依靠这些装置防止事故扩大、防止出现大 面积停电。
Ⅱ
②
紧急 Ⅱ
③
电网失步解列、电压及频率 紧急控制（第三道防线）
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崩溃 系统完整性破坏
保持系统完整性
稳 定 严 重 程 度 重
第一道防线 快速保护
第二道防线 稳定控制 切机、切负荷
第三道防线 ? ? ? ? ? 失步解列 低频切负荷 低压切负荷 过频切机
轻 故障时间
系统事故过程中三道防线示意图
为保证电力系统的安全稳定运行，首 先应建立合理的电网结构、具有预防性控 制的调度手段，配备性能完善的继电保护 系统、并根据电网具体情况设置安全稳定 控制装置和相应的失步解列、频率与电压 紧急控制装置，组成一个完备的电网安全 防御体系，保持电网运行中必要的安全稳 定裕度，抵御各种扰动事故，确保电网的 安全稳定运行。