張?jiān)獎(jiǎng)?陽(yáng) 晟 楊有慧 寧陽(yáng)天 羅翠云

（廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心）

0 引言

電力事業(yè)發(fā)展中，大電網(wǎng)連鎖故障較為普遍，是導(dǎo)致電力事故的主要原因。而這一問(wèn)題的出現(xiàn)，通常是由于系統(tǒng)內(nèi)部某個(gè)元件故障，加之缺乏及時(shí)有效的處理，導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的系列故障，而這種連鎖型故障問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致大面積停電，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活帶來(lái)嚴(yán)重的影響。尤其是大電網(wǎng)的連鎖故障，較之中小型電網(wǎng)而言，運(yùn)行期間受到的擾動(dòng)和風(fēng)險(xiǎn)更多，任何一個(gè)元件出現(xiàn)故障問(wèn)題，都將可能導(dǎo)致其他元件的運(yùn)行停止，致使故障快速蔓延。連鎖故障盡管發(fā)生的概率較小，但所產(chǎn)生的后果卻十分嚴(yán)重，如何有效規(guī)避大電網(wǎng)連鎖故障出現(xiàn)，對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)生活穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義。

1 大電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)和連鎖故障特點(diǎn)

1.1 大電網(wǎng)運(yùn)行

大電網(wǎng)是相較于中、小型電網(wǎng)而言，優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： （1）供電可靠性。負(fù)載投、切，即便是某一機(jī)組失去也不會(huì)對(duì)用戶的正常供電產(chǎn)生過(guò)大的影響；（2）提升電能質(zhì)量，系統(tǒng)容量較大，無(wú)論是電壓波動(dòng)還是頻率波動(dòng)均在可靠范圍內(nèi)；（3）提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，借助高效率大機(jī)組，可以有效降低系統(tǒng)總裝機(jī)備用容量，設(shè)備利用效率大大提升；（4）系統(tǒng)運(yùn)行靈活安全，有多種運(yùn)行方式可供選擇［1］。

1.2 連鎖故障

連鎖故障是一種嚴(yán)重的停電事故，將導(dǎo)致大面積停電，影響到供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如，英國(guó)倫敦大停電、丹麥停電以及加拿大安大略省電力系統(tǒng)癱瘓等等，均是由于連鎖故障導(dǎo)致的。連鎖故障最初是一個(gè)元件故障，由于電網(wǎng)互聯(lián)特性，如果故障未能得到有效解決，將會(huì)快速蔓延，出現(xiàn)連鎖故障，進(jìn)而出現(xiàn)大面積電網(wǎng)停電事故，帶來(lái)的損失不可估量。

對(duì)大電網(wǎng)連鎖故障原理歸納總結(jié)，即每個(gè)元件正常運(yùn)行期間帶有不同的負(fù)荷，如果某個(gè)元件超出自身承載負(fù)荷將會(huì)導(dǎo)致電流環(huán)境不平衡，逐漸轉(zhuǎn)移到其他元件，使其他元件的負(fù)荷增長(zhǎng)，如果接收轉(zhuǎn)移元件無(wú)法承受這些負(fù)荷，負(fù)荷將會(huì)重新分配，在這個(gè)過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的連鎖超負(fù)荷故障，導(dǎo)致大面積停電事故的發(fā)生。

2 電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)下，電網(wǎng)負(fù)荷逐漸增加，負(fù)荷結(jié)構(gòu)逐漸從以往的照明供電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)為主的負(fù)荷群供電，大容量電廠建設(shè)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，成為電力行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。大容量集中式發(fā)電廠與負(fù)荷中心的距離比較遠(yuǎn)，可以通過(guò)輸電線路遠(yuǎn)距離將電力輸送給用戶［2］。但是，此種遠(yuǎn)距離電力傳輸將會(huì)導(dǎo)致電力距離增加，需要提升輸電線路電壓等級(jí)來(lái)避免電能損失。當(dāng)前電力系統(tǒng)中，大量新技術(shù)和新工藝應(yīng)用其中，促使電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性提出了更高的要求。通過(guò)電網(wǎng)互聯(lián)，可以將不同地區(qū)電網(wǎng)連接在一起，實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)負(fù)荷均衡分配和電力資源優(yōu)化配置。當(dāng)前電力負(fù)荷主要為集中單一大電網(wǎng)供電，大電網(wǎng)的運(yùn)行負(fù)荷超過(guò)90%。伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)下，電力用戶對(duì)于供電質(zhì)量安全提出了新的要求，大電網(wǎng)自身的弊端局限性較大，無(wú)法滿足電網(wǎng)發(fā)展需要［3］。

（1）大型互聯(lián)電力系統(tǒng)中，某一元件出現(xiàn)故障，將會(huì)快速蔓延，對(duì)電網(wǎng)整體運(yùn)行安全帶來(lái)影響較大，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的連鎖故障。

（2）集中式電網(wǎng)，無(wú)法伴隨電力負(fù)荷波動(dòng)而變化。如果僅僅是短暫的峰荷建設(shè)發(fā)電廠，需要花費(fèi)的成本較高，獲得的經(jīng)濟(jì)效益與實(shí)際需要相背離。負(fù)荷峰谷不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)負(fù)荷率不斷下降，在一定程度上影響到發(fā)輸電設(shè)施利用效率。

（3）隨著電壓等級(jí)和距離增加，遠(yuǎn)距離輸電所帶來(lái)的線損不斷增加，由于直流輸電方式缺少穩(wěn)定極限，是線路輸送容量提升的有效途徑，可以降低電網(wǎng)間互聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題，將故障控制在合理范圍內(nèi)，可以有效提升電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性［4］。但此項(xiàng)技術(shù)正處于初級(jí)發(fā)展階段，其中還有很多不足，柔性交流輸電系統(tǒng)受到人們廣泛關(guān)注和重視。分頻輸電系統(tǒng)作為一種新式輸電方式，發(fā)電、輸電和用電環(huán)節(jié)頻率不同，在實(shí)際研究中可以了解到，遠(yuǎn)距離輸電降低頻率，可以有效提升線路輸電能力。

3 大電網(wǎng)連鎖故障風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 極端天氣加劇多重故障風(fēng)險(xiǎn)

在對(duì)大電網(wǎng)連鎖故障處理中，發(fā)現(xiàn)故障具有自組織臨界性特點(diǎn)，通過(guò)大氣系統(tǒng)降水現(xiàn)象了解到，極端惡劣天氣將會(huì)帶給電網(wǎng)不同程度上的損失，加劇電網(wǎng)故障出現(xiàn)幾率。這就需要做好惡劣天氣的測(cè)量工作，尋求合理措施來(lái)規(guī)避電網(wǎng)運(yùn)行故障［5］。

3.2 電網(wǎng)故障保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)

在大量實(shí)踐中可以了解到，繼電保護(hù)是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在，而大電網(wǎng)連鎖故障發(fā)生時(shí)，線路跳閘，線路電流負(fù)荷變化顯著。如果一處出現(xiàn)電氣量保護(hù)誤動(dòng)跳閘，將會(huì)加劇電網(wǎng)故障問(wèn)題。保護(hù)死區(qū)故障，通過(guò)研究可以了解到部分故障是可以保護(hù)的，但是現(xiàn)有很多地區(qū)的電網(wǎng)繼電保護(hù)作用無(wú)法發(fā)揮，埋下了一系列故障隱患［6］。

3.3 電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)

大電網(wǎng)運(yùn)行期間，聯(lián)絡(luò)線控制風(fēng)險(xiǎn)和安全自動(dòng)裝置風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于電網(wǎng)設(shè)備。通過(guò)對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)分析了解到，風(fēng)險(xiǎn)貫穿于電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行全過(guò)程。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)布局是否合理，將直接影響大電網(wǎng)運(yùn)行安全，反之可能導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，出現(xiàn)嚴(yán)重的大電網(wǎng)連鎖故障［7］。

3.4 電網(wǎng)運(yùn)行方式風(fēng)險(xiǎn)

大電網(wǎng)運(yùn)行期間，如果運(yùn)行方式不合理，檢修工作落實(shí)不到位，將會(huì)帶來(lái)一定的故障風(fēng)險(xiǎn)，即電網(wǎng)運(yùn)行方式風(fēng)險(xiǎn)。就此類風(fēng)險(xiǎn)來(lái)看，主要表現(xiàn)為以下兩方面：一方面，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，電網(wǎng)運(yùn)行方式不夠靈活，制約后續(xù)的電網(wǎng)檢修工作有序開(kāi)展；另一方面，檢修計(jì)劃編制不合理，檢修狀態(tài)下的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)較為脆弱，很容易受到外界因素影響出現(xiàn)電網(wǎng)連鎖故障［8］。

3.5 小概率事件風(fēng)險(xiǎn)

通常情況下，這種小概率事件發(fā)生幾率較小，小到可以忽略不計(jì)。但是，大電網(wǎng)運(yùn)行期間，小概率事件帶來(lái)的不良影響較大。所以，應(yīng)該加強(qiáng)小概率事件的認(rèn)知和重視，推動(dòng)大電網(wǎng)建設(shè)期間，綜合剖析和考量其中潛在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，冰雪災(zāi)害、日全食現(xiàn)象和人為因素等均會(huì)對(duì)大電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來(lái)不良影響。故此，需要在此基礎(chǔ)上編制合理的應(yīng)急預(yù)案，盡可能降低大電網(wǎng)連鎖故障幾率。

4 大電網(wǎng)連鎖故障的解決對(duì)策

4.1 推行廣域測(cè)量系統(tǒng)

從實(shí)踐工作中了解到，大電網(wǎng)內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)之間的相互關(guān)聯(lián)將會(huì)導(dǎo)致連鎖故障出現(xiàn)。但是，當(dāng)前的測(cè)量系統(tǒng)主要表現(xiàn)為局部性狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享，為大電網(wǎng)運(yùn)行提供可靠的數(shù)據(jù)支持，從而影響大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以，可以建立廣域測(cè)量系統(tǒng)，用于全網(wǎng)動(dòng)態(tài)過(guò)程記錄、電壓穩(wěn)定監(jiān)視以及電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析等多方面，聯(lián)合WAMS技術(shù)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行整體規(guī)劃，把握技術(shù)要點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)角度進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，以便推動(dòng)技術(shù)改進(jìn)和完善［9］。

4.2 持續(xù)深化大電網(wǎng)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控技術(shù)創(chuàng)新

大電網(wǎng)運(yùn)行期間，可通過(guò)廣域系統(tǒng)來(lái)獲取運(yùn)行信息，對(duì)數(shù)據(jù)信息深度剖析，挖掘潛在價(jià)值，開(kāi)發(fā)可靠的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理，確定風(fēng)險(xiǎn)易發(fā)環(huán)節(jié)，尋求合理措施來(lái)規(guī)避出現(xiàn)大電網(wǎng)連鎖故障。大電網(wǎng)運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件眾多，結(jié)合實(shí)際情況選擇最佳的評(píng)估軟件，以便保證評(píng)估結(jié)果精準(zhǔn)度。結(jié)合相應(yīng)規(guī)則來(lái)確定電網(wǎng)中的風(fēng)險(xiǎn)，但是此種方法會(huì)受到采樣周期限制，影響到評(píng)估結(jié)果精準(zhǔn)度。大電網(wǎng)連鎖故障發(fā)生前期階段難以察覺(jué)，在關(guān)鍵階段發(fā)生質(zhì)的變化，而現(xiàn)有技術(shù)局限性較大，導(dǎo)致其中的風(fēng)險(xiǎn)隱患無(wú)法有效解決。所以，需要借助實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控技術(shù)創(chuàng)新，保證評(píng)估結(jié)果預(yù)見(jiàn)性，實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

4.3 推進(jìn)調(diào)控一體化體系建設(shè)

推動(dòng)大電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展，借助前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、操作智能化。近些年來(lái)電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行專業(yè)融合度不斷增加，開(kāi)始出現(xiàn)了無(wú)人值守機(jī)站，并選擇集中監(jiān)控、分散操作的監(jiān)控模式。這種方式降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，一旦出現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，大電網(wǎng)連鎖故障發(fā)生率較小，但是其中仍然不可避免地伴隨一系列風(fēng)險(xiǎn)隱患，破壞力較強(qiáng)，嚴(yán)重影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以，應(yīng)該深層次剖析其中潛在的隱患，引進(jìn)前沿技術(shù)和手段，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便降低大電網(wǎng)連鎖故障發(fā)生幾率。