蒙定中原電力部生產司教授級高工、國際大電網委員會CIGRE和美IEEE會員

2015年6月30日

前言

大面積停電風險性評價應以國內外曾發生的停電事故為依據，特別是有史以來全世界曾發生的25次重大停電（每次負荷損失>800萬千瓦），中國除臺灣一次外從不發生重大停電，對此應作風險性評價。

為什么會發生重大停電？在多大和什么樣的電源和電網結構發生？重大停電事故是什么原因引起？為什么單一的線路故障/跳閘會引起連鎖反應的多回線路跳閘？為什么連鎖跳閘會造成全系統失穩振蕩？為什么失穩振蕩會造成重大停電？中國電力裝機容量近年已達世界首位，為什么從不發生重大停電？即使發生的非重大停電，也是什么風險造成？

一.有史以來世界重大停電

2012年7月30日和31日印度北部共發生兩次重大停電，使世界重大停電

由23次增加到25次。除1次為日本核電事故，4次為電壓/頻率崩潰，20次為系

統穩定破壞。

穩定破壞通常經歷兩個階段。第一階段是在龐大、不可控的自由聯網結構上一旦單一線路跳閘，即自然造成負荷轉移，使不合理設計和整定的線路距離保護不斷的‘連鎖跳閘’，直到重負荷轉移到弱聯系的高阻抗回路上，就失穩振蕩。第二階段是受失穩振蕩波及的線路和發電機也由不合理設計和整定的線路距離保護和發電機失穩保護‘連鎖跳閘’，使系統瓦解，最終大停電。

有3次因電壓崩潰時保護不合理跳閘造成。歐洲1次頻率崩潰見表1。

世界上對系統失穩的處理有兩個不同的準則：第一個是北美電力可靠性委員會的1997年《NERC規劃準則(NERCPLANNINGSTANDARDS)》規定“當系統發生穩定的搖擺時，發電和輸電的繼電保護應避免跳閘”；實際上就要在失穩時將發電機和線路都‘連鎖跳閘’；結果就是瓦解而大停電。

第二個準則是中國1981年頒發的《電力系統安全穩定導則》，對發電廠和交直流電網結構規定為《分區-采取直流將交流電網分若干大區》，《分層-高壓和低壓交流電網采取幅射性聯接》；《分散-單一發電點直連負荷中心》和為‘保結構完整’的繼電保護技術上《避免線路過負荷連鎖跳閘》以防止暫態失穩；同時即使失穩時，《避免線路和發電機因失穩連鎖跳閘》，系統都會在短時內自動恢復同步運行，從而避免大停電。所以中國（除臺灣一次外）完全防止了重大停電。中國的系統結構和繼電保護設計是根據周密研究國內外大停電的實踐經歷，結論是“連鎖反應大停電的原因-不受控制的電力系統結構和繼電保護”。

美國電科院和直流聯網（DCInterconnect）公司在2008年1-2月IEEEPower&Energy期刊發表報告，為防止美歐多次重大停電，建議在電網結構上將美國東部網(EI–7.55億千瓦)應用直流隔離分為四個交流區，同時也適用于美國西部網(WI-2億千瓦)和西歐(5.3億千瓦)電網，這可以說是美歐在電網結構上解決重大停電的起步策略。2007年國際大電網CIGRE在日本大阪召開會議時，美國電科院Dr.RamAdaba聽到蒙工對我國系統發展策略報告后，主動問及我國電網結構經驗并得到有關資料，可能對它們有關的分區結構建議有所幫助。他們報告提出美國再分區的建議至今末能執行，但值得注意的近年具備世界上最寵大交流電網的歐洲卻接受了改造電力系統結構經驗，采用直流分區；目前已應用42套直流作隔離設施，將歐洲分很多“分區”，以提高電力系統的可靠性和防止系統大停電。這說明中國電網結構的安全經驗已得到世界的重視。

日本面積小，37.8萬平方公里，近3億千瓦負荷，用直流或單(個別雙)回交流500kV聯網分為9大區，結構安全，就不會發生失穩大停電；1987年東京重大停電是無功不足，電壓崩潰造成。世界重大停電中祗有一次是電源結構安全問題，就是2011年3月11日日本福島第一核電站早期核堆安全水平低，被地震/海嘯摧毀。

二.國內電網重大典型事故

1970至1980年我國共發生210次失穩事故，1981年頒發《電力系統安全穩定導則》后，隨著逐步實行分層、分區、分散外接電源時，事故開始減少，1981至1990年發生62次，1991年以后更大幅度減少，下面列出損失最嚴重的電網重大典型事故，就是2006年7月1日華中電網失穩事故-負荷損失379.4萬千瓦（遠小於每次損失超過800萬千瓦的25次世界重大停電）。

事故始發是20:48河南省嵩山至鄭州500kV雙回線進口的保護誤動跳閘，分解成南北兩個500kV網，因其500和220kV電磁環網，跳閘后178.4萬千瓦負荷轉移到南北相聯的6回220kV線路，其中3回過負荷跳閘后即失穩振蕩。

由於華中和華北兩大分區以單回交流線聯網，振蕩不旦波及華北電網，而且從錄波證明20:48時此聯網線北送50萬千瓦，20:59：44開始振蕩時此聯網線南送117萬千瓦，可見它是促進華中失穩，而且延長振蕩恢復同步的時間。

華中電網由於違反《電力系統安全穩定導則》而存在不安全的500/220kV電磁環網結構，造成全網失穩振蕩。此次振蕩不能波及西北、華南和華東是因按《穩定導則》分區原則實現了直流聯網，短時波及了華北，但由其單回聯絡線解列而終止。這次事故末造成全網大停電，因為《穩定導則》的第三道防線–失穩的線路和發電機都不跳閘，從而失穩后6分5秒恢復同步正常運行。但發電廠未貫徹好《穩定導則》，仍有16臺機組跳閘、共26臺機組停運，結果頻率降到49.1Hz，

負荷損失379.4萬千瓦（相當原負荷的

6.3%）。

由圖1可見，由於河南違反《穩定導

則》保持500/220kV電磁環網。所以在

500kV嵩鄭雙回線跳閘后，華中500kV電

網被分割成南北兩部分，而中間由復雜結

構中6回220kV線路相連。原嵩鄭雙回的

178萬千瓦潮流全部轉移到220kV線上，

首先引起一回過負荷跳閘，繼而負荷轉移，

相繼引起第二和第三回220kV過負荷跳閘

，結果是重負荷疊加在聯系阻抗增大的回

路上，從第一回線過負荷跳閘到發展為華

中500/220/500kV串聯弱電網失穩振蕩經

歷了5分44秒，造成失穩振蕩。圖1華中電網事故發展過程

三.對國內外電網大面積停電風險性評價

輸電線路偶而發生故障/跳閘是正常現象，關鍵是電網結構是否合理，將帶

來不同的風險，如美國交流區龐大又自由聯網，難以分散外接電源，又不分層，一旦故障即連鎖反應波及交流全網；且因距離保護設計/應用不當，因故障造成負荷轉移到相鄰線路時將不斷連鎖反應跳閘，直至失穩振蕩；涉及振蕩的線路距離保護和發電機保護又錯誤的不斷連鎖跳閘，直至全網瓦解大停電。又如巴西不分區，交流區域比美國還大，東西/南北距離長達3200公里，以復雜電壓級230/345/440/500/750kV自由聯網，更易故障連鎖反應，不僅會失穩瓦解，又會電壓崩潰使直流輸電全停。

按我國《穩定導則》規定，即使同塔線路故障跳閘，因《分散外接電源》規定

其輸送容量不超過10%，系統頻率短時降低也不損失負荷；又因線路是分散幅射性連接，原有負荷也不會轉移。但如該線路違反《分層》規定和下一級電壓線路并聯電磁環網運行，則其負荷轉移至聯系阻抗突增的系統，就像上述華中電網事故必然造成失穩振蕩；但嚴格執行《分層》規定就防止系統失穩了。即使系統發生失穩振蕩，也像上述華中電網事故那樣，失穩振蕩不會波及由直流隔離的鄰區，但區間如采用單回交流線聯接分區，不旦促進系統失穩，且延長恢復同步時間。

從國內外電網大面積停電風險性評價，國網公司采用世界經歷失敗的交流特高壓又違反《穩定導則》<分區>規定將多個歷經30多年證實安全的<分區>合成世界最大的<危險交流特高壓大區>，而且為了能送電(每回300萬千瓦，祗相當500kV線路的兩倍)，又不得不違反《穩定導則》<分層>規定，建立幾十個1000/500kV電磁環網，上述我國最嚴重的華中電網失穩事故就因500/220kV電磁環網造成。可以證實國網公司既違反現行《穩定導則》，又完全破壞我國歷經30多年的<分層><分區>安全基礎，極其浪費而步入世界交流區域龐大又自由聯網的大面積停電風險。

南網公司就是從實現同步電網合理規模來解決大面積停電風險，規劃主網分2～3區，如實現分3大區后，西電東送廣東的500kV交流線路有的改為直流輸電，其他都等於由長距離改變為中、短距離，也解決交直流并列運行的不安全問題；廣東也應用直流隔離分東、西兩個小區，既能從長遠解決短路電流超標，又特別是保持愈來愈多的直流輸電饋入廣東運行安全，滿足長遠發展需要。