摘要：电力系统灾变的特点、灾变原因及灾变防治策略。

关键词：电力系统 灾变特点 灾变原因 防治策略

一．电力系统灾变概况

电力是国家的支柱能源和经济命脉。目前我国电网装机容量2.5亿千瓦，居世界第二位。随着三峡等大型电厂建成，必将出现超大规模的联合电力系统。我国计划在2010～2020年间建成安全可靠、满足电能传输和市场化运作的全国范围联合大电网。如何保证其安全、稳定和经济运行，是一个及其重大和迫切的研究课题。

而自60年代以来，在世界范围内已发生了多起灾变性的重大电力系统事故，造成了巨大的经济损失和社会影响。如美国1965.11的东北停电事故，停电2100千瓦，停电面积达20万平方公里；1977.7美国东北停电25h；1978.12法国停电75％，时间7h；1982.12加拿大魁北克州全停；1983.12瑞典停电67％，时间6～7h；1987.8东京大停电，时间6h；1996.9马来西亚全国大停电；1996.8美国西部大停电，损失3200万千瓦负荷，停电时间7h。这些事故的起因均为某一局部故障，但由于控制措施采取不当或不及时、电网结构的不合理、继电保护装置的误动或拒动，或者是上述多种因素的综合作用,最终导致了系统的连锁性故障以致于大面积停电，即所谓灾变的发生。大区电网的互联和电力市场机制的引进在给人们带来巨大利益的同时，也带来了潜在的威胁，电网的运行增加了更多的不可预知性，电网运行在稳定极限边缘的可能性也大为增加。这些事实告诉我们，只按现有的可靠性准则来保证电力系统的安全是不够的。应建立电力系统的第三道安全稳定防线，即必须对系统中可能出现的最坏情况做好准备。尽早开展电力系统灾变防治系统的研究，避免灾难的重演已成为目前电力系统研究的当务之急。

二．电力系统灾变的特点

现实的电力系统同复杂的甚至是不可预测的环境相联系，它随时都可能受到来自自然或人为因素的干扰，要完全防止事故的发生是不可能的。电力系统灾变是指电力系统主要由连锁性事故导致的电力系统稳定破坏而发生的大面积停电。电力系统事故可分为两大类：一是可逆性事故，即电力系统受干扰后，能从一种正常工作状态走向另一种或回到原来的工作状态。二是不可逆事故。即电力系统受干扰后，电力系统功角稳定破坏，或电压稳定破坏即电压崩溃，或频率稳定破坏即频率崩溃，或三者中的任意二者或全部破坏，电力系统瓦解，大量损失负荷。

下面例举了电力系统的一类灾变的发生发展过程。

图1为一个三机四母线的电力系统。

图1 说明灾变过程的4节点系统

1．假设

l 事故前潮流如图1所示，且节点2、节点3联络开关通过功率很大；线路1～2，1～4接近稳定限制功率运行。

l 线路配置较完整的继电保护和重合闸，且线路1～2，1～4跳闸可联切电源1号机组和分别联切节点2、4部分负荷，但事故当时联切装置停运检修中。

l 变压器配有常规保护；发电厂配有常规保护和自动控制装置。

l 电源节点2与系统联络开关有振荡解列、低电压解列联系；节点3与系统联络开关有振荡解列、低频率解列联系。

2．灾变发生和发展过程

（1）线路1～4永久故障，两侧保护正确动作掉闸。1号电源因离故障点近，冲击较大。

（2）线路1～4负荷转移至线路1～2，1～3，线路4～3潮流反向。

（3）电源1，3间功角稳定破坏，系统振荡，1号电源侧频率大幅上升，3号电源侧频率大幅下降；电源1，3之间联络阻抗二分之一处（电源2附近）为振荡中心，电压稳定破坏。

（4）1号电源部分发电机过速解列停机。2号电源与系统联络开关振荡解列、低电压解列供电地区，但因事故前该地区受进功率很大，事故时电压很低，低频切负荷装置启动功率不足，大都未动，故解列以后，频率陡降，最终该地区所有发电厂被迫解列，部分停机，局部系统瓦解。3号电源与系统联络开关振荡解列、低频解列动作供电地区，但因事故前所在局部系统功率外送较大，加之在系统振荡过程中部分低频减载动作，解列后功率过剩，频率上升，部分发电机组被迫减出力或解列停机。负荷节点4，因在振荡过程中频率很低，低频减载动作，大部分负荷损失。

灾变最终结局是：2、3号电源解列，系统损失大量负荷，全网和局部系统2均瓦解，局部系统3解列后也几近瓦解。

由上述简单系统灾变的示例以及结合多次实际电力系统灾变事故经验，可将电力系统灾变的主要特点总结如下：

1.具有极强的综合性。电力系统灾变几乎涉及到电力系统中的所有重要问题，几乎每一起电力系统灾变事故均与系统失去稳定有关，灾变是系统失去稳定并导致大面积停电的结果。因此在研究中必然会遇到电力系统原有的众多难题，如系统的动态等值与简化、稳定判据的选择、负荷的动态模型难以获得、控制方法的适应性以及系统的强非线性和时变性等问题。

2.连锁性故障是导致电力系统灾变发生的主要原因,它表现为一系列线路和电源的连锁反应跳闸,并最终发展为系统的解列、频率或电压崩溃。连锁性故障往往由极其罕见的严重事故造成,具有偶然性和不可预测性。典型的严重事故包括同一走廊的输电线路全部同时断开、枢纽变电所全停或占系统容量较大的一个发电厂全停等。目前人们对连锁性故障发生的机理只有一些定性的认识,对连锁性故障发生机理的系统性研究仍不多见。

3.连锁性故障发生时的控制方式及策略与常规情形不同，要求在灾变研究中应考虑罕见严重故障发生时的控制方式和策略，这与以往的基于个别故障发生后采用的控制方式和策略明显不同，目前这方面的研究还很少见诸于文献。

三．电力系统灾变原因

仔细考察过去发生的多起重大电力系统灾变事故，可知导致事故扩大的原因大体可分为以下几种：

a)输电线路过负荷或故障跳闸,引起大量负荷转移,最终造成一系列线路和电源的连锁反应跳闸。1961年英国东北部、1965年美国东北部和1967年美国东部的大停电等事故均是由上述原因引起。

b)负荷增长过快,系统无功不足而导致电压崩溃。1978年法国和1987年日本大停电事故便是由这一原因造成的。

c)系统元件的保护或自动装置拒动或误动。

d)线路多重多次故障,导致一系列跳闸,最终发展成稳定破坏事故。

e)大机组跳闸,引起连锁反应,最终发展成稳定破坏事故。

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