北美814大停電事故的中期調(diào)查報(bào)告

北美814大停電事故的中期調(diào)查報(bào)告

美國(guó)和加拿大的聯(lián)合調(diào)查小組于2003年11月19日宣布。8月14日，這是發(fā)生“八月中斷”事件的中期調(diào)查報(bào)告。報(bào)告提出了導(dǎo)致停電事故的一些事實(shí),分析了大停電事故的發(fā)生和發(fā)展過程。盡管報(bào)告一再聲明并不試圖得出明確的結(jié)論或提出建議,但對(duì)北美歷次重大停電事故作了比較分析,并提出了相應(yīng)改進(jìn)建議。對(duì)處于高速發(fā)展中的華東電網(wǎng),認(rèn)真吸取國(guó)外電網(wǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn),是我們的后發(fā)優(yōu)勢(shì),可以避免發(fā)展中的摸索成本,有利于建設(shè)一個(gè)安全可靠的電力系統(tǒng),從而更好地服務(wù)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)。1西部沿海大停機(jī)事故除2003年“8·14大停電”外,1965年以來北美電力系統(tǒng)主要的重大停電事故有:(1)1965年11月9日美國(guó)東北部大停電事故;(2)1977年7月13日紐約大停電事故;(3)1982年12月22日西部沿海大停電事故;(4)1996年7月2~3日西部沿海大停電事故;(5)1996年8月10日西部沿海大停電事故;(6)1998年6月25日安大略湖地區(qū)和美國(guó)中北部地區(qū)大停電事故;(7)1999年夏天美國(guó)東北部停電及電網(wǎng)擾動(dòng)事件。上述事故和8·14事故的相同或相似因素主要有:(1)線路對(duì)樹枝閃絡(luò);(2)錯(cuò)估了發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)無功出力;(3)運(yùn)行人員無法了解全網(wǎng)信息;(4)無法確定系統(tǒng)是否安全運(yùn)行;(5)缺乏系統(tǒng)保護(hù)裝置的協(xié)調(diào);(6)低效率的通信和溝通;(7)缺乏“安全網(wǎng)絡(luò)”(safetynets);(8)運(yùn)行人員的培訓(xùn)不充分。2比較分析和改進(jìn)建議以及中國(guó)電網(wǎng)的問題2.1預(yù)防重新犯罪線路對(duì)樹枝閃絡(luò)在一些事故中是初始觸發(fā)因素,而在更多事故中則對(duì)事故的嚴(yán)重程度起著不可忽視的作用,在高溫和無風(fēng)天氣下,這種情況更有可能出現(xiàn)。在某些事故中,發(fā)生了多回線對(duì)樹閃絡(luò),這會(huì)削弱系統(tǒng)的聯(lián)系,使某些關(guān)鍵通道上的線路的弧垂進(jìn)一步增大,從而對(duì)系統(tǒng)造成新一輪的威脅。事故時(shí),由于大量空調(diào)和馬達(dá)負(fù)荷等的存在,以及線路跳閘后的電壓下降,無功需求會(huì)大量增加,與高溫天氣一起,加重了系統(tǒng)的無功負(fù)擔(dān),從而可能產(chǎn)生電壓穩(wěn)定問題。對(duì)此,應(yīng)特別注意:(1)線路走廊上的植被生長(zhǎng)情況,尤其在溫暖潮濕的春夏季;(2)必須慎用簡(jiǎn)化操作步驟和減少線路巡邏清理次數(shù)的方法來降低檢修費(fèi)用。比起事故檢修,線路巡視和清理更具有預(yù)防作用。華東電網(wǎng)對(duì)線路走廊的管理、清障、巡視、檢修一直都較為重視,也未曾發(fā)生過影響電網(wǎng)安全運(yùn)行的對(duì)樹閃絡(luò)事故。但一個(gè)不容忽視的現(xiàn)實(shí)是:林業(yè)法和電業(yè)法的沖突將會(huì)給線路走廊管理工作帶來越來越大的困難,這應(yīng)該引起我們足夠的重視,并通過更高層面的立法工作來保證正常的線路清障工作。2.2無功支撐和無功管理無功出力在保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和增大系統(tǒng)傳輸容量方面起著重要的作用,無功不足在許多事故中是一個(gè)影響因素。并聯(lián)電容器和發(fā)電機(jī)是最重要的無功電源。運(yùn)行人員基于不同的運(yùn)行方式進(jìn)行電網(wǎng)故障分析,根據(jù)分析結(jié)果確定傳輸限額。并聯(lián)電容器是靜態(tài)設(shè)備,很容易建模,而在負(fù)荷較重時(shí)建立發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)無功輸出模型則更具挑戰(zhàn)性。如果模型不準(zhǔn)確,分析出的傳輸限值也是不準(zhǔn)確的。在大部分事件中,假定的發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)無功出力比實(shí)際大,這將引起更嚴(yán)重的電壓?jiǎn)栴}。一些發(fā)電機(jī)由于過勵(lì)保護(hù)的約束而限制無功出力,或者在高溫環(huán)境中必須降低無功出力;其他發(fā)電機(jī)則受到恒功率因素運(yùn)行的約束,在電壓過低時(shí)無法提供無功支撐。某些電網(wǎng)中的低壓減負(fù)荷裝置就起到了阻止事故惡化的作用。對(duì)電壓支持和無功管理,建議:(1)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行的仿真計(jì)算中,需及時(shí)、精確地反映發(fā)電機(jī)無功容量的限額變化情況;(2)研究建立發(fā)電機(jī)的無功/電壓動(dòng)態(tài)過程跟蹤,以掌握發(fā)電機(jī)的無功越額情況;(3)建立發(fā)電機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)與事故后(15min)的無功容量統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),并確定運(yùn)行規(guī)程、試驗(yàn)項(xiàng)目和運(yùn)行報(bào)告制度;(4)確定發(fā)電機(jī)的服務(wù)等級(jí)協(xié)議,該協(xié)議需詳細(xì)說明發(fā)電機(jī)在無功方面對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行的義務(wù)和職責(zé);(5)周期性地檢查并對(duì)發(fā)電機(jī)的無功出力限額進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),以確保無功限額的可信度;(6)給運(yùn)行人員提供實(shí)時(shí)可供調(diào)度的無功容量信息,包括每臺(tái)發(fā)電機(jī)組、每群發(fā)電機(jī)、其他無功電源,以及所有重要母線的無功裕度。這些信息將在系統(tǒng)傳輸大功率時(shí)有助于最大程度利用并聯(lián)電容器,從而增加系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備;(7)對(duì)于電壓失穩(wěn),可考慮采用電容器快速自動(dòng)(并聯(lián)和串聯(lián))投入,切除并聯(lián)電抗器和負(fù)荷,以及利用低壓減荷裝置等措施解決問題;(8)建立并定期檢查無功限額,以此來評(píng)估系統(tǒng)的狀態(tài)和確定系統(tǒng)最大傳輸水平。在動(dòng)態(tài)無功建模、試驗(yàn)、管理、控制等各方面,華東電網(wǎng)都存在著較大的差距。用于運(yùn)行的計(jì)算模型中剛加入了無功限額約束,由于沒有動(dòng)態(tài)監(jiān)視無功限額的手段和相關(guān)的強(qiáng)制性試驗(yàn)監(jiān)督要求,在研究計(jì)算和調(diào)度運(yùn)行中了解和使用動(dòng)態(tài)無功限額也就成為一句空話。在發(fā)電機(jī)入網(wǎng)協(xié)議中,對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的要求僅局限于穩(wěn)態(tài)時(shí)的調(diào)壓和事故時(shí)的調(diào)度,未能就其動(dòng)態(tài)特性提出詳細(xì)的要求。在無功控制方面,華東電網(wǎng)基本上處于局部的、分散的控制狀況,全局的控制往往依賴調(diào)度運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)。令人欣喜的是華東的多個(gè)省市電網(wǎng)已開始電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制的研究和建設(shè)工作。建議華東電網(wǎng)研究并建設(shè)覆蓋全網(wǎng)的多級(jí)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng),輔以更全面、深入的試驗(yàn)監(jiān)督和管理工作?？梢云谕A東電網(wǎng)的無功電壓水平將出現(xiàn)一個(gè)質(zhì)的飛躍——不僅能滿足電壓質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求,更可以為防止電壓穩(wěn)定破壞事故彰立新功。2.3本電網(wǎng)和鄰近電網(wǎng)主要設(shè)備狀態(tài)時(shí)的建議做每一個(gè)調(diào)度控制區(qū)作為同步互聯(lián)網(wǎng)的一部分在運(yùn)行,然而,電網(wǎng)操作員或可靠性調(diào)度員無法看到整個(gè)電網(wǎng)甚至是鄰近電網(wǎng)上所發(fā)生的事件。或者,雖然在控制中心能獲取系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù),但是卻沒有將這些信息提供給操作員或者調(diào)度員,不能為他們做出合適的運(yùn)行決策提供依據(jù)。對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行操作可視化和運(yùn)行輔助決策,建議包括:(1)發(fā)展通信系統(tǒng),并將本電網(wǎng)和鄰近電網(wǎng)主要設(shè)備的狀態(tài)變化信息直接提供給運(yùn)行人員;(2)建立帶有不間斷電源的通訊系統(tǒng),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí),可以正確地將系統(tǒng)狀態(tài)傳送到控制中心;(3)在控制中心,動(dòng)態(tài)地顯示線路負(fù)載率和停電事故,給運(yùn)行人員提供快速易懂的,停電時(shí)的可用設(shè)備和在役設(shè)備的運(yùn)行情況;(4)在緊急情況下,由計(jì)算機(jī)生成該種情況下的應(yīng)對(duì)操作措施,供操作員備選,并顯示每一步操作的預(yù)期結(jié)果;(5)建立在線安全分析能力,用以分析相繼故障或多重故障時(shí)系統(tǒng)的熱穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定和事故后系統(tǒng)電壓;(6)建立時(shí)間上同步的擾動(dòng)監(jiān)視器,以便評(píng)估處于危險(xiǎn)下的互聯(lián)網(wǎng)狀態(tài),并設(shè)計(jì)相應(yīng)的預(yù)防控制策略。了解華東電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)不成問題,我們也擁有較為先進(jìn)的輔助工具,但這些工具是否足以支撐大事故下的仿真研究,這需要引起足夠的重視。遭遇突發(fā)事故時(shí),調(diào)度人員往往依賴于運(yùn)方研究人員的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo),這些輔助工具并沒有太大的作為。如果遇到運(yùn)方研究人員也未曾作過預(yù)想的非正常狀態(tài)時(shí),該如何處理呢?研究并安裝能在線指導(dǎo)調(diào)度人員處理緊急事故的輔助工具,是預(yù)防大面積停電事故的必要措施。2.4系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整在幾次美國(guó)大停電中,運(yùn)行人員并不知道哪些環(huán)節(jié)會(huì)是造成事故擴(kuò)大的薄弱環(huán)節(jié)。造成這一現(xiàn)象的原因是多種多樣的,如仿真模型不準(zhǔn)確,對(duì)失去重要輸電線路的不知情,沒有給運(yùn)行人員提供穩(wěn)定監(jiān)視手段(包括無功儲(chǔ)備監(jiān)視、功角監(jiān)視),沒有在系統(tǒng)單一故障后對(duì)系統(tǒng)安全性進(jìn)行重新評(píng)估并調(diào)整安全發(fā)額。相應(yīng)的建議為:(1)發(fā)生故障后,系統(tǒng)必須在允許的調(diào)整時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到可靠的狀態(tài);(2)必須重新審視現(xiàn)有的操作規(guī)程,以確保系統(tǒng)能在允許的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到可靠的狀態(tài);(3)在通過研究確定線路的最大暫態(tài)傳輸容量前,將計(jì)劃的傳輸容量降到一個(gè)安全而謹(jǐn)慎的水平;(4)正確辨別系統(tǒng)的非正常運(yùn)行狀態(tài),并進(jìn)行充分的事故預(yù)想,以確保在實(shí)時(shí)調(diào)度時(shí)各種工況事先已作過研究。華東電網(wǎng)的調(diào)度歷來有非常重視系統(tǒng)安全的良好傳統(tǒng)。但是,面對(duì)日益增長(zhǎng)的負(fù)荷和廠網(wǎng)分開的市場(chǎng)化形勢(shì),加以電網(wǎng)建設(shè)的全面鋪開,運(yùn)行方式變化錯(cuò)綜復(fù)雜,華東電網(wǎng)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)和壓力。既要最大限度地滿足用戶的負(fù)荷需求,又要確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行,這需要牢固樹立安全第一的指導(dǎo)思想,建立能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)實(shí)際的仿真模型,建立動(dòng)態(tài)的無功儲(chǔ)備監(jiān)視,加快功角監(jiān)視的建設(shè)和實(shí)用化,使我們既運(yùn)行在安全的限額內(nèi),又能科學(xué)地挖掘系統(tǒng)的發(fā)送電潛力,為華東地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展保駕護(hù)航。2.5解列裝置或減載裝置保護(hù)系統(tǒng)多是冗余配置,而且?guī)в泻髠湎到y(tǒng)。如果一個(gè)繼電保護(hù)失效,另一個(gè)將監(jiān)測(cè)到故障,并將相應(yīng)的斷路器跳開。有些后備保護(hù)在系統(tǒng)既無故障也無振蕩時(shí)會(huì)“誤”動(dòng)。在電力系統(tǒng)中,繼電保護(hù)的正確匹配是極具挑戰(zhàn)性的,這需要不斷的檢查和校正。有些繼電器有防止重新同步功能(同期檢查),使系統(tǒng)恢復(fù)較為困難。一個(gè)或多個(gè)保護(hù)的拒動(dòng)或誤動(dòng)是造成事故的的一個(gè)普遍原因。此時(shí),系統(tǒng)級(jí)控制保護(hù)裝置就顯得尤為重要,它可以保護(hù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行,比如解列裝置、低壓或低頻減載裝置。相關(guān)建議為:(1)定期測(cè)試?yán)^電保護(hù)的動(dòng)作性能。在安裝保護(hù)裝置時(shí),作為驗(yàn)收試驗(yàn),除了對(duì)單個(gè)保護(hù)進(jìn)行試驗(yàn),還要對(duì)整個(gè)保護(hù)方案進(jìn)行安全功能測(cè)試,以保證整個(gè)方案的正確性;(2)不斷更新繼電保護(hù),以適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展變化和與其它改進(jìn)后的控制保護(hù)設(shè)備的配合;(3)在一些重要輸電線路上安裝傳感裝置,以保證在超過短時(shí)允許電流一定時(shí)間后,自動(dòng)減負(fù)荷或減發(fā)電。但必須延時(shí)足夠的時(shí)間,以允許操作人員正確采用其他措施減少線路負(fù)載;(4)在系統(tǒng)事故中,重審相角約束,以保證主要聯(lián)絡(luò)線重合閘成功。在事故中,為保證電網(wǎng)穩(wěn)定而必須直接合上某些主要聯(lián)絡(luò)線時(shí),可考慮允許不作同期檢查;(5)審視孤島解列方案的必要性。存在嚴(yán)重電力不平衡的孤島必須備有足夠的運(yùn)行操作指導(dǎo)。中國(guó)電網(wǎng)歷來都比較重視繼電保護(hù)的配置、調(diào)試、定校、技術(shù)改造和保護(hù)協(xié)調(diào)等工作,中國(guó)有著世界上最復(fù)雜和完善的繼電保護(hù)。但是,安裝自動(dòng)消除電網(wǎng)“阻塞”裝置和孤島解列裝置也應(yīng)該成為華東電網(wǎng)在防止大面積停電事故方面的積極的應(yīng)對(duì)措施,需要加強(qiáng)研究。特別是孤島解列方案,這是一把雙刃劍,可以減少大停電事故時(shí)的損失和加快事故的恢復(fù)速度,但若孤島解列裝置因故誤動(dòng),則可能造成巨大損失。2.6運(yùn)行人員必須放棄其他原因在正常情況下,負(fù)有可靠性責(zé)任的各方必須及時(shí)地將重要信息按優(yōu)先順序相互通報(bào),這有助于保護(hù)電網(wǎng)的完整性,在事故時(shí)尤為重要。在事故中,運(yùn)行人員必須放棄其他不相干的任務(wù),全力保護(hù)電網(wǎng)。在上述一些事故中,一個(gè)共同因素就是一個(gè)電網(wǎng)所發(fā)生的事故信息未提供給相鄰電網(wǎng)。對(duì)于電力系統(tǒng)而言,通信尤如人的眼睛,沒有有效的通信保證,電力系統(tǒng)的調(diào)度和控制就難以進(jìn)行。華東電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的通信并不存在太多的問題,然而,在針對(duì)“8·14大停電事故”所作的檢查中,發(fā)現(xiàn)大停電時(shí)電網(wǎng)的通信有效性狀況是不容樂觀的,這會(huì)極大地延誤電網(wǎng)的恢復(fù)進(jìn)程。2.7降低負(fù)荷損失的自動(dòng)減載裝置“安全網(wǎng)絡(luò)”就是當(dāng)預(yù)想的重大故障發(fā)生時(shí)所自動(dòng)啟動(dòng)的保護(hù)方案。一旦啟動(dòng),這種自動(dòng)安全保護(hù)方案必然產(chǎn)生一定的損失,并帶來一些不便之處,但是能防止系統(tǒng)失控。方案包括減負(fù)荷、切機(jī)和孤島運(yùn)行。這是在完全失控和犧牲局部利益以獲得對(duì)系統(tǒng)的有效控制間,兩害權(quán)衡擇其輕。如果在1996年8月西部電網(wǎng)事故中,自動(dòng)安全裝置未退出運(yùn)行,那么它會(huì)將28000MW的負(fù)荷損失降低到7200MW。然而,自動(dòng)安全裝置無法提高傳輸容量。調(diào)查報(bào)告建議:(1)在沒有自動(dòng)減載裝置的區(qū)域,建立并維持一套協(xié)調(diào)的減載裝置,這可以防止受電區(qū)域與主網(wǎng)解列后損失全部負(fù)荷。減負(fù)荷僅作為一種安全措施,不能代替系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的安全裕度;(2)安裝允許由運(yùn)行人員以一個(gè)按鈕快速切除大范圍負(fù)荷的減載控制。華東電網(wǎng)的自動(dòng)減載裝置以全網(wǎng)作為一個(gè)整體來考慮,這是在電網(wǎng)相對(duì)較小時(shí),為保證頻率穩(wěn)定性而采取全網(wǎng)分?jǐn)偟囊环N策略,是一種自上而下的控制策略。當(dāng)電網(wǎng)容量越來越大時(shí),全網(wǎng)性的低頻率現(xiàn)象一般不大可能出現(xiàn),較為現(xiàn)實(shí)的可能是當(dāng)系統(tǒng)在突發(fā)性事故下解列成多個(gè)小系統(tǒng)時(shí),小系統(tǒng)出現(xiàn)頻率不穩(wěn)定現(xiàn)象。為此,低頻率減載裝置的配置應(yīng)以分區(qū)電網(wǎng)為基礎(chǔ)來整定,在滿足分區(qū)的頻率穩(wěn)定性的前提下,來校核是否滿足全網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性要求。安裝“一鍵”式快速切除大范圍負(fù)荷的減載控制裝置對(duì)華東電網(wǎng)也有現(xiàn)實(shí)意義。若某一受電子系統(tǒng)按N-1校核系統(tǒng)的安全性,當(dāng)該系統(tǒng)遭遇N-2故障時(shí),子系統(tǒng)與主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線上的潮流可能嚴(yán)重過載,電壓也可能嚴(yán)重下降,而頻率則不會(huì)下降很多,此時(shí),“一鍵”式快速切除大范圍負(fù)荷的減載控制裝置可以快速消除聯(lián)絡(luò)線上的潮流“阻塞”,從而避免可能的級(jí)聯(lián)事故。2.8拖生系統(tǒng)拖生在某些事故過程中,運(yùn)行操作規(guī)程往往顯得很不夠,尤其在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)。建議改進(jìn)操作規(guī)程,并加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn),同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)調(diào)度員進(jìn)行事故仿真培訓(xùn)。在處理事故時(shí),運(yùn)行人員傾向于降低交易計(jì)劃,而不愿意增加發(fā)電,更不愿意切除負(fù)荷,這些都可能將整個(gè)系統(tǒng)拖垮。調(diào)查報(bào)告建議:(1)必須堅(jiān)決執(zhí)行對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行人員進(jìn)行全面的培訓(xùn)和再培訓(xùn);(2)給運(yùn)行操作人員提供全方位仿真培訓(xùn),讓