2003年第9期 华东电力 3(0607) 美加“8·14”大停电教训和启示 兼谈华东电网化解“8·29”和“9·4”重大风险 徐航，张启平，励刚，黄志龙周坚 (国电华东公司.上海200002) 摘要2003年8月14日发生在美国和加拿大东部互联系统的大面积停电事故被认为是有电力系统以来最 严重的电网事故之一。通过对大停电事故发生和发展机理的分析，得出了本次大停电事故是由潮流大范围转 移导致地区电压崩溃所致的结论。并针对电网运行提定了应从美加大停电事故中吸取的教训。在此基础上， 结合华东电网的实际情况，特别是针对华东电网“8.29”"和“)·1”多次故障重大风险的处理，从技术和管理两 个层面提出了美加大停电对华本电网安金生产工作的具体启示，最后给出了加强华东电网安全运行工作的 诸项建议。 关键词：美加大停电，电压测溃，原因分析 中图分类号：TM711文献标识码A文章编号：1001-9529(2003)09-0003-11 Lesson s learned and enlightenment obta mned from blackout occurred on August 14th in U S and Canada XU H ang,ZHAN G Qip ing,L I Gang,HUAN G Zhi-long,ZHOU J ian (State Power East China Company,Shanghai 200002,China) Abstract The blackout,which occurred in the northeast of US and Canada in the East Interconnecton on A ug 14,is one of the most serous outages in history.Through the analysis of the whole process of the out- age,the conclusion was made that large power flow reverse and the voltage collapse followed is the mapr cause of the outage Some lessonsw hich Should be learned from the outage were also discussed Furthemore, some ideas,com bining the situation of East China Grid,especially the so luton process on A ng 29th and Sept 4 power grid emergency events in East China,were presented from the view of technology and m anagem ent re- spectively.In the end,several valuable suggestion on how to ensure the security and mprove the stablility of East China Grid was given Key words blackout ofU.S and Canada;causes analysis voltage collap se 故原因尚未得到官方最终确认，但是研究并吸取 1美加“8·14”大停电事故分析 美加大停电事故教训，对进一步加强华东电网安 美国东部时间8月14日16：10（北京时间15 全运行工作有很大的现实意义。 日凌晨4：10)，美国东北部和加拿大东部互联电 1.1事故中心电网概况 网发生大面积停电事故。事故发生几mn内，数 事故中心区域为美国东部交流互联系统所属 十个电厂机组和大量输电线路相继跳闸退出运 美国东北部和加拿大东部互联电网，事故主要影 行，电网随之全面崩溃瓦解。事故累计损失负荷 响美国PM互联系统、新英格兰SO、纽约ISO、 61800MW,美国密歇根州、俄亥俄州、纽约州、新 中西部电网SO和加拿大的安大略SO。魁北克 泽西州北部、马萨诸塞州、康涅狄格州和加拿大东 水电系统也受到一定影响。事故首先从中西部电 部的安大略省、魁北克省等广大地区受到严重影 网ISO所属的AEP、FEMETC和TC这4个电 响，纽约、底特律等多个大城市大面积停电，造成 网公司所属区域开始。区域系统之间互联关系及 机场和公共交通系统瘫痪，5000万人生活受到 所覆盖的地域如图1所示。 影响，经济损失惨重，社会影响巨大。目前，虽然事1.2事故损失事故 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
美加“8·14”大停电教训和启示 ——兼谈华东电网化解“8·29”和“9·4”重大风险 徐 航, 张启平, 励 刚, 黄志龙, 周 坚 (国电华东公司, 上海 200002) 摘 要: 2003 年 8 月 14 日发生在美国和加拿大东部互联系统的大面积停电事故被认为是有电力系统以来最 严重的电网事故之一。通过对大停电事故发生和发展机理的分析, 得出了本次大停电事故是由潮流大范围转 移导致地区电压崩溃所致的结论。并针对电网运行提出了应从美加大停电事故中吸取的教训。在此基础上, 结合华东电网的实际情况, 特别是针对华东电网“8129”和“9·4”多次故障重大风险的处理, 从技术和管理两 个层面提出了美加大停电对华东电网安全生产工作的具体启示, 最后给出了加强华东电网安全运行工作的 诸项建议。 关键词: 美加大停电; 电压崩溃; 原因分析 中图分类号: TM 711 文献标识码: A 文章编号: 100129529 (2003) 0920003211 L esson s learned and en lightenm en t obta ined from blackout occurred on August 14th in U. S. and Canada X U H ang , ZH A N G Q i2p ing ,L I Gang , H UA N G Z h i2long , ZH OU J ian (State Pow er East Ch ina Company, Shanghai 200002,Ch ina) Abstract: T he blackout, w h ich occurred in the no rtheast of U S. and Canada in the East Interconnection on A ug 14, is one of the mo st serious outages in h isto ry. T h rough the analysis of the w ho le p rocess of the out2 age, the conclusion w as m ade that large pow er flow reverse and the vo ltage co llap se fo llow ed is the m ajo r cause of the outage. Som e lessonsw h ich Should be learned from the outage w ere also discussed. Furthermo re, som e ideas, com bining the situation of East Ch ina Grid, especially the so lution p rocess on A ng 29th and Sep t 4 pow er grid em ergency events in East Ch ina,w ere p resented from the view of techno logy and m anagem ent re2 spectively. In the end, several valuable suggestion on how to ensure the security and imp rove the stablility of East Ch ina Grid w as given. Key words: blackout of U. S. and Canada; causes analysis; vo ltage co llap se 1 美加“8·14”大停电事故分析 美国东部时间 8 月 14 日 16: 10 (北京时间 15 日凌晨 4: 10) , 美国东北部和加拿大东部互联电 网发生大面积停电事故。事故发生几m in 内, 数 十个电厂机组和大量输电线路相继跳闸退出运 行, 电网随之全面崩溃瓦解。事故累计损失负荷 61 800MW , 美国密歇根州、俄亥俄州、纽约州、新 泽西州北部、马萨诸塞州、康涅狄格州和加拿大东 部的安大略省、魁北克省等广大地区受到严重影 响, 纽约、底特律等多个大城市大面积停电, 造成 机场和公共交通系统瘫痪, 5 000 万人生活受到 影响, 经济损失惨重, 社会影响巨大。目前, 虽然事 故原因尚未得到官方最终确认, 但是研究并吸取 美加大停电事故教训, 对进一步加强华东电网安 全运行工作有很大的现实意义。 111 事故中心电网概况 事故中心区域为美国东部交流互联系统所属 美国东北部和加拿大东部互联电网, 事故主要影 响美国 PJM 互联系统、新英格兰 ISO、纽约 ISO、 中西部电网 ISO 和加拿大的安大略 ISO。魁北克 水电系统也受到一定影响。事故首先从中西部电 网 ISO 所属的A EP、FE、M ETC 和 ITC 这 4 个电 网公司所属区域开始。区域系统之间互联关系及 所覆盖的地域如图 1 所示。 112 事故损失事故 2003 年第 9 期 华东电力 3 (0607)
4(0608) 华东电力 2003年第9期 中西部电网 MW机组跳闸。14：02，俄亥俄南北通道线路Stu art-atlanta345kV线路因线路下发生草木起火 底特律地区 QC电网公司 安大略电网 而跳闸； 密根州其他地 (3)15:06,俄亥俄南北联络通道上送克里夫 区E电网 化俄实俄地区 E电网公司 ,纽钓1S0 兰的Cham berlain-Harding线路跳闸，25min后 PM电网 AP电网公过 (15:32),送克里夫兰市的又一条线路Hanna-Ju- nper线路因严重过载导致弧垂过低对树放电而 跳闸，此时克里夫兰地区出现低电压，10min以 图1本次事故中心区域各区域电网互联关系略图 根据来自北美电力可靠性委员会NERC)的 后(15：41)，Star-South Canton线路跳闸，克里夫 消息，本次事故共损失负荷61800MW。各电网 兰出现严重低电压，局部电网电动机停转，部分配 负荷损失数据初步统计结果见表1。 电网负荷损失。由于这几条线路均为俄亥俄南北 表1事故各电网损失负荷极涉统计结果 通道东南部断面上的线路，其相继跳闸，大大削弱 了北俄亥俄地区和俄亥俄其他地区的联络， 区域名称PM 中西部！北克安火略新英格纽约 水电 MO ISO (4)25min后，16：06，俄亥俄南北通道东南 损失负荷 420013000 100 20000250022000 部断面上的最后一条线路Samm is-Star线路（属 MW FE区域)跳闸，至此，北俄亥俄地区从俄亥俄东部 从损失数据及各区域电网发布的信息可以发 和东南部受电的通道完全断开，从底特律地区向 现，纽约SO、中西部电网和安大略SO损失最惨 北俄亥俄地区断面潮流反向，从北送突变为南送 重，电网基本瓦解，纽约市和加拿大安大略省负荷 200MW,此时印第安那和密歇根断面(AEP一 绝大部分损失，中西部电网SO所属密歇根州、 METC)潮流1900MW,密歇根送底特律地区 俄亥俄州北部和底特律地区负荷绝大部分损失。 METC一TC)2800MW,底特律地区送安大略 受纽约SO电网崩溃所累，PM电网和纽约电网 电网500MW(TC一MO),密歇根州电压也开 相连的新泽西州北部地区以及新英格兰SO电 始下降以维持向北俄亥俄地区送电： 网和纽约电网相连的西南威斯康新州和西马萨诸 (5)3mim后(16：0816：09：06)，俄亥俄南 塞州等地区有部分负荷损失。魁北克电网由于和 北通道西南通道上的最后2条联络线相继跳闸 主系统主要通过直流相联络，因此损失甚微。 M usk inggum OH Central E.L m a- 1.3事故发展进程 Fostoria),至此俄亥俄南北通道所有线路全部断 在NERC资料的基础上，综合事故相关部分 开，潮流发生大范围转移，北俄亥俄和东密歇根负 电网公司的非正式报告，事故过程基本情况可描 荷中心主要由AEP通过印第安那经密歇根东西 述如下。 断面受电，此时，印第安那和密歇根断面(AEP一 (1)事故前，事故中心中西部电网正值高温 METC)潮流突增为3700MW,密歇根东西断面 天气，负荷很大。电网潮流方向为AEP送FE,FE 潮流突增为4800MW,底特律地区送北俄亥俄 送TC,AEP送METC,METC送TC,TC送 地区送电突增为2200MW,即10s内突增2000 MO。即作为负荷中心的密歇根州东部地区（包 MW,密歇根电压严重下降 括底特律)和俄亥俄州北部地区（包括克里夫兰） (6)16:10:04~16:10:45,北俄亥俄和东密 从两个主要通道受电，一个是从AEP电网经印第 歇根负荷中心所属环伊利湖地区大约20个发电 安那州到密歇根州，然后通过密歇根州东西断面 机（当时出力约2174MW)跳闸，MCV电厂1 受电，另一个是从AEP电网经俄亥俄州西南部和 265MW机组跳闸，密歇根东西断面潮流大增，导 东南部，通过俄亥俄州南北通道受电。同时另有从 致16：10：3~16：10：38密歇根东西通道上的线 PM电网沿伊利湖南岸和北俄亥俄地区联络的 路相继跳闸，同时16：10：38，从Perry-A shtabula- 弱联络通道和东密歇根与安大略电网的联络通道 Erie的环伊利湖从PM到北俄亥俄的弱联络线 (正常情况下为送安大略电网)： 路跳闸，至此事故中心地区仅通过和安大略的联 (2)事故发生前，13：3l,EastLake电厂600 络和美加东部主网联络，在地区电网进一步电压 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
图 1 本次事故中心区域各区域电网互联关系略图 根据来自北美电力可靠性委员会(N ERC) 的 消息, 本次事故共损失负荷 61 800 MW。各电网 负荷损失数据初步统计结果见表 1。 表 1 事故各电网损失负荷初步统计结果 区域名称 PJM 中西部 ISO 魁北克 水电 安大略 IM O 新英格 兰 ISO 纽约 ISO 损失负荷 öMW 4 200 13 000 100 20 000 2 500 22 000 从损失数据及各区域电网发布的信息可以发 现, 纽约 ISO、中西部电网和安大略 ISO 损失最惨 重, 电网基本瓦解, 纽约市和加拿大安大略省负荷 绝大部分损失, 中西部电网 ISO 所属密歇根州、 俄亥俄州北部和底特律地区负荷绝大部分损失。 受纽约 ISO 电网崩溃所累, PJM 电网和纽约电网 相连的新泽西州北部地区以及新英格兰 ISO 电 网和纽约电网相连的西南威斯康新州和西马萨诸 塞州等地区有部分负荷损失。魁北克电网由于和 主系统主要通过直流相联络, 因此损失甚微。 113 事故发展进程 在N ERC 资料的基础上, 综合事故相关部分 电网公司的非正式报告, 事故过程基本情况可描 述如下。 ( 1) 事故前, 事故中心中西部电网正值高温 天气, 负荷很大。电网潮流方向为A EP 送 FE, FE 送 ITC, A EP 送M ETC, M ETC 送 ITC, ITC 送 IM O。即作为负荷中心的密歇根州东部地区(包 括底特律) 和俄亥俄州北部地区(包括克里夫兰) 从两个主要通道受电, 一个是从A EP 电网经印第 安那州到密歇根州, 然后通过密歇根州东西断面 受电, 另一个是从A EP 电网经俄亥俄州西南部和 东南部, 通过俄亥俄州南北通道受电。同时另有从 PJM 电网沿伊利湖南岸和北俄亥俄地区联络的 弱联络通道和东密歇根与安大略电网的联络通道 (正常情况下为送安大略电网); ( 2) 事故发生前, 13: 31, EastL ake 电厂 600 MW 机组跳闸。14: 02, 俄亥俄南北通道线路 Stu2 art2atlan ta 345 kV 线路因线路下发生草木起火 而跳闸; (3) 15: 06, 俄亥俄南北联络通道上送克里夫 兰的 Cham berlain2H arding 线路跳闸; 25 m in 后 (15: 32) , 送克里夫兰市的又一条线路 H anna2Ju2 n iper 线路因严重过载导致弧垂过低对树放电而 跳闸, 此时克里夫兰地区出现低电压; 10 m in 以 后(15: 41) , Star2Sou th Can ton 线路跳闸, 克里夫 兰出现严重低电压, 局部电网电动机停转, 部分配 电网负荷损失。由于这几条线路均为俄亥俄南北 通道东南部断面上的线路, 其相继跳闸, 大大削弱 了北俄亥俄地区和俄亥俄其他地区的联络; (4) 25 m in 后, 16: 06, 俄亥俄南北通道东南 部断面上的最后一条线路 Samm is2Star 线路 (属 FE 区域) 跳闸, 至此, 北俄亥俄地区从俄亥俄东部 和东南部受电的通道完全断开, 从底特律地区向 北俄亥俄地区断面潮流反向, 从北送突变为南送 200MW , 此时印第安那和密歇根断面 (A EP— M ETC) 潮流 1 900 MW , 密歇根送底特律地区 (M ETC—ITC) 2 800 MW , 底特律地区送安大略 电网 500 MW ( ITC—IM O ) , 密歇根州电压也开 始下降以维持向北俄亥俄地区送电; ( 5) 3 m in 后(16: 08～ 16: 09: 06) , 俄亥俄南 北通道西南通道上的最后 2 条联络线相继跳闸 ( M u sk inggum 2OH Cen tral 和 E1L im a2 Fo sto ria) , 至此俄亥俄南北通道所有线路全部断 开, 潮流发生大范围转移, 北俄亥俄和东密歇根负 荷中心主要由A EP 通过印第安那经密歇根东西 断面受电, 此时, 印第安那和密歇根断面(A EP— M ETC) 潮流突增为 3 700 MW , 密歇根东西断面 潮流突增为 4 800 MW , 底特律地区送北俄亥俄 地区送电突增为 2 200MW , 即 10 s 内突增 2 000 MW , 密歇根电压严重下降; (6) 16: 10: 04～ 16: 10: 45, 北俄亥俄和东密 歇根负荷中心所属环伊利湖地区大约 20 个发电 机 (当时出力约 2 174 MW ) 跳闸, M CV 电厂 1 265 MW 机组跳闸, 密歇根东西断面潮流大增, 导 致 16: 10: 37～ 16: 10: 38 密歇根东西通道上的线 路相继跳闸, 同时 16: 10: 38, 从 Perry2A sh tabu la2 E rie 的环伊利湖从 PJM 到北俄亥俄的弱联络线 路跳闸, 至此事故中心地区仅通过和安大略的联 络和美加东部主网联络, 在地区电网进一步电压 4 (0608) 华东电力 2003 年第 9 期
2003年第9期 华东电力 5(0609) 崩溃的同时，潮流再次发生大范围转移，潮流从俄 是因为这个小系统保持有足够的出力，同时有 亥俄南部经宾西法尼亚、纽约州、安大略、底特律 765kV联络线和来自魁北克的直流。 逆时针大环最终向北俄亥俄和东密歇根地区送 1.4事故原因分析 电，安大略和底特律间潮流断面骤然反向，且 1.4.1初步定性分析 PM和纽约州电网断面的潮流极大。 综合收集到的资料，特别是事故过程中的事 (7)16:10:40~16:10:44,由于断面潮流太 件发生顺序和过程中潮流的变化，基本可以判断 大，PM和纽约州电网断面上的4条线路相继跳 本次大停电对全网而言属于潮流大范围转移导致 闸，断开了PM和纽约州电网，此时整个美国东 的快速电压崩溃。同时伴有潮流大范围转移和窜 北部电网，即安大略电网、纽约州电网以及正在电 动导致的断面线路相继跳闸和系统解列后的频率 压崩溃的北俄亥俄和东密歇根电网仅通过新泽西 崩溃。 和纽约的联络线和与加拿大西部M anitoba等地 潮流大范围转移结合快速电压崩溃的一般过 区的联络线和美加主网联络。 程首先是关键输电通道线路同时或相继发生跳 (8)同时，16：10：41，由于北俄亥我地区大量 闸，潮流发生大范围转移或在同一大断面的不同 机组和线路跳闸，特别是在Beaver-Davis Besse 小断面之间窜动，导致通道上部分断面（一般是通 345kV线路跳闸后，克里夫兰地区解列为孤立系 道中潮流最大的一段)线路电压降提高，这一通道 统，于是在低频减载动作和大量线路跳闸的共同 附近局部地区以及相关受端系统电压下降明显， 作用下，系统崩溃，全部负荷损失， 恢复十分缓慢或基本不恢复。此时由于系统中存 (9)16:10:4216:10:45,一方面，随着安大 在大量的感应电动机和空调等恒功率负荷，这些 略和M anitoba通道的最后一条联络线Wawa- 负荷在地区电压下降后，电动机减速，在维持有功 M arathon230kV线路的跳闸，和M anitoba相连 的同时吸收大量的无功功率，导致系统电压的进 的安大略北部地区和安大略其他地区解，另一 一步下降。随着系统电压的进一步下降，或者由于 方面，由B ranchburg-Ram apo500kV和众多230 发电机机端低电压延续几s或几十s迟迟得不到 kV、138kV线路组成的PM和新泽西北部间的 恢复，机组无法保持同步，或者由于发电机辅机在 断面解开，至此美国东北部电网（包括安大略电 低电压下跳闸，导致机组失去动力电源，低电压周 网、东密歇根、纽约州电网和新英格兰电网等)彻 边地区机组将相继跳闸。而这将进一步导致系统 底和美国东部电网解列： 中无功电源的缺乏，电压下降加速，最终导致电压 (10)16:10:46~16:10:55,被解出主网的美 崩溃，大量机组进一步跳闸，大量电动机负荷停转 国东北部电网再次解为两片，纽约电网和新英格 跳闸或地区低电压切负荷装置动作实施低电压释 兰电网断面线路全部跳闸，新英格兰电网（除西南 放，大量负荷损失。 康涅狄格)成为孤立电网运行，所幸孤立电网发用 另外，潮流大范围转移往往还伴有同一断面 电基本平衡，地区电网得以保持： 多条线路的相继跳闸。这主要因为潮流大范围转 (11)16:10:50~16:11:57,事故中心电网再 移导致了局部输电通道的严重过载，由于恒功率 次解为纽约州和安大略电网两片，而这次解列使 负荷试图维持有功不变，导致重载通道上的无功 电网的大量出力均留在解开后的纽约片电网，因 潮流骤增，线路过载更趋严重，最终重载通道上的 此安大略电网低频减载连续动作以试图维持运 线路将因为后备保护动作、过流保护动作或弧垂 行，但终无法奏效，纽约和安大略电网的几条联络 对地放电而跳闸，而这进一步导致了断面其他线 线也几次重合以期联络，但终于还是均在5s内 路的过载和电压的进一步下降，最终导致潮流断 相继跳闸，终于安大略电网全部崩溃， 面上所有线路的跳闸。 (12)安大略电网崩溃前夕，16：11：57，安大 最后，当由于大量的线路跳闸导致电网解列 略和东密歇根地区联络线全部跳闸，东密歇根地 后，局部电网即会由于地区发用电不平衡，终于发 区（含底特律地区）全部崩溃， 生电压崩溃和频率崩溃。 (13)至此整个东北部电网仅有新英格兰和 对比8·14大停电过程和以上机理分析可以 纽约州西部电网剩余，纽约州西部电网得以保存 发现，该大停电过程和潮流大范围转移导致的电 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
崩溃的同时, 潮流再次发生大范围转移, 潮流从俄 亥俄南部经宾西法尼亚、纽约州、安大略、底特律 逆时针大环最终向北俄亥俄和东密歇根地区送 电, 安大略和底特律间潮流断面骤然反向, 且 PJM 和纽约州电网断面的潮流极大。 (7) 16: 10: 40～ 16: 10: 44, 由于断面潮流太 大, PJM 和纽约州电网断面上的 4 条线路相继跳 闸, 断开了 PJM 和纽约州电网, 此时整个美国东 北部电网, 即安大略电网、纽约州电网以及正在电 压崩溃的北俄亥俄和东密歇根电网仅通过新泽西 和纽约的联络线和与加拿大西部M an itoba 等地 区的联络线和美加主网联络。 (8) 同时, 16: 10: 41, 由于北俄亥俄地区大量 机组和线路跳闸, 特别是在 Beaver2D avis Besse 345 kV 线路跳闸后, 克里夫兰地区解列为孤立系 统, 于是在低频减载动作和大量线路跳闸的共同 作用下, 系统崩溃, 全部负荷损失; (9) 16: 10: 42～ 16: 10: 45, 一方面, 随着安大 略和M an itoba 通道的最后一条联络线W aw a2 M arathon 230 kV 线路的跳闸, 和M an itoba 相连 的安大略北部地区和安大略其他地区解开; 另一 方面, 由B ranchbu rg2R am apo 500 kV 和众多 230 kV、138 kV 线路组成的 PJM 和新泽西北部间的 断面解开; 至此美国东北部电网 (包括安大略电 网、东密歇根、纽约州电网和新英格兰电网等) 彻 底和美国东部电网解列; (10) 16: 10: 46～ 16: 10: 55, 被解出主网的美 国东北部电网再次解为两片, 纽约电网和新英格 兰电网断面线路全部跳闸, 新英格兰电网(除西南 康涅狄格) 成为孤立电网运行, 所幸孤立电网发用 电基本平衡, 地区电网得以保持; (11) 16: 10: 50～ 16: 11: 57, 事故中心电网再 次解为纽约州和安大略电网两片, 而这次解列使 电网的大量出力均留在解开后的纽约片电网, 因 此安大略电网低频减载连续动作以试图维持运 行, 但终无法奏效, 纽约和安大略电网的几条联络 线也几次重合以期联络, 但终于还是均在 5 s 内 相继跳闸, 终于安大略电网全部崩溃; (12) 安大略电网崩溃前夕, 16: 11: 57, 安大 略和东密歇根地区联络线全部跳闸, 东密歇根地 区(含底特律地区) 全部崩溃; ( 13) 至此整个东北部电网仅有新英格兰和 纽约州西部电网剩余, 纽约州西部电网得以保存 是因为这个小系统保持有足够的出力, 同时有 765 kV 联络线和来自魁北克的直流。 114 事故原因分析 11411 初步定性分析 综合收集到的资料, 特别是事故过程中的事 件发生顺序和过程中潮流的变化, 基本可以判断 本次大停电对全网而言属于潮流大范围转移导致 的快速电压崩溃。同时伴有潮流大范围转移和窜 动导致的断面线路相继跳闸和系统解列后的频率 崩溃。 潮流大范围转移结合快速电压崩溃的一般过 程首先是关键输电通道线路同时或相继发生跳 闸, 潮流发生大范围转移或在同一大断面的不同 小断面之间窜动, 导致通道上部分断面(一般是通 道中潮流最大的一段) 线路电压降提高, 这一通道 附近局部地区以及相关受端系统电压下降明显, 恢复十分缓慢或基本不恢复。此时由于系统中存 在大量的感应电动机和空调等恒功率负荷, 这些 负荷在地区电压下降后, 电动机减速, 在维持有功 的同时吸收大量的无功功率, 导致系统电压的进 一步下降。随着系统电压的进一步下降, 或者由于 发电机机端低电压延续几 s 或几十 s 迟迟得不到 恢复, 机组无法保持同步, 或者由于发电机辅机在 低电压下跳闸, 导致机组失去动力电源, 低电压周 边地区机组将相继跳闸。而这将进一步导致系统 中无功电源的缺乏, 电压下降加速, 最终导致电压 崩溃, 大量机组进一步跳闸, 大量电动机负荷停转 跳闸或地区低电压切负荷装置动作实施低电压释 放, 大量负荷损失。 另外, 潮流大范围转移往往还伴有同一断面 多条线路的相继跳闸。这主要因为潮流大范围转 移导致了局部输电通道的严重过载, 由于恒功率 负荷试图维持有功不变, 导致重载通道上的无功 潮流骤增, 线路过载更趋严重, 最终重载通道上的 线路将因为后备保护动作、过流保护动作或弧垂 对地放电而跳闸, 而这进一步导致了断面其他线 路的过载和电压的进一步下降, 最终导致潮流断 面上所有线路的跳闸。 最后, 当由于大量的线路跳闸导致电网解列 后, 局部电网即会由于地区发用电不平衡, 终于发 生电压崩溃和频率崩溃。 对比 8·14 大停电过程和以上机理分析可以 发现, 该大停电过程和潮流大范围转移导致的电 2003 年第 9 期 华东电力 5 (0609)
6(0610) 华东电力 2003年第9期 压快速崩溃过程十分吻合。 2条线路的断开，潮流大范围转移，密歇根州电网 (1)首先潮流大范围转移的迹象十分明显， 由于处于潮流转移到的通道中潮流最重的区域， 从事故进程看，北俄亥俄和底特律地区本有2个 线路相继跳闸，地区电网电压率先崩溃。从此，事 路径受电，即从印第安那到密歇根到底特律和从 故加速，仅2s,密歇根和底特律解列，潮流再次大 俄亥俄南部到俄亥俄北部和底特律，同时，系统存 范围转移，转移到的通道上的安大略和纽约电网 在一个大环网，即从俄亥俄南部经宾西法尼亚到 开始全面崩溃，16：10：40~16：10：57内大批线路 纽约州到加拿大安大略省到底特律。由于俄亥俄 跳闸，系统无序解为若干片，这种时间过程和电压 南部向俄亥俄北部送电通道线路相继跳闸，导致 崩溃十分相似 潮流首先转移到从印第安那到底特律的通道，导 1.4.2事故原因分析结论 致通道中段，即密歇根到底特律通道严重过载，局 (1)事故的最主要原因是潮流大范围转移导 部电压崩溃，密歇根和底特律解列，于是潮流再次 致的快速电压崩溃。 大范围转移到大环网，终于导致了大不网上的纽 (2)俄亥俄南北通道上的多条线路相继跳 约州和安大略省电网全面崩溃，而最终安大略和 闸，最终导致的潮流大转移是引发电压崩溃最终 底特律间解列，底特律和北俄亥俄受电的最后通 导致大停电发生的直接诱因。 道失去，局部电网全部崩溃。 (3)系统中大量机组的相继跳闸虽然起到了 (2)看系统电压变化情况，从大纽约区录到 加速电压崩溃的作用，但从总体上而言是电压快 的低压侧电压Ums(有效值)波形(13kV~480V 速崩溃的结果，而非直接原因。 的变压器上录取，如图2)，可见电压崩溃和低电 (4)系统中大量线路跳闸主要因潮流大范围 压延时切负荷动作迹象明显。 转移导致断面潮流在线路间窜动，局部线路严重 1207 ￥100 B相 4相 过载，同时由于电压的下降，恒功率负荷大量吸取 C相 40- 无功，导致线路电流很大，最终导致过电流保护、 0 4 10 08/14/200310:10:43.38 后备保护动作或弧垂对地放电，线路相继跳闸。 (5)底特律和北俄亥俄地区电网全部崩溃主 图2纽约附近低压电网电压录波情况 要由于其和主网的几个受电断面线路全部解开， (3)从发电机跳闸情况来看，虽然系统中有 局部电网电源严重缺乏，且电压崩溃己经发生，最 大量的发电机相继跳闸，但是其跳闸均是在周边 终该孤立系统发生频率和电压崩溃全部瓦解。 局部系统的电压大幅降低以后，且其中大部分机 (6)密歇根州电网首先发生电压崩溃是由于 组，特别是很多核电站大多是由于低电压导致失 去动力电源，最终跳闸的。因此可以认为低电压和 潮流大范围转移前，其初始电压己经由于重载向 后续电压崩溃是导致系统中大量机组跳闸的原 北俄亥俄和底特律地区供电较低，俄亥俄南北断 因，当然机组的相继跳闸也导致系统中无功电源 面解开后，潮流发生大范围转移，从密歇根到底特 的进一步缺乏，加剧了电压崩溃。 律断面潮流增加了2000MW,是整个通道中潮 (4)潮流大范围窜动导致断面线路相继跳闸 流最重的，因此率先崩溃。 现象明显。事故发生之初，即在15：06至16：09， (7)安大略电网全面崩溃的原因是底特律电 俄亥俄南北通道的多条联络线相继跳闸，且原因 压崩溃后安大略未和底特律解开，潮流大范围转 均为过载或弧垂跳闸，16：10左右，因密歇根和底 移导致安大略和底特律间的潮流突然反向，导致 特律间的潮流达到4800MW,发生电压崩溃和 其和纽约州电网等电网解开，成为孤立系统，终于 潮流大范围窜动，密歇根和底特律断面的大量线 因为发用电不平衡，发生频率崩溃和电压崩溃，系 路在2s内相继跳闸PM和纽约州联络线也在 统瓦解。 4s内跳闸。 (8)纽约州电网大部分崩溃的原因是潮流大 (5)从崩溃的时间序列来看，俄亥俄南北通 范围转移导致纽约州电网和其他地区解列，成为 道的断开是相继的，基本每隔~10mn发生一 孤立系统，除西部地区因出力充足得以保存外，其 个事件，到16：06开始，由于俄亥俄南北通道最后 他地区电网崩溃。 1994-2008 China Academie Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
压快速崩溃过程十分吻合。 ( 1) 首先潮流大范围转移的迹象十分明显, 从事故进程看, 北俄亥俄和底特律地区本有 2 个 路径受电, 即从印第安那到密歇根到底特律和从 俄亥俄南部到俄亥俄北部和底特律, 同时, 系统存 在一个大环网, 即从俄亥俄南部经宾西法尼亚到 纽约州到加拿大安大略省到底特律。由于俄亥俄 南部向俄亥俄北部送电通道线路相继跳闸, 导致 潮流首先转移到从印第安那到底特律的通道, 导 致通道中段, 即密歇根到底特律通道严重过载, 局 部电压崩溃, 密歇根和底特律解列, 于是潮流再次 大范围转移到大环网, 终于导致了大环网上的纽 约州和安大略省电网全面崩溃, 而最终安大略和 底特律间解列, 底特律和北俄亥俄受电的最后通 道失去, 局部电网全部崩溃。 ( 2) 看系统电压变化情况, 从大纽约区录到 的低压侧电压U rm s (有效值) 波形(13 kV～ 480 V 的变压器上录取, 如图 2) , 可见电压崩溃和低电 压延时切负荷动作迹象明显。 图 2 纽约附近低压电网电压录波情况 (3) 从发电机跳闸情况来看, 虽然系统中有 大量的发电机相继跳闸, 但是其跳闸均是在周边 局部系统的电压大幅降低以后, 且其中大部分机 组, 特别是很多核电站大多是由于低电压导致失 去动力电源, 最终跳闸的。因此可以认为低电压和 后续电压崩溃是导致系统中大量机组跳闸的原 因, 当然机组的相继跳闸也导致系统中无功电源 的进一步缺乏, 加剧了电压崩溃。 (4) 潮流大范围窜动导致断面线路相继跳闸 现象明显。事故发生之初, 即在 15: 06 至 16: 09, 俄亥俄南北通道的多条联络线相继跳闸, 且原因 均为过载或弧垂跳闸, 16: 10 左右, 因密歇根和底 特律间的潮流达到 4 800 MW , 发生电压崩溃和 潮流大范围窜动, 密歇根和底特律断面的大量线 路在 2 s 内相继跳闸; PJM 和纽约州联络线也在 4 s 内跳闸。 ( 5) 从崩溃的时间序列来看, 俄亥俄南北通 道的断开是相继的, 基本每隔 5～ 10 m in 发生一 个事件, 到 16: 06 开始, 由于俄亥俄南北通道最后 2 条线路的断开, 潮流大范围转移, 密歇根州电网 由于处于潮流转移到的通道中潮流最重的区域, 线路相继跳闸, 地区电网电压率先崩溃。从此, 事 故加速, 仅 2 s, 密歇根和底特律解列, 潮流再次大 范围转移, 转移到的通道上的安大略和纽约电网 开始全面崩溃, 16: 10: 40～ 16: 10: 57 内大批线路 跳闸, 系统无序解为若干片, 这种时间过程和电压 崩溃十分相似。 11412 事故原因分析结论 (1) 事故的最主要原因是潮流大范围转移导 致的快速电压崩溃。 ( 2) 俄亥俄南北通道上的多条线路相继跳 闸, 最终导致的潮流大转移是引发电压崩溃最终 导致大停电发生的直接诱因。 (3) 系统中大量机组的相继跳闸虽然起到了 加速电压崩溃的作用, 但从总体上而言是电压快 速崩溃的结果, 而非直接原因。 (4) 系统中大量线路跳闸主要因潮流大范围 转移导致断面潮流在线路间窜动, 局部线路严重 过载, 同时由于电压的下降, 恒功率负荷大量吸取 无功, 导致线路电流很大, 最终导致过电流保护、 后备保护动作或弧垂对地放电, 线路相继跳闸。 (5) 底特律和北俄亥俄地区电网全部崩溃主 要由于其和主网的几个受电断面线路全部解开, 局部电网电源严重缺乏, 且电压崩溃已经发生, 最 终该孤立系统发生频率和电压崩溃全部瓦解。 (6) 密歇根州电网首先发生电压崩溃是由于 潮流大范围转移前, 其初始电压已经由于重载向 北俄亥俄和底特律地区供电较低, 俄亥俄南北断 面解开后, 潮流发生大范围转移, 从密歇根到底特 律断面潮流增加了 2 000 MW , 是整个通道中潮 流最重的, 因此率先崩溃。 (7) 安大略电网全面崩溃的原因是底特律电 压崩溃后安大略未和底特律解开, 潮流大范围转 移导致安大略和底特律间的潮流突然反向, 导致 其和纽约州电网等电网解开, 成为孤立系统, 终于 因为发用电不平衡, 发生频率崩溃和电压崩溃, 系 统瓦解。 (8) 纽约州电网大部分崩溃的原因是潮流大 范围转移导致纽约州电网和其他地区解列, 成为 孤立系统, 除西部地区因出力充足得以保存外, 其 他地区电网崩溃。 6 (0610) 华东电力 2003 年第 9 期
2003年第9期 华东电力 7(0611) 的实时安全稳定控制没有最高的控制中心，没有 2 美加大停电的教训 一个机构考虑全网运行方式对全网的安全稳定进 (1)没有注意加强电网建设和改善电网结构 行校核并负责，事故发生时，各SO不能相互协 美加电网虽然规模巨大，但是由于负荷增长 调；电网事故恢复时，电网各自为政，延缓了恢复： 缓慢、缺乏统一规划和电力市场对电网建设的刺 电网建设和规划各自为政，345kV、500kV、765 激不足等因素，近年来电网建设发展缓慢，电网结 kV电网结构十分复杂，电网薄弱且老化严重。因 构严重滞后。事故发生的中心区域中西部电网网 此对于一个交流互联系统，应有一个管理机构掌 架尤其薄弱，设备老化严重，不排除事故有设备老 握实时运行方式，对实时的安全稳定进行校核并 化导致事故扩大的可能性。因此必须建设和负荷 负责，负责电网的规划建设和电网技术专业的指 水平相匹配的网架，只有有了能够安全可靠送电 导，保证电网建设和技术标准的统一有序，实现统 的网架，电源建设才有意义，用户需要才可能满 一调度，统一规划。 足。 (5)没有加强机网协调，不重视机组保护定 (2)没有重视电网动态稳定包括电压稳定动 值和电网安全稳定控制的协调 态问题，分析控制不力 事故过程中有大量的机组相继跳闸，这从客 美加电网结构十分紧密，系统容量很大，但最 观上严重加剧了电压崩溃。从厂网分开的角度，电 终无法避免电压崩溃导致系统全面崩溃和大范围 厂由于对电网情况不甚了解，因此保护的设置往 停电事故。这说明，随着电网的加强，负荷的加重 往无法考虑到系统的需要，无法发挥励磁调节器、 和跨区远距离送电的出现，虽然系统频率稳定和 PSS、低励和过励限制等保护的作用，因此必须加 暂态稳定抗冲击能力均有了很大的提高，但是由 强机网协调，重视机组保护定值和电网安全稳定 于空调负荷、感应电动机等负荷比重的增加和受 控制的协调。 端电网对外来电力依赖的提高，电压稳定矛盾将 (6)没有从系统防线高度重视低电压切负荷 日益突出，一旦电网发生重大事故，潮流大范围转 装置的配置 移，极易引发电压崩溃事故后果将十分严重。因 空调、感应电动机等负荷在电压降低时无功 此必须加强对电压稳定问题的重视，重视系统分 消耗增加，将进一步导致电压的下降，阻碍电压的 析模型特别是负荷模型的选取，提高对系统静态、 恢复，因此在电压降低后延时切除负荷将大大优 暂态和动态稳定问题分析的准确性。 于当感应电动机在电压进一步下降时自行停转， (3)没有掌握电网薄弱环节，未能及时做好 有利于电压崩溃的防范。因此有必要将低电压切 网架发生重特大事故的预案 负荷装置的安装放在建立系统防线的高度进行研 从事故处理角度看，这是一次调度失败事故， 究，扩大安装的范围。 虽然事故后期蔓延极为迅猛，非人力所能控制。但 (7)有效解列点的设置和动作策略不能奏 是事故早期，即便从第4条线路跳闸到开始全面 效，未能有效防止事故扩大 崩溃仍有20mn,因此若中西部电网调度预案详 事故缘自中西部电网，但最终导致包括安大 细，处理果断，在俄亥俄南北断面线路相继断开之 略和纽约在内的大范围电网崩溃，若安大略和纽 际，迅速对断面潮流进行控制，事故仍有被避免的 约电网能通过安控装置和事故区域解列，即事先 可能性。因此加强对电网薄弱环节的研究，充分研 解开安大略和TC的通道，事故范围可能可以限 究电网多个元件相继停役或枢纽变电站全停的调 制在中西部电网，损失必将得以大大缩小。因此必 度预案，并在事故发生时做好下一步的事故预案， 须充分重视系统解列点的设置，同时应研究电压 提高事故处理能力，加快事故处理速度十分必要。 崩溃的特点，使解列装置不光能在系统失步或振 (4)交流互联系统没有统一的实时调度和规 荡时解列，而且能判断电压崩溃解列，防止电压崩 划机构 溃事故的扩大。 从管理的角度看，本次事故的发生和美国东 (8)没有系统紧急控制设置，未能控制事故 北部电网没有一个统一的电网实时调度和管理中 波及范围 心有着重要干系。没有统一实时调度，导致了电网 从紧急控制角度看，从事故前夕电网振荡开 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
2 美加大停电的教训 (1) 没有注意加强电网建设和改善电网结构 美加电网虽然规模巨大, 但是由于负荷增长 缓慢、缺乏统一规划和电力市场对电网建设的刺 激不足等因素, 近年来电网建设发展缓慢, 电网结 构严重滞后。事故发生的中心区域中西部电网网 架尤其薄弱, 设备老化严重, 不排除事故有设备老 化导致事故扩大的可能性。因此必须建设和负荷 水平相匹配的网架, 只有有了能够安全可靠送电 的网架, 电源建设才有意义, 用户需要才可能满 足。 (2) 没有重视电网动态稳定包括电压稳定动 态问题, 分析控制不力 美加电网结构十分紧密, 系统容量很大, 但最 终无法避免电压崩溃导致系统全面崩溃和大范围 停电事故。这说明, 随着电网的加强, 负荷的加重 和跨区远距离送电的出现, 虽然系统频率稳定和 暂态稳定抗冲击能力均有了很大的提高, 但是由 于空调负荷、感应电动机等负荷比重的增加和受 端电网对外来电力依赖的提高, 电压稳定矛盾将 日益突出, 一旦电网发生重大事故, 潮流大范围转 移, 极易引发电压崩溃事故, 后果将十分严重。因 此必须加强对电压稳定问题的重视, 重视系统分 析模型特别是负荷模型的选取, 提高对系统静态、 暂态和动态稳定问题分析的准确性。 ( 3) 没有掌握电网薄弱环节, 未能及时做好 网架发生重特大事故的预案 从事故处理角度看, 这是一次调度失败事故, 虽然事故后期蔓延极为迅猛, 非人力所能控制。但 是事故早期, 即便从第 4 条线路跳闸到开始全面 崩溃仍有 20 m in, 因此若中西部电网调度预案详 细, 处理果断, 在俄亥俄南北断面线路相继断开之 际, 迅速对断面潮流进行控制, 事故仍有被避免的 可能性。因此加强对电网薄弱环节的研究, 充分研 究电网多个元件相继停役或枢纽变电站全停的调 度预案, 并在事故发生时做好下一步的事故预案, 提高事故处理能力, 加快事故处理速度十分必要。 (4) 交流互联系统没有统一的实时调度和规 划机构 从管理的角度看, 本次事故的发生和美国东 北部电网没有一个统一的电网实时调度和管理中 心有着重要干系。没有统一实时调度, 导致了电网 的实时安全稳定控制没有最高的控制中心, 没有 一个机构考虑全网运行方式对全网的安全稳定进 行校核并负责; 事故发生时, 各 ISO 不能相互协 调; 电网事故恢复时, 电网各自为政, 延缓了恢复; 电网建设和规划各自为政, 345 kV、500 kV、765 kV 电网结构十分复杂, 电网薄弱且老化严重。因 此对于一个交流互联系统, 应有一个管理机构掌 握实时运行方式, 对实时的安全稳定进行校核并 负责; 负责电网的规划建设和电网技术专业的指 导, 保证电网建设和技术标准的统一有序, 实现统 一调度, 统一规划。 ( 5) 没有加强机网协调, 不重视机组保护定 值和电网安全稳定控制的协调 事故过程中有大量的机组相继跳闸, 这从客 观上严重加剧了电压崩溃。从厂网分开的角度, 电 厂由于对电网情况不甚了解, 因此保护的设置往 往无法考虑到系统的需要, 无法发挥励磁调节器、 PSS、低励和过励限制等保护的作用, 因此必须加 强机网协调, 重视机组保护定值和电网安全稳定 控制的协调。 (6) 没有从系统防线高度重视低电压切负荷 装置的配置 空调、感应电动机等负荷在电压降低时无功 消耗增加, 将进一步导致电压的下降, 阻碍电压的 恢复, 因此在电压降低后延时切除负荷将大大优 于当感应电动机在电压进一步下降时自行停转, 有利于电压崩溃的防范。因此有必要将低电压切 负荷装置的安装放在建立系统防线的高度进行研 究, 扩大安装的范围。 ( 7) 有效解列点的设置和动作策略不能奏 效, 未能有效防止事故扩大 事故缘自中西部电网, 但最终导致包括安大 略和纽约在内的大范围电网崩溃, 若安大略和纽 约电网能通过安控装置和事故区域解列, 即事先 解开安大略和 ITC 的通道, 事故范围可能可以限 制在中西部电网, 损失必将得以大大缩小。因此必 须充分重视系统解列点的设置, 同时应研究电压 崩溃的特点, 使解列装置不光能在系统失步或振 荡时解列, 而且能判断电压崩溃解列, 防止电压崩 溃事故的扩大。 ( 8) 没有系统紧急控制设置, 未能控制事故 波及范围 从紧急控制角度看, 从事故前夕电网振荡开 2003 年第 9 期 华东电力 7 (0611)
8(0612) 华东电力 2003年第9期 始到崩溃也有将近2min,在这最后的2min内， 第2次故障。14：27安徽境内肥繁5304线（跨长 若有系统级的安控正确动作，也许仍能挽回，因此 江线路)遭雷击跳闸，造成肥繁5305线（另一回跨 应加强紧急控制的研究，配合解列装置，设置必要 长江线路)单线潮流达到1820MW,超出稳定控 的系统级紧急控制装置，建立最后一道防线。 制限额2倍。若不及时降低潮流，极有可能发生 (9)没有实施电网有效分层分区，系统抗事 5303线路跳闸，造成安徽与华东500kV主网解 故能力薄弱 列引发大面积停电。当时华东电网负荷为49900 从电网分层分区角度看，弱电磁环网是导致 MW,电网频率为49.96Hz。华东网调在故障出 系统事故扩大的隐患，本次事故中大量的线路跳 现时，立即按预案命令安徽省调紧急减出力，并发 闸也必然和弱电磁环网高压线路跳闸、低压线路 令强行停运洛河电厂等机组。安徽省调坚决执行 严重过载有关，因此对系统进行合理的分层分区， 命令，连续下令强行停运洛河3号机组（出力300 解开电磁环网不光有利于发挥高压电网的输送能 MW)、淮北一厂7号机组（出力130MW)、淮北 力，而且将大大提高系统的抗事故冲击能力。 二厂2号机组（出力200MW)等3台机组，使 (10)直流互联对事故隔离十分有利 5303线路潮流迅速降至稳定限额要求的600 魁北克电网虽然也处于事故中心区域附近， MW以内，保证了安徽省网与华东主网的联系。 但是由于其和主系统主要通过直流互联，因此损 由于皖北出力的大量减少，华东电网系统频 失甚微。由此可见，直流互联对防止系统事故的扩 率跌至49.75Hz,华东网调随即命令新安江和富 大是十分有利的。 春江电厂出力分别从100MW和64MW增加到 3华东电网化解“8·29”和“9·4”重大风 760MW和272MW,并及时开启天荒坪电厂2 台300MW级的备用机组，使华东电网频率在80 险的启示 s后恢复到第二考核值的49.80Hz以上。 2003年8月29日和9月4日华东电网当日 14:30华东网调将肥繁5304线跳闸情况向 分别发生了多次故障。 国调中心汇报。福建省电力公司根据国调中心的 3.1“8·29”和“9·4”华东电网故障处理 命令，克服自身电力严重不足的困难，通过福双线 3.1.1“8·29”华东电网多次故障处理 向华东电网输送电力进行支援，最大达到300 第1次故障发生于12：57，葛南直流极I因 MW。经对现场一、二次设备核查无误后，华东网 雷击跳闸，电网瞬时失去600MW电力。当时华 调于15：09发令在繁昌侧对5304线合闸成功， 东电网负荷为50490MW,电网频率从50.05Hz 15:17又下令合上肥西侧开关。至此，跳闸线路全 降到第一考核值以下的49.89Hz。华东电力调度 线恢复输电。受令紧急停机的机组也按调度命令 通信中心（以下简称“华东网调”当即下达命令， 分别从16：12至21：55陆续并网发电。 迅速把华东直管新安江电厂的出力从24MW增 第3次故障是16：13上海外高桥电厂4号机 加至390MW,使系统频率基本维持在49.90 突然跳闸。当时机组出力300MW,华东电网负荷 Hz。在国家电力调度中心的指挥下，经过上海超 为49520MW,电网频率从49.94Hz降到49.89 高压输变电公司南桥站的努力和华东公司生技部 Hz。华东网调立即发令新安江电厂出力从29 的指导，葛南直流于当天17：26恢复运行。华东电 MW迅速增加至343MW,使电网频率恢复正常。 网接线示意图如图3所示。 3.1.2“9·4”华东电网两次故障处理 苏北电网 9月4日两次故障的经过与“8·14美加大停 苏南电网 电”的情况相似，都是首先发生停机，接着一条线 皖北电网< 皖南电网 海电网 路过载。所不同的是华东电网处理及时，避免了事 浙江电网3 故。 福建电网 第1次故障是9：53上海吴泾二电厂出力 600MW的1号机组跳闸。当时华东电网总负荷 图3华东电网接线示意图 为53100MW,电网频率从50.01Hz下降至 在葛南直流极I尚未恢复送电之时，发生了 49.92Hz。由于上海用电负荷很大，失去600MW 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
始到崩溃也有将近 2 m in, 在这最后的 2 m in 内, 若有系统级的安控正确动作, 也许仍能挽回, 因此 应加强紧急控制的研究, 配合解列装置, 设置必要 的系统级紧急控制装置, 建立最后一道防线。 ( 9) 没有实施电网有效分层分区, 系统抗事 故能力薄弱 从电网分层分区角度看, 弱电磁环网是导致 系统事故扩大的隐患, 本次事故中大量的线路跳 闸也必然和弱电磁环网高压线路跳闸、低压线路 严重过载有关, 因此对系统进行合理的分层分区, 解开电磁环网不光有利于发挥高压电网的输送能 力, 而且将大大提高系统的抗事故冲击能力。 (10) 直流互联对事故隔离十分有利 魁北克电网虽然也处于事故中心区域附近, 但是由于其和主系统主要通过直流互联, 因此损 失甚微。由此可见, 直流互联对防止系统事故的扩 大是十分有利的。 3 华东电网化解“8·29”和“9·4”重大风 险的启示 2003 年 8 月 29 日和 9 月 4 日华东电网当日 分别发生了多次故障。 311 “8·29”和“9·4”华东电网故障处理 31111 “8·29”华东电网多次故障处理 第 1 次故障发生于 12: 57, 葛南直流极É 因 雷击跳闸, 电网瞬时失去 600 MW 电力。当时华 东电网负荷为 50 490MW , 电网频率从 50105 H z 降到第一考核值以下的 49189 H z。华东电力调度 通信中心(以下简称“华东网调”) 当即下达命令, 迅速把华东直管新安江电厂的出力从 24 MW 增 加至 390 MW , 使系统频率基本维持在 49190 H z。在国家电力调度中心的指挥下, 经过上海超 高压输变电公司南桥站的努力和华东公司生技部 的指导, 葛南直流于当天 17: 26 恢复运行。华东电 网接线示意图如图 3 所示。 图 3 华东电网接线示意图 在葛南直流极É 尚未恢复送电之时, 发生了 第 2 次故障。14: 27 安徽境内肥繁 5304 线(跨长 江线路) 遭雷击跳闸, 造成肥繁 5305 线(另一回跨 长江线路) 单线潮流达到 1 820 MW , 超出稳定控 制限额 2 倍。若不及时降低潮流, 极有可能发生 5303 线路跳闸, 造成安徽与华东 500 kV 主网解 列引发大面积停电。当时华东电网负荷为 49 900 MW , 电网频率为 49196 H z。华东网调在故障出 现时, 立即按预案命令安徽省调紧急减出力, 并发 令强行停运洛河电厂等机组。安徽省调坚决执行 命令, 连续下令强行停运洛河 3 号机组(出力 300 MW )、淮北一厂 7 号机组 (出力 130 MW )、淮北 二厂 2 号机组 (出力 200 MW ) 等 3 台机组, 使 5303 线路潮流迅速降至稳定限额要求的 600 MW 以内, 保证了安徽省网与华东主网的联系。 由于皖北出力的大量减少, 华东电网系统频 率跌至 49175 H z, 华东网调随即命令新安江和富 春江电厂出力分别从 100 MW 和 64 MW 增加到 760 MW 和 272 MW , 并及时开启天荒坪电厂 2 台 300 MW 级的备用机组, 使华东电网频率在 80 s 后恢复到第二考核值的 49180 H z 以上。 14: 30 华东网调将肥繁 5304 线跳闸情况向 国调中心汇报。福建省电力公司根据国调中心的 命令, 克服自身电力严重不足的困难, 通过福双线 向华东电网输送电力进行支援, 最大达到 300 MW。经对现场一、二次设备核查无误后, 华东网 调于 15: 09 发令在繁昌侧对 5304 线合闸成功; 15: 17 又下令合上肥西侧开关。至此, 跳闸线路全 线恢复输电。受令紧急停机的机组也按调度命令 分别从 16: 12 至 21: 55 陆续并网发电。 第 3 次故障是 16: 13 上海外高桥电厂 4 号机 突然跳闸。当时机组出力 300MW , 华东电网负荷 为 49 520MW , 电网频率从 49194 H z 降到 49189 H z。 华东网调立即发令新安江电厂出力从 29 MW 迅速增加至 343MW , 使电网频率恢复正常。 31112 “9·4”华东电网两次故障处理 9 月 4 日两次故障的经过与“8·14 美加大停 电”的情况相似, 都是首先发生停机, 接着一条线 路过载。所不同的是华东电网处理及时, 避免了事 故。 第 1 次故障是 9: 53 上海吴泾二电厂出力 600 MW 的 1 号机组跳闸。当时华东电网总负荷 为53 100 MW , 电网频率从 50101 H z 下降至 49192 H z。由于上海用电负荷很大, 失去 600MW 8 (0612) 华东电力 2003 年第 9 期
2003年第9期 华东电力 9(0613) 出力后，导致江苏送上海方向的斗牌526768双 统安全运行所必需的。 线有功潮流增至2750MW,超过稳定限额150 例如，华东公司提前建设的斗渡5913线在上 MW:上海泗泾500kV变电站的2台主变潮流超 海外高桥电厂1998年“8·13全停事故”中发挥 过1200MW,超过稳定限额350MW。如不迅速 的作用就是至关重要的。若是没有这条线路，事故 处理，有关线路和变压器就地跳闸，使上海北部 导致的结果就是联锁跳闸直至系统崩溃。 500kV电网因失去与华东主网的联络而大面积 经过长期的建设，特别是近几年来的快速发 停电。 展，华东电网的500kV网架已经成为全国比较 华东网调在机组跳闸后立即命令新安江电厂 强的电网系统，但是由于华东地区负荷的飞速增 将出力从350MW增加至700MW(富春江出力 长华东地区一次能源和负荷分布的不均衡特性 己满)、天荒坪电厂再开1台300MW机组发电， 造成了华东电网内部的“北电南送、西电东送”，大 命令上海市调立即进行拉限电，将泗泾主变有功 量电力通过输电线路送至长江三角洲负荷中心， 潮流控制在限额内。华东网调还向国调中心请求 使得主干输电通道经常重载，成为输电瓶颈。输变 福建进行事故支援，短时福建送华东300MW。 电系统的建设仍追赶不上用电的需求。例如，江苏 10:20斗牌526768双线潮流降至2600MW。 电网的上江5241/5242、江斗5202江南5291、斗 10:30上海市调经平稳控制和转移部分负荷，使 南5265/5266、斗牌5267/5268、安徽电网的肥繁 泗泾2台主变有功潮流降至850MW。 5304/5305、浙江电网的兰双5407/5408、双瓯 第2次故障是20：25福建后石电厂出力600 5463等输电断面经常重载，甚至短时超稳定限额 MW的1号机跳闸。当时华东电网（不含福建）总 运行。 负荷为53620MW,电网频率从50.01Hz下降 从华东电网的负荷增长形式来看，这些输电 至49.87Hz,兰亭一双龙540708双线和功率最 通道的压力会越来越大，存在着本不应有的单一、 大达到1910MW。华东网调立即发令新安江电 简单事故引发重特大事故的风险，其主要原因在 厂和富春江电厂出力分别从550MW和172MW 于供应总量严重不足，难以承受N-1,更不能承受 增加至700MW和227MW,使电网频率迅速恢 N-2的故障考验。据近日华东三省一市上报的负 复至49.90Hz以上。当国调中心要求华东对福建 荷预测，华东电网2003年冬的用电缺口将达 进行事故支援时，在华东三省一市均无增送能力 9600MW.2004年夏将攀至16000MW。华东公 (当时正值华东电网高峰负荷时段)的情况下，华 司将根据系统的电源建设、负荷增长情况，提前建 东网调将新安江电厂仅有的150MW事故备用 设一批输变电项目，保障系统的充裕性。例如，目 支援了福建省。 前正加快江苏过江东通道、苏锡地区500kV第 3.2技术层面的启示 二通道建设，争取早日投产，江苏过江的西通道也 (1)加大电网建设力度，消除输电瓶颈 己开始建设。安徽电网将尽快建设过江第三、四回 近几年来，华东电网正经历着一次历史上少 500kV线路，改变安徽与系统通过繁昌变电站一 有的负荷需求快速增长时期，华东全网负荷己经 点联系的局面。浙江电网应继续加快跨钱塘江第 连续4年经历了高速增长，长江三角洲城市群做 二通道、沿海通道建设进度，改变相对薄弱的电网 为全国经济最为活跃、发展势头最为良好的地区， 状况。要通过大力加强电网建设，减轻电网运行的 其负荷需求的增长更是达到了前所未有的速度， 压力，提高电网抵御系统故障的能力。 然而华东电网的负荷规模远远没有进入饱和阶 (2)提高安全稳定分析水平，加强对暂态、电 段。现在华东电网面临的最大问题是电力平衡困 压和动态稳定问题的重视 难和输电容量不足问题。随着电力改革的进行，电 随着华东电网的不断发展和电网送受端结构 力平衡困难问题将主要由发电公司根据市场供需 的日趋明显，电网稳定形势出现了新的变化。在阳 状况给出的价格信号来逐步解决。而输电容量不 城、安徽皖北等送端系统仍存在暂态稳定问题外， 足问题则必须靠电网公司来解决。建设一个强壮 电网电压稳定和动态稳定问题也有所出现。苏南 的并有一定传输容量裕度的电网，满足电力传输 地区、浙西南地区低电压问题严重，动态无功储备 交易的需要是电网公司的主要任务，也是保证系 严重不足：上海黄渡地区为典型受端系统，地区没 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
出力后, 导致江苏送上海方向的斗牌 5267ö68 双 线有功潮流增至 2 750 MW , 超过稳定限额 150 MW ; 上海泗泾 500 kV 变电站的 2 台主变潮流超 过1 200MW , 超过稳定限额 350 MW。如不迅速 处理, 有关线路和变压器就地跳闸, 使上海北部 500 kV 电网因失去与华东主网的联络而大面积 停电。 华东网调在机组跳闸后立即命令新安江电厂 将出力从 350 MW 增加至 700 MW (富春江出力 已满)、天荒坪电厂再开 1 台 300 MW 机组发电, 命令上海市调立即进行拉限电, 将泗泾主变有功 潮流控制在限额内。华东网调还向国调中心请求 福建进行事故支援, 短时福建送华东 300 MW。 10: 20 斗牌 5267ö68 双线潮流降至 2 600 MW。 10: 30 上海市调经平稳控制和转移部分负荷, 使 泗泾 2 台主变有功潮流降至 850 MW。 第 2 次故障是 20: 25 福建后石电厂出力 600 MW 的 1 号机跳闸。当时华东电网(不含福建) 总 负荷为 53 620 MW , 电网频率从 50101 H z 下降 至 49187 H z, 兰亭—双龙 5407ö08 双线和功率最 大达到 1 910 MW。华东网调立即发令新安江电 厂和富春江电厂出力分别从 550MW 和 172MW 增加至 700 MW 和 227 MW , 使电网频率迅速恢 复至 49190 H z 以上。当国调中心要求华东对福建 进行事故支援时, 在华东三省一市均无增送能力 (当时正值华东电网高峰负荷时段) 的情况下, 华 东网调将新安江电厂仅有的 150 MW 事故备用 支援了福建省。 312 技术层面的启示 (1) 加大电网建设力度, 消除输电瓶颈 近几年来, 华东电网正经历着一次历史上少 有的负荷需求快速增长时期, 华东全网负荷已经 连续 4 年经历了高速增长, 长江三角洲城市群做 为全国经济最为活跃、发展势头最为良好的地区, 其负荷需求的增长更是达到了前所未有的速度, 然而华东电网的负荷规模远远没有进入饱和阶 段。现在华东电网面临的最大问题是电力平衡困 难和输电容量不足问题。随着电力改革的进行, 电 力平衡困难问题将主要由发电公司根据市场供需 状况给出的价格信号来逐步解决。而输电容量不 足问题则必须靠电网公司来解决。建设一个强壮 的并有一定传输容量裕度的电网, 满足电力传输 交易的需要是电网公司的主要任务, 也是保证系 统安全运行所必需的。 例如, 华东公司提前建设的斗渡 5913 线在上 海外高桥电厂 1998 年“8·13 全停事故”中发挥 的作用就是至关重要的。若是没有这条线路, 事故 导致的结果就是联锁跳闸直至系统崩溃。 经过长期的建设, 特别是近几年来的快速发 展, 华东电网的 500 kV 网架已经成为全国比较 强的电网系统, 但是由于华东地区负荷的飞速增 长、华东地区一次能源和负荷分布的不均衡特性 造成了华东电网内部的“北电南送、西电东送”, 大 量电力通过输电线路送至长江三角洲负荷中心, 使得主干输电通道经常重载, 成为输电瓶颈。输变 电系统的建设仍追赶不上用电的需求。例如, 江苏 电网的上江 5241ö5242、江斗 5202ö江南 5291、斗 南 5265ö5266、斗牌 5267ö5268、安徽电网的肥繁 5304ö5305、浙 江 电 网 的 兰 双 5407ö5408、双 瓯 5463 等输电断面经常重载, 甚至短时超稳定限额 运行。 从华东电网的负荷增长形式来看, 这些输电 通道的压力会越来越大, 存在着本不应有的单一、 简单事故引发重特大事故的风险, 其主要原因在 于供应总量严重不足, 难以承受N 21, 更不能承受 N 22 的故障考验。据近日华东三省一市上报的负 荷预测, 华东电网 2003 年冬的用电缺口将达 9 600MW , 2004 年夏将攀至 16 000MW。华东公 司将根据系统的电源建设、负荷增长情况, 提前建 设一批输变电项目, 保障系统的充裕性。例如, 目 前正加快江苏过江东通道、苏锡地区 500 kV 第 二通道建设, 争取早日投产; 江苏过江的西通道也 已开始建设。安徽电网将尽快建设过江第三、四回 500 kV 线路, 改变安徽与系统通过繁昌变电站一 点联系的局面。浙江电网应继续加快跨钱塘江第 二通道、沿海通道建设进度, 改变相对薄弱的电网 状况。要通过大力加强电网建设, 减轻电网运行的 压力, 提高电网抵御系统故障的能力。 (2) 提高安全稳定分析水平, 加强对暂态、电 压和动态稳定问题的重视 随着华东电网的不断发展和电网送受端结构 的日趋明显, 电网稳定形势出现了新的变化。在阳 城、安徽皖北等送端系统仍存在暂态稳定问题外, 电网电压稳定和动态稳定问题也有所出现。苏南 地区、浙西南地区低电压问题严重, 动态无功储备 严重不足; 上海黄渡地区为典型受端系统, 地区没 2003 年第 9 期 华东电力 9 (0613)
10(0614) 华东电力 2003年第9期 有动态无功支撑能力，均存在发生电压稳定问题 c王店变、乔司变间电磁环网： 的危险。因此，目前必须加强对励磁系统、负荷模 d兰双54075408与萧牌2310、富金2358、 型等的研究，提高分析水平，切实掌握电网电压稳 建龙2388等线路构成电磁环网， 定和动态稳定的水平，并以此为依据提出电网安 e双瓯5463与楠丽2333线等220kV线路 全稳定控制策略，保证电网安全稳定运行。 构成电磁环网， (3)电网分层分区运行，解开电磁环网与抑 ￡肥繁5304/5305与220kV西刘2831、西 制短路容量 长2832线构成电磁环网。 高低压电磁环网运行在电力系统新的电压等 近年来，随着500kV电网的进一步加强，华 级出现初期，高电压等级电网还比较薄弱的时期 东电网电磁环网解开己经具备条件。华东电网多 是难以避免的。但是高低压电磁环网运行会带来 年来始终十分重视220kV电网的分层分区工 许多问题。例如，500kV线路或主变跳闸，引起 作，在2001年实施苏南宁镇常和苏锡分区，2002 220kV线路严重过载220kV系统短路容量聚 年实施上海电网分泗泾、黄渡、杨行、南桥杨高4 增造成大批220kV开关遮断容量不能满足要 片运行，宁绍电网和浙江220kV主网分层分区 求，电磁环网使运行方式复杂化，给继电保护配 的基础上，华东公司和省市电力公司密切配合，对 合、调度管理、事故处理等带来诸多困难，削弱了 江苏和浙江电网的进一步分层分区方案进行了深 电网运行可靠性和安全稳定性，如此等等。同时， 入的研究，初步决定，在2004年夏季高峰前，浙江 随着电力系统的不断发展，发电机组和电厂容量 电网实施浙北电网和浙江220kV主网分区运 以及变电站容量增大，高压电网内部的日益紧密 行，宁波电网和绍兴电网分区运行，江苏电网苏州 连接，电力系统间的互联，使各级电压电网中的短 电网和无锡电网分区运行：在江苏泰兴一斗山过 路电流水平不断增大。华东电网这个问题已经日 江通道投运后相机实施苏南苏北分区运行，2005 显突出。目前华东电网某些变电站220kV母线 年夏季高峰前实施浙西南电网和杭州地区电网分 短路电流已超过50kA,500kV电网短路电流在 区运行。 近几年内也将超过50kA。短路电流超标给电网 (4)加强受端系统建设，保证充足的动态无 运行带来较多问题。如瓶窑变、兰亭变220kV母 功电压支撑 线己被迫采取母线分裂运行方式来降低短路电 无功电源的合理配置，对电力系统的安全稳 流，削弱了电网运行的可靠性和安全性，使得系统 定运行有重大影响。任何一个大型的电网，不管网 运行方式难以安排。 络如何密集，如果没有布置合理、数量足够而又坚 为此，应该严格按照《电力系统安全稳定导 强的电压支持点，就很难使整个电网获得必要的 则》的要求，加强500kV高压电网建设，积极创 稳定性。尤其是在受进电力比重较大的负荷中心， 造条件，有计划地实现220kV电网的分层分片 由于电网参数和负荷特性的非线性，在发生系统 运行，改善电网的运行结构，提高电网的抗扰动能 大扰动后，无功需求可能激增。必须有足够的动态 力和稳定水平，有效降低系统短路容量。同时，在 无功调节储备，保证在系统发生大的扰动后有足 电网规划中，应注重从系统结构着手，合理安排电 够的无功发出，才能有效支撑电网枢纽节点的电 网结构分层分区，避免和消除不同电压级的电磁 压恢复，避免因为电压恢复困难而引起系统电压 环网。对于华东而言，还应超前考虑采用新的技术 缓慢或快速崩溃。 抑制短路电流的措施和建设更高一级电压等级电 华东电网动态无功补偿的矛盾随着地区受电 网的前期研究工作。 容量和潮流的不断增加日益突出。由于地区电压 华东电网目前运行中矛盾比较突出的电磁环 稳定性问题限制电网运行方式的矛盾也逐渐增 网主要有： 加。因此，需加紧研究增加动态无功补偿装置问 a上江5241/5242双线与杨马4673、安澄 题。特别是上海黄渡、江苏苏州无锡、浙江温州金 2635线构成电磁环网： 华等地区在高峰负荷方式下已经出现了低电压运 b江斗5202、江南5291与谏泰26912692 行的现象，系统几乎没有无功储备，一旦此时发生 双线构成电磁环网： 重要设备故障跳闸，系统有崩溃的可能。 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
有动态无功支撑能力, 均存在发生电压稳定问题 的危险。因此, 目前必须加强对励磁系统、负荷模 型等的研究, 提高分析水平, 切实掌握电网电压稳 定和动态稳定的水平, 并以此为依据提出电网安 全稳定控制策略, 保证电网安全稳定运行。 ( 3) 电网分层分区运行, 解开电磁环网与抑 制短路容量 高低压电磁环网运行在电力系统新的电压等 级出现初期, 高电压等级电网还比较薄弱的时期 是难以避免的。但是高低压电磁环网运行会带来 许多问题。例如, 500 kV 线路或主变跳闸, 引起 220 kV 线路严重过载; 220 kV 系统短路容量聚 增造成大批 220 kV 开关遮断容量不能满足要 求; 电磁环网使运行方式复杂化, 给继电保护配 合、调度管理、事故处理等带来诸多困难, 削弱了 电网运行可靠性和安全稳定性, 如此等等。同时, 随着电力系统的不断发展, 发电机组和电厂容量 以及变电站容量增大, 高压电网内部的日益紧密 连接, 电力系统间的互联, 使各级电压电网中的短 路电流水平不断增大。华东电网这个问题已经日 显突出。目前华东电网某些变电站 220 kV 母线 短路电流已超过 50 kA , 500 kV 电网短路电流在 近几年内也将超过 50 kA。短路电流超标给电网 运行带来较多问题。如瓶窑变、兰亭变 220 kV 母 线已被迫采取母线分裂运行方式来降低短路电 流, 削弱了电网运行的可靠性和安全性, 使得系统 运行方式难以安排。 为此, 应该严格按照《电力系统安全稳定导 则》的要求, 加强 500 kV 高压电网建设, 积极创 造条件, 有计划地实现 220 kV 电网的分层分片 运行, 改善电网的运行结构, 提高电网的抗扰动能 力和稳定水平, 有效降低系统短路容量。同时, 在 电网规划中, 应注重从系统结构着手, 合理安排电 网结构分层分区, 避免和消除不同电压级的电磁 环网。对于华东而言, 还应超前考虑采用新的技术 抑制短路电流的措施和建设更高一级电压等级电 网的前期研究工作。 华东电网目前运行中矛盾比较突出的电磁环 网主要有: a. 上江 5241ö5242 双线与杨马 4673、安澄 2635 线构成电磁环网; b. 江斗 5202、江南 5291 与谏泰 2691ö2692 双线构成电磁环网; c. 王店变、乔司变间电磁环网; d. 兰双 5407ö5408 与萧牌 2310、富金 2358、 建龙 2388 等线路构成电磁环网; e. 双瓯 5463 与楠丽 2333 线等 220 kV 线路 构成电磁环网; f. 肥繁 5304ö5305 与 220 kV 西刘 2831、西 长 2832 线构成电磁环网。 近年来, 随着 500 kV 电网的进一步加强, 华 东电网电磁环网解开已经具备条件。华东电网多 年来始终十分重视 220 kV 电网的分层分区工 作, 在 2001 年实施苏南宁镇常和苏锡分区, 2002 年实施上海电网分泗泾、黄渡、杨行、南桥杨高 4 片运行, 宁绍电网和浙江 220 kV 主网分层分区 的基础上, 华东公司和省市电力公司密切配合, 对 江苏和浙江电网的进一步分层分区方案进行了深 入的研究, 初步决定, 在 2004 年夏季高峰前, 浙江 电网实施浙北电网和浙江 220 kV 主网分区运 行, 宁波电网和绍兴电网分区运行, 江苏电网苏州 电网和无锡电网分区运行; 在江苏泰兴—斗山过 江通道投运后相机实施苏南苏北分区运行; 2005 年夏季高峰前实施浙西南电网和杭州地区电网分 区运行。 (4) 加强受端系统建设, 保证充足的动态无 功电压支撑 无功电源的合理配置, 对电力系统的安全稳 定运行有重大影响。任何一个大型的电网, 不管网 络如何密集, 如果没有布置合理、数量足够而又坚 强的电压支持点, 就很难使整个电网获得必要的 稳定性。尤其是在受进电力比重较大的负荷中心, 由于电网参数和负荷特性的非线性, 在发生系统 大扰动后, 无功需求可能激增。必须有足够的动态 无功调节储备, 保证在系统发生大的扰动后有足 够的无功发出, 才能有效支撑电网枢纽节点的电 压恢复, 避免因为电压恢复困难而引起系统电压 缓慢或快速崩溃。 华东电网动态无功补偿的矛盾随着地区受电 容量和潮流的不断增加日益突出。由于地区电压 稳定性问题限制电网运行方式的矛盾也逐渐增 加。因此, 需加紧研究增加动态无功补偿装置问 题。特别是上海黄渡、江苏苏州无锡、浙江温州金 华等地区在高峰负荷方式下已经出现了低电压运 行的现象, 系统几乎没有无功储备, 一旦此时发生 重要设备故障跳闸, 系统有崩溃的可能。 10 (0614) 华东电力 2003 年第 9 期
2003年第9期 华东电力 11(0615) 因此，当前首先必须在正常运行电压较低的 形成了一个从东北到西南的同步系统。如果华东 地区加大投入，凡是没有达到“无功导则”规定的 电网与华北、山东电网联网，并采用交流联网，则 补偿度要求的，必须立即加装足够数量的常规无 华东电网与区外电网将形成一个交换功率巨大的 功补偿装置（电容器/电抗器）。在负荷中心应安装 交直流混联系统（华东电网从华中电网通过直流 足够的低电压切负荷装置，防止电压崩溃。从长远 受进电力能力将达7200MW)。 来看，除在规划电源建设时，考虑在负荷中心始终 交直流混联系统最大的危险在于交直流系统 保持一定比例发电装机外，应研究选择若干枢纽 的故障相互扩散，不仅华东电网故障可能波及其 变电站安装SVC等新型无功电源的可行性。 它同步系统，区外系统的故障同样可能波及华东 (5)加强电网运行第三道防线建设 电网，导致有功和无功潮流的大范围串动。有功潮 大电力系统可靠性的最重要问题是防止电力 流的大范围串动将加重流经线路的潮流，严重的 系统崩溃瓦解造成大面积停电问题。因此考虑电 会超过线路的暂态或静稳定水平，导致系统功角 力系统可能出现最坏情况，采取预防措施，对任何 失稳。无功潮流的大范围转移将导致无功无法做 大电力系统都是一项保证电力茶统安全稳定运行 到就地基本平衡，而是通过长距离输送，从而导致 的长期方针。电力系统往往因为各种不利因素的 流经线路的电压逐级下降，电压稳定储备不足，严 组合而导致稳定的破坏，即失去同步稳定性、频率 重的甚至会导致受端系统电压崩溃。无论是功角 崩溃和电压崩溃，最终酿成长期大面积停电。 失稳还是电压崩溃，都将导致大面积停电的严重 《电力系统安全稳定导则》第三级安全稳定标 后果。这次安大略、纽约州电网由于和事故中心区 准要求电力系统因故障时开关拒动、故障时继电 域中西部底特律电网交流互联损失惨重，而魁北 保护和自动装置误动或拒动、自动调节装置失灵、 克电网由于和纽约州直流联网损失甚微即说明了 多重故障、失去大容量发电厂等偶然事故导致稳 这一问题。 定破坏时，必须采取措施，防止系统崩溃，避免造 可以想象，一旦发生某回直流双极闭锁，直流 成长时间大面积停电和对最重要用户（包括厂用 潮流（一般3000MW)大部分将通过横跨湖北、 电)的灾害性停电，使负荷损失尽可能减少到最 河南、河北、山东、江苏苏北，长达数千km的大环 小，电力系统应尽快恢复正常运行。 转移，必将导致这一通道上潮流较大的通道，在华 华东电网安全稳定运行的第三道防线主要有 东如阳城送出、上江通道和江苏过江通道必将严 稳定切机、低频减载、自动投切电容器和电抗器及 重过载，发生电压崩溃或功角失稳几乎难以避免。 切负荷、系统振荡解列、过功率解列等措施。由于 因此，在全国联网的过程中，华东电网与区外电力 安全自动装置的重要性，必须进一步加强管理，把 系统的联网应采用直流输电系统联网方式，避免 安全自动装置从设计、研制、安装、调试，到运行和 大同步系统交直流混联。 维护，全过程的管理起来，保证第三道防线自身没 (7)加强新技术投入，加快SVC、STACOM 有纰漏，从而保障电网系统的安全。 等动态无功补偿装置建设 目前华东电网的结构还不具备抵御N-2事 从长远来看，由于华东电网能源分布的不均 故冲击的能力，但是必须加紧研究重要输电断面 匀性和对区外来电依赖程度的进一步提高，局部 N-2后的系统行为的分析，努力做到心中有数，并 电网，特别是负荷发展极快的苏南、上海等电网受 相应地准备事故预案。这样，在真的发生事故的情 端系统的特征日趋明显。因此，除在规划电源建设 况下调度员能够迅速、正确的处理，把事故的影响 时，必须考虑在负荷中心始终保持一定比例发电 限制在尽可能小的范围。 装机外，应研究采用新技术，选择若干枢纽变电站 (6)华东电网和区外互联应直流联网，避免 安装SVC、STACOM等FACTS装置等新型无 交直流混联 功电源的可行性，并加快实施。 随着三峡电站逐步投产，全国联网已全面展 3.3管理层面的启示 开。华东电网已经通过两回直流输电线路与华中 3.3.1交流互联系统必须实施统一调度，发挥区 电网实现联网。华北电网已经（或即将）通过500 域电网优势 kV交流线路与东北、华中（包括川渝）实现联网， 从8·14日美加大停电发生、事故处理和电 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
因此, 当前首先必须在正常运行电压较低的 地区加大投入, 凡是没有达到“无功导则”规定的 补偿度要求的, 必须立即加装足够数量的常规无 功补偿装置(电容器ö电抗器)。在负荷中心应安装 足够的低电压切负荷装置, 防止电压崩溃。从长远 来看, 除在规划电源建设时, 考虑在负荷中心始终 保持一定比例发电装机外, 应研究选择若干枢纽 变电站安装 SV C 等新型无功电源的可行性。 (5) 加强电网运行第三道防线建设 大电力系统可靠性的最重要问题是防止电力 系统崩溃瓦解造成大面积停电问题。因此考虑电 力系统可能出现最坏情况, 采取预防措施, 对任何 大电力系统都是一项保证电力系统安全稳定运行 的长期方针。电力系统往往因为各种不利因素的 组合而导致稳定的破坏, 即失去同步稳定性、频率 崩溃和电压崩溃, 最终酿成长期大面积停电。 《电力系统安全稳定导则》第三级安全稳定标 准要求电力系统因故障时开关拒动、故障时继电 保护和自动装置误动或拒动、自动调节装置失灵、 多重故障、失去大容量发电厂等偶然事故导致稳 定破坏时, 必须采取措施, 防止系统崩溃, 避免造 成长时间大面积停电和对最重要用户(包括厂用 电) 的灾害性停电, 使负荷损失尽可能减少到最 小, 电力系统应尽快恢复正常运行。 华东电网安全稳定运行的第三道防线主要有 稳定切机、低频减载、自动投切电容器和电抗器及 切负荷、系统振荡解列、过功率解列等措施。由于 安全自动装置的重要性, 必须进一步加强管理, 把 安全自动装置从设计、研制、安装、调试, 到运行和 维护, 全过程的管理起来, 保证第三道防线自身没 有纰漏, 从而保障电网系统的安全。 目前华东电网的结构还不具备抵御N 22 事 故冲击的能力, 但是必须加紧研究重要输电断面 N 22 后的系统行为的分析, 努力做到心中有数, 并 相应地准备事故预案。这样, 在真的发生事故的情 况下调度员能够迅速、正确的处理, 把事故的影响 限制在尽可能小的范围。 ( 6) 华东电网和区外互联应直流联网, 避免 交直流混联 随着三峡电站逐步投产, 全国联网已全面展 开。华东电网已经通过两回直流输电线路与华中 电网实现联网。华北电网已经(或即将) 通过 500 kV 交流线路与东北、华中(包括川渝) 实现联网, 形成了一个从东北到西南的同步系统。如果华东 电网与华北、山东电网联网, 并采用交流联网, 则 华东电网与区外电网将形成一个交换功率巨大的 交直流混联系统(华东电网从华中电网通过直流 受进电力能力将达 7 200MW )。 交直流混联系统最大的危险在于交直流系统 的故障相互扩散, 不仅华东电网故障可能波及其 它同步系统, 区外系统的故障同样可能波及华东 电网, 导致有功和无功潮流的大范围串动。有功潮 流的大范围串动将加重流经线路的潮流, 严重的 会超过线路的暂态或静稳定水平, 导致系统功角 失稳。无功潮流的大范围转移将导致无功无法做 到就地基本平衡, 而是通过长距离输送, 从而导致 流经线路的电压逐级下降, 电压稳定储备不足, 严 重的甚至会导致受端系统电压崩溃。无论是功角 失稳还是电压崩溃, 都将导致大面积停电的严重 后果。这次安大略、纽约州电网由于和事故中心区 域中西部底特律电网交流互联损失惨重, 而魁北 克电网由于和纽约州直流联网损失甚微即说明了 这一问题。 可以想象, 一旦发生某回直流双极闭锁, 直流 潮流(一般 3 000 MW ) 大部分将通过横跨湖北、 河南、河北、山东、江苏苏北, 长达数千 km 的大环 转移, 必将导致这一通道上潮流较大的通道, 在华 东如阳城送出、上江通道和江苏过江通道必将严 重过载, 发生电压崩溃或功角失稳几乎难以避免。 因此, 在全国联网的过程中, 华东电网与区外电力 系统的联网应采用直流输电系统联网方式, 避免 大同步系统交直流混联。 (7) 加强新技术投入, 加快 SV C、STA COM 等动态无功补偿装置建设 从长远来看, 由于华东电网能源分布的不均 匀性和对区外来电依赖程度的进一步提高, 局部 电网, 特别是负荷发展极快的苏南、上海等电网受 端系统的特征日趋明显。因此, 除在规划电源建设 时, 必须考虑在负荷中心始终保持一定比例发电 装机外, 应研究采用新技术, 选择若干枢纽变电站 安装 SV C、STA COM 等 FA CT S 装置等新型无 功电源的可行性, 并加快实施。 313 管理层面的启示 31311 交流互联系统必须实施统一调度, 发挥区 域电网优势 从 8·14 日美加大停电发生、事故处理和电 2003 年第 9 期 华东电力 11 (0615)
12(0616) 华东电力 2003年第9期 网恢复的过程来看，停电范围波及的加拿大安大 载状态拉回到正常运行状态，避免因事故处理速 略MO、魁北克水电系统、美国中西部ISO、PM 度过慢导致事故扩大。本次美加大停电的发生显 电网、纽约SO、新英格兰SO等互联系统没有一 然和在多个元件相继故障的过程中，电网没有全 个统一的电网安全管理者，换言之，没有一个电网 网性的应急预案，事故处理拖沓有关。 管理机构对整个互联电网的安全稳定负责。在事 另外，电网必须建立由全网最高调度机构统 故发生的当时，互联电网的各成员间信息不同，也 一协调编制的黑启动和小系统并列方案。使电网 没有一家调度机构统一指挥互联电网的事故处理 能在电网因重大事故解列或发生局部系统崩溃 和电网恢复，既未能有效遏制事故发展，把损失降 后，以最快的速度恢复重要负荷，将损失控制在最 低到最小，也未能在事故后及时组织系统恢复供 小的范围内。 电，纽约的电力完全恢复甚至经历了25h,造成 3.3.3电网必须保有一定的备用容量尤其是具 了巨大的经济损失和社会影响。据称，整个互联电 有多年调节能力的水电等发电资源 网的安全稳定是通过NERC的分支NPCC来协 在“8·29”和“9·4”的数次故障处理中，新安 调。而NERC对这些成员不按要求行事的处罚无 江水电厂再次在第一时间发挥了不可或缺的作 非是在其公告栏内予以张贴，仅此而己。 用，避免了电网周波的进一步降低。由于新安江水 经验教训再次表明，互联电网必须有统一的 电厂具有多年调节水库，因此为任何其他类型的 管理和运行者。也就是说，要加强网调对主网架的 应急或调峰调频电源所不能替代。其建厂以来己 运行管理。实施电网统一调度，能统一管理华东全 经数百次紧急启动，使电网化险为夷。这充分说明 网信息资源，在第一时间发现电网隐患和故障，避 电力体制改革方案决定由华东公司继续直接管理 免因信息分割和闭塞导致处理延误，引发多重故 新安江等水电厂是完全正确的。同时也充分说明， 障能按局部服从全局的原则，统一安排处理方法 华东电网直接管理的此类水电、抽水蓄能电站还 和手段，在第一时间启动预案，及时下达调度命 远远不够，因此还应该加快建设一批包括燃汽轮 令，分级实施，用足用好全网电力和设备资源，避 机电站在内的能发挥顶峰和事故支援作用的电 免因利益格局各行其是，互相钳制，在处理中扩大 源。当前应注意防止导致新安江电厂原设计第一 事故：能统一处理调度和市场关系，在第一时间即 功能即发电能力大幅下降因素的发展，避免其对 把供用电放在安全的前提下考量，避免在事故中 华东电网安全的影响。 不能妥善处理安全和用电的关系：能统一向国调 3.3.4加强对发电厂的管理，确保电网安全稳定 中心汇报，在第一时间取得区外电力支援，或妥善 运行 处理区外送电设施的故障，避免事故的扩大。因此 纵观“8·14”美加大停电事故过程，电网事故 在电力体制改革中应该坚持电网统一调度，分层 迅速扩大和数十座核电厂和其它燃煤机组相继退 操作，并在相当一段时间内继续实施调度和市场 出运行不无关系。这和独立发电商出于保护设备 分工不分家。 角度考虑，在电网运行发生波动尚未可能对机组 3.3.2建立应急体系，提高电网抗事故能力 造成损害时即提前选择机组自动退出运行有关。 从电网运行控制标准而言，正常运行不可能 而从电网方面看，大批机组同时跳闸正往往直接 根据N-2及以上灾变电网不采取措施保持稳定 导致或加速电力系统的崩溃。如果发电厂机组低 进行控制，否则电网效率根本不可能得到保证。 频高频和低压等诸保护配置合理，即可以在保护 N-2及以上的灾变一般依靠第三道防线进行防 设备不受太多冲击的前提下，显著提高电网抵御 范，而第三道防线措施的动作，如低频减载的动作 冲击的能力。 一般代价高昂。而从实际运行而言，N-2以上故障 从华东电网实际运行情况看，2003年夏华东 同时发生的概率很小，N-2的形式一般为多个元 500kV输变电设备运行情况基本正常。在电网电 件相继发生故障。因此必须建立应急体系，形成翔 力本已严重不足的情况下大机组运行的稳定性至 实有效的事故预案，配置能可靠动作的安全自动 关重要。今夏开局阶段和中期，发电机组运行状况 控制装置，在发生多个元件相继故障的过程中，以 尚好，后阶段则日渐见拙。如前所述，8月29日发 最快的速度进行事故处理，尽快将系统从正常过 生了外高桥电厂4号机组跳闸，9月4日发生了 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ne
网恢复的过程来看, 停电范围波及的加拿大安大 略 IM O、魁北克水电系统、美国中西部 ISO、PJM 电网、纽约 ISO、新英格兰 ISO 等互联系统没有一 个统一的电网安全管理者, 换言之, 没有一个电网 管理机构对整个互联电网的安全稳定负责。在事 故发生的当时, 互联电网的各成员间信息不同, 也 没有一家调度机构统一指挥互联电网的事故处理 和电网恢复, 既未能有效遏制事故发展, 把损失降 低到最小, 也未能在事故后及时组织系统恢复供 电, 纽约的电力完全恢复甚至经历了 25 h, 造成 了巨大的经济损失和社会影响。据称, 整个互联电 网的安全稳定是通过N ERC 的分支N PCC 来协 调。而N ERC 对这些成员不按要求行事的处罚无 非是在其公告栏内予以张贴, 仅此而已。 经验教训再次表明, 互联电网必须有统一的 管理和运行者。也就是说, 要加强网调对主网架的 运行管理。实施电网统一调度, 能统一管理华东全 网信息资源, 在第一时间发现电网隐患和故障, 避 免因信息分割和闭塞导致处理延误, 引发多重故 障; 能按局部服从全局的原则, 统一安排处理方法 和手段, 在第一时间启动预案, 及时下达调度命 令, 分级实施; 用足用好全网电力和设备资源, 避 免因利益格局各行其是, 互相钳制, 在处理中扩大 事故; 能统一处理调度和市场关系, 在第一时间即 把供用电放在安全的前提下考量, 避免在事故中 不能妥善处理安全和用电的关系; 能统一向国调 中心汇报, 在第一时间取得区外电力支援, 或妥善 处理区外送电设施的故障, 避免事故的扩大。因此 在电力体制改革中应该坚持电网统一调度, 分层 操作, 并在相当一段时间内继续实施调度和市场 分工不分家。 31312 建立应急体系, 提高电网抗事故能力 从电网运行控制标准而言, 正常运行不可能 根据N 22 及以上灾变电网不采取措施保持稳定 进行控制, 否则电网效率根本不可能得到保证。 N 22 及以上的灾变一般依靠第三道防线进行防 范, 而第三道防线措施的动作, 如低频减载的动作 一般代价高昂。而从实际运行而言,N 22 以上故障 同时发生的概率很小,N 22 的形式一般为多个元 件相继发生故障。因此必须建立应急体系, 形成翔 实有效的事故预案, 配置能可靠动作的安全自动 控制装置, 在发生多个元件相继故障的过程中, 以 最快的速度进行事故处理, 尽快将系统从正常过 载状态拉回到正常运行状态, 避免因事故处理速 度过慢导致事故扩大。本次美加大停电的发生显 然和在多个元件相继故障的过程中, 电网没有全 网性的应急预案, 事故处理拖沓有关。 另外, 电网必须建立由全网最高调度机构统 一协调编制的黑启动和小系统并列方案。使电网 能在电网因重大事故解列或发生局部系统崩溃 后, 以最快的速度恢复重要负荷, 将损失控制在最 小的范围内。 31313 电网必须保有一定的备用容量尤其是具 有多年调节能力的水电等发电资源 在“8·29”和“9·4”的数次故障处理中, 新安 江水电厂再次在第一时间发挥了不可或缺的作 用, 避免了电网周波的进一步降低。由于新安江水 电厂具有多年调节水库, 因此为任何其他类型的 应急或调峰调频电源所不能替代。其建厂以来已 经数百次紧急启动, 使电网化险为夷。这充分说明 电力体制改革方案决定由华东公司继续直接管理 新安江等水电厂是完全正确的。同时也充分说明, 华东电网直接管理的此类水电、抽水蓄能电站还 远远不够, 因此还应该加快建设一批包括燃汽轮 机电站在内的能发挥顶峰和事故支援作用的电 源。当前应注意防止导致新安江电厂原设计第一 功能即发电能力大幅下降因素的发展, 避免其对 华东电网安全的影响。 31314 加强对发电厂的管理, 确保电网安全稳定 运行 纵观“8·14”美加大停电事故过程, 电网事故 迅速扩大和数十座核电厂和其它燃煤机组相继退 出运行不无关系。这和独立发电商出于保护设备 角度考虑, 在电网运行发生波动尚未可能对机组 造成损害时即提前选择机组自动退出运行有关。 而从电网方面看, 大批机组同时跳闸正往往直接 导致或加速电力系统的崩溃。如果发电厂机组低 频、高频和低压等诸保护配置合理, 即可以在保护 设备不受太多冲击的前提下, 显著提高电网抵御 冲击的能力。 从华东电网实际运行情况看, 2003 年夏华东 500 kV 输变电设备运行情况基本正常。在电网电 力本已严重不足的情况下大机组运行的稳定性至 关重要。今夏开局阶段和中期, 发电机组运行状况 尚好, 后阶段则日渐见拙。如前所述, 8 月 29 日发 生了外高桥电厂 4 号机组跳闸, 9 月 4 日发生了 12 (0616) 华东电力 2003 年第 9 期