宁波电网抗冰灾的启示及反思

黄森炯，周盛，顾伟，王晴

（宁波电业局，浙江宁波315010）

宁波电网抗冰灾的启示及反思

黄森炯，周盛，顾伟，王晴

（宁波电业局，浙江宁波315010）

近年来，电网冰灾事故时有发生，众多骨干输电线路被迫长期停运，电网稳定运行和电力可靠供应面临巨大的挑战。以2013年1月宁波电网冰灾为例，分析了该地区抗冰灾的主要对策，结合此次抗击冰灾的实际经验，提出了生命通道概念以及区域电网构建生命通道的规划，稳定孤网运行的重点要素等应对此类灾害采取的技术手段。同时总结了输电线路走廊选择、电网规划、电源规划等方面在此次冰雪灾害中暴露的问题，并提出了改进建议。

抗击冰灾；孤网稳定控制；电网规划；调度决策系统

2013年1月5日-9日抗冰灾期间宁波电网共发生18条110 kV及以上输电线路故障跳闸。宁波电业局通过调整运行方式、控制断面潮流、及时对线路进行强送等手段，在8天时间内恢复了全部跳闸线路。在此简要介绍了宁波电网冰灾事故形成和发展过程，总结了电网应急处理的经验和教训[1-2]，对输电线路走廊选择、电网规划、电源规划等方面的问题进行了反思，并在预防冰灾、加强主网架、建设在线预警调度决策支持系统等方面提出了建议。

1 冰灾期间宁波电网情况分析

1.1 宁波电网电源及负荷状况

截至2013年1月底宁波电网有500 kV变电站5座，220 kV变电站41座，110 kV变电站168座。500 kV线路25条，220 kV线路125条，110 kV线路444条，宁波电网初步形成了以500 kV变电站为中心的分层分区网架。

宁波区域现有北仑、强蛟、乌沙山、镇海等一批大型发电厂及台塑自备、亚浆等大型用户自备发电厂。其中北仑发电厂以500 kV电压等级上网，强蛟、乌沙山发电厂均以2条500 kV线路接至宁海变，镇海发电厂、台塑自备热发电厂、亚浆自备发电厂以220 kV电压等级上网。宁波电网内电源分布特点是南部装机富裕，北部装机偏少，形成潮流自南向北输送特点。区域内3 MW及以上地方发电厂均以110 kV及以下电压等级上网，总装机容量1 437.35 MW，其中自备机组654.90 MW，占45.56%。总装机构成中热电961.90 MW，占66.92%；火电81.00 MW，占5.64%；水电129.35 MW，占9.00%；燃气轮机140.60 MW，占9.78%；风电124.50 MW，占8.66%。

2012年宁波地区统调最高负荷（整点）896.2万kW，同比减少0.51%；网供电量达447.8亿kWh，同比增长0.09%，2013年1月份冰灾前宁波电网统调最高负荷775.5万kW。

1.2 冰灾形成原因

（1）宁波处沿海丘陵地带，高压线路“翻山越岭”现象普遍，环境恶劣，冰雪天气下高耸的树木对电力线路构成了严重威胁。海拔高度越高，覆冰越严重，因为空气中液水含量随海拔高度的增加而升高。风速越大，液水含量越高，单位时间内向导线输送的水滴越多，覆冰也越严重；

（2）北方天气冬天气温始终在0℃以下，冰雪难融化，所以不会酿成较大的灾害；南方空气中水分含量多，下的雪以湿雪为主，易凝结成冰，且冬天气温徘徊在0℃左右，往往线路上的雪还没完全化开，天气又降到0℃以下，如此循环往复线路上的冰越来越厚；

（3）除冰手段缺乏，新技术应用进展缓慢，应用范围不广，例如融冰技术还只在试验阶段。

1.3 电网受损情况分析

宁波电网在8天时间内共跳闸18条110 kV及以上跳闸线路，此次冰灾对110 kV电网影响相对较小，跳闸线路主要集中在220 kV及以上线路，跳闸线路分布见图1。

220 kV及以上线路输送容量大、距离长，多穿越海拔高、树木茂密等地理形势险峻地带，这客观上增加了线路发生故障的几率；另一方面高电压等级线路多采取分列导线，冰灾时增加了负重，也增加了倒塔断线几率。

2 电网应对冰灾措施

2.1 冰灾形成初期

调度控制中心及时启动了《应急事故处理预案》[3]，全面加强了值班力量的配备成立应急救灾小组，与气象部门联动做好负荷预测工作，及时恢复电网全接线全保护运行方式，避免人为造成设备停役，与地方发电厂加强沟通，留足旋转备用容量，根据历年故障类型，落实抢修物资。

2.2 电网冰灾发展阶段

针对电网结构的变化和电网的各个薄弱环节，对多重预想的电网事故进行仿真分析，加强事故处理预案的时效性和针对性，这些预案有效地指导了电网冰灾事故的应急处理。

（1）根据电网运行方式的变化、抢修进度的变化，及时对事故预案进行滚动修订。

（2）及时对重要线路组织强送。查明变电站内无故障，一二次设备完好后，立即对线路进行一次强送，防范线路连锁跳闸可能引发的大面积停电事故。

（3）预想在极端情况下区域电网与主网之间只剩一回通道时，控制联络通道潮流为零，当联络线跳闸后区域电网能自动稳定运行，不发生频率崩溃。同时确保区域内低周、低压减载装置投入，并根据装置容量和联络线负荷进行核算，做好区域电网与主网解列预案[4-6]。

2.3 灾后恢复工作

尽快恢复主网线路，限额放宽后及时通知相关单位及用户恢复生产生活正常水平，防止遗漏通知而人为造成生产损失。及时恢复调整运行方式，保证供电可靠性。抗灾期间因时间紧、环境恶劣等因素，抢修工作多为临时性修复措施，灾害过后需重新安排停役进行永久性修复。对受损严重的线路其海拔高度、地理环境需重新评估[7]，必要时规划降低海拔高度，将输电线路改设在地理环境相对良好的位置。

3 加快宁波电网生命通道建设

3.1 生命通道的定义及分类

为抗击自然灾害，可根据电网的电压等级、线路输送能力、输送负荷重要性和地理位置等因素来定义电网的生命通道，并分为3级。生命通道可以是一条输电线路，也可以是多条输电线路组成的一个输电断面，分类见表1。

（1）220 kV及以上电网线路生命通道选择以可能发生6级及以上电网事件为原则，可以选择区域电网联络线，供终端变电站输电通道等。

（2）抗击冰灾加强区域110 kV电网生命通道显得十分重要。当220 kV及以上联络线或主供线路跳闸后，可以用110 kV线路转供重要负荷，避免变电站全停发生。220 kV变电站之间110 kV联络线建设有3种方式，见图2。

其中方式（b）还可以拓展为多T联接，即1条线路“T”接多个110 kV变电站，方式（c）可拓展为2个220 kV变电站间串接多个110 kV变电站，各种方式优缺点及适用范围见表2。

规划建设宁波电网110 kV电网生命线工程，在区域内220 kV及以上网架全部或局部瘫痪的情况下，能够实现以地区110 kV电网生命线为基础，灵活备供电网为支持，区域互供电网为保障，依靠区域电源维持或快速恢复到日常负荷30%左右的供电能力，最大程度地满足重点单位、重要用户供电，并为电网恢复运行提供保障。需要注意的是220 kV变电站220 kV电源失去情况下，通过110 kV线路转供时110 kV侧即为主供电源，通过110 kV转供35 kV负荷时主变后备保护需更改定值与一次方式相适应。

3.2 片区划分及补强

根据宁波电网网架结构特征、变电站地理分布、重要用户的分布以及电网发展规划情况，结合区域电源的接入，将宁波电网划分若干以500 kV变电站为核心的相对独立的电网片区。其中部分220 kV起联络线作用的生命通道正常时开断，避免电磁环网、减小短路电流，现阶段电网拓扑及补强工程示意如图3所示。

3.3 110kV生命通道补强工程建议

各个片区在电网遭受极端外部灾害时，主网220 kV及以上电网全部或局部瘫痪的情况下，首先能够以本片区内的区域电源为基础，以220 kV变电站110 kV母线为节点形成灵活备供电网，通过110 kV电网生命线，第一时间满足本片区内重要用户的供电需求；其次通过各片区间的110 kV联络通道形成各片区之间互救、互济的区域互供电网，当本片区内区域电源失去时，能够利用相邻片区的电源来保证对本片区内重要用户的供电。

4 研究孤网稳定措施

4.1 维持孤网稳定运行

各片区电网在220 kV及以上联络线路故障跳闸情况下，极容易形成孤网运行。若要维持孤网相对稳定运行，不发生崩溃现象，简单的说需满足片区内发供电平衡。极端情况下区域电网与主网之间只剩一回通道时，控制联络通道潮流为零，当联络线跳闸后区域电网能自动稳定运行，不发生频率崩溃。

片区内要有足够的发电站电源并具备可调节功能，部分负荷具备转移调节能力，区域内配置一定比例的低压低周减载装置。必要时为稳定孤网内电压、频率，可迅速拉停部分负荷可转移至其他片区的110 kV变电站，接着可拉停负荷性质次要的变电站。

4.2 合理规划电源点的布局

电源的合理布局显得十分重要,而对大型发电厂的过分依赖将损害电力供应的可靠性，在多重电网事故发生后将造成电力供应严重不足的局面。因此要重视电力规模经济性和供电可靠性之间的非协调性,重视电力负荷中心和重要城市调峰电源、事故应急电源、黑启动电源的配备问题,研究地区小水电和110 kV网络中小电源作为黑启动电源的电网恢复问题。特别要重视电源与电网的协调发展，增强电网规划对电源规划的引导作用，从提高抗击自然灾害能力角度优化电源布局和结构。

4.3 保证低周减载装置投入率

系统低周减载装置是保证电网安全运行的第三道防线，是防止事故扩大的重要安全装置之一，必须予以高度重视。凡是装有低频减载装置的线路原则上不列入调度计划拉电名单，也不能配置备用电源自投装置，以免事故时低周减载装置不能有效切除负荷。当系统低频率运行时，各级调度不得擅自送电，应立即汇报上一级调度，允许在切除等量的其它负荷后，恢复送电，但事先应征得上一级调度的同意。宁波电网2013年按频率减负荷装置（简称低周减载装置）各轮整定要求如表3所示。

为防止2013年新设备投产而造成负荷转移对原低周减载装置实际控制负荷的影响，各县（市、配）调所辖的变电所或馈线投产时，如转移负荷影响原变电所低周减载装置控制负荷，务必将负荷转移情况和负荷重要性情况及时上报地调，以便及时增加新的低周减载装置或转移低周减载装置的装设地点。

5 当前电网主要问题及补强建议

5.1 线路同杆架设比例偏高运行风险大

部分220 kV及以上线路因节约线路走廊等资源问题采取同杆双回线路架设，且全线同杆长度占全线比例超过50%甚至达到100%，运行可靠性较差。在遭受雷击或冰雪灾害等恶劣天气时容易出现双回线路跳闸情况。建议一、二级生命通道线路降低同杆占全线比例，特别是在山区等自然环境恶劣地区应分开架设。

5.2 110kV及以上终端变电站较多

截至2012年底，宁波电网终端变运行方式的220 kV变电所有14座，占37%；110 kV变电所67座，占39.9%，比例偏高。终端变电站突出问题是供电可靠性相对较差，检修方式下负荷转移能力较差，一旦220 kV电源失去容易造成全停。建议结合二级、三级生命通道建设，降低终端变占比。

5.3 分期投产模式存在“N-1”全停风险

因变电站规划设计及投产安排，新建变电站大多采取分期投产模式，例如Ⅰ期只投产1回线路、1台主变压器或1条母线，Ⅱ期或Ⅲ期扩建投产后才能达到最终规划状态。建议投产规划时抓紧配套工程建设，加快各期投产进度安排，避免出现单线单变情况。

5.4 老线路限制输送能力“瓶颈”多

截止2012年底，宁波电网118条220 kV线路中有20条是LGJ-500型号导线，部分导线已严重制约潮流输送能力，导致电网局部出现输电“瓶颈”，可能造成非电源性限电现象发生，在夏、冬两季负荷较高时尤其明显。建议对该类型导线进行升级改造，提高温升和输送限额。

6 其他建议

6.1 加快建设应急信息平台

在抗冰灾期间如果没有统一组织协调，容易出现混乱，需要统一领导，成立应急指挥领导小组和工作小组有明确的职责分工，有序开展抗灾工作，应急小组成员及各自分工见表4。

抗灾抢险就如同带兵打仗一样，能够及时获得信息最重要，例如线路跳闸信息，保护动作信息，抢修进度信息等，各部门应加强联系沟通信息汇总并各取所需，切勿各自为战，导致信息闭塞。信息集散示意如图4所示。

6.2 输电走廊的地段选取

部分地区输电走廊大多被迫绕开平原而从崇山峻岭间通过，自然环境恶劣，大风、覆冰、地震等自然灾害对线路、杆塔的影响愈加严重。这次冰灾中海拔400 m以上的山区线路覆冰厚度最大达110 mm，大大高于平原地区30～50 mm覆冰，因而在崇山峻岭间的线路倒塔情况更加严重，同时，由于山区线路的道路状况不佳，抢修条件恶劣，也给线路和杆塔的修复带来许多意想不到的困难。

今后在选择架空输电线路铺设路径时要尽量避开冰冻灾害严重的地段，如高海拔区、风道、湖泊等容易产生冰冻灾害的地带[7]，架空线路翻越山区时，要减少大档距、高落差情况的出现，减小架空线路的转角度。

6.3 加强电网冰灾检测及预警

冰灾多发区域220 kV及以上线路铁塔上安装局放及环流在线监测装置以及线路拉力感应装置，对线路覆冰状况进行监测是有效的方法，一旦发现线路有覆冰情况，或者线路拉力异常增大时，告警信号发送至监控中心，可以立即采取相关措施。

6.4 加强电网稳定运行控制及决策支持

此次冰灾中，虽然宁波电网事故应急处理得当，确保了全网的稳定运行。但当前电网安全防御体系仍然是基于离线确定决策表的仿真计算与分析，缺少电网实时运行中薄弱环节的捕捉和了解，未能实施有效的预防性稳定控制，也就不能及时把电网事故消除于萌芽状态中。

为适应现代大电网的安全运行要求，使电网的运行真正实现可控、能控、在控，必须开发电网在线预警和在线安全防御的调度决策支持系统，实现在线分析电网运行的状态，实时对各个重要电网断面进行“N-1”扫描和稳定计算分析[8]，捕捉电网实时运行中的薄弱环节，提前预警，并能提供合理的电网安全调整策略。

另外，要加强孤网自适应稳定运行的研究，要深入研究当主网瓦解成多个孤立小网时，各孤网的稳定运行控制和频率调整等问题。

6.5 加快电网黑启动仿真平台建设

电网黑启动是指电力系统故障停运或瓦解后，通过系统内具备自启动能力的机组或外部输入的电力，启动系统内无自启动能力的机组，逐步使系统恢复正常运行的过程。黑启动方案就是如何合理利用这部分自启动的电力，迅速使电网恢复正常。

随着电力系统规模的不断扩大，电网跨区互联的局面已基本形成。电网互联增加了电网的坚强程度，满足了用户对电力的数量和质量日益增长的需求，但其网内各子系统之间的相互影响也越来越强烈，局部系统的故障,可能酿成大面积停电事故，甚至导致整个系统的瓦解[9]。因此，建立电网黑启动仿真平台是电网发展的需要。黑启动仿真平台应具有以下功能：

（1）能为地区电网的自启动全过程制定可行的方案；

（2）能进行黑启动过程中相关技术的分析。如：黑启动过程中继电保护配置和整定计算的研究，电压稳定与频率稳定的研究等；

（3）能进行黑启动过程的模拟仿真，对结果作出合理的预测。

7 结语

以宁波电网抗击冰灾的实际经验为例，对地区电网在抗击冰灾中出现的问题作了反思，并对今后如何降低这类冰灾对电网造成的影响提出了建议。加快区域电网生命通道建设、合理规划电源点的布局、合理选择线路走廊等措施是有效减少覆冰事故发生和降低冰灾事故损失的主要方法。在冰灾中，联络线路故障跳闸情况下很容易造成局部电网形成孤网，孤网运行时系统频率变化剧烈，如果控制措施不当，极可能出现大面积停电事故，下一步需要加强孤网的稳定运行控制的研究。

[1]蔡洋.电网事故的回顾与分析及对电网调度管理的建议[J].电网技术，2007，31（11）:6-10.

[2]赵军，石光，黄小川，李海超.从调度角度谈电网事故及电网稳定运行保障措施[J].上海电力，2008（5）:122-124.

[3]张震宇，吴敏敏.地县联合统一模型的县调PAS/DTS系统实践[J].浙江电力，2011，30（10）:56-59.

[4]黄志龙.依靠科技进步提高华东电网安全稳定运行水平[J].华东电力，2007（11）:15-18.

[5]张健铭，毕天姝，刘辉，薛安成.孤网运行与频率稳定研究综述[J].电力系统保护与控制，2011，39（11）:149-155

[6]闫九球，唐山松.冰灾后对电力设施的分析和思考[J].广西水利水电，2008（2）:4-7.

[7]刘扬，安光辉，龚延兴.浅谈高压输电线路路径选择及杆塔定位[J].华北电力技术，2012（1）:67-70.

[8]刘有飞，蔡斌，吴素农.电网冰灾事故应急处理及反思[J].电力系统自动化，2008，32（8）:10-13.

[9]王诗明，文峰，刘昕晖，等.冰灾给电网调度运行带来的思考[J].江西电力，2008，32（2）:17-20.

（本文编辑：陆莹）

Inspiration and Reflection on Anti-ice Disaster on Ningbo Power Grid

HUANG Sen jiong，ZHOU Sheng，GU Wei，WANG Qing
（Ningbo Electricity Power Bureau，Ningbo Zhejiang 315010，China）

In recent years，ice disaster on power grid occurs frequently.Numerous main transmission lines are forced to stop operating over a long period of time,and there is significant challenge posed on stable operation of the power grid and reliable power supply.Combined with the experience in fighting against ice disaster,this paper analyzes anti-ice disaster countermeasures in this region.The paper proposes technical means like the concept of life channel，planning of constructing life channel in regional power grid and key factors for stabilization of isolated grid operation.Meanwhile,the paper summarizes problems in selection of transmission line corridor，power grid planning，power planning exposed in the ice disaster；besides，it brings forward improvement suggestions.

anti-icing disaster；isolated network stability control；grid planning；dispatching decision-making system

TM726.1

：B

：1007-1881（2013）11-0019-06

2013-08-13

黄森炯（1982-），男，浙江诸暨人，工程师，主要从事区域电网电力调度运行工作。