大电网连锁故障的风险分析与策略研究

张元胜 阳 晟 杨有慧 宁阳天 罗翠云

（广西电网电力调度控制中心）

0 引言

电力事业发展中，大电网连锁故障较为普遍，是导致电力事故的主要原因。而这一问题的出现，通常是由于系统内部某个元件故障，加之缺乏及时有效的处理，导致继电保护装置误动，出现了更为严重的系列故障，而这种连锁型故障问题，将会导致大面积停电，对社会生产生活带来严重的影响。尤其是大电网的连锁故障，较之中小型电网而言，运行期间受到的扰动和风险更多，任何一个元件出现故障问题，都将可能导致其他元件的运行停止，致使故障快速蔓延。连锁故障尽管发生的概率较小，但所产生的后果却十分严重，如何有效规避大电网连锁故障出现，对于社会生产生活稳定发展具有重要意义。

1 大电网运行特点和连锁故障特点

1.1 大电网运行

大电网是相较于中、小型电网而言，优势主要表现在以下几点： （1）供电可靠性。负载投、切，即便是某一机组失去也不会对用户的正常供电产生过大的影响；（2）提升电能质量，系统容量较大，无论是电压波动还是频率波动均在可靠范围内；（3）提升系统经济性，借助高效率大机组，可以有效降低系统总装机备用容量，设备利用效率大大提升；（4）系统运行灵活安全，有多种运行方式可供选择［1］。

1.2 连锁故障

连锁故障是一种严重的停电事故，将导致大面积停电，影响到供电系统的正常运行。如，英国伦敦大停电、丹麦停电以及加拿大安大略省电力系统瘫痪等等，均是由于连锁故障导致的。连锁故障最初是一个元件故障，由于电网互联特性，如果故障未能得到有效解决，将会快速蔓延，出现连锁故障，进而出现大面积电网停电事故，带来的损失不可估量。

对大电网连锁故障原理归纳总结，即每个元件正常运行期间带有不同的负荷，如果某个元件超出自身承载负荷将会导致电流环境不平衡，逐渐转移到其他元件，使其他元件的负荷增长，如果接收转移元件无法承受这些负荷，负荷将会重新分配，在这个过程中将会出现严重的连锁超负荷故障，导致大面积停电事故的发生。

2 电网发展现状

在国民经济持续增长下，电网负荷逐渐增加，负荷结构逐渐从以往的照明供电转变为电动机为主的负荷群供电，大容量电厂建设规模进一步扩大，成为电力行业发展的主流趋势。大容量集中式发电厂与负荷中心的距离比较远，可以通过输电线路远距离将电力输送给用户［2］。但是，此种远距离电力传输将会导致电力距离增加，需要提升输电线路电压等级来避免电能损失。当前电力系统中，大量新技术和新工艺应用其中，促使电力系统结构愈加复杂，对于电力系统运行稳定性提出了更高的要求。通过电网互联，可以将不同地区电网连接在一起，实现大电网负荷均衡分配和电力资源优化配置。当前电力负荷主要为集中单一大电网供电，大电网的运行负荷超过90%。伴随着社会经济持续增长下，电力用户对于供电质量安全提出了新的要求，大电网自身的弊端局限性较大，无法满足电网发展需要［3］。

（1）大型互联电力系统中，某一元件出现故障，将会快速蔓延，对电网整体运行安全带来影响较大，进而出现严重的连锁故障。

（2）集中式电网，无法伴随电力负荷波动而变化。如果仅仅是短暂的峰荷建设发电厂，需要花费的成本较高，获得的经济效益与实际需要相背离。负荷峰谷不断扩大，电网负荷率不断下降，在一定程度上影响到发输电设施利用效率。

（3）随着电压等级和距离增加，远距离输电所带来的线损不断增加，由于直流输电方式缺少稳定极限，是线路输送容量提升的有效途径，可以降低电网间互联网问题，将故障控制在合理范围内，可以有效提升电网运行稳定性［4］。但此项技术正处于初级发展阶段，其中还有很多不足，柔性交流输电系统受到人们广泛关注和重视。分频输电系统作为一种新式输电方式，发电、输电和用电环节频率不同，在实际研究中可以了解到，远距离输电降低频率，可以有效提升线路输电能力。

3 大电网连锁故障风险分析

3.1 极端天气加剧多重故障风险

在对大电网连锁故障处理中，发现故障具有自组织临界性特点，通过大气系统降水现象了解到，极端恶劣天气将会带给电网不同程度上的损失，加剧电网故障出现几率。这就需要做好恶劣天气的测量工作，寻求合理措施来规避电网运行故障［5］。

3.2 电网故障保护风险

在大量实践中可以了解到，继电保护是保证电网安全稳定运行的关键所在，而大电网连锁故障发生时，线路跳闸，线路电流负荷变化显著。如果一处出现电气量保护误动跳闸，将会加剧电网故障问题。保护死区故障，通过研究可以了解到部分故障是可以保护的，但是现有很多地区的电网继电保护作用无法发挥，埋下了一系列故障隐患［6］。

3.3 电网网架结构风险

大电网运行期间，联络线控制风险和安全自动装置风险主要来源于电网设备。通过对电网网架结构风险分析了解到，风险贯穿于电网规划和运行全过程。网架结构布局是否合理，将直接影响大电网运行安全，反之可能导致电网结构不合理，出现严重的大电网连锁故障［7］。

3.4 电网运行方式风险

大电网运行期间，如果运行方式不合理，检修工作落实不到位，将会带来一定的故障风险，即电网运行方式风险。就此类风险来看，主要表现为以下两方面：一方面，电网结构不合理，电网运行方式不够灵活，制约后续的电网检修工作有序开展；另一方面，检修计划编制不合理，检修状态下的电网运行状态较为脆弱，很容易受到外界因素影响出现电网连锁故障［8］。

3.5 小概率事件风险

通常情况下，这种小概率事件发生几率较小，小到可以忽略不计。但是，大电网运行期间，小概率事件带来的不良影响较大。所以，应该加强小概率事件的认知和重视，推动大电网建设期间，综合剖析和考量其中潜在的风险隐患，冰雪灾害、日全食现象和人为因素等均会对大电网安全运行带来不良影响。故此，需要在此基础上编制合理的应急预案，尽可能降低大电网连锁故障几率。

4 大电网连锁故障的解决对策

4.1 推行广域测量系统

从实践工作中了解到，大电网内部各个环节之间的相互关联将会导致连锁故障出现。但是，当前的测量系统主要表现为局部性状态，无法实现资源共享，为大电网运行提供可靠的数据支持，从而影响大电网的安全稳定运行。所以，可以建立广域测量系统，用于全网动态过程记录、电压稳定监视以及电力系统稳态分析等多方面，联合WAMS技术，对实际应用进行整体规划，把握技术要点，从经济和技术角度进行软件开发，以便推动技术改进和完善［9］。

4.2 持续深化大电网实施风险预控技术创新

大电网运行期间，可通过广域系统来获取运行信息，对数据信息深度剖析，挖掘潜在价值，开发可靠的风险评估软件，实现数据的有效处理，确定风险易发环节，寻求合理措施来规避出现大电网连锁故障。大电网运行中的风险评估软件众多，结合实际情况选择最佳的评估软件，以便保证评估结果精准度。结合相应规则来确定电网中的风险，但是此种方法会受到采样周期限制，影响到评估结果精准度。大电网连锁故障发生前期阶段难以察觉，在关键阶段发生质的变化，而现有技术局限性较大，导致其中的风险隐患无法有效解决。所以，需要借助实施风险预控技术创新，保证评估结果预见性，实现质的飞跃。

4.3 推进调控一体化体系建设

推动大电网自动化发展，借助前沿技术，实现数据采集、操作智能化。近些年来电网调度和运行专业融合度不断增加，开始出现了无人值守机站，并选择集中监控、分散操作的监控模式。这种方式降低了人工劳动强度，一旦出现问题可及时发现和解决，维护电网运行安全。

5 结束语

综上所述，大电网连锁故障发生率较小，但是其中仍然不可避免地伴随一系列风险隐患，破坏力较强，严重影响到电网的安全稳定运行。所以，应该深层次剖析其中潜在的隐患，引进前沿技术和手段，对电网运行实时监控，以便降低大电网连锁故障发生几率。