面向电力安全的大面积停电事件情景构建方法研究

吕政权, 陈怡君, 陈 京

(国网上海市电力公司, 上海 200438)

大面积停电事件是指由于自然灾害、电力安全事故和外力破坏等原因,造成区域性电网、省级电网或城市电网大量减供负荷,对国家安全、社会稳定及人民群众生产生活造成影响和威胁的事件。

传统的“预测-应对”型的应急决策模式已难以对灾变环境下瞬息万变的事件进行有效应对,而“情景-应对”型的决策模式通过构建情景,对突发事件的可能发展过程进行推演,目前已成为学者普遍采用的研究模式。FAHEY L[1]提出情景应该包含四要素:驱动力(Driving force)、策略(Plot or story)、逻辑(Logic)、结束状态(End-state)。陈涛[2]认为每个情景应包含致灾因子、承灾体、孕灾环境、救援措施4类要素。情景要素在数据库中存储,构成要素名称、特征集和属性状态集。陈刚等人[3]在分析了非常规突发事件的事态情景演化机理,响应情景演化机理及事态响应耦合机理的基础上,构建了非常规突发事件的事态响应的集群决策模式,并对预警、监视和响应3个子系统的协同运行进行了探讨。姜卉和黄钧[4]在充分界定罕见重大突发事件应急决策中情景概念,分析情景演变的概念和内涵后,提出了情景演变的网络表达方式,并建立了罕见重大突发事件中情景演变的分析流程。近年来,各级应急管理部门也逐渐围绕“情景构建”编制应急预案和组织应急演练。2013年,北京市应急委以“某重要地铁枢纽遭受沙林恐怖袭击” 为原型,在国内率先开展了巨灾情景构建的实践研究工作[5]。随后,由相关委办局牵头,开展了破坏性地震、大范围暴雪天气交通中断事件、水源严重污染事件、大规模网络信息安全事件、大规模群体性事件等多个领域的情景构建工作[6-7]。

国内外对情景构建的相关研究已有诸多成果,但鲜有针对大面积停电事件的情景构建方法。电力安全突发事件缺乏前兆,涉及环节多,发生和演变机理复杂,演化过程具有高度的不确定性和连锁动态性,直接和次生灾害危害十分严重。大面积停电事件的情景构建不应局限于电力系统,还应包含停电对社会的诸多影响。本文围绕电力安全应急培训教学重点,从相关案例、书籍中收集整理出大面积停电事件中的重要情景,对进行情景编码、分类,结合上海市电网实际情况,设计了部分主要情景和情景链,提出了一种大面积停电事件的推演方案。

1 情景库总体设计

1.1 情景编码规则设计

大面积停电事件中包含的情景较多,需要将其分类编码存于数据库中[8]。

(1)情景发展阶段(轮次) 例如A初期反应,B扩大反应,C逐渐恢复。

(2)各阶段的情景分类编码 若按1级分类划分,An,Bn,Cn为各阶段的情景分类;若按2级分类划分,An.n,Bn.n,Cn.n为各阶段的情景分类;若按3级分类划分,An.n.n,Bn.n.n,Cn.n.n为各阶段的情景分类。

(3)情景En例如A1.2-E2指大面积停电事件A阶段A1.2分类情景的E2情景。

(4)情景yn例如A1.2-E1-y2指大面积停电事件A阶段A1.2分类情景的E1情景的第2个情景。

(5)主情景标签(标记)M 可结合实际演练需求,在情景库中标记主情景。例如A1.2-E1-y1-M指大面积停电事件A阶段A1.2分类情景的E1情景的主情景。

1.2 情景分类设计

基于相关案例、相关书籍收集整理出大面积停电事件中的重要情景,根据事件发生的时间先后关系和对社会各界造成的影响,整理设计出情景的主要分类如表1所示。

表1 情景分类设计

1.3 部分情景链关系

灾害事件一般都经历产生、发展、演变、终结4个阶段[9]。按照事件发展的时间顺序、事件层次和主要处置机构的不同建立部分情景链关系如表2所示。

表2 部分情景链关系

2 部分情景设计

围绕提升各部门应急能力这一核心,充分考虑大面积停电事件对社会各界可能造成的影响,将历史真实案例与上海市实际情况结合,设计事件演变过程中的部分具体情景。

2.1 A1.1自然灾害引发

2.1.1 A1.1-E1

情景:台风、龙卷风(飑线风)造成上海电网设备损坏。

A1.1-E1-y1-M:上海市受台风强对流天气影响,突发飑线风和阵雨引起电力设备设施损坏,上海电网主网开关纷纷跳闸,造成上海电网发生1 000 kV特高压交直流混合故障,500 kV杨行、亭卫、顾路等分区突发区域性大面积停电事件(大风刮起的异物造成500 kV交流线路跳闸;多处500 kV、220 kV交直流送电线路相继故障)。部分区域供电中断(影响浦东、宝山、黄浦、静安、金山等地区),减供负荷约546万kW,占上海地区用电总负荷20%以上。

2.1.2 A1.1-E2

情景:自然灾害引发区外来电故障。

A1.1-E2-y1:自然灾害(台风、或局部地震、或雨雪冰冻天气如多日降雪及暴风雪/冰雹)造成上海的入沪通道在外省的电力设施受到损坏。区外来电故障:发电站故障而停止运转、输电线路故障、输电铁塔和线路大面积倒塔断线等),导致上海受电能力遭到影响,引发区域性大面积停电。

2.1.3 A1.1-E3

情景:自然灾害引发燃料供应问题。

A1.1-E3-y2:自然灾害(如雨雪冰冻天气)引发上海市燃料供应问题(发电燃料不足),供电能力下降,导致区域性大面积停电。

2.2 A2.1城市交通供电中断引发交通堵塞甚至瘫痪

2.2.1 A2.1.1引发地面交通堵塞甚至瘫痪

2.2.1.1 A2.1.1-E1

情景:交通信号灯失却。

A2.1.1-E1-y1:因发生区域性大面积停电,多处造成交通堵塞。多个公路交通信号灯停运,路灯熄灭引发堵车(如世纪大道主干道红绿灯失去作用,造成公共交通严重瘫痪;宝山区同济路、漠河路路口因停电造成交通信号灯暂时无法使用)。

A2.1.1-E1-y2:恰逢早高峰上班时间,造成交通阻塞、大量人员拥堵。

2.2.1.2 A2.1.1-E2

情景:重要设备停止运行。

A2.1.1-E2-y1:遇暴风暴雨造成大面积停电,致使打浦桥隧道、下立交机电设备停止运行和人行天桥电梯停运。

A2.1.1-E2-y2:大量车辆人员滞留,出现交通事故,有人员受伤。

2.2.2 A2.1.2地铁交通中断

2.2.2.1 A2.1.2-E1

情景:地铁交通中断。

A2.1.2-E1-y1:恰逢早高峰上班时间,因发生区域性大面积停电,致使30%地铁交通中断(地铁1号线、11号线停运,出现暂时性缺电)。

A2.1.2-E1-y2:停电引起恐慌。

A2.1.2-E1-y3:地铁瘫痪引发公共汽车及出租车短缺等,造成大量人员拥堵或滞留。

2.2.3 A2.1.3铁路、火车站交通事件

2.2.3.1 A2.1.3-E1

情景:车站秩序混乱。

A2.1.3-E1-y1:上海南站出现停电,造成电梯无法使用。

A2.1.3-E1-y2:停电引起恐慌。

A2.1.3-E1-y3.车站已采取了人工售票、人工安检等应急措施,仍造成大量人员拥堵或滞留。

2.2.3.2 A2.1.3-E2

情景:铁路交通中断。

A2.1.3-E2-y1:大面积停电对铁路运输造成重大影响,造成铁路上海枢纽调度指挥系统失控,京沪、沪宁多条铁路干线无法正常运行。

A2.1.3-E2-y2:停电引起恐慌,造成大量人员拥堵或滞留。

2.3 B1.1电网设备故障应急抢修处置

2.3.1 B1.1-E1

情景:特高压变电站故障应急抢修。

B1.1-E1-y1:某1 000 kV高压变电站内值班人员在2#主变C相发现故障点。

B1.1-E1-y2:电力公司应急救援基干队伍抵达变电站,发现2#主变C相高压套管均压环上有异物缠绕。

B1.1-E1-y3:1 000 kV 2#主变异物清除工作结束后,发现2#主变C相高压套管开裂漏油,需要进行更换。

2.3.2 B1.1-E2

情景:电缆沟起火扩大了停电面积。

B1.1-E2-y1:某公园塔下的电缆沟着火,导致一个主要变电所故障断电。

B1.1--E2-y2:某公园塔下的电缆沟火灾现场的一些电缆仍在工作,使火势难以控制,因而切断了城市中心变电所的15条馈线电缆,从而扩大了停电面积。

2.4 B2.1城市交通供电中断引发相关突发事件

2.4.1 B2.1.1地面交通相关事件

2.4.1.1 B2.1.1-E1

情景:车辆相撞。

B2.1.1-E1-y1:轨道交通接驳,车辆相撞,出现围观,交通堵塞。

B2.1.1-E1-y2:轨道交通接驳处发生人群拥挤踩踏。

B2.1.1-E1-y3:轨道交通接驳处有一小孩失踪。

2.4.1.2 B2.1.1-E2

情景:救援受阻。

B2.1.1-E2-y1:上海市电力公司应急供电救援车辆、应急救援队伍迅速出发赶赴迪斯尼园区,途中路段拥堵。

2.4.2 B2.1.2地铁停电引发相关突发事件处置

2.4.2.1 B2.1.2-E1

情景:地铁秩序混乱。

B2.1.2-E1-y1:大面积停电引发地铁站设备故障、地铁车站照明熄灭(地铁站大面积停电)。

B2.1.2-E1-y2:检查发现有人员被困电梯、人员受伤。

B2.1.2-E1-y3:地铁站内拥塞,人员大量滞留,现场秩序混乱。

2.4.2.2 B2.1.2-E2

情景:地铁站人员走散。

B2.1.2-E2-y1:地铁站中大客流有乘客晕倒引发出现拥堵踩踏。

B2.1.2-E2-y2:地铁拥堵踩踏出现人员受伤。

B2.1.2-E2-y3:检查发现有人员被困电梯、人员受伤。

B2.1.2-E2-y4:人员走散。

2.4.2.3 B2.1.2-E3

情景:地铁重要设备故障。

B2.1.2-E3-y1:地铁站中延误,站内/地面客流增加。

B2.1.2-E3-y2:地铁站秩序混乱,地铁站外通风管道故障。

2.4.3 B2.1.3铁路、火车站交通事件

B2.1.3-E1情景:火车站人员伤亡。

B2.1.3-E1-y1:火车站局部供电中断。

B2.1.3-E1-y2:检查发现有人员被困电梯、人员受伤。

B2.1.3-E1-y3:站内拥塞,人员大量滞留,现场秩序混乱。

2.4.4 B2.1.4民航系统相关事件

B2.1.4-E1情景:航班延误,人员滞留。

B2.1.4-E1-y1:虹桥机场发生供电设备故障,虹桥机场T2航站楼指挥塔不能作业,飞机不能按时起飞。

B2.1.4-E1-y2:航班延误,人员滞留,大量旅客滞留。

B2.1.4-E1-y3:乘客情绪激动引发病情。

2.5 C1.1电力设备故障抢修收尾与电网应急恢复

2.5.1 C1.1-E1

情景:特高压变电站故障应急恢复。

C1.1-E1-y1:某1 000 kV特高压变电站内抢修收尾(检查设备恢复情况,为主变恢复送电作最后的准备)。

C1.1-E1-y2:检查完毕,2#主变高压套管抢修工作全部结束,已具备送电条件。

2.5.2 C1.1-E2

情景:特高压变电站故障应急恢复。

C1.1-E2-y1:上海电网设备抢修已基本结束,主网架已恢复正常运行;闸北燃机黑启动成功,相关分区电网逐步恢复正常。

C1.1-E2-y2:全市停电负荷已恢复90%以上。

2.5.3 C1.1-E3

情景:火灾及其引发的变电所故障已得到控制与恢复运行。

C1.1-E3-y1:某公园塔下的电缆沟火灾已得到控制;火灾导致的主要变电所故障断电已抢修结束,计划恢复供电。

2.6 C2.1城市交通相关事件得到控制

2.6.1 C2.1.1地面交通相关事件得到控制

C2.1.1-E1情景:地面交通恢复。

C2.1.1-E1-y1:地面交通电力中断已解决,已恢复供电,交通事故得到有效处置。

2.6.2 C2.1.2地铁相关事件得到控制

C2.1.2-E1情景:地铁恢复。

C2.1.2-E1-y1:地铁供电抢修结束,申通地铁目前滞留乘客已全部疏散完毕,地铁(如11号线罗山路至迪士尼站)也已恢复正常供电;相关地铁设备故障已抢修完成。

C2.1.2-E1-y2:运营正在逐步恢复中;走散的人员已找回。

2.6.3 C2.1.3铁路、火车站交通事件得到控制

C2.1.3-E1情景:车站恢复。

C2.1.3-E1-y1:火车站供电抢修结束,已恢复正常供电;电梯被困人员已解救。

C2.1.3-E1-y2:运营正在逐步恢复中。

2.6.4 C2.1.4民航系统相关事件得到控制

C2.1.4-E1情景:民航恢复。

C2.1.4-E1-y1:浦东国际机场、虹桥供电抢修结束,已恢复正常供电。

3 大面积停电事件推演方案

《上海市大面积停电事件应急预案》指出,在应急处理工作过程中,各职能部门要统一指挥、分工负责,以人为本、科学决策,保证重点、分级处置,快速反应、协同应对。围绕培训中心电力安全突发事件应急处理培训课程重点,结合前文中的情景分类,设计基于“情景-应对”的决策指挥应急推演流程如图1所示[10]。

图1 基于“情景应对”的决策指挥应急推演流程

在大面积停电的初期反应、电网设备应急抢修处置和大面积停电的扩大反应环节设置3轮演练,每轮演练都有相应的情景库。参演学员分为3组,每组学员角色包括市应急指挥部总指挥、事发地所在区政府、市电力公司、市公安局、市消防局、市卫生局、市交通委、市民政局、机场集团。要求学员在演练过程中完成决策部署会议,通过启动预案、调动资源、科学施救,着重提升学员的研判决策能力。在应急处置过程中完成向上报告、向下发令和向相关单位发令,采取先期处置措施来控制事态,及时报告,争取支援,及时通报,协同作战,提升学员对事件的掌控、决策和协调能力。在答媒体记者和网络热点问过程中要求学员主动发声,正面引导,从而提升舆论领导力。

学员处置措施通过文字形式提交,与标准方案对比进行专家打分,根据分数的高低决定跳转的情景。例如,在第1轮处置中随机给出要处理的两个情景,若处置分数过低,则跳转至本轮后续情景,学员需对新的情景进行处置,直到处置分数及格才能进行下一轮演练。在第2轮演练中,根据之前大面积停电发生原因的不同,学员要有不同的处置方案。在大面积停电逐渐恢复阶段,处置过的情景要显示逐渐恢复正常。一组学员的推演路径如图2所示。在第1轮演练中,学员处置分数较低,则需要继续处置本轮其他情景直到处置分数及格,在第3轮演练中,学员对初始情景处置较好,则后续情景较少。每组学员推演过程中经历过的不同情景构成了大面积停电事件的不同发展路径。

图2 推演路径

推演结束后,显示每组学员总得分以及事件发展路径。通过学员处置方式与标准处置方案的对比,让学员直观认识到自己的处置方式对于事件的影响以及与标准处置方案的差距,从而达到良好的培训效果。

4 结 语

当前我国对电力应急体系的建设愈发重视,但电力行业人员应急决策和处置能力还有待提高。电力安全突发事件应急演练也大多针对单一事故,没有形成涵盖多角色、多衍生事件的大面积停电演练体系。本文提出了针对大面积停电事件的情景库编码及分类方法,设计了部分主要情景和情景链,提出了一种情景推演方案。但在拓展性和情景链设计上仍有不足,有待完善和改进。今后将研究应急措施的评价机制及情景间的跳转规则,将电力安全突发事件推演系统落地实施。