电网安全生产隐患排查及治理与控制措施

国网湖北省电力有限公司超高压公司 罗 溪 国网湖北超高压公司荆门运维分部 陈光辉 郭 蓉 王沐东 湖北省超能电力有限责任公司荆门分公司 朱 凡

电力系统是社会经济发展和保障人民生活必不可少的基础设施之一，但同时也存在着一些安全隐患。为了确保电网的安全、稳定运行，需要对电网安全生产隐患进行排查、治理和控制。下文以某电网为例，从排查方法、安全隐患分析和治理控制策略三个方面进行探讨，旨在为电力系统的安全生产提供参考。

1 某电网安全生产隐患排查方法

该电网的最高电压等级目前为750kV，主要网络电压等级为750kV/330kV。截至2022年底，电网已形成以750kV 等级的A、B、C 三站为中心的区域供电结构。2023年计划旨在形成750kV 等级的A、B、C、D 变电站为中心的四个供电区域（如图1所示）。根据电网“十三五”规划，预计该电网2023年负载将达到4100MW。即使达到最大预测负载，该电网的完全停电也不构成一级电网事件，但可能引起二级电网事件。对其中2016年和2020年750kV 等级的A 变电站供电区域的电力平衡分析结果显示，容载比相对较低，完全停电可能引起二级电网事件。

图1 2023年某电网接线规划

针对某电网的安全风险，进行了详细的N-1和N-2故障分析，以确保系统的稳定运行和正常供电。在全互联状态下，N-1故障分析需要系统保持稳定运行和正常供电，因此需要采取相应措施来避免系统的故障和危险情况的发生。在计划维护模式下的N-1故障分析中，需要确保不会导致主系统异步运行或频率、电压崩溃。可以采取切断机器或负荷等措施，以确保系统的稳定[1]。

对于母线故障分析，同样需要采取切断机器或负荷等措施，以确保系统的稳定运行。同时，针对同一杆塔上具有不同相名的双回输电线路引起的N-2故障分析，也需要基于二级标准进行分析。而根据相关决定，N-1模式不会造成四级以上事故风险，其中包括计划维护下的N-1模式。这些分析旨在确保该电网的安全和稳定运行，避免潜在的故障和危险情况的发生，保证用户的正常用电需求得到满足。

2 某电网安全隐患分析

2.1 线路故障分析

该电网位于我国西北联网电网，形成河西750kV 通道和主网双回路结构。目前，联网的输电能力按照同塔双回异名相N-2故障控制。在正常情况下，联网区段的断面稳定限额见表1，并且750kV线路上N-1和N-2故障的发生不会影响电网整体的正常供电负载。

表1 联网区段的断面稳定限额

2.2 变电站主变压器故障分析

2016年初，750kV 等级A 变电站的两个主变压器开始运营。A 变电站的主变故障分析可分为两种情况。第一种情况是其中一台主变压器出现了N-1级故障，而另一台仍然连接着系统。此时，A 站的电力供应区不会失去其负载且需要切断部分新能源的输出，以确保受影响的主变压器不超载。目前，具体调度根据最大3200MW 的电网连接容量进行控制。在主变压器发生N-1级故障时，过载联锁装置会将风力发电机切断。第二种情况是其中一台主变压器正在进行检修而另一台出现故障（母线N-2）。

当两台主变压器均停机，750kV 和330kV 电网失去联系，A 站电力供应区将运行在隔离的电网网络中。负载损失量取决于A 站电力供应区的隔离频率调节特性。在极端情况下，所有负载都可能会丢失，导致重大事故（2级电网事故）。值得注意的是，2016年的负载量大于1700MW，2020年的负载量大于2460MW[2]。A 站的750kV 母线发生N-2故障之后，电气连接如图2所示。

图2 A 站750kV 母线发生N-2故障之后电气连接情况

2.3 母线故障分析

A 变电站750kV 母线故障分析如下。第一，在正常情况下，如果任何一个母线（N-1母线）发生故障，A 变电站750kV 母线通过正确的保护操作，不会出现稳定性或过载问题，也不会有负荷损失。第二，如果一个母线正在维修，而另一个母线发生故障（N-2母线），A 变电站的主变压器就没有连接到750kV 线路。当所有母线关闭时，A 变电站的主变压器会同时跳闸，发生N-2故障。750kV 的AF I 线和AB II 线将跳闸，而AF II线和AB I 线将在A 变电站运行，这将导致750kV线路的B-A-F1环路的损失。由于主变压器的N-2故障，750kV 和330kV 的电网将失去联系，A站供电区将运行隔离。在极端情况下，所有负荷可能都会丧失，构成二级电网事件。

3 电网安全生产隐患治理与控制策略

3.1 加强电网设备的维护和检修

主变压器作为电力系统中的重要设备之一，其运行情况的稳定性和安全性直接影响整个系统的运行和供电质量。因此，在维护和检修方面，我们应该注重主变压器的运行情况，采取有效的监控和维护措施确保其正常运行。

一方面，需要建立完善的主变运行、检修管理体系。在日常运行中，应对主变的运行状态进行定期监测和评估，及时发现并解决潜在的问题。同时，可以建立相应的检修计划，定期对设备进行检修和维护，如定期清洗、换油、更换电极等，保证设备的正常运行。

另一方面，加强对母线的监测和保护。母线是电力系统中的另一个重要元件，对电力系统的正常运行和稳定性有着重要作用。特别是在维修过程中，需要采取有效的应急措施，防止N-2故障的发生。常见的措施有增加备用电源、提高母线保护灵敏度、调整断路器的动作时间等，以应对突发情况[3]。

3.2 进行全面的容载比分析

在电力平衡分析方面，容载比是一个重要的指标。容载比是指电力系统能够承受的最大负荷与可供电容量之间的比值。容载比高则意味着系统负荷较低，运行稳定，反之则意味着系统负荷较高，运行风险也相对增加。因此，在电力系统的运行过程中，需要进行全面的容载比分析。

通过对供电结构和消费需求的分析，预测未来负荷变化趋势，从而对电力系统进行适当的调整以保证电力平衡。例如，在负荷高峰期间，可以通过启动备用电源或强制减负的方式来保证供电的稳定性。同时，在电网负载监测和管理方面，我们还需要采取精细化的措施。借助现代化的监测技术，如智能电表、负荷检测器等，实时监测电网的负载情况，以便及时发现问题并做出有效的调整。

此外，还可以利用数据挖掘和大数据技术，对历史数据进行分析和建模，以预测未来负载变化趋势，提前做好应对和调整计划[4]。

3.3 严格按照电网容量进行限额管理

在限额管理方面，首先，在电网容量限额管理方案中，电力平衡管理是非常重要的一项。电力平衡是指电力系统在供电和负荷之间保持平衡的状态。为了维持这种平衡，必须采取一系列的措施来合理分配负荷，最大限度地减轻电网压力。例如，可以优化电力网络的拓扑结构，提高电网的运行效率；调整发电设备的输出功率，保证电网的稳定性，等等。这些措施必须与电网容量相匹配，以确保电网正常运行。其次，在电网容量限额管理方案中，还需要限制接入新的负荷。当电网容量已经接近极限时，应严格限制接入新的负荷或设备，避免过载风险。

因此，必须建立完善的负荷监测系统，并采取相应的措施，如减少部分负荷、停止额外负荷等。再次，在电网容量限额管理方案中，严格控制发电规模，各类发电设备的容量必须被控制在电网承受范围内，否则可能导致电网过载或其他问题。为了确保发电设备的容量不会超过电网容量，必须对所有的发电设备进行仔细评估，并对其功率输出进行控制。此外，还需要对发电设备的运行状态进行监测和管理，并加强对发电设备的维护和检修，确保设备稳定运行。最后，在电网容量限额管理方案中，加强对电网中存在安全隐患设备的监管。电网中往往存在着一些设备老旧或操作不规范的情况，这些设备可能会对电网的安全运行造成潜在威胁。

因此，必须建立完善的安全监测和审查制度，及时发现并消除这些安全隐患。综上所述，按照上述方案进行限额管理，可以有效控制电网的负荷，避免电网过载，提高电网的安全性和稳定性。然而，在实际操作中，必须密切关注电网的运行情况，不断调整和优化管理措施，以确保电网的安全稳定运行[5]。

3.4 完善母线保护方案

第一，过电流保护。过电流保护是指在母线电流异常增高时，通过检测电流并判断是否达到阈值，从而触发保护动作以断开故障点。这种方式适合于双母线及以上的电力系统，并且需要设置不同的保护器来监测母线的各个部分。过电流保护方案简单易行，成本低廉，但是无法进行精确定位，可能会引起误切负荷等问题。

第二，母差保护。母差保护是一种精确定位故障位置的保护方案，它通过比较各相电压偏差之和与零序电压之和来检测母线故障，并通过切除故障点对故障区域的保护器进行保护。该保护方案适用于大型变电站和高压母线，其定位精度高、操作可靠，但是成本高，需要对保护器的精度进行管控。为此，需要精确计算母差电流，计算公式如下：

母差电流=相间电压偏差之和/零序电压

母线跳闸保护。母线跳闸保护是一种简单的保护方案，其原理是在检测到母线故障时直接切断电源，以避免故障扩大。该保护方案适用于小型变电站和低压母线，其操作简单易行，保护速度快，但是无法进行精确定位，可能会引起误切负荷等问题。

母线差动保护。母线差动保护是一种高级的保护方案，其通过对母线两端的电流进行比较来检测故障，并通过对故障区域的保护器进行保护。该保护方案适用于大型变电站和高压母线，其定位精度高、操作可靠。但是相对于其他保护方案，母线差动保护需要更复杂的装置和更高的成本。通过以上方式，能够有效解决母线中存在的安全隐患，增强电网运行可靠性。

总而言之，本文对某电网的安全生产隐患进行了排查和分析，总结了该电网存在的线路故障、变电站主变压器故障和母线故障等问题，并提出了相应的治理与控制策略，包括加强设备维护和检修、进行容载比分析、严格按照电网容量进行限额管理、制定完善的母线保护方案等。通过采取这些措施，可以帮助电力系统有效的预防和控制安全隐患，保障电力系统的安全、稳定运行。