文 Article_王紅印 付紅軍 胡揚宇 孫建華 王子琦

2011年2月4日，當?shù)貢r間00:08，巴西東北部電網發(fā)生了大面積停電事故，事故覆蓋巴西東北部7個州，損失負荷約8000兆瓦，約占東北部電網總負荷（8883兆瓦）的91%，造成約1300萬人生活受到影響。事故發(fā)生后，巴西東北部電網中部區(qū)域在停電52分鐘后首先恢復供電，8小時后，東北部電網主要負荷恢復完畢。這是繼2009年11月10日巴西、巴拉圭發(fā)生大停電事故后不到兩年時間內發(fā)生的第二起特大停電事故，引起了世界廣泛關注。

前車之覆，后車之鑒。隨著“十二五”期間河南電網快速向特高壓電網邁進，全國聯(lián)網樞紐地位進一步凸顯，電網安全穩(wěn)定運行面臨新的挑戰(zhàn)，而經濟社會又好又快發(fā)展對電力的安全、可靠供應提出了更高的要求。這就需要汲取此次事故的經驗教訓，從全國聯(lián)網的視角出發(fā)審視河南電網，加強電網風險防控，提升電網抵御風險能力，防止發(fā)生大面積停電事故。

一、巴西電網概況及特點

2009年，巴西年用電量3880億千瓦時，1990年至2008年，平均年增長率為3.8%，電網負荷達到51900兆瓦，其主要負荷集中于經濟發(fā)達的東南部地區(qū)。

巴西電源以水電為主。截至2009年年末，巴西全國總裝機容量104000兆瓦，其中水電裝機容量達74280兆瓦，約占總裝機的72%。另外，巴西還有部分天然氣、燃油、燃煤、核電、風電和生物質能機組。

圖1 巴西發(fā)電裝機組成（2009年年末）

目前，巴西電網最高交流電壓等級為765千伏，最高直流電壓等級為±600千伏。根據電壓等級和功能，劃分為輸電網和配電網。巴西輸電網稱為國家互聯(lián)電網（SIN），交流主要包括230千伏及以上電網以及跨國輸電線路（138千伏），直流包括伊泰普水電站兩回±600千伏送出線路。SIN覆蓋了巴西約60%的國土和95%的人口。

從區(qū)域上，巴西電網可分為西北電網、北部電網、東北部電網、中西部電網、東南部電網和南部電網六大電網（如圖2所示）。SIN的四大電網公司分別主管此六大區(qū)域電網，四大區(qū)電網之間主要通過500千伏線路聯(lián)系。SIN電網由國家電力系統(tǒng)運營及調度中心（ONS）進行集中調度。

圖2 巴西區(qū)域電網

巴西電網具有以下特點：（1）電壓級差小，電壓序列繁多。目前巴西電網交流電壓等級包括750千伏、500千伏、440千伏、345千伏、230千伏、138千伏、88千伏、69千伏、44千伏、30千伏、25千伏、2.3千伏、220伏、110伏，等等。（2）電網發(fā)展不均衡。由于巴西電網近80%負荷集中分布在南部和東南部地區(qū)（包括中西部），這些區(qū)域電網是以500千伏為主網架，較為堅強。但是，北部和東北部地區(qū)負荷發(fā)展相對緩慢，地區(qū)500千伏網架較為薄弱。其中，東北部電網主網架是以保羅阿方索水電樞紐為中心，向外輻射所形成的3個日字型500千伏網架構成。（3）大區(qū)電網間聯(lián)系薄弱。SIN各大區(qū)電網間主要通過1～3回500千伏線路聯(lián)網，聯(lián)系較為薄弱。地區(qū)電網內部存在電磁環(huán)網問題，東北部電網內密集分布500/220千伏電磁環(huán)網，以東部沿海最為集中。

二、事故經過及初步分析

1．事故前電網運行方式

事故時，東北部電網負荷8883兆瓦（據往年數(shù)據，約占巴西總負荷的14%）。保羅阿方索區(qū)域的水電廠出力5360兆瓦，占東北部電網機組出力的95.1%，供給60%的負荷。風電、燃油分布于東部和東北部的沿海負荷中心，分別占電網出力2.6%、2.3%。東北部電網與其他電網交換功率如圖3所示，其受電比例達到36.4%。

圖3 故障時東北部電網與其他電網交換功率

事故前一天（2月3日17:25），圣若望皮亞威—米拉格里斯線路因緊急檢修停運。該線路的檢修停運減弱了保羅阿方索區(qū)域水電北送能力。

2．事故經過

（1）00∶08∶00

路易斯貢扎加變電站中路易斯貢扎加—索布拉紐＃1線路故障，該線路#2主保護TLS1B板卡異常，導致失靈保護誤動，跳開＃1母連接的所有開關，＃1線路斷開、＃1母失壓。由于該站主接線形式為3/2接線，N—1線路開斷對系統(tǒng)影響不大，系統(tǒng)維持穩(wěn)定運行。

（2）00∶20∶40之前

運行人員在進行路易斯貢扎加—索布拉紐#1線合閘操作時，因同樣保護板卡異常，失靈保護動作跳＃2母。變電站雙母失壓后導致該站三個不完整串所帶線路全部陪停，再加之事故前圣若望皮亞威—米拉格里斯線路檢修，使得中部水電基地送往北部沿海城市的主要通道斷開，跳閘線路如圖4所示。

圖4 故障后變電站跳閘線路示意圖

（3）00∶20∶40

上述三回500千伏線路停運后，系統(tǒng)內潮流開始轉移，導致部分線路過載跳開，而網內的電磁環(huán)網進一步惡化了這一過程，更多線路連鎖過載開斷，引發(fā)東北部電網的失步振蕩。

00:20:40，東北部電網與北部、東南部電網間的失步解列裝置動作，切除網間聯(lián)絡線，東北部電網與SIN解列，東北部電網進入孤網運行。系統(tǒng)頻率低至56.8赫茲，低頻減載動作5輪次，加之負荷自身的低壓保護，共切除負荷5754兆瓦。低頻減載動作后，系統(tǒng)于00:20:59頻率恢復至61赫茲。

（4）00∶21∶00～00∶21∶50

由于電網損失了約65%的負荷，系統(tǒng)出現(xiàn)高頻、過電壓問題，系統(tǒng)元件的高頻、過電壓保護動作，切除部分電容器、線路以及發(fā)電機組，共計損失電源3338兆瓦。此時，東北電網頻率急劇下降，00:21:50系統(tǒng)頻率跌至46.5赫茲。

（5）00∶21∶50～00∶29∶00

系統(tǒng)低頻、低壓減載輪番動作，系統(tǒng)頻率一直維持在47～48.5赫茲之間，這一過程共持續(xù)了7分20秒。至00:29:00系統(tǒng)完全崩潰。

3．事故后恢復

東北部電網中部區(qū)域在停電52分鐘后首先恢復供電。事故停電8小時后（即早上8點），東北部電網主要負荷恢復完畢。

三、事故暴露出的問題及對河南電網的啟示

1．可靠的繼電保護裝置是電網安全運行的前提

此次大停電事故的直接原因是路易斯貢扎加—索布拉紐#1線路保護裝置TLS1B的板卡異常，導致失靈保護誤動，而該裝置運行時間已長達30年。

歷次大停電事故表明，繼電保護裝置的任何異常和不正確動作都將有可能導致電網災難性事故，繼電保護系統(tǒng)的可靠運行對大電網安全可靠運行至關重要。因此，要加強對繼電保護裝置的運行維護管理，對于運行年限長、元器件老化問題嚴重的繼電保護設備要及時進行改造。

2．堅強的電網結構是電網安全穩(wěn)定運行的基礎

巴西東北部區(qū)域電網的東北部沿海地區(qū)負荷中心主網架為220千伏等級，對外部供電依賴度高，缺乏500千伏電壓等級線路支撐能力，沒有形成堅強的受端系統(tǒng)，使系統(tǒng)抵御連鎖事故能力嚴重不足。

隨著河南電網“承接特高壓，呼應大中原”戰(zhàn)略的逐步實施，河南將接受來自新疆哈密±1100千伏特高壓直流以及華北、華中1000千伏特高壓交流電力，電網將呈現(xiàn)特高壓交直流混聯(lián)特性，電網潮流特性將發(fā)生根本性變化，河南電網穩(wěn)定特性也更趨復雜。同時，河南部分區(qū)域220千伏電網N—1方式下存在“一線帶多站”現(xiàn)象，電網抵御連鎖故障能力不足。因此，需要遠近結合，充分考慮電網過渡運行所面臨的復雜形勢，構筑堅強的網架結構，為電網安全運行奠定良好基礎。

3．合理均衡的電源布局有利于電網安全穩(wěn)定運行

一個負荷中心和多個分散的外部電源有利于電網的安全穩(wěn)定運行，這是避免大面積停電極為有利的前提條件。然而，巴西東北部電網的電源單一且集中分布在中部的保羅阿方索區(qū)域，其他區(qū)域電源支撐能力匱乏。

隨著“十二五”期間河南電網節(jié)能減排力度的加大，機組關停逐步擴大至200兆瓦，甚至300兆瓦容量機組，區(qū)域電網發(fā)用電形勢發(fā)生變化，電源布局與用電需求不協(xié)調的局面進一步加劇。河南部分220千伏區(qū)域電網“空心化”特征愈發(fā)突出，供電能力主要依賴于500千伏主變容量，電網無功支撐嚴重不足。因此，需要借鑒國內東部發(fā)達省份電源在各電壓等級均衡接入的成功經驗，優(yōu)化電源布局，引導電源和電網的協(xié)調發(fā)展。

4．優(yōu)化的變電站主接線有助于提升電網抵御風險能力

路易斯貢扎加變電站作為樞紐變電站，在電網中的地位非常重要。但是從運行角度看，該站出線配串不合理，不完整串占一半以上，區(qū)域間重要聯(lián)絡線均接于不完整串中。發(fā)生雙母失去故障后，三個不完整串所接線路全部陪停（如圖5所示），破壞了東北部電網中部與北部沿海城市網架結構，引發(fā)潮流大范圍轉移。

圖5 路易斯貢扎加變電站主接線圖

與路易斯貢扎加變電站類似，河南電網也存在部分配串和配出不夠優(yōu)化的500千伏和220千伏樞紐變電站，這些變電站一旦出現(xiàn)母線失壓故障，電網存在電壓失穩(wěn)、孤網運行等問題。為提升電網抵御風險能力，需要在電網規(guī)劃、建設階段高度重視變電站主接線方式，進一步優(yōu)化元件間隔設計。

5．全面深入的電網穩(wěn)定評估是保障電網安全運行的重要手段

從目前掌握的信息來看，調度人員對處理路易斯貢扎加變電站母線失壓缺乏應對措施。若事故前開展嚴重故障、連鎖故障對電網潮流和穩(wěn)定水平的影響分析，評估電網內部500/220千伏電磁環(huán)網電網穩(wěn)定特性，并在此基礎上編制“變電站雙母失壓后切除相應水電機組的控制措施和事故預案”，增強電網應對故障的控制能力，就有可能避免電網的失步振蕩以及后續(xù)事故蔓延。

隨著特高壓擴建工程的投產，河南電網運行方式愈加復雜，電網控制難度進一步加大。必須高度重視電網運行方式，增強運行方式分析力量，嚴格遵循沒有經過穩(wěn)定分析的方式不得付諸運行的原則。同時要積極探索多級調度協(xié)同工作機制，提前進行電網運行控制和事故處理策略研究的各項準備工作，提高河南電網適應性，確保特高壓全國聯(lián)網的安全穩(wěn)定運行。

6．完善的第三道防線和機網協(xié)調是防范系統(tǒng)崩潰的重要措施

巴西東北部電網在事故發(fā)展過程中出現(xiàn)了頻率、電壓相互交織的問題，低頻減負荷和高頻切機輪番動作，直至系統(tǒng)崩潰。

隨著電網的快速發(fā)展，電網呈現(xiàn)“牽一發(fā)而動全身”特性，第三道防線成為保證電網的最后一道“生命線”。電網結構或負荷潮流發(fā)生變化時，應及時全面評價解列裝置、低頻/低壓減負荷、高頻切機等裝置和定值的有效性，定期開展機組涉網保護定值、勵磁系統(tǒng)、調速系統(tǒng)等機網協(xié)調專項技術監(jiān)督。