陳 鵬 袁曉松

濮陽(yáng)龍?jiān)措娏瘓F(tuán)有限公司

防御變電設(shè)備故障引發(fā)電網(wǎng)停電事故的分析

陳 鵬 袁曉松

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中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展需要更進(jìn)一步加快電網(wǎng)建設(shè)的步伐。2011年，建設(shè)與發(fā)展特高壓等大容量、高效率、遠(yuǎn)距離先進(jìn)輸電技術(shù)已經(jīng)明確寫(xiě)入國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要，特高壓輸電已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)供電是智能電網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行的3大要素，其中以安全供電最為重要。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)體國(guó)家和新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)體大國(guó)，由于電網(wǎng)覆蓋面越來(lái)越廣大，且結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，加上供電可靠性要求越來(lái)越高，一旦發(fā)生大面積停電事故，將對(duì)各自國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民正常生活乃至國(guó)家安全穩(wěn)定造成難以估量的損失。然而，引發(fā)電網(wǎng)大面積停電事故發(fā)生的源頭主要是輸變電設(shè)備（輸電線路和變電設(shè)備）故障，它是構(gòu)建電網(wǎng)的主體。我國(guó)在實(shí)施“西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”及其建設(shè)特高壓輸電網(wǎng)的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略中，亟待研究從工程技術(shù)層面無(wú)法解決的因輸變電裝備故障引發(fā)電網(wǎng)大面積停電事故的挑戰(zhàn)性難題。

變電設(shè)備；故障；電網(wǎng)停電事故

在高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，一旦電網(wǎng)發(fā)生重大事故將會(huì)引起大面積的停電，不僅會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重影響，而且會(huì)對(duì)人民生活乃至社會(huì)公共安全造成重大損失，因此電網(wǎng)是大中城市運(yùn)行和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，世界發(fā)達(dá)與高速發(fā)展中國(guó)家都高度重視電網(wǎng)的安全運(yùn)行。從近20年國(guó)內(nèi)外發(fā)生的電網(wǎng)大面積停電事故來(lái)看，只有高度重視輸變電裝備故障導(dǎo)致電網(wǎng)突發(fā)性停電事故的基礎(chǔ)研究，并從引發(fā)電網(wǎng)大面積事故的源頭上建立第1道防御系統(tǒng)，才能大幅度減少因大面積停電給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的嚴(yán)重?fù)p失。我國(guó)在實(shí)施"西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)"及其建設(shè)特高壓電網(wǎng)的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略中，從工程技術(shù)需求層面上存在許多亟待解決的相關(guān)科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題。為此，2009年國(guó)家立項(xiàng)了"防御輸變電裝備故障導(dǎo)致電網(wǎng)停電事故的基礎(chǔ)研究"重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目，該文就項(xiàng)目的總體思路、主要內(nèi)容、課題設(shè)置和研究進(jìn)展等相關(guān)情況進(jìn)行介紹，重點(diǎn)針對(duì)如何開(kāi)展變電設(shè)備內(nèi)絕緣潛伏性和突發(fā)性故障機(jī)理、狀態(tài)評(píng)估理論與方法的研究進(jìn)行深入探討，為最終建立智能電網(wǎng)所需的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷和預(yù)測(cè)預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)提供基礎(chǔ)理論支撐。

一、輸電線路故障的機(jī)理及特征信息的獲取、 識(shí)別與預(yù)測(cè)預(yù)防

根據(jù)國(guó)內(nèi)外的統(tǒng)計(jì)，造成輸電線路常見(jiàn)故障的主要原因是線路（導(dǎo)線、地線、桿塔） 覆冰、絕緣子覆冰、積污和雷擊。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外都相繼開(kāi)展了輸電線路導(dǎo)線（地線）覆冰機(jī)理、觀測(cè)、抗冰、融冰技術(shù)等方面的研究。已提出了20多種由雨凇、霧凇形成的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃陀?jì)算公式，但沒(méi)有一個(gè)計(jì)算模型被證明是具有通用性的。目前的發(fā)展趨勢(shì)是試圖建立一個(gè)物理意義清晰而又與氣象參數(shù)、地理?xiàng)l件、海拔高度等相關(guān)的能預(yù)測(cè)導(dǎo)線上形成雨凇、霧凇或混合凇的數(shù)學(xué)物理模型。

由于覆冰絕緣子的放電過(guò)程和影響因素（覆冰前的污穢狀況、 海拔高度、 覆冰狀態(tài)等） 比污穢放電更為復(fù)雜，加之需要人工氣候室，因此對(duì)其研究的難度就更大。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)冰閃、污閃機(jī)理的研究都還處于探索階段。在冰閃數(shù)學(xué)模型和預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型方面，加拿大和我國(guó)都取得了一定的進(jìn)展。

二、變電設(shè)備內(nèi)部故障的機(jī)理及特征信息獲取、識(shí)別與預(yù)測(cè)預(yù)防

由于輸變電設(shè)備處于強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，反應(yīng)設(shè)備各種潛伏性缺陷和內(nèi)絕緣老化的特征信息非常微弱，因而特征信息的提取至今仍是一個(gè)難題。到1998年，全球電力企業(yè)中只有4.3%的變電設(shè)備和0.4%的配電變壓器設(shè)備安裝了在線監(jiān)測(cè)裝置。由于對(duì)故障發(fā)展規(guī)律和機(jī)理的研究甚少，因而安裝的設(shè)備裝置的運(yùn)行結(jié)果難以滿(mǎn)足工程需要。對(duì)于變電設(shè)備各種潛伏性缺陷及內(nèi)絕緣時(shí)效老化的發(fā)展規(guī)律及機(jī)理的基礎(chǔ)研究，在國(guó)內(nèi)外都還處于起步階段。對(duì)于新型的納米有機(jī)薄膜介質(zhì)和以添加劑提高油紙絕緣的抗老化性能的研究，目前國(guó)內(nèi)外都還處于探索性研究階段。無(wú)論是未來(lái)新型的還是現(xiàn)用的介質(zhì)材料和絕緣新結(jié)構(gòu)，都必須研究其老化的機(jī)理、故障發(fā)生發(fā)展的物理過(guò)程及其規(guī)律，尋找剩余壽命預(yù)測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的各種特征信息。因此，除通過(guò)物理模擬或工業(yè)模型的大量試驗(yàn)和仿真研究以外，尚需做真型內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究，構(gòu)建內(nèi)絕緣老化或故障發(fā)生發(fā)展的數(shù)學(xué)物理模型，建立運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)的理論及方法。這一些目前國(guó)內(nèi)外也都還處于探索性研究階段。

三、輸變電裝備故障導(dǎo)致電網(wǎng)突發(fā)性事故的預(yù)警與處置理論及方法

對(duì)輸變電裝備故障導(dǎo)致電網(wǎng)事故的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行有效的預(yù)警與處置的理論及方法的研究， 是電力行業(yè)和公共安全的迫切需求，它既是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，也是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題，比如現(xiàn)場(chǎng)采集特征信息的各種傳感器、強(qiáng)電磁場(chǎng)中的電磁兼容技術(shù)和后臺(tái)對(duì)故障處置決策的專(zhuān)家系統(tǒng)等都是挑戰(zhàn)性的難題。目前國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)是多傳感器及其信息融合技術(shù)，以在線監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)、可靠性與經(jīng)濟(jì)性為中心的狀態(tài)維修理論及方法，特別是建立各種典型故障物理模型、工業(yè)模型和真實(shí)模型，對(duì)故障產(chǎn)生的機(jī)理、種類(lèi)、位置、危險(xiǎn)性程度進(jìn)行大量的理論分析， 建立大型的樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，并引入現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法等，以便為建立智能化的在線預(yù)警系統(tǒng)提供理論和關(guān)鍵技術(shù)支撐。對(duì)輸電線路和變電設(shè)備故障的預(yù)警與處置是涉及多學(xué)科交叉的難題，不僅涉及傳感器技術(shù)和小波分析、混沌、粗糙集、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形等一系列現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論與方法，而且還涉及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)。因此，需要借助利用多學(xué)科交叉融合開(kāi)展大量的基礎(chǔ)研究。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電力是現(xiàn)代城市群、新農(nóng)村建設(shè)及全社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的總開(kāi)關(guān)，電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電造成的重大突發(fā)性災(zāi)害事故，不僅會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)重大影響，而且使社會(huì)公共秩序和正常生活秩序嚴(yán)重混亂。為此，應(yīng)通過(guò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究，建立輸電線路和變電設(shè)備突發(fā)性事故防御的理論體系， 在引發(fā)輸變電裝備故障的特征信息的提取與識(shí)別、監(jiān)測(cè)與診斷、預(yù)警與處置等一些關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題上將有所突破。

［1］ 劉富元，柳云祥，李紅巖，呂霞. 變電設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題及解決方法［J］. 電子技術(shù)與軟件工程. 2016（16）