蔡 維，余俊宏，肖頌勇，余爾汶

(1.國網福建省電力有限公司，福建 福州 350003;2.國網福建省電力有限公司福州供電公司，福建 福州 350009;3.國網福建省電力有限公司莆田供電公司，福建 莆田 351100;4.國網福建省電力檢修公司，福建 福州 350013)

0 引言

縣域電網往往位于電力系統(tǒng)的末端，網架結構相對薄弱，受電通道外部自然和社會環(huán)境復雜，電網設備水平和運維水平相對落后，誘發(fā)停電的風險較大，發(fā)生大面積停電事件的風險持續(xù)走高。國內文獻對大面積停電事件的研究多數(shù)停留在電網企業(yè)內部，對停電后經濟社會系統(tǒng)性、全局性的風險評估和應對策略研究較少。由于目前關注的重點和相關法規(guī)主要針對的是主干電網大面積停電或電網具體的生產環(huán)節(jié)，針對縣域大停電分析研究和思考還十分缺乏。因此，需要開展針對縣域大面積停電事件的風險評估和策略研究。

考慮到地理位置、產業(yè)結構、人口數(shù)量、危險源情況等方面的代表性，選擇福建省莆田市仙游縣電網為研究對象。仙游縣地域面積1 835 km2，是福建省人口過百萬的大縣;仙游地區(qū)包含人口密集的城關鎮(zhèn)和工業(yè)園區(qū)，又包含人口稀疏的山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn);同時還有較為豐富的水電等新能源電力資源，應急情況下具備孤立網運行的基礎條件。仙游縣的大面積停電事件風險評估和策略研究成果可供其他市縣電力應急相關工作參考。

1 分析原則

仙游縣地處福建東南沿海中部，縣內電源主要有水電、風電、光伏發(fā)電，總裝機容量約250 MW?？h內輸電網絡架構以110 kV，35 kV系統(tǒng)為主，輸電網主要通過500 kV莆田變接入福建省網。用電負荷以居民用電為主，居民用電占比43 %、工業(yè)用電占41 %，其他用電占比16 %。

2019年仙游縣最高負荷474 MW、最低負荷99 MW。參考縣級市大面積停電事件分級標準，停電事件若發(fā)生在最高負荷時，可能會構成較大事件或一般事件;停電事件發(fā)生在最低負荷時，則可能會構成一般事件等級，不會達到較大事件等級?？紤]到大面積停電事件的影響主要是對人員密集和用電密集的建成區(qū)和工業(yè)區(qū)，在綜合分析仙游縣各行業(yè)165份資料情況后，擬按以下三個原則評估和分析大面積停電事件風險。

1.1 損失負荷統(tǒng)計原則

參照縣級市來評估仙游縣的停電風險，電網負荷損失統(tǒng)計口徑以城市建成區(qū)的負荷或用戶數(shù)為基礎，以單次事件進行負荷統(tǒng)計。一方面是根據(jù)《電力安全事故應急處置和調查處理條例》相關條款;另一方面是考慮建成區(qū)社會生活電力依存度高，停電影響大。仙游縣將負荷劃分B，C，D三類，B，C類負荷代表建成區(qū)，D類負荷代表農村負荷，以適應仙游城鄉(xiāng)規(guī)劃的負荷分布。

1.2 事件影響分析原則

分析和評估停電事件的影響主要從大面積停電事件直接影響和間接影響兩個方面考慮。直接影響主要從損失負荷數(shù)量、停電用戶數(shù)量，同時還考慮重要性程度三個角度分析。間接影響主要考慮對人身安全、社會民生和交通秩序等方面的影響。

參照《生產安全事故報告和調查處理條例》中人身傷亡事故的規(guī)定，停電事件可能具有引發(fā)人員死亡或者重傷事故風險的情況，均按照“小規(guī)模大影響”來考慮，應對措施升級至一般大面積停電事件等級。

1.3 風險應對評估原則

主要從事前預防，事中處置和事后補救三個維度來評估和分析大面積停電風險和應對。事前預防主要針對排查發(fā)現(xiàn)的電網大停電隱患，分析現(xiàn)有的預防措施是否充足;事中處置主要是分析電網以及仙游各相關部門，在大停電發(fā)生過程中的應急處置方式對減少停電和加速復電的有效性;事后補救主要針對大停電持續(xù)過程中，社會各民生行業(yè)存在的風險隱患和應急資源的匹配分析。

2 風險分析

2.1 大面積停電事件風險分析

國內外大面積停電事件發(fā)展一般性過程如圖1所示，誘發(fā)大面積停電的主要因素有4個，即：功角穩(wěn)定破壞，系統(tǒng)失穩(wěn);過負荷連鎖跳閘;電壓崩潰;頻率崩潰。

參照上述的一般規(guī)律，對照仙游電網的實際情況，由于仙游縣電網處于電網的邊緣，無省網主力電源，因此功角問題不突出。誘發(fā)大面積停電事件風險主要集中在多回受電線路失去后，因過載原因引發(fā)連鎖跳閘，進而形成局部孤立網后誘發(fā)電壓崩潰、頻率崩潰造成縣域大面積停電。

2.1.1 大面積停電事件情景分析

按照《電力安全事故應急處置和調查處理條例》《國家大面積停電事件應急預案》有關大面積停電事件分級標準，縣域大面積停電事件分為一般事件和較大事件兩個等級。仙游縣電網由于位置原因，其受電通道相對單一，主要電源來自一個500 kV變電站和一個220 kV聯(lián)絡通道。基于仙游電網的基本結構特征，以及仙游供電公司的營銷及調度部門提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析出可能出現(xiàn)大面積停電事件的場景如下。

圖1 大面積停電事件發(fā)展一般性過程

(1) 220 kV蓋尾變全停。蓋尾變主要承擔一級重要用戶長慶牽引變和仙游一半以上縣網的供電任務，當蓋尾變線路主變N-1或N-2時造成蓋尾變全站停電時，110 kV楓亭變由林宅變供電，鯉南變、大濟變可轉由象坂變供電，蓋尾變全停導致11座變電站脫離主網。由于地區(qū)孤立網有功功率嚴重不平衡，且風電不具備孤立網調頻能力，系統(tǒng)無法穩(wěn)定運行，引發(fā)九溪電廠、九仙溪電廠及草山風電場、九社風電場機組解列，最終上述變電站全停。

從歷史運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計看，仙游地區(qū)建成區(qū)用電負荷約占仙游地區(qū)總負荷的90 %，蓋尾變全停情況下?lián)p失負荷約占城區(qū)負荷的50 %，停電戶數(shù)占城區(qū)供電戶數(shù)40 %。因此蓋尾變全?？赡苓_到一般大面積停電事件。

(2) 500 kV莆田變全停。莆田變是莆田地區(qū)重要的樞紐變電站，是象坂變和蓋尾變的唯一電源點，同時也是林宅變的主要電源點。莆田變220 kV母線發(fā)生故障時如保護未能正確動作，則可能引發(fā)莆田變220 kV全停時，蓋尾變和象坂變全停，林宅變轉由東進變供電，110 kV楓亭變可轉由220 kV林宅變供電。相應情況下導致16座變電站脫離主網。孤網運行情況下如不能正確處置，最終上述變電站全停。

從歷史運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計看，仙游地區(qū)建成區(qū)用電負荷約占仙游地區(qū)總負荷的90 %，莆田變全停情況下?lián)p失負荷超過城區(qū)負荷的70 %，停電戶數(shù)占城區(qū)供電戶數(shù)70 %，因此當建成區(qū)負荷低于150 MW時，莆田變全停可能引發(fā)一般大面積停電事件;當建成區(qū)負荷高于150 MW時，莆田變全停可能引發(fā)仙游縣較大大面積停電事件。

(3) 500 kV莆田變全停加林宅-東進線路故障。此場景下仙游縣網所有外部電源失去，全縣電網停電。因此當建成區(qū)負荷低于150 MW時，可能引發(fā)一般大面積停電事件;當建成區(qū)負荷高于150 MW時，可能引發(fā)較大面積停電事件。

2.1.2 大面積停電事件事前預防分析

從可能發(fā)生電網大面積停電事件的場景來看，主要誘因是樞紐變電站和重要輸電線路故障。經過調研和數(shù)據(jù)分析，綜合分析仙游電力公司的歷史故障記錄、仙游地區(qū)的各種災害記錄，得出仙游縣誘發(fā)停電的主要因素可分為如下三類。

(1) 出現(xiàn)頻率高，單一影響范圍較小。例如用電安全、設備狀態(tài)、電廠出力受限、人員行為。

(2) 出現(xiàn)頻率較高，單一影響范圍較大。例如氣象災害和外力破壞。

(3) 出現(xiàn)頻率極低，單一影響范圍大。例如網絡攻擊和戰(zhàn)爭等。

經過對仙游相關應急預案的梳理分析可以看出，對于第一類風險，電力系統(tǒng)內部管理有較為完善的風險管控措施，只要管理到位確保落地，相應的大面積停電事件風險就會處于可控的狀態(tài);對于第二類風險，現(xiàn)有應急體系一方面通過電網的差異化建設和運維標準提升應對災害的能力，另一方面通過加強政企協(xié)同管控相應的風險;對于第三類風險，由于風險屬于不可抗力，目前應急體系中未有較完善的預防管控措施，即大面積停電事件持續(xù)時間較長情況下的應對措施考慮仍相對不足。

2.1.3 大面積停電事件事中處置分析

根據(jù)大面積停電事件發(fā)展規(guī)律和仙游縣的實際情況，可以總結出控制仙游縣電網大面積停電事件發(fā)展主要應從如下兩個方面開展。

(1) 控制故障范圍，快速搶修是控制風險的關鍵工作。

(2) 有效的孤立網運行控制可減少大面積停電事件風險。

因此仙游縣現(xiàn)有的事故處置措施主要從加速恢復供電和保障孤立網短時運行兩個方面著手。從加速復電方面，仙游縣公司建立應急組織體系和預案，與大面積停電事件應急指揮部成員單位之間協(xié)調聯(lián)動，明確停電事件中的后勤保障職責，并建立了相對充分的應急搶修隊伍。從保障孤立網運行角度，仙游縣公司調度部門制定了孤立網運行預案，針對N-2及以上故障情況下，由九仙溪梯級發(fā)電廠孤立網情況下帶城關地區(qū)負荷，并對孤立網條件下機組調整，電壓、頻率和負荷控制及安全穩(wěn)定控制策略進行了較為詳細的分析。

此外仙游縣電網的大面積停電事件處理中有一個情況需要特別注意，由于調度運維管理權限的問題，即仙游的主要受電通道的設備管理權限在上級甚至上上級單位，相應地會對大面積停電事件應急處置過程中的協(xié)同帶來一些不利影響。

2.1.4 大面積停電事件事后補救分析

對于縣域大面積停電事件已經發(fā)生，引發(fā)大面積的變電站失壓，電力公司制定了電網黑啟動方案且與省網黑啟動方案銜接，并每年進行滾動修訂以適應不斷發(fā)展的電網情況。

方案每年由莆田供電公司下發(fā)《莆田電網年度主系統(tǒng)黑啟動方案》，涉及國網仙游縣供電公司、仙游縣九仙溪水電開發(fā)總公司、仙游縣九溪水電開發(fā)有限公司。仙游地調應根據(jù)方案要求，保證電網“黑啟動”一級電源的保供電方案，做到能夠應急響應，并落實保重要變電站站用電措施及恢復重要負荷供電方案;九仙溪水電開發(fā)總公司落實失去外來電源情況下各級電廠的保廠用電措施，特別是九仙溪二級電站作為地區(qū)電網的“黑啟動”電源，除了按要求配備發(fā)電機外，還應做好相關配合措施。

2.2 小范圍大影響分析

相對大面積停電，還有一類情況也屬于較大的停電風險，即引發(fā)人身傷害的停電事件。對于一些涉及民生的用戶，停電可能造成較為嚴重的人身傷害事件，按《國家電網公司安全事故調查規(guī)程》中人身傷亡事故的規(guī)定，只要局部停電可能具有引發(fā)人員死亡或者重傷事故風險的情況按照小規(guī)模大影響來考慮。調查《規(guī)程》中規(guī)定只要發(fā)生人員死亡或重傷，即認定一般事故以上的事故，其中一般事故參照電網大面積停電事件的一般事故。

這里包括醫(yī)療系統(tǒng)、水務系統(tǒng)和工業(yè)部門。當醫(yī)院在給危重病人進行手術等醫(yī)療服務時，如出現(xiàn)停電而又不能及時恢復的情況，對危重病人的生命安全有一定影響。水務系統(tǒng)由于需要綜合考慮防洪、發(fā)電和供水任務，梯級水庫之間綜合協(xié)調，如發(fā)生停電引發(fā)不能及時配合，則可能造成水庫水位異常，威脅下游人員人身安全。大型重工業(yè)生產中有一些工藝環(huán)節(jié)涉及高溫高壓或有毒原料，需要維持穩(wěn)定的電力供應，如發(fā)生突發(fā)停電則可能誘發(fā)生產人員的人身傷害。

在研究過程中，通過調研識別出仙游濱?；び卸疽妆显谶\輸過程中存在的停電失壓風險。

2.3 次生風險分析

除了大面積停電事件造成的直接影響和風險以外，在調研資料的基礎上還對次生風險進行了初步的分析。2015年國務院《關于印發(fā)國家大面積停電事件應急預案的通知》，專門提到了大面積停電帶來的次生風險的影響。梳理仙游縣的停電次生風險主要包括以下幾種。

(1) 機要單位，通信和指揮受停電影響。

(2) 通信部門，無法維持正常的通信能力。

(3) 醫(yī)療系統(tǒng)，生命維持設備無法工作，危重病人轉移受限。

(4) 銀行系統(tǒng)，自動提款系統(tǒng)失效，出現(xiàn)擠兌和交易糾紛。

(5) 供氣部門，系統(tǒng)無法維持壓力，引發(fā)安全隱患。

(6) 交通部門，運力受限和交通指揮失控。

(7) 廣電部門，無法發(fā)揮輿論引導職能，引發(fā)公眾恐慌，影響社會穩(wěn)定。

發(fā)生大面積停電事件之后次生災害的嚴重程度往往和停電時間以及各行業(yè)各用戶的耐受能力有著很強的關聯(lián)。通過調研和分析發(fā)現(xiàn)，絕大部分單位和部門均配備了一定的應急資源，包括應急發(fā)電設備等，但其資源的配備基本上是用以應對短時局部的停電。通過分析可以看出在備用應急資源消耗殆盡之前，相應風險一般可以控制在相對小的范圍內。當出現(xiàn)大范圍長時間的停電的，由于目前綜合考慮和模擬各行業(yè)在大面積停電事件情況下的運作情況資源分配和動態(tài)消耗情況的分析尚難以開展，因此還不確定全社會應急資源的充裕程度是否滿足將大范圍長時間停電事件的風險控制在相對較小范圍的要求。

大面積停電事件的風險從發(fā)展階段上大致可以分為原生和次生兩個階段。原生階段的風險主要是電網方面，從電網運行的角度控制停電范圍和恢復供電是這個階段控制大面積停電事件風險的關鍵手段，這部分工作應由電力企業(yè)來完成;次生階段的風險主要是各類用電用戶，在發(fā)生大面積停電事件之后可能引發(fā)的各類次生問題，這部分風險的控制需要各行業(yè)基于各自的特點來開展。

3 總結與展望

在充分調研分析了仙游縣應急體系和應急資源的情況下，從事前、事中和事后三個維度詳盡分析了仙游縣大面積停電事件的風險情況及應對措施和資源的匹配情況，得出以下幾點結論。

(1) 縣域大面積停電事件風險應對應考慮電網和各民生行業(yè)深度聯(lián)動。大面積停電事件發(fā)生后涉及電網、交通運輸、醫(yī)療、廣電、工業(yè)生產、金融服務等不同行業(yè)，影響面廣。大面積停電事件次生風險的有效控制，涉及到各行業(yè)的具體生產情況，目前應急體系雖有一定的聯(lián)動作用，但在各專業(yè)預案的深度協(xié)同方面仍需要進一步完善。

(2) 在課題的調研分析中發(fā)現(xiàn)電力、通信、醫(yī)療、供水和供氣等重要民生企業(yè)的應急保電資源當中，直流備用電源和燃油發(fā)電機占據(jù)了很大的比例，是應急情況下保障的核心資源，其能支撐的時間對風險的控制起到至關重要的作用，當停電時間較長的情況下，相應資源應考慮保障安保負荷自外部應急資源到達仙游縣。因此，應急資源的統(tǒng)籌配置是整體應急方案完善的重點內容。

(3) 縣域大面積停電事件風險涉及到行業(yè)和部門的聯(lián)動過程十分復雜。如需要更進一步定量分析和過程分析，一是需要更為細致的基礎數(shù)據(jù)資料，二是需要將電網分析工具與風險評估工具相結合，建立研究風險指標體系模型、開發(fā)風險評估算法。這些將是需要進一步深入研究的方向。