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摘要：电力系统大停电可以从实际过程和电力系统模拟计算两方面进行研究，本文对于电力系统发生大面积停电事故进行研究，在分析电力系统发生大停电事故的机理的基础上，提出预防电力系统发生大面积停电事件的措施。
关键词：大电网，大面积停电，连锁反应，安全稳定措施
1 引言
2003年8月14日，美国、加拿大发生了震惊世界的大停电事件，停电面积9300平方英里，5000万人受影响。其后相隔仅一个半月，意大利也发生了规模相近的大停电事件，5700万人受影响，有4人因停电原因死亡。上述大规模停电事件引起了包括国家首脑在内的国际社会的广泛关注。计及自上世纪60年代起历史上美国、加拿大、法国、意大利、日本、英国、巴西、瑞典、新加坡等国家发生的累计将近20次大规模停电事件，可见世界上大规模停电事件的发生频率是相当高的，应该给予高度的重视。我国虽然尚未发生过接近上述规模的大停电事件，但随着我国远离负荷中心地区的大型水电、火电基地的开发，远距离大容量输电网的投运、高受电比例的受端电网的形成以及我国华东、华南地区受端电网多直流馈入系统的出现，使我国电网受端系统的复杂程度超过了国外大电网，我国电力系统的安全性将经受前所未有的考验[1,2]。因此，需要更好地认识电力系统发生大规模停电的机理，以便在此基础上制定出相应的防止此类事故的安全稳定措施。本文对事故发生和扩展的机理以及需要设置的系统安全措施进行了较深入的探讨。
2 电网典型大停电事故分析
世界上已发生的规模最大的大停电事故，实际上并不是如离线计算中常常模拟的电网经受大扰动后稳定迅速遭受破坏的暂态或动态失稳的模式，而是如下所述的在电网负载过重的条件下失去部分元件后，经历了较长时间系统逐步瓦解阶段后进入最后的迅速崩溃阶段的历程。
2.11978年12月19日法国停电事故过程分析
发生事故前，由于该电网新机组投产推迟了，而水电站水库降到30年来的最低水位。中、低水头的水库几乎达到死水位，水电出力及备用容量大大减少。当时法国气温比往年同期低5℃~7℃，12月19日气温比前一天又低4℃左右，因此负荷水平比预计多1200~1300MW。
事故发生过程如下：巴黎地区负荷增长最多，但巴黎附近电厂大部分不能发电，东部送巴黎电力大量增加，无功损耗增加，400kV电网电压下降，如巴黎附近三个变电站母线在8:20电压分别下降到347 kV, 331 kV, 354kV。
8：06, Bezaumont-Creney 400kV線路发出过负荷警报。8:16，8:17，8:18另一回400kV及2回225kV线路同样发出过负荷警报。8:10调度接到变电站电压下降的警报，但调度没有采取坚决的切负荷措施。
8:26在Bezaumont-Creney 400kV线路发出过负荷警报20分钟后过负荷保护动作跳闸。(法国线路负荷超过设定值时，发出警报，以后给定值的1~1.2倍间延续20分钟即跳闸。如超过1.2倍，则20秒跳闸，后改为5分。)
由于负荷转移使另3回225kV线路过负荷跳闸。
同时Revin水电站两台200MW发电机过电流保护动作跳闸，电网更缺电力，尤其缺无功电力。
比利时来的两回400kV线路，一回过负荷跳闸，另一回距离保护跳闸(原因不明)。
电网电压急剧下降。
失步保护动作切去7回400kV及6回225kV线路。
巴黎地区5台大发电机组低压保护动作跳闸(整定为70％额定电压3秒)。
低频解列动作切去2回400kV及2回225kV线路。
8:30—8:46试图恢复系统，但由于负荷恢复太快，9:08几条400kV及225kV线路过负荷跳闸。
事故发生及扩展的机理分析：当系统负荷超过系统的承受能力时，很容易引起线路跳闸、电压过低等连锁反应使系统崩溃，因此应采取坚决的切负荷措施。线路过载自动保护整定要避免连锁反应。当重要线路过载，为避免产生连锁反应，调度员应紧急采取措施(电厂出力优化调度、切负荷等)使其减载，应避免线路跳闸。为避免系统电压崩溃，需要适当设置必要的低压减负荷装置。不宜用有载调压变来取代无功补偿设备, 不仅应从最不利的条件研究如何维持电网的安全稳定，而且应研究一旦电网崩溃瓦解后的自动或手动恢复措施，以便迅速恢复系统运行，减少停电时间及损失，以及避免由于恢复上的错误，造成第二次电网崩溃。
2.2 典型大面积停电机理
从上述事故过程分析可总结出电网发生典型大面积停电的机理如下：
(1)大电网安全充裕度下降是大电网发生大面积停电的重要因素。大电网崩溃往往是在大电网安全充裕度下降条件下，由发电、输电设备事故停运诱发的。
(2)大电网发生大面积停电最常见的模式是系统的连锁反应。
(3)大电网发生大面积停电连锁反应的一般过程为：在系统安全稳定裕度很低的条件下，发电、输电设备过载或短路停运专电网功率转移使得其它发电、输电设备电流过大停运母设备停运进一步恶化系统的电压和频率导致的更多的设备停运岭最终导致系统崩溃。
3 电网防止大停电事故的基本措施
防止大面积停电的主要措施如下：
(1)在电力系统安全稳定模拟计算分析中，须仔细检查各发电、输电和变电设备的过载情况、保护动作情况和功率转移情况，根据需要提出反恶性连锁反应的自动化安全控制措施。
(2)在系统夏季和冬季负荷高峰时段，如遇到系统设备停运，要采取相应的减负荷措施，以保持系统具有较高的安全裕度。
(2)发生线路过载后一般不应采取简单的跳开线路措施，而应发出警报，及时采取相应的减负荷措施，以避免跳开线路，防止发生恶性连锁反应。
(3)在系统故障模拟计算中，要考虑发电、输电设备的过载电流可持续时间，根据模拟结果，相应地研究设置切断恶性连锁反应链的系统安全稳定措施。
(4)要协调好系统保护和设备保护的相互关系，继电保护整定要避免过早地切除设备，避免因过早地切除设备而导致系统状态恶化，防止系统发生恶性连锁反应。
4 结论
针对电网发生大停电事故的机理和相应措施问题本文得出的结论如下：
(1) 大电网安全充裕度下降是大电网发生大面积停电的重要原因。大电网崩溃往往是在大电网安全裕度下降的条件下，由发电、输电设备事故停运诱发的。
(2) 大电网发生大面积停电最常见的模式是系统的连锁反应。
(3) 大电网发生大面积停电连锁反应的一般过程为：在系统安全稳定裕度很低的条件下，发电、输电设备过载或短路停运->电网功率转移使得其它发电、输电设备电流过大停运->设备停运进一步恶化系统的电压和频率导致的更多的设备停运->最终导致系统崩溃。
(4) 在电力系统安全稳定模拟计算分析中，须仔细检查各发电、输电和变电设备的过载情况、保护动作情况和功率转移情况，根据需要提出反恶性连锁反应的自动化安全控制措施。
参考文献：
[1] 赵慧梅, 秦莹. 预防连锁过载避免大停电事故的发生[J]. 水电站设计, 2008,24(4).
[2] 张锋. 预防和应对电网大停电事故的研究[J].华东电力, 2007,35(4).
关键词：大电网，大面积停电，连锁反应，安全稳定措施
1 引言
2003年8月14日，美国、加拿大发生了震惊世界的大停电事件，停电面积9300平方英里，5000万人受影响。其后相隔仅一个半月，意大利也发生了规模相近的大停电事件，5700万人受影响，有4人因停电原因死亡。上述大规模停电事件引起了包括国家首脑在内的国际社会的广泛关注。计及自上世纪60年代起历史上美国、加拿大、法国、意大利、日本、英国、巴西、瑞典、新加坡等国家发生的累计将近20次大规模停电事件，可见世界上大规模停电事件的发生频率是相当高的，应该给予高度的重视。我国虽然尚未发生过接近上述规模的大停电事件，但随着我国远离负荷中心地区的大型水电、火电基地的开发，远距离大容量输电网的投运、高受电比例的受端电网的形成以及我国华东、华南地区受端电网多直流馈入系统的出现，使我国电网受端系统的复杂程度超过了国外大电网，我国电力系统的安全性将经受前所未有的考验[1,2]。因此，需要更好地认识电力系统发生大规模停电的机理，以便在此基础上制定出相应的防止此类事故的安全稳定措施。本文对事故发生和扩展的机理以及需要设置的系统安全措施进行了较深入的探讨。
2 电网典型大停电事故分析
世界上已发生的规模最大的大停电事故，实际上并不是如离线计算中常常模拟的电网经受大扰动后稳定迅速遭受破坏的暂态或动态失稳的模式，而是如下所述的在电网负载过重的条件下失去部分元件后，经历了较长时间系统逐步瓦解阶段后进入最后的迅速崩溃阶段的历程。
2.11978年12月19日法国停电事故过程分析
发生事故前，由于该电网新机组投产推迟了，而水电站水库降到30年来的最低水位。中、低水头的水库几乎达到死水位，水电出力及备用容量大大减少。当时法国气温比往年同期低5℃~7℃，12月19日气温比前一天又低4℃左右，因此负荷水平比预计多1200~1300MW。
事故发生过程如下：巴黎地区负荷增长最多，但巴黎附近电厂大部分不能发电，东部送巴黎电力大量增加，无功损耗增加，400kV电网电压下降，如巴黎附近三个变电站母线在8:20电压分别下降到347 kV, 331 kV, 354kV。
8：06, Bezaumont-Creney 400kV線路发出过负荷警报。8:16，8:17，8:18另一回400kV及2回225kV线路同样发出过负荷警报。8:10调度接到变电站电压下降的警报，但调度没有采取坚决的切负荷措施。
8:26在Bezaumont-Creney 400kV线路发出过负荷警报20分钟后过负荷保护动作跳闸。(法国线路负荷超过设定值时，发出警报，以后给定值的1~1.2倍间延续20分钟即跳闸。如超过1.2倍，则20秒跳闸，后改为5分。)
由于负荷转移使另3回225kV线路过负荷跳闸。
同时Revin水电站两台200MW发电机过电流保护动作跳闸，电网更缺电力，尤其缺无功电力。
比利时来的两回400kV线路，一回过负荷跳闸，另一回距离保护跳闸(原因不明)。
电网电压急剧下降。
失步保护动作切去7回400kV及6回225kV线路。
巴黎地区5台大发电机组低压保护动作跳闸(整定为70％额定电压3秒)。
低频解列动作切去2回400kV及2回225kV线路。
8:30—8:46试图恢复系统，但由于负荷恢复太快，9:08几条400kV及225kV线路过负荷跳闸。
事故发生及扩展的机理分析：当系统负荷超过系统的承受能力时，很容易引起线路跳闸、电压过低等连锁反应使系统崩溃，因此应采取坚决的切负荷措施。线路过载自动保护整定要避免连锁反应。当重要线路过载，为避免产生连锁反应，调度员应紧急采取措施(电厂出力优化调度、切负荷等)使其减载，应避免线路跳闸。为避免系统电压崩溃，需要适当设置必要的低压减负荷装置。不宜用有载调压变来取代无功补偿设备, 不仅应从最不利的条件研究如何维持电网的安全稳定，而且应研究一旦电网崩溃瓦解后的自动或手动恢复措施，以便迅速恢复系统运行，减少停电时间及损失，以及避免由于恢复上的错误，造成第二次电网崩溃。
2.2 典型大面积停电机理
从上述事故过程分析可总结出电网发生典型大面积停电的机理如下：
(1)大电网安全充裕度下降是大电网发生大面积停电的重要因素。大电网崩溃往往是在大电网安全充裕度下降条件下，由发电、输电设备事故停运诱发的。
(2)大电网发生大面积停电最常见的模式是系统的连锁反应。
(3)大电网发生大面积停电连锁反应的一般过程为：在系统安全稳定裕度很低的条件下，发电、输电设备过载或短路停运专电网功率转移使得其它发电、输电设备电流过大停运母设备停运进一步恶化系统的电压和频率导致的更多的设备停运岭最终导致系统崩溃。
3 电网防止大停电事故的基本措施
防止大面积停电的主要措施如下：
(1)在电力系统安全稳定模拟计算分析中，须仔细检查各发电、输电和变电设备的过载情况、保护动作情况和功率转移情况，根据需要提出反恶性连锁反应的自动化安全控制措施。
(2)在系统夏季和冬季负荷高峰时段，如遇到系统设备停运，要采取相应的减负荷措施，以保持系统具有较高的安全裕度。
(2)发生线路过载后一般不应采取简单的跳开线路措施，而应发出警报，及时采取相应的减负荷措施，以避免跳开线路，防止发生恶性连锁反应。
(3)在系统故障模拟计算中，要考虑发电、输电设备的过载电流可持续时间，根据模拟结果，相应地研究设置切断恶性连锁反应链的系统安全稳定措施。
(4)要协调好系统保护和设备保护的相互关系，继电保护整定要避免过早地切除设备，避免因过早地切除设备而导致系统状态恶化，防止系统发生恶性连锁反应。
4 结论
针对电网发生大停电事故的机理和相应措施问题本文得出的结论如下：
(1) 大电网安全充裕度下降是大电网发生大面积停电的重要原因。大电网崩溃往往是在大电网安全裕度下降的条件下，由发电、输电设备事故停运诱发的。
(2) 大电网发生大面积停电最常见的模式是系统的连锁反应。
(3) 大电网发生大面积停电连锁反应的一般过程为：在系统安全稳定裕度很低的条件下，发电、输电设备过载或短路停运->电网功率转移使得其它发电、输电设备电流过大停运->设备停运进一步恶化系统的电压和频率导致的更多的设备停运->最终导致系统崩溃。
(4) 在电力系统安全稳定模拟计算分析中，须仔细检查各发电、输电和变电设备的过载情况、保护动作情况和功率转移情况，根据需要提出反恶性连锁反应的自动化安全控制措施。
参考文献：
[1] 赵慧梅, 秦莹. 预防连锁过载避免大停电事故的发生[J]. 水电站设计, 2008,24(4).
[2] 张锋. 预防和应对电网大停电事故的研究[J].华东电力, 2007,35(4).