蒙定中 原電力部生產(chǎn)司教授級(jí)高工、國(guó)際大電網(wǎng)委員會(huì)CIGRE和美IEEE會(huì)員
2015年6月30日
為什么中國(guó)（除臺(tái)灣外）從不發(fā)生重大停電事故？
2012年7月30日和31日印度北部共發(fā)生兩次重大停電，使世界重大停
電由23次增加到25次。除1次為日本核電事故，4次為電壓/頻率崩潰，20次為系統(tǒng)穩(wěn)定破壞。
穩(wěn)定破壞通常經(jīng)歷兩個(gè)階段。第一階段是在龐大、不可控的自由聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)上一旦單一線路跳閘，即自然造成負(fù)荷轉(zhuǎn)移，使不合理設(shè)計(jì)和整定的線路距離保護(hù)不斷的“連鎖跳閘”，直到重負(fù)荷轉(zhuǎn)移到弱聯(lián)系的高阻抗回路上，就失穩(wěn)振蕩。第二階段是受失穩(wěn)振蕩波及的線路和發(fā)電機(jī)也由不合理設(shè)計(jì)和整定的線路距離保護(hù)和發(fā)電機(jī)失穩(wěn)保護(hù)“連鎖跳閘”，使系統(tǒng)瓦解，最終大停電。
有3次因電壓崩潰時(shí)保護(hù)不合理跳閘造成。歐洲1次頻率崩潰見表1。
世界上對(duì)系統(tǒng)失穩(wěn)的處理有兩個(gè)不同的準(zhǔn)則：第一個(gè)是北美電力可靠性委員會(huì)的1997年
《NERC規(guī)劃準(zhǔn)則（NERC PLANNING STANDARDS）》規(guī)定“當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定的
搖擺時(shí)，發(fā)電和輸電的繼電保護(hù)應(yīng)避免跳閘” 。實(shí)際上就要在
失穩(wěn)時(shí)將發(fā)電機(jī)和線路都“連鎖跳閘”。結(jié)果就是瓦解而大停電。
第二個(gè)準(zhǔn)則是中國(guó)1981年頒發(fā)的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，對(duì)發(fā)電廠和交直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)定為《
分區(qū)——采取直流將交流電網(wǎng)分若干大區(qū)》，《
分層——高壓和低壓交流電網(wǎng)采取幅射性聯(lián)接》；《
分散——單一發(fā)電點(diǎn)直連負(fù)荷中心》和為
“保結(jié)構(gòu)完整”的繼電保護(hù)技術(shù)上
《避免線路過負(fù)荷連鎖跳閘》以防止暫態(tài)失穩(wěn)；同時(shí)即使失穩(wěn)時(shí)，
《避免線路和發(fā)電機(jī)因失穩(wěn)連鎖跳閘》，系統(tǒng)都會(huì)在短時(shí)內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)同步運(yùn)行，從而避免大停電。所以中國(guó)（除臺(tái)灣一次外）完全防止了重大停電。中國(guó)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)設(shè)計(jì)是根據(jù)周密研究國(guó)內(nèi)外大停電的實(shí)踐經(jīng)歷，結(jié)論是
“連鎖反應(yīng)大停電的原因——不受控制的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)”。
表1世界重大停電（每次損失≥800萬(wàn)千瓦）
| 地區(qū) |
序 |
日期 |
重大停電 |
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)問題 |
損失(萬(wàn)千瓦) |
| 美國(guó)(6次) |
1 |
1965.11. 9 |
東北部紐約失穩(wěn)瓦解 |
交流區(qū)龐大又自由聯(lián)網(wǎng)，難以分散外接電源，又不分層，一旦故障即連鎖反應(yīng)波及全網(wǎng)。距離保護(hù)設(shè)計(jì)不當(dāng)，因故障造成負(fù)荷轉(zhuǎn)移相鄰線路時(shí)不斷連鎖反應(yīng)跳閘，直至失穩(wěn)振蕩。涉及振蕩的線路距離保護(hù)和發(fā)電機(jī)保護(hù)又錯(cuò)誤的不斷連鎖跳閘，直至瓦解。 |
2,100 |
15,142
29.6% |
| 2 |
1967. 6. 5 |
東部PJM失穩(wěn)瓦解 |
1,000 |
| 3 |
1994.12.14 |
西部WSCC失穩(wěn)瓦解 |
934 |
| 4 |
1996. 7. 2 |
西部WSCC失穩(wěn)瓦解 |
1,058 |
| 5 |
1996. 8.10 |
西部WSCC失穩(wěn)瓦解 |
3,050 |
| 6 |
2003. 8.14 |
東北部美加失穩(wěn)瓦解 |
7,000 |
| 巴西(5次) |
1 |
1984. 4.18 |
電網(wǎng)失穩(wěn)瓦解 |
巴西不分區(qū)，比美國(guó)還大，東西/南北距離長(zhǎng)達(dá)3200公里，以復(fù)雜電壓級(jí)23/34.5/44/50/75萬(wàn)伏自由聯(lián)網(wǎng)，更易故障連鎖反應(yīng)，不僅會(huì)失穩(wěn)瓦解，又會(huì)電壓崩潰使直流輸電全停，如2009.11.10 Itaipu 全停。繼電保護(hù)問題和美國(guó)相似，重大停電就是它誤動(dòng)引起。 |
1,576 |
9,687
19.0% |
| 2 |
1999. 3.11 |
電網(wǎng)失穩(wěn)瓦解 |
2,490 |
| 3 |
2002. 1.21 |
電網(wǎng)失穩(wěn)瓦解 |
2,377 |
| 4 |
2009.11.10 |
伊水電線路故障連鎖 |
2,444 |
| 5 |
2011. 2. 4 |
東北部電網(wǎng)失穩(wěn)瓦解 |
800 |
| 歐洲(4次) |
1 |
1978.12.19 |
法國(guó)電壓崩潰失穩(wěn) |
歐洲以380kV構(gòu)成世界區(qū)域最大電網(wǎng)，2006.11.4事故說(shuō)明僅德國(guó)停運(yùn)2回線，就連鎖反應(yīng)跳20回線，解列成三區(qū)，又因西歐靠東歐送926萬(wàn)千瓦，損失1700萬(wàn)千瓦。保護(hù)問題比美國(guó)更嚴(yán)重，距離保護(hù)更附加過電流元件，更難以防止促成事故的連鎖跳閘。 |
2,900 |
7,161
14.0% |
| 2 |
1983.12.27 |
瑞典電壓崩潰 |
1,140 |
| 3 |
2003. 9.28 |
意大利失穩(wěn)瓦解 |
1,421 |
| 4 |
2006.11. 4 |
歐洲電網(wǎng)解列 |
1,700 |
| 加拿大魁北克(4次) |
1 |
1977. 9.20 |
735kV PT爆炸/失穩(wěn) |
北部水電各以73.5萬(wàn)伏3回和5回線南送，各占受端負(fù)荷31%和61%，線路故障引起失穩(wěn)造成一通道全停，影響另一通道電壓崩潰/失穩(wěn)也全停。繼電保護(hù)同屬北美NERC規(guī)定，問題相同。 |
1,000 |
5,342
10.5% |
| 2 |
1982.12.14 |
735kV CT爆炸/失穩(wěn) |
1,547 |
| 3 |
1988. 4.18 |
大鳳雪故障電網(wǎng)失穩(wěn) |
1,850 |
| 4 |
1989. 3.13 |
地磁暴失穩(wěn)瓦解 |
945 |
| 日本東京 |
1 |
1987.7.23 |
電壓崩潰過負(fù)荷跳閘 |
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)可靠。無(wú)功補(bǔ)償不足，電壓崩潰，繼電保護(hù)連鎖跳閘。 |
817 |
2567
5.0% |
| 2 |
2011.3.11 |
大地震11核堆/10火
電/15水電機(jī)組停運(yùn) |
電源結(jié)構(gòu)問題—核堆安全水平低，被地震/海嘯摧毀 |
1750 |
| 印度 |
3 |
2002. 1. 2 |
印度NR/WR/ER的區(qū)間聯(lián)絡(luò)線不僅是直流，且還有交流。一旦線路因過負(fù)荷或故障跳閘，負(fù)荷轉(zhuǎn)移將陸續(xù)使線絡(luò)跳閘，直至發(fā)生失穩(wěn)全停。繼電保護(hù)過負(fù)荷/失穩(wěn)跳閘問題和美國(guó)相同。 |
1273 |
9673
18.9% |
| 2012.7.30 |
3600 |
| 2012.7.31 |
4800 |
| 臺(tái)灣 |
1 |
1999. 7.29 |
臺(tái)南4回34.5萬(wàn)伏北送線路倒塔/負(fù)荷轉(zhuǎn)移/失穩(wěn)全跳。中北部頻率降/低頻減載不足/發(fā)電機(jī)低頻保護(hù)跳 |
1,550 3.6% |
| 總 計(jì) 25次 |
51122 100% |
美國(guó)電科院和直流聯(lián)網(wǎng)（DC Interconnect）公司在2008年1-2月IEEE Power & Energy期刊發(fā)表報(bào)告［1］，為防止美歐多次重大停電，建議在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上將美國(guó)東部網(wǎng)（EI–7.55億千瓦）應(yīng)用直流隔離分為四個(gè)交流區(qū)，同時(shí)也適用于美國(guó)西部網(wǎng)（WI - 2億千瓦）和西歐（5.3億千瓦）電網(wǎng)， 這可以說(shuō)是美歐在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上解決重大停電的起步策略。2007年國(guó)際大電網(wǎng)CIGRE在日本大阪召開會(huì)議時(shí)，美國(guó)電科院Dr.Ram Adaba 聽到我國(guó)系統(tǒng)發(fā)展策略報(bào)告［2］后，主動(dòng)問及我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)并得到有關(guān)資料，可能對(duì)它們有關(guān)的分區(qū)結(jié)構(gòu)建議有所幫助。他們報(bào)告提出美國(guó)再分區(qū)的建議至今末能執(zhí)行，但值得注意的近年具備世界上最寵大交流電網(wǎng)的歐洲卻接受了改造電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)，采用直流分區(qū)；目前已
應(yīng)用42套直流作隔離設(shè)施，將歐洲分很多“分區(qū)”［3］以提高電力系統(tǒng)的可靠性和防止系統(tǒng)大停電。
這說(shuō)明中國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的安全經(jīng)驗(yàn)已得到世界的重視。
日本面積小，37.8萬(wàn)平方公里，近3億千瓦負(fù)荷，用直流或單（個(gè)別雙）回交流500kV聯(lián)網(wǎng)分為9大區(qū)，結(jié)構(gòu)安全，就不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)大停電；1987年?yáng)|京重大停電是無(wú)功不足，電壓崩潰造成。世界重大停電中只有一次是電源結(jié)構(gòu)安全問題，就是2011年3月11日日本福島第一核電站早期核堆安全水平低，被地震/海嘯摧毀。
二、國(guó)內(nèi)電網(wǎng)重大典型事故
1970至1980年我國(guó)共發(fā)生210次失穩(wěn)事故，1981年頒發(fā)
《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》后，隨著逐步實(shí)行分層、分區(qū)、分散外接電源時(shí)，事故開始減少，1981至1990年發(fā)生62次，1991年以后更大幅度減少，下面列出損失最嚴(yán)重的電網(wǎng)重大典型事故。
1．2006年7月1日華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故 - 中國(guó)有史以來(lái)最嚴(yán)重事故，負(fù)荷損失379.4萬(wàn)千瓦（遠(yuǎn)小于每次損失超過800萬(wàn)千瓦的25次世界重大停電）
事故始發(fā)是20：48河南省嵩山至鄭州500kV雙回線進(jìn)口的保護(hù)誤動(dòng)跳閘，分解成南北兩個(gè)500kV網(wǎng)，因其500和220kV電磁環(huán)網(wǎng)，跳閘后178.4萬(wàn)千瓦負(fù)荷轉(zhuǎn)移到南北相聯(lián)的6回220kV線路，其中3回過負(fù)荷跳閘后即失穩(wěn)振蕩。
由于華中和華北兩大分區(qū)以單回交流線聯(lián)網(wǎng)，振蕩不旦波及華北電網(wǎng)，而且從錄波證明20:48時(shí)此聯(lián)網(wǎng)線北送50萬(wàn)千瓦，20：59：44開始振蕩時(shí)此聯(lián)網(wǎng)線南送117萬(wàn)千瓦，可見它是促進(jìn)華中失穩(wěn)，而且延長(zhǎng)振蕩恢復(fù)同步的時(shí)間。
華中電網(wǎng)由于違反
《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》而存在不安全的500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，造成全網(wǎng)失穩(wěn)振蕩。此次振蕩不能波及西北、華南和華東是因按
《穩(wěn)定導(dǎo)則》分區(qū)原則實(shí)現(xiàn)了直流聯(lián)網(wǎng)；但短時(shí)波及了華北，而由其單回聯(lián)絡(luò)線解列而終止。這次事故末造成全網(wǎng)大停電，因?yàn)?strong>《穩(wěn)定導(dǎo)則》的第三道防線——失穩(wěn)的線路和發(fā)電機(jī)都不跳閘，從而失穩(wěn)后6分5秒恢復(fù)同步正常運(yùn)行。但發(fā)電廠未貫徹好
《穩(wěn)定導(dǎo)則》，仍有16臺(tái)機(jī)組跳閘、共26臺(tái)機(jī)組停運(yùn)，結(jié)果頻率降到49.1Hz，
負(fù)荷損失379.4萬(wàn)千瓦，（相當(dāng)原負(fù)荷的6.3%）。
由圖1可見，由于河南違反
《導(dǎo)則》保持500/220kV電磁環(huán)網(wǎng)。所以在
500kV嵩鄭雙回線跳閘后，華中500
kV電網(wǎng)被分割成南北兩部分，而中間
由復(fù)雜結(jié)構(gòu)中6回220kV線路相連。
原嵩鄭雙回的178萬(wàn)千瓦潮流全部轉(zhuǎn)
移到220kV線上，首先引起一回過負(fù)
荷跳閘，繼而負(fù)荷轉(zhuǎn)移，相繼引起第
二和第三回220kV過負(fù)荷跳閘，結(jié)果
是重負(fù)荷疊加在聯(lián)系阻抗增大的回路
上， 從第一回線過負(fù)荷跳閘到發(fā)展為華
中500/220/500kV串聯(lián)弱電網(wǎng)失穩(wěn)振蕩
經(jīng)歷了5分44秒，造成失穩(wěn)振蕩。
圖1 華中電網(wǎng)事故發(fā)展過程
2．1994年5月25日南方電網(wǎng)失穩(wěn)瓦解事故
。 
|
廣東大亞灣1號(hào)機(jī)試驗(yàn)時(shí)意
外跳閘，貴州送
出電力上升失穩(wěn)，
天平線裝設(shè)美國(guó)
GE的距離保護(hù)
不能如國(guó)產(chǎn)能防
止失穩(wěn)跳閘而跳
閘，結(jié)果系統(tǒng)瓦
解損失173萬(wàn)千瓦。
圖2 南方電網(wǎng)瓦解事故
3．1996年5月26日華北電網(wǎng)失穩(wěn)振蕩事故
因繼電保護(hù)誤動(dòng)作使圖3內(nèi)三組500kV斷路器跳閘，由于500kV/220kV電磁環(huán)網(wǎng)，沙嶺子電廠4臺(tái)機(jī)組出力全部轉(zhuǎn)移到220kV環(huán)網(wǎng)，造成失穩(wěn)振蕩，經(jīng)1分41秒恢復(fù)同步運(yùn)行。此次事故和上述2006年7月1日華中電網(wǎng)失穩(wěn)事故一樣， 反映電磁環(huán)網(wǎng)是造成失穩(wěn)振蕩的關(guān)鍵問題。
4．1999年7月29日臺(tái)灣大停電事故
臺(tái)灣電網(wǎng)是以345kV同桿
雙回線為輸電的鏈形系統(tǒng)。
事故前南電北送潮流如圖所
示，由于山體滑波而倒塔，
負(fù)荷轉(zhuǎn)移至相鄰線路造成失
穩(wěn)振蕩，同樣由易于誤動(dòng)的
美國(guó)式距離保護(hù)動(dòng)作跳閘，使
南部原340萬(wàn)千瓦不能向北
圖3 華北電網(wǎng)失穩(wěn)事故
送電。缺電的中北部頻率下降，低頻保護(hù)動(dòng)作跳閘造成
全停，負(fù)荷損失1550萬(wàn)千瓦。
一是在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上南電北送
沒有分散外接電源，兩回線
跳閘后負(fù)荷轉(zhuǎn)移到并列的兩
回線造成失穩(wěn)振蕩；二是不
合理的保護(hù)因失穩(wěn)而此兩回
線跳閘；三是低頻減載不足，
更與大機(jī)組低頻保護(hù)不配合，
使所有機(jī)組先跳閘造成全停。
圖4 臺(tái)灣電網(wǎng)失穩(wěn)事故
三、國(guó)外電網(wǎng)重大典型事故
表1已列出有史以來(lái)的25次世界重大停電（每次損失≥800萬(wàn)千瓦），其中23次都是交流電網(wǎng)過大又自由聯(lián)網(wǎng)，一旦故障連鎖反應(yīng)跳閘直至失穩(wěn)波及整個(gè)交流電網(wǎng)和機(jī)組跳閘全停。日本面積小，主要用直流分為9大區(qū)，就不發(fā)生失穩(wěn)；兩次重大停電一是無(wú)功不足，電壓崩潰造成；另一次是福島第一核電站早期核堆安全水平低，被地震/海嘯摧毀。
1．2003年8月14日美國(guó)/加拿大大停電——世界損失最嚴(yán)重7000萬(wàn)千瓦
美國(guó)以直流隔離分三個(gè)區(qū)，南部ERCOT區(qū)域很小、很安全。東區(qū)和西區(qū)都是大
面積，復(fù)雜又不可控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)世界上最大的電力容量。由于不同電網(wǎng)和電源都是自由聯(lián)接，全部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)故障時(shí)都處于失控局面。結(jié)果東部和西部大區(qū)各發(fā)生三次重大停電，造成世界上最嚴(yán)重的重大停電。
圖5表示世界上最嚴(yán)重2003年美加大停電為什么失穩(wěn)？因?yàn)?br />
它們系統(tǒng)是一個(gè)不可控的負(fù)荷轉(zhuǎn)
移結(jié)構(gòu)，而且采用不適當(dāng)?shù)睦^電
保護(hù)原理/整定，線路故障后連鎖
反應(yīng)地一條條“連鎖跳閘”14次，
在安全分析相當(dāng)經(jīng)歷N－14，直
到重負(fù)荷疊加在長(zhǎng)距離/高阻抗的
345/230/345kV串聯(lián)環(huán)路上失穩(wěn)。
這次大停電還反映了大系統(tǒng)不分區(qū)
圖5 美加大停電
而用交流自由聯(lián)網(wǎng)的嚴(yán)重性，從圖5可見美國(guó)和加拿大Ontario通過各級(jí)交流電壓線聯(lián)在一起，構(gòu)成這次失穩(wěn)環(huán)路，是促成這次失穩(wěn)的結(jié)構(gòu)性原因；如果它們是直流聯(lián)網(wǎng)，可能可以避免這次失穩(wěn)；如它們是單回交流聯(lián)網(wǎng)，一旦失穩(wěn)立刻解列，也停止失穩(wěn)。由于它們是多回交流緊密相聯(lián)，構(gòu)成長(zhǎng)距離弱聯(lián)系環(huán)網(wǎng)而失穩(wěn)，Ontario也遭重大損失：事故前受北美電130萬(wàn)千瓦，占5.6%，事故損失2250萬(wàn)千瓦，占97%，幾乎全停[1]。但加拿大魁北克和北美是直流聯(lián)網(wǎng)，不旦不受影響，反而該直流聯(lián)到紐約長(zhǎng)島而使當(dāng)?shù)卮笸ｋ姾蠛芸旎謴?fù)用電。
2．嚴(yán)重的印度重大停電第一次2001年1月2日損
失1273萬(wàn)千瓦，第二、三次
2012年7月30、31日損失
3600、4800千瓦。為什么印度
發(fā)生了三次重大停電？
（1）印度全國(guó)交流聯(lián)網(wǎng)，破
壞了直流聯(lián)網(wǎng)的安全作用
圖6可見印度雖然劃分了5
個(gè)電網(wǎng)，但北部三個(gè)（北網(wǎng)、
東網(wǎng)、東北網(wǎng)）和西網(wǎng)都直接
圖 6 印度重大停電
以多回交流40/22萬(wàn)伏線路聯(lián)在一起，只有一回直流，可稱強(qiáng)交弱直，基本合成為一個(gè)龐大交流同步網(wǎng)。任
一[DZM1] 處發(fā)生故障或失穩(wěn)振
蕩，就會(huì)連鎖反應(yīng)波及交流相聯(lián)的全部電網(wǎng)。印度以交流將所有的發(fā)電廠/線路聯(lián)接一起即會(huì)造成大停電的危險(xiǎn)。圖6所示電力是由聚集的交、直流線路和聚集的電廠輸送。當(dāng)一回線路因過負(fù)荷或故障跳閘時(shí)，將因負(fù)荷轉(zhuǎn)移造成多回線路步步連鎖反應(yīng)跳閘，直至全網(wǎng)失穩(wěn)而結(jié)果大停電。
（2）由于距離保護(hù)Z3不合理的設(shè)計(jì)和整定，使負(fù)荷轉(zhuǎn)移線路連鎖反應(yīng)跳閘是造成系統(tǒng)失穩(wěn)的原因
印度近兩次重大停電皆不是由故障引起，都是由相同的400kV Bina-Gwalior-1線路距離三段過負(fù)荷誤動(dòng)引起。在2012年7月30/31日跳閘前， Bina-1 線電壓為374/362kV，傳送負(fù)荷為145/125.4萬(wàn)千瓦。此線路并不因負(fù)荷過熱，卻因
Z3的不合理設(shè)計(jì)原理和整定跳閘。然后同樣的過負(fù)荷跳閘連鎖反應(yīng)逐一發(fā)生在不合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，直至系統(tǒng)失穩(wěn)。系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí)有關(guān)的所有線路和發(fā)電機(jī)的不合理跳閘造成整個(gè)交流系統(tǒng)大停電。
上述三個(gè)不合理問題在中國(guó)早在1981年已從技術(shù)上解決。線路距離保護(hù)第三段容易因過負(fù)荷動(dòng)作跳閘的原因，一是輸電線輸送重負(fù)荷、特別是在低電壓下輸送大量無(wú)功電力；二是此保護(hù)的設(shè)計(jì)原理和整定方法皆容易在上述情況下誤動(dòng)作。建議采用中國(guó)的距離繼電器和整定方法就具備防止負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)的連鎖誤動(dòng)作。
（3）系統(tǒng)失穩(wěn)振蕩時(shí)造成線路和發(fā)電機(jī)連鎖跳閘是印度大停電原因
失穩(wěn)振蕩不可能絕對(duì)避免。多年實(shí)踐證明，美國(guó)和印度的大停電都是由于線路和發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)失穩(wěn)振蕩時(shí)連鎖跳閘造成。這就是2001年1月2日印度北部電網(wǎng)大停電的原因，2012年負(fù)荷大增，同樣的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的故障時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)移、連鎖反應(yīng)更為嚴(yán)重。建議從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)采用中國(guó)
《穩(wěn)定導(dǎo)則》，線路距離保護(hù)和改進(jìn)發(fā)電機(jī)失穩(wěn)保護(hù)的整定方法。
3．
1965年11月9日北美大停電 - 損失2100萬(wàn)千瓦這是世界上第一次發(fā)
生的損失超過800萬(wàn)千瓦
的重大停電。
事故始發(fā)于美對(duì)加拿
大5回線路距離保護(hù)過負(fù)
荷連續(xù)跳閘，負(fù)荷轉(zhuǎn)移造
成北美失步振蕩，從而
使有關(guān)線路和發(fā)電機(jī)跳閘大停電。
圖7 北美大停電
從這次事故證實(shí)我們中國(guó)為貫徹
《穩(wěn)定導(dǎo)則》所采取的決策完全可以避免此次事故的發(fā)生，一是將距離保護(hù)的原理，由方向阻抗園改為四邊形即可以防止過負(fù)荷誤動(dòng)；二是線路和發(fā)電機(jī)的保護(hù)不應(yīng)因失穩(wěn)而誤動(dòng)，即使失穩(wěn)時(shí)系統(tǒng)不瓦解都將在短時(shí)（約1秒）內(nèi)恢復(fù)同步運(yùn)行，防止這類世界重大停電事故的發(fā)生。
4.
1982年12月14日加拿大魁北克大停電
從這事故說(shuō)明兩個(gè)問題，一是在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上
沒有分散外接電源，當(dāng)
一個(gè)變電所故障全停時(shí)，
原5回送900萬(wàn)千瓦轉(zhuǎn)
移到2回線上而造成失
穩(wěn)；二是繼電保護(hù)在失
穩(wěn)時(shí)（按中國(guó)技術(shù)規(guī)定
不跳閘）跳閘，相當(dāng)兩
套北電南送回路全停而
造成重大停電。
圖8 加拿大魁北克大停電
中國(guó)
《穩(wěn)定導(dǎo)則》規(guī)定
《分散外接電源》，即使失去任一組電源，負(fù)荷損失不應(yīng)超過10%，不會(huì)造成事故。而且繼電保護(hù)不應(yīng)因失穩(wěn)誤動(dòng)，即促使失穩(wěn)也將短時(shí)恢復(fù)同步運(yùn)行，避免大停電。
5．1982年12月27日瑞典電壓崩潰大停電
這事故同樣反映兩個(gè)問題，一是北電660
萬(wàn)千瓦南送全部通過7
回并列的線路，一旦母
線故障，相當(dāng)斷開3回，
負(fù)荷轉(zhuǎn)移到4回線，二
是受端電壓下降使其距
離保護(hù)三段過負(fù)荷跳閘，
南部電壓崩潰，損失
1140萬(wàn)千瓦負(fù)荷。
事故經(jīng)驗(yàn)一是北電南
送應(yīng)分散外接電源；二
圖9 瑞典電壓崩潰大停電
是電壓下降至95%應(yīng)停止有載調(diào)壓；三是距離保護(hù)采用方向阻抗原理難以防止過負(fù)荷誤動(dòng)跳閘，采用中國(guó)的四邊形阻抗原理就防止過負(fù)荷跳閘。
6．1996年7月2日/1996年8月10日美國(guó)西部WSCC系統(tǒng)大停電
圖10 美國(guó)西部WSCC系統(tǒng)大停電
首先線路碰樹跳閘，自由并列的相鄰線路易誤動(dòng)的距離三段因過負(fù)荷不斷連鎖跳閘，繼而失穩(wěn)，失穩(wěn)使更多線路和機(jī)組跳閘，造成系統(tǒng)瓦解。問題一是分區(qū)不足，
多回線路自由并列聯(lián)網(wǎng)，任一線路跳閘后，負(fù)荷轉(zhuǎn)移并列線路；二是線路距離三段（原理問題）不斷因過負(fù)荷連鎖跳閘，造成系統(tǒng)失穩(wěn)；三是線路和發(fā)電機(jī)組保護(hù)（原理問題）不斷因失穩(wěn)跳閘，直至全系統(tǒng)瓦解全停。我國(guó)合理分區(qū)，而且所有保護(hù)都不會(huì)因過負(fù)荷或失穩(wěn)誤動(dòng)跳閘；即使失穩(wěn)，也可短時(shí)恢復(fù)同步運(yùn)行。
7．2006年11月4日歐洲380kV交流龐大電網(wǎng)大停電
歐洲380kV交流龐大電網(wǎng)
通過多回線路西電東送926
萬(wàn)千瓦。當(dāng)其中雙回操作斷
開時(shí)，負(fù)荷轉(zhuǎn)移使并列的其
他線路因距離保護(hù)過負(fù)荷誤
動(dòng)跳閘，使西部缺電，頻率降
到49Hz，低頻減載1700萬(wàn)千
瓦負(fù)荷。
圖11 歐洲380kV交流龐大電網(wǎng)大停電
事故證明交流電網(wǎng)越龐大越不安全，尤其通過交流龐大電網(wǎng)大規(guī)模遠(yuǎn)送；因歐美距離保護(hù)皆采用易誤動(dòng)的方向阻抗原理，而我國(guó)距離保護(hù)四統(tǒng)一皆采用長(zhǎng)方形原理又合理整定則完全避免誤動(dòng)。
8．2003年9月28日意大利大停電
意大利和相鄰國(guó)380kV線路聯(lián)結(jié)復(fù)雜，其中
一回跳閘，負(fù)荷轉(zhuǎn)移并
列線路使易誤動(dòng)的距離
保護(hù)相繼跳閘，直至發(fā)
生失穩(wěn)又不合理跳閘，
造成1421萬(wàn)千瓦損失大
停電。
一是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，
二是方向阻抗原理的距
離保護(hù)不可靠的在過負(fù)
圖12 意大利大停電
荷和振蕩時(shí)跳閘，結(jié)果造成大停電。
9．1987年7月23日日本東京電壓崩潰大停電
日本主要以直流隔離分9個(gè)區(qū)，所以不會(huì)
發(fā)生失穩(wěn)。但東京電力
無(wú)功補(bǔ)償不足，又沒有
“低電壓減載”設(shè)施。當(dāng)
負(fù)荷快速上升，500kV
電壓迅速下降到74%，
造成多處因不可靠的方
向阻抗原理的距離保護(hù)
動(dòng)作跳閘。三個(gè)變電所
全停，損失817萬(wàn)千瓦
負(fù)荷。
圖13 日本東京電壓崩潰大停電
問題一是無(wú)功補(bǔ)償不足，又沒有“低電壓減載”設(shè)施。二是方向阻抗原理的距離保護(hù)不可靠，易因過負(fù)荷誤動(dòng)。
10．1978年12月19日法國(guó)400kV電網(wǎng)電壓崩潰繼而失穩(wěn)跳閘
法國(guó)電網(wǎng)負(fù)荷猛增， 因缺無(wú)功補(bǔ)償，又無(wú)低
壓減載設(shè)施，電壓崩潰，
繼而多回線路因不可靠
的方向阻抗原理的距離
保護(hù)動(dòng)作跳閘，4臺(tái)發(fā)電
機(jī)也跳閘，造成全網(wǎng)失
穩(wěn)。繼而多回線路距離
保護(hù)因不合理的方向阻
抗原理跳閘，全網(wǎng)解列
為四個(gè)區(qū)，損失2900萬(wàn)
千瓦負(fù)荷。
圖14 法國(guó)400kV電網(wǎng)電壓崩潰繼而失穩(wěn)跳閘
圖14演示電壓崩潰過程，電壓降到93%即迅速下降，所以系統(tǒng)低壓減載保護(hù)整定低于85%就不起作用。本事故也反映一是不用直流分區(qū)，一旦系統(tǒng)異常必波及全網(wǎng)；二是采用不可靠的方向阻抗原理的距離保護(hù)既易過負(fù)荷誤動(dòng)，又易失穩(wěn)誤動(dòng)。
11．巴西大停電
巴西共發(fā)生5次重大
停電，共損失9687萬(wàn)千
瓦，列世界重大停電最
嚴(yán)重的第二位。關(guān)鍵是
全國(guó)電網(wǎng)不分區(qū)，比美
國(guó)還大，東西、南北長(zhǎng)
達(dá)3200公里，以復(fù)雜電
壓級(jí)230、345、440、
500、750kV 自由聯(lián)網(wǎng)，
更易故障連鎖反應(yīng)，不
僅易失穩(wěn)振蕩，又易電
壓崩潰使直流輸電全停，
如下面論述的2009年11
月10日巴西電力系統(tǒng)大
停電。
圖15 巴西全國(guó)電網(wǎng)不分區(qū)， 列世界重大停電第二位
不分區(qū)又不分散外接電源、交
直流線路捆綁在
一起的自由聯(lián)網(wǎng)
結(jié)構(gòu)，冒全停風(fēng)
險(xiǎn)。
巴西伊泰普水
電站投運(yùn)時(shí)是當(dāng)
時(shí)世界最大的水
電站，不分散電
源，而集中以三
回交流765kV線
和兩回直流±600
kV線長(zhǎng)達(dá)900公
里併列送出。這
圖16 巴西伊泰普水電站大停電
次事故中，兩回交流765kV線路由于暴風(fēng)雨發(fā)生故障跳閘，負(fù)荷轉(zhuǎn)移到第三回765kV線跳閘，造成受端失穩(wěn)、電壓崩潰，使2回直流整定不當(dāng)?shù)牡碗妷罕Ｗo(hù)動(dòng)作跳閘，結(jié)果全停。
四、國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)重大典型事故研究結(jié)論
1．世界上為什么發(fā)生重大停電？
最嚴(yán)重的20次系統(tǒng)穩(wěn)定破壞重大停電的關(guān)鍵，
一是交流電網(wǎng)過于龐大，自由聯(lián)網(wǎng)，又不分散外接電源，一旦一回線路因故障或保護(hù)誤動(dòng)斷開，即使其負(fù)荷轉(zhuǎn)移到并列的相鄰線路上，又因其線路應(yīng)用不當(dāng)?shù)睦^電保護(hù)因過負(fù)荷誤動(dòng)跳閘，連鎖反應(yīng)同樣使更多相鄰線路跳閘，直至全部負(fù)荷轉(zhuǎn)移到個(gè)別線路上（相當(dāng)大增系統(tǒng)的綜合聯(lián)系阻抗）而發(fā)生失穩(wěn)振蕩。
二是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生失穩(wěn)振蕩時(shí)，陸續(xù)涉及振蕩的線路也因應(yīng)用不當(dāng)?shù)木嚯x保護(hù)原理誤動(dòng)跳閘，同時(shí)發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)也因整定不當(dāng)（振蕩中心落在線路上不應(yīng)跳閘）也大量跳閘，結(jié)果系統(tǒng)瓦解大停電。
法國(guó)、瑞典、日本發(fā)生的3次電壓崩潰造成重大停電，主要是無(wú)功補(bǔ)償不足，沒有配備應(yīng)有的低壓減載設(shè)施，在負(fù)荷突增時(shí)，電壓突降，距離保護(hù)三段低壓過負(fù)荷跳閘而大停電。2006年歐洲重大停電關(guān)鍵是交流遠(yuǎn)距離東電西送， 一旦過負(fù)荷又由易誤動(dòng)的繼電保護(hù)跳閘瓦解，造成受電的頻率突降大停電。
2．中國(guó)除臺(tái)灣外為什么不發(fā)生重大停電？
1970至1980年中國(guó)電網(wǎng)發(fā)生210次穩(wěn)定破壞事故， 其中因高低壓
“電磁環(huán)網(wǎng)”40次，1981年頒發(fā)
“電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則”，由于逐步貫徹，1981至1990年則降低到62次，而因
電磁環(huán)網(wǎng)15次。以后穩(wěn)定破壞事故則大幅度下降。
我們?cè)诰幹?strong>《穩(wěn)定導(dǎo)則》時(shí)除研究國(guó)內(nèi)210次穩(wěn)定事故外，更研究世界重大停電事故都發(fā)生在龐大又自由相聯(lián)的交流電網(wǎng)，所以必須以直流隔離實(shí)行
<分區(qū)>，只要縮短交流系統(tǒng)的范圍，將徹底解決交流遠(yuǎn)距離輸電的固有缺陷；而且
<分區(qū)>后，任一區(qū)故障或失穩(wěn)都不會(huì)影響鄰區(qū)。規(guī)定
<分層>就是防止過去頻發(fā)的電磁環(huán)網(wǎng)事故；規(guī)定
<分散外接電源>就是避免多個(gè)電源因故障時(shí)連鎖反應(yīng)而全停。又規(guī)定無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)以分層分區(qū)和就地平衡，使電網(wǎng)特別是發(fā)電機(jī)組儲(chǔ)存大量無(wú)功，避免電壓崩潰。特別針對(duì)世界所有重大停電都和不合理的繼電保護(hù)誤動(dòng)造成，所以協(xié)同全國(guó)繼電保護(hù)制造部門實(shí)行
<四統(tǒng)一>，采取有效措施防止過負(fù)荷誤動(dòng)和失穩(wěn)誤動(dòng)，保持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，即使發(fā)生失穩(wěn)振蕩，實(shí)踐證明也將在短時(shí)恢復(fù)同步運(yùn)行，防止了大停電。
我國(guó)最嚴(yán)重的2006年華中電網(wǎng)事故（包括1996年華北電網(wǎng)事故）主要是
<電磁環(huán)網(wǎng)>造成。此次華中事故和1994年南網(wǎng)事故都是引進(jìn)國(guó)外的繼電保護(hù)設(shè)備引起，因此過去根據(jù)世界大停電經(jīng)驗(yàn)和全國(guó)繼電保護(hù)制造部門確定
<四統(tǒng)一>，制定了全世界最安全又動(dòng)作快速的設(shè)備，對(duì)保證安全起重要作用。
3．南網(wǎng)和國(guó)網(wǎng)是否接受國(guó)內(nèi)外重大停電的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)？
南方電網(wǎng)認(rèn)真接受國(guó)內(nèi)外大停電的經(jīng)驗(yàn)，貫徹為防止大停電的
《穩(wěn)定導(dǎo)則》。云南以直流輸電東送外，所有500kV交流也通過直流背靠背東送，采用直流隔離分
[云南] [貴州/廣西][廣東]三個(gè)大區(qū)，徹底解決交直流併列遠(yuǎn)送的風(fēng)險(xiǎn)，將原近2000公里輸電的500kV交流線路經(jīng)直流隔離，縮短為中、短距離線路，也徹底解決原有的穩(wěn)定和低頻振蕩問題。計(jì)劃用直流背靠背再將
[廣東分東西兩個(gè)小區(qū)]，直流分別饋入各小區(qū)，既能控制短路容量增長(zhǎng)，又適合于多回直流安全饋入，還將解決將來(lái)更多直流饋入和裝設(shè)更多電廠等一系列安全和短路電流問題。
國(guó)網(wǎng)公司根本不重視國(guó)內(nèi)外大停電的經(jīng)驗(yàn)并嚴(yán)重違反現(xiàn)行
《穩(wěn)定導(dǎo)則》。要將早已按
《穩(wěn)定導(dǎo)則》實(shí)行的5個(gè)安全大區(qū)，首先違反
<分區(qū)>以特別浪費(fèi)的交流特高壓聯(lián)成一個(gè)特別寵大不安全電網(wǎng)；又不得不違反
<分層>，每隔約300公里的線路必須裝設(shè)1000/500kV變電站才能每線送出300萬(wàn)千瓦電力；又違反
<分散外接電源>而要所有發(fā)電廠都聯(lián)在寵大電網(wǎng)。
目前國(guó)網(wǎng)公司已走出華東交流特高壓聯(lián)網(wǎng)的第一步。從將來(lái)華東各省市負(fù)荷需要和電源規(guī)劃證明，包括安徽省都缺電，怎樣合理解決呢？一是繼續(xù)靠遠(yuǎn)方直流輸電，二是在各城鎮(zhèn)負(fù)荷中心附近建新清潔電源，各自作到電源/負(fù)荷基本平衡，互相之間不需要大規(guī)模輸電，現(xiàn)有500kV電網(wǎng)已滿足要求，根本不需要交流特高壓聯(lián)網(wǎng)。還是貫徹
《穩(wěn)定導(dǎo)則》釆用直流逐步將
<華東分四大區(qū)域電網(wǎng)>，總投資不超過62億元，為華東交流特高壓聯(lián)網(wǎng)靜態(tài)投資（744億元）的十二分之一(8.3%)，才是長(zhǎng)遠(yuǎn)在安全經(jīng)濟(jì)上最合理的辦法。
4．從電網(wǎng)重大事故研究電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)決策
(1) 輸電電壓和交直流方式的采用
超過600公里輸電應(yīng)用直流；600公里以內(nèi)輸電的最高一級(jí)交流電壓應(yīng)用目前的500kV和750kV，永遠(yuǎn)不需要再升級(jí)。
(2) 堅(jiān)持
<分區(qū)>，各大區(qū)應(yīng)按電源/負(fù)荷發(fā)展再按南方電網(wǎng)以直流再分多個(gè)區(qū)， 上述如華東再以直流分四個(gè)區(qū)將更安全， 更經(jīng)濟(jì)。
(3) 堅(jiān)持
<分層>，堅(jiān)決解除電磁環(huán)網(wǎng)。
(4) 堅(jiān)持
<分散外接電源>的點(diǎn)對(duì)網(wǎng)輸電原則。
(5) 堅(jiān)持<近輸電、遠(yuǎn)輸煤> 并大力減低煤電。
(6) 堅(jiān)持無(wú)功功率分層分區(qū)就地平衡。
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