大停电事件的原因及预防措施课件

1、大停电事件的原因及预防措施 1 引言 最近几年，世界上发生了多起大规模停电事故，波及面广，影响很大，损失严重。有约数千万人受到影响，停电功率高达数千瓦，涉及整个城市、大片地域甚至全国处于瘫痪状态。各种调查报告结论指出，有些事故与酷暑季节、天气炎热、广用空调等致冷设备有关，但更重要的是电力工业从国有化 走向民营化、市场化、自由化的过渡过程中引起的。电力公司日本有10 家，美国却多达3500 家，竞争激烈，电力供求不平衡，条块分割，情报交流不畅，信息没有共享，输变电设备投资不足，监视管理系统不完善，运行人员素质不高等等。这些重大事故是由多种因素综合所致，而最主要的是没有引起人们足够的重视和认真吸取

2、经验教训。 本文论述近年来，特别是2003 年的多起大规模停电事故及其原因与相关的预防措施。对于我国快速的电力工业发展和市场化很有警示作用。 2 大规模停电事故 （1）美国世界上电力工业最发达的国家，用电量最大，停电事故也最多，持续时间最长，后果最为严重。早在1965 年11 月9 日，东北部大停电约2000 万kW；1977 年7 月13 日，纽约市停电600 万kW；1982 年12 月22 日西海岸停电1235 万kW；1996年2 月2 日和3 日，西海岸又停电2800 万kW；1998年6 月25 日美国中北部和加拿大安大略省停电95 万kW；1999 年夏季东北部2 度经历大规模停

3、电。以上都属气候原因。西部地区于1994 年12 月、1996年7 月和8 月、1998 年6 月和1999 年夏季，不断地发生大型停电事故；东海岸地域于1999 年连续停电；加里弗尼亚州于 2000 年、2001 年轮番停电。这些则与电力自由化和规章制度重视不够有关。2003 年8 月14 日16 点10 分美国东北部从纽约州 到密执安州乃至加拿大5 大湖泊周边的这一大片北美大陆发生了世界上最大的停电事故，停电规模高达6180 万kW，受到影响人数多达5000 万人，损失金额约为60 亿至100 亿美元。停电持续时间长达43h。事故源头是伊利湖周边呈环状的送电网络地域的一个发电厂发生开变而引

4、起频率波动和系统摆动导致电力逆流，由此又再度引起频率波动和电力摇动，最终导致整个系统的动荡并波及到加拿大和纽约州，造成大范围停电。最终的严重后果是包括22 座核电站在内的100 多个发电站于16 点11分在短时间内全都停止运转。这是历史最大的停电事故 （2）意大利，2003 年历经3 次停电事故。6 月26 日和27 日，罗马、米兰等主要城市相继停电。当时处在酷暑季节，天气炎热，空调机等耗电过多，电力公司担心会使系统瘫痪而短时停止供电，按照划分的地区顺序轮番停电1h，以便防止整个系统全部停电。然而这种做法没有事先通告，引起了混乱，约有600 万人受到影响。事故发生以前，来自法国的电力已经削减，

5、而此时的罗马、米兰等城市气温高达35以上，而且持续多日。由于酷暑，雨量不足，水力发电也减少，而用电需求却在急增，最终导致停电。然而电力不足的根本原因，还是电力供求结构问题，意大利本国发电、供电不足，要从法国引进，没有做到电源的最佳匹配。同年 9 月28 日黎明，包括罗马、米兰等城市在内的意大利全面一停电。这天又是白夜祭日，深夜运行的地铁约有110 条线路，乘客多达3 万人，全被关闭在车厢内，飞机起降也受到影响，引起较大混乱。事故源头在邻国瑞士，因树木倒断而压断输电线并使国际连线中断。而 经由法国一侧的意大利电力输入线路又没有通常用和紧急时用的2 条高压线路，因过负荷而同时发生故障。由于设置了保

6、护继电器，使再合闸失败。还由于采取的与过负荷相关的对策滞后，而使输电线路接触树木导致接地短路；引起国内电力系统波动，电压衰变、破坏。以 上种种原因的重叠作用，最终导致大规模停电。事故规模约达2400 万kW，受影响人数多5700 万人，持续时间长达13h 以上。 （3）英国，也是在2003 年，伦敦南部和相邻的凯恩沃尔州的一部分于8 月28 日18 点20 分发生停电事故，规模约为72.4 万kW、持续时间约1h，受影响人数约25 万人。市内地铁约60%的线路和普通电气化铁路列车约1500 条线路停止运行或缓行运转，受困通行乘客约25 万人。因为正值客流高峰时间，乘客在各停车点乘车、换车混乱不

7、堪，一直持续到深夜。所幸各家医院切换为自家发电，没有发生重大伤亡事故。事故原因是变电所变压器异常，且在2001 年换装时没有装设保护继电器装置。自实施电力工业民营化、自由化以来，这是英国规模最大的停电事故。（4）中国，2003 年9 月4 日9 点56 分，上海市内的吴泾发电厂（总容量120 万kW）停止运转。由于酷暑，天气炎热，空调机等电力需求急增，在高负荷下连续运行的发电机需要停机检查。为缓解此情况，经从浙江省、福建省等上海以外的发电厂紧急输入电力，使输电线路和变电设备的负荷超过了容许以上限值。这次事件，约使1000 家公司受到影响，持续时间约2h。 （5）丹麦，2003 年9 月23 日

8、12 点30 分，包括首都哥本哈根在内的丹麦和瑞典南部，发生大规模停电事故，停电规模约300 万kW，受影响人数约400万人，持续时间约2h。事故原因是瑞典东北部的奥斯卡西姆核电站（120 万kW），因供水泵故障而停止运行。接着400kV 变电所断路器故障和西北部林古巴尔斯核电站（180 万kW）也停止运行，并使电压衰变、破坏，包括3 座核电站在内的许多发电厂停机。除了上述国家以外，发生大规模停电事故的还有马来西亚1996 年8 月发生的全国整个电力系统瘫痪；1998 年1 月新西兰北岛发生的长期停电。3 停电的主要原因 电力系统大面积停电的原因有直接的、间接的、表面的、深层的、设备的、人类等

9、多方面，而且往往是多种因素的重叠所致。 （1）直接原因 酷暑引起电力急增，如意大利停电；输电线事故引起并波及、扩大（如美国、加拿大的最大停电）；变压器警报故障引起输电线中断（如英国的停电）；酷暑季节引起高负荷运行中心火电站停机（如中国上海）；核电站停机引发后续事故和电压被破坏（如丹麦、瑞典）；国际连线的连锁中断引起国内供电不足（如意大利）。上述原因只是表面上的，深层次地探讨则涉及到电力工业市场化、自由化并导致输电网络趋于公共载流化。由于许多市场参与者相互之间复杂的交易而导致电力流通领域的扭曲和畸变，进而陷入混乱并导致过负荷状态的多发事故。 （2）共性原因 在电力市场化的竞争环境下，引起许多停电

10、事故的原因往往带有共性、普遍性，但并未引起人们的重视。 1）设备投资不足 1988 年后的10 年中，美国电量需求按30%增加，而输电设备只有15。2002 年前的10 年间，处在电力自由化过程中，电力需求按20%增加，而输电线按计划仍停留在3.5。1998 年以后，实施委托送电已增至4 倍，造成送电线混杂、系统畸变加重。70 年代美国输电设备投资约为60 亿美元，电力自由化以后的90 年代以后约为30 亿美元，削减了一半。重收入（利润）、轻支出（投资）是商家带有普遍性的而且是根深蒂固的思潮。由于思想认识的错误，电力事故难免。2003 年美加大规模停电事故的教训，已经引起美国对输电网络现代化急

11、迫性的重视。 2）保护系统欠妥 美加最大停电事故源于无功功率不足和长距离委托送电。东北美大陆这片地域，空调机和电动机、特别是旧式电动机较多，助长了无功功率的不足，虽然由邻近网络提供无功功率，而线路仍处于过大电流、过负荷、过热状态，又没有实施保护切换系统，使长距离输电线加热、伸长、下垂并接触树木，引起接地短路事故，跳闸断电。由于无功功率供电中断，地区网络电压降低，最终负荷中断。其他没有断电的发电机供电力过剩，频率急升，导致长距离连系的地域之间电力波动、振荡，最终波及、扩大事故。 3）支撑系统薄弱 事故发生初期，电力公司对事故状态没有充分把握好，支援系统监视工具机能不足，系统监视和骨干系统警报发生

12、故障，输电线路管理不善都是事故波及、扩大的原因。 4）无功功率缺乏 发电机输出无功功率对于维持电网系统电压稳定有重要作用，却往往不被重视。与静止调相设备不同，在超负荷状况下很难掌握旋转的发电机无功功率操控数量。 5）情报交换不畅 这几次大规模停电有共性之处，即一个系统（地域）停电时，事故情报没有传递到相邻系统。系统之间的中继传递很不协调。 6）安全网络失灵 安全网络不完善，不能事前预测事故的发生，重大事态发生时又不能自动动作并起动保护系统。安全系统网络虽然费用较大却应是全地域覆盖。 7）接触树林接地 架线初期不会接触树木。天长日久，树林长高长大，加上电线过载过热伸长下垂而接触，发生接地短路事故

13、。 8）人员素质不高 由于对运行操作人员培训不到位，面对系统全体停止运行的问题，是否下达发电设备和负荷中断的指令，多数犹豫不决，又不能预测是否会在相邻地域也引起事故。4 预防事故措施 停电事故的预防措施来源于实践，它的目标找出事故的原因，尽量消除可能导致事故发生或扩大的各种因素。 （1）保证无功功率 必须掌握住在线发电机无功功率输出的余裕量变化，应按最大需要量来确定系统变动时无功功率输出的余裕量，并应定期予以重新评价。要重视与电压安全性相关的调相设备以及负荷中断的后果。 （2）传报信息共享 应构筑一种情报信息共享系统，使运行人员知道本地域和相邻地域的状态变化。必须装设可以预测的在线装置，以便针

14、对不测事态发生后的电压、稳定性、过负荷等引起的多数设备停机进行预测。加强系统相互之间实时监视和情报传递支撑。 （3）保护系统更新 实施对保护、继电器、继电器整定装置的更新改造。应采用自动化保护系统和自动化负荷中断装置，要完善由运行人员手动即可使负荷中断的装置。做好与相邻系统众多保护继电器之间的协调。 （4）实施模拟判断 保证系统模拟模型的正确性和系统监视装置的完备性，应能实时地判断输电线的断电事件。要重新审查发生事故时的系统复原程序。拟定一种运行计划，以便使事故发展趋势限制在规定值内。要重新审查异常时的运行方法和假想事故的征兆与模式。 （5）完善监管制度 与采用雷云监视装置来预测雷电事故不同，

15、对电线与树木接触而引发的事故，运行人员很难知道，必须确保输电线的巡查。定期采伐隐患树林。（美加事故因经费问题而未采伐林木）要责任分明，制度完善，管理严格。解决支撑系统监视工具机能不足和不完备问题，完善监视工具对运行状态的判断装置，防止事故的发生和扩大。 （6）构筑安全网络 安全网络应在事前预测重大事故的发生，并及时动作、起动继电保护系统。它应保证达到指定的安全性可靠性标准值。安全网络应当覆盖整个地域，实施全方位监视。 （7）确保设备更新 预防事故，必须实施输变电设备的更新改造和现代化，即使需要投资。虽然美国投资已减半，已经引起美国的重视。日本也在减半，2003 年日本输电设备投资约5 兆日元，

16、而现在只有2 兆日元。日本也在吸取美加大停电的教训，开始重视投资问题。是英国设备投资在1990 年起实施民营化以后增加了，达到160 亿英镑。英国将电力作为商品实现市场化、自由化、竞争化。用电买电需先订购，一旦停电，不仅应退用户的钱款，还要对卖电部门重罚，赔偿停电引起的直接和间接损失；如果医院没有自备发电导致人身伤亡还应负担法律责任。这类法规有助于对设备投资的重视。 （8）重视人员培训 人在各种事故的预防、发生、扩大方面是关键因素，事在人为。许多电力事故都与管理部门、运行人员素质有关。相关人员应能实时辨认事故前兆、判断事故性质、防止事故扩大。运行人员不仅应掌握本地系统情况，还应熟悉相邻周边地域系统情况，及时联系，防止连锁效应。要提高与周边系统进行协调的能力。5结论 （1）近年世界大型停电事故多数源于天灾人祸，关键是人，事在人为。天气炎热，空调耗电过多，过载停电，屡见不鲜，应吸取教训。今年上海停止了所谓形象工程类耗电，就是人为有效措施。 （2）丹麦、瑞典事故源于核电站供水泵故障，这类事故也非首次，前苏联、日本、美国都有过类似事