第二节  保证电网安全稳定运行的物质基础

一、合理的电网结构是电网安全稳定运行的物质基础

在电网的运行中，经常可能出现各种干扰和事故，发生事故的原因是多方面的，如自然灾害、设备缺陷、人为错误等。其中很多因素是不可能预测和控制的，所以要在电网的实际运行中绝对不发生事故是不可能的。重要的问题是应该尽量减少出现事故的概率；在出现事故后，应依靠电网本身的能力、继电保护和自动装置的作用、运行人员的控制和操作，使事故得到及时处理，尽量减小事故的范围及其所带来的影响和损失。

（一）影响电力系统事故的重要因素

根据对国内外电网事故的分析发现，除了自然因素外，影响电力系统事故发生和发展的重要因素主要有：

（1）电网结构方面的因素；

（2）设备元件方面的因素；

（3）继电保护方面的因素；

（4）通信及信息收集系统方面的因素；

（5）运行人员方面的因素；

（6）运行管理方面的因素。

电网抵御事故的能力是上述各种因素的综合反映。但在这些因素中，电网结构是最重要的一个因素，因为稳定破坏的事故多发生电网结构较弱的电力系统中。国内外电力系统运行的实践均已证明，当电网结构较弱时，系统稳定破坏和大面积停电事故就较多，反之，就减少。根据我国1981～1987年电网稳定破坏事故统计，在总数为47次稳定破坏的事故中，与电网结构有关的事故就达33次，占总数的70.2%，如表5-1所示。

表5-1                      1981～1987年我国电网稳定破坏事故统计

（二）保证电网安全稳定运行的基本条件

1981年电力工业部颁布的《电力系统安全稳定导则》（简称《安全稳定导则》）总结出保证电网安全稳定运行的三项基本条件为：

（1）有一个合理的电网结构；

（2）采取了各种可行的保证电网安全稳定运行的措施；

（3）建立了保证电网安全稳定运行的最后一道防线。

其中，合理的电网结构是上述三项基本条件中最重要的一项，是电网安全稳定运行的基本物质的基础。但是，电网结构的加强是以大量资金的投入为基础的，对我国电网而言，不可能像发达国家那样花资建密集电网。我国追求的是以合理、实用的电网结构，辅以健全的技术和管理措施，达到电网安全稳定运行的目的。如果以上三项基本条件能够全面落实，就完全有可能使一个物质基础、安全稳定水平相对较低的电力系统，取得比一个物质基础、安全稳定水平较高的电力系统更好些的实际安全运行效果。本节将主要介绍对电网结构的要求。

二、电网建设的一些基本思想

（一）电网结构取决于电源和负荷

不同的负荷与电源分布决定了电网结构的不同形态。电源点的分布是由动力资源条件所决定的，如水电受河流条件及坝址条件影响，按可行与经济条件建站；火电厂则受燃料来源、运输及水源条件等的影响，可能建在坑口、路口或港口。负荷分布取决于用户，取决于国民经济开发计划的安排，取决于用户建厂条件和居民生活条件等。

（二）应以分层、分区的原则研究电网的具体结构

分层、分区是合理电网结构的一个基本原则。不同的电源和不同的负荷应分别接入不同电压等级网络上。为了明确分区的电力平衡，应用划分供电范围的方法，明确究竟电力是由哪里送往哪个地区，哪些地区有余，哪些地区不足，哪些电厂属全网，哪些电厂属地区，这是电网结构研究的基本条件。

（三）发展电力，网络必须先行

发展经济，电力必须先行，而发展电力，网络必须先行。所谓网络先行，应是超前电源和负荷，完成主风结构的建设。这就要求我们在电网规划和建设中，应从长远的角度考虑和规划能源、运输、电源及网络的建设，以满足国民经济发展用电的需要。而网络先行能使电源建设与负荷变化具备很大的灵活性，从而可采用标准化发电厂，提前装设大机组，同时也必将提高电网运行的安全稳定水平。

三、对电网结构的原则要求

由于大部分电网都是从早期简单的电力系统发展而来的，线路走廊、负荷点和电源点的分布，经济和社会条件的变化，技术水平的提高和资金上的约束，均会对电网结构的形成产生影响。因此，合理电网结构的形成，首先要有一个合理的电网规划。可以这样说，合理的电网结构是保证电网安全稳定运行的物质基础，而合理的电网规划是这个基础的基础。

发达国家对电力系统的规划设计有一个指导性的文件，即可靠性准则，其中规定了大电网可靠性的六个基本目标，即提供足够的容量来满足系统的需求、保持系统安全、保持系统完整、限制系统的瓦解的范围、提高系统恢复的速度、具有战略上的适应能力。只有满足了上述六点基本要求的电力系统规划，才可称得上是一个合理的、好的规划。为了达到电网安全可靠这一目标，欧美等发达国家一般都在电网的规划和运行,用了较高的安全稳定运行标准，在电网建设上投稿了巨资，形成了密集的网络结构。

电力工业部颁布的《安全稳定导则》，从安全稳定运行的角度，对合理的电力系统规划做了明确的定义。一个所谓规划和设计得好的电力系统应当包括两方面的内容，缺一不可。其一，炒了适应负荷的需要，配置足够的单机容量和发电厂容量（相对系统负荷）不过份集中的电源；其二，有能力与电源和负荷水平相适应的、有足够传输能力的、在正常运行时具有必要灵活性并足以应付运行中各种偶然情况的、特别是事故情况的一个电网结构。

由于电网结构的加强总是需要较大的投入，而对于我国这样一个发展中的国家来说，资金短缺正是我们的困难所在。因此，根据我国的实际，《安全稳定导则》对电网结构的规划和设计，提出了适合中国具体情况的原则要求。

（一）能够适应各种运行方式下的潮流变化及发展变化的需求，并具有一定的灵活性

这一款包含两层意思，其一，要求规划和设计的电网，能适应电网正常运行的需要。如要求做到不窝电、少弃水，能适应调峰和调频的需要，能方便地安排设备检修，能便利地运行操作等。总之，要能为正常运行提供必要的灵活性。其二，要求规划和设计的系统，能够注意到在规划、设计阶段所不能预料到的一些变化的可能性，并为运行系统的灵活性创造必要的条件，也就是说，电网规划要有一定的适应性。后一点是非常重要的，也是最容易被忽视的，特别是在过去电网建设必须绑在电源项目上的所谓“随机建设”的模式下，我们曾有过较多的教训。一个典型的例子，就是电网规划在既定的电源建设次序前提下是合理的，但一旦电源建设次序发生变化，则电网规划就很难适应，致使实际运行的电网困难重重，不得已只好上一些应急的抢建项目，最终偏离了规划。另一种情况是在规划大电厂时，只考虑了直接就地供应同步出现的大负荷，而实际由于计划在负荷推迟，电厂出线的外送能力不足，造成长期窝电的局面。

（二）电网任一元件无故障断开，应能保持电网稳定运行，并不致使其他元件超过事故过负荷的规定

这一未规定了电网中的各人部分在上结构上应该具有的最低强度水平，以适应各种偶然性事故。很显然，如果在无故障断开时，电网中的元件不能保持系统的稳定，那么在该元件故障的中，就不可能保证系统的稳定运行（因为切除故障的时间不可能为零），除非是两侧系统解列，或者是采取了其他影响正常供电的措施，如切机、切负荷等。

同样重要的是，当电网中的一个元件断开时，系统中保留运行的所有其他元件都应当不超过事故过负荷的规定。这就是说，事故后的电力系统能够在运行调度的重新安排下，在规定的时间内消除事故过负荷的元件，否则  事故后的系统就不可能继续安全运行。

这一款没有明确指出是否允许损失负荷问题。所谓允许损失负荷，是指可以允许切除部分电源，也可以切3除部分负荷。如果不允许损失负荷，就接近国际上的“N－1原则”。《安全稳定导则》认为，对于受端系统的元件，执行“N－1原则”较为合理，因为在受端系统中，一般很难用切机或切负荷的办法来解除元件的过负荷。但对大型电厂送出电力的长距离超高压重负荷线路，允许在发电厂建设的初期，采取切机、切负荷的措施。

（三）电网应当具有较大的抗大扰动的能力，应能满足《安全稳定导则》中规定的各项有关要求

这一款规定了电网应该具有的足以应付电力系统单一元件事故的综合能力，包含了电网强度和继电保护两方面的综合作用。对抗扰动能力而言，电网结构是基础，但在已有的电网结构下，加快故障的切除时间则是关键。《安全稳定导则》对电网的抗扰动能力要求作了详尽的规定，可概括为“三道防线”：在单一常见故障（如单相故障）情况下不应损失负荷；单一严重故障（如三相短路）时允许局部损失负荷，但不丧失稳定；在多重故障情况下，可能造成稳定破坏，但要防止电网瓦解和全网性的大面积停电。

1984年电力工业部颁发的《电力系统技术导则》（简称《技术导则》）进一步把电网分为受端系统、电源接入系统和系统间的联络线三部分，对这三个部分规定了不同的安全标准。

1．受端系统

（1）正常运行时发生任何严重单一故障（包括线路及母线三相短路），不允许损失负荷；

（2）正常检修方式下（任一元件检修）允许采取稳定措施，但要保持系统稳定）。

2．电流接入系统

（1）对220kV及以上的线路和已基本建成的500kV电网，原则上执行“N－1原则”；

（2）在500kV电网建设初期，为了促进500kV电网的发展，只要送电容量不过大，且采用了单相重合闸作为安全措施，在加强了受端系统的基础上，允许主力电厂初期以500kV单回线接入系统；

（3）对长距离、重负荷的多回500kV接入系统的线路，允许切除一回线时，采用切送端电源（对水电厂）或快速压送端电源出力（对火电厂）的措施，以保持稳定。

3．系统间的联络线

（1）联络线故障中断,里程自系统要保持安全稳定；

（2）对于为相邻系统担任规定支援任务的联络线，当两侧系统中任一侧失去大电源或发生严重单一故障时，该线路应保持稳定运行，且不超过事故过负荷的规定；

（3）系统间若有两回及以上的交流联络线，不宜构成弱联系的大环网，并要考虑其中一回断开时，其他联络线应保持稳定，并可传输规定的最大电力；

（4）对交直流混全的联络线，当直流联络线单极故障时，不采取稳定措施，应能保持交流系统的稳定运行；双极故障时，也应应保持交流系统的稳定，但可采取适当的措施。

（四）实现分层分区原则，主力电源一般应直接接入高压主电网

所谓电网分层，是指按电网的电压级，即电网传输能力的大小，将电力系统划分为由上至下的若干结构层次。为了合理地发挥各级电网的传输效益，不般来说，不同的容量的电厂和负荷，应当接到相适应的电网上；反过来说，为了适应大型电厂的容量和负荷增长，应该及时建设高一级电压的电网。以往多存在大机组、大电厂线电压过低的问题，其后果是，不仅造成电网稳定问题突出，还使断路器遮断容量不足，电厂被迫分母线分段运行；此外，对电厂本身来讲，出线也势必过多，对安全、不利。关于机组接入系统问题，《技术导则》规定，单机容量为500MW及以上的机能，一般宜直接接入500kV电网；200～300MW的机组，经论证为接入200～500kV中的某一级电网；单机容量为100MW左右的机组，一般宜直接接入220kV电网。

所谓电网分区，是指以受端系统为核心，将供应其电力和电能的远方电厂连接在一起，形成一个供需基本平衡的区域，并经联络线与相邻系统相连。这种区域的划分，是以电力和电能供应平衡为标准的电力系统的概念，而不是一种行政和地理的概念。根据我国电力系统的运行经验，加强受端系统，适当分散外接远方电源，有利于保证电网的安全稳定运行，是一种合理的电网结构。所谓加强受端系统，是要加强受端电源、负荷间的网络联系，同时，在经济合理的前提下，在受端系统建设大容量的主力电厂。适当分散外接远方电源，即适当减弱远方电源之间的联系，外接电源直接接到它计划供电的受电中心。这样的供电格局，接近单机对无穷大系统的模式，在理论上最稳定的。

合理的电网结构，首先是规划和设计电网时必须注意的问题，虽然在电网的生产运行中，也存在着一个合理的安排运行结构的问题，如适当解开我部电源的联系，增加弱受端系统中的旋转无功备用等，确实可以稳定运行水平方面取得实效。但必须指出的是，在实际运行系统中改变运行结构的可能性是有限的，会受到多种因素的制约，因此，关键还在于电网的规划和设计。

四、当前我国电网规划和建设中存在的一些问题

1970～1980年，我国许多地区逐步由孤立的110kV电网，发展为220kV及以上的全省或跨省电网。过去110kV电网发生事故，只影响局部，电网稳定问题不。形成220kV的输电距离较远的电网后，稳定问题了。但当时在电网的建设和运行中，没有很好地认识这一客观规律，采取合理的电网结构和相应的措施，因而1970～1980年全国发生电网稳定破坏事故210次，平均每年发生19闪。

鉴于1970～1980年全国电网事故非常严重，电力工业部决定把防止电网稳定破坏事故作为反事故斗争的重点。在进行210次的事故分析、几个大电网的典型稳定计算及峡谷次稳定导讨论通过了《电力系统安全稳定导则》，作为指导电网规划、设计、建设和运行的纲领性文件。1982～1984年，电力工业部电网工作组到六个大网检查“全国电网稳定工作会议”上的要求及《安全稳定导则》的贯彻情况，并对正在建设的500kV电网进行了调查。电力工业部领导在听取了工作组“华中、华东、东北、华北电网电网调查报告”之后决定，除《安全稳定导则》外，还有必要制定一个《电力系统技术导则》（简称《技术导则》），以适应高电压、大机组、大电网、大区联网、高压直流输电等逐步出现的新情况。

两个导则（《安全稳定导则》和《技术导则》）首次提出了我国“合理的电网结构”的概念及其要求，为我国电网建设指明了加强电网结构的重点和方向。使全国各电网普遍加强了电网管理，加强了电网规划设计，加强了管理和设计电网的队伍，加强了对发展电网和运行电网的稳定计算分析，加强了快速保护与一切有效的稳定措施，从而大大地促进了电网的合理建设。在充分发挥现有的电网结构和输电能力的基础上，大大提高了稳定水平，从而使电网稳定破坏事故有了大幅度的降低。据电网事故统计，1981～1987年，电网稳定破坏事故已下降为平均每年6.7次。

在电网安全稳定运行得到普遍重视，电网结构得到普遍加强的同时，也应看到，目前我国电网的规划和建设中仍存在着一些问题，主要表现在以下内方面：

（一）电网“随机建设”的模式，不适应建立合理电网结构的要求

电网建设应超前于电源和负荷是电力发展的一个重要的基本思想。但从1981年起，输变电建设的投资占电力建设总投资的比例持续下降，输变电建设只作为电源的配套项目建设，即所谓的“随机建设”。由于输变电建设资金缺乏，且不能集中使用，电网的规划只能由若干个电源送出工程拼凑而成。因此，无法从全局上肋考虑电网的结构，一旦电源投产的次序发生变化，电网的结构也随之发生较大的变化，给运行系统造成较多的问题。为解决由于电源延期造成的电网薄弱问题，不得已搞了许多抢建项目，又来两方面的问题：一是抢建项目较多且缺乏计划性，基建部门疲于奔命，运行部门准备仓促；二是抢建项目缺乏长远规划的指导，多为“头疼医头，脚痛医脚”的应急措施，待计划的项目上来后，其必要性又下降，造成浪费。为此，从1997年起，国务院决定电网建设投资金单独筹措，不再与电源项目配套。在加强电网规划工作的基础上，采取适当超前的方针。

（二）500kV电网发展过慢，尚未形成500kV骨干网架

现代大电网的一个重要特改征，是个有一个坚强的500kV及以上电压等级构成的主网架，且接入此系统的发电厂的容量应占全国总容量的相当比重。我国自1980年建成姚孟电厂—凤凰山变电所的第一回500kV线路后，500kV系统虽有一定的发展，但总体发展较慢，未形成有一定输送能力的网架。由于500kV系统未形成输电的主网架，仍以220kV网络为主要输电网，因此被迫采取500kV与220kV电网环网运行，从而限制了500kV线路的输送能力，如果调度运行安排不当，极易造成稳定破坏事故。此外，由于500kV电网发展过慢，大量的发电装机接入220kV系统，造成220kV系统短路容量大增，一些电网不得不采用母线分排运行等限制短路电流的措施。

（三）厂站接入系统大量采用开断环入的方式，造成电网结构日益复杂

清晰、简明的结构是合理电网的要求，是建立电网安全稳定三道防线的基础。由于电网建设资金的不足，多年来，在我国电网建设中，厂站接入系统大量采用主干线路开断环入的方式，有的线路甚至多次开断，造成电网短线成串、环中套环的复杂结构。短线过多，使得电网继电保护的整定配合十分困难，甚至失配，运行中只好完全依赖于高频保护；复杂的环网结构，既造成电网正常运行时的控制困难，又使得电网在系统振荡时找不到合适的解列点，使振荡解列等保证电网安全稳定运行的第三道防线的许多措施无法实施。

（四）重有功、轻无功的现象依然存在

保持有功功率和无功功率的平衡是电网安全、优质、经济运行的基本要求。无功功率是电力系统特有的变量，与有功功率不同的是，无功功率具有分散、局部的特点，其运行控制较为复杂，要求做到分层、分区的平衡。重有功、轻无功的表现之一是认为电网的无功补偿可有可无，在设计审查中，为压缩基建投资，砍掉的往往是无功补偿装置；表现之二是只注意到容性补偿，忽视了感性补偿，使得电网在低谷轻潮流、系统无功功率过剩时电压偏高；表现之三是对电网的调压措施不够重视，舍不得花钱建设，造成电网普遍缺乏调压手段，在较大的电压波动面前无能为力。

我国电网几十年的发展经历告诉我们，在电网建设中，要避免只搞电源接入，而不建设和加强电网；要避免只考虑有功，不考虑无功；要避免只注意一次系统，不注意二次系统配套的问题。如果现在不认识、不采取有效的措施，时间稍长，就会使刚刚加强的电网结构又出现新的薄弱环节。