巴西大停电事故分析及对中国电网启示-中国电力0830

2010年第4卷第1期南方电网技术特约专稿2010，V ol. 4，No. 1 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY FeaturedArticles 文章编号：1674-0629(2010)01-0023-06 中图分类号：TM721.1; TM712 文献标志码：A巴西2009年11月10日大停电事故及其启示分析周保荣，柳勇军，吴小辰，胡玉峰，陈建斌，赵杰（南方电网技术研究中心，广州510623）摘要：介绍和分析了2009年11月10日巴西电网大停电事故全过程，包括事故的起始阶段、事故扩大阶段、系统崩溃阶段，指出伊泰普水电站交流外送通道与南部地区输电网形成复杂的电磁环网是造成本次事故扩大的网架基础。

结合南方电网实际，从网架结构、电力系统三道防线方面提出南方电网应当从巴西电网事故吸取的经验教训。

关键词：巴西大停电；安全稳定；事故分析Analysis of Brazilian Blackout on the November 10, 2009 and Its RevelationsZHOU Baorong, LIU Yongjun, WU Xiaochen, HU Yufeng, CHEN Jianbin, ZHAO Jie( CSG Technology Research Center, Guangzhou 510623, China )Abstract: The whole process of Brazilian blackout on November 10, 2009 is introduced and analyzed, including the accidenthappening, its development, and the breakdown of the power system. It is pointed out that magnetic ring grid consisting of southernBrazil transmission grid and AC transmission lines of Itaipu power plant made a physical basis for the accident expanding. Thelessons from this blackout should be learned by China Southern Power Grid (CSG) in consideration of its network structure and itsthree defense lines.Key words: Brazilian blackout; security and stability；analysis of blackout巴西电网50%以上的负荷主要集中在圣保罗、里约热内卢等经济发达的东南地区，伊泰普水电基地通过远距离大容量、交直流通道向东送至东南负荷中心。

从历史大停电事故看我国电网建设与运行摘要电力系统一旦发生大停电事故，将会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。

本文分析历史上几次大停电事故，介绍了事故过程、对社会民众的影响，分析了事故地区电网特点，剖析了引发大停电事故的主要原因。

结合我国电网建设和运行实际情况，提出未来我国电网建设与运行的意见与建议。

关键词大面积停电；电网安全；电力系统0 引言在过去的十年，世界范围内发生了许多大电网停电事故，给经济社会带来了巨大的损失。

特别是2012年7月30日和7月31日，印度两次发生大面积停电事故，停电范围涉及一半及以上的国土，直接影响6亿多人，全国超过300列火车停运，首都新德里的地铁也全部停运，公路交通出现了大面积拥堵，给社会带来了巨大影响。

回顾历史上发生的许多大电网停电事故，总结大电网停电的原因，汲取经验和教训，反思我国电网建设和运行中存在的问题，对构建我国大电网安全防御体系，保障电网安全稳定运行具有重要意义。

1 历史上重大停电事故1.12012年7月30日印度大停电事故7月30日，印度当地时间2时40分开始，印度北部包括首都新德里在内的9个邦发生大面积停电事故，共损失负荷3567万千瓦，逾3.7亿人受到影响。

7月31日，在印度北部恢复供电数小时后，包括首都新德里在内的东部、北部和东北部20个邦又陷入电力瘫痪状态，全国近一半地区的供电出现中断，逾6.7亿人受到影响。

印度两天之内连续发生大面积停电事故，是有史以来影响人口最多的电力系统事故，成为世界范围内规模最大的停电事件。

1.2 2009年11月10日巴西大停电2009年11月10日晚22点13分（北京时间11日8点13分），巴西电网全国范围内发生大面积停电，全国26个州中的18个州，约5 000万人（巴西总人口1.9亿）受到影响，损失负荷约24 436MW，约占巴西电网全部负荷的40%。

主要由巴西供电的巴拉圭全国基本全停。

图1巴西大停电影响范围示意图（深橙色为受影响区域）1.3 2003年8月14日美加大停电2003年8月14日，美国东部时间16：11分（北京时间15日4：11分），美国东北部和加拿大东部联合电网发生了一连串的相继开断事故，最终导致系统失稳，酿成了北美有史以来最大规模的停电灾难（“8.14”大停电）。

近年来国内外大停电事故原因分析及启示近年来全球发生了多起大停电事故，2011年2月巴西发生大停电事故，2012年7月30日、31日印度相继发生大停电事故.本文介绍了这些电网大停电事故过程，分析其原因，结合中国电网实际，从网架结构、电力系统三道防线等方面提出应当吸取的经验教训。

一、巴西电网大停电事故概述2011年2月4日00:20左右，巴西发生大面积停电，始于伯南布哥州的Luiz Gonzaga变电站，由于该变电站内保护装置中电子元件的故障触发安全系统自动关闭，断开了变电站所连6条高压线路，引起了快速、连锁的大面积停电。

1.1 事故前东北部电网运行方式。

巴西电网分为6大区域电网，西北电网尚未与其他区域互联，东北部电网为本次停电事故发生区域。

事故前东北部电网通过4回500kV线路与北部电网互联，通过1回500kV线路与中西部电网互联。

事故前东北部电网负荷8 883MW,接受区外来电3 237MW,占区域负荷的36.4%.事故发生前一天下午，线路因紧急检修停运。

该线路的检修停运，消弱了Paulo Afonso区域水电北送能力。

1.2 事故发生过程。

巴西大停电事故是由继电保护装置导致的暂态功角失稳事故，整个事故过程大致可划分为以下5个阶段。

（1）起始阶段。

事故当日00:08,Luiz Gonzaga变电站Luiz Gonzaga-Sobradinho 1号线路故障，保护装置需要跳开与母线之间的2个边开关。

但由于保护装置中1块板卡异常，误认为Luiz Gonzaga-Sobradinho 1号线路与1号母线之间开关失灵，1号母线跳闸。

此时系统的结构改变不大，仍保持稳定状态，没有损失负荷。

00:20:40之前，Luiz Gonzaga变电站运行人员进行Luiz Gonzaga-Sobradinho1号线路合闸操作，在合Luiz Gonzaga-Sobradinho 1号线与2号母线之间开关时，同样因保护板卡异常，失灵保护动作使2号母线跳闸。

大面积停电事故的反思与启示第22卷第5期2009年5月广东电力GUANGDONGELECTRICpOWERV o1.22NO.5May2009文章编号:1007—290X(2009)05.0004—03大面积停电事故的反思与启示刘文泽,苏健强,邱景生(华南理工大学电力学院广州510640)摘要:针对我国2008年初雪灾时发生的大面积停电事故进行研究,对我国现代电网发电系统发电能源依赖过分单一,新生发电系统发展相对滞后,设备可靠性较低,电网结构复杂及灵活性差,容易受外界扰动影响等一系列问题进行分析.以电网安全可靠运行为目的,围绕防御严重故障的"三道防线"体系提出了开发新的能源发电系统,发展分布式发电技术与提高电网抗扰动能力,综合应用实时监控,广域相量测量,在线稳定控制等措施,以达到有效防止大停电事故的发生的目的.关键词:城市电网;大面积停电;新发电系统中图分类号:TM727.2文献标志码:A ReviewofBlackoutAccidentsandInspirationtherefromLIUWen-ze,SUJian-qiang,QIUJing-sheng(ElectricPowerCo1.,SouthChinaUniv.ofTechnology,Guangzhou510640,China) Abstract:ThispaperresearchestheblackoutaccidentsduringthesnowdisasterinChinainear ly2008,makinganalysisonaseriesofproblemsinChinesemodernpowernetwork,suchasexcessivedependenceonfossil fuelforpowergeneration, relativelylaggingdevelopmentofnewpowergenerationsystems,lowreliabilityofequipme nt,andcomplexlystructured powernetworkthatisofpoorflexibilityandsusceptibletoexternaldisturbance.Aimingatthe safeandreliableoperationofpowernetworkandcenteringonthe"three?defense-line"systemagainstseriousfaults.meas urestoeffectivelypreventblackoutsarepresented,whichincludedevelopinggenerationsystemsbasedonnewenergys ources,developingdistributedgenerationtechnique,enhancinganti-disturbanceabilityofpowernetwork,comprehensive lyapplyingreal-timemonitoring, wide—areaphasormeasurementandon—linestabilitycontro1.Keywords..urbanpowernetwork;blackout;newgenerationsystem大面积停电事故给社会生活和国民经济造成了极为严重的影响,把大面积停电事故的概率降到最低,导致的影响降到最小,是电力系统"三道防线"_1|2提出的重要前提.2008年初南方的雪灾造成了南方地区大面积停电,其主要原因是:冰雪落在输电线和输电塔上,造成输电线被压断和输电塔倒塌,导致了输电线路中断.从另一个角度去看待这次事故,在有关部门抢修输电线路的同时,用于发电的煤炭供应短缺,而且价格较大幅度上涨,不少火力发电厂煤炭库存不足,面临停机的局面,电网电力需求不断增长,但电网备用容量不足,不得不损失大量负荷.收稿日期:2009-O1.O8这从侧面反映出一个重要的问题,即我国的电力系统过度依赖煤炭,石油等一次性化石燃料,导致其它的发电系统发展滞后,严重影响电网系统容量充裕性的提高.可以想象,当这些一次性燃料短缺的时候,电力系统肯定不能像现在无后顾之忧地安全运行,而是面临着因过度集中地使用火力发电,导致大量火电站停运,最终使得电网电量供需差额巨大而出现大量切负荷,运行不稳定,电压崩溃等导致大面积停电事故的问题.在世界化石能源普遍短缺的今天,发掘利用其它可再生能源作为发电原料,加快其它新型发电系统的建设,已成为急需解决的问题.与此同时,加强电力调度,加快电网实时监控和稳定控制技术的第5期刘文泽等:大面积停电事故的反思与启示投入,克服大电网灵活性差,设备可靠性不高等问题,将从根本上提高电网的充裕性与抗扰动能力, 为防止大面积停电事故的发生设下重要的防线. 1我国现有能源发电的潜力从表1可以看出,我国的可再生能源相当丰富,通过开发这些能源发电系统,调整其发电质量并将其并人已有的电网,将大大地提高电网的充裕性,满足不断增长的负荷需要,从而避免电网出现供需不平衡而产生的不稳定和切负荷等问题.表1我国各类发电能源的比例(截至2005年)开发利用各种能源,能够最大限度地增大电网系统的充裕性,在系统元件负载不超过其额定容量的情况下,电网能供应负荷足够的稳定储备和有功,无功备用容量,从而避免因电网过负荷运行而导致低电压,低频,解列等一系列问题,为电力系统的安全运行提供重要的保障.2分布式发电作为大电网的补充分布式发电[3]指的是在用户现场或靠近用电现场配置较小的发电机组(一般低于30MW),以满足特定用户的需要,支持现存配电网的经济运行,或者同时满足这两个方面的要求.这些小的机组包括燃料电池,小型燃气轮机或燃气轮机与燃料电池的混合装置,由于靠近用户,提高了服务的可靠性和电力质量.现有的大机组,大电网,高电压的供电系统,由于自身的缺陷,调整难度大,灵活性差,在大电网中任何一点故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响,所以大电网系统和分布式发电系统相结合是节省投资,降低能耗,提高系统安全性和灵活性的主要方法.分布式发电是未来电力系统的发展方向,但并不意味着现在就将传统的集中式大电网淘汰,在一段时间内这两种发电模式共存,互为补充.结合传统电网和分布式发电的优势,将其合理地整合在一起,这才是最为明智的选择.匿嘧匝图1三种分布式发电的供电方案分布式发电系统中各电站相互独立,由于用户可以自行控制,不会发生大规模停电事故,同时其可以增大电网的备用容量,所以安全可靠性比较高.但是这样也会导致电网的连接复杂程度大大加剧,因此,如何更好地管理连接集中大电网和分布电网,就显得尤其重要.3加大电网的实时监控与稳定控制3.1实时监控技术的开发与应用在过去的许多特大电力事故中,由于忽视了对电网及时的动态监测,电网的突然扰动没有及时得到分析处理,没有在扰动后对电网进行故障评估,和对部分电路的负荷需求,电压,频率进行调整,从而导致电压的持续下降,系统失步等导致大面积停电的问题出现.完善监视预测系统,对各级电网实施实时监控.引入广域测量系统(wideareameasurement system,W AMS)ll4j,由相量测量单元同步采集广域电网的实时运行参数,借助高速通信网络传输至数据处理中心站,得到同一坐标下电网全局的动态信息,应用W AMS能够及时监测和记录发电机功角,功率,母线电压相量及线路传输功率的变化,及时发现电网中的低频振荡,为分析和抑制低频振荡提供更有效的方法.相量测量单元_5]是基于全球定位系统(global positionsystem,GPS)的测量装置,开发和利用相量测量单元,能够实现广域电网运行状态的实时同步测量,为实现电力系统全局稳定性控制创造了条件,克服了现有以监控与数据采集能量管理系统为代表的调度监测系统不能监控和识别电力系统动6广东电力第22卷态行为的缺点,改善了传统状态估计的结果.3.2完善电网监控通信在加强监测的同时,电网之间通信的可靠性和准确性显得越来越重要,因为各电网间的通信出错,沟通失误,往往会给电网的安全操作带来严重的后果,导致大面积停电的发生.而控制器局域网络总线(controllerareanetworkbus,CANbus)l6J的通信速率完全能达到测控系统实时眭的要求,出错率极低,运行效果很好.同时由于运用该总线技术,极大地提高了系统的可靠性,实时性,让控制系统中的各检测和执行机构之间的数据通信更准确有效,防止由通信出错而引起的控制出错,设备误动作等问题.3.3电网控制调整的新技术我国大电网现在存在着输电备用容量缺乏,运行灵活性差等威胁电网安全的隐患,南方电网是当今国际上最复杂的交直流混合运行大电网,"西电东送"的主通道长期接近稳定运行极限.为了保证特大电网的安全运行,需要实现对输电系统的电压,阻抗,相位角,功率等的灵活控制,将原来基本不可控的电网变为可以全面控制,从而提高电力系统的高度灵活性和安全稳定性,使现有输电线路的输送能力提高,解决因外部因素的变化或者电网内部的突发性扰动而导致的低电压,频率下降等的问题. 新技术柔性交流输电系统(flexibleAC transmissionsystem,FACTS)l7]是指应用于交流输电系统的电力电子装置,其中"柔性"是指对电压,电流的可控性,如装置与系统并联可以对系统电压和无功功率进行控制,装置与系统串联可以对电流和潮流进行控制;FACTS通过增加输电网络的传输容量,从而提高输电网络的价值,FACTS控制装置动作速度快,因而能够扩大输电网络的安全运行区域.的建设,并非要毁掉原有的输电系统,而是在原有的交流输电系统中根据需要选择,利用柔性交流输电技术及功率电子设备,加以逐步改造形成FACTS.柔性交流技术的投入能很好地防止电力系统故障的发生,对电网起到重要的调节作用. 3.4电网的稳定控制系统对于局部电网发生故障,为了避免因其故障得不到及时处理而影响到整个电网的安全运行,还应加强稳定调整措施,如对于电网电压不稳定,可以通过发电机无功功率控制系统提供足够的无功功率以防止电压异常下降.通过稳定调整防止因局部的电网不稳定而影响整个电网的运行.当断路器故障难以及时修复时,必须通过设备保护装置迅速将其与电力系统其他部分隔离,以减少设备损坏和防止事故扩大;当扰动已经波及整个电网时,就必须启动安全稳定控制系统,采取低电压切负荷和低频率切负荷等措施使故障电路与主网隔离,避免电压崩溃,系统解列,连锁跳闸等大范围的故障发生.在过去许多电力系统事故中,输电线路过负荷跳闸,连锁反应,负荷大转移引起系统冲击及稳定破坏;在电力系统因局部发电容量不足导致严重电压下降,电压崩溃,其他方法都无效时,就必须通过安全稳定控制系统_9,采取切机,切负荷等措施,虽然这样会损失部分负荷,但能够很好地防止大停电的发生,所以开发,投入这类安全稳定控制系统,可大大提高电网的稳定和抗扰动能力.4结束语大面积停电事故一直是电力企业及相关部门极为重视的问题.实现电网的安全可靠运行,防止大停电事故的发生,已经成为电力系统迫切需要研究解决的重大问题,投入新的能源发电技术和电网稳定控制措施将更好地保证电网的充裕性,安全性和稳定性,更好地实现大电网的广域保护,提高电网的实时应急能力,适应现代中国飞速发展的经济要求,让三道防线切实发挥防止大面积停电事故发生的作用.参考文献:E1]姜力祺电网安全应防止故障的多米诺效应[N].国家电网报, 2008.03.13(1).JIANGLi-qi.PreventingDominoEffectofFaultsforPower NetworkSafety[N].StateGridNewspaper,2008-03-13(1).[2]DL/T723--2000,电力系统安全稳定控制技术导则[s].DL/T7232000,TechnicalGuideforElectricPowerSystem SecurityandStabilityControl[s].[3]梁才浩,段献忠.分布式发电及其对电力系统的影n~Ej].电力系统自动化,2001,25(12):53—56.LIANGCai-hao.DUANXian?zhong.DistributedGeneration andItsInfluenceonPowerSystem[J].AutomationofElectric PowerSystems,2001,25(12):53—56(下转第84页)广东电力第22卷中的M,,M从而出现越级跳闸事故,所以阳江供电局要特别注重防护和这几项基本事件.4事故防范措施根据以上分析,对防止电力系统越级动作跳闸事故提出如下防范措施:a)加强一次设备的巡视,及时处理一次设备缺陷,防止发生一次设备故障;b)加强培训,提高继电保护整定人员技术水平,防止定值计算出错;c)注重年度整定导则和年度继电保护方案的编制,确保日常整定工作有规程可依;d)加强对二次设备的定期检验工作,防止二次保护设备发生故障;e)提高运行人员安全意识和技能水平,防止运行人员误投退保护压板;f)继电保护整定时,尽可能使1套定值能适应多种方式变化,运行方式有特殊变化时须重新审定;g)定值录入保护装置后需打印出来检查,并经运行人员核对无误后才投入运行;h)加强原始资料管理,对需要实测的数据要严格进行现场实测,同时要加强说明书和文档的管理;i)加强新投运设备的验收工作,排除出现因设计问题或厂家设备质量问题导致保护误动或拒动;j)向继电保护整定人员提前报送相关资料,确保整定计算和审核都有足够时间.5结束语防止电力系统发生越级跳闸事故涵盖了电力系统一次,二次设备运行维护的全过程,我们要加强对一次,二次设备运行管理,加强继电保护专业人员培训,提高继电保护专业管理水平,防止继电保护越级动作,确保电网安全稳定运行.参考文献:Eli樊运晓,罗云.系统安全工程EM].北京:化学工业出版社,2009.FANYun-xiao,LUOYunSystemSecurityEngineering[M]. Beijing:ChemicalIndustryPress,2009.作者简介:严冬(1968一),男,广东阳江人.电气工程师,从事电力安全监察工作.E-mail:<yjyandong@163eom.(上接第6页)E4]张鹏飞,罗承廉,孟远景,等.基于W AMS的河南电网动态特性监测分析rJ].电力系统及其自动化,2007,19(4): 65—66.ZHANGPeng-fei,LUOCheng-lian,MENGYuan-jing,eta1.WideAreaMonitoringandAnalysisofHenanPower SystemDynamicPerformance[J].ProceedingsoftheCSU- EPSA,2007,19(4):65—66.[5]杨明海,王成山.电力系统PMU优化配置方法综述厂J].电力系统及其自动化,2007,19(2):86—87.Y ANGMing-hai.WANGCheng-shan.SurveyforOptimal PMUAllocationinPowerSystemEJ].ProceedingsoftheCSU? EPSA,2007,19(2):86—87.[6]李建林,张仲超.CANBUS总线简介及其在电力系统中的应用EJ].电力系统及其自动化,2002,14(5):69—72.LIJian-lin,ZHANGZhong-chao.TheBriefIntroductionof CANbusandApplicationinElectricPowerSystem[J]. 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由巴西3.21大停电谈电力系统稳定控制整体解决方案事故原因为：定值误整定造成断路器过负荷跳闸，引起交流母线失压，进而造成美一直流双极停运，在交流母线失压情况下，稳控装置认为切机信号无效，美丽山水电站机组因自身保护而切除。

事故造成北部和东北部电网解列，南部、东南部以及中西部电网因低频策略动作而切负荷。

最终损失负荷是事故前美一直流输送功率的5倍。

此次事故启示我们：（1）重视稳控系统、低频低压减载、高周切机、振荡解列方案的研究和三道防线的建设；（2）研究在线实时稳定控制系统，解决稳控策略失配问题。

2 稳定控制技术的现状电力系统稳定控制是指为防止电力系统由于扰动而发生稳定破坏、运行参数严重超出规定范围，以及事故进一步扩大引起大范围停电而进行的紧急控制，构成了电力系统的第二道防线和第三道防线。

电力系统稳定控制的类型包括暂态稳定控制、动态稳定控制、电压稳定控制、频率稳定控制和过负荷控制。

根据策略实现方式采取技术路线的不同，稳定控制系统分为如下三类：（1）技术人员采用离线仿真软件工具（如BPA、PSASP等）开展大量的仿真计算，通过分析、归纳、总结，形成包含运行方式、故障元件、故障类型、稳定控制措施、定值等关键字段的策略表，交由稳控装置设备厂家开发人员编程（或配置）实现。

实际运行时，通过判断运行方式、故障元件和类型，实时匹配离线策略表，找到相应的控制措施，并动作出口。

基于离线策略表的稳定控制系统已得到了大量应用，技术最成熟，是目前的主流实现方式。

但这类稳定控制系统存在离线工作量大，控制措施的过量或欠量受策略制定技术人员的经验和性格影响，在实际运行中存在策略失配的问题。

（2）基于在线预决策的稳定控制系统：在线预决策系统定周期（典型时间取5分钟）地从数据采集与监控系统（SCADA）获得电网运行状态数据，基于预想故障集，开展在当前运行方式下的稳定性评估，对于失稳的情形，搜索控制措施集，形成稳控策略表，刷新现场稳控装置中存储的策略表或定值。

2009年11月10日巴西大停电事故分析报告目录引言 (1)一巴西电网概述 (2)二伊泰普电站送出工程简介 (5)三巴西电网及伊泰普水电站安稳措施 (6)四事故前系统运行状况 (8)4.1事故前系统运行方式安排 (8)4.2事故前天气情况 (11)五事故发展过程介绍 (13)5.1事故发生阶段 (15)5.2系统振荡，电网结构无序破坏阶段 (18)5.3系统解列及崩溃阶段 (19)5.4系统恢复阶段 (21)六继电保护装置及稳控系统动作情况分析 (21)6.1765K V I TABERÁ -I VAIPORÃ送出线路保护动作情况 (22)6.2I TAIPU水电厂安稳系统动作情况 (25)6.3与765K V送出线路平行的525K V线路保护动作情况 (29)6.4事故发展过程中部分电厂的保护装置和控制系统动作情况 (31)6.5低周减载装置动作情况 (31)6.6I TAIPU水电厂50H Z系统两回直流线路闭锁情况 (32)七本次事故对南方电网的启示 (32)7.1继电保护装置 (32)7.2安稳系统设计 (33)7.3失步解列装置 (34)7.4网架结构 (35)7.5事故后电网黑启动和负荷恢复 (36)附件1 巴西电网1996～2004年有关事故资料 (37)附件2 事故中继电保护和安稳系统动作情况 (39)引言2009年11月10日晚22点13分(北京时间11日8点13分)，巴西电网全国范围内发生大面积停电，引起世界关注。

本次大停电影响巨大，受影响人口约5000万，损失负荷约24436MW，约占巴西电网全部负荷的40%。

巴西电网负荷主要集中在圣保罗、里约热内卢等负荷中心，伊泰普等水电基地通过远距离大容量交直流通道送电至负荷中心，电网结构与南方电网非常类似。

因此，深入分析本次事故对预防南方电网发生大面积停电事故具有很好的借鉴意义。

南网研究中心非常关注此次巴西大停电事故，一直通过网络及新闻媒体收集资料、与国内同行交流以及与巴西电网的Cigre会员取得联系并获得部分有价值的信息，及时编写了一份事故快报。