電力系統“N—X”安全準則探討

摘 要：N-1安全準則是被廣泛采用的電力系統安全性評價的最為有效的手段，隨著互聯電網日益復雜化和用戶對用電質量要求日益提升，有必要引入N-2和N-1-1安全準則滿足用電可靠性的需求。文章探討分析了以上三個安全準則的涵義和適用范圍。

關鍵詞：電力系統；“N-X”安全準則；研究分析

前言

眾所周知，N-1安全準則是被廣泛采用的電力系統安全性評價的最為有效的手段，是電力規劃、運行、調度、事故預想和保護整定計算必須考慮的最基本原則之一。但隨著電力系統的不斷發展，互聯電網的復雜性不斷增加，連鎖故障發生概率提高，有必要引入N-2和N-1-1等安全準則，以期對電網進行更加嚴格的安全校核，確保電網在特殊復雜故障情況下亦能維持安全可靠供電。同時，隨著物質經濟的發展，用戶對供電可靠性的要求也在不斷提升，因此對電網規劃和建設不能停留在傳統的標準上，需要提出更高的標準，以滿足用戶日益增長的用電可靠性的需求。本文試圖結合電力系統發展趨勢和要求探討分析以上三個安全準則的涵義和適用范圍。

1 N-1準則

目前，我國電力企業廣泛采用N-1安全準則。N-1準則以《電力系統安全穩定導則》（DL755-2001）的定義為依據，即正常運行方式下的電力系統中任一元件（如線路、發電機、變壓器等）無故障或因故障斷開，電力系統應能保持穩定運行和正常供電，其他元件不過負荷，電壓和頻率均在允許范圍內。當發電廠僅有一回送出線路時，送出線路故障可能導致失去1臺以上發電機組，此種情況也按N-1準則考慮。N-1準則用于單一元件無故障斷開條件下電力系統靜態安全分析，或單一元件故障斷開后的電力系統穩定性分析即動態安全分析。

該準則包含了兩層含義：一是保證電網的穩定；二是保證用戶得到符合質量要求的連續供電。因此，其適用范圍貫穿于電力系統規劃、運行計劃、運行等各個環節。N-1準則是目前被廣泛采用的電力系統安全性評價的最為有效的手段，是電網規劃、運行、調度、事故預想和保護整定計算必須考慮的最基本原則之一。

2 N-2準則

傳統的電力規劃通常采用N-1安全校驗準則，很少把N-2安全校驗考慮到電力規劃中。但隨著電力系統復雜性的不斷增加和用戶對供電可靠性要求的提升，有必要引入N-2安全準則對部分電網實施更嚴苛的安全校核。

N-2準則一般指正常運行方式下的電力系統中任兩個元件（如線路、發電機、變壓器等）無故障或因故障斷開，電力系統應能保持穩定運行和正常供電。

N-2準則的提出具有很強的現實意義。第一，國內外的多次大停電事故表明，隨著電網互聯的復雜性增加，系統在發生單一故障后運行于緊急狀態時，稍有擾動，系統就有可能發生連鎖故障，給電力系統及整個社會帶來巨大的經濟損失。第二，電力系統計劃檢修尤其是線路或變壓器的檢修，使得輸電網僅滿足N-1安全準則是遠遠不夠的。第三，近年來為建設資源節約型，環境友好型的綠色電網，節約走廊資源，降低工程造價，絕大部分輸電線路采用了同塔雙回或更多的架設型式，而近年來日益頻發的嚴重自然災害、嚴峻的電力設施保護形勢，時常會對同塔雙回線路的安全運行造成威脅，對于重要斷面的同塔雙回線路如系統不具備足夠的備用通道或備用容量，勢必會影響電網的穩定運行和對客戶的可靠供電。因此，從規劃層面考慮電力系統N-2安全，對系統中重要元件、斷面等實行N-2安全校核，具有重要意義。

3 N-1-1準則

N-1-1準則是近年來國內外電力企業、技術機構提出的全新的安全準則。目前，國內外學術屆尚未對N-1-1準則給出準確的定義，然而從近年來電力系統發展成果可以看出，這是相對于傳統N-1原則更為嚴格的電網冗余度要求，也是N-2準則的具體化、實用化的體現，是在電網規模逐漸龐大，電網可靠性要求日益提高的背景下逐步成形的新的電網校驗標準。如NERC（北美電力可靠性委員會）的TPL-001-1標準要求系統規劃時需進行N-1-1安全分析，即電力系統受到單一元件故障擾動后，保護裝置正確動作或實施人工系統調整，另一單一元件發生故障后，需確保系統安全穩定運行。澳大利亞珀思電網公司技術文檔指出，N-1-1準則應用于輸電網中，一個元件在檢修的而另一元件發生故障情況下系統需保持安全而不大量失負荷。我國某省級電力企業也已在電網規劃設計中引入了N-1-1校核，“設定在80%最高負荷下，若任何單一元件（不含母線）檢修，通過人工的電網重構，保證檢修期間另一元件故障（不含母線），電網能夠保持安全供電”。

筆者認為，N-1-1=（N-1）-1，即在“N-1”的基礎上再減1，這里的“N-1”代表系統元件計劃停運（如檢修等）或某一元件故障后但保護、開關及重合閘正確動作或采取人工措施，并不是指不可控制元件退出（如保護裝置動作失敗）；而再減去1是指另一元件發生故障。顯然，從經濟性和實用性考慮，“N”是有一定的邊界條件的，不是指系統中的任意一個元件。

如上述我國某省級電力企業已應用N-1-1安全準則作為500千伏主變校核原則，以確定220千伏網絡分片及500千伏主變的配置。220千伏電網片區以1-2座500千伏變電站、3臺或以上500千伏主變，帶一片負荷（可能包含220千伏電源）獨立運行為目標。220千伏片區形成初期或過渡年份可以考慮2臺主變獨立運行，但必須滿足N-1-1原則。根據該原則，一是要求單片的500千伏主變容量要足夠，即在系統負荷為最大負荷的80%情況下，3臺主變帶一片220千伏網絡時，在1臺主變檢修狀態下，又有一臺主變故障，而剩余的一臺主變能夠承擔全部負荷（或片區內部分負荷可以轉移）；二是要求與其它500/220千伏片區的聯絡要足夠強，即是在某些2臺500千伏主變帶單片運行時，一臺檢修時，另外一臺發生故障后，能夠通過與其它片區的聯絡轉移全部負荷。

N-1-1原則的提出，其實是對堅強電網、智能電網在規劃層面的新要求，也是隨著電網規模逐漸擴大，系統短路容量日益增加，電網逐漸實現分片分區運行后，對電網可靠性的必然要求。

4 結束語

N-1準則反映了確保全社會經濟運轉對電力系統的最低要求。隨著互聯電網日益復雜化和用戶對用電質量要求日益提升，有必要引入N-2和N-1-1安全準則滿足用電可靠性的需求。當然，N-1、N-2、N-1-1準則應根據實際情況應用，充分考慮必要性和經濟性。只用在電網規劃中提前做好分析，搞好電網布局，才能保證電網運行時有足夠的可靠性，保證電網安全，從而取得良好的電網運營經濟效益和社會效益。