大電網抗冰災安全策略分析

黃森炯，勵文偉，周 盛

（國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010）

2008年冰災后各地加強了對鐵塔承載力、融冰技術等方面的研究[1-3]，但在冰災期間面對線路不斷跳閘，采取何種策略保護主網安全，防止發生大面積停電事件的分析甚少[4]。2013年1月上旬，寧波電網遭遇了連續的雨雪冰凍天氣，220kV及以上電力線路跳閘頻繁，電網安全面臨嚴峻考驗。自然災害無法避免，本文著重研究如何在面對冰災時將電網損失降到最低限度，應用正確的策略保證大電網安全[5-6]，具有現實意義。

1 電網冰災成因及常見故障類型分析

寧波電網冰災成因主要有：

（1）寧波地區處于沿海丘陵地帶，高壓線路“翻山越嶺”現象普遍，環境相對惡劣，冰雪天氣下高聳的樹木也對電力線路構成了嚴重威脅。海拔越高，風速越大，單位時間內向導線輸送的水滴越多，覆冰也越嚴重[1]。

（2）北方冬天氣溫始終在0℃以下，冰雪難以融化，所以一般不會釀成較大的災害；而南方空氣中水分含量多，雪以濕雪為主，易凝結成冰，且冬天氣溫徘徊在0℃左右，往往線路上的雪還沒完全化開，天氣又降到0℃以下，如此循環往復使線路上的冰越來越厚。

（3）隨著經濟的發展，電網規模不斷擴大，電網負荷的增加是必然趨勢。

（4）除冰手段缺乏，新技術進展緩慢，應用范圍不廣。例如融冰技術只是試驗性開展，還不具備廣泛應用的條件。

電網的各類冰災中，電力線路具有點多、面廣、線長、暴露在野外的特點，在冰雪災害侵襲下較變電站內的設備更易受到損壞。線路故障的主要原因統計如表1所示。

2 冰雪天氣來臨前的應對策略

2.1 負荷及氣象預測

電力部門需要根據天氣預報做好負荷及主要影響范圍預測。天氣方面重點關注氣溫情況，是否有雨雪等天氣要素，將天氣預報與電力部門應急措施結合，增進部門之間的資料共享[2]。根據主網線路地理走向和海拔高度分布，做好主要受災地區判斷。

表1 線路故障原因統計

2.2 做好事故預案

利用線路在線監測裝置做好預警工作，各部門分別做好針對性預案，例如：調度部門主要考慮斷面負荷控制并做好設備“N-1”預案；營銷部門做好與大用戶溝通工作，及時提醒電網可能存在的威脅，指導用戶提前做好應對措施及錯/避峰方案；線路隊成立線路巡查小組，加強對輸電“大動脈”巡視工作；送變電成立應急搶修小組，隨時準備出車搶修突發故障。

2.3 合理安排檢修計劃

除了設備復役等倒閘操作外，暫停執行其他未開始的計劃內工作，推遲檢修計劃，取消高風險計劃操作。電網在發生故障跳閘、系統薄弱情況下，禁止人為停役正常供電線路。

正在進行的計劃工作，如果能提前復役且設備具備復役條件，則考慮提前復役，甚至可取消部分未完成的工作計劃。

2.4 加強發電管理

推遲機組檢修計劃，保證足夠的事故備用容量。同時，加強對電網受災區域內的計劃檢修管理，目的在于提高供電可靠性。

2.5 安排應急值班

重點樞紐變電站、重要負荷變電站、存在重要缺陷隱患的變電站應恢復有人值班。因為具體的保護信息，如故障測距、相別、一次設備情況等重要信息仍需在現場查看，恢復有人值班可以迅速掌握現場設備情況，提高事故處理效率。

2.6 落實技術資料

對區域電網內的重要用戶名單，區域電網接線圖、地理接線圖，事故拉電序位表，超電網供電能力限電序位表，設備輸送限額等技術資料進行更新，確保可用。

2.7 落實搶修物資

根據歷年抗冰災經驗，針對可以預見的線路故障類型，如鐵塔變形、導線/光纜斷落、防震錘損壞等，提前落實搶修物質，縮短線路搶修時間。

3 電網抗冰災對策與措施

由于冰災來勢兇猛，影響范圍不斷擴大，許多電力設施覆冰嚴重，會有多處線路發生斷線、跳閘甚至倒塔 （桿），使電網網架結構受到嚴重破壞。此時調度部門的主要任務是確保主網安全穩定運行，確保重點單位、高危企業以及人民群眾生活用電[8]。

3.1 滾動修改“N-1”事故預案

采用滾動修訂事故預案的方法，根據電網運行方式的變化、搶修進度的變化，及時對預案做相應修改。內容應針對受災電網薄弱點，一般制訂單一故障情況下的電網事故處理預案，不同電壓等級主供線路應按電壓等級高的線路跳閘后引起其他線路超限做預案，同一電壓等級按線路輸送限額高的線路跳閘導致限額低的線路超限做預案，變電站內按事故后造成后果最嚴重的設備跳閘做預案。需要做事故預案的故障類型見表2。

表2 “N-1”事故預想類型

3.2 調整運行方式防止電源點過于集中

例如：對500kV變電站220kV母線來說，主變壓器220kV開關與聯絡線均視作電源點。為防止電源集中在同一母線上，可采用倒排操作以確保電源點合理分布在不同的母線。

3.3 及時對重要線路組織強送

查明變電站內無故障、一/二次設備完好后，可以立即對線路進行一次強送，防范線路連鎖跳閘可能引發的大面積停電。如果線路已在巡線中，強送時要注意及時告知巡線人員，防止線路斷線落地情況下強送對附近人員造成危險。強送電源選擇遠離電廠、遠離故障點側，減少線路再次故障跳閘對系統造成的影響。

3.4 防止電網聯絡線超穩定限額

線路的穩定限額一般以線路額定限額的1.3倍考慮（可根據運行年限等情況適當調整），必須在半小時以內控制到額定限額以下。圖1中虛線部分代表受災線路已跳閘，區域電網A與主網B之間僅剩1條500kV線路ab和1條220kV線路ce聯絡，這時需要進行ab線跳閘的事故預想，跳閘后ce線不得超額定限額的1.3倍。

圖1 區域電網示意

3.5 制訂負荷控制措施

（1）受災區域電網內發電廠應根據聯絡線路穩定限額情況調節出力，超穩定限額時加大出力，輸送負荷遠低于穩定限額時減小出力，甚至停機，以節省燃料。合理安排發電廠機組檢修計劃，由受端電網區域的發電廠機組頂峰發電。

（2）由營銷部門安排大用戶進行錯避峰，因為設備故障跳閘時對電網造成的沖擊容易引發對電能質量敏感用戶的生產設備跳閘。有自備機組的用戶應盡量使上網線路保持零功率交換。

（3）將事故區域內的電網負荷轉移至安全區域。如圖1所示，考慮將受冰災較嚴重的區域電網A的負荷轉移至主網B的區域內。

（4）極端情況下區域電網與主網之間只剩1回通道時，應控制聯絡通道潮流為零。圖1中ab線和ce線中任一線路跳閘后應控制另一線路潮流為零，使A網內發供電平衡，即使聯絡線跳閘，區域電網也能自動穩定運行，不至發生頻率崩潰。同時確保區域內低周、低壓減載裝置投入，并根據裝置容量和聯絡線負荷進行核算，做好區域電網與主網解列預案。

3.6 單電源220kV變電站做好防全停技術措施

可以考慮安排站用電倒送路徑及電源點，必要時配備發電車。采用220kV變電站之間110kV聯絡線作為倒送電源（見圖2），可以轉供部分負荷減輕設備重載壓力或備用重要負荷。

圖2 倒送電路徑示意

3.7 保護通道迂回

合理采用備用保護通道，確保保護正常運行。由于冰災期間許多復合地線及光纜被壓斷，所以需要啟用可靠的迂回通道來保證縱聯保護通道暢通完好，防止線路因失去主保護而被迫停役，如圖3中ce線的OPGW中斷后，可從ef線和fc線迂回。

圖3 保護通道迂回示意

4 其他注意事項

（1）根據地理圖注意檢查線路跨越情況。

做好搶修期間人身安全保衛工作。不同于一般時期的電網檢修，冰災期間搶修有其特殊性，需要考慮故障搶修線路是否跨越低電壓等級線路，若線路斷線掉落至下方被跨越線路上，將導致線路搶修人員觸電事故，因此應及時陪停相關線路。線路強送時亦要考慮此情況，如圖4所示。

圖4 220kV線路跨越110kV線路示意

（2）利用自動裝置倒負荷。

冰災造成圖1中區域電網A部分主供線路跳閘后，變電站之間系統聯絡進一步削弱，正常可以合環倒負荷的操作在此時必須慎重，應查看聯絡線是否斷開，是否存在長距離、大環路合環，防止出現弱電磁環網，此時需進行潮流計算做進一步確認。解決方法有：采用停電倒負荷的方式，即先拉后合，此方法一般適用35kV及以下線路且沒有配置備自投裝置的變電站倒負荷；利用站內線路備自投裝置倒負荷時，因人工操作備自投動作開關會閉鎖備自投裝置，所以應采用拉開電源側線路開關的方法，一般110kV備自投動作時間為4 s，仍有短時失電過程。

5 結語

預防冰災要做好負荷預測、事故預案、合理安排檢修計劃等措施，冰災期間應做好事故預案滾動修改、確保區域聯絡線不超限額等工作。2013年1月上旬，寧波電網因罕見的雨雪冰凍天氣造成輸電線路覆冰嚴重，線路跳閘事故頻繁發生，電網穩定運行和電力可靠供應面臨巨大的挑戰。本文中的實戰處理經驗在抗災搶修中取得了良好的效果，保衛了大電網的安全運行。

[1]胡毅.電網大面積冰災分析及對策探討[J].高電壓技術,2008，34（2）∶215-219.

[2]劉平原，何宏明，潘春平.廣東電網2008年冰災調查分析及其防御措施[J].廣東電力，2010，23（3）∶34-38.

[3]楊永全.近年電網冰災事故分析及抗防對策[J].電力建設，2008，29（9）∶35-37.

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[6]李成榕，呂玉珍，崔翔，等.冰雪災害條件下我國電網安全運行面臨的問題[J].電網技術，2008，32（4）∶14-22.

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[8]王詩明，文峰，劉昕暉，等.冰災給電網調度運行帶來的思考[J].江西電力，2008，32（2）∶17-20.