荷蘭2015年3月27日停電事故分析及對湖南電網的啟示

向萌，左劍，謝曉騫，李晨坤

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網湖南省電力公司，湖南長沙410007)

荷蘭2015年3月27日停電事故分析及對湖南電網的啟示

Analysis of Holland blackout on March 27th，2015 and revelations to security for Hunan Grid

向萌1，左劍1，謝曉騫2，李晨坤1

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網湖南省電力公司，湖南長沙410007)

2015年3月27日，荷蘭一所變電站因技術故障，發生連鎖反應導致荷蘭大面積停電，對北荷蘭等地區(包括首都阿姆斯特丹)造成嚴重影響。本文簡要介紹了荷蘭電網現狀，回顧了此次大停電的主要過程，初步分析了荷蘭大停電的主要原因，在此基礎上從動態安全校核及評估不足、突發事故應急能力欠缺、日常運行設備消缺不到位、繼電保護及穩控設置不當以及電網建設滯后等方面分析了此次停電的影響，并提出避免大停電事故發生、保障電網安全穩定運行的相關建議。

荷蘭電網；大停電；事故分析；電網安全

2015年3月27日9時37分(荷蘭當地時間)，位于阿姆斯特丹東南約11 km的Diemen變電站發生技術故障，導致變電站全站失壓，隨后發生連鎖反應，最終導致荷蘭北部大面積停電，約100萬戶居民受到停電影響，主要為Noord-Holland和Flevoland兩個省，包括該國首都阿姆斯特丹。截止當天下午3點，大部分電力系統基本恢復，這是從1997年以來荷蘭發生的最嚴重的停電事故。

此次荷蘭大停電事故暴露出一些問題，引起了廣泛關注，各國電力行業和研究人員開始討論分析此次事故的原因。本文簡要介紹了荷蘭電網現狀，回顧了此次大停電的主要過程，初步分析了荷蘭大停電的主要原因，并結合湖南電網的發展，分析總結此次停電的經驗教訓。

1 背景簡介

1.1 荷蘭電網

荷蘭電網的運營商Tennet為歐洲第五大電網獨立運營商，運營范圍為荷蘭全境以及德國部分110 kV及以上主干電網，運營范圍內主干電網線路長度約為21 000 km，變電站約為250座，服務的用戶超過4 100萬，頻率為50 Hz。荷蘭電網在歐洲西北電網中起著樞紐節點的作用，與德國有3個互聯通道，與比利時有2個互聯通道，與挪威有1個互聯通道，與英國有1個互聯通道，如圖1所示。

目前荷蘭電網是以380 kV和220 kV環網為主框架，150 kV和110 kV子網為區域供電框架。截止2014年10月31日，荷蘭電網110 kV及以上的電網框架如圖2所示。

1)Tennet通過260 km高壓直流海底電纜(HVDC cable)將荷蘭與英國相連(BritNed)，傳輸容量1 000 MW；

2)荷蘭與比利時通過380 kV交流線路相連(ELIA)，正常情況下傳輸極限為1 501 MW；

3)荷蘭與德國通過380 kV交流線路相連(AMPRION、TenneT及GmbH等)，正常情況下傳輸極限為2 449 MW；

4)荷蘭與挪威通過直流相連(StatNett)，正常情況下傳輸極限為700 MW。

圖1 荷蘭電網地理示意圖

圖2 荷蘭電網主接線示意圖

1.2 Diemen變電站

Diemen變電站始建于1970年，距離阿姆斯特丹約11 km，為380 kV變電站，有4臺380/150 kV變壓器，容量分別為3臺450 MVA，1臺500 MVA，總變電容量為1 850 MVA。Diemen變電站4臺變壓器的50 kV側分別安裝45 Mvar并聯補償器，總補償容量為180 Mvar；在380 kV高壓側安裝了兩組電容器，每組容量分別為150 Mvar。

Diemen的150 kV母線連接著Noord-Holland地區的150 kV輸電網絡，同時連接著一座天然氣發電站，Diemen變電站與Oostzaan變電站構成了為Noord-Holland地區(包括阿姆斯特丹)供電的重要380 kV電源。因此，Diemen變電站為重要的樞紐變電站，4回380 kV出線連接著3座380 kV變電站，4回380 kV出線信息見表1。

表1 Diemen變電站4回380 kV出線

2 荷蘭大停電事件經過

根據運營商Tennet的初步敘述，2015年3月27日上午，Diemen變電站的運行部分以及備用部分進行正常倒換操作，在此操作期間備用部分與運行部分短暫相連。

9時37分，發生短路故障，備用與運行部分同時保護跳閘，導致Diemen全站退出運行。

9時41分，Tennet向全網發出了電網“非正常”警報，并指出故障時間起點為9時37分，由于Diemen變電站的退出運行，導致Noord-Holland大部分地區(包括阿姆斯特丹)以及Flevoland部分地區大面積停電。

10時40分，Diemen變電站恢復供電，并逐步恢復對上述地區大用戶的供電。

11時19分，Tennet解除電網“非正常”警報。

11時20分，整個150 kV網絡恢復。

Liander底層的家庭和企業再次通電，150 kV子網恢復。此時已經是當天14時30分。

由于受影響鐵路交通范圍廣，下午3點左右才全部恢復。這是自1997年以來荷蘭最大規模一次停電事故，影響的居民超過100萬。

3 荷蘭大停電原因分析

Diemen變電站作為重要的樞紐變電站且供帶阿姆斯特丹等重要地區負荷，采用備份運行模式，也就是Diemen的一半變電容量作為備用，另一半正常運行，當運行中的設備發生故障，備用設備將隨時替換運行中的設備，以保障變電站的供電可靠性。而此次事故恰恰是在Diemen變電站在正常倒換操作中發生了短路故障而發生全站失壓。

從圖1中可以看出，Noord-Holland地區(包括阿姆斯特丹等重要負荷)僅由2座380 kV變電站Diemen和Oostzaan供電(Beverwijk由Oostzaan供電)。一方面，Diemen變電站整站退出極可能引起Oostzaan-Krimpen線路過載或是Oostzaan變電站過載跳閘，此時Noord-Holland地區將失去所有380 kV電源。由于Noord-Holland地區自身接入150 kV網絡的電源較少，幾乎肯定Noord-Holland地區將發生大面積停電。另一方面，由于與Diemen電站相連的Lelystad給Flevoland地區供電，如Diemen變電站發生故障，也將可能影響到Lelystad變電站對Flevoland地區供電，造成Flevoland地區部分停電。

此分析吻合當地運營商聲明的停電是由于電網過載引起。從事故影響的停電范圍來看，Oostzaan-Krimpen線路或Oostzaan變電站以及Lelystad變電站均受到Diemen變電站故障的影響。

Tennet公司于2015年6月12日在官網發布的研究報告對此次停電原因進行了更詳細的分析:在Diemen變電站發生故障的一個星期前，Diemen與Krimpen之間的相關電力線路進行了二次系統的維護安裝。為了確認安裝工作效果，決定在2015年3月27日開展了一次測試試驗，此次測試在Diemen變電站主備變電系統進行正常倒換操作期間。為了對Diemen變電站380 kV隔離開關A進行測試，同時保證380 kV電網的電力供應，在進行隔離開關A測試操作之前須將作為平行備用的隔離開關B轉為運行狀態(隔離開關A與平行備用隔離開關B在變電站的具體安裝位置報告中并未描述)。由于隔離開關B其中一相電機故障導致此相沒有按照操作指令正確合閘，最終狀態顯示為隔離開關B某一相狀態為“斷開”，無法進行后續拉開隔離開關A的操作。經過Diemen變電站現場人員目測判斷，認為隔離開關B狀態為正常合閘，現場顯示隔離開關B“斷開”只是新的二次系統故障而非隔離開關B本身的機械缺陷。根據現場人員的目測判斷，同時依據兩天前隔離開關B曾經正確執行操作的記錄，為了讓后續測試工作順利進行，站內運行人員同意執行臨時操作，將隔離開關B的一相顯示“斷開”的狀態屏蔽，但此時隔離開關B中的某一相實際并未合閘到位。當天上午9時37分，當站內運行人員執行將隔離開關A拉開操作時，由于隔離開關B實際上一相“斷開”，隔離開關A一相出現了開斷電弧(正常情況下隔離開關A上的電流應轉移至隔離開關B流過)。此外，荷蘭當天強勁的西風將電弧吹動，電弧引發該相與相鄰相之間相間短路，由于此時Diemen變電站主備系統電氣相連，保護動作導致Diemen全站故障退出運行。Tennet在事故調查報告中將此次停電原因總結為設備故障以及人為誤操作的組合結果。

4 荷蘭大停電處理策略

停電發生后，Tennet應急處理小組當即落實以下關鍵議題:

1)確定150 kV和380 kV網絡的恢復優先級和路徑，使停電影響最小化；2)快速與其他應急組織溝通和協調；3)與各種媒體進行內部和外部的溝通，確保每人都能知曉最新信息；4)從多方面調查此次大停電的前因后果。

針對此次荷蘭大停電給出了幾條建議:

1)技術方面:仔細挖掘隔離開關故障的根本原因，并研究該故障是否可以預測。例如，通過改變檢修方法和策略等。2)人為方面:考慮如何提高員工知識技能水平以及督促運行人員遵守工作規程。3)操作方面:考慮如何分析判斷操作的指令是否足夠清楚、完備和準確。

5 對湖南電網安全運行的啟示

5.1 重視動態安全穩定校核和評估

電網安全穩定校核時，往往只進行N－1，N－2校核，荷蘭此次事故中Diemen整站突然停運，從運行的角度來說為N－8。運營商Tennet是否有將Diemen整站退出運行繼而影響其他變電站或線路，從而導致大面積停電進行校核目前不得而知。

雖然整站停運這種情況發生的概率非常小，但是Diemen變電站作為極其重要的樞紐變電站，依然很有必要對其站內突發多起故障甚至整站停運進行分析。建議系統分析工作者應重視對系統隱形故障的研究，深化對連鎖故障的研究，加強孤島電網穩定運行的研究等。例如，湖南省在運的17座500 kV變電站及開關站中500 kV出線4回以及4回以上的有10座，可對500 kV樞紐變電站整站退出運行等小概率事件進行必要的評估。

5.2 積極開展事故預演和預防消缺

此次停電事故，導火索是Diemen變電站在運行轉備用的倒換操作中發生故障，此過程亦非常考驗變電運行人員的專業素質和處理能力。目前智能變電站逐漸普及，運行人員能及時判斷異常信號以及在突發故障時的妥善處理對扭轉局面非常重要。

為提高變電運行人員對事故和異常運行的分析判斷、處理事故的能力，建議國網湖南省電力公司組織開展反事故演習，有針對性設置重大安全事故應急處理。全站停電、主變等故障事故處理，考察參演人員的判斷分析以及準確、迅速處理事故象征及異常信號的能力，為突發情況中的應急處理奠定堅實基礎。湖南電網自2008年冰災后幾乎沒有發生大面積的停電事故，應該總結經驗教訓，強化電網應急機制和平臺建設，制定詳細的黑啟動方案并逐年修編，加強黑啟動演練，盡量將負荷中心的電廠納入黑啟動電源范圍〔1－3〕。

此次荷蘭大停電事故的一個重要導火索是Tennet調查中提到的隔離開關的機械故障。因此，提高設備的運行可靠性，及時發現各類隱患，及早預防維護，防止設備發生故障是保證安全連續生產的重要工作。建議在迎峰度夏和春節保電期間對運行設備實施檢修人員和運行人員同步巡回檢查制度，變被動消缺為主動預防。因為檢修人員有豐富的檢修經驗，對設備的異常狀態可及早發現，可及時預防故障發生。

5.3 合理設置繼電保護和安控系統

從繼電保護的角度，除非保護邏輯設計不合理或發生保護裝置拒動、誤動，Diemen變電站是不會因為保護動作而導致整站退出運行的。因此，荷蘭此次大停電同時也暴露出電網的繼電保護和安控系統的薄弱點。

繼電保護裝置作為第1道防線，其正確動作對電網的安全穩定運行起到至關重要的作用。建議變電站及發電廠的主管部門采取多種措施加強繼電保護運行管理，加強繼電保護定值的整定計算和技術監督，建立健全繼電保護反措方案，仔細研究大規模潮流轉移情況下后備保護的防誤措施，嚴格把關電網改造升級新安裝或檢修后的繼保裝置的試驗，做好定檢、預試和日常維護工作，充分發揮繼電保護在電網運行中的重要作用。

此外，應加強電網安全的第2道防線，即安控系統。此次Diemen變電站退出，若各區域迅速配合切除部分負荷仍可避免事故的進一步擴大，因此其安穩策略存在一定的問題，采取的控制措施還不夠果斷和嚴厲。今后湖南電網是交直流混聯的復雜電網，安全穩定運行對安控的依存度很高，尤其是特高壓線路上若安控措施不能正確動作可能引發大面積的暫穩破壞事故。建議安控系統應繼續堅持簡化、優化原則，多考慮復雜工況，加強試驗，強化防拒防誤措施，不斷提高安控的可靠性〔4〕。

5.4 加強基礎設施的建設和合理規劃

根據歐洲電力傳輸系統運營商網絡的報告，目前歐洲電網的輸送能力已接近極限，約1/3的規劃項目建設滯后，輸電容量不足、投資缺乏已成為歐盟統一電力市場建設的重大障礙。

從荷蘭的電氣接線圖可以看到，阿姆斯特丹等重要負荷僅由2座380 kV變電站(Diemen和Oostzaan)供電，且供應此區域的380 kV層面電源很少，此次荷蘭的停電事故正是由于Diemen變電站退出潮流轉移導致的線路過載引起。為了削弱Randstad等地區電力負荷對Diemen變電站的依賴，Tennet在2007年就已經開始進行北部地區380 kV環網的構建，預計2018年完成。構建這種堅強環網將使得Diemen變電站整站全停將顯著降低對北部地區的供電影響。

一方面，電力是經濟發展的命脈，國網湖南公司應從社會發展的需求出發，把電力基礎設施建設作為助推湖南省經濟發展的要務來全力推進，加強電網和電源的協調發展，電網建設適度超前電源，避免因為電網建設滯后造成窩電、限電情況發生，構建一張堅強、穩定的電網，最大限度地滿足企業和居民的用電需求。

另一方面，合理電網結構是保證電網安全運行、避免大面積停電的前提條件。在湖南電網的規劃中，應盡量確保有緊密的受端電網，合理分散的外部電源；在保證供電可靠性的前提下，積極有序推進電網合理分區供電；積極創造條件，穩妥推進特高壓直流孤島運行，降低直流故障后大規模潮流在交流系統內大范圍轉移所帶來的風險〔5－6〕。

5.5 強化員工安全教育與培訓

此次大停電事故中，現場人員在隔離開關合閘不到位的情況下，僅依靠目測以及裝置動作歷史記錄，強行帶負荷拉開平行隔離開關是導致Diemen變電站整站故障退出運行的主要原因之一。

國網湖南省電力公司應加強培訓學習與安全教育，落實安全生產責任，強化現場操作流程與規范。在現場出現異常情況后，不能盲目相信經驗強行操作，應該對復雜疑難的新問題作深層分析，嚴格按照規章制度及程序作業，以免引發事故或將事故進一步擴大。

6 小結

文中對荷蘭“3－27”停電事故的背景、起因及經過等情況進行了詳細介紹，并以此為基礎分析了事故發生的原因。以此次事故為鑒，湖南電網應重視動態安全穩定校核和評估，制定有效的故障應急和恢復措施，積極開展各類隱患消缺，完善電力系統安全穩定綜合防御體系，加強基礎設施的建設和合理規劃，強化員工安全教育與培訓等，從各個方面降低湖南電網發生大停電事故的風險。

〔1〕林偉芳，湯涌，孫華東，等.巴西“2·4”大停電事故及對電網安全穩定運行的啟示〔J〕.電力系統自動化，2011，35 (9):1-5.

〔2〕方勇杰.美國“9·8”大停電對連鎖故障防控技術的啟示〔J〕.電力系統自動化，2012，36(15):1-7.

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〔4〕鄒江峰，章顯亮.巴西“2009.11.10”和“2011.2.4”大停電事故及啟示〔J〕.中國電力，2011，44(11):19-22.

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〔6〕薛禹勝.印度大停電事故原因分析及對中國電網的警示〔J〕.電網與清潔能源，2012，28(10):1-3.

TM712

B

1008-0198(2016)01-0031-05

向萌(1988)，女，碩士，助理工程師，主要從事電力系統仿真分析、電壓無功工作。

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.009

2015-05-13 改回日期:2015-08-20