電力系統的安全性及防治措施

王舟航

【摘 ?要】近些年來世界上已發生了幾十起嚴重的停電事故，這種事故的起因往往是在電力系統中頻繁發生的一個擾動而造成的。為了可靠供電，一個大規模電力系統必須保持完整并能承受更多可能的故障而不損失負荷，能在最不利的可能故障情況下不致產生不可控的、廣泛的連鎖反應式的停電。

【關鍵詞】電力系統;安全性;防治;措施

電力系統安全性（security）是指電力系統承受突然發生的擾動的能力。安全性也稱動態可靠性，即在動態條件下電力系統經受住突然擾動并不間斷地向用戶提供電力和電量的能力。對于一個顯然是安全的系統，任何一種單一的故障都不會造成全系統的破壞。

保持安全是一個必須從全系統水平來考慮的問題。這就要求電力公司之間以及電力公司與用戶之間均應互相協作。

1 電力系統運行狀態

電力系統運行狀態是指電力系統在不同運行條件下的運行狀況。根據不同的運行條件，我們將電力系統的運行狀態分為正常運行狀態、警戒狀態、緊急狀態和恢復狀態等。隨著運行條件的變化，電力系統將在各種狀態間進行轉變。在正常狀態下，系統供給充裕的電能，滿足上述的安全運行要求，并有足夠的儲備，同時可以實現系統的經濟運行。如果由于系統運行條件的變化和負荷或干擾增大的原因，使系統的安全水平低于某一水平系統將進入警戒狀態，此時系統承受干擾的能力降低，應采取預防性控制措施，使系統恢復到正常狀態。在警戒狀態，當出現足夠大的干擾時，系統將進入緊急狀態。當采取各種恢復出力和送電能力的措施，迅速而平滑的對用戶恢復供電，使解列的系統重新并列。根據系統的實際情況，從緊急狀態可以恢復到正常狀態或警戒狀態。

1.1 電力系統正常運行狀態

電力系統正常運行狀態是指電力系統滿足負荷用電需求的運行狀態。此時，電力系統中總的有功功率和無功功率出力能和負荷總的有功功率和無功功率需求達到平衡;電力系統的各母線電壓和頻率均在正常運行的允許范圍內;各電源設備和輸配電設備均在其各自規定的限額內運行。在這種狀態下，發電及輸變電設備均有足夠的備用容量，使系統具有適當的安全水平，能承受正常的干擾而不產生有害的后果。在這種正常干擾下，系統能達到一個新的正常運行狀態。

1.2 電力系統警戒狀態

由于電力系統內部運行條件的變化和外部負荷或干擾的增大而使系統安全儲備系數減小時，系統將進入警戒狀態。這時，電力系統所有安全約束條件還是滿足的，但是系統承受干擾的能力已大大減小，在不強的干擾下或負荷逐漸增大時有可能使系統進入緊急狀態，導致電力系統由正常狀態向警戒狀態轉移的因素很多，主要有系統中可用出力的減小、輸電能力減小和干擾概率增大三點。

1.3 電力系統緊急狀態

當遭受大的干擾、事故或出現異常現象后，電力系統將進入緊急狀態。這時，電力系統偏離正常運行方式，電力供需失去平衡，某些保證系統安全性的約束條件受到破壞，并且由于系統的電壓和頻率超過或低于允許值直接影響對負荷的正常供電。這時，如果能及時而正確地采取一系列緊急控制措施，就有可能使系統恢復到警戒狀態，以至正常狀態。如果不及時采取措施，或者措施不夠有效，就會使系統的運行條件進一步惡化，或者使故障擴大和發展，從而有可能使系統失去穩定而解列成幾個子系統，并大量切除負荷及發電機組，從而導致大面積的停電或全系統的崩潰。

1.4 電力系統恢復狀態

電力系統在經歷緊急狀態后，事故已被抑制，從而進入恢復狀態。此時電力系統的部分元件（如發電機、線路和負荷）仍被斷開，在嚴重情況下系統被分解為若干個獨立的部分系統。所以，要借助一系列的操作，使電力系統在最短的時間內恢復到正常狀態或警戒狀態，盡量減少對社會各方面的不良影響。這些操作包括：恢復和投入發電機的出力，恢復和投入輸變電設備，恢復對開斷的負荷供電，使系統解列的部分重新并列等。

2 電力系統安全控制

電力系統安全控制是以保持電力系統安全性為主要目的，同時考慮電能質量和運行經濟性的控制。電力系統安全控制是電力系統在各運行狀態之間轉換，有效的控制所造成的轉換應是力圖維持系統能在安全正常狀態下運行。安全控制包括預防控制、緊急控制、恢復控制。

2.1 預防控制

預防控制是為防止正常運行狀態時可能出現的突發事故，應進行預防性的安全分析和控制。它是以一組事先確定的假想事故為基礎，對電力系統未來的安全性進行估計。如果發現在某一假想事故下，電力系統將進入警戒或緊急狀態，那就認為電力系統在隨后可能出像這種事故時將是不安全的。為避免這種潛在的不安全因素，應及時采取相應的控制措施以保證即使出現這種假想的事故，電力系統仍然是安全的，或者盡量減輕對電力系統安全性的威脅。

同樣在警戒狀態時，也應及時采取預防性控制措施使系統盡快恢復到正常狀態。

2.2 緊急控制

電力系統緊急控制的目的是迅速抑制事故及異常現象的發展和擴大;盡量縮小故障延續時間及其對電力系統其他非故障部分的影響;使電力系統能維持和恢復到一個合理的運行水平。這種緊急狀態的控制一般分為選擇性切除故障階段和防止事故擴大階段。在第一階段，借助各類繼電保護和自動裝置，有選擇性的快速切除部分發生故障的電力系統元件，以避免對電力系統正常部分的影響和個別發電機的失步。在第二階段，即故障切除后，如繼續出現緊急狀態，不能立即恢復到警戒（或正常）狀態，除了需要采取各種安全控制措施外，允許對部分用戶停止供電，以免發生連鎖性的故障或電力系統的瓦解。同時，應盡可能縮小停電范圍，使對用戶造成的影響為最小。

2.3 恢復控制

電力系統在經歷緊急狀態后，事故已被抑制。此時電力系統中的部分元件仍被斷開，在嚴重情況下系統被分解為若干個獨立的部分系統。所以，要借助一些列的操作，使電力系統在最短的時間內恢復到正常狀態或警戒狀態。盡量減少對社會各方面的不良影響。這些操作包括：恢復和投入發電機的出力，恢復和投入輸變電設備，恢復對開斷的負荷供電，使系統解列的部分重新并列等。

一次重大事故后的電力系統恢復過程是一個有次序的協調過程，不恰當的恢復順序可能會引起一次新的事故。應通過信息收集系統了解和確定系統的實時狀態，仍舊維持云狀的發電機及輸變電設備盡可能保證對未斷開的用戶供電。然后，使斷開而沒有損壞的電機和輸變電設備恢復處理并重新投入系統。在恢復過程中，根據被斷開負荷的重要程度和系統的實際可能，逐個的恢復對負荷的供電。在各個部分系統已經恢復到一定程度后，幾個部分系統的頻率極電壓接近或達到額定值后，應將在緊急狀態時解列的各部分系統逐個重新并列，使系統盡可能恢復到事故前的運行狀態。隨著可出力的增加和輸變電設備的重新投入，逐步恢復對全系統供電。

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（作者單位：國網山西省電力公司汾陽市供電公司）