蔡 維,余俊宏,肖頌勇,余爾汶
(1.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司,福建 福州 350003;2.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司福州供電公司,福建 福州 350009;3.國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司莆田供電公司,福建 莆田 351100;4.國(guó)網(wǎng)福建省電力檢修公司,福建 福州 350013)
縣域電網(wǎng)往往位于電力系統(tǒng)的末端,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱,受電通道外部自然和社會(huì)環(huán)境復(fù)雜,電網(wǎng)設(shè)備水平和運(yùn)維水平相對(duì)落后,誘發(fā)停電的風(fēng)險(xiǎn)較大,發(fā)生大面積停電事件的風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)走高。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)對(duì)大面積停電事件的研究多數(shù)停留在電網(wǎng)企業(yè)內(nèi)部,對(duì)停電后經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性、全局性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略研究較少。由于目前關(guān)注的重點(diǎn)和相關(guān)法規(guī)主要針對(duì)的是主干電網(wǎng)大面積停電或電網(wǎng)具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié),針對(duì)縣域大停電分析研究和思考還十分缺乏。因此,需要開(kāi)展針對(duì)縣域大面積停電事件的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和策略研究。
考慮到地理位置、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口數(shù)量、危險(xiǎn)源情況等方面的代表性,選擇福建省莆田市仙游縣電網(wǎng)為研究對(duì)象。仙游縣地域面積1 835 km2,是福建省人口過(guò)百萬(wàn)的大縣;仙游地區(qū)包含人口密集的城關(guān)鎮(zhèn)和工業(yè)園區(qū),又包含人口稀疏的山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn);同時(shí)還有較為豐富的水電等新能源電力資源,應(yīng)急情況下具備孤立網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。仙游縣的大面積停電事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和策略研究成果可供其他市縣電力應(yīng)急相關(guān)工作參考。
仙游縣地處福建東南沿海中部,縣內(nèi)電源主要有水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電,總裝機(jī)容量約250 MW。縣內(nèi)輸電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以110 kV,35 kV系統(tǒng)為主,輸電網(wǎng)主要通過(guò)500 kV莆田變接入福建省網(wǎng)。用電負(fù)荷以居民用電為主,居民用電占比43 %、工業(yè)用電占41 %,其他用電占比16 %。
2019年仙游縣最高負(fù)荷474 MW、最低負(fù)荷99 MW。參考縣級(jí)市大面積停電事件分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),停電事件若發(fā)生在最高負(fù)荷時(shí),可能會(huì)構(gòu)成較大事件或一般事件;停電事件發(fā)生在最低負(fù)荷時(shí),則可能會(huì)構(gòu)成一般事件等級(jí),不會(huì)達(dá)到較大事件等級(jí)。考慮到大面積停電事件的影響主要是對(duì)人員密集和用電密集的建成區(qū)和工業(yè)區(qū),在綜合分析仙游縣各行業(yè)165份資料情況后,擬按以下三個(gè)原則評(píng)估和分析大面積停電事件風(fēng)險(xiǎn)。
參照縣級(jí)市來(lái)評(píng)估仙游縣的停電風(fēng)險(xiǎn),電網(wǎng)負(fù)荷損失統(tǒng)計(jì)口徑以城市建成區(qū)的負(fù)荷或用戶數(shù)為基礎(chǔ),以單次事件進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。一方面是根據(jù)《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》相關(guān)條款;另一方面是考慮建成區(qū)社會(huì)生活電力依存度高,停電影響大。仙游縣將負(fù)荷劃分B,C,D三類,B,C類負(fù)荷代表建成區(qū),D類負(fù)荷代表農(nóng)村負(fù)荷,以適應(yīng)仙游城鄉(xiāng)規(guī)劃的負(fù)荷分布。
分析和評(píng)估停電事件的影響主要從大面積停電事件直接影響和間接影響兩個(gè)方面考慮。直接影響主要從損失負(fù)荷數(shù)量、停電用戶數(shù)量,同時(shí)還考慮重要性程度三個(gè)角度分析。間接影響主要考慮對(duì)人身安全、社會(huì)民生和交通秩序等方面的影響。
參照《生產(chǎn)安全事故報(bào)告和調(diào)查處理?xiàng)l例》中人身傷亡事故的規(guī)定,停電事件可能具有引發(fā)人員死亡或者重傷事故風(fēng)險(xiǎn)的情況,均按照“小規(guī)模大影響”來(lái)考慮,應(yīng)對(duì)措施升級(jí)至一般大面積停電事件等級(jí)。
主要從事前預(yù)防,事中處置和事后補(bǔ)救三個(gè)維度來(lái)評(píng)估和分析大面積停電風(fēng)險(xiǎn)和應(yīng)對(duì)。事前預(yù)防主要針對(duì)排查發(fā)現(xiàn)的電網(wǎng)大停電隱患,分析現(xiàn)有的預(yù)防措施是否充足;事中處置主要是分析電網(wǎng)以及仙游各相關(guān)部門,在大停電發(fā)生過(guò)程中的應(yīng)急處置方式對(duì)減少停電和加速?gòu)?fù)電的有效性;事后補(bǔ)救主要針對(duì)大停電持續(xù)過(guò)程中,社會(huì)各民生行業(yè)存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患和應(yīng)急資源的匹配分析。
國(guó)內(nèi)外大面積停電事件發(fā)展一般性過(guò)程如圖1所示,誘發(fā)大面積停電的主要因素有4個(gè),即:功角穩(wěn)定破壞,系統(tǒng)失穩(wěn);過(guò)負(fù)荷連鎖跳閘;電壓崩潰;頻率崩潰。
參照上述的一般規(guī)律,對(duì)照仙游電網(wǎng)的實(shí)際情況,由于仙游縣電網(wǎng)處于電網(wǎng)的邊緣,無(wú)省網(wǎng)主力電源,因此功角問(wèn)題不突出。誘發(fā)大面積停電事件風(fēng)險(xiǎn)主要集中在多回受電線路失去后,因過(guò)載原因引發(fā)連鎖跳閘,進(jìn)而形成局部孤立網(wǎng)后誘發(fā)電壓崩潰、頻率崩潰造成縣域大面積停電。
2.1.1 大面積停電事件情景分析
按照《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》《國(guó)家大面積停電事件應(yīng)急預(yù)案》有關(guān)大面積停電事件分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),縣域大面積停電事件分為一般事件和較大事件兩個(gè)等級(jí)。仙游縣電網(wǎng)由于位置原因,其受電通道相對(duì)單一,主要電源來(lái)自一個(gè)500 kV變電站和一個(gè)220 kV聯(lián)絡(luò)通道。基于仙游電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)特征,以及仙游供電公司的營(yíng)銷及調(diào)度部門提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),分析出可能出現(xiàn)大面積停電事件的場(chǎng)景如下。

圖1 大面積停電事件發(fā)展一般性過(guò)程
(1) 220 kV蓋尾變?nèi)!Iw尾變主要承擔(dān)一級(jí)重要用戶長(zhǎng)慶牽引變和仙游一半以上縣網(wǎng)的供電任務(wù),當(dāng)蓋尾變線路主變N-1或N-2時(shí)造成蓋尾變?nèi)就k姇r(shí),110 kV楓亭變由林宅變供電,鯉南變、大濟(jì)變可轉(zhuǎn)由象坂變供電,蓋尾變?nèi)?dǎo)致11座變電站脫離主網(wǎng)。由于地區(qū)孤立網(wǎng)有功功率嚴(yán)重不平衡,且風(fēng)電不具備孤立網(wǎng)調(diào)頻能力,系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行,引發(fā)九溪電廠、九仙溪電廠及草山風(fēng)電場(chǎng)、九社風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組解列,最終上述變電站全停。
從歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看,仙游地區(qū)建成區(qū)用電負(fù)荷約占仙游地區(qū)總負(fù)荷的90 %,蓋尾變?nèi)G闆r下?lián)p失負(fù)荷約占城區(qū)負(fù)荷的50 %,停電戶數(shù)占城區(qū)供電戶數(shù)40 %。因此蓋尾變?nèi)?赡苓_(dá)到一般大面積停電事件。
(2) 500 kV莆田變?nèi)!F翁镒兪瞧翁锏貐^(qū)重要的樞紐變電站,是象坂變和蓋尾變的唯一電源點(diǎn),同時(shí)也是林宅變的主要電源點(diǎn)。莆田變220 kV母線發(fā)生故障時(shí)如保護(hù)未能正確動(dòng)作,則可能引發(fā)莆田變220 kV全停時(shí),蓋尾變和象坂變?nèi)#终冝D(zhuǎn)由東進(jìn)變供電,110 kV楓亭變可轉(zhuǎn)由220 kV林宅變供電。相應(yīng)情況下導(dǎo)致16座變電站脫離主網(wǎng)。孤網(wǎng)運(yùn)行情況下如不能正確處置,最終上述變電站全停。
從歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看,仙游地區(qū)建成區(qū)用電負(fù)荷約占仙游地區(qū)總負(fù)荷的90 %,莆田變?nèi)G闆r下?lián)p失負(fù)荷超過(guò)城區(qū)負(fù)荷的70 %,停電戶數(shù)占城區(qū)供電戶數(shù)70 %,因此當(dāng)建成區(qū)負(fù)荷低于150 MW時(shí),莆田變?nèi)?赡芤l(fā)一般大面積停電事件;當(dāng)建成區(qū)負(fù)荷高于150 MW時(shí),莆田變?nèi)?赡芤l(fā)仙游縣較大大面積停電事件。
(3) 500 kV莆田變?nèi)<恿终?東進(jìn)線路故障。此場(chǎng)景下仙游縣網(wǎng)所有外部電源失去,全縣電網(wǎng)停電。因此當(dāng)建成區(qū)負(fù)荷低于150 MW時(shí),可能引發(fā)一般大面積停電事件;當(dāng)建成區(qū)負(fù)荷高于150 MW時(shí),可能引發(fā)較大面積停電事件。
2.1.2 大面積停電事件事前預(yù)防分析
從可能發(fā)生電網(wǎng)大面積停電事件的場(chǎng)景來(lái)看,主要誘因是樞紐變電站和重要輸電線路故障。經(jīng)過(guò)調(diào)研和數(shù)據(jù)分析,綜合分析仙游電力公司的歷史故障記錄、仙游地區(qū)的各種災(zāi)害記錄,得出仙游縣誘發(fā)停電的主要因素可分為如下三類。
(1) 出現(xiàn)頻率高,單一影響范圍較小。例如用電安全、設(shè)備狀態(tài)、電廠出力受限、人員行為。
(2) 出現(xiàn)頻率較高,單一影響范圍較大。例如氣象災(zāi)害和外力破壞。
(3) 出現(xiàn)頻率極低,單一影響范圍大。例如網(wǎng)絡(luò)攻擊和戰(zhàn)爭(zhēng)等。
經(jīng)過(guò)對(duì)仙游相關(guān)應(yīng)急預(yù)案的梳理分析可以看出,對(duì)于第一類風(fēng)險(xiǎn),電力系統(tǒng)內(nèi)部管理有較為完善的風(fēng)險(xiǎn)管控措施,只要管理到位確保落地,相應(yīng)的大面積停電事件風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)處于可控的狀態(tài);對(duì)于第二類風(fēng)險(xiǎn),現(xiàn)有應(yīng)急體系一方面通過(guò)電網(wǎng)的差異化建設(shè)和運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)提升應(yīng)對(duì)災(zāi)害的能力,另一方面通過(guò)加強(qiáng)政企協(xié)同管控相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn);對(duì)于第三類風(fēng)險(xiǎn),由于風(fēng)險(xiǎn)屬于不可抗力,目前應(yīng)急體系中未有較完善的預(yù)防管控措施,即大面積停電事件持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)情況下的應(yīng)對(duì)措施考慮仍相對(duì)不足。
2.1.3 大面積停電事件事中處置分析
根據(jù)大面積停電事件發(fā)展規(guī)律和仙游縣的實(shí)際情況,可以總結(jié)出控制仙游縣電網(wǎng)大面積停電事件發(fā)展主要應(yīng)從如下兩個(gè)方面開(kāi)展。
(1) 控制故障范圍,快速搶修是控制風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵工作。
(2) 有效的孤立網(wǎng)運(yùn)行控制可減少大面積停電事件風(fēng)險(xiǎn)。
因此仙游縣現(xiàn)有的事故處置措施主要從加速恢復(fù)供電和保障孤立網(wǎng)短時(shí)運(yùn)行兩個(gè)方面著手。從加速?gòu)?fù)電方面,仙游縣公司建立應(yīng)急組織體系和預(yù)案,與大面積停電事件應(yīng)急指揮部成員單位之間協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng),明確停電事件中的后勤保障職責(zé),并建立了相對(duì)充分的應(yīng)急搶修隊(duì)伍。從保障孤立網(wǎng)運(yùn)行角度,仙游縣公司調(diào)度部門制定了孤立網(wǎng)運(yùn)行預(yù)案,針對(duì)N-2及以上故障情況下,由九仙溪梯級(jí)發(fā)電廠孤立網(wǎng)情況下帶城關(guān)地區(qū)負(fù)荷,并對(duì)孤立網(wǎng)條件下機(jī)組調(diào)整,電壓、頻率和負(fù)荷控制及安全穩(wěn)定控制策略進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。
此外仙游縣電網(wǎng)的大面積停電事件處理中有一個(gè)情況需要特別注意,由于調(diào)度運(yùn)維管理權(quán)限的問(wèn)題,即仙游的主要受電通道的設(shè)備管理權(quán)限在上級(jí)甚至上上級(jí)單位,相應(yīng)地會(huì)對(duì)大面積停電事件應(yīng)急處置過(guò)程中的協(xié)同帶來(lái)一些不利影響。
2.1.4 大面積停電事件事后補(bǔ)救分析
對(duì)于縣域大面積停電事件已經(jīng)發(fā)生,引發(fā)大面積的變電站失壓,電力公司制定了電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案且與省網(wǎng)黑啟動(dòng)方案銜接,并每年進(jìn)行滾動(dòng)修訂以適應(yīng)不斷發(fā)展的電網(wǎng)情況。
方案每年由莆田供電公司下發(fā)《莆田電網(wǎng)年度主系統(tǒng)黑啟動(dòng)方案》,涉及國(guó)網(wǎng)仙游縣供電公司、仙游縣九仙溪水電開(kāi)發(fā)總公司、仙游縣九溪水電開(kāi)發(fā)有限公司。仙游地調(diào)應(yīng)根據(jù)方案要求,保證電網(wǎng)“黑啟動(dòng)”一級(jí)電源的保供電方案,做到能夠應(yīng)急響應(yīng),并落實(shí)保重要變電站站用電措施及恢復(fù)重要負(fù)荷供電方案;九仙溪水電開(kāi)發(fā)總公司落實(shí)失去外來(lái)電源情況下各級(jí)電廠的保廠用電措施,特別是九仙溪二級(jí)電站作為地區(qū)電網(wǎng)的“黑啟動(dòng)”電源,除了按要求配備發(fā)電機(jī)外,還應(yīng)做好相關(guān)配合措施。
相對(duì)大面積停電,還有一類情況也屬于較大的停電風(fēng)險(xiǎn),即引發(fā)人身傷害的停電事件。對(duì)于一些涉及民生的用戶,停電可能造成較為嚴(yán)重的人身傷害事件,按《國(guó)家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》中人身傷亡事故的規(guī)定,只要局部停電可能具有引發(fā)人員死亡或者重傷事故風(fēng)險(xiǎn)的情況按照小規(guī)模大影響來(lái)考慮。調(diào)查《規(guī)程》中規(guī)定只要發(fā)生人員死亡或重傷,即認(rèn)定一般事故以上的事故,其中一般事故參照電網(wǎng)大面積停電事件的一般事故。
這里包括醫(yī)療系統(tǒng)、水務(wù)系統(tǒng)和工業(yè)部門。當(dāng)醫(yī)院在給危重病人進(jìn)行手術(shù)等醫(yī)療服務(wù)時(shí),如出現(xiàn)停電而又不能及時(shí)恢復(fù)的情況,對(duì)危重病人的生命安全有一定影響。水務(wù)系統(tǒng)由于需要綜合考慮防洪、發(fā)電和供水任務(wù),梯級(jí)水庫(kù)之間綜合協(xié)調(diào),如發(fā)生停電引發(fā)不能及時(shí)配合,則可能造成水庫(kù)水位異常,威脅下游人員人身安全。大型重工業(yè)生產(chǎn)中有一些工藝環(huán)節(jié)涉及高溫高壓或有毒原料,需要維持穩(wěn)定的電力供應(yīng),如發(fā)生突發(fā)停電則可能誘發(fā)生產(chǎn)人員的人身傷害。
在研究過(guò)程中,通過(guò)調(diào)研識(shí)別出仙游濱海化工有毒易爆原料在運(yùn)輸過(guò)程中存在的停電失壓風(fēng)險(xiǎn)。
除了大面積停電事件造成的直接影響和風(fēng)險(xiǎn)以外,在調(diào)研資料的基礎(chǔ)上還對(duì)次生風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了初步的分析。2015年國(guó)務(wù)院《關(guān)于印發(fā)國(guó)家大面積停電事件應(yīng)急預(yù)案的通知》,專門提到了大面積停電帶來(lái)的次生風(fēng)險(xiǎn)的影響。梳理仙游縣的停電次生風(fēng)險(xiǎn)主要包括以下幾種。
(1) 機(jī)要單位,通信和指揮受停電影響。
(2) 通信部門,無(wú)法維持正常的通信能力。
(3) 醫(yī)療系統(tǒng),生命維持設(shè)備無(wú)法工作,危重病人轉(zhuǎn)移受限。
(4) 銀行系統(tǒng),自動(dòng)提款系統(tǒng)失效,出現(xiàn)擠兌和交易糾紛。
(5) 供氣部門,系統(tǒng)無(wú)法維持壓力,引發(fā)安全隱患。
(6) 交通部門,運(yùn)力受限和交通指揮失控。
(7) 廣電部門,無(wú)法發(fā)揮輿論引導(dǎo)職能,引發(fā)公眾恐慌,影響社會(huì)穩(wěn)定。
發(fā)生大面積停電事件之后次生災(zāi)害的嚴(yán)重程度往往和停電時(shí)間以及各行業(yè)各用戶的耐受能力有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)。通過(guò)調(diào)研和分析發(fā)現(xiàn),絕大部分單位和部門均配備了一定的應(yīng)急資源,包括應(yīng)急發(fā)電設(shè)備等,但其資源的配備基本上是用以應(yīng)對(duì)短時(shí)局部的停電。通過(guò)分析可以看出在備用應(yīng)急資源消耗殆盡之前,相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)一般可以控制在相對(duì)小的范圍內(nèi)。當(dāng)出現(xiàn)大范圍長(zhǎng)時(shí)間的停電的,由于目前綜合考慮和模擬各行業(yè)在大面積停電事件情況下的運(yùn)作情況資源分配和動(dòng)態(tài)消耗情況的分析尚難以開(kāi)展,因此還不確定全社會(huì)應(yīng)急資源的充裕程度是否滿足將大范圍長(zhǎng)時(shí)間停電事件的風(fēng)險(xiǎn)控制在相對(duì)較小范圍的要求。
大面積停電事件的風(fēng)險(xiǎn)從發(fā)展階段上大致可以分為原生和次生兩個(gè)階段。原生階段的風(fēng)險(xiǎn)主要是電網(wǎng)方面,從電網(wǎng)運(yùn)行的角度控制停電范圍和恢復(fù)供電是這個(gè)階段控制大面積停電事件風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵手段,這部分工作應(yīng)由電力企業(yè)來(lái)完成;次生階段的風(fēng)險(xiǎn)主要是各類用電用戶,在發(fā)生大面積停電事件之后可能引發(fā)的各類次生問(wèn)題,這部分風(fēng)險(xiǎn)的控制需要各行業(yè)基于各自的特點(diǎn)來(lái)開(kāi)展。
在充分調(diào)研分析了仙游縣應(yīng)急體系和應(yīng)急資源的情況下,從事前、事中和事后三個(gè)維度詳盡分析了仙游縣大面積停電事件的風(fēng)險(xiǎn)情況及應(yīng)對(duì)措施和資源的匹配情況,得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。
(1) 縣域大面積停電事件風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)應(yīng)考慮電網(wǎng)和各民生行業(yè)深度聯(lián)動(dòng)。大面積停電事件發(fā)生后涉及電網(wǎng)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療、廣電、工業(yè)生產(chǎn)、金融服務(wù)等不同行業(yè),影響面廣。大面積停電事件次生風(fēng)險(xiǎn)的有效控制,涉及到各行業(yè)的具體生產(chǎn)情況,目前應(yīng)急體系雖有一定的聯(lián)動(dòng)作用,但在各專業(yè)預(yù)案的深度協(xié)同方面仍需要進(jìn)一步完善。
(2) 在課題的調(diào)研分析中發(fā)現(xiàn)電力、通信、醫(yī)療、供水和供氣等重要民生企業(yè)的應(yīng)急保電資源當(dāng)中,直流備用電源和燃油發(fā)電機(jī)占據(jù)了很大的比例,是應(yīng)急情況下保障的核心資源,其能支撐的時(shí)間對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的控制起到至關(guān)重要的作用,當(dāng)停電時(shí)間較長(zhǎng)的情況下,相應(yīng)資源應(yīng)考慮保障安保負(fù)荷自外部應(yīng)急資源到達(dá)仙游縣。因此,應(yīng)急資源的統(tǒng)籌配置是整體應(yīng)急方案完善的重點(diǎn)內(nèi)容。
(3) 縣域大面積停電事件風(fēng)險(xiǎn)涉及到行業(yè)和部門的聯(lián)動(dòng)過(guò)程十分復(fù)雜。如需要更進(jìn)一步定量分析和過(guò)程分析,一是需要更為細(xì)致的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料,二是需要將電網(wǎng)分析工具與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具相結(jié)合,建立研究風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系模型、開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法。這些將是需要進(jìn)一步深入研究的方向。