臺灣省303大停電后面向新型電力系統(tǒng)建設(shè)的思考與建議

袁士超，朱耿，嚴勇，譚智，許育燕

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010）

關(guān)鍵字：303大停電；臺灣；新型電力系統(tǒng)建設(shè)

新型電力系統(tǒng)是以新能源為供給主體、以確保能源電力安全為基本前提、以滿足經(jīng)濟社會發(fā)展電力需求為首要目標，以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統(tǒng)[1-4]。臺灣省電力供應是島內(nèi)自給自足，未與大陸聯(lián)網(wǎng)，但統(tǒng)一后，其電力發(fā)展規(guī)劃必然面向國家新型電力系統(tǒng)建設(shè)政策，分析研究臺灣省電力系統(tǒng)現(xiàn)狀及其存在問題，不僅于國家對臺各方面準備有所幫助，也可為統(tǒng)一后臺灣省電力系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

以臺灣省303大停電發(fā)生過程及產(chǎn)生影響為基礎(chǔ)，分析大停電產(chǎn)生的原因及暴露問題，結(jié)合當前臺灣省電力系統(tǒng)存在的隱患，提出臺灣省電力改革可行方向及未來新型電力系統(tǒng)建設(shè)建議。

1 303大停電簡介及影響

2022年3月3日09:07，臺電公司興達發(fā)電廠燃煤機組二、三號機配合環(huán)保停機大修期間，345 kV（北）開關(guān)場配合興達二號機大修及斷路器3540、3550維護保養(yǎng)過程中發(fā)生閃絡(luò)事故，引發(fā)南部電力系統(tǒng)頻率事故，南部區(qū)域全部停電，中部區(qū)域和北部區(qū)域電力系統(tǒng)因頻率受到影響切除部分負荷，合計減少1050萬kW供電負荷，相當于當日全省用電需求三分之一，是臺灣省歷史上涉及負荷最大的停電事件。

303大停電造成全省552.9萬用戶受到不同程度影響，共引起328件電梯受困案件，15起火災警報。臺南市東區(qū)、高雄市17個區(qū)域因停電引發(fā)停水，高雄輕軌及高雄捷運停駛，對臺灣人民的正常生活造成極大影響。

2 303大停電過程分析

2.1 事故發(fā)生電廠情況

事故發(fā)生地點為高雄興達電廠，全廠裝有燃煤機組4組共210萬kW，燃氣復循環(huán)機組5組共222.6萬kW，全廠裝機容量432.6萬kW，事發(fā)當時燃煤機組出力66.9萬kW、燃氣復循環(huán)機組出力130.4萬kW，合計197.3萬kW。

興達電廠共有興達（北）、興達（南）兩開關(guān)場，北開關(guān)場接入燃煤機組，南開關(guān)場接入燃氣復循環(huán)機組，345 kV出口電源線共4回線，分別引接至路北及龍崎變電所如圖1所示。

圖1 興達電廠345 kV一次接線方式示意圖

2.2 事故前檢修狀態(tài)

事故發(fā)生前興達電廠燃煤機組二、三號機配合環(huán)保停機進行年度檢修，345 kV（北）開關(guān)場配合二號機大修（1月1日—3月15日）隔離中，斷路器3540、3550大修保養(yǎng)工作同時進行中。

345 kV（南）開關(guān)場因興達—龍崎三路停電進行氣封型絕緣線路工程，僅剩興達—路北白線一回輸電線至龍崎變電所，為避免單線路故障導致（南）開關(guān)場全停，方式安排上將（南）、（北）開關(guān)場間聯(lián)絡(luò)線合環(huán)運行以提高可靠性，事故發(fā)生前南部電網(wǎng)檢修運行方式如圖2所示。

圖2 事故前南部電網(wǎng)檢修運行方式

事故前臺電公司修護處對斷路器3540進行SF6絕緣氣體充填，并于檢測后發(fā)現(xiàn)含水量較高，須回收SF6絕緣氣體進行過濾及熱處理以去除水分，于是將氣體全部抽出，留下斷路器3540無絕緣氣體狀態(tài)放置。

2.3 事故發(fā)生過程

未待斷路器3540 SF6絕緣氣體充填，檢修工作要求操作3541隔離開關(guān)，值班人員檢查斷路器3540及接地閘刀3541E分閘位置后，操作隔離開關(guān)3541合閘，如圖3所示。因未確認相鄰斷路器3540 SF6絕緣氣體已抽離，合閘后導致隔離開關(guān)3541經(jīng)由斷路器3540導體閃絡(luò)，事故后斷路器3540閃絡(luò)情況如圖4所示。

圖3 事故發(fā)生時相關(guān)設(shè)備示意圖

圖4 斷路器3540閃絡(luò)后情況

興達電廠（北）開關(guān)場閃絡(luò)發(fā)生時，因隔離開關(guān)3541為馬達驅(qū)動式操作機構(gòu)，操作合閘開始后由開啟至完全閉合約7 s，過程中帶電母線#1 BUS經(jīng)由隔離開關(guān)3541對相鄰已無絕緣氣體斷路器3540導體放電，產(chǎn)生泄漏電流，持續(xù)5 s后母線保護判定為電流互感器信號異常，自動閉鎖保護功能，興達電廠#1 BUS主保護失效。

#1 BUS主保護閉鎖后，后備保護動作，龍崎、路北、嘉民、南科、仁武等5所超高壓變電所線路跳閘，僅剩路北—興達白線、龍崎—路北白線因電力振蕩引起保護閉鎖未跳閘，進而導致電力系統(tǒng)擾動，引發(fā)南部地區(qū)豐德、興達、嘉惠、南火、麥寮、核三、大林等電廠機組跳閘。以龍崎變電所為分界，北部線路陸續(xù)跳閘，南部系統(tǒng)高頻切機，全省電網(wǎng)分列為北中及南部兩個系統(tǒng)，如圖5所示，事故影響主要在南部系統(tǒng)。

圖5 聯(lián)絡(luò)線斷開后南北系統(tǒng)分列運行

系統(tǒng)分列后，南部系統(tǒng)頻率上升至61.2 Hz，后因南部機組陸續(xù)跳閘，南部頻率持續(xù)下降，最終導致南部系統(tǒng)全停。因中北部系統(tǒng)用電負荷需求大于電力供給，頻率最低降至58.79 Hz，低頻減載動作，切除部分負荷后頻率逐步穩(wěn)定。南北部頻率變化如圖6所示。

圖6 分列后南部與北部系統(tǒng)頻率曲線

2.4 事故后恢復送電

隨著嘉惠及水力機組等電源逐漸并聯(lián)發(fā)電，中、北及東部低頻減載用戶約400萬戶于11:27恢復送電，至12:00尚有云林以南地區(qū)約149萬戶停電，待南部機組陸續(xù)并入系統(tǒng)，供電能力逐步恢復，當日21:31全省失電負荷全部恢復。

3 303大停電原因分析

3.1 從業(yè)人員因素

303事件中電廠運行人員在斷路器絕緣氣體填充工作尚未完成前，即要求銷卡對鄰近隔離開關(guān)進行測試操作，導致禁止操作卡防誤操作機制失效。此外，運行人員在跳機風險查核欄位上填寫“否”，并已由經(jīng)理蓋章認可，全程未意識到可能存在的電網(wǎng)風險。

值班主任在開關(guān)合閘前，雖至現(xiàn)場確認開關(guān)狀態(tài)，卻未注意相鄰斷路器區(qū)間絕緣氣體壓力是否正常，且未在聯(lián)絡(luò)書上填寫該檢修工作是否有跳機風險的核查結(jié)果，未履行值班工作職責。

3.2 電網(wǎng)檢修因素

興達電廠（南）開關(guān)場裝機200萬kW，因配合線路容量擴增工程需求，兩回電源線僅剩一回線運行。為提高電力系統(tǒng)運行可靠性，廠內(nèi)聯(lián)絡(luò)線并列運行，導致故障發(fā)生后，主保護失效情況下，并列運行方式反而擴大了事故范圍，造成更大影響。

3.3 保護配置因素

母線保護設(shè)有電流互感器異常判定功能，其邏輯為電力系統(tǒng)不可能存在長時間故障，母線保護設(shè)定持續(xù)5 s接收到低于額定電流的電流信號時，即判定為電流互感器異常，為避免母線保護誤動作，自動閉鎖保護。本事件中隔離開關(guān)馬達驅(qū)動時間7 s，未與保護合理配合，導致主保護自動閉鎖，后備保護動作擴大事故范圍。

4 面向新型電力系統(tǒng)的臺灣省電網(wǎng)建設(shè)建議

303大停電是電網(wǎng)檢修薄弱方式下人為因素引發(fā)，各種非人為因素疊加造成的電網(wǎng)失控的嚴重事故，未來新型電力系統(tǒng)的建設(shè)方向中，安全可控是最基本要求，以下根據(jù)此次停電事故的原因結(jié)合臺灣省電網(wǎng)存在的問題和隱患，提出統(tǒng)一后面向新型電力系統(tǒng)建設(shè)的思考和建議。

4.1 電源過度集中

2021年臺電統(tǒng)調(diào)最大負荷3884萬kW，全社會最大負荷約4279萬kW，總裝機規(guī)模5115萬kW，臺灣省裝機容量前4火電廠對比大陸前4火電廠，雖電壓等級更低，但裝機容量基本相似，如表1所示。

表1 大陸、臺灣最大火電廠裝機容量對比

相比大陸電網(wǎng)20億kW裝機容量，最大火電廠裝機占比小于0.4%，臺灣省四大火電廠裝機占比均超過7.5%，單電源體量過大、電源過于集中，一旦出現(xiàn)類似2017年8月13日大潭發(fā)電廠人員操作氣閥失誤或地震等自然災害，會直接導致電廠機組全跳，進而引發(fā)全省大停電事件，存在很大安全隱患。

未來須根據(jù)服役年限要求，逐步退役大電廠機組，并根據(jù)新型電力系統(tǒng)以新能源為主體的特點，提升新能源在全電源占比，加速推動可分布式新能源并網(wǎng)，逐步降低單電源安全隱患。

4.2 網(wǎng)架不夠堅強

臺灣省電網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在不合理性，345 kV主網(wǎng)接線圖如圖7所示，送端大電源和主要輸電干線過于集中，負荷中心在北部，電源點在中部，潮流由南向北，南北電力僅以三路345 kV主干道聯(lián)接，不符合分散接入的原則。東部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)單一，僅有一個345 kV鳳林變電所向下輻射供電或者自發(fā)自用供電，網(wǎng)架薄弱。

圖7 臺灣345 kV主網(wǎng)接線圖

303事件涉及龍崎超高壓變電所是南部供電樞紐，輸電干線過于集中，事故后造成南部地區(qū)包括大林、南火、興達、核三、麥寮、嘉惠、豐德等電廠均受到影響而跳閘，導致南部全停。此前，為緩解龍崎變線路過于集中問題，曾規(guī)劃聯(lián)接南北電力的第三路345 kV超高壓干線（超三路）從中寮開關(guān)站直接引接至彌力變電所，但因民眾抗議，臺電出于經(jīng)濟等因素考慮補償有限，矛盾無法調(diào)和，超三路只能改接至龍崎超高壓變電所，造成目前龍崎超高壓變電所高度集中現(xiàn)狀。

建議臺灣省電網(wǎng)以新型電力系統(tǒng)的安全可控為（8要求，將人民對電力的安全可靠供應需求放在首位，從電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃出發(fā)，分散集中輸電線路，減少單站、單間隔問題引發(fā)由點到面的影響。此外，還可從“源網(wǎng)荷儲”建設(shè)入手，增加電力系統(tǒng)承載力彈性，增強電網(wǎng)抵御各種波動的能力[5-7]。

4.3 保護及安自裝置配合異常

興達電廠開關(guān)場母線保護已于2016年更新，所設(shè)定啟動閉鎖保護時間與舊有馬達驅(qū)動的隔離開關(guān)動作時間存有時序差別，導致主保護閉鎖，后備保護動作，南北系統(tǒng)分列，南部系統(tǒng)頻率上升至61.2 Hz，后南部電廠高頻切機動作不合理機組陸續(xù)跳閘，最終導致南部系統(tǒng)全停電。303事件影響的逐步擴大與保護及安自裝置配置不合理直接相關(guān)。

未來，在保護層面建議全面排查電廠、超高壓變電所及相關(guān)電源線保護與運維聯(lián)系管控機制，并應配合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化，滾動核實更新現(xiàn)有保護設(shè)定，避免單一母線故障影響超高壓變電所運行，滿足新型電力系統(tǒng)安全可控需求。安自裝置配置層面按GB 38755—2019《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》規(guī)定，滿足電源均應具備一次調(diào)頻、快速調(diào)壓、調(diào)峰的能力，存在頻率振蕩風險的電力系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)水電機組訴調(diào)系統(tǒng)應具備回應的控制措施的要求[8]。

4.4 備用容量不足

303事件當日臺電預測系統(tǒng)瞬時尖峰負荷（18:00）約3100萬kW，系統(tǒng)供電能力3351.3萬kW，備用容量251.3萬kW，系統(tǒng)備用容量率8.11%，該數(shù)字不僅低于臺灣當局行政部門要求的15%安全線[9]，也低于國家標準下大系統(tǒng)要求的15%[10]。近20年臺灣省電網(wǎng)備用容量率如圖8所示，自2017年以來5次大停電中有4次與備用容量率低有關(guān)。

圖8 2002-2021年臺灣地區(qū)電網(wǎng)備用容量率

備用容量的不足，主要由臺灣民進黨當局政策的非連貫性造成[11]，民進黨當局一方面為謀取政治利益的“非核家園”，停工裝機容量270萬kW的“核四”項目，不顧“核一”的退役計劃原是建立在“核四”兩臺機組在2014年和2015年分別投入運行的基礎(chǔ)上[12]，導致電源缺失；一方面新上電源進展緩慢，造成現(xiàn)役機組高負荷運行成為常態(tài)，一旦遇到波動均可能造成較大影響。

未來須從實際出發(fā)，轉(zhuǎn)變由口號大于內(nèi)容“用愛發(fā)電”的電網(wǎng)建設(shè)思路為符合電力系統(tǒng)規(guī)律的建設(shè)方向，遵守行業(yè)的標準和規(guī)則建設(shè)新型電力系統(tǒng)。

4.5 從業(yè)人員培訓不到位

由于電力系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備復雜，且操作具高危險性，從業(yè)人員須具備較高要求的專業(yè)素養(yǎng)。2016年以來，包括此次303大停電，臺灣省已發(fā)生過5次嚴重停電事件。其中3次均由興達電廠引起，且此次303大停電涉及操作隔離開關(guān)3541引發(fā)故障與2021年513大停電誤操作隔離開關(guān)3541為同一間隔設(shè)備。

同一電廠同一地點再次出現(xiàn)人為失誤，時間間隔如此之短，可見臺電從業(yè)人員技能培訓和安全培訓均有待加強。建議除現(xiàn)行臺電公司的基本培訓外，應更多投入培訓資源、提升訓練強度，并且引入國內(nèi)外專家及資源，以協(xié)助從業(yè)人員提升技能，并對獎懲管理制度進行修訂，強化從業(yè)人員責任意識。

5 結(jié)束語

303大停電是2016年以來臺灣省出現(xiàn)的第5次大停電，也是臺灣省歷史上負荷影響最大的停電事件。停電次數(shù)如此頻繁，影響如此廣大，須引起高度重視。結(jié)合303大停電的發(fā)生過程和臺灣省電網(wǎng)存在的隱患，根據(jù)國家新型電力系統(tǒng)建設(shè)的要求，從電源集中度、網(wǎng)架堅強度、保護及安自裝置配合、備用容量、人員培訓5個方面提出未來臺灣省電網(wǎng)建設(shè)的相關(guān)建議，為國家對臺各方面準備提供幫助，也為統(tǒng)一后的臺灣省電力建設(shè)方向提供參考。