超特高压电网运行管理的安全性研究

吕涛

【摘 要】我国能源和地区经济的发展方向呈现一种逆向分布，为了缓解不均衡的局面，建设超特高电网实现电能远距离输送成为必然选择。特高电压网在实现电力资源大范围配置的同时，也增大了系统的规模程度，就会增加电力系统的风险程度。本文从各个方面解析了每个方面的风险因素，针对出现的风险因素提出相对应的策略，以此提高特高压电网运行管理的安全性。

【关键词】特高压电网；风险评估；风险应对策略

目前关于特高压电网对于系统的安全性的研究技术已经很成熟，但缺乏整体考虑和一些因素风险的评估。本文从各位专家学者并结合实际，探讨了特高压电网运行中出现的风险原因、对电网安全的影响，总结出特高压电网的风险框架结构，并制定最合适的安全策略。

1.问题分析

1.1概述

对电力系统风险来说，尤其是超、特高压系统，更注重安全及稳定。当系统出现故障后是否可以继续稳定运行，避免事故扩大决定了电网的风险大小。特高压电网主要风险因素为发电侧风险、负荷侧风险和线路设备的故障等。由于特高压输电容量大，所以输、变电设备故障成为关键因素中的首要因素。需要说明的是，故障并非单一存在而是相互关联的，在不同的故障中所表现的程度不尽相同。根据风险类型和产生的影响，可以把风险的等级划分为四个等级：不损失负荷、损失部分负荷、系统大停电和电网瓦解。综上所述，本文把特高压电网风险因素分为三种，第一种是变电一次设备及线路故障；第二种是变电二次设备故障；第三种是负荷侧和发电侧引起的潮流控制。下面将通过详细的分析具体剖析这三种问题。

1.2三大问题

第一种，变电一次设备及线路通道的故障，可分为内、外部两大类因素。外部因素主要取决于自然环境及人为因素，内部因素主要为设备老化。由于特高压输送功率比超高压输送容量要大得多，一旦由于通道受阻造成事故，首先送受端发电机的摆动幅度增大，造成系统动荡或者电压崩溃，在故障点隔离后，其余电力通道若承受超出设计值的负荷转移，将导致系统静态失稳，进一步引起线路过负荷跳闸，最后造成雪崩效应式的电网大面积过负荷跳闸。

第二种，变电二次设备故障：特高压系统的等级越高，保护系统就越复杂，其中最主要的就是继电保护、安稳解列、通信系统等二次设备。如果由于上述设备发生故障、配合不当，将会造成保护拒动、误动，甚至由于安稳解列策略失误、通信故障等将会造成控制系统紊乱，造成电力系统一系列连锁性事故。

第三种，负荷和发电引起的潮流控制：特高压电网实现长距离大容量的负荷输送，在建设的初期，因特高压电网联络结构单一，为保证特高压系统安全运行，需要通过联络线联网运行。在实际的操作中，因为不同区域的发电结构不一样就导致了机组的能力差异大。与此同时机组还可能存在滞停等特殊因素，因而存在机组的容量枯竭和不同区域的协调困难的问题。

2.评估框架

2.1标准流程

根据上述提出的风险因素，本文从以下几个方面做了详细的评估。评估的流程大致可以分为系统结构建设、实际采集信息、故障准确判断、稳定系统分析和损失量统计。大概简述过程如下：第一步，分析电力风险因素，并且建立不稳定模型。第二步，对不稳定模型进行优化。第三步，为了加快评估的速度，减少损失，需对电气模型进行优化。在此基础上采集发电机组和负荷量信息，依据采集信息判断正常与否，若正常则进入下一步，不正常则进入故障分析。第四步，按照系统规则计算发电时状态和潮流，根据设定的安全原则判断安全控制措施。第五步，按照顺序进行静态电压评估。根据评估结果，若系统不稳定，则需对故障损失进行估算，若评估结果稳定，则开展元件判定。通过上述流程评估，考虑特高压电网中可能出现的种种情况，同时考虑电网静态风险和连锁风险，对特高压电网进行全面的分线评估。

2.2计算方法

实操设计中需要对未知的数据进行科学系统计算。举例方法如下：

已知首端电压和各个负荷点的量，求出末端的电压：设定额定电压是U，则各个负荷点的损耗：-△Q=―U。每个负荷点上的功能损耗和同一节点的损耗合并在一起：=-j△Q=-jU。计算前一负荷点的送出功率：△=（）2（R+jX），=+。将计算得出的首端电压和各个电源点送出的负荷量相加，得出总负荷。

3.安全策略

3.1强化措施

因特高压容量输送特性，为避免电力通道故障造成的系统破坏，需配置安全控制措施，在必要的时候切除部分机组。特高压电网规划设计中可以采用安全措施的研究，其中包括了不同的运行方式、不同故障下的安全部署方式和一定的实施规则，实现电力系统三道防线的有效协调。特高压电网还需要强化继电器的保护装置配合、优化系统控制策略，确保系统在出现特大故障时，可以及时采用必要的控制措施维持系统的安全稳定。

3.2优化措施

网架结构优化是特高压电网应对风险的第一手段。在特高压电网的规划设计中，必须遵循系统安全稳定原则，在故障情况下依然能够稳定运行。此外，在交直流的协调方面，必须充分发挥特高压交直流线路的调控和应急能力，充分发挥直流输电运行方式多样性、潮流控制等特点可有效避免潮流转移、反转等情况带来的影响。因此必须对特高压系统、交直流混合运行方式进行不同方式的安全研究，充分考虑到电网检修备用冗余等因素。通过研究系统停电事故的预案、实例提高应对事故的快速应变处置能力，避免高风险检修方式下引起的大规模功率转移和连锁反应。除此之外，还需要考虑到负荷在短期和长期的环境下的变化因素，在不同负荷状态下的传输限定值，以此提高电网输送安全可靠性。

3.3管理措施

在上述对策中主要针对技术措施进行了阐述，最后还需针对管理对策予以强化和完善，加强特高压电网管理系统的预警体系，完善特高压电网事故的分类和级别的划分，制定详尽的预控制度、校正措施，建立风险管理制度、流程，提高日常风险管控。

4.总结

本文从特高压电网的风险来源、类型和对策处理三个角度，揭示了特高压电网的风险产生的原理。在这样的基础之上，总结了形成的风险因素，其中包括设备及潮流控制等因素引起的系统风险。提出对应的评估框架，最后从强化控制措施、优化结构、优化运行方法和风险管理四个方面，总结了应对风险的安全策略。

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