电网结构和电力系统安全稳定.pdf

1电网结构和电力系统安全稳定电网结构和电力系统安全稳定中国电力科学研究院 印永华中国电力科学研究院 印永华2010年年3月月2内容提要一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律二、国外典型电网结构分析三、关于我国互联电网构建方案四、关于我国电网的安全稳定标准五、关于加强电网结构和提高系统安全稳定性六、特高压电网的安全性论证一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律二、国外典型电网结构分析三、关于我国互联电网构建方案四、关于我国电网的安全稳定标准五、关于加强电网结构和提高系统安全稳定性六、特高压电网的安全性论证3前言前言建设坚强的电网，能够实现在更大范围内合理开发资源，提高电能的使用效率和供电的可靠性与经济性，改善电力系统的安全稳定性能，缓解环保及运输压力，取得良好的社会、经济效益建设坚强的电网，能够实现在更大范围内合理开发资源，提高电能的使用效率和供电的可靠性与经济性，改善电力系统的安全稳定性能，缓解环保及运输压力，取得良好的社会、经济效益因此，结合我国国情，认真总结世界电网发展的历史经验，充分认识和把握电网发展的客观规律，规划和建设坚强的电网，为电网安全稳定运行提供可靠的物质基础，是我们肩负的历史使命。

因此，结合我国国情，认真总结世界电网发展的历史经验，充分认识和把握电网发展的客观规律，规划和建设坚强的电网，为电网安全稳定运行提供可靠的物质基础，是我们肩负的历史使命4一、一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律电网的雏型是发电厂向用户供电的中间环节在满足用户电力电量需求增长的过程中，用户对电能质量和供电安全可靠性、经济性的要求也必然要提高电网的雏型是发电厂向用户供电的中间环节在满足用户电力电量需求增长的过程中，用户对电能质量和供电安全可靠性、经济性的要求也必然要提高为了充分利用电源运行特性的差异取得互补效益以及提高电力系统的安全可靠性，电网间开始逐步实现互联为了充分利用电源运行特性的差异取得互补效益以及提高电力系统的安全可靠性，电网间开始逐步实现互联电网互联规模扩大是由电力系统安全和经济综合效益所驱使的，反映了电力工业发展的客观规律电网互联规模扩大是由电力系统安全和经济综合效益所驱使的，反映了电力工业发展的客观规律5一、一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律 回顾世界电网发展的历史，电网互联大致经历了以下的发展阶段： （1）在50回顾世界电网发展的历史，电网互联大致经历了以下的发展阶段： （1）在50—60年代，由于大容量发电机组经济性能较高，开始广泛采用。

而大容量发电机组只有在与之相适应的大电网中才能安全可靠地运行，因此各地区电网之间开始实现联网，电网规模逐步扩大60年代，由于大容量发电机组经济性能较高，开始广泛采用而大容量发电机组只有在与之相适应的大电网中才能安全可靠地运行，因此各地区电网之间开始实现联网，电网规模逐步扩大6一、一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律（2）在70年代，由于发生石油危机，燃料涨价，要求降低油电比例，多开发煤电和水电基地，使电源与负荷中心之间的距离加大，同时水、火、核等电源之间也需要互相补偿，从而加快了电网互联的进程2）在70年代，由于发生石油危机，燃料涨价，要求降低油电比例，多开发煤电和水电基地，使电源与负荷中心之间的距离加大，同时水、火、核等电源之间也需要互相补偿，从而加快了电网互联的进程7一、一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律（3）80年代以来，各地区和国家之间发展不平衡加大，能源供需矛盾突出，负荷密集地区环保形势严峻，电源建设投资风险增大为了规避风险和取得更高的经济效益，电网互联规模进一步扩大，使得电源能够靠近能源资源地点建设，变直接输送一次能源为输电，这也逐渐成为电力工业发展的一种趋势。

3）80年代以来，各地区和国家之间发展不平衡加大，能源供需矛盾突出，负荷密集地区环保形势严峻，电源建设投资风险增大为了规避风险和取得更高的经济效益，电网互联规模进一步扩大，使得电源能够靠近能源资源地点建设，变直接输送一次能源为输电，这也逐渐成为电力工业发展的一种趋势8一、一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律因此，大电网互联一直是世界各国和地区电网的发展趋势，是电力工业发展的必由之路，在北美、欧洲、独联体、南部非洲、中东等一些国家和地区还出现了跨国互联的大电网因此，大电网互联一直是世界各国和地区电网的发展趋势，是电力工业发展的必由之路，在北美、欧洲、独联体、南部非洲、中东等一些国家和地区还出现了跨国互联的大电网9一、一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律综观国外大规模互联电网发展的历程，有如下经验值得我们借鉴：（1）联网除了获得输电效益以外，还取得了共享事故备用和调峰容量、水电互补、跨流域补偿、提高供电可靠性、资源优化利用等综合效益综观国外大规模互联电网发展的历程，有如下经验值得我们借鉴：（1）联网除了获得输电效益以外，还取得了共享事故备用和调峰容量、水电互补、跨流域补偿、提高供电可靠性、资源优化利用等综合效益。

10一、一、电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律电网互联和规模扩大是电网发展的客观规律（2）跨国界输电将使得供电紧张的国家和地区有机会从相邻电网获得支援，从而促进电力市场发展 （3）互联电网都经历了由初期弱联系到结构逐步加强的阶段，在这一过程中电网的输送能力和安全稳定性能都相应得到提高 （4）大规模联网对电源、负荷分布及电力市场变化的适应性强2）跨国界输电将使得供电紧张的国家和地区有机会从相邻电网获得支援，从而促进电力市场发展 （3）互联电网都经历了由初期弱联系到结构逐步加强的阶段，在这一过程中电网的输送能力和安全稳定性能都相应得到提高 （4）大规模联网对电源、负荷分布及电力市场变化的适应性强11二、国外典型电网结构分析二、国外典型电网结构分析1.电源集中的远距离交流输电（北美、北欧）1.电源集中的远距离交流输电（北美、北欧）比较典型的是加拿大魁北克735kV电网和瑞典400kV电网，特点是水电资源比较集中，又远离负荷中心，于是通过多回并联的线路送电比较典型的是加拿大魁北克735kV电网和瑞典400kV电网，特点是水电资源比较集中，又远离负荷中心，于是通过多回并联的线路送电实践证明，这种结构在出现单一故障时不会有问题，但如出现多重性故障，就可能发生全网性的大停电事故。

实践证明，这种结构在出现单一故障时不会有问题，但如出现多重性故障，就可能发生全网性的大停电事故12魁北克省电力系统地理和接线图魁北克省电力系统地理和接线图13二、国外典型电网结构分析二、国外典型电网结构分析魁北克电网1982年12月14日大停电事故：魁北克电网1982年12月14日大停电事故：一个735 kV变电所的电流互感器爆炸，扩大为两条735kV母线故障而全停，使东北方向电站群送到蒙特利尔的5回735kV线路中的3回首先断开；一个735 kV变电所的电流互感器爆炸，扩大为两条735kV母线故障而全停，使东北方向电站群送到蒙特利尔的5回735kV线路中的3回首先断开；由于潮流转移，剩下的两回735kV线路也因过负荷而相继跳闸由于潮流转移，剩下的两回735kV线路也因过负荷而相继跳闸西北方向通过3回735kV输电的詹姆斯湾梯级水电站满足不了蒙特利尔的负荷需求，电压急剧下降，也相继稳定破坏，线路跳闸，造成大停电事故西北方向通过3回735kV输电的詹姆斯湾梯级水电站满足不了蒙特利尔的负荷需求，电压急剧下降，也相继稳定破坏，线路跳闸，造成大停电事故14二、国外典型电网结构分析二、国外典型电网结构分析瑞典1983年12月27日也发生类似事故：瑞典1983年12月27日也发生类似事故：一个400kV变电所在操作时电流互感器与断路器间的刀闸损坏接地而全停，相当于长距离的南北共七回半输电线断了两回；一个400kV变电所在操作时电流互感器与断路器间的刀闸损坏接地而全停，相当于长距离的南北共七回半输电线断了两回；55秒后剩下的线路也因过载、电压严重下降，导致保护跳闸。

55秒后剩下的线路也因过载、电压严重下降，导致保护跳闸接着受端系统几个核电站跳闸，系统全停接着受端系统几个核电站跳闸，系统全停15二、国外典型电网结构分析二、国外典型电网结构分析其主要原因： ①输电通道过于集中，向负荷中心输送电力占全部负荷的比例又大例如魁北克电网，外来电力占蒙特利尔负荷的87%，是典型的头重脚轻电网结构，又没有安排解列和分割故障区域等措施 ②未考虑一旦发生多重性故障，如何采取防止连锁反应的措施例如：为了保持电网完整性，不让继电保护在振荡时动作跳闸，而尽快采取快速切机、切负荷等措施 ③受端系统缺乏大电源的支撑，没有紧急无功补偿和解列措施其主要原因： ①输电通道过于集中，向负荷中心输送电力占全部负荷的比例又大例如魁北克电网，外来电力占蒙特利尔负荷的87%，是典型的头重脚轻电网结构，又没有安排解列和分割故障区域等措施 ②未考虑一旦发生多重性故障，如何采取防止连锁反应的措施例如：为了保持电网完整性，不让继电保护在振荡时动作跳闸，而尽快采取快速切机、切负荷等措施 ③受端系统缺乏大电源的支撑，没有紧急无功补偿和解列措施16二、国外典型电网结构分析二、国外典型电网结构分析2.外轮形结构（日本）2.外轮形结构（日本）比较典型的是日本东京电力系统。

东京电力系统1955年最高电压还是154kV时，就在东京外围建了一个154kV外轮线（双回路），远方7个主力电厂分散接入比较典型的是日本东京电力系统东京电力系统1955年最高电压还是154kV时，就在东京外围建了一个154kV外轮线（双回路），远方7个主力电厂分散接入为了适应电源和负荷增长的需要,升高电压等级建275kV外轮线，因隔了一个东京海湾，所以是开口的双回路环线为了适应电源和负荷增长的需要,升高电压等级建275kV外轮线，因隔了一个东京海湾，所以是开口的双回路环线1985年前后，在原275kV外轮线外，又建了500kV同杆并架双环外轮主网架，提高外轮线（作为大母线）的通过容量，扩展外轮线的范围1985年前后，在原275kV外轮线外，又建了500kV同杆并架双环外轮主网架，提高外轮线（作为大母线）的通过容量，扩展外轮线的范围17二、国外典型电网结构分析二、国外典型电网结构分析远方电厂一般都是通过双回路分散直接接入受端环网远方电厂一般都是通过双回路分散直接接入受端环网上述结构方式奠定了电网安全稳定的良好基础，所以日本近年来没有发生过失去功角稳定的大停电事故上述结构方式奠定了电网安全稳定的良好基础，所以日本近年来没有发生过失去功角稳定的大停电事故。

但东京系统1987年7月23日发生过电压崩溃事故但东京系统1987年7月23日发生过电压崩溃事故1819二、国外典型电网结构分析二、国外典型电网结构分析1987年7月23日日本东京系统事故概况：1987年7月23日日本东京系统事故概况： 下午13点,因高温，负荷快速增长（400MW/分），系统电压下降，发电机增发无功，并联电容器全部投入；下午13点,因高温，负荷快速增长（400MW/分），系统电压下降，发电机增发无功，并联电容器全部投入； 13点10分，负荷升至39300MW，达到当年夏季最大值，其中空调负荷很大，电压降低时电流增大，引起网损加大，使电压进一步下降；13点10分，负荷升至39300MW，达到当年夏季最大值，其中空调负荷很大，电压降低时电流增大，引起网损加大，使电压进一步下降； 13点15分，500kV主干电网电压降至460kV;13点15分，500kV主干电网电压降至460kV; 13点19分，500kV主干电网电压降至370kV（西部。