面向電力安全的大面積停電事件情景構(gòu)建方法研究

呂政權(quán), 陳怡君, 陳 京

(國網(wǎng)上海市電力公司, 上海 200438)

大面積停電事件是指由于自然災(zāi)害、電力安全事故和外力破壞等原因,造成區(qū)域性電網(wǎng)、省級電網(wǎng)或城市電網(wǎng)大量減供負(fù)荷,對國家安全、社會穩(wěn)定及人民群眾生產(chǎn)生活造成影響和威脅的事件。

傳統(tǒng)的“預(yù)測-應(yīng)對”型的應(yīng)急決策模式已難以對災(zāi)變環(huán)境下瞬息萬變的事件進(jìn)行有效應(yīng)對,而“情景-應(yīng)對”型的決策模式通過構(gòu)建情景,對突發(fā)事件的可能發(fā)展過程進(jìn)行推演,目前已成為學(xué)者普遍采用的研究模式。FAHEY L[1]提出情景應(yīng)該包含四要素:驅(qū)動力(Driving force)、策略(Plot or story)、邏輯(Logic)、結(jié)束狀態(tài)(End-state)。陳濤[2]認(rèn)為每個情景應(yīng)包含致災(zāi)因子、承災(zāi)體、孕災(zāi)環(huán)境、救援措施4類要素。情景要素在數(shù)據(jù)庫中存儲,構(gòu)成要素名稱、特征集和屬性狀態(tài)集。陳剛等人[3]在分析了非常規(guī)突發(fā)事件的事態(tài)情景演化機(jī)理,響應(yīng)情景演化機(jī)理及事態(tài)響應(yīng)耦合機(jī)理的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了非常規(guī)突發(fā)事件的事態(tài)響應(yīng)的集群決策模式,并對預(yù)警、監(jiān)視和響應(yīng)3個子系統(tǒng)的協(xié)同運行進(jìn)行了探討。姜卉和黃鈞[4]在充分界定罕見重大突發(fā)事件應(yīng)急決策中情景概念,分析情景演變的概念和內(nèi)涵后,提出了情景演變的網(wǎng)絡(luò)表達(dá)方式,并建立了罕見重大突發(fā)事件中情景演變的分析流程。近年來,各級應(yīng)急管理部門也逐漸圍繞“情景構(gòu)建”編制應(yīng)急預(yù)案和組織應(yīng)急演練。2013年,北京市應(yīng)急委以“某重要地鐵樞紐遭受沙林恐怖襲擊” 為原型,在國內(nèi)率先開展了巨災(zāi)情景構(gòu)建的實踐研究工作[5]。隨后,由相關(guān)委辦局牽頭,開展了破壞性地震、大范圍暴雪天氣交通中斷事件、水源嚴(yán)重污染事件、大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)信息安全事件、大規(guī)模群體性事件等多個領(lǐng)域的情景構(gòu)建工作[6-7]。

國內(nèi)外對情景構(gòu)建的相關(guān)研究已有諸多成果,但鮮有針對大面積停電事件的情景構(gòu)建方法。電力安全突發(fā)事件缺乏前兆,涉及環(huán)節(jié)多,發(fā)生和演變機(jī)理復(fù)雜,演化過程具有高度的不確定性和連鎖動態(tài)性,直接和次生災(zāi)害危害十分嚴(yán)重。大面積停電事件的情景構(gòu)建不應(yīng)局限于電力系統(tǒng),還應(yīng)包含停電對社會的諸多影響。本文圍繞電力安全應(yīng)急培訓(xùn)教學(xué)重點,從相關(guān)案例、書籍中收集整理出大面積停電事件中的重要情景,對進(jìn)行情景編碼、分類,結(jié)合上海市電網(wǎng)實際情況,設(shè)計了部分主要情景和情景鏈,提出了一種大面積停電事件的推演方案。

1 情景庫總體設(shè)計

1.1 情景編碼規(guī)則設(shè)計

大面積停電事件中包含的情景較多,需要將其分類編碼存于數(shù)據(jù)庫中[8]。

(1)情景發(fā)展階段(輪次) 例如A初期反應(yīng),B擴(kuò)大反應(yīng),C逐漸恢復(fù)。

(2)各階段的情景分類編碼 若按1級分類劃分,An,Bn,Cn為各階段的情景分類;若按2級分類劃分,An.n,Bn.n,Cn.n為各階段的情景分類;若按3級分類劃分,An.n.n,Bn.n.n,Cn.n.n為各階段的情景分類。

(3)情景En例如A1.2-E2指大面積停電事件A階段A1.2分類情景的E2情景。

(4)情景yn例如A1.2-E1-y2指大面積停電事件A階段A1.2分類情景的E1情景的第2個情景。

(5)主情景標(biāo)簽(標(biāo)記)M 可結(jié)合實際演練需求,在情景庫中標(biāo)記主情景。例如A1.2-E1-y1-M指大面積停電事件A階段A1.2分類情景的E1情景的主情景。

1.2 情景分類設(shè)計

基于相關(guān)案例、相關(guān)書籍收集整理出大面積停電事件中的重要情景,根據(jù)事件發(fā)生的時間先后關(guān)系和對社會各界造成的影響,整理設(shè)計出情景的主要分類如表1所示。

表1 情景分類設(shè)計

1.3 部分情景鏈關(guān)系

災(zāi)害事件一般都經(jīng)歷產(chǎn)生、發(fā)展、演變、終結(jié)4個階段[9]。按照事件發(fā)展的時間順序、事件層次和主要處置機(jī)構(gòu)的不同建立部分情景鏈關(guān)系如表2所示。

表2 部分情景鏈關(guān)系

2 部分情景設(shè)計

圍繞提升各部門應(yīng)急能力這一核心,充分考慮大面積停電事件對社會各界可能造成的影響,將歷史真實案例與上海市實際情況結(jié)合,設(shè)計事件演變過程中的部分具體情景。

2.1 A1.1自然災(zāi)害引發(fā)

2.1.1 A1.1-E1

情景:臺風(fēng)、龍卷風(fēng)(颮線風(fēng))造成上海電網(wǎng)設(shè)備損壞。

A1.1-E1-y1-M:上海市受臺風(fēng)強對流天氣影響,突發(fā)颮線風(fēng)和陣雨引起電力設(shè)備設(shè)施損壞,上海電網(wǎng)主網(wǎng)開關(guān)紛紛跳閘,造成上海電網(wǎng)發(fā)生1 000 kV特高壓交直流混合故障,500 kV楊行、亭衛(wèi)、顧路等分區(qū)突發(fā)區(qū)域性大面積停電事件(大風(fēng)刮起的異物造成500 kV交流線路跳閘;多處500 kV、220 kV交直流送電線路相繼故障)。部分區(qū)域供電中斷(影響浦東、寶山、黃浦、靜安、金山等地區(qū)),減供負(fù)荷約546萬kW,占上海地區(qū)用電總負(fù)荷20%以上。

2.1.2 A1.1-E2

情景:自然災(zāi)害引發(fā)區(qū)外來電故障。

A1.1-E2-y1:自然災(zāi)害(臺風(fēng)、或局部地震、或雨雪冰凍天氣如多日降雪及暴風(fēng)雪/冰雹)造成上海的入滬通道在外省的電力設(shè)施受到損壞。區(qū)外來電故障:發(fā)電站故障而停止運轉(zhuǎn)、輸電線路故障、輸電鐵塔和線路大面積倒塔斷線等),導(dǎo)致上海受電能力遭到影響,引發(fā)區(qū)域性大面積停電。

2.1.3 A1.1-E3

情景:自然災(zāi)害引發(fā)燃料供應(yīng)問題。

A1.1-E3-y2:自然災(zāi)害(如雨雪冰凍天氣)引發(fā)上海市燃料供應(yīng)問題(發(fā)電燃料不足),供電能力下降,導(dǎo)致區(qū)域性大面積停電。

2.2 A2.1城市交通供電中斷引發(fā)交通堵塞甚至癱瘓

2.2.1 A2.1.1引發(fā)地面交通堵塞甚至癱瘓

2.2.1.1 A2.1.1-E1

情景:交通信號燈失卻。

A2.1.1-E1-y1:因發(fā)生區(qū)域性大面積停電,多處造成交通堵塞。多個公路交通信號燈停運,路燈熄滅引發(fā)堵車(如世紀(jì)大道主干道紅綠燈失去作用,造成公共交通嚴(yán)重癱瘓;寶山區(qū)同濟(jì)路、漠河路路口因停電造成交通信號燈暫時無法使用)。

A2.1.1-E1-y2:恰逢早高峰上班時間,造成交通阻塞、大量人員擁堵。

2.2.1.2 A2.1.1-E2

情景:重要設(shè)備停止運行。

A2.1.1-E2-y1:遇暴風(fēng)暴雨造成大面積停電,致使打浦橋隧道、下立交機(jī)電設(shè)備停止運行和人行天橋電梯停運。

A2.1.1-E2-y2:大量車輛人員滯留,出現(xiàn)交通事故,有人員受傷。

2.2.2 A2.1.2地鐵交通中斷

2.2.2.1 A2.1.2-E1

情景:地鐵交通中斷。

A2.1.2-E1-y1:恰逢早高峰上班時間,因發(fā)生區(qū)域性大面積停電,致使30%地鐵交通中斷(地鐵1號線、11號線停運,出現(xiàn)暫時性缺電)。

A2.1.2-E1-y2:停電引起恐慌。

A2.1.2-E1-y3:地鐵癱瘓引發(fā)公共汽車及出租車短缺等,造成大量人員擁堵或滯留。

2.2.3 A2.1.3鐵路、火車站交通事件

2.2.3.1 A2.1.3-E1

情景:車站秩序混亂。

A2.1.3-E1-y1:上海南站出現(xiàn)停電,造成電梯無法使用。

A2.1.3-E1-y2:停電引起恐慌。

A2.1.3-E1-y3.車站已采取了人工售票、人工安檢等應(yīng)急措施,仍造成大量人員擁堵或滯留。

2.2.3.2 A2.1.3-E2

情景:鐵路交通中斷。

A2.1.3-E2-y1:大面積停電對鐵路運輸造成重大影響,造成鐵路上海樞紐調(diào)度指揮系統(tǒng)失控,京滬、滬寧多條鐵路干線無法正常運行。

A2.1.3-E2-y2:停電引起恐慌,造成大量人員擁堵或滯留。

2.3 B1.1電網(wǎng)設(shè)備故障應(yīng)急搶修處置

2.3.1 B1.1-E1

情景:特高壓變電站故障應(yīng)急搶修。

B1.1-E1-y1:某1 000 kV高壓變電站內(nèi)值班人員在2#主變C相發(fā)現(xiàn)故障點。

B1.1-E1-y2:電力公司應(yīng)急救援基干隊伍抵達(dá)變電站,發(fā)現(xiàn)2#主變C相高壓套管均壓環(huán)上有異物纏繞。

B1.1-E1-y3:1 000 kV 2#主變異物清除工作結(jié)束后,發(fā)現(xiàn)2#主變C相高壓套管開裂漏油,需要進(jìn)行更換。

2.3.2 B1.1-E2

情景:電纜溝起火擴(kuò)大了停電面積。

B1.1-E2-y1:某公園塔下的電纜溝著火,導(dǎo)致一個主要變電所故障斷電。

B1.1--E2-y2:某公園塔下的電纜溝火災(zāi)現(xiàn)場的一些電纜仍在工作,使火勢難以控制,因而切斷了城市中心變電所的15條饋線電纜,從而擴(kuò)大了停電面積。

2.4 B2.1城市交通供電中斷引發(fā)相關(guān)突發(fā)事件

2.4.1 B2.1.1地面交通相關(guān)事件

2.4.1.1 B2.1.1-E1

情景:車輛相撞。

B2.1.1-E1-y1:軌道交通接駁,車輛相撞,出現(xiàn)圍觀,交通堵塞。

B2.1.1-E1-y2:軌道交通接駁處發(fā)生人群擁擠踩踏。

B2.1.1-E1-y3:軌道交通接駁處有一小孩失蹤。

2.4.1.2 B2.1.1-E2

情景:救援受阻。

B2.1.1-E2-y1:上海市電力公司應(yīng)急供電救援車輛、應(yīng)急救援隊伍迅速出發(fā)趕赴迪斯尼園區(qū),途中路段擁堵。

2.4.2 B2.1.2地鐵停電引發(fā)相關(guān)突發(fā)事件處置

2.4.2.1 B2.1.2-E1

情景:地鐵秩序混亂。

B2.1.2-E1-y1:大面積停電引發(fā)地鐵站設(shè)備故障、地鐵車站照明熄滅(地鐵站大面積停電)。

B2.1.2-E1-y2:檢查發(fā)現(xiàn)有人員被困電梯、人員受傷。

B2.1.2-E1-y3:地鐵站內(nèi)擁塞,人員大量滯留,現(xiàn)場秩序混亂。

2.4.2.2 B2.1.2-E2

情景:地鐵站人員走散。

B2.1.2-E2-y1:地鐵站中大客流有乘客暈倒引發(fā)出現(xiàn)擁堵踩踏。

B2.1.2-E2-y2:地鐵擁堵踩踏出現(xiàn)人員受傷。

B2.1.2-E2-y3:檢查發(fā)現(xiàn)有人員被困電梯、人員受傷。

B2.1.2-E2-y4:人員走散。

2.4.2.3 B2.1.2-E3

情景:地鐵重要設(shè)備故障。

B2.1.2-E3-y1:地鐵站中延誤,站內(nèi)/地面客流增加。

B2.1.2-E3-y2:地鐵站秩序混亂,地鐵站外通風(fēng)管道故障。

2.4.3 B2.1.3鐵路、火車站交通事件

B2.1.3-E1情景:火車站人員傷亡。

B2.1.3-E1-y1:火車站局部供電中斷。

B2.1.3-E1-y2:檢查發(fā)現(xiàn)有人員被困電梯、人員受傷。

B2.1.3-E1-y3:站內(nèi)擁塞,人員大量滯留,現(xiàn)場秩序混亂。

2.4.4 B2.1.4民航系統(tǒng)相關(guān)事件

B2.1.4-E1情景:航班延誤,人員滯留。

B2.1.4-E1-y1:虹橋機(jī)場發(fā)生供電設(shè)備故障,虹橋機(jī)場T2航站樓指揮塔不能作業(yè),飛機(jī)不能按時起飛。

B2.1.4-E1-y2:航班延誤,人員滯留,大量旅客滯留。

B2.1.4-E1-y3:乘客情緒激動引發(fā)病情。

2.5 C1.1電力設(shè)備故障搶修收尾與電網(wǎng)應(yīng)急恢復(fù)

2.5.1 C1.1-E1

情景:特高壓變電站故障應(yīng)急恢復(fù)。

C1.1-E1-y1:某1 000 kV特高壓變電站內(nèi)搶修收尾(檢查設(shè)備恢復(fù)情況,為主變恢復(fù)送電作最后的準(zhǔn)備)。

C1.1-E1-y2:檢查完畢,2#主變高壓套管搶修工作全部結(jié)束,已具備送電條件。

2.5.2 C1.1-E2

情景:特高壓變電站故障應(yīng)急恢復(fù)。

C1.1-E2-y1:上海電網(wǎng)設(shè)備搶修已基本結(jié)束,主網(wǎng)架已恢復(fù)正常運行;閘北燃機(jī)黑啟動成功,相關(guān)分區(qū)電網(wǎng)逐步恢復(fù)正常。

C1.1-E2-y2:全市停電負(fù)荷已恢復(fù)90%以上。

2.5.3 C1.1-E3

情景:火災(zāi)及其引發(fā)的變電所故障已得到控制與恢復(fù)運行。

C1.1-E3-y1:某公園塔下的電纜溝火災(zāi)已得到控制;火災(zāi)導(dǎo)致的主要變電所故障斷電已搶修結(jié)束,計劃恢復(fù)供電。

2.6 C2.1城市交通相關(guān)事件得到控制

2.6.1 C2.1.1地面交通相關(guān)事件得到控制

C2.1.1-E1情景:地面交通恢復(fù)。

C2.1.1-E1-y1:地面交通電力中斷已解決,已恢復(fù)供電,交通事故得到有效處置。

2.6.2 C2.1.2地鐵相關(guān)事件得到控制

C2.1.2-E1情景:地鐵恢復(fù)。

C2.1.2-E1-y1:地鐵供電搶修結(jié)束,申通地鐵目前滯留乘客已全部疏散完畢,地鐵(如11號線羅山路至迪士尼站)也已恢復(fù)正常供電;相關(guān)地鐵設(shè)備故障已搶修完成。

C2.1.2-E1-y2:運營正在逐步恢復(fù)中;走散的人員已找回。

2.6.3 C2.1.3鐵路、火車站交通事件得到控制

C2.1.3-E1情景:車站恢復(fù)。

C2.1.3-E1-y1:火車站供電搶修結(jié)束,已恢復(fù)正常供電;電梯被困人員已解救。

C2.1.3-E1-y2:運營正在逐步恢復(fù)中。

2.6.4 C2.1.4民航系統(tǒng)相關(guān)事件得到控制

C2.1.4-E1情景:民航恢復(fù)。

C2.1.4-E1-y1:浦東國際機(jī)場、虹橋供電搶修結(jié)束,已恢復(fù)正常供電。

3 大面積停電事件推演方案

《上海市大面積停電事件應(yīng)急預(yù)案》指出,在應(yīng)急處理工作過程中,各職能部門要統(tǒng)一指揮、分工負(fù)責(zé),以人為本、科學(xué)決策,保證重點、分級處置,快速反應(yīng)、協(xié)同應(yīng)對。圍繞培訓(xùn)中心電力安全突發(fā)事件應(yīng)急處理培訓(xùn)課程重點,結(jié)合前文中的情景分類,設(shè)計基于“情景-應(yīng)對”的決策指揮應(yīng)急推演流程如圖1所示[10]。

圖1 基于“情景應(yīng)對”的決策指揮應(yīng)急推演流程

在大面積停電的初期反應(yīng)、電網(wǎng)設(shè)備應(yīng)急搶修處置和大面積停電的擴(kuò)大反應(yīng)環(huán)節(jié)設(shè)置3輪演練,每輪演練都有相應(yīng)的情景庫。參演學(xué)員分為3組,每組學(xué)員角色包括市應(yīng)急指揮部總指揮、事發(fā)地所在區(qū)政府、市電力公司、市公安局、市消防局、市衛(wèi)生局、市交通委、市民政局、機(jī)場集團(tuán)。要求學(xué)員在演練過程中完成決策部署會議,通過啟動預(yù)案、調(diào)動資源、科學(xué)施救,著重提升學(xué)員的研判決策能力。在應(yīng)急處置過程中完成向上報告、向下發(fā)令和向相關(guān)單位發(fā)令,采取先期處置措施來控制事態(tài),及時報告,爭取支援,及時通報,協(xié)同作戰(zhàn),提升學(xué)員對事件的掌控、決策和協(xié)調(diào)能力。在答媒體記者和網(wǎng)絡(luò)熱點問過程中要求學(xué)員主動發(fā)聲,正面引導(dǎo),從而提升輿論領(lǐng)導(dǎo)力。

學(xué)員處置措施通過文字形式提交,與標(biāo)準(zhǔn)方案對比進(jìn)行專家打分,根據(jù)分?jǐn)?shù)的高低決定跳轉(zhuǎn)的情景。例如,在第1輪處置中隨機(jī)給出要處理的兩個情景,若處置分?jǐn)?shù)過低,則跳轉(zhuǎn)至本輪后續(xù)情景,學(xué)員需對新的情景進(jìn)行處置,直到處置分?jǐn)?shù)及格才能進(jìn)行下一輪演練。在第2輪演練中,根據(jù)之前大面積停電發(fā)生原因的不同,學(xué)員要有不同的處置方案。在大面積停電逐漸恢復(fù)階段,處置過的情景要顯示逐漸恢復(fù)正常。一組學(xué)員的推演路徑如圖2所示。在第1輪演練中,學(xué)員處置分?jǐn)?shù)較低,則需要繼續(xù)處置本輪其他情景直到處置分?jǐn)?shù)及格,在第3輪演練中,學(xué)員對初始情景處置較好,則后續(xù)情景較少。每組學(xué)員推演過程中經(jīng)歷過的不同情景構(gòu)成了大面積停電事件的不同發(fā)展路徑。

圖2 推演路徑

推演結(jié)束后,顯示每組學(xué)員總得分以及事件發(fā)展路徑。通過學(xué)員處置方式與標(biāo)準(zhǔn)處置方案的對比,讓學(xué)員直觀認(rèn)識到自己的處置方式對于事件的影響以及與標(biāo)準(zhǔn)處置方案的差距,從而達(dá)到良好的培訓(xùn)效果。

4 結(jié) 語

當(dāng)前我國對電力應(yīng)急體系的建設(shè)愈發(fā)重視,但電力行業(yè)人員應(yīng)急決策和處置能力還有待提高。電力安全突發(fā)事件應(yīng)急演練也大多針對單一事故,沒有形成涵蓋多角色、多衍生事件的大面積停電演練體系。本文提出了針對大面積停電事件的情景庫編碼及分類方法,設(shè)計了部分主要情景和情景鏈,提出了一種情景推演方案。但在拓展性和情景鏈設(shè)計上仍有不足,有待完善和改進(jìn)。今后將研究應(yīng)急措施的評價機(jī)制及情景間的跳轉(zhuǎn)規(guī)則,將電力安全突發(fā)事件推演系統(tǒng)落地實施。