一起因雷擊線路故障跳閘導(dǎo)致發(fā)電廠孤網(wǎng)運行的事件思考

吳 楊 杜 江 楊 粵 李玉靖 姚 剛

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，貴州 貴陽 550002）

0 引言

我國的整個電力系統(tǒng)經(jīng)過發(fā)展和改革，大致可以分為國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)兩部分，兩個電網(wǎng)的覆蓋范圍都比較廣。2023年5月19日，國家能源局發(fā)布了我國1月至4月的電力行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，該統(tǒng)計顯示，截至2023年4月底，全國累計發(fā)電裝機容量約26.5億kW，同比增長9.7%，表明電能成為保證人民生活的最重要能源之一，同時電能也是國家發(fā)展的重要基礎(chǔ)。然而，隨著需求的不斷增加，電網(wǎng)規(guī)模逐漸擴大，電力系統(tǒng)需要面臨越來越多、越來越復(fù)雜的安全問題[1]。一旦電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如果不能及時排除，電力系統(tǒng)將逐步失穩(wěn)，不能提供基本質(zhì)量的電能；更嚴重的還有可能導(dǎo)致大規(guī)模停電，不僅給國民經(jīng)濟帶來巨大損失，還有可能危及人民生命財產(chǎn)乃至國家安全[2]。

例如，2006年2月24日，福建廈門電業(yè)局220 kV安兜變10 kV江頭Ⅱ回線出現(xiàn)線路故障，3名電力工作人員在處理故障的過程中被電弧燒傷，造成了人員嚴重受傷；2020年9月，江蘇南京三江的220 kV變電站突發(fā)故障，導(dǎo)致南京整個江北地區(qū)停電，嚴重影響了該區(qū)域的工廠生產(chǎn)和居民用電，造成了較大的經(jīng)濟損失；2022年臺灣高雄的興達電廠突發(fā)故障，導(dǎo)致全臺無預(yù)警大停電，高雄捷運、輕軌停運，數(shù)百人被困電梯，工廠停工，造成巨大損失[3]。事實證明，電力系統(tǒng)安全可靠運行至關(guān)重要，電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，電力工作人員及時發(fā)現(xiàn)并排除故障，不讓故障范圍進一步擴大，對電力系統(tǒng)有著不可忽視的作用。

整個電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、配電、用電等環(huán)節(jié)組成，在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都有可能出現(xiàn)故障，其中電網(wǎng)故障主要包括發(fā)電機組故障、變壓器故障、輸電線路故障以及配電網(wǎng)故障等[4]。在電能傳輸過程中，輸電線路發(fā)揮了重要作用，但輸電線路故障比重較高，其一旦發(fā)生故障就意味著電能傳輸?shù)闹袛唷．斴旊娋€路出現(xiàn)故障時，電力系統(tǒng)內(nèi)部的多個保護會動作，相應(yīng)的斷路器會隨之跳開以隔離故障，避免故障對其他元件造成損害，減小故障范圍。其中，輸電線路某些故障可能導(dǎo)致孤網(wǎng)運行的情況出現(xiàn)[5-9]，即發(fā)生故障后，斷路器跳開，導(dǎo)致一部分系統(tǒng)包括電源和負荷與主網(wǎng)脫離，形成一個獨立的電網(wǎng)絡(luò)。孤網(wǎng)相較于主網(wǎng)來說沒有主網(wǎng)“大電網(wǎng)、大電源、大容量”的特點，所以其抗干擾能力比較弱，并且孤網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機發(fā)出的功率和負荷功率會出現(xiàn)較大的不平衡，機組無法調(diào)節(jié)，導(dǎo)致孤網(wǎng)無法穩(wěn)定運行，無法穩(wěn)定提供可靠的電能，甚至可能造成廠用電全停，這將對國民生產(chǎn)和居民用電造成較大的隱患。同時，當出現(xiàn)孤網(wǎng)運行時，負荷的頻繁變動會對汽機造成較大的沖擊。

鑒于此，研究當輸電線路故障導(dǎo)致某一區(qū)域電網(wǎng)孤網(wǎng)運行時，如何根據(jù)現(xiàn)場的實際狀況快速隔離故障，恢復(fù)孤網(wǎng)到主網(wǎng)運行，避免更大的生產(chǎn)事故具有重要的實際意義。本文介紹了一起因雷擊線路故障跳閘導(dǎo)致發(fā)電廠孤網(wǎng)運行的電網(wǎng)事件，詳細闡述了整個事件基本情況和處置過程，希望能為電力工作人員處理類似事件提供參考和借鑒。

1 事件基本情況簡介

2022年，某省110 kV PM線因雷擊導(dǎo)致架空地線斷落搭在導(dǎo)線上。110 kV MG變側(cè)110kV PM線102斷路器距離保護Ⅰ段動作跳閘，重合閘動作不成功；220 kV PD變側(cè)110 kV PM線零序過流保護Ⅱ段動作跳閘，重合閘動作不成功，保護選相A、C相，測距13 km，錄波選相為A相，測距12.99 km。其事件區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

110 kV PM線永久性跳閘后，形成了PZ水電站#1號發(fā)電機通過110 kV SZⅠ回線—SG變110 kVⅠ母線—110 kV LSⅠ回線—LZ變110 kVⅠ母線—110 kV LWⅠ回線—HW變110 kVⅠ母線—110 kV MW線—MG變運行的孤立小電網(wǎng)。隨即SG變35 kV SHⅠ回線（空載）、SX線、SDⅡ回線低周保護跳閘，35 kV DQ變的35 kVⅡ母線失壓，35 kV XH變的35 kVⅡ母線失壓。HW變10 kV#1號電容器組過電壓保護動作，10 kV HCⅠ回線003斷路器、10 kV QYⅠ回線027斷路器、10 kV HFⅠ回線002斷路器、10 kV GYⅠ回線001斷路器、10 kV GYⅡ回線021斷路器、10 kV HFⅡ回線009斷路器、10 kV NHⅠ回線005斷路器、MG變10 kV BP線006斷路器、10 kV LB 線004斷路器、10 kV MGⅠ回線003斷路器、10 kV MGⅡ回線002斷路器、10 kV MKⅠ回線007斷路器、10 kV HC線005斷路器共13回10 kV線路低周減載掉閘。

事件前所處區(qū)域電網(wǎng)負荷合計1 237 MW，以上低周動作合計切除22.93 MW負荷，占比約1.85%。失壓情況：220 kV CJ變、LX變及220 kV CJ牽引變、RJ牽引變。負荷損失統(tǒng)計：區(qū)域電網(wǎng)最大損失負荷113MW。

2 事件處置過程

16：57，某調(diào)度部門向上級調(diào)度部門申請PZ水電站發(fā)電機組調(diào)度權(quán)配合故障處置，17：10獲準。

17：02，110 kV PW線兩側(cè)分相差動保護跳閘，重合閘動作不成功，110 kV PZ變備自投動作聯(lián)切35 kV PXT3線331斷路器（無負荷損失），合上110 kV分段110斷路器，將PZ變110 kVⅡ母線負荷轉(zhuǎn)由110 kV LP線供電（不影響孤網(wǎng)）。

17：03，LD變110 kV XL線103斷路器零序過流保護Ⅱ段動作跳閘，重合閘動作不成功，備自投動作聯(lián)切110 kV LL線（Tiger DP光伏電站—LD變）、35 kV LSⅡ回線（LD變—35 kV SZ變），合上110 kV SL線，將110 kV LD變負荷倒由孤網(wǎng)供電（瞬時轉(zhuǎn)移約9 MW負荷）。在同一時刻，110 kV XY變110 kV EX線101斷路器接地距離保護Ⅱ段、零序保護Ⅲ段動作，重合閘動作不成功（XY變不影響孤網(wǎng)）。

17：07，遙控斷開XH變35 kV SX線305斷路器，遙控合上XH變35 kV分段310斷路器，恢復(fù)35 kV XH變的35 kVⅡ母線負荷。

17：26，將35 kV DQ變35 kVⅡ母線失壓損失的10 kV負荷倒由#1號主變恢復(fù)供電。

17：28，調(diào)度部門詢問PZ電站，告知110 kV分段110斷路器長期以來一直處于冷備用狀態(tài)，能否運行及作為同期并網(wǎng)點需要核實。

17：30，調(diào)度部門核實HW變110 kV分段110斷路器具有同期功能，當即通知LZ巡維中心安排人員到現(xiàn)場核實同期功能是否投入，18：11確認功能投入。

17：30，查詢SZ變失壓前只有1.46 MW負荷，即遙控恢復(fù)SZ變負荷。

17：52，輸電管理所匯報現(xiàn)場雷雨轉(zhuǎn)弱，申請無條件強送一次110 kV PM線、EX線。立即從XY變強送EX線成功，同時聯(lián)系A(chǔ)S調(diào)度部門從PD變強送MU線失敗，距離保護加速動作跳閘。

18：02，令PZ電站將110 kV分段110斷路器由冷備用狀態(tài)轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)，18：12操作完畢。

18：28，恢復(fù)35 kV PXT3線供電（備用線路，聯(lián)切時無負荷損失）。

18：35，通過HW變110 kV分段110斷路器同期并網(wǎng)失敗。

19：30，倒換PZ電站方式后，通過PZ電站110 kV SZⅡ回線102斷路器多次同期并網(wǎng)失敗。

19：50，斷開HW變#1號主變011斷路器，合上10 kV分段010斷路器，將10 kVⅠ母線負荷瞬停由孤網(wǎng)倒至主網(wǎng)供電，隨后逐條恢復(fù)低周跳閘的7條10 kV線路。

20：11，倒換PZ電站方式后（由110 kV SZⅡ回線送電帶廠用負荷），遙控斷開SG變110 kV SZⅠ回線101斷路器，將PZ水電站解列，隨即110 kV SG變主變備自投動作成功，全站負荷倒由110 kV LS Ⅱ回線供電；110 kV LD變進線備自投動作成功，全站負荷倒由110 kV XL線供電；110 kV HW變進線備自投動作成功，全站負荷倒由110 kV LW Ⅱ回線供電，并經(jīng)110 kV MW線帶MG變負荷。上述站點均恢復(fù)主網(wǎng)供電。然后合上LZ變110 kV母聯(lián)110斷路器，空載送電。

20：21，將SG變110 kV SZⅠ回線恢復(fù)送電至PZ水電站，通知其自行開機并網(wǎng)，并將機組調(diào)度權(quán)歸還上級調(diào)度部門。

至此，受影響的供電負荷已全部恢復(fù)，之后逐步恢復(fù)事件處理過程中形成的非正常方式。事件處理完畢。

3 事件原因分析

通過分析可知，導(dǎo)致本次形成發(fā)電廠孤網(wǎng)運行事件有多方面的原因，本小節(jié)對相關(guān)原因進行了總結(jié)，主要原因如下：

（1）輸電線路防雷防災(zāi)水平較差，抵御惡劣氣候的能力不強，本次事件直接原因為110 kV PM線因雷擊導(dǎo)致架空地線斷落搭在導(dǎo)線上。

（2）電網(wǎng)風(fēng)險評估不全面，檢修方式安排時，對PZ水電站機組在故障情況下不一定可靠解列的風(fēng)險未識別出來，認為一旦發(fā)生N-1故障，PZ水電站機組將會高周動作跳閘解列，相應(yīng)變電站備自投動作后能夠恢復(fù)受影響負荷，損失負荷有限，并且通過本級調(diào)度遙控操作可迅速恢復(fù)。

（3）調(diào)度調(diào)控員對孤網(wǎng)運行經(jīng)驗不足，不清楚哪些斷路器可以作為同期并網(wǎng)點，同時對如何進行同期并網(wǎng)操作不清楚，變電運行值班員同樣存在這些不足。

（4）通過專業(yè)人員支持確定了并網(wǎng)點后，現(xiàn)場測控裝置同期軟壓板、硬壓板的投入狀態(tài)不清楚，需要巡維中心派人到現(xiàn)場核實后才能操作，造成處置過程延長（巡維中心駐點的220 kV LZ變110 kV母聯(lián)110斷路器沒有同期功能，離駐點最近、便于變電值班員赴現(xiàn)場核實的同期并網(wǎng)點只能選擇110 kV HW變110 kV分段110斷路器）。

（5）PZ水電站值班人員對長期處于冷備用狀態(tài)的110 kV分段110斷路器運行狀況不清楚，不能在該點進行同期并網(wǎng)，使得正常運行的#2發(fā)電機被迫解列，以騰空110 kV SZⅡ回線斷路器進行同期并網(wǎng)操作。

（6）調(diào)度主站調(diào)度運行管理系統(tǒng)未將系統(tǒng)頻率展示在調(diào)控員界面上，致使調(diào)控員不能監(jiān)視頻率變化，對事件處理決策有一定影響。

（7）對于網(wǎng)內(nèi)小電源對電網(wǎng)故障條件下的影響欠缺深入研究，應(yīng)對手段匱乏，應(yīng)對經(jīng)驗不足。

4 總結(jié)與建議

以本次事件為例，針對類似問題并結(jié)合實際情況，本文提出了一種省、地、廠協(xié)同處置機制與建議，以應(yīng)對相關(guān)事故處置：

（1）不同等級調(diào)度機構(gòu)之間應(yīng)建立快速、有效的聯(lián)動事故處置機制，當故障網(wǎng)區(qū)內(nèi)存在多級調(diào)度機構(gòu)共管廠站時，形成孤網(wǎng)時應(yīng)啟動快速響應(yīng)措施，不再進行申請調(diào)度權(quán)等可能會耽誤事故處置的行為，可直接對電廠進行越級調(diào)控。

（2）在安排計劃工作時，應(yīng)充分考慮檢修方式下是否存在設(shè)備N-1后因區(qū)域電源穩(wěn)定住了孤網(wǎng)，導(dǎo)致備自投無法動作的情況，提前制定孤網(wǎng)處置預(yù)案，第一時間恢復(fù)并入主網(wǎng)。

（3）經(jīng)過此次事件，需要對調(diào)控員和變電站值班人員的技能提出更高的要求，要充分熟悉管轄范圍內(nèi)的相關(guān)設(shè)備以及各種故障情況下的操作，對調(diào)管范圍內(nèi)的并網(wǎng)點與合環(huán)點應(yīng)做好標識與管理。

（4）調(diào)度機構(gòu)應(yīng)提前制定相關(guān)規(guī)范，當電廠在處于極端事故中（如孤網(wǎng)）時，應(yīng)充分評估設(shè)備狀態(tài)與電網(wǎng)安全的重要性差異，按現(xiàn)場規(guī)程或調(diào)度規(guī)程進行操作，例如當電壓較高影響機組設(shè)備安全時，是否可以自行操作將機組解列。

（5）調(diào)度機構(gòu)應(yīng)常態(tài)化梳理調(diào)管區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)負荷量、電源容量、備自投動作邏輯等，避免出現(xiàn)故障后區(qū)域電網(wǎng)已實際形成孤網(wǎng)卻錯誤判斷為區(qū)域電網(wǎng)已失壓的情況，造成事故處置的滯后。

本文從事件的基本情況、整個事件的發(fā)展以及處置過程等方面詳細分析了本次事件，同時從各個方面總結(jié)了事件發(fā)生的原因，并針對各個環(huán)節(jié)存在的問題有針對性地提出了事故處置建議，本文所介紹的事件和相關(guān)處置過程中存在的不足可為類似故障事件的處置提供參考和借鑒。