世界电网大停电的经验蒙定中
世界电网大停电的经验蒙定中
世界电网大停电的经验蒙定中2019年11月，全球多个地区相继发生了大规模电网故障，造成了广泛的停电和崩溃。
有人称之为“全球化黑暗时代的到来”，更有人将其看作是严峻的警醒。
那么，当电网停电时，我们应该采取哪些应对措施呢？在未来的灾害中，我们能够从中汲取哪些经验教训呢？电网大停电带来的影响一旦发生电网大停电，将会对社会各个领域造成广泛影响，包括以下几方面：1.交通运输：交通信号灯、铁路交通、航空交通等将停摆，交通瘫痪。
2.通讯：电话、网络、电视等所有现代化的通讯方式都将无法正常运作，导致信息传播受阻。
3.医疗：所有医疗器械、手术室等都将失去电力支持，医院无法正常工作。
4.经济：生产、销售、金融等领域将无法正常运作，造成严重的经济损失。
5.其他：停电还可能带来诸如人员困在电梯内、停车场卡在车内等其他与生活紧密相关的问题。
经验教训从多个地区停电的情况来看，一次电网大停电将导致多种问题，并对社会和个人生活带来巨大影响。
因此，我们应该积累相关的经验教训，以便在未来电网出现问题时，能够更加迅速和有效地应对。
整体应急预案当电网出现大规模停电时，应急预案的重要性不言而喻，但预案必须是在实践中检验过的，才能更好地发挥作用。
在预案中应该包括所有情况的处理措施及具体步骤，医院、有关部门、政府以及民间组织等都应制订专门的应对计划。
依靠物理储备现代社会需要大量的电力支撑，国家和个人都应有足够储备。
例如，国家应设立一些大型储能电站，以应对电力的不足，在停电情况下，这些物理储备可以大大缓解电力短缺的问题。
永续性应当充分利用可再生能源，去年全球新安装的可再生能源占新增装机容量的72%以上，这表明人们对可再生能源的需求正在增加。
在应对能源不足的情况下，使用可再生能源可以确保电力供应的永续性，并降低对化石燃料的依赖水平。
科技进步和创新未来，随着科技进步的推进，电力和电力网络设施的可靠性，灵活性，智能化水平都将不断提高。
例如，人工智能、大数据和云计算等技术必将在应对这种问题时发挥重要作用。
8.14美加大停电事故原因分析及启示
8.14美加大停电事故原因分析及启示美加大停电事故原因作初步分析（1）电网结构方面北美电网包括三个独立电网①东部互联电网,包括美国东部的地区和加拿大从萨斯喀彻温省向东延伸至沿海省份的地区②西部互联电网,包括美国西部的地区不含阿拉斯加州和加拿大阿尔伯达省、不列颠哥伦比亚省以及墨西哥的一小部分③相对较小的德克萨斯州电网。
这三个互联系统在电气上相互独立,通过少数几条输送容量较小的直流联络线相连。
这次发生大面积停电事故在东部地区。
被认为造成大停电的主要导火线是包括底特律、多伦多和克利夫兰地区的Erie 湖大环网，沿该环网流动的潮流经常无任何预警地发生转向，造成下方城市负荷加重。
此次系统潮流突然发生转向时，控制室的调度员面对这一情况束手无策。
（2）电网设备方面美国高压主干电网至少已有四五十年的历史，一些早期建设的线路及设备比较陈旧，而更新设备又需要大量资金投入。
投资电网建设的资金回报周期长、回报率低。
例如在20世纪90年代，投资发电厂资金回报率常常在12%~15%，而投资输电线路只有8%左右。
因此，只有当供电可靠性问题非常严重，或是供电要求迫切时，电力公司才会考虑投资修建输电线路。
另外，环保方面的限制也增加了输电线路建设的难度。
（3）电网调度方面由于没有统一调度的机制，各地区电网之间缺乏及时有效的信息交换，因此在事故发展过程中，无法做到对事故处理的统一指挥，导致了事故蔓延扩大。
国际电网公司（ITC）追踪到大停电以前1h 5min的数据，认为如果能够早一点得到系统发生事故的一些异常信号，就可能及时采取应急措施，制止大停电事故的发生。
（4）保护控制技术方面美国电网结构复杂，容易造成运行潮流相互窜动，增加了电网保护、控制以及解列的难度。
这次停电事件中，在事故发生初期FE与AEP公司的多条联络线跳闸（有些在紧急额定容量以下），对事故扩大起到推波助澜的作用。
NERC在对事故记录的调查中发现许多“时标”不准确，原因是记录信息的计算机发生信息积压，或者是时钟没有与国家标准时间校准。
大停电事故及其教训讲解
主讲人：王大亮（国网长春供电公司）
美加8.14大面积停电事件 ：
美国东部时间（EDT）2003年8月14日下午16点11
分，以北美五大湖为中心的地区发生大面积停电 事故，包括美国东部的纽约、密歇根、俄亥俄、 马萨诸塞、康涅狄格、新泽西州北部和新英格兰 部分地区以及加拿大的安大略等地区。这是北美 有史以来最大规模的停电事故。停电涉及美国整 个东部电网，事故中至少有21 座电厂停运，停电 持续时间为29h，损失负荷61800MW。约5000万人 受到影响，地域约24000平方千米，其中纽约州 80%供电中断。
莫斯科大停电事件 ：
事故的直接原因是气温高，用电负荷大幅增长，
线路过负荷跳闸引起连锁反应，线路相继跳闸， 导致大面积停电。前一天运行40多年的变电站电 流互感器爆炸起火，造成220 kV线路停运，负荷 改110kV线路带是过载的直接原因。而设备运行维 护不当造成电流互感器爆炸是事故发生的导火索。 引起事故的恰吉诺变电站建于1963年，设备均已 老化。且电网处于超负荷运行状态，运行人员也 未引起注意，缺乏严格的操作规程约束及协调手 段。
大停电事故的启示：
任意坚强的网络都存在较薄弱的运行方式和 严重的运行状态； 跟踪运行方式和适应运行状态的实时控制系 统是不可缺或的； 分散安装、独立动作的自动装置可能保护电 网，也可能切跨电网； 电网主网架结构的不安全，是大停电事故的 直接原因； 电网的无序解列、开断造成了恢复的困难。
可吸取的教训： 元件的故障或扰动，在局部系统内部采取措施来 消除影响，不使其扩散到局部系统外； 区域系统之间输电断面上的故障，切除故障元件 后尽量保持输电断面的完整性； 反应元件运行异常的保护应与系统的安全自动装 置协调动作，保证网络连接的强壮性，尽量满足 输电能力与输电需求的平衡，切不可独立、无序 乱动； 互联系统失稳后，应按功率尽可能平衡的原则有 序解列，避免大面积停电，并有利快速恢复。
大停电事故及其教训
事故经过与影响
事故经过
详细描述事故发生的时间、地点、涉 及范围以及事故发展的过程。
影响分析
分析停电事故对当地居民生活、经济 发展、社会秩序等方面的影响，包括 电力供应中断、交通受阻、通讯中断 等方面。
事故原因分析
直接原因
01
分析导致停电事故发生的直接原因，如设备故障、自然灾害、
人为操作失误等。
间接原因
加大投资力度，定期检查、维修和更 换老旧设备。
提升预警与应急响应能力
建立完善的预警系统，加强应急演练 和培训。
加强调度与监控
引入先进技术，实时监测电网运行状 态，提高调度水平。
优化电网结构
合理规划电网布局，提高电网的稳定 性和可靠性。
05 结论与建议
对大停电事故的认识总结
事故原因
大停电事故通常由极端天气、设备故障、人为错误等因素引起， 需要深入分析具体原因，采取针对性措施。
02
探讨事故发生的深层次原因，如电网结构不合理、设备老化、
应急处置不当等。
根本原因
03
Байду номын сангаас
从管理层面、技术层面和制度层面深入剖析事故发生的根本原
因，并提出相应的改进措施。
03 大停电事故的教训与反思
电力系统安全的重要性
01
02
03
保障社会经济稳定
电力是现代社会的基石， 大停电事故对经济和社会 造成巨大影响，凸显了电 力系统安全的重要性。
透明度与沟通
加强与公众的沟通与交流，及时发布相关信息，提高电力系统的透明度，增强 公众对电力系统的信任和支持。
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国际大停电事故原因比较分析
大停电事故及其教训
2003.9.1
马来西亚
马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。
一、国际大停电事故及其教训（2）
美国发生的其它大停电事故－预防特大停电事故是对现代科学技术的挑战
事故名称
美国东北部大停电
时间
1965.11.9
后果
最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直 接经济损失达1亿美元。 停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫， 华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。
正在研究、未来可能装备电网的保护
以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，减 少系统产生的不平衡能量
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （2）
第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置 自动重合闸装置：除减少重合于永久故障时系统不平衡能量 外，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络输电能力；
7/6 B 8/8 3
F
4"
16
7"
G
图3 故障切除后过负荷保护起动,由于没有正确调整潮流或调 整慢，致使切除一个输电断面，造成大范围潮流转移
一、国际大停电事故及其教训（7）
G
D
12/10
A 12/8
G
C
G
E 3 10
6/7
3
''
4 F 低 压 减 载
12/10
4''
7/7 B 8/8 3 16
7''
争取各自平衡，尽量减少对用户的损失，维持各子网的安 全，创造并网条件。
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （4）
22 20 19.1 18 16 14 12 9.4 10 8 5 6 4 2 0
全球大停电的经验教训_G_ntherBeck
图２欧洲电力系统（２００４年）Ｆｉｇ．２Ｅｕｒｏｐｅａｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓ（２００４）收稿日期：２００７－０７－２０作者简介：ＧüｎｔｈｅｒＢｅｃｋ，男，德国人，博士，从事电力系统故障及稳定分析研究。
目前在西欧，４００ｋＶ为最高电压等级，而在亚洲大部分国家的最高等级为５５０ｋＶ，美洲最高水平为５５０ｋＶ和７６５ｋＶ。
在前苏联和日本都建造过１１５０ｋＶ的试验线路。
然而，近十几年来，电力系统的性能随网络规模和复杂性的增加而有所降低，这涉及到负荷潮流、功率振荡和电压质量问题。
图２示出西欧系统（ＵＣＴＥ）的瓶颈问题［１］。
由于电力市场改革、放松管制，造成不符合现有网络配置的合同潮流越来越多，更加重了瓶颈问题。
２２００３年大停电事件回顾和分析图３显示出大规模停电几率远高于数学建模计算值，特别是在导致停电的相关值非常大时。
造成这种结果的主要原因有：（１）系统（保护及控制系统）太过复杂；（２）不能正确测试系统；（３）缺乏维护；（４）培训不足；（５）人为失误。
２．１北美发生的大停电事件北美大停电事件开始于２００３年８月１４日，大约中午时分。
当时发现无功功率和电压问题，但这些并不是大停电的主要原因。
图４示出２００２年对该输电系统的研究结果［２］。
由此可以看出，系统负荷潮流未很好地符合设计标准（见图４所示红色“热线”）。
该图右上方所示为存在“巨大”环流且后来发生大停电事件的区域。
图１交流输电电压等级的发展Ｆｉｇ．１ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＡＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ第４０卷中国电力国外电力在大停电达到更大规模（１．８ＧＷ）之前，是有充裕的时间（１．５ｈ）采取补救措施的。
但操作人员之间缺乏沟通和信息交换，导致事件继续发展。
服务器计算机停机是事件的原因之一，致使运行人员根本没有意识到系统即将面临的风险，未及时采取断开系统或负荷跳闸等措施。
图５示出约１ｍｉｎ后的系统情况。
魁北克在这次级联事件中“幸存”的主要原因很显然是由于魁北克与受影响区域的主要连接为直流连线，这些直流连线就像一个防止级联事件发生的防火墙，可以在适当的时间和节点上断开系统。
大停电与世界电网发展规律
大停电与世界电网发展规律国网特高压六月资料简评之三（特高压之三十九）1.世界大停电的经验是否能作为新建交流特高压同步网的理由？电科院想出三个理由（六月资料“采用新技术提高驾驭大电网能力大研究”）：1)连锁故障可以用应对控制解决，可以承担特高压同步网的棋盘结构不安全风险：理由是根据2003年美加大停电的连锁故障中，有两次串级关联线路跳闸故障时隔26分钟，有足够的时间进行应对的控制，防止第二次线路跳闸。
于是得到一般的结论，连锁故障可以用应对控制解决，导致大停电连锁故障得到解决。
如果应对控制可以解决连锁故障，发展特高压同步网就没有棋盘结构的缺点（特高压同步网需要分段进行无功补偿获得电压支撑，棋盘式构架是特高压同步网固有特性，但却是发生连锁故障的结构性的重大隐患）——应对连锁故障的难点不是已知案例的控制对策，而是可能情况太多而不能预测，连锁故障是世界电力技术没有解决的难题。
2)受端电网支撑能力不够，特高压同步网可以提供坚强网架和无功电压支撑：理由是根据巴西09年11月0日大停电，外部大电源（占负荷34.5%）交直流并联输电，造成连锁故障大停电。
六月资料认为，如果受端电源足够坚强，如交流特高压和足够备用无功就可以避免巴西式的大停电。
——如果分散外部电源，使外来输电通道的最大功率小于受端负荷的门槛比值（如10—15%），即使发生故障切除某通道的输入功率，系统仍能正常运行。
3)需要统一调度的三华同步网：根据欧洲06年11月14日大停电，就是缺乏统一调度和详细可靠的事故预案。
——计算机监控系统不能避免连锁故障和大停电，世界大停电都有一定的监控系统，困难不是已知状态的控制应对，而是无法预社可能发生的各种状态。
2.国内外电网发展的历史是否说明交流特高压同步网是发展的必然？——来自国网北京经济技术研究所的六月资料“电网发展和不同输送方式比较”，认为是从电网发展规律提出了七个需要新建三华同步网的论断：1)新电压等级出现大致间隔20 ~30年，中国220KV到500KV 已经27年，应当采用1000KV 新电压等级。
世界电网大停电的经验-蒙定中
缺乏备用电源或备用电源容量不足，可能在主电源出现故障时无法及时 提供足够的电能支持，导致停电。
04
应对措施与经验教训
紧急应对措施
1 2
启动备用电源
在电网大停电发生时，首要任务是启动备用电源 ，如柴油发电机等，以保障关键设施和重要用电 单位的电力供应。
实施负荷控制
通过切断非关键负荷，优先保障关键负荷的电力 供应，以减轻电网负担，防止系统崩溃。
THANK YOU
抢修。
协调联动
相关国家和地区加强沟通协调，共 同应对大停电事件，分享抢修资源 和经验，提高恢复供电效率。
逐步恢复
在抢修过程中，优先恢复关键设施 和重要负荷的供电，然后逐步扩大 恢复范围，最终实现全面恢复供电 。
03
停电原因分析
设备故障
变压器故障
变压器是电网中的关键设备，其故障 可能导致电网电压波动或停电。常见 的变压器故障包括绝缘老化、绕组短 路等。
事件背景
01
02
03
电网结构复杂
世界电网互联规模庞大， 各国电网结构和运行方式 存在差异，使得电网运行 和维护变得复杂。
自然灾害频发
极端天气、地震等自然灾 害对电网设施造成严重破 坏，引发大停电。
人为因素
人为操作失误、恶意攻击 等行为也可能导致电网故 障，进而引发大停电。
停电范围及影响
停电范围
01
3
加强设备巡检
组织专业人员对电网设备进行全面巡检，及时发 现并处理故障隐患，确保设备安全稳定运行。
长期改进措施
完善电网结构
通过加强电网建设，优化电网结构，提高电网的供电能力和抗干 扰能力。
提升设备性能
采用先进技术和设备，提高电网设备的运行效率和稳定性，降低 故障率。
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事故
21
在分析国内事故和国外大停电(包括1965年北美 大停电)的基础上：
一 是抓电网稳定和电网结构 • 1981年李鹏亲自主持大连全国电网稳定会
议，颁发了电力系统安全稳定导则 • 1984年电力部又颁发了电力系统技术导则
二 是抓继电保护
全国实行了“四统一”，发展全新保护设备全 国使用，贯彻“系统完整性”原则，效果显著
主要原因和1965年北美大停电相同 • 首先是无功严重不足、电压低，无低压减载、线
路输送电流(特别是无功)增大，三回碰树跳闸 • 距离保护(Z3)过负荷(关键是负荷转移使无功损耗
突增)跳闸，断开多回线路 • 因自由电网结构具有负荷转移的问题而使全网发
生失步振荡，自由联网范围愈大，波及愈大
• 又因距离保护(Z1)在失步振荡下误动作，把整个 的电网无計划的四分五裂，有的频率过高、有
• 按我国继电保护四统一原则发展的这种保 护，必须判别 线路有故障电流突变才起 动，才短时允许两侧电流比较、在判别为 内部故障时才允许跳闸
• 但ABB 却无这样保证可靠性 的重要环节 ABB保护长时比较两侧电流差别、一旦通 道或任一元 件异常都可能误动
817万千瓦
1994年中国南方电网瓦解 -
173万千瓦
1996年7月美西部大停电 -
1,058万千瓦
1996年8月美西部大停电 -
3,050万千瓦
2003年意大利大停电
-
1,421万千瓦
2003年美加大停电
-
7,000万千1 瓦
国外重大事故之一：1965年北美大停电
2
国外重大事故之二：1978年法国电压崩溃
3
国外重大事故之三：1982年魁北克大停电
4
国外重大事故之四：1982年瑞典电压崩溃
5
国外重大事故之五：1987年东京电压崩溃
6
国外重大事故之六：1996年美WSCC大停电
7
国外重大事故之七：1996年美WSCC大停电
8
国外重大事故之八：2003年意大利大停电
9
国外重大事故之九：2003年美加大停电
• 第二阶段：为甚么会发生大停电？ - 一旦失稳，如果事先没有“保持系统完整性” 的安排，在振荡周期短时、距离保护(Z1)陆续 动作，使系统四分五裂；很多发电机组也因振 荡跳闸,无计划分裂小区因缺电源而大停电 - 一旦失稳，如能“保持系统完整性”，多年实 践证明、系统将会在短时内再同步，这是迅速 恢复系统正常运行，避免大停电的最佳办法20
“As the Figure shows, this frequency unbalance and the accompanying power swing -------”
“Between 16:10:38 & 16:10:41, the power surge caused -”
Final Report on the August 14, 2003 Blackout (April
全国贯彻上述导则，和保护四统一后，稳定事 故大大减少；从此防止了整个大区范围的大停电
22
建立分层分区的合理电网结构
23
24
2006年7月1日华中电网事故
25
直接引起事故的原因
• 20：47分，河南嵩郑500kV双回线 先后跳闸, 原因就是采用了不可靠的国外 ABB 保护 – 光纤通道的分相电流差动
Northeast entered a period of transient instability nchronism.”
14
15
16
17
大停电的发展规律
• 大多数都发生在自由联网的电网结构，负 荷可经电网向另一电网任意传送
• 所有的大停电都经厉过类似的不受控制的 连锁反应，结果都使电网四分五裂,自由联 网结构的要害是负荷转移，必然促进恶性 循环, 发展规律如下：
二. 防止电网大停电的经验
1.经验之一:建立合理的AC/DC电网结构
复杂自由联网是构成了负荷可转移，促成连锁 反应,导至电压崩溃,失稳振荡的基础条件，所以 必须建立合理电网结构、奠定安全稳定基础
1.1 中国的电网结构
上世紀七十年代国内电网稳定事故严重：
• 稳定破坏(功角)
• 频率崩溃
• 电压崩溃
电力部组成工作组分析上述事故和国外大停电
2004)
“ This was a power surge of large magnitude -------”
“ As the Figure shows, the power swing resulted ------ ”
“ ----line trip at 16:10:38, EDT was the point when the
的频率过低，结果造成大停电
10
11
2003年8月美加大停电- 负荷转移
12
13
Interim Report: Causes of the August 14th Blackout
(November 2003)
“This was a transient frequency swing,------”
一. 世界电网大停电的规律
重点分析了近四十年来世界上最严重、又典型的
十次电网大停电(总负荷损失21,206万千瓦)：
1965年北美大停电
- 损失 2,100万千瓦
1978年法国电网电压崩溃 -
2,900万千瓦
1982年加拿大魁北克大停电-
1,547万千瓦
1982年瑞典电压崩溃
-
1,140万千瓦
1987年日本东京电压崩溃 -
是预设的解列点(自由联网根本无法设解 列点)，系统四分五裂，结果发电、用电 不平衡，最后大停电
19
各国电网大停电规律的归纳：
• 第一阶段：为甚么会发生稳定破坏？ - 自由联网的电网结构是构成负荷可转移，促成 连锁反应,导至电压崩溃,失稳振荡的基础条件 - 设定继电保护(原理和整定)思路不当,特别在 低电压下不能防止过负荷误动,促成连锁反应
- 线路过负荷(低电压下)跳闸或故障(如碰 树)跳闸，负荷转移到并联的线路，特别 增大无功损耗、电压下降，更易连锁反应 引起更多线路过负荷跳闸和更大负荷转18 移
- 大量的负荷转移且叠加在联系阻抗增大的 回路上，由於无功损耗突增，系统又无紧 急的动态无功储备，引起电压崩溃
- 同样原因，同时或继而引起稳定破坏 - 距离保护在失步振荡时跳闸，断开的都不