2012年7月30和31日，印度北部連續(xù)發(fā)生兩次重大停電，使有史以來世界上發(fā)生過的重大停電（每次負(fù)荷損失≥800萬千瓦）由23次增加到25次。印度北部在2001年1月2日曾發(fā)生一次重大停電,一是電源/電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理；二是繼電保護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)用不當(dāng)。11年后同樣的北部結(jié)構(gòu)基本相同，圖1顯示北網(wǎng)和東網(wǎng)之間，和一回直流聯(lián)絡(luò)線并聯(lián)的交流線路,由6回40萬伏線增到8回，兩回22萬伏線增到3回；故障起因同樣是這些聯(lián)絡(luò)線/變電站發(fā)生故障,負(fù)荷轉(zhuǎn)移連鎖跳閘,后又失穩(wěn)振蕩全停，所以最近兩次印度北部重大停電的起因、問題和過去的一次基本相同。
世界重大停電大多經(jīng)歷兩個(gè)階段：第一階段是在龐大、不可控的自由聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)上一旦單一跳閘,即自然造成負(fù)荷轉(zhuǎn)移,使不合理設(shè)計(jì)/整定的繼電保護(hù)不斷地“連鎖跳閘”，直到重負(fù)荷轉(zhuǎn)移到已變?yōu)楦咦杩孤?lián)絡(luò)系統(tǒng)，整個(gè)交流電網(wǎng)就失穩(wěn)振蕩。第二階段是受振蕩影響的線路和發(fā)電機(jī)也由不合理設(shè)計(jì)/整定的繼電保護(hù)“連鎖跳閘”，使系統(tǒng)瓦解為很多缺電弧島，最終大停電。印度這三次重大停電的經(jīng)歷是基本相同的。
世界上對系統(tǒng)安全穩(wěn)定和防止大停電有兩個(gè)不同的準(zhǔn)則，第一個(gè)是北美電力可靠性委員會(huì)的1997年《NERC規(guī)劃準(zhǔn)則(NERC PLANNING STANDARDS)》，它對“電源/電網(wǎng)結(jié)構(gòu)”沒作任何規(guī)定。只當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行異常時(shí)規(guī)定“當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)定的搖擺時(shí)，發(fā)電和輸電的繼電保護(hù)應(yīng)避免跳閘”；實(shí)際上就要在失穩(wěn)時(shí)將發(fā)電機(jī)和線路都“連鎖跳閘”；結(jié)果就是將系統(tǒng)瓦解而大停電,印度就是執(zhí)行了北美準(zhǔn)則而得到的后果。
第二個(gè)準(zhǔn)則是中國1981年頒發(fā)的現(xiàn)行《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，首先規(guī)定了安全可控的（分層）（分區(qū)）“交/直流電網(wǎng)結(jié)構(gòu)”，和（分散外接電源的）點(diǎn)對網(wǎng)“電源結(jié)構(gòu)”，使電網(wǎng)難以發(fā)生失穩(wěn)振蕩。即使萬一發(fā)生，又規(guī)定了三道防線：當(dāng)線路故障跳閘引起負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)，從保護(hù)/穩(wěn)控技術(shù)和無功功率儲(chǔ)備上避免“連鎖跳閘”，使系統(tǒng)難以失穩(wěn)；即使失穩(wěn)時(shí)，全部線路和絕大多數(shù)發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)都不應(yīng)也不會(huì)“連鎖跳閘”，系統(tǒng)都會(huì)在短時(shí)內(nèi)恢復(fù)同步運(yùn)行，避免出現(xiàn)大停電。所以，三十一年來中國（除臺(tái)灣一次外）都完全防止了重大停電。
2.世界重大停電
印度事故后,全世界總計(jì)發(fā)生了25次電網(wǎng)重大停電（每次損失≥800萬千瓦）（詳見表1——編者注）。
印度是南亞地區(qū)最大的國家，截止2011年擁有人口12.1億, 電力裝機(jī)容量為2億千瓦，而且面積廣大達(dá)3,287,590平方公里。這兩次事故，分別使3.7/6.7億人受停電影響，是世界上影響停電人口最多的重大停電。從重大停電造成的負(fù)荷損失計(jì)算,電力容量占世界首位的美國重大停電最嚴(yán)重，發(fā)生6次，負(fù)荷損失共15142萬千瓦；印度發(fā)生3次，共損失8795萬千瓦，列第三位。中國電力容量占世界第二位,除臺(tái)灣一次外,從不發(fā)生重大停電,繼續(xù)貫徹中國《導(dǎo)則》規(guī)定的電源/電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)的經(jīng)驗(yàn),對當(dāng)前“三華特高壓聯(lián)網(wǎng)” 的決策非常重要,而且對世界有所貢獻(xiàn)。
3. 造成印度三次重大停電的電源/電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)問題
為什么印度發(fā)生了三次重大停電？
(1) 全國交流聯(lián)網(wǎng)，破壞了直流聯(lián)網(wǎng)的安全作用。印度有5個(gè)電網(wǎng),但北部三個(gè)(北網(wǎng)、東網(wǎng)、東北網(wǎng))和西網(wǎng)都直接以多回交流40/22萬伏線路聯(lián)在一起，只有一回直流，可稱強(qiáng)交弱直，基本合成為一個(gè)交流同步網(wǎng)。任一處發(fā)生故障或失穩(wěn)振蕩，就會(huì)連鎖反應(yīng)波及交流相聯(lián)的全部電網(wǎng)。印度南網(wǎng)和相鄰電網(wǎng)的聯(lián)接也不單純用直流，也并列交流22萬伏線路，可稱強(qiáng)直弱交，也有故障/振蕩連鎖反應(yīng)的危險(xiǎn)。
按圖5所示的中國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)所示六大區(qū)基本都僅用直流聯(lián)網(wǎng)，就完全避免連鎖反應(yīng), 很安全，是不會(huì)發(fā)生重大停電的原因之一。
(1) 捆在一起的電源/輸送網(wǎng)路結(jié)構(gòu)造成全停的危險(xiǎn)。
圖1可見發(fā)生三次重大停電的東網(wǎng)將電源都捆在一起，又將所有11回交流和一回直流線路都并列的捆在一起東電西送。一旦線路或變電站故障跳閘，負(fù)荷立即轉(zhuǎn)移到并列的回路又過負(fù)荷跳閘，這樣的連鎖反應(yīng)最后會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)失穩(wěn)振蕩。
中國《導(dǎo)則》有“分散外接電源”的規(guī)定,如圖2所示,外接電源都應(yīng)以“點(diǎn)對網(wǎng)” 的方式輸電，任一外送電源/線路故障，負(fù)荷不會(huì)轉(zhuǎn)移引起連鎖反應(yīng),只損失少數(shù)電力，不影響全網(wǎng)安全。
(2)印/美的保護(hù)方式易發(fā)生過負(fù)荷跳閘。
世界最嚴(yán)重的2003年美加大停電，在線路故障跳閘而將負(fù)荷轉(zhuǎn)移到并列的線路時(shí)，很易造成距離保護(hù)過負(fù)荷跳閘，圖3就
表達(dá)了跳閘的過程，負(fù)荷轉(zhuǎn)移時(shí)，不但增有功而且增無功電力，使美/印應(yīng)用的方向阻抗易過負(fù)荷跳閘。
我國(圖4)從保護(hù)技術(shù)上有很強(qiáng)的防止負(fù)荷轉(zhuǎn)移“連鎖跳閘”能力，作為后備的距離保護(hù)原理，由易過負(fù)荷誤動(dòng)的方向阻抗圓改進(jìn)為四邊形等措施并縮短其保護(hù)范圍，以防止過負(fù)荷“連鎖跳閘”，線路永久性故障時(shí)，切除部分送端機(jī)組以降低剩余線路的過負(fù)荷，基本解決了負(fù)荷轉(zhuǎn)移“連鎖跳閘”問題。
(3)對系統(tǒng)失穩(wěn)振蕩的兩種處理方式。
一旦振蕩，印度采用美國所謂保護(hù)設(shè)備的技術(shù)準(zhǔn)則，有關(guān)的線路都立即跳閘，結(jié)果送端發(fā)電機(jī)組頻率過高都跳閘，受端發(fā)電機(jī)組頻率崩潰也全停，結(jié)果是全網(wǎng)崩潰大停電。這就是2001年1月2日印度北部電網(wǎng)大停電的原因，2012年負(fù)荷大增，同樣的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)移、連鎖反應(yīng)更為嚴(yán)重，從電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)基本原理上,如不改用中國《導(dǎo)則》的經(jīng)驗(yàn)作重大改革，還將再發(fā)生更嚴(yán)重的重大停電災(zāi)難。
中國《導(dǎo)則》規(guī)定的“第三道防線”, 一旦失穩(wěn)，所有線路和絕大多數(shù)發(fā)電機(jī)都不跳閘，短時(shí)內(nèi)即自動(dòng)恢復(fù)同步運(yùn)行，避免了大停電。下面論述的2006年7月1日華中電網(wǎng)事故就典型實(shí)例。
4. 世界重大停電實(shí)踐和中國的安全經(jīng)歷
為什么印度電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)基本原理上存在重大停電危險(xiǎn)？還得從北美電網(wǎng)發(fā)展的歷史說起。1965年11月9日發(fā)生全世界第一次北美紐約重大停電，美加兩國決定于1966年成立北美電力可靠性委員會(huì)(NERC)，以解決大停電問題。然而至今美加都沒能合理解決造成大停電的系統(tǒng)(電源/電網(wǎng))結(jié)構(gòu)問題，例如《NERC規(guī)劃準(zhǔn)則(G12, 1997)》根本沒有對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃作具體規(guī)定，只對系統(tǒng)運(yùn)行、繼電保護(hù)等提出不合適的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果使美加共發(fā)生嚴(yán)重的10次重大停電。特別是NERC成立37年后發(fā)生了世界上最嚴(yán)重的2003年美加大停電,即由美加兩國組成工作組發(fā)表了三個(gè)報(bào)告,包括NERC的技術(shù)分析報(bào)告都根本沒有分析造成事故的關(guān)鍵是電源/電網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題,既然不承認(rèn)結(jié)構(gòu)是問題,所以多年來仍讓各個(gè)電力公司自由發(fā)展。
然而美國電科院和直流聯(lián)網(wǎng)（DC Interconnect）公司在2008年1-2月IEEE Power & Energy期刊發(fā)表報(bào)告，研究了美歐多次重大停電，建議在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上將美國東部網(wǎng)(EI - 7.55億千瓦)應(yīng)用直流隔離分為四個(gè)交流區(qū)，同時(shí)也適用于美國西部網(wǎng)(WI - 2億千瓦) 和西歐(5.3億千瓦), 這可以說是美歐在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上解決重大停電的起步策略，但至今尚不知NERC是否確認(rèn)？政府部門是否關(guān)注？2007年CIGRE在日本大阪召開的電網(wǎng)會(huì)議時(shí)，美國電科院Dr. Ram Adaba 聽到我國系統(tǒng)發(fā)展策略報(bào)告后，主動(dòng)問及我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)并得到有關(guān)資料，可能對它們有關(guān)的分區(qū)結(jié)構(gòu)建議有所幫助。
上世紀(jì)70年代末，我國電力部工作組為了解決文革當(dāng)時(shí)的210次電網(wǎng)事故，不僅調(diào)查分析國內(nèi)事故，還對全世界大停電、特別對1965年北美大停電認(rèn)真研究，認(rèn)為：“連鎖反應(yīng)造成大停電的原因——不受控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)” ，所以制定了《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》和《繼電保護(hù)四統(tǒng)一》標(biāo)準(zhǔn)。
改革開放以來，按《導(dǎo)則》建立了可靠的交/直流“分層”“分區(qū)”的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分散外接電源的電源結(jié)構(gòu)和三道防線，系統(tǒng)失穩(wěn)可能偶而局部發(fā)生，但不致瓦解或大停電；而且由于區(qū)間主要為直流聯(lián)網(wǎng)，任一區(qū)故障或失穩(wěn)都不會(huì)波及鄰區(qū)，這就是中國的經(jīng)驗(yàn)。為此, 作者在1988年國際大電網(wǎng)CIGRE 會(huì)議上作了5次大會(huì)發(fā)言，并特別在“系統(tǒng)可靠性”會(huì)發(fā)言，世界聞名的美國Dr. Chares Concordia 認(rèn)為這是用了簡單的方法解決了復(fù)雜的問題，并即時(shí)邀請參加CIGRE 38.03 “電力系統(tǒng)可靠性分析”工作組。在2004 CIGRE大會(huì)也作了5次大會(huì)發(fā)言，特別是針對2003年美加大停電報(bào)告后即時(shí)發(fā)言，稱“1965年紐約大停電就是保護(hù)誤動(dòng)，在自由聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)連鎖跳閘，造成失穩(wěn)又誤動(dòng)而瓦解。38年后同樣過程又發(fā)生2003年美加大停電，中國早已解決這個(gè)問題”。在2004年紐約IEEE PES電網(wǎng)大會(huì)，作者曾針對2003年美加大停電，提交中國經(jīng)驗(yàn)的論文和作報(bào)告，并對NERC指派來訪的工程總監(jiān)建議：“電網(wǎng)過大宜再分區(qū)，令線路和大部發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí)不跳閘，即可避免大停電”。
5.中國的典型電網(wǎng)事故實(shí)例
圖5表示中國歷史上最嚴(yán)重的2006年7月1日華中電網(wǎng)事故，這個(gè)實(shí)例表明在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)上為什么造成失穩(wěn)和怎樣防止重大停電？
《導(dǎo)則》明確規(guī)定“分層”，指不同電壓線路不能并列運(yùn)行（電磁環(huán)網(wǎng)）,但華中電網(wǎng)違反規(guī)定，使結(jié)構(gòu)上構(gòu)成失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。事故起因是50萬伏雙回線進(jìn)口保護(hù)先后誤動(dòng)作跳閘，原線路的178萬千瓦負(fù)荷轉(zhuǎn)移到22萬伏電網(wǎng)的7回線，由于嚴(yán)重過載及對樹短路，保護(hù)相繼跳開其中4回線，最后通過3回22萬伏線路由同為50萬伏的北部網(wǎng)向南部網(wǎng)送電，造成全網(wǎng)失穩(wěn)振蕩。但我國線路在失穩(wěn)振蕩時(shí)都不跳閘，使南北部幾秒內(nèi)即恢復(fù)同步運(yùn)行，防止了重大停電。
華中失穩(wěn)沒有波及西北、華南和華東，因?yàn)閰^(qū)間是直流聯(lián)網(wǎng)。但錄波證明華北和華中間的交流聯(lián)網(wǎng)不僅促成華中電網(wǎng)的失穩(wěn)，而且拖延了恢復(fù)再同步的時(shí)間，因此區(qū)間應(yīng)只采用直流聯(lián)網(wǎng)。
《導(dǎo)則》規(guī)定所有線路和大多數(shù)發(fā)電機(jī)在失穩(wěn)時(shí)都不“連鎖跳閘”,保持完整性，全網(wǎng)在短時(shí)內(nèi)都拉入同步，恢復(fù)運(yùn)行，防止大停電。但少數(shù)發(fā)電機(jī)尚未嚴(yán)格執(zhí)行導(dǎo)則而仍然跳閘,造成電力損失380萬千瓦，相當(dāng)原負(fù)荷的6.3%,不到重大停電的一半。
中/美/印事故在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和保護(hù)上的差別：(1)美/印結(jié)構(gòu)一旦故障即連鎖反應(yīng)跳閘而失穩(wěn), 整個(gè)交流網(wǎng)瓦解；華中因“電磁環(huán)網(wǎng)”失穩(wěn),不波及僅直流聯(lián)網(wǎng)各鄰區(qū)。(2)美/印電網(wǎng)一旦失穩(wěn)，有關(guān)線路、發(fā)電機(jī)皆跳閘，瓦解全停；華中電網(wǎng)失穩(wěn)，線路和大部發(fā)電機(jī)都不跳閘，很快拉入同步，自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。
印度搬用美國結(jié)構(gòu)和保護(hù)技術(shù)帶來了重大停電，如應(yīng)用中國經(jīng)驗(yàn)就可避免。
6．結(jié)語
印度重大停電的關(guān)鍵首先是電網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題，雖然已分為5個(gè)網(wǎng)區(qū)，但都不像中國的區(qū)間僅用直流聯(lián)網(wǎng)，正常時(shí)既可互相交換電力，但事故時(shí)都不會(huì)將故障或失穩(wěn)振蕩連鎖反應(yīng)到鄰區(qū)，這才是安全分區(qū)的主要目的。但印度各網(wǎng)區(qū)間的互聯(lián)除了直流外、還有交流，就完全失去了區(qū)間僅以直流聯(lián)網(wǎng)的安全作用。印度電力部長辛德在大停電后表示,“2014年印度電網(wǎng)將全部實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互濟(jì),屆時(shí)這種停電不會(huì)再出現(xiàn)”。其實(shí)現(xiàn)在印度就已全國聯(lián)網(wǎng),重大停電的關(guān)鍵問題是仍然用交流聯(lián)網(wǎng)。
印度另一個(gè)重大問題就是電源結(jié)構(gòu)問題，如東區(qū)所有電源都捆起來, 然后通過捆起來的8回40萬伏、3回22萬伏交流線路和1回±50萬伏直流線路并列東送，結(jié)果是任一處故障，負(fù)荷不斷轉(zhuǎn)移到鄰線，連鎖反應(yīng)跳閘，直至造成失穩(wěn)振蕩，又按美國繼電保護(hù)方式全部跳閘, 而最后全部中斷。但中國《導(dǎo)則》規(guī)定的分散外接電源，俗稱電源“點(diǎn)對網(wǎng)”的幅射性方式，也就是遠(yuǎn)方的電廠以獨(dú)立的線路向負(fù)荷中心送電。一旦線路故障跳閘，負(fù)荷不會(huì)轉(zhuǎn)移，僅損失少數(shù)電力，不會(huì)造成大問題。
?。ㄗ髡邽樵娏Σ可a(chǎn)司教授級高工， 國際大電網(wǎng)委員會(huì)CIGRE和美IEEE會(huì)員）
