山西電網(wǎng)運行安全風險分析

李國寶，劉新元，楊尉薇

（1.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

0 引言

電能應用惠及天南海北，電網(wǎng)風險危及千家萬戶。依據(jù)國家能源局印發(fā)的《電網(wǎng)安全風險管控辦法（試行）》，電網(wǎng)企業(yè)及其電力調度機構、發(fā)電企業(yè)、電力用戶在電網(wǎng)安全風險管控中負主體責任，國家能源局及其派出機構負責電網(wǎng)安全風險管控工作的監(jiān)督管理。為能明確監(jiān)辦履行電網(wǎng)安全風險管控職責方向，為履行電力企業(yè)安全風險管控的主體責任，為防范電網(wǎng)運行風險，對山西電網(wǎng)目前運行網(wǎng)架進行安全風險分析。

1 山西電網(wǎng)現(xiàn)況

山西電網(wǎng)位于華北電網(wǎng)西部，是典型的電力外送型電網(wǎng)，分別與華北、華中、華東電網(wǎng)存在電力聯(lián)系。山西電網(wǎng)與華北電網(wǎng)通過大房3回、神保雙回、陽桂雙回、潞辛雙回4個通道共9回500 kV線路相聯(lián)；通過1 000 kV特高壓交流長南線實現(xiàn)華北、華中電網(wǎng)水火互濟；通過±800 kV雁淮直流與華東電網(wǎng)相聯(lián)。

2017年，山西500 kV電網(wǎng)形成了“三縱四橫”的網(wǎng)架結構?！叭v”貫穿山西南北，是山西北電南送的主通道，包括雁同—明海湖—五寨—固賢—呂梁—稷山—運城單雙混合線路；朔州—云頂山—龍城—晉中—霍州—臨汾—桐鄉(xiāng)—運城單雙混合線路；雁同—神二—忻州—侯村—福瑞—晉中—榆社開閉站—久安—長治—晉城雙回線路?！八臋M”聯(lián)系京津唐冀電網(wǎng)，是國家西電東送的主通道，包括河曲電廠—五寨—朔州—神二—神保雙回線路；云頂山—侯村—陽泉單雙混合線路；呂梁—霍州—晉中—榆社開閉站—久安—潞城開閉站單雙混合線路；稷山—臨汾—海會—晉城單雙混合線路。

按照供電分片劃分，山西電網(wǎng)分為大同、忻朔、中部、南部4大供電區(qū)，其中忻朔電網(wǎng)包括忻州市和朔州市電網(wǎng)，中部電網(wǎng)包括太原市、陽泉市、呂梁市、晉中市電網(wǎng)，南部電網(wǎng)包括臨汾市、運城市、長治市、晉城市電網(wǎng)。

山西電網(wǎng)的電源與負荷分布不平衡，北部地區(qū)電源較集中，而負荷集中在中南部地區(qū)。北部、中部電網(wǎng)通過朔云線、忻侯雙、寨賢雙3條通道5回500 kV線路相聯(lián)，中部、南部電網(wǎng)通過呂稷線、呂霍線、晉霍雙、榆久雙4條通道6回500 kV線路相聯(lián)。山西電網(wǎng)整體潮流呈現(xiàn)北電南送、西電東送格局。

2 山西電網(wǎng)安全風險分析

結合山西電網(wǎng)網(wǎng)架結構、運行方式及負荷水平，針對電網(wǎng)運行中存在的風險點及設備隱患進行全面梳理，重點針對發(fā)生N-1故障或發(fā)生嚴重故障（如同桿并架雙回路同時跳閘、重要輸電斷面中斷、變電站全停多重故障）時，依據(jù)《電力安全事故應急處置和調查處理條例》（見2001年頒布的中華人民共和國國務院令第599號，電力安全事故應急處置和調查處理條例），對系統(tǒng)將損失的負荷能否達到所列事故（事件）等級進行了分析。通過排查，在2017年底電網(wǎng)結構下，山西電網(wǎng)共存在二級及以上電網(wǎng)安全風險4項，其中，一級電網(wǎng)風險0項、二級電網(wǎng)風險4項。

2.1 電網(wǎng)網(wǎng)架結構存在的安全風險及其管控

2.1.1 部分地區(qū)負荷轉供能力不足，供電安全風險大

220 kV紅衛(wèi)站、兆豐I變電站、海落灣站、古交站全停，損失負荷占比較大，構成事故，達到二級電網(wǎng)風險。建議：優(yōu)化運行方式安排，檢修方式下，對供電負荷進行倒接，同時相關站配合控制負荷，防止發(fā)生全站停電事故。

2.1.2 局部主網(wǎng)網(wǎng)架結構薄弱，抵御風險的能力不足

大同電網(wǎng)裝機容量大、負荷小，并從內(nèi)蒙古京隆電廠受電，電力送出需求大，通過500 kV大房三回、神雁雙回及雁湖雙回線3個送電通道與主網(wǎng)相連。依據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》［1］，電網(wǎng)抵御嚴重故障能力不足，500 kV神雁雙N-2嚴重故障下，大同電網(wǎng)存在失穩(wěn)風險，考慮現(xiàn)有安控措施，系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定。

2.1.3 新能源并網(wǎng)容量增加及電網(wǎng)調峰能力不足給電網(wǎng)帶來新的安全風險

近年來，山西電網(wǎng)新能源裝機快速發(fā)展，新能源出力占比不斷提高。另外，隨著雁淮直流的投運，近區(qū)新能源問題日益突出。

a）新能源大發(fā)方式下，220 kV明海湖—臥龍洞雙回線、明海湖—右玉雙回線存在N-1線路過載問題。

b） 雁同、陽泉主變N-1過載及朔州主變N-1重載問題。冬季供熱期，若風電光伏大發(fā)，雁同主變不滿足N-1運行要求。大量風電集中在500 kV朔州主變近區(qū)，冬季供熱機組與風電大發(fā)方式下，朔州站主變N-1重載，系統(tǒng)運行壓力大。陽泉百萬光伏基地項目全部投產(chǎn)后，陽泉火電及光伏大發(fā)方式下，陽泉主變不滿足N-1要求。

c）由于風電、光伏等清潔能源優(yōu)先發(fā)電，部分時段需要調停網(wǎng)內(nèi)大量常規(guī)火電機組，使得系統(tǒng)轉動慣量和可調節(jié)能力逐步下降，電網(wǎng)頻率穩(wěn)定水平隨之降低，電網(wǎng)安全運行壓力也不斷加大。山西電網(wǎng)在冬季供熱期，供熱機組運行比重大，機組調峰能力嚴重不足，電網(wǎng)電力平衡異常困難，棄風、棄光壓力不斷加大。

d）雁淮直流發(fā)生換相失敗故障，近區(qū)風機存在脫網(wǎng)風險，影響電網(wǎng)安全運行。

2.1.4 機組的極端運行方式增多，電網(wǎng)運行風險增大

隨著電力市場化進程進一步深化，山西省內(nèi)發(fā)電機組基礎電量比例逐步下降，發(fā)電廠間發(fā)電量交易量進一步上升，機組開停機方式變化較大。目前，山西省供熱機組主要集中接帶在220 kV層面，冬季為保民生，供熱機組需大量投運，夏季供熱機組大量停備。電網(wǎng)極端方式給電網(wǎng)運行管控帶來新的問題，電網(wǎng)運行方式安排異常困難。北部電網(wǎng)電源集中，冬季供熱機組大發(fā)運行方式下，500 kV雁同站主變上載壓力大，存在N-1過載問題。中南部電網(wǎng)負荷較大，夏季供熱機組大量停備方式，500 kV侯村、臨汾、霍州、運城、晉城主變下載潮流大，存在N-1過載問題。

2.1.5 部分電廠升壓站處于電網(wǎng)樞紐位置，運維管控風險較大

神頭二電廠、大同二電廠承擔著向京津唐地區(qū)送電重任，是山西電網(wǎng)與華北主網(wǎng)連接的樞紐節(jié)點。同時，神二還是山西電網(wǎng)“北電南送”通道的必經(jīng)之處。神二、大二這兩個電廠在山西電網(wǎng)的戰(zhàn)略地位重要，電廠升壓站發(fā)生嚴重故障后，山西電網(wǎng)乃至華北電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行都會受到影響。目前神二、大二電廠升壓站均由電廠進行管理，設備健康水平、運行狀態(tài)、維護質量及反措落實等方面與其在電網(wǎng)中所處的關鍵地位存在一定差距，給電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行帶來一定的風險。神頭電廠、榆社一期等電廠機組已經(jīng)退役，但電廠升壓站還承擔著向電力用戶供電的任務，升壓站資產(chǎn)歸電廠所有，運行維護不到位，電網(wǎng)管理困難，用戶供電安全風險大，存在較大的安全隱患。建議加快北部電網(wǎng)完善工程，解決電網(wǎng)風險。

2.1.6 部分高危重要用戶用電風險大

山西省內(nèi)多座煤礦、非煤礦山、用戶變電站等高危用戶單通道并網(wǎng)，供電可靠性差。用戶對用電安全重要性認識不足，重經(jīng)濟效益，輕用電安全，安全投入不夠。除此之外，山西省內(nèi)部分用戶現(xiàn)有自備應急發(fā)電機無法滿足保安負荷要求，自備應急電源維護不到位，抗風險能力差；部分供電線路無架空地線或位于采空區(qū)上方，存在供電風險。

2.2 電力設備安全風險

a）主設備安全風險。變壓器中低壓側設備運維亟待加強。近年來，變壓器異?；驌p壞故障大多是由于低壓側開關柜、出線電纜等發(fā)生故障引起。

線路抵御災害能力不足。近年來受持續(xù)“厄爾尼諾”、“拉尼娜”影響，山西省頻繁出現(xiàn)凍雨覆冰天氣和強對流天氣，造成線路故障的絕大部分氣象條件都超原設計水平，線路本質安全水平有待提升。

b）二次設備安全風險。繼電保護作為切除電網(wǎng)故障的第一道防線，是保證電力設備安全和限制大面積停電最基本、最有效的手段。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴大和新能源場站的投入，繼電保護運行管理、現(xiàn)場工作、反措落實難度加大，面臨著二次設備超期運行、二次設備運行環(huán)境差、二次設備運維技術力量薄弱等諸多風險。

2.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)安全風險

發(fā)電企業(yè)電力監(jiān)控系統(tǒng)管理普遍存在設備策略配置不夠細化，網(wǎng)絡安全管理制度不完善等問題。一旦受到病毒、木馬甚至黑客的侵襲或攻擊，電力調度自動化系統(tǒng)、繼電保護、安全穩(wěn)定自動裝置等電力監(jiān)控系統(tǒng)將可能出現(xiàn)嚴重異?；蚬收?，威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。具體表現(xiàn)在生產(chǎn)控制大區(qū)違規(guī)外聯(lián)、部分系統(tǒng)非實時縱向加密處于旁路狀態(tài)、防火墻等邏輯隔離設備配備不完善、安全防護設備策略配置不夠細化、國外品牌設備眾多等方面。

2.4 安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)風險

山西電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)主要部署于大同、忻州、朔州地區(qū)。雁淮直流500 kV明海湖安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、山西北部電網(wǎng)外送穩(wěn)控系統(tǒng)、山西忻朔區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)涉及國調、華北調度、山西省調等多個層級，穩(wěn)控站點眾多、策略復雜且穩(wěn)控系統(tǒng)間互有交叉，因此帶來穩(wěn)控系統(tǒng)運行難度加大、方式安排困難等壓力。

3 結論與建議

通過以上分析，為降低電網(wǎng)安全風險運行風險，應從以下幾方面整改。

a）加快電網(wǎng)規(guī)劃建設，有效化解電網(wǎng)安全風險。各級電網(wǎng)企業(yè)應加強電網(wǎng)的規(guī)劃設計，針對電網(wǎng)存在的薄弱環(huán)節(jié)和各類風險，深入分析形成原因，制定卻實可行的解決方案，指導電網(wǎng)規(guī)劃設計。

b）強化應急管理，高效處置突發(fā)事件。各高危重要用戶應健全涉網(wǎng)安全應急組織機構，分解落實突發(fā)事件應急處置責任，規(guī)范突發(fā)事件信息報送，保障涉網(wǎng)安全應急指揮系統(tǒng)運轉順暢。

c）加強電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護管理，防范網(wǎng)絡信息安全風險。各電力企業(yè)應積極適應電力系統(tǒng)技術迅猛發(fā)展和網(wǎng)絡信息安全的新形勢和新要求，加強對電力監(jiān)控系統(tǒng)信息安全工作的領導，確實履行電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護工作主體責任。

d）強化發(fā)電用電兩端涉網(wǎng)設備安全管理，提升電網(wǎng)安全水平。各發(fā)電企業(yè)應積極落實國家能源局關于發(fā)電機組并網(wǎng)安全的相關制度規(guī)定要求，開展好發(fā)電機組并網(wǎng)安全性評價工作，及時發(fā)現(xiàn)涉網(wǎng)設備安全隱患，確保并網(wǎng)電廠涉網(wǎng)設備安全穩(wěn)定運行。各高危重要用戶應高度重視涉網(wǎng)設備的安全運行，與主營業(yè)務的安全監(jiān)管同等對待。加強新能源電廠接入電網(wǎng)的安全管理，統(tǒng)籌規(guī)劃風電場、光伏場站選址、接入系統(tǒng)，綜合考慮運行可靠性，盡量避免一條線路同時串帶多座風電場、光伏站，減少發(fā)生棄風、棄光新能源事件。