（电气工程专业论文）呼和浩特电网应急及其平台建设研究.pdf

声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的工程硕士专业学位论文呼和浩特电网应急及其平台建 设研究，是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间，在导师指导下进行的研究工 作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：丝至： 日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段 复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的 复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文 的全部或部分内容。 孑j 曩漆 华北电力大学工程硕士专业学位论文 摘要 论文首先研究了城市配电网的应急框架，从系统角度解决了应急参与主体、应 急环境及各个主体之间的应急关系问题；其次论文开展了对于呼和浩特电网的大面 积停电风险源辨识和评价工作，并研究了风险源的预警管理；然后作者研究了作为 应急响应重要保障的应急物资管理问题，提出了区域应急物资联储概念，并对其功 能和实现进行了初步设计；文章最后提出了城市配电网应急管理信息系统的功能需 求，并对基于g i s 平台的停电管理系统进行了研究和设计。 关键词：城市电网，应急，管理信息系统，设计 a b s t r a c t f i r s t l yt h et h e s i sr e s e a r c h e dt h ee m e r g e n c ym a n a g e m e n tf r a m e w o r ko fu r b a n p o w e rd i s t r i b u t i o ng r i d ，a n dc l a r i f i e de m e r g e n c ya c t i v i t yp a r t i c i p a n t ，e m e r g e n c y e n v i r o n m e n ta n dr e l a t i o n so fp a r t i c i p a n t sf r o mt h ep o i n to fv i e wo fs y s t e mt h e o r y s e c o n d l yt h i st h e s i si d e n t i f i e da n de v a l u a t e dt h eh a z a r d sr e l a t e dt ol a r g e s c a l e b l a c k o u t sf o rh o h h o tp o w e rg r i d a n dt h e nt h ea u t h o rs t u d i e dt h ep r o b l e mo f e m e r g e n c ym a t e r i a lm a n a g e m e n t ，a n dp r o p o s e dt h ec o n c e p t so fr e g i o n a lu n i t e d m a t e r i a l r e s e r v e f i n a l l y t h i s p a p e rs t u d i e d t h e r e q u i r e m e n t so fe m e r g e n c y dd e v e l o p e dt h eo u t a g e m i s ，d e s i g n 华北电力大学工程硕士专业学位论文 目录 中文摘要 英文摘要 第一章引言1 1 1 研究背景1 1 2 研究现状1 1 3 呼和浩特电网及应急工作开展情况3 1 3 1 电网概况3 1 3 2 应急管理现状3 1 4 论文内容概括4 第二章地区供电企业大面积停电风险防控5 2 1 地区供电企业大面积停电应急管理模型5 2 1 1 系统论思想5 2 1 2 大面积停电应急管理及其体系的系统复杂性5 2 1 3 地区大面积停电应急管理模型6 2 2 呼和浩特电网大面积停电风险源辨识9 2 2 1 风险辨识原则与方法9 2 2 2 呼和浩特地区风险源源辨识1 0 2 3 风险源特征分析1 3 2 4 风险的预防与控制呼和浩特电网的工作1 6 2 4 1 预警技术研究1 6 2 4 2 完善预警响应机制1 9 2 4 3 公众信息发布研究1 9 2 4 4 预警响应1 9 2 5 小结2 0 第三章电力应急资源优化及保障系统设计2 1 l 2 2 2 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 i 华北电力大学工程硕士专业学位论文 3 3 2 移动应急电源储备及分配模型2 3 3 3 3 算例2 5 3 4 电力应急物资联储系统2 8 3 4 2 联储管理系统的运作机制2 9 3 5 小结3 1 第四章城市电网应急信息平台设计3 3 4 1 引言3 3 4 2 城市供电电网应急平台的功能需求和框架3 3 4 2 1 信息平台需求分析3 3 4 4 2 软件建设3 4 4 4 3 硬件要求3 6 4 3 停电管理系统设计3 9 4 3 1 停电管理系统的功能3 9 4 3 2 停电管理系统的原理和综合需求3 9 4 3 3 停电管理系统效益4 0 4 3 4 停电管理系统设计4 1 4 4 小结4 2 第五章结论与成果及展望、4 3 参考文献4 5 致谢4 8 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 1 1 研究背景 第一章引言 随着电网的逐步完善，电网管理水平不断提高，电力系统的安全稳定水 平大幅度提高，电力系统稳定破坏事故次数明显下降。2 0 世纪7 0 年代，我 国电网平均每年发生1 9 次稳定破坏事故。2 l 世纪以来，全国各大电网的 安全稳定水平逐步提高。但是自然灾害、一次和二次设备故障、局部电网结 构薄弱仍是威胁电网安全的主要因素。2 0 0 8 年初，我国南方部分地区先后出 现历史罕见的强降温和持续雨雪冰冻天气，严重低温雨雪冰冻灾害对我国西 南、华中、华南、华东地区的电网运行造成了重大危害。由于线路覆冰大大 超过规定的设计标准，造成电网设施大量损毁，在短时间内倒塔、断线事故 集中发生，电网设施遭到严重破坏。近几年，我国东南、南部沿海遭遇的超 强台风和2 0 0 8 年四川汶川特大地震灾害，也给电力设施造成大面积损毁， 给社会经济发展和人民群众生活造成严重影响。 电网要防患于未然，必须做好防灾减灾工作。提高电网防灾减灾能力是 一个复杂而浩大的系统工程，包括做好电网的规划、设计、建设，加强电力 的生产、技术、调度、营运与员工管理，建立健全电网灾害与事故预警、应 急处理、抢险救灾、灾后处置机制等庞大的工作。其中比较薄弱的一环是如 何利用现代信息技术有效地预警、监测灾情，如何高效利用有效的资源，提 高电力企业对应急事件快速反应和抗风险能力，更安全可靠地为国民经济服 务，这是电力企业当前迫切需要解决的问题。 1 2 研究现状 目前国内外对于电力系统的应急管理及其信息化系统建设仍处于研究 和试点应用阶段，无论其理论基础、技术手段以及所使用的工具都远不成熟 心1 。电力系统应急管理的理论基础来源并非单一，电力系统分析技术的同益 深化，其发展方向明显对复杂故障具有很大的兴趣。这些分析技术为电力系 统应急预警提供了有效的工具，但是不足的是电力系统分析技术发展缺少对 于应急管理的系统考虑，从而不能满足电力系统应急管理的要求。随着大型 灾害的频发，一些研究逐渐把分析“n - k ”式的安全分析内容转向更为基础 华北电力大学工程硕士专业学位论文 的原因分析1 。研究了美国东部灾害对于电力系统的影响模型，企图建立自 然灾害与电力系统破坏规模之间的联系。一些对于黑启动的研究也推动了电 力系统应急管理的研究，李丹等人在国内较早地研究了在发生大规模停电后 利用抽水蓄能电站进行黑启动的问题h 3 。这些研究，虽然作者并没有提高到 应急管理的高度上进行系统分析灾难应急，但是在一些方面上推动了电力系 统应急管理的研究。美国比较早的开展电力系统应急管理工作，在美国的许 多配电公司，都对电力系统发生停电后所带来的后果做了系统的研究和深入 的分析，他们以保证用户的供电可靠性和停电后的自救措施为研究方向，对 电力系统的应急管理做了比较大的推动。 实际上电力系统的应急管理与传统认识的事故处理有很大的不同。应急 管理面临的事故规模远大于安全分析所设定的场景，因此其资源需求超过了 本公司、本地区的能力，必须依赖于外部的资源才能保证系统的恢复旧1 。因 此，应急管理需要强有力的资源协调，否则将不能调动救灾所需的社会和私 有救灾资源。 电力系统应急管理的核心基础理论仍须以应急管理为主要目的，电力系 统只是其应用领域。现代应急管理强调系统性分析、综合风险评估、恢复弹 性和高效协调等内容，是电力系统应急管理的基础性内容旧1 。张建华等人基 于应急管理和系统论的框架对电力系统应急管理做了较多的研究，他们使用 系统论的分析方法建立了电力系统应急管理的框架，对于研究电力系统应急 管理做了基础性的工作 1 。范明天等研究者认为，城市电网应急管理的框架 与传统的安全分析很不相同，他们提出了城市电网的承受能力概念用以描述 电电网对于重大事故的接受极限1 。 需要注意的是，尽管应急管理脱胎于传统的风险管理，但是与其并不等 同。 应急管理信息系统的研究在国外很早就开始研究，但是由于电力的私有 化体制，美国等发达国家没有建立完整的电力系统应急管理系统，而只是从 业务可持续性的角度做电力系统的安全分析，对于应急处置中的资源准备和 控制能力则普遍较差，但是他们对于维护电网的正常运行以及电网设计的重 大灾难考虑则很有经验，因此一定程度上减少了对应急资源的依赖能力阳1 。 美国的配电公司对于用户的供电可靠性责任较大，因此对用户在停电情况下 的指导做得较好，采用各种媒体提供自救指导，所以美国的应急管理信息系 统的不是一个完美的整体，而是将任务分解到不同的层次和单位，所以其执 行效率和执行力较差引。我国的电力企业普遍承担着比较大的社会责任，因 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 此对与电力应急管理信息系统的研究比较重视，福建电网、陕西电网、广州 电网等都对应急管理系统做了比较好的尝试，尤其是福建电网，其应急管理 信息系统对本地电网所面临的灾害的预警做了很好的研究，结合g i s 系统做 了比较好的可视化研究。华北电网公司、北京电力公司等一些企业的应急管 理中心的建设比较先进，例如北京电力公司使用了故障报修电话来辅助决策 电网的故障定位，为快速抢修提供了很好的技术支持。总的来看，我国电力 应急管理信息系统建设取得了很大的成绩，其不足主要体现在以下几个方 面，一是对于应急管理的理念和核心内容认识不足，因此应急管理系统的框 架和内容不够完整，不能反应应急管理的任务和目的；二是应急管理系统的 针对性不足，不能结合本单位和本地区的特点进行建设，重硬件轻软件；三 是应急管理系统的可操作性和辅助决策能力较差，因此对实际的应用指导性 较弱1 。 1 3 呼和浩特电网及应急工作开展情况 1 3 1 电网概况 呼和浩特供电局是内蒙古电力( 集团) 有限责任公司直属的大型供电企 业，承担着自治区首府呼和浩特市区及周边五个旗县的电力供应和电网建设 任务，供电面积1 7 2 万平方公里，服务客户8 4 8 6 万户。2 0 0 9 年，全局售 电量完成6 3 7 5 亿千瓦时。拥有2 2 0 千伏变电站1 0 座，主变1 5 台，容量2 0 4 0 。 兆伏安，线路9 5 9 公里；1 1 0 千伏变电站3 l 座，主变5 3 台，容量2 2 0 6 兆伏 安，线路7 7 2 公里；3 5 千伏变电站2 9 座，主变4 9 台，容量2 8 1 兆伏安，线 路5 7 4 公里。配电线路9 6 5 0 8 9 公里( 含趸售局4 4 3 0 公里) 。截止2 0 0 9 年 底，全局总资产2 7 1 亿元。近年来，呼和浩特供电局不断取得改革发展的 新成就，为地区经济社会发展做出了积极的贡献。 1 3 2 应急管理现状 内蒙古电力公司和呼和浩特市供电局高度重视应急管理工作。呼和浩特 市供电局根据国家、自治区和内蒙古电力公司有关应急工作的要求，建立了 电力应急组织体系，编写并发布了包括综合应急管理规定在内的多种应急预 案，加强有关人员应急培训，提高基层应急管理水平，有力地推动了呼和浩 特市供电公司的应急管理工作。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 0 0 6 年7 月和2 0 0 9 年9 月，呼和浩特市供电局先后参加了内蒙古电力 公司组织的大面积停电应急演习。在2 0 0 9 年9 月的演习中，演习故障设置 为内蒙古地区发生沙尘暴天气，造成呼和浩特一包头电网发生重大事故，共 涉及内蒙古自治区、呼和浩特市、包头市、额济纳旗人民政府多个党政机关 和部门，以及庆华铁矿、鹏飞煤矿、包头铝厂、呼铁局、炼油厂、化肥厂、 民航、电台、电信、供水、交通、医院等多个重要用户。演练主要原则为应 急响应、社会联动，在电力突发大面积停电时，各参演单位立即响应，启动 各自电力应急预案。电力企业先期进行电网事故处理，包括调度指挥、电力 抢修、电力应急服务等恢复电力正常运行的事项。演练将在包括公安、交通、 银行、医院、民航、电视台、电信、供水、居民小区、铁路、矿业、商业等 领域进行联动，开展电力应急处置。通过演习，呼和浩特供电局发现了应急 管理的不足之处，完善了应急管理预案，锻炼了应急队伍，提高了突发事件 应对能力。 1 4 论文内容概括 本文主要研究了呼和浩特电网的应急管理和及其应急平台建设问题。论 文首先研究了城市配电网的应急框架，从系统角度解决了应急参与主体、应 急环境及各个主体之间的应急关系问题；其次论文结合呼和浩特电网的实际 情况，开展了对于呼和浩特电网的大面积停电风险源辨识和评价工作，并研 究了风险源的预警管理；然后作者研究了作为应急响应重要保障的应急物资 管理问题，建立了具体的应急资源的储备和调度优化模型并进行了有效求 解，本文还提出了区域应急物资联储概念，并对其功能和实现进行了初步设 计；文章最后提出了城市配电网应急管理信息系统的功能需求，对其软硬件 要求给出了具体的阐述，并对基于g i s 平台的停龟管理系统进行了研究和设 计。 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 第二章地区供电企业大面积停电风险防控 2 1 地区供电企业大面积停电应急管理模型 2 1 1 系统论思想 系统论是2 0 世纪2 0 年代由美籍奥地利生物学家贝塔朗菲( l u d w i gy o n b e r t a l a n f f y ) 创立的一门新学科，是研究一切综合系统或子系统的一般模 式、原则和规律的理论体系。目前它的方法已被广泛应用于各种科学理论研 究与现实社会实践中，尤其在现代管理理论发展史中，系统论的广泛应用具 有方法论普遍意义。 系统是由相互作用和相互联系的若干组成部分结合而成的整体。它具有 各组成部分孤立状态所不具有的整体功能，它总是同一定的环境发生着联 系。首先，在管理学上，凡管理形态中内部各组成部分之间存在着一定的相 互联系、相互作用的要素组合在一起，都可以看成为系统，所以系统论的应 用适合于管理学的研究对象。其次，系统观念作为管理理论基础具有普遍的 方法论意义。 系统论归纳了管理整体和部分之间的相互关系、管理系统与环境之间的 化。管理人员具有的 统论的科学思维方法 一个开放的系统，不 成部分之间的关系的 系统的环境具有高度 系统特征： 本文中，各个要素如 华北电力大学工程硕士专业学位论文 ( 2 ) 相关性 应急体系的各要素都是互相联系、互相作用的，每个要素都是大面积停 电应急工作不可缺少的重要方面。 ( 3 ) 层次性 应急体系作为一个互相作用的整体，有一定的层次结构，可以分解成若 干中系统，中系统可以分解为若干小系统，而这个大系统本身又属于一个更 大的系统，并且是它的有机组成部分。 ( 4 ) 适应性 应急体系必须适应系统环境信息变化，才能实现其功能。 ( 5 ) 整体性 应急体系的功能要求其内部各要素以整体目标为准，进行协调，特别是 在指挥上要实行高度集中统一。 ( 6 ) 目的性 应急体系的所有组成部分都是为了一个共同目的，即最大程度降低生命 财产损失而组织起来的，并成为一个有机的整体系统，它的目的性决定了系 统的基本功能。 2 1 3 地区大面积停电应急管理模型 由于针对大面积停电应急管理的研究刚刚起步，各国实际电力系统的管 理和生产组织情况差别也较大，没有成熟完整的方案可以参考借鉴，因此要 开展系统的大面积停电应急管理研究，必须建立中国大面积停电应急管理的 理论模型。 由于大面积停电的应急管理不但涉及电力系统内部有关单位，而且也涉 及到电力系统外部的单位和组织，并且这些单位内部部门之间以及单位和单 位之间存在着复杂的关系，因此依据系统论的观点，理论模型就是要描述所 研究系统中的元素、元素之间的关系以及元素本身的属性。由于系统是动态 变化的，因此元素、关系和属性是在不同的阶段和状态( 称为环境) 的定义， 如果环境发生变化，则元素的属性和元素之间的关系会发生较大的变化。 本文依据系统论的思想对地区电网企业大面积停电应急系统理论模型 所涉及的3 个层面的问题的分析分别称为主体分析，内容分析和关系分析。 主体分析确定大面积停电应急管理中所涉及的各个层次的主要单位和组织， 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 内容分析则是对涉及的单位和组织在大面积停电应急中的功能分析，关系分 析界定了大面积停电中在不同阶段中有关单位和组织之间的权利和义务关 系。 2 1 3 1 大面积停电应急主体分析 大面积停电应急主体根据不同的单位和组织来进行划分可以分为责任 主体和非责任主体。责任主体是国家规定了明确的大面积停电应急责任的单 位和组织，是大面积停电应急工作的主要承担者。根据国家处置电网大面 积停电应急预案的要求，我国的应急责任主体是政府、电网企业、发电企 业和重要用户，应急责任主体之外还需要一些单位和组织进行应急配合工 作，这些单位称之为非责任主体。 虽然大面积停电应急管理涉及不同的责任主体，但是供电企业的应急管 理在各主体中处于核心地位。这一是因为我国的电网企业承担着比较重的社 会责任，各地区的大面积停电应急管理均围绕电网企业的应急管理进行，甚 至很多地区政府的电力应急指挥中心直接设在供电企业；二是因为供电是电 网企业的主要业务，处理电网突发事件具有比较强的业务能力：三是电能是 城市生命线系统组成部分，城市功能的正常运转有赖于电网的供电。需要注 意的是，虽然供电企业是大面积停电的应急核心，但是其它责任主体的配合， 是也是非常重要的。 2 1 3 2 应急内容和关系分析 7 华北电力大学工程硕士专业学位论文 通过对国家的有关法律法规、国家和行业的有关技术标准和导则、理论 研究成果以及国内外的实践经验等材料的研究与分析，可以得到与大面积停 电应急工作有关的组织管理和技术管理的各个层面的内容，这些内容既包含 应急责任主体应有的应急反应，也包含各主体之间的应急事态下的协调关 系。 图2 一l 关键基础设施的相互支持关系 电力系统应急中必须考虑电力系统与其它关键基础设施的相互作用。在 电力系统应急计划中，如果仅仅考虑电力系统的问题而假设其它关键基础设 施处于完好状态是不行的。关键基础设施之间复杂的依赖关系如图2 - i 所示。 2 1 3 3 应急环境分析 应急各主体的应急反应不是一成不变的，它要依赖于系统的环境变化而 变化。在大面积停电应急过程中，环境就是主体的活动发生的空问和时间。 8 华北电力大学工程硕士专业学位论文 例如大面积停电发生的地点不同，就会造成不同的应急环境。应急环境是动 态变化的，要求应急准备和应急指挥者具有较好的适应能力。最常见的应急 环境就是应急发生地点的自然环境，包括地理环境和天气环境。 2 1 3 4 地区大面积停电应急管理理论模型 根据上述分析，本文可以建立起一个应急管理模型。图2 - 2 是本文建立 的应急管理理论模型的一种示意图，这个模型对应急主体、应急资源、应急 环境、应急阶段以及应急内容做了简明的说明。 应急主体 社会资源 矿常状态预臀状态 应急状杏恢复状卷正常状忐 电网状态 图2 - 2 大面积停电应急管理理论模型 五”期间应 预测预警的 以下几个问 华北电力大学工程硕士专业学位论文 目前，华北区域各电网企业针对大面积停电的危险源辨识工作大都凭借 以往的经验分别制定不同的应急预案，而缺乏系统性的整体分析。为了更好 的开展预警工作建议各电网企业加强风险源辨识工作n 引。 对于本区域的风险源辨识应当与区域的电网结构、自然环境、地理环境、 人文环境、政治地位、能源供应情况等特点紧密结合。通过参阅历史灾害情 况、电网建设资料对目前以及将来电力系统可能面临的风险进行归类整理， 建立数据库。对于可能存在的风险类型要分析其为害特点和恢复特点，细化 评估内容，为预警体系的建立奠定坚实的基础。 表2 - 1 对于部分类型的风险因素进行了初步的分析。 表2 - 1 风险源辨识 风险 风险评估内容危害特点恢复特点 类型 区域总量、子区域性负荷中心往往成为灾难重恢复相对容易，交通和通信不受 负荷 负荷量和增长速度心，与季节有很大关系太大影响 极端气温、飓风、暴影响范围广、危害大，可能 自然灾害雨、冻雨、暴雪、洪水、受损设备较多，与季节有一 恢复较难，交通和通信大多会受 地震定关系。 到很大影响 连锁推出的可能性、 触发事故具有多样性的特 连锁故障点，连锁过程具有复杂性的 恢复的难易程度取决于停电波 保护装置隐形故障及的范围 特点 从外 l f 破坏杆塔，重点厂恢复视袭击规模和程度而定，对 人为破坏恐怖袭击、战争破坏站：从内部破坏，二次系统通信系统和交通系统会造成影 袭击。响 难度依据危害原因不同而小同， 水电厂来水不足、火电因为天气而造成的来水或者煤 能源供应厂储煤量不足、核电厂 由于气候或者长期能源发 炭交通较难解决，尤其是火电厂 展造成，缓解难度较大。 燃料小足占较大程度的地区，交通和煤炭 供应问题都较难解决 2 2 2 呼和浩特地区风险源源辨识 2 2 2 1 自然灾害 1 ) 沙尘暴 沙尘暴天气主要发生在春末夏初季节，这是由于冬春季干旱区降水甚少， l o 华北电力大学工程硕士专业学位论文 地表异常干燥松散，抗风蚀能力很弱，在有大风刮过时，就会将大量沙尘 卷入空中，形成沙尘暴天气n3 。沙尘暴对电网的主要危害方式为强风破坏和 沙埋。沙尘暴的强风携带细沙粉尘可以摧毁输变电设施，直接造成大面积停 电。沙埋以风沙流的方式造成输变电设施被大量流沙掩埋，尤其是对交通运 输造成严重威胁。沙尘暴不但能对电力设施造成直接损坏，其所带来的能见 度低会对电力设施的抢修造成很大的困难。交通道路的掩埋使得电力基础设 施抢修所需的运输陷于瘫痪。 2 0 0 8 年5 月2 8 日，九级大风沙尘暴袭击呼和浩特，导致呼和浩特发生 大面积停电1 。由于供电线路受损，导致呼和浩特市部分加气站停电无法正 常加气，部分出租车及公交车都受到影响。受大风影响，从5 月2 8 日中午 到5 月2 9 日1 6 时，呼和浩特市供电公司抢修班共接到2 0 0 0 多个咨询、报 修电话，创下历史最高纪录。呼和浩特地区电网多条次线路跳闸，其中重合 成功6 0 多条次，重合不成功4 0 多条次，直接损失电量1 l o 多万千瓦时，平 均损失电力约2 8 0 兆瓦。 妻 沙尘暴对于呼和浩特电网事故的成灾因子很高，虽然沙伞暴本身所持续 的时间并不太长，根据我国的统计一般不大于4 8 小时，但是由于其危害严 重，可能会造成严重的问题钉n 引。2 0 0 9 年9 月，内蒙古西部大面积停电演 习就是以假想的大型沙尘暴导致的电网大面积停电为事故起因的n 。 2 ) 雷电灾害 2 0 0 4 年5 月1 5 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 丰昭线因雷击导致丰昭线高一， 频、距离、零序i 段动作，重合不成功。 2 0 0 4 年6 月1 4 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 东高线# 1 8 5 杆b 相导线因雷 击两侧开关高频方向、零序跳闸，重合成功。 2 0 0 4 年6 月1 9 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 土东i i 同因雷击高频距离动 作，跳闸，重合成功。 2 0 0 4 年6 月2 0 日，呼和浩特供电局ll o k v 呼乌线因雷击零序i 段动作， 跳闸。重合成功。 2 0 0 4 年7 月4 日，呼和浩特供电局1 l o k v 呼察线# 3 8 杆a b 相雷害零序i 段动作跳闸，重合成功。 2 0 0 4 年9 月5 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 土东i i 回因雷害零序i 段、 距离、差动保护动作，c 相跳闸，重合成功。 3 ) 鸟害 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 0 0 4 年7 月3 1 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 土昭线因鸟害跳闸，重合成 功。 2 0 0 4 年8 月6 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 东丰高频，零序、距离i 段动 作，b 相故障跳闸，重合成功。经巡视检查故障原因8 0 # 杆b 相合成绝缘子 因鸟害闪络。 2 0 0 4 年9 月6 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 丰昭线因鸟害高频、零序、距 离i 段、b 相故障跳闸，重合成功。 2 0 0 4 年1 2 月1 7 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 泰昭线# 4 8 塔因鸟害均压环 对横担放电，b 相故障跳闸，重合成功。 4 ) 大风 2 0 0 4 年4 月1 3 日，呼和浩特供电局东郊变电站1 l o k v 东北i i 回因大风 将铁皮刮在线路上，造成距离i 段动作，重合不成功。 2 0 0 4 年7 月6 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 土昭线因大风刮上异物跳闸， 重合成功。 2 0 0 4 年8 月8 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 土东i i 回零序、距离i 段动 作，b 相故障跳闸，重合不成功。经巡线检查发现：故障原因系2 8 4 # - - 2 8 5 # 杆b 相因大风挂上锡箔纸所致。 2 0 0 4 年8 月1 6 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 泰昭线高频动作，b 相故障 跳闸，重合成功。经巡线检查发现：故障原因系3 4 # 一3 5 # 杆b 相导线有放 电痕迹，大风刮上异物。 2 2 2 2 设备设施故障 2 0 0 5 年7 月1 8 日，呼供局2 2 0 k v 东郊变# 2 变差动保护动作，跳闸。 经过反复试验分析，判定为差动保护晶体管软击穿，造成保护误动。 2 0 0 5 年7 月2 7 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 台阁牧站1 5 7 台察线c t 因产 品质量问题爆炸。根据解体情况分析，该产品在生产过程中，操作人员使末 屏内部引线受到以外损伤，末屏引线存在损伤的这台产品投运后，末屏处的 缺陷逐渐扩大，绝缘破坏，造成母线差动保护动作。 2 0 0 6 年1 月1 3 日，呼和浩特供电局i l o k v 土察线# 1 1 l 杆绝缘子老化， a 相故障跳闸，重合成功。 2 2 2 3 人为故障 2 0 0 4 年3 月4 日，呼和浩特供电局东郊1 1 5 东陶线因外力破坏跳闸，重 1 2 华北电力大学工程硕士专业学位论文 合不成功。经巡线检查发现：故障原因系5 9 # 杆北侧拉线被盗，造成5 9 # 杆 倾斜。 2 0 0 4 年3 月3 1 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 东郊变2 5 1 土东i 回c 相因 外力破坏跳闸，重合不成功。经对线路巡视发现，在1 1 # - 1 2 # 杆之间吊车吊 预制板，c 相导线与吊臂放电，引起2 5 1 开关跳闸。 2 0 0 4 年4 月9 日，呼和浩特供电局1 l o k v 呼乌线因用户盖房将铁丝扔到 线路上，造成零序、距离i 段动作a 相跳闸，重合成功。 2 0 0 4 年5 月2 4 日，呼和浩特供电局ll o k v 呼乌线距离i i 段动作，重合 不成功。巡检发现：故障原因为：因大风造成# 2 9 - # 3 0 塔间违章建筑楼钢脚 手架与导线间安全距离不够，放电。 2 0 0 4 年7 月7 日，呼和浩特供电局1 1 0 k v 呼察线因信通公司架设光缆时 误碰导线，短路跳闸，重合不成功。 2 0 0 4 年9 月3 0 ，呼和浩特供电局1 l o k v 东陶线因拉线被盗，杆身倾斜 混线短路，零序、距离i 段动作h 相故障跳闸，重合不成功。 2 0 0 5 年4 月1 日，呼和浩特供电局2 2 0 k v 乌素图站因运行人员未审核操 作票错误项，且验电位置不正确，造成# l 主变差动保护跳闸。 善 2 2 2 4 电网结构风险 1 6 1 由于电网发展与快速发展的城市之间存在一定的步调差异，呼和浩特 电网的结构存在一定的风险。主要体现在如下几点： 气一 1 ) 在1 l o k v 变电站发生部分或者全部停电时，部分l o k v 线路的负荷不 能得到转移； 2 ) 1 l o k v 变电站供电方式有待改进，还存在一些变电站为单电源供电方 式； 3 ) 总体来看，系统仍较薄弱，电网抗击故障能力较弱。 2 3 风险源特征分析 1 ) 发生频次 1 1 5 】根据对2 0 0 4 年和2 0 0 5 年呼和浩特电网两年的故障进行统计分析，共 发生事故4 0 次。按照自然灾害、人为故障、设备故障和不明原凶四种大的 风险源统计分析，其结果如图2 - 3 所示。 华北电力大学工程硕士专业学位论文 图2 - 3 电网故障风险源统计图 将风险源类型进一步细分，统计可以显示出更为清晰的结果，见表2 2 所示。 表2 - 2 风险源了类型频次详细统计表 白然火害 人为故障设备故障不明原因 大风3 0 偷盗2 5 对树放电 4 0 二次设备故 雷击3 0 施工 6 6 7 2 0 1 0 0 障 误操一次设备故 鸟害 4 0 8 3 4 0 作障 由统计结果可以看出，自然灾害事故占总事故的比例高达5 0 ，其中大 风、雷击和鸟害在呼和浩特地区表现突出，而且事故比例相当，在电网运行 维护中应当予以高度重视。 统计结果还显示，人为故障是第二大的风险源，占总事故比例的3 0 。 其中因为系统外施工而造成的电网事故比 1 4 华北电力大学工程硕士专业学位论文 原因。塔材偷盗事件在人为故障中所占的比例也比较高，占到本大类故障总 量的2 5 。误操作比例比较低，在统计样本中只有3 次。 设备故障占总事故的比例为1 2 5 ，比例较低。其中线路对树放电故障 和一次设备故障分别占本类故障总数的4 0 ，二次设备故障比例较低，只有 2 0 。 统计结果显示，不明故障原因有三次，在总的统计样本中占7 5 。 2 ) 成灾因子 成灾因子是衡量灾害对电力系统形成灾害的能力。根据对呼和浩特地区 2 0 0 4 2 0 0 5 两年问每次事故的详细分析资料可以知道，风灾、鸟害、施工、 偷盗的成灾因子很高。雷击和对树放电大多为瞬时故障，成灾因子较低。误 操作、二次设备故障和一次设备故障尽管频率较低，但是一旦发生，几乎具 有绝对的成灾能力。 3 ) 恢复难度 风灾、偷盗塔材一般会损坏线路或者设备的主体或者基础，因此恢复难 度较大。其它风险源所造成的停电恢复难度较小。 4 ) 预控难度 对于特定风险源的风险程度经常使用事件的概率与事件的后果的乘积 来衡量，有时还要考虑目标对风险源的曝露程度，这种方式虽然可以对风险 高低程度做出定性评价，但是不满足应急处置的要求，凶为应急处置强调对 于风险度的消灭或者降低的可行性。因此在本文中引入风险的可预测性、可 控制性和可恢复性3 个指标来评价风险的应急难易程度，对于本节的4 种风 险源，其评价结果如表2 3 所示。表中使用的评价词具有相对意义。 表2 3 大停电风险源应急处置难易特征的比较 1 5 华北电力大学工程硕士专业学位论文 2 4 风险的预防与控制呼和浩特电网的工作 【5 】大面积停电预警工作是防止大面积停电发生或者限制其影响规模和程 度的有效手段。国家处置电网大面积停电事件应急预案没有明确规定大 面积停电预警方面的内容，但是国家突发公共事件总体应急预案对“预 测与预警”有明确的规定，指出各地区和各部门要“完善预测预警机制，建 立预测预警系统，开展风险分析。 预警工作是“防救结合”的应急工作思想的重要体现，也符合我国一直 强调的“预防为主”的安全工作思路。 电力行业具有资金密集和技术密集的双重特点，现代电力系统具有高度 的自动化水平，具备建立高水平应急预警系统的条件，同时，电力系统很多 重大事故的发展过程都是瞬间造成的，而且由于户外的曝露度相当高，自然 界的多种灾害都会对其造成重大的影响，因此其预警体系建设不但必要也具 有高度复杂性。电力系统的预警程序同其它行业的应急预警程序大概相同， 包括危险源辨识、风险评估、预警分级、预警响应或者控制等几个方面的内 容。 大面积停电预警工作是整个应急工作中最具挑战性的工作之一，需要先 进的理论和技术予以支持和完善。而目前我国大部分电力企n k 没有对危险源 辨识和风险评估模型进行系统的研究，往往依赖于以往的经验，难以对事故 的风险程度进行有效界定，从而影响了预警效果。 2 4 1 预警技术研究 2 4 1 1 风险评估与预警分级 危险源辨识所得到的危险因素就是风险评估的对象。针对大面积停电的 风险评估大体分为两部分： 首先，分析目前电网所面临的各种危险因素并收集相关资料，通过对相 关资料的分析得到量化的数据。 然后，对这些风险因素可能造成的后果进行评估。将事故发生的可能性 与后果带入风险模型就可以得到量化的风险值，同时可以具体得出哪个风险 因素的风险度较高。 风险值的大小用以确定预警的级别，风险度较高的风险因素将作为预警 1 6 华北电力大学工程硕士专业学位论文 响应的重点处理对象。 为准确判断灾害的形势，意大利国家民事救援办公室非常重视灾害评估 工作。国家民事救援办公室内设地理监控、情况分析中心和制图中心，可以 综合处理不同类型的矢量和向量数据。国家民事救援办公室与国家研究委员 会等研究机构密切合作，应用各种最先进的灾害评估数学模型，建立了自己 的灾害评估系统，为判断灾害走势、预测结果及救援决策提供了科学依据。 美国联邦应急管理局( f e m a ) 也针对预警专门开发了灾害损失评估系统 ( h a z u s ) 。该系统主要用于预测地震、洪水和飓风可能造成的损失以及应采 取的应急措施，以便在备灾和防灾过程中，通过加强对建筑物等的管理，减 少灾难发生时的人员伤亡和财产损失。 预警应注意以下两个问题： 1 ) 评估的频度问题，为了满足经济性的要求可以定期进行风险评估， 同时根据实际需要进行不定期的评估监测。 2 ) 预警门槛问题，根据风险阈值制定预警级别的时候应注意不能将顶。 警门槛定的过低，这样会导致频繁响应，效率降低。 2 4 1 2 预警模型 【7 1 预警模型涵盖的内容广泛，技术难度大，但对于电力系统安全意义重 大，目前世界各国均依据自己的情况进行了预警模型的研究建设工作，呼和 浩特电网也针对自己企业的实际情况对预警模型开展了系统研究，提高了电 网抗击事故的能力。 ( 1 ) 预警模型要能实现如下功能，如图2 - 2 所示： a 识别所辖区域内对大面积停电有较大影响的危险因素。 b 评估危险因素造成大面积停电的可能性以及可能的损失。由此可以得 到量化的风险值和风险度较高的危险因素。 c 利用风险值及各个门槛水平确定预警级别。 d 根据风险评估的结果给出推荐的预警响应方案。 1 7 华北电力大学工程硕士专业学位论文 篷熙悉篓懋。如； 图2 - 4 大面积停电预警系统 爨 耘 ，褫 塾j 黪。 嚷 霹 溢 ( 2 ) 预警分析平台 电力系统现有的电网安全分析软件不能用于大面积停电预警工作，开发 预警分析平台十分重要。预警分析平台首先是要收集预警相关的各种信息， 这些信息包括从气象部门、地质部门、消防部门等得到的电网运行的环境信 息，同时还包括电网运行部门提供的系统信息。通过预警分析平台对于以上 信息的综合处理分析，并结合调度部门的电网安全分析结果，就可以对电网 发生停电事故的可能性有一个更为全面的预判，从而为预警和应急工作提供 有力的支撑。 ( 3 ) 加强输电通道综合监测设备的研发 呼和浩特电网有输电通道集中、重点区域负荷密度大等特点，而输电线 路裸露于自然环境之中又容易遭到自然环境或者人为的破坏，同时输电通道 所经区域地形复杂，一旦遭到破坏恢复困难。所以加强通道监测技术研究对 于保障电网安全至关重要。 1 3 1 目前世界上许多国家都在输电线路监测方面进行了研究，美国u s i 公 司开发出的p o w e rd o n u t 可以监测输电线弧垂、导线温度、导线张力、电压、 电流以及外界温度和光照强度，并通过g s m 通讯方式进行数据通信。然而该 产品不能对输电线路的覆冰状况以及风速风力等条件进行监测，同时也不能 对于重点线路进行视频监控以防止恐怖袭击和人为破坏。 输电通道的综合监控设备应当能够实现以下几个功能： a 监测输电线路的电压电流等系统物理量。 b 监测输电导线温度、覆冰状况、导线周围温度、湿度、太阳光照强度、 华北电力大学工程硕士专业学位论文 周围风速风力等环境物理量。 c 监视输电线路和杆塔附近异常情况，通过视频图像处理技术对于异常 的人员走动等现象进行重点监控。监控系统也是对输电通道监测设备进行有 益的补充。 ( 4 ) 对于动态无功不足问题的研究 呼包电网是内蒙古电网的负荷中心，该中心具有负荷密度大、支撑电源 少、电缆线路和电容器大量使用等特点。一旦发生系统故障导致负荷中心电 压降落，大量的电缆和电容器设备会使得系统的无功状况进一步恶化，极有 可能发生电压崩溃问题。因此，加快对于负荷中心的动态无功不足问题的研 究有重要意义。 。 2 4 2 完善预警响应机制 预警响应是预警工作的归结点，完善的响应机制对于实现预警体系的目 标起着决定性的作用。呼和浩特电网根据自身实际情况制定了完善的预警响 应机制。 预警响应包含如下两个方面：屯 ( 1 ) 通知有关人员进入预警状态，向公众发布预警信息。采取适当措 施尽力消除产生预警的因素。 ( 2 ) 运行人员加强运行值班，抢修人员做好各项维修准备，一旦发生。 大停电事件立即快速响应以减少损失。 2 4 3 公众信息发布研究 是预警当中的重要环节，加强对公众信息发布的研究将对 关重要的作用。公众信息发布包括信息发布的形式、内容 统进入预警状态后，应立即通过适当手段向公众发布预警 好应急准备，同时在需要支持的时候，通知公众采取适当 全运行( 如降低用电负荷等手段) 。 的有两个：一是预警状态确定之后采取措施，以降低大面 1 9 华北电力大学工程硕士专业学位论文 积停电事故发生的可能性：二是为事故发生后能够迅速响应采取准备措施， 以减小事故带来的损失。 预警响应一般有以下三个部分： ( 1 ) 通知相应人员进入预警状态，而后尽力消除产生预警的条件。针 对不同的预警级别应该采取不同的应急响应措施。 ( 2 ) 运行人员严密监视电网运行状态，抢修人员做好各项维修准备， 密切关注主要设备的状况。 ( 3 ) 向公众发布预警信息，如，在高温电网高负荷情况下通知用户注 意尽量减少空调负荷的使用，将空调温度调高，同时做好停电的各种准备措 施以减少自身损失。 2 5 小结 本章首先讨论了地区供电企业大而积停电应急管理模型，为系统研究呼 和浩特地区大面积停电问题提供了理论基础。