摘要：近年由于自然灾害等因素导致的电网极端故障时有发生，提高电网抗灾保障能力、建设保底电网的需求日益突显。本文针对“保底电网”的概念及工作开展思路进行分析，探索城市保底电网的三大方面问题：“底”在哪？怎么“保”？保到什么程度？从保底电网的目的、措施、要求等方面分析并提出对保底电网研究工作开展的一些初步思考和建议，为保底电网工作的开展提供一定的参考。
关键词：保底电网；防灾保障；关键用户；核心区域
引言
近年来，由于自然灾害或其他一些不可预见因素导致的极端故障偶有发生，对电网安全供电及地区社会经济等均造成了较大影响。如：2008年贵州、云南、广西北部地区遭受的覆冰灾害，导致贵州电网解列成四片电网运行；2013年强台风“天兔”导致广东汕尾电网几乎全黑；2014年强台风“威马逊”导致广东湛江徐闻电网全黑，重创海南北部电网；2015年强台风“彩虹”导致广东湛江电网几乎全黑[1]。在此背景下，电网公司上下各级对开展重要城市保底电网建设的呼声越来越高。
开展城市保底电网研究工作，主要需要解决三方面的问题：保底电网保的“底”在哪？怎么“保”？保到什么程度？本文将从这三个方面分析并提出对保底电网研究工作开展的一些思考和建议。
1保的“底”在哪？
1.1“底”在哪？
目前，保底电网的概念尚无明确定义。从字面来看，保底的“底”应是最重要的、最基础核心的部分。结合电网的供电对象来看，保底电网的底可以从“点+面”两个层面来说明。“点”即电网供电的各个用户，保底电网保的应是最重要的、有较大社会经济影响的关键用户；“面”的层面来看，保底电网保的应是对供电可靠性有相对较高要求的城市核心区域。因此，保底电网保障的是“关键用户”和“核心区域”的负荷集合。
(1)关键用户
根据电网供电的用户情况，重要的、有较大社会经济影响的关键用户主要包括重要用户和大型居民密集区。重要用户是指在国家或地区的社会政治经济生活中占有重要地位，对其中断供电可能造成人身伤亡、较大环境污染、较大政治影响、较大经济损失、社会公共秩序严重混乱的用电单位。其认定是在省级政府部门主导下由相关政府部门组织供电企业和用户统一开展。大型居民密集区人口密集由于其停电造成的社会影响较大也应纳入保底范围，大型居民密集区的标准应结合地区城市发展阶段及社会影响程度等有所不同[2]。
(2)核心区域
城市核心区域主要指中心城区，中心城区的范围可参考地方政府相关划分标准；根据城市供电可靠性需求还可考虑外围地区的区行政中心所在街道；此外，保底电网研究主要针对的防灾保障，故风区、冰区等特殊灾害易发地区的区行政中心所在街道也应纳入保底范围。
1.2保底电网的构建
保底电网是指电网针对严重自然灾害、外力破坏等极端情况，以提高城市核心区域和重要用户供电安全、提高严重故障下的快速复电能力为目标。选取的电网重要站点、关键线路和抗灾保障电源等形成的最小规模网架。具体构建方法可参考如下：①确定保底范围，明确保底范围内的关键用户清单。②从重要用户开始自下而上梳理电网由500kV站点向重要用户的辐射型的主要供电路径。③横向整合核心区域供电电网的快速复电联络通道（含各电压层）。④横向整合向核心区域供电的抗灾保障电源及其送出通道。保底电网构建方法示意图如图1所示。
图1 保底电网构建方法示意图
经上述纵向梳理，横向整合，“以点带面”构建的覆盖城市主要核心区域及强风区行政中心的最小规模供电网架即保底电网网架。
2怎么“保”？-针对电源
2.21合理布局抗灾保障电源
抗灾保障电源是指在严重自然灾害、外力破坏等极端情况下，可为城市核心区域提供稳定可靠电力支援的电源，一般应具备较强的调节能力以及孤岛或黑启动运行能力。提高城市核心区域的保底电网供电安全，抗灾保障电源是重要一环。合理布局抗灾保障电源包括电源规模、电源分布、电源结构等三方面的合理布局。
抗灾保障电源规模：考虑在严重自然灾害等极端故障情况下，可能出现大面积停电，且对外联络线路均短时难以恢复（如台风、冰灾等），则抗灾保障电源需提供保底电网重要负荷的供电需求，即电源规模宜与保底电网重要负荷规模基本匹配。
抗灾保障电源分布：根据电网规划技术原则，目前大多地区的骨干电网为以500kV变电站为核心的分片供电模式，若发生极端故障导致大面积停电，需要各片区均具备一定规模的电力支撑。因此，建议在抗灾保障电源的分布上尽量考虑分散布局，各供电片区均配置一定规模的电源。
抗灾保障电源结构：在发生大面积停电且无法依靠其它电网送电恢复时，需要抗灾保障电源机组能快速启停及调节出力，故建议抗灾保障电源优先选取调节能力较强的气电、水电机组。
2.2机组需具备黑启动能力
随着电网规模的不断扩大和加强，电网的复杂程度也越来越高，在发生极端故障导致电网大面积停电时，其恢复的难度远大于因设备故障而造成的局部网架停电。因此，提高保底电网的防灾保障能力，除了完善优化电网结构，还需加强抗灾保障电源机组的黑启动能力建设，一旦发生电网大面积停电事故，电网的黑启动恢复将发挥极其重要的作用。
黑启动是指电网因故障停运后，在无法依靠其它电网送电恢复的条件下，通过启动系统中具有自启动能力机组在无厂用交流电的情况下，利用电厂直流系统蓄电池储存的电能量和液压系统储存的液压能量等，完成机组自启动，对内恢复厂用电，对外配合电网调度带动无自启动能力的机组，逐步扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统最大限度、快速而有序的供电恢复。在电网大面积停电后，采取电网黑启动措施，将大大减少电网停电时间，确保尽快恢复电网的正常运行[3-5]。
由于机组具备黑启动能力需电厂配合配置相应的黑启动设备，目前大多机组并网时并不具备黑启动能力，需要电网公司开展地区电网黑启动方案预案研究，结合地区现状电源情况及规划电源发展，明确黑启动电源需求，并在后续工作中做好与相关发电商的协调，争取必要机组的黑启动能力配置。
3怎么“保”？-电网内部
3.1差异化的运维机制
为提高保底电网供电安全，对现有保底电网需提高运维标准，进行差异化运维。通过提供完善的技术支持系统，可靠的运行设备及有效的停电应急处理和恢复机制等措施，对城市核心区域的重要负荷进行供电保障。具体而言有以下几个方面[6]：
(1)根据电网新投产及在运行设备情况，持续开展保底电网范风险评估，并落实各项反措要求。
(2)持续开展主配网协同，优化运行方式安排，加强三道防线配置。
(3)加强保底电网的日常运行监控。
(4)针对性的开展电网黑启动预案、孤网运行预案研究。
(5)对保底电网内相关设备制定针对性的运维策略，并加强日常运维。
(6)针对保底电网内的薄弱点，结合用户需求合理配置10kV应急发电车接入装置。
(7)针对性开展反事故演练，故障情况下优先保障核心区域和关键用户的快速复电。
3.2对电网的合理补强
在常规电网规划成果的基础上，开展保底范围内电网的风险评估，补电网抗灾能力建设短板。客观应对电网面临风险，以减少损失、快速恢复为出发点，对网架结构的薄弱点进行合理补强，提高电网运行灵活性和转供电能力，提升电网防灾保障水平。
在常规电网规划基础上，合理考虑防灾要求，可参考以下几个方面对规划网架进行优化完善。
(1)500kV电网合理控制单个500kV变电站规模，减少全站失压负荷损失；分散输电线路走廊布局、降低单个变电站全停风险。
(2)220kV电网尽量采用不同500kV供电区间的“手拉手”构网模式；同一核心区域尽量由2个220kV变电站供电[7-8]。
(3)尽量保证各500 kV供电片区均有一定规模220kV接入的本地电源支撑，新增电源优先考虑负荷中心且尤其是电源支撑能力相对不足片区。
(4)适当设置500kV供电片区之间的220kV联络线，有效提高灾害情况下各个供电区间转供能力，增强电网灵活性，提高复电能力。
(5)广泛采用备自投装置，试点采用广域备自投装置，以利于事故下的实现快速复电。
(6)以提升可转供电率为目标推进中低压配网规划，尽可能减少事故下的停电范围并快速复电。
(7)配电自动化规划以“简洁、实用、经济”为原则，综合考虑地区经济发展需求、配电网网架结构及一次设备装备水平、配电网生产运维管理体制，进行综合投资效益分析，合理选择配电自动化建设模式。
3.3差异化的建设标准
补电网抗灾能力建设的短板，除考虑对现有及规划电网网架结构的薄弱环节进行合理补强外，还可结合防灾保障要求对保底电网范围内现有及规划站点、线路提出差异化建设标准。差异化建设标准的提出需统筹平衡抗灾投入与投资效益，应避免大拆大建、避免大范围简单提升建设标准[9]。结合现状电网情况及特大型城市防灾要求，在现有及规划站点及线路基础上，可参考以下几个方面进行建设标准差异化。
(1)保底电网范围内的规划新增站点，500kV变电站经技术经济比较后优先考虑采用半户内建设模式，220kV重要变电站经技术经济比较后优先考虑采用全户内站设计模式，降低极端天气导致站内设备故障风险。
(2)保底电网范围内，线路宜采用电缆，降低台风等灾害影响。
(3)优化500kV站用变电源方案，500kV站点的站用电源尽量按照来自不同500kV供电片区模式配置，并优先采用电缆接线型式，提升抗台风能力；同时500kV变电站配置发电机作为应急电源。
(4)优先重点将保底网架范围内的110kV站点接入备自投投退自动控制系统，提升供电可靠性。
怎么“保”？-针对用户
(1)按用电重要性质进一步细分客户，认真完善客户档案信息。每年完善重要客户档案，主要包括常规的用户接入信息及停电对其供电影响程度等。
(2)严格按照《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》（GB/Z 29328-2012）要求，规范重要用户供电配置，积极主动争取政府和客户的理解和支持，主动配合重要客户完善供电电源与应急电源配置。
(3)加强调度生产信息与客户信息的有效互通，确保应急情况下及时传达停电信息至用户，同时重要用户的有关用电信息及时送达同级调度生产部门，并实行动态更新，确保调度事故处理时有效保障重要用户的用电安全。
(4)提供主动、有效的应急服务，保障重要用户用电安全管理和应急服务。协助重要用户完善电力应急手册，加强重要用户用电检查工作，对存在的问题及时报告地方政府部门或电力监管机构，督促整改到位；争取电力监管机构的支持，定期开展重要客户应急演练。
(5)继续推动各级政府部门出台重要客户用电安全管理政策；应急情况下，除手机短信通知外，应安排专人负责电话联络、传真通知，加强应急联动。
5保到什么程度？
自然灾害及不可预见外力等引起的电网极端故障是难以彻底杜绝的，加强保底电网范围内的供电安全并不能保障电网在任何情况下不停电，保底电网研究工作的目标应是：针对自然灾害及不可预见外力等引起的严重故障，一方面需加强电网的提前预防，减少故障发生的概率及负荷损失；另一方面重视电网的弹性自愈，即提高严重故障后的电网的快速复电能力[10]。
5.1故障概率及损失尽量减小-提前预防
要加强电网的提前预防，主要是通过提供更为可靠的运行环境，来提高电网的抗灾保障能力，从而减少极端故障发生的概率及故障下的负荷损失。
主要措施有电网的差异化建设和电网的合理补强。如通过分散输电线路走廊布局、合理选取半户内\全户内\电缆等建设型式、合理装设备自投投退自动控制系统等差异化建设标准，来降低极端天气导致站内设备故障、线路故障等风险概率，从而降低自然灾害等导致电网发生极端故障的概率。通过优化采用拉手供电模式、加强各供电区间必要的联络通道、核心区域电源不同、合理优化500kV变电站站用电方案等网架优化措施，来提高电网运行灵活性，降低单个变电站全停风险，从而减少极端故障下的用户及负荷损失。
5.2故障后可快速恢复供电-弹性自愈
保底电网的关键要求应是电网的弹性自愈性，即在发生故障时，一个通道故障应有其他通道可继续供电，具备一定的弹性；其次，当发生极端故障导致了用户停电，电网应可快速自愈、恢复供电，从物理角度而言，应具备快速复电通道和快速复电运行策略及机制。
首要要求是电网各电压等级的各供电片区间需具备必要的联络通道，以及相应的二次设备及控制策略等，以保证事故方式下具备较强的转供电能力；此外，抗灾保障电源也是快速复电的重要一环，保底电网需具备相应规模的黑启动电源并具备一定的孤网运行能力，在极端故障情况下可进行局部电网的快速电力供应；用户侧需具备相应的自备应急电源并具备较强的事故应急能力，在极端故障情况下做好用户的自我恢复。电网的快速复电应是一个多方协作的过程。
6结论
(1)自然灾害及不可预见外力等引起的电网极端故障是难以彻底杜绝的。
(2)保底电网的抗灾保障，需电源、电网和用户多方共同努力。
(3)加强保底电网范围内的供电安全，主要是通过提供合理的网架结构、完善的技术支持系统、可靠的运行设备及有效的停电应急处理和恢复机制等措施，配合抗灾保障电源相关技术支持及用户侧的应急响应，从而达到减少自然灾害及不可预见外力等引起的严重故障发生概率及负荷损失、提高严重故障后的电网的快速复电能力。
参考文献
[1]马覃峰，杨晨，唐建兴. 凝冻灾害下贵州电网保底方案的研究[J]. 农业科技与装备，2011，40（10）:47-49.
MA Qinfeng，YANG Chen，TANG Jianxing. Research on the Guaranteed Design of Power Grid in Guizhouunder Freezing Rain Weather[J]. Agricultural Science &Technology and Equipment，2011，40（10）:47-49.
[2]林建新. 以立体思雄构筑保供电体系[J]. 电力需求侧管理，2006,8（3）：25-27.
LIN Jian-xin. The construction of guarantee system of supplying power by three-dimensional thinking[J]. Power Demand Side Management，2006,8（3）：25-27.
[3]张琪祁，冯煜尧，欧阳帆，苏运. 考虑N-1-1停运标准的城市电网结构[J]. 华东电力，2014，42（5）：0893-0897.
ZHANG Qiqi，FENG Yuyao，OUYANG Fan，SU Yun. Urban Power Grid Structure Considering the N-1-1 Outage Standard. [J]. East China Electric Power，2014，42（5）：0893-0897.
作者简介
董红（1982-），女，湖北黄石人。高级工程师，工学硕士，从事电网规划及电力系统运行分析工作。电话：020-87126364，E-mail：dongh@guangzhou.csg.cn。
论文作者:董红,郭挺,程志,王超,郭子轩
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/8
标签：电网论文; 电源论文; 故障论文; 用户论文; 复电论文; 能力论文; 网架论文; 《电力设备》2019年第6期论文;