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委内瑞拉大停电事故的安全启示

发表时间：2020/10/20 来源：《基层建设》2020年第19期作者：张晓东1 周鹏2 刘紫渊1 张新燕2

[导读] 摘要：2019年3月7日16点50分，委内瑞拉发生全国范围的大规模停电，首都加拉加斯以及其他大部分地区陷入一片黑暗，全国18个州电力供应中断，此次突发的电力系统奔溃没有任何征兆。

        1.国网新疆电力有限公司塔城供电所新疆塔城 834700；
        2.新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐 830047
        摘要：2019年3月7日16点50分，委内瑞拉发生全国范围的大规模停电，首都加拉加斯以及其他大部分地区陷入一片黑暗，全国18个州电力供应中断，此次突发的电力系统奔溃没有任何征兆。新疆电力系统变电站安全基础仍相对薄弱，提升电力系统运行的安全性和稳定性是电网的主要职责之一。本文通过委内瑞拉大停电事故对新疆电网安全运行的警示及应对措施思考。
        关键词：委内瑞拉大停电事故；安全性；稳定性
        委内瑞拉当地时间3月7日16点50分，委内瑞拉发生了全国范围内的大停电事件，包括首都加拉加斯在内的23个州中的18个州遭遇停电。事件发生后，委内瑞拉随即进入全国电力抢修状态，9日上午全国恢复70％的电力供应。但3月9日下午再次发生大范围停电事件。根据国外某公司发布的委内瑞拉数据推断，停电发生时电力负荷损失80%以上。委内瑞拉此次停电事故几乎是全国性的、反复遭到破坏、持续数天仍无法全面恢复供电的电力灾难。导致几乎整个委内瑞拉电网瓦解，全国大部分地区陷入黑暗，地铁、机场、医院、通讯、互联网、银行等重要机构、设施全部停运。
        一、委内瑞拉电力系统概况
        委内瑞拉全国发电量约为117,000GWh，其中水电占64％，天然气发电占19％，石油发电占17％。水力发电集中在瓜亚纳地区的卡罗尼河上，位于该国东部，共有4座水电站，分别是古里（Embalse de Guri）水电站、卡鲁阿奇（Caruachi）水电站、马卡瓜（Macagua）水电站、卡罗尼（Caroní）水电站。其中，最大的古里水电站，装机容量为10,200兆瓦，位列世界第四大水电站。由于主力电源分布在东部地区，主网电力流呈现“东电西送”格局。委内瑞拉输电网由765kV、400kV、230kV三个电压等级构成，古里水电站电力通过765kV、400kV向该国负荷中心送出（图1）。

                    图1 委内瑞拉主网架结构图
        二、委内瑞拉大停电事件分析
        经初步分析，本次造成委内瑞拉大规模停电的主要原因是由于该国最大的电力设施“古里”水电站遭到“破坏”，继而造成全网的垮网。古里水电站位于委内瑞拉奥里诺科河支流之一的卡罗尼河上，总装机1006千万瓦，年发电量达到510亿千瓦时，是全球第四大水力发电站，承担委内瑞拉全国约40%的电力供应，一旦遭受攻击或发生故障脱网，将造成该国电网失稳、瓦解，委内瑞拉枢纽水电站-古里水电站的故障失压，是造成本次委内瑞拉大停电的直接原因。目前本次委内瑞拉大停电的原因有两种推测：
        （一）来自外部对电力系统的恶意攻击破坏
        主要分为三个阶段：第一阶段为发动电力系统网络攻击，主要针对西蒙•玻利瓦尔水电站，即国家电力公司（CORPOELEC）位于玻利瓦尔州（南部）古里水电站的计算机系统中枢，以及连接到加拉加斯（首都）控制中枢发动网络攻击。第二阶段是发动电磁攻击，“通过移动设备中断和逆转恢复过程”。第三阶段是“通过燃烧和爆炸”对Alto Prado变电站（米兰达州）进行破坏，进一步瘫痪了加拉加斯的所有电力。
        （二）古里水电站送出线路发生火灾所致
        由于古里水电站送出线路路径发生火灾，导致联络古里水电站-中心变电站的三回765kV线路跳闸。值得注意的是，委内瑞拉765kV的线路是国家输电主干线，负责该国85%的电力传输。由于三回765kV跳闸，国家中心变失去电源，该站全站失电导致送入国家负荷中心的主干线也全部失电。
        三、委内瑞拉大停电反映出的问题
        根据对本次委内瑞拉大停电事故初步原因的进一步分析，本次大停电事故主要存在以下几个方面的问题：
        （一）电源数量、容量和整体网架结构不合理，导致全网过度依赖个别重要电源和关键断面
        由于委内瑞拉主力电源均分布在东部地区，主网电力流呈现“东电西送”格局，特别是古里水电站，其电力通过765kV、400kV“自东向西”，主要通过古里水电站-中心变电站的三回765kV线路向该国负荷中心送出。由于该765kV三回线断面承担着委内瑞拉全网60%以上的电力供应，因此委内瑞拉电网将无法承受该故障带来的对电网稳定破坏的影响，若委内瑞拉古里水电站失压或该765kV三回东西联络线路全部跳闸，将进一步引发全网的连锁低频并最终导致全网垮网的严重事故。通过上述分析可以看出，委内瑞拉电网的电源数量过少，单一电源容量过大，造成全网过度依赖于某个单一大电源的安全稳定运行。同时电源和负荷分布不均匀，分布相对过于集中，负荷中心需要依靠多回高电压等级（765kV）、大容量输电线路远距离传输供电，导致全网过度依赖部分关键输电断面的安全稳定运行，当系统大电源或关键输电断面故障，将造成系统较大比例的功率缺额，且没有多元化的网架电力互供和机组备用容量支援等供电保障，最终将由于过大的功率缺额进一步引起系统大范围的频率波动并最终造成系统的跨网。上述是本次委内瑞拉大停电从电电源和电网层面自身存在的一个主要问题。
        （二）电力设施国产化程度低，网络防护能力弱
        委内瑞拉自主工业体系相对薄弱，电力设施国产化程度低，在发电机组、高压输变电等设备上基本依赖进口，同时网络安全防护建设滞后，部分通信设备超期服役，网络防护能力较弱，网络攻击概率较大，风险较高。
        （三）设备陈旧，运维和事故操作人员水平不足
        委内瑞拉电力设备老化问题突出，设备超期服役，再加上设备运维水平较低，造成设备自身故障概率较高。同时运行操作人员素质水平相对不高，当恢复古里水电站-中心变电站的三回765kV三回765千伏线路时，要求三座变电站具备合格的操作人员，但当时并未有过相关预案处理经验，缺乏合格的操作人员，使得未在48小时内快速解决复电问题。
        （四）电力系统薄弱风险防控不足，事故预案不健全
        电网风险防控意识不足，电网关键的薄弱点分析和运行管控能力不足，缺乏可靠监视和有效防控手段，并且没有建立有针对性和健全的事故预案，没有可靠的电厂及全网黑启动方案和调度员事故操作方案，严重影响调度员紧急事故预判和事故后的快速恢复供电。
        （五）涉网机组和二三道防线性能不足
        据后续媒体报道，由于送出线路跳闸，送端古里水电站15、17、19三台机组被切除，水电站12号机组因系统频率超过62Hz被切除。随后，周边卡鲁阿奇水电站1号、4号机组，以及马卡瓜水电站全部机组也受到影响，陆续被切机。通过上述机组陆续跳闸到电网频率波动最终造成跨网的动作行为来看，机组涉网定值及全网二三道防线配置性能不足，存在分层分级逐级配合的优化空间，若配置合理，则存在孤网频率稳定运行的可能性。
        四、对新疆电网安全运行的警示及应对措施思考
        （一）加强网络安全防护
        必须从总体国家安全观来统领关键基础设施安全防护工作。习近平在2018年4月全国网络安全和信息化工作会议上说道：“没有网络安全，就没有国家安全”。新疆电网全网电力监控系统网络安全防护技术人员配置不足，特别是电源侧网络安全人员配置严重不足，管理人员和运维人员安全防护技术水平与电力监控系统防护需求存在较大差距。二是电源侧、用户变电站、公司资产变电站（特别是110千伏及以下变电站）基础安全仍较薄弱，特别是风电场、光伏电站就地设备防外破措施极度缺失。三是电源侧体系结构安全存在重大疏漏，就地终端与站控系统间、安全三区系统与调控主站间未采取纵向边界防护措施。四是操作系统、数据库、应用系统及设备国产化水平仍处于较低水平，非安全Windows系列操作系统在场站侧（特别是电源侧）占比较高。要牢固树立网络安全就是电网安全的意识，加快构建与“三型两网”企业相适应的电力监控系统网络安全防控体系，发挥网络安全管理平台预警、防控作用，严格防范重大网络安全事件。
        （二）加强电网合理建设
        新疆电网目前以750千伏为主网架，电力呈现西电东送、中送、南电北送的局面，部分西电东送联络通道压断面功率极限运行，关键断面故障跳闸将极大限制全网送出能力，同时南部电网由于处于电网末端，通过750千伏单线长链式长距离从主网供电，电压支撑能力相对较弱，电网稳定问题突出，供电极限十分有限，今年来出现的电煤不足问题将严重限制火电机组开机方式，在冬季水电小发期间，存在南疆供电断面严重压功率极限的问题，若再发生供电线路跳闸，将造成和田地区大规模限电的风险。建议一是加快全网电源的合理分布，电源尽量不要集中接入，分散在负荷中心建设，保证电源负荷就地平衡，避免远距离大功率传输供电，避免正常供电过度依赖部分关键联络断面。二是加强部分关键断面的补强工作，如中西部送电联络和疆电外送通道，最大限度发挥电网网架的全网资源配置和送出能力，同时根据南部电网负荷快速增长情况，加快补强南疆重要负荷区域的供电网架建设，避免正常及检修方式下的限电风险。
        （三）加强厂站运维操作和事故应急处置建设
        一方面要重点加强运维人员的运维素质培训，提升设备运维水平，降低设备自身故障概率，同时加强运维人员现场事故应急操作能力培训，提升现场应急处置和快速复电操作能力。另一方面要加强电网关键的薄弱点分析和运行监视管控，建立建立有针对性和健全的事故预案及可靠的恢复方案，做到事故有据可依。
        （四）加强统一电网调度
        新疆电网由于与多个兵团、石油、水利电网互联，多个不同电网调度机构的联合调度对大电网事故后的全网协同事故处置能力相对不足，后续需要结合新疆电网的同网工作，加强新疆电网全网的统一调度运行管理，全面提升大电网事故后的协同安全防控水平。
        作者简介：张晓东（1993.12-），男，汉族，新疆省塔城市人，大学本科学历，新疆塔城电力公司员工，主要研究方向：基于电力计量的技术管理与分析。