守护万家灯火！探访电网安全稳定运行背后的“科技密码”

　　中国网财经3月31日讯(记者李春晖)今年2月份，智利发生全国性大停电，导致全国98%的居民(逾1900万人口)无法正常工作和生活，引发世界关注。

　　近些年世界上许多国家都发生过大面积停电事故。而中国作为全球电网规模最大的国家，也是电网维护难度最高的国家，为什么从未发生过大范围停电？是什么力量几十年如一日默默守护着万家灯火？

　　近日，中国网财经记者跟随国资委新闻中心组织的“走进新国企·科技创新主力军”调研活动走进国网电科院(南瑞集团)，实地探访电网安全稳定运行背后的“科技密码”。

　　郑玉平(中)与团队成员探讨继电保护前沿技术问题(国网供图)

　　“三道防线”守护电网安全稳定

　　所谓“善战者无赫赫之功”，中国几十年未发生大范围停电事故的重要原因，正是科研人员打造出了固若金汤的“三道防线”，将风险扼杀在萌芽中。

　　“第一道防线”是故障隔离：当电力系统发生故障时，由“继电保护”装置快速清除故障，保持电网正常供电，不发生负荷损失。

　　“第二道防线”是紧急控制：当电力系统发生较严重故障，按照预订的控制策略，通过切机、切负荷等稳定控制措施，快速调节功率，保持电力系统稳定运行。

　　“第三道防线”是校正控制：当电力系统发生严重故障导致稳定破坏时，采取失布解列、低频低压减载、高频切机等措施，避免造成长时间大面积停电和对重要用户的灾害性停电，使负荷损失尽可能减少到最小，保证电力系统不垮网。

　　此外还有电网恢复控制决策支持系统，即在电网发生大规模停电后，在线搜索恢复预案并进行安全校核和风险评估，为调度人员提供在线的恢复决策支持。

　　“‘三道防线’是中国独创，其中第一道防线‘继电保护’是保障电网稳定、设备安全的关键技术手段。”国家电网公司首席科学家、国网电科院(南瑞集团)电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室主任郑玉平说，继电保护是以最短时间和最小范围切除电力系统各类故障，阻止故障蔓延和扩大。据统计，世界70%以上的大停电是由继电保护不正确动作诱发或加剧的。“今年2月25号发生的智利大停电，就是继电保护的不正确动作诱发的。”郑玉平补充道。

　　郑玉平是大电网保护控制技术专家，40年来一直从事电力系统保护控制关键技术研究、装备研发及应用。针对我国电网超高压、特高压到新型电力系统发展过程，创新发展了超高压输电线路保护技术，主持研制了我国首套串联电容补偿线路保护、首套同塔双回线路保护和自适应重合闸装置，打破国外垄断；主持研制了大容量电力主设备系列保护装置，应用于我国首台800MW火电机组、首个750kV输变电示范工程，实现自主化并走出国门；主持构建了复杂大电网差动保护技术体系，攻克了特高压交直流混联、新能源大规模接入电网的保护关键技术，整体技术国际领先。

　　这些创新成果广泛应用于220kV～1000kV各级电网，支撑保障了我国从未发生影响千万至数亿人口的大停电，为我国大电网保护控制技术进步和电网安全运行做出了重要贡献。

　　为新型电力系统建设提供支撑

　　未来随着间歇性、波动性的新能源大规模接入电网，电网的安全稳定运行将面临新的挑战。

　　“未来的研究重点将围绕新型电力系统展开。”郑玉平表示。

　　郑玉平研究团队未雨绸缪，提前布局，开展新型电力系统继电保护技术攻关。初步构建了不依赖电源特性的继电保护新的技术体系，成功提出了系列保护原理的实用化技术，完成20个型号新型保护装置研制，并在江苏、福建、陕西等单位示范应用，涵盖海上风电送出、低频输电、大型新能源基地等新型电力系统典型场景，助力“双碳”目标加速实现。

　　电力设备长期不间断运行，受设备老化、机械损伤、恶劣环境等因素影响，发生故障在所难免。目前防止变压器故障引发爆裂起火是个世界性难题，从故障后传统保护的角度，我国已经做到了极致，可以5ms超快速动作，但仍难以避免爆燃事故发生。

　　为此，郑玉平团队另辟蹊径，从多学科融合角度出发，提出了主动式保护方案，在故障击穿前100ms左右实现保护动作。

　　“这条技术路线实现难度极大。”从2017年开始，郑玉平主持国家自然科学基金集成项目、国网重大专项，经过八年的努力，研究故障击穿前的声、光、电、磁等多物理量的演变规律，并设计了模拟试验变压器，开展了反复的试验，提出了综合超声、特高频、高频脉冲电流信息的主动保护方案，完成了系统和装备的研发，目前正在特高压换流变进行安装调试，后续还要持续研究与优化。

　　由于供电行业的特殊性，电网是不可以随便停电做实验的，仿真实验是支撑我国电力系统高质量发展的重要手段。

　　国网电科院(南瑞集团)电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室下属的系统保护实验室，以数字仿真的形式，将大电网的设备现场“搬”进了实验室，将预想的故障在仿真系统中模拟，提前设计应对策略并进行验证。

　　系统保护实验室(中国网财经李春晖/摄)

　　系统保护实验室中一排排整齐的实验设备格外引人注目。这里拥有实时数字仿真计算集群和数百套安全稳定控制装置，建设了电网一、二次系统全场景闭环交互的实时仿真验证平台，具备国家电网公司六大区域电网系统保护和重大稳控系统硬件在环实验验证的能力，将为新型电力系统建设等前沿技术发展提供重要支撑。