中国电网2008年雨雪冰冻灾害的警示

闵勇 夏清  曾嵘 鲁宗相
清华大学电机工程与应用电子技术系

   1.序

   2008年1月10日以来，中国南方大部分地区和西北地区东部出现了建国以来罕见的低温、雨雪和冰冻天气。由于范围广、强度大、持续时间长，此次极端天气状况造成电网和交通线大面积瘫痪，照明、通讯、供水、取暖等居民基本生活条件均受到不同程度影响，某些重灾区甚至面临断粮危险。在此期间共有21个省（区、市、兵团）不同程度受灾，灾民过亿，直接经济损失达一千五百亿元以上。
    在严峻的形势下，中共中央、国务院及时发出了抗灾救灾工作指示，强调要千方百计“保交通、保供电、保民生”。冰雪就是命令，电力行业各单位全力出动，采取多项措施，不惜一切代价，展开了一场对抗雨雪冰冻的全面应战，紧紧依靠政府和群众，积极抢修受损电网，全力确保受灾地区电网安全运行和有序供电，满足春运和百姓生活需要，把党中央、国务院对灾区群众的关怀传递到千家万户，努力完成了“保供电”的抢险抗灾工作。截至2008年2月29日17时，全国范围电网因灾停运电力线路已恢复89.5%，抗冰保电斗争取得了阶段性成果。
    清华大学电机工程与应用电子技术系始终密切关注着这场抗冰雪、保供电的战斗，深入思考这场灾害对我们的启示，希望为今后电力行业的可持续发展、提高电网的灾害防御能力和紧急救助能力提供有力的智力支持。
   

2.灾害成因分析

    此次低温雨雪冰冻天气之所以对电力系统造成了严重损害，其直接原因主要集中在两个方面：
    一是输电线路的大面积破坏。截至2008年2月29日17时，全国范围电网（包括国家电网公司系统、南方电网公司系统、地方电网及电厂送出自有线路）受损停运电力线路共36740条，因灾停运的变电站共2016座，110-500千伏线路因灾倒塔共8381基。恶劣的低温雨雪冰冻天气导致覆冰大大超过供电线路设防标准。按照正常的设计标准和国际通行的做法，我国500千伏输电线路覆冰气象的重现期按30年一遇设计。目前华中地区一般线路采用10～15mm覆冰设计，个别线段设计覆冰厚度采用20～50mm。华东地区覆冰厚度一般采用10mm设计，浙江个别山区覆冰厚度采用15mm。这次冰冻雨雪气候平均的覆冰约在30～60mm，局部地区最大覆冰厚度达到80mm，使得铁塔的垂直荷载和纵向张力大大地超过了其设计能力，导致了大量的倒塔事故。
    二是煤、电、路三者的问题循环。煤电运的紧张形势由来已久，实际上，在恶劣天气到来之前，多个地区已由于电厂存煤量不足而出现了缺电。突发冰雪灾害天气后，冰雪对道路交通的破坏导致了电煤生产和运输的阻碍，发电厂因燃料供应不足而停机的问题更加突出。2008年1月29日全国范围内因燃料供应不足而停机共4171万千瓦。大面积输电线路损坏，阻碍了电气化铁路的运营，又恰逢春运高峰，导致在遇灾初期运力严重不足，进一步加剧了电煤紧缺的局面。因此，我们应对长期淤积的煤电矛盾以及背后的体制性因素进行深刻的反思。
   

3.思考与建议

    在巨灾面前，我们绝不能“头痛医头，脚痛医脚”，仅仅把目光放在抗灾上。要痛定思痛，以巨灾为警醒，以灾后重建为契机，重新审视电力系统安全对国家安全的重要意义，重新审视“坚强的国家电网”中“坚强”的内涵应该是什么，重新审视我们的电网安全设计标准有无问题、建设过程有无偏颇，重新审视电力工业体制改革的道路。只有结合电力工业本身的特点，从宏观社会经济角度综合分析电力系统这样一个复杂巨系统的特性，才能正确认识电力工业中现存的问题，提出可行的解决方案。
   

 3.1 要化危机为转机，营造电力工业建设运营的和谐环境

    现代社会对电力的依赖越来越大，电能的使用已遍及国民经济及人民生活的各个领域，承担着保障国民经济正常运转的重要职能。没有电，就没有现代社会文明，就没有老百姓的安居乐业，甚至会引发社会稳定问题。因此，电力系统的安全可靠运行直接关系着国家安全。
    与其他工业相比，电力工业具有自身的特殊性：由于电能不能大规模存储，电力的生产与消费必须瞬时平衡，而且发电机的旋转部件必须维持同步转速，才能实现整个系统的稳定运行；过低、过高的频率和电压都将直接影响用户的用电设备寿命、产品质量或服务质量。这种专业技术壁垒的存在增加了社会公众了解电力工业的难度，导致在城市规划中对电力走廊规划不足甚至没有，电力建设缺乏必要的政策支持，电网建设过程中征地拆迁阻力较大。同时，输电线路通道的林木剪枝与砍伐手续办理困难，费用巨大，也给电网运行维护工作造成了很大的困难。在此次抗灾抢险的过程中，由于大量输电线路建设在交通不便的崇山峻岭之中，抢修人员和设备、物资进山十分困难，现场抢修工作异常艰难，严重影响了抢修进度。为此应营造电力工业建设及运营的和谐社会环境，广泛宣传电网的外在效益，引导社会民众正确认识电力公共服务的重要性，正确认识电力生产的特殊性，将电力行业的安全稳定运行和有序发展上升到关系国计民生、涉及社会稳定的高度，为电源电网建设保驾护航。中央政府要在国土资源规划中预留输电走廊，地方政府要把电力工业建设纳入到城市规划的体系中来，由相关职能部门根据城市发展状况合理安排周边电源建设，开辟电网建设征地的绿色通道，营造电力工业建设和运行的和谐社会环境。
   

3.2 要更新观念，高度重视电网“安全电源”的重要性

    自然灾害、战争、运行故障等风险无时无刻不在影响着电力系统的安全稳定运行。要减小风险，避免对特定能源资源、特定区域和输电通道的依赖，应通过结构优化调整来提高电力系统的抗灾性能。
    发电厂是电力系统的“源”，这里源的含义，不仅仅指正常状态下的供给负荷的电源，还包含事故状态下电力系统的“安全电源”。在此次雨雪冰冻灾害过程中，部分地区电网与主网解列运行的情况时有发生，个别省份一度发生大面积、长时间停电的事故，在最艰难的时期，一些地区依靠发电车、家用燃油发电机等勉强维持了基本的生活用电，凸显出建设电网安全电源的重要性。
    电网的安全电源，需要从电源、电网、用户三个方面来筹措建设。电源方面，首先要考虑电源点在各个电压等级的合理布局，保障各级电网在正常和事故状态都有可用的电源。另外，抽水蓄能电站在日常电网调度运行中承担削峰填谷的作用，在事故状态也可作为系统的安全电源之一。电网方面，应当提高骨干、战略通道的设计标准，保证电网关键通道的适度冗余，提高其可靠性和安全性水平。骨干战略通道的强化建设可一定程度缓解煤电运的紧张形势。坑口发电厂配合骨干战略通道的远距离输电，能为各个区域电网提供远方支援。此外，在用户侧建设就地安全电源是非常关键的手段。在出现非常规灾害或者战时攻击的情况下，通过在负荷中心建设足够的分布式电源，能够在尽可能少地依赖外部条件的前提下有效保证居民最小能源供应和最基本生活条件。同时这种电源也是保障电网安全的重要设施和手段，支撑受端电网的电压，提高供电可靠性，事故状态下可作为电网恢复的启动电源。为保障电网安全而建设的安全电源，应将其成本纳入到整个电网运营成本之中。
   

3.3 要注重电网与电源的同步发展，更加科学地规划电网

    我国电网投资不足、建设相对滞后。我国电网建设与电源建设投资的比例约为3∶7，远远低于发达国家5∶5的水平。我国的电网发展相对滞后，特别是在一些局部电网中，存在以下突出问题：一是主网架结构较为薄弱，配电网老化，联络线多采用单回线的周边联网方式，暂态动态稳定形势严峻；二是负荷中心动态无功电源支撑不足，电压稳定问题严重；三是某些关键输电通道线路和负荷中心降压变载流能力不足；四是部分电网短路容量超过或接近开关遮断容量。这些问题严重影响了电网的安全稳定水平，限制了电网的输送能力，制约了电网更大范围资源优化配置功能的发挥，也导致电网抵御巨灾等风险的能力明显不足，局部电网在紧急情况下可能无法得到异地的有力支援。在此次冰雪灾害中，福建电网与华东电网之间仅有的两条500KV联络线先后中断运行，整个福建电网成为一个独立的孤网；受灾各省内，局部地区电网与主网解列运行的情况不时见诸报端，不少网架薄弱的地区也随时面临着解列的危险。出现这种局面，主要原因是此次灾害程度远远超出电网原有的工程设计标准，但电网投资不足、建设相对滞后也是一个不可忽视的因素。
    要注重电网与电源的同步发展，更加科学地规划电网。电网输送能力取决于各电压等级电网中、输送能力最小的那个电压等级的输送能力。任何一个环节出现问题，都可能使得电源出力严重受阻，影响人民生活和国民经济正常运行。在下一阶段的工作中，务必要“查漏补缺”，妥善处理提高现有电网输送能力与电网安全稳定运行、电网经济效益、跨区跨省电力电量平衡间的关系，加强电网的调度管理；要坚持合理分层、科学配合的原则，进一步优化电源布局和电源接入方式，合理配置不同电压等级电网的大电源与就地小电源，合理配置各电压等级电网的电源与负荷的平衡关系，使得高电压等级电网出现故障时，对低电压等级用电的影响减少到最小；要加强电源电网建设的相关工程技术标准研究，引入新技术提高线路传输能力，通过先进的信息和控制技术建立智能化的自愈性电网，提升电网的安全水平。通过实施以上措施，进一步加强电网与电源的协调建设和同步发展。
   

3.4 要实事求是，重新思考如何科学地实施主辅分离

    根据电力体制改革的时间表，2002年“厂网分开”之后，完成电网公司的主辅分离改革是一项主要任务。在经历近五年的延宕后，电力主辅分离的改革即将重启帷幕，拟以重组方式组建两家综合性电力建设集团公司，将区域、省级电力勘测设计、施工、修造等辅业企业，按照一定的重组原则进行划分后，分别进入这两大电建集团公司。这是落实“十一五”电力体制改革实施方案的又一项举措。
    但我们应当看到，在此次冰雪灾害中，各区域、省级设计院、送变电在其所属电力公司的统一安排下加班加点24小时值守设计、抢修，为抗冰抢险做出了巨大贡献。在肯定他们工作的同时，需要思考的是，如果这些单位都作为辅业被直接剥离，与电力运营系统互相独立，那么，如果再次出现类似的灾害天气或重大事故，需要紧急协调、互相支援、同心协力的时候，是否还能像此次一样组织有力、保障到位？我们认为，要将辅业单位区分为两类：一类是技术性和专业性很强，直接服务于主业的，另一类是技术性和专业性相对较弱，易于在一般市场中获得相应服务的。对于前一类辅业单位，应将其继续保留在主业体系内，以确保电力主营业务队伍的统一协调能力，避免协调成本，为抵御灾害风险提供有力的组织保障。

3.5 要未雨绸缪，建设抗灾型的电网

    复杂性是现代电力系统的首要特征，而脆弱性和复杂性总是伴生的。现代社会，电力就像社会和经济运行的马达，没有了电，一切便迅速陷入全面瘫痪。大面积停电事故造成的巨大经济社会损失，是挥之不去的梦魇。提高电力系统的可靠性，成为社会的迫切需求；永远不停电，是公众的美好愿望。但是，从科学角度来说，100%的可靠性是一个可望而不可即的目标。可靠性的提高是需要付出成本的，尤其是在现今这个高价能源时代，电网安全的成本是异常高昂的。因此，要正确认识电力系统的事故风险，建设抗灾型的电网，确保电力系统安全稳定运行和连续可靠供电。
    要建设抗灾型的电网，首先要提高部分电网的设计标准，强化骨干战略通道的建设。此次冰雪灾害告诉我们，当前的电网工程设计标准已经不能与抗御巨灾的要求相适应，其中，冰雪灾害程度远远超过输电线路、杆塔特别是耐张塔的设防覆冰标准是造成倒塔的主要原因。因此，我们要加强对电网设防标准的研究，根据现实情况对标准进行适当调整和提高，为指导今后的电网建设提供可靠依据。如果以抗御巨灾为目标，全面提高所有线路的设计标准，必将带来非常高昂的造价，超过电价的承受能力。因此，目前比较合理的选择，应该是寻找电网安全和电力广大用户承受能力的有机结合点，在重建过程中提高关键线路的工程设计标准，对重要用户可以考虑实现来自不同方向电源的多路供电方式，满足“N-1”甚至“N-2”的运行方式实现，从而大幅提升抗灾能力；一般线路的设防标准则可以降低一些，允许在较大灾害当中停运重修。
    要建设抗灾型的电网，还应科学制定各种灾害的应急预案。首先，应评估电网有可能出现问题的关键环节，实施监控，例如在重灾区设立观冰站等，从而形成有效的灾害预警机制。在此基础上，要制定完善的应急预案，包括灾害的分级标准、应对机制、权责分配、人员安排、救援措施、资源调配办法以及通讯方式等等。在预案中，要提前做好各局部电网孤岛运行的预案，确保即使在局部电网成为孤网的恶劣情况下，也能确保人们生活和重点用户的供电，特别是通讯、交通等直接涉及抢险救灾工作效率的部门，避免出现此次雨雪冰冻灾害中通讯不畅、交通中断的情况，确保抗灾体系的正常运转。通过以上措施，防患于未然。建立全社会统一的应急指挥平台和电网内部的统一调度机制，保障在灾害发生时能够应对及时，措施得力，从而提升电网应对一次灾害和一轮多次灾害的能力。 

 4 结语

    这次雨雪冰冻灾害重大灾害既是对电力系统的重大考验，也是针对电力工业发展当中存在的问题敲响了警钟；带来了巨大的损失，却也给我们提供了一个审视自身发展的机会。认清问题本质，抓住关键因素，积累经验教训，着眼未来发展，我们一定能够在冰融雪化之后，迎来电力工业发展的春天！
    仅以此文表达我们对巨灾之后电力工业发展的关注。