电力系统“N―X”安全准则探讨

摘 要：N-1安全准则是被广泛采用的电力系统安全性评价的最为有效的手段，随着互联电网日益复杂化和用户对用电质量要求日益提升，有必要引入N-2和N-1-1安全准则满足用电可靠性的需求。文章探讨分析了以上三个安全准则的涵义和适用范围。

关键词：电力系统；“N-X”安全准则；研究分析

前言

众所周知，N-1安全准则是被广泛采用的电力系统安全性评价的最为有效的手段，是电力规划、运行、调度、事故预想和保护整定计算必须考虑的最基本原则之一。但随着电力系统的不断发展，互联电网的复杂性不断增加，连锁故障发生概率提高，有必要引入N-2和N-1-1等安全准则，以期对电网进行更加严格的安全校核，确保电网在特殊复杂故障情况下亦能维持安全可靠供电。同时，随着物质经济的发展，用户对供电可靠性的要求也在不断提升，因此对电网规划和建设不能停留在传统的标准上，需要提出更高的标准，以满足用户日益增长的用电可靠性的需求。本文试图结合电力系统发展趋势和要求探讨分析以上三个安全准则的涵义和适用范围。

1 N-1准则

目前，我国电力企业广泛采用N-1安全准则。N-1准则以《电力系统安全稳定导则》（DL755-2001）的定义为依据，即正常运行方式下的电力系统中任一元件（如线路、发电机、变压器等）无故障或因故障断开，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内。当发电厂仅有一回送出线路时，送出线路故障可能导致失去1台以上发电机组，此种情况也按N-1准则考虑。N-1准则用于单一元件无故障断开条件下电力系统静态安全分析，或单一元件故障断开后的电力系统稳定性分析即动态安全分析。

该准则包含了两层含义：一是保证电网的稳定；二是保证用户得到符合质量要求的连续供电。因此，其适用范围贯穿于电力系统规划、运行计划、运行等各个环节。N-1准则是目前被广泛采用的电力系统安全性评价的最为有效的手段，是电网规划、运行、调度、事故预想和保护整定计算必须考虑的最基本原则之一。

2 N-2准则

传统的电力规划通常采用N-1安全校验准则，很少把N-2安全校验考虑到电力规划中。但随着电力系统复杂性的不断增加和用户对供电可靠性要求的提升，有必要引入N-2安全准则对部分电网实施更严苛的安全校核。

N-2准则一般指正常运行方式下的电力系统中任两个元件（如线路、发电机、变压器等）无故障或因故障断开，电力系统应能保持稳定运行和正常供电。

N-2准则的提出具有很强的现实意义。第一，国内外的多次大停电事故表明，随着电网互联的复杂性增加，系统在发生单一故障后运行于紧急状态时，稍有扰动，系统就有可能发生连锁故障，给电力系统及整个社会带来巨大的经济损失。第二，电力系统计划检修尤其是线路或变压器的检修，使得输电网仅满足N-1安全准则是远远不够的。第三，近年来为建设资源节约型，环境友好型的绿色电网，节约走廊资源，降低工程造价，绝大部分输电线路采用了同塔双回或更多的架设型式，而近年来日益频发的严重自然灾害、严峻的电力设施保护形势，时常会对同塔双回线路的安全运行造成威胁，对于重要断面的同塔双回线路如系统不具备足够的备用通道或备用容量，势必会影响电网的稳定运行和对客户的可靠供电。因此，从规划层面考虑电力系统N-2安全，对系统中重要元件、断面等实行N-2安全校核，具有重要意义。

3 N-1-1准则

N-1-1准则是近年来国内外电力企业、技术机构提出的全新的安全准则。目前，国内外学术届尚未对N-1-1准则给出准确的定义，然而从近年来电力系统发展成果可以看出，这是相对于传统N-1原则更为严格的电网冗余度要求，也是N-2准则的具体化、实用化的体现，是在电网规模逐渐庞大，电网可靠性要求日益提高的背景下逐步成形的新的电网校验标准。如NERC（北美电力可靠性委员会）的TPL-001-1标准要求系统规划时需进行N-1-1安全分析，即电力系统受到单一元件故障扰动后，保护装置正确动作或实施人工系统调整，另一单一元件发生故障后，需确保系统安全稳定运行。澳大利亚珀思电网公司技术文档指出，N-1-1准则应用于输电网中，一个元件在检修的而另一元件发生故障情况下系统需保持安全而不大量失负荷。我国某省级电力企业也已在电网规划设计中引入了N-1-1校核，“设定在80%最高负荷下，若任何单一元件（不含母线）检修，通过人工的电网重构，保证检修期间另一元件故障（不含母线），电网能够保持安全供电”。

笔者认为，N-1-1=（N-1）-1，即在“N-1”的基础上再减1，这里的“N-1”代表系统元件计划停运（如检修等）或某一元件故障后但保护、开关及重合闸正确动作或采取人工措施，并不是指不可控制元件退出（如保护装置动作失败）；而再减去1是指另一元件发生故障。显然，从经济性和实用性考虑，“N”是有一定的边界条件的，不是指系统中的任意一个元件。

如上述我国某省级电力企业已应用N-1-1安全准则作为500千伏主变校核原则，以确定220千伏网络分片及500千伏主变的配置。220千伏电网片区以1-2座500千伏变电站、3台或以上500千伏主变，带一片负荷（可能包含220千伏电源）独立运行为目标。220千伏片区形成初期或过渡年份可以考虑2台主变独立运行，但必须满足N-1-1原则。根据该原则，一是要求单片的500千伏主变容量要足够，即在系统负荷为最大负荷的80%情况下，3台主变带一片220千伏网络时，在1台主变检修状态下，又有一台主变故障，而剩余的一台主变能够承担全部负荷（或片区内部分负荷可以转移）；二是要求与其它500/220千伏片区的联络要足够强，即是在某些2台500千伏主变带单片运行时，一台检修时，另外一台发生故障后，能够通过与其它片区的联络转移全部负荷。

N-1-1原则的提出，其实是对坚强电网、智能电网在规划层面的新要求，也是随着电网规模逐渐扩大，系统短路容量日益增加，电网逐渐实现分片分区运行后，对电网可靠性的必然要求。

4 结束语

N-1准则反映了确保全社会经济运转对电力系统的最低要求。随着互联电网日益复杂化和用户对用电质量要求日益提升，有必要引入N-2和N-1-1安全准则满足用电可靠性的需求。当然，N-1、N-2、N-1-1准则应根据实际情况应用，充分考虑必要性和经济性。只用在电网规划中提前做好分析，搞好电网布局，才能保证电网运行时有足够的可靠性，保证电网安全，从而取得良好的电网运营经济效益和社会效益。