1、2009 年 11 月 10 日巴西大停电事故分析报告巴西电网大停电事故分析报告第 I 页 目 录引言 1一巴西电网概述 2二伊泰普电站送出工程简介 5三巴西电网及伊泰普水电站安稳措施 6四事故前系统运行状况 84.1 事故前系统运行方式安排 84.2 事故前天气情况 11五事故发展过程介绍 135.1 事故发生阶段 155.2 系统振荡，电网结构无序破坏阶段 185.3 系统解列及崩溃阶段 195.4 系统恢复阶段 21六继电保护装置及稳控系统动作情况分析 216.1 765KV ITABER - IVAIPOR 送出线路保护动作情况 226.2 ITAIPU 水电厂安稳系统动作情况 256
2、.3 与 765KV 送出线路平行的 525KV 线路保护动作情况 296.4 事故发展过程中部分电厂的保护装置和控制系统动作情况 316.5 低周减载装置动作情况 316.6 ITAIPU 水电厂 50HZ 系统两回直流线路闭锁情况 32七本次事故对南方电网的启示 327.1 继电保护装置 32巴西电网大停电事故分析报告第 II 页 7.2 安稳系统设计 337.3 失步解列装置 347.4 网架结构 357.5 事故后电网黑启动和负荷恢复 36附件 1 巴西电网 19962004 年有关事故资料 37附件 2 事故中继电保护和安稳系统动作情况 39巴西电网大停电事故分析报告第 1 页 引言
3、2009 年 11 月 10 日晚 22 点 13 分(北京时间 11 日 8 点 13 分) ，巴西电网全国范围内发生大面积停电，引起世界关注。本次大停电影响巨大，受影响人口约 5000 万，损失负荷约 24436MW，约占巴西电网全部负荷的 40%。巴西电网负荷主要集中在圣保罗、里约热内卢等负荷中心，伊泰普等水电基地通过远距离大容量交直流通道送电至负荷中心，电网结构与南方电网非常类似。因此，深入分析本次事故对预防南方电网发生大面积停电事故具有很好的借鉴意义。南网研究中心非常关注此次巴西大停电事故，一直通过网络及新闻媒体收集资料、与国内同行交流以及与巴西电网的 Cigre 会员取得联系并获得
4、部分有价值的信息，及时编写了一份事故快报。但在事故后近一个月的时间里，巴西政府或电力部门忙于事故调查和分析，一直未对停电原因作正式解释，也未正式发布完整的事故报告，我们只能根据零散的事故信息，滚动修编事故分析报告。12 月中下旬，巴西电网正式公布了完整的事故报告，我们获得相关资料后，于第一时间开展工作，重新完善这份事故分析报告。本专题报告旨在通过介绍本次巴西电网大停电事件，理清事故发展和扩大的脉络和过程，初步评估事故发展过程中继电保护装置和安稳系统的动作行为。同时，结合南方电网实际，努力探寻其中可借鉴的经验教训和启示，供有关部门决策参考。巴西电网大停电事故分析报告第 2 页 一巴西电网概述巴西
5、位于南美洲东南部，国土面积 851 万平方公里，居世界第 5 位，人口约 2 亿。巴西东濒大西洋，海岸线长 7400 多公里，国土 80%位于热带地区。巴西境内水系广众，雨水充沛，水力资源极其丰富，居世界第四位，主要有亚马逊河系、巴拉那河系及圣弗兰西斯科河系。巴西从 1995 年开始对电力部门进行机构改革和私有化，并建立了电力批发市场（有关资料表明截止 2000 年 10 月，巴西拥有电力公司62 家，其中 44 家为私人公司，占 71%；按业务划分，涉及发电业务的26 家，私人占 58%；涉及输电业务的 16 家，私人占 6%；涉及配电和零售业务的 40 家，私人公司占 70%） 。目前巴西
6、全国已形成南部、东南部、北部和东北部四个大区互联电网。通过伊泰普水电站的建设，实现了南部和东南部电网的互联，形成了南部电网；通过 Tucurui 电厂输电系统的建设，实现了北部电网和东北部电网的互联，形成了北部电网。1999 年底，巴西建设了一条长度为 1028 公里的 500kV 交流输电线，实现了南部电网和北部电网的互联，形成了覆盖巴西约 60国土，95的人口和 98的装机容量的统一电网。巴西电网各片区划分见图 1-1。巴西电网大停电事故分析报告第 3 页 图 1-1 巴西各片区电网分布巴西电网 2008 年最大负荷约 65218MW，预测 2009 年和 2010 年最大负荷分别为 67
7、923MW 和 70145MW。巴西东南网的南区包括里约热内卢和圣保罗等经济中心，是全国电网的负荷中心，其负荷占全网比例超过 50%。各片区电网 2008 年最大负荷及 20092010 年预测负荷见下表所示。表 1-1 巴西电网 20082010 年最大负荷 单位 MW片区负荷年份 2008 年 比例 2009 年 比例 2010 年 比例北网 4241 6.5% 4548 6.7% 4669 6.7%东北网 8914 13.7% 9521 14.0% 9888 14.1%东南网 40682 62.4% 41968 61.8% 43219 61.6%南网 11380 17.4% 11885
8、17.5% 12369 17.6%全网负荷 65218 100.0% 67923 100.0% 70145 100.0%巴西电网的交流电压等级繁多，主要的电压系列有765kV、525kV、 440kV、345kV、230kV 以及 138kV，巴西电网地理巴西电网大停电事故分析报告第 4 页 接线示意图如图 1-2 所示。2780 公里图 1-2 巴西电网地理接线示意图巴西电力以水电为主，2008 年巴西电网装机容量约 89000MW，其中水电装机约 77430MW，占装机总量的 87%，分布在 12 个流域 100 多个水电站；其他核电、天然气、火电、油电装机总量约 11570MW，占装机容
9、量的 13%。巴西电网是一个事故频发的电网（附件 1 所示为 19962004 年巴西电网事故资料） ，虽有自然环境因素，但仍可见其装备水平和管理水平一般。本次事故影响较小的区域3450公里巴西电网大停电事故分析报告第 5 页 二伊泰普电站送出工程简介伊泰普水电站(Itaipu) 位于南美洲巴西与巴拉圭两国的边界巴拉那河中游河段。水电站于 1991 年建成，安装 18 台 70 万 kW 机组，总装机容量 1260 万 kW，平均年发电量 750 亿 kWh，是世界上 20 世纪建成的最大水电站。1998 年续建扩机 2 台 70 万 kW 机组，2002 年投入，总装机容量达到 1400 万
10、 kW，仅次于我国三峡电站。该电站由巴西和巴拉圭两国共建、共管，所发电力由两国平分，巴拉圭近期多余的电量出售给巴西，以偿还巴西所垫付的建设资金。 伊泰普电站发电机分为 2 组，每组 10 台 700MW/18kV 机组。一组发电机以巴拉圭电网的额定频率 50Hz 运行，另一组发电机以巴西电网额定频率 60Hz 运行。 60Hz 的一组发电机在 Foz do Iguassu 变电站升压至 765kV，通过 3 回 765kV 线路（非同杆并架线路） ，途经 Ivaipora 和Itabera 变电站，输送到东南电网的 San Paulo(圣保罗)地区，全线长约900km；750kV Ivaipo
11、ra 站有 500kV 出线接入东南部电网，存在电磁环网。50Hz 的另一组发电机通过 4 回 500kV 线路送到 Foz Do Iguacu 换流站，再经两回600kV 直流输送约 7000MW 电力至 Sao Paulo 地区。同时 50Hz 部分系统通过 500/220kV 联络变降压为 220kV 与巴拉圭电网相连（巴拉圭全网平均负荷约 350MW，几乎全部由 Itaipu 电站供电） 。Itaipu 送出工程具体接线示意图见下图 2-1，图 2-2 为 Itaipu 输电工程接入圣保罗地区的示意图。巴西电网大停电事故分析报告第 6 页 巴西中部 5 0 0 k V 电网 ， 再联入
12、巴西东南圣保罗地区电网图 2-1 伊泰普电站输电网络示意图黑粗线为 I T A I P U 7 5 0 K V 线路黄粗线为I T A I P U 6 0 0 K V 直流线路图 2-2 伊泰普电站送出工程接入圣保罗地区电网示意图三巴西电网及伊泰普水电站安稳措施巴西电网配置有一定量的低频减载装置，分 5 轮，负荷减载总量约巴西电网大停电事故分析报告第 7 页 7000MW，同时配有大量原理较为简单的线路过负荷连切装置，还有一定量的防止系统暂态失稳的切机/切负荷装置；区域间联络断面上一般配有失步解列装置，但总体装备水平和技术水平不高。很多稳控措施是通过保护装置来实现，而且部分通道还采用载波方式通
13、信，可靠性不够。其中 Itaipu 电站送出工程也配置了较多的稳定控制措施，功能描述如下：对于 60Hz 运行的系统，实现的主要功能有：(1) 765kV 线路故障切机，维持系统暂态稳定；（2）防止机组自励磁效应损坏机组；（3）系统高周切机保护并防止南部火电厂跳机；（4）防止 765/500kV 系统电磁环网中的主变过载切机；（5）防止 765kV 系统电压崩溃；（6）当电厂只同南部电网相连，系统动态阻尼比不足时，切机确保系统动态稳定。对于 50Hz 运行的系统，实现的主要功能有：（1）巴拉圭电网高周切机保护；（2）防止 Ande 变电站过电压；（3）减少 500kV 传输线路过负荷。Itai
14、pu 水电站的安稳装置在电网异常或事故中大多数情况下均能正确动作，为避免或减少电网事故带来的损失发挥了重要作用，但也发生过安稳装置误动和拒动的情景，总体上安稳装置的技术和管理水平还有待提高。据 CIGRE 2006 年有关资料统计，60Hz 运行的系统正确动作159 次，但不正确动作和拒动也有 13 次，给电网运行带来了一定的安全隐患。50Hz 运行的系统，安稳装置正确动作 2 次，不正确动作 1 次，表现一般。巴西电网大停电事故分析报告第 8 页 四事故前系统运行状况4.1 事故前系统运行方式安排巴西位于南半球，其冬夏季节特性与北半球正好相反，每年 12 月底到 3 月底为夏季，6 月底到
15、9 月底为冬季。11 月份的巴西正处于春季，事故发生时圣保罗地区温度约 27，所以当时并不是巴西电网全年负荷最高时期。大停电发生在晚上 10 点的腰荷时段，此时总负荷60775MW，其中东南部电网和南部电网负荷分别为 34426MW 和9656MW。事故前负荷见如表 4-1 所示。表 4-1 巴西各地区电网负荷地区 负荷（MW）东南地区 34426南部地区 9656中西地区 3221北部地区 2901东北地区 10571巴西全网 60775事故发生前（11 月 10 日 22：12 分） ，伊泰普水电站 60Hz 系统开机 9 台（1 台机组检修） ，出力为 5564MW，通过 3 回 765
16、kV Foz do IguacuIvaipora 外送，在 750kV Ivaipora 变电站接纳 3 台主变上网潮流1063MW 后，通过 3 回 750kV IvaiporaItabera 线路送东南电网电力约6545MW。伊泰普水电站 50Hz 系统开 9 台机，通过直流送东南电网5329MW（直流一个阀组检修，故开 9 台机） 。东南部电网负荷约34426MW， 765kV 交流通道和伊泰普直流送电与其负荷的比例分别为19.%和 15.5%，单一通道送电规模相对偏大。巴西电网大停电事故分析报告第 9 页 东南部电网与南部电网通过多回 500kV、230kV 和 138kV 线路相联，
17、其中 Ibiuna 至 Bateias 2 回 500kV 线路潮流 1285MW，Londrina 至Assisi500V 线路潮流 662MW。圣保罗地区 440kV 电网发电 7301MW。故障前，Ibiuna 变电站一台 +330-220Mvar 的调相机检修，其动态无功支撑能力有所下降。主要断面潮流如图 4-1 所示。系统各断面潮流满足安全稳定准则，电压水平合理。750kVFoz do IguacuIvaipora 外送通道 N-1 外送极限为6300MW， N-2 外送极限约 5800MW，故障前该通道能够承受失去双回路的故障扰动。巴西互联电网系统系统运行状态如下表所示。图 4-2
18、 事故前东南部和南部电网主要断面潮流表 4-2 事故前主要电厂及系统发电情况序号 发电系统 发电（MW） 注释1 伊泰普 60Hz 机组 5564 9 台机组外送 5466MW外送 5329MWIbiuna 送 Bateias 潮流1285MWLondrina 送 Assisi 潮流 662MW巴西电网大停电事故分析报告第 10 页 2 伊泰普 50Hz 机组 5329 9 台机组3 UTN Angra I 5534 UTN Angra II 10845 接入 440kV 系统发电 73016 巴拉圭系统 3071表 4-3 事故前主要断面潮流情况序号 主要断面 潮流（MW）1 东南电网接受外
19、区电力 85122 南部电网外送电力 29503 伊泰普直流送东南电网潮流 53294 伊泰普 60Hz 系统送 Foz do Iguacu 潮流 54925 Ibiuna 至 Bateias 2 回 500kV 线路潮流 12856 Londrina 至 Assisi500V 线路潮流 6627 Foz do Iguacu 至 Ivaipora 3 回 750kV 线路潮流 54668 Ivaipora 至 Itabera 3 回 750kV 线路潮流 65459 Ivaipora 750kV 变电站 3 台主变上网潮流 1063表 4-4 事故前主要设备检修情况序号 主要设备检修情况1 伊
20、泰普水电站 60Hz 系统 11 号机组检修2 Tijuco Black 变电站 1 台 765/345kV 主变检修3 345kV ItapetiMogi das Cruzes 线路 C2 检修4 Ibiuna 变电站一台+330-220Mvar 的调相机检修5 伊泰普电站外送直流标号为 7 的阀组检修表 4-5 事故前主要母线电压Instalacao 765 kV 500 kV 440 kV 345 kV 230 kV Foz do Iguau 753 540 - - -Ivaipora 779 535 - - -Itabera 776 - - - -Tijuco Preto 719 52
21、5 - 356 -Ibina - 534 - 354 -Londrina - - - - 233 Londrina - 542 - - 237 Assis - 540 449 - 238 Bauru - - 453 - -Taquaruu - - 446 - -Jupia - - 448 - -Ilha Solteira - - 448 - -巴西电网大停电事故分析报告第 11 页 Agua Vermelha - 534 450 - -Cachoeira Paulista - 527 - - -Adrianpolis - 531 - 346 -4.2 事故前天气情况Foz do IguacuI
22、vaiporaIvaiporaItabera765kV 主网架所在的Santa Catarina 和 Parana 地区当日 14：00 开始有暴雨和大风天气。Duke Energy 公司运营的 Farm Agrolim 变电站（在 Itabera 市附近）在故障发生前后短时间内降雨 24mm，图 4-3 和 4-4 分别给出 2009 年 11 月10 日 13：0014：00 和 22：1022：20 分雷电情况。可看出，13：0014：00 期间伊泰普电站近区电网雷电非常频繁，而 Itabera 变电站近区雷电情况不太严重。22：1022：20 期间 Itabera 变电站近区雷电频繁，
23、而伊泰普电站雷电情况有所好转。虽然 750kV 主干网架具有较高的稳定裕度，因天气恶劣，为保证系统安全，调度部门在 14：00 降低 765kV 主干网输送潮流到 4000MW左右（如图 4-5 所示） 。20:00 左右因天气造成的严重放电情况有所好转，伊泰普 60Hz 系统外送电力恢复到 5500MW，距离系统 N-2 稳定极限还有 240MW 的裕度。巴西电网大停电事故分析报告第 12 页 图 4-3 2009 年 11 月 10 日 13：0014:00 期间雷电记录图 4-4 2009 年 11 月 10 日 22：1022:20 期间雷电记录巴西电网大停电事故分析报告第 13 页
24、图 4-5：2009 年 11 月 10 日伊泰普电站 60Hz 系统计划发电及实际发电曲线五事故发展过程介绍巴西夏季时间 11 月 10 日晚 22 点 13 分(北京时间 11 日 8 点 13 分) ，巴西全国范围内发生大面积停电。本次大停电影响范围广阔，波及里约热内卢州(RIO DE JANEIRO)、圣保罗州(SAO PAULO)、戈亚斯州（GOIAS）、巴拉纳州 (PARANA)、米纳斯吉拉斯州(MINAS GERAIS)、圣埃斯皮里图州(ESPIRITO SANTO)、南马托格罗索州（ MATO GROSSO DO SUL）、马托格罗索州（MATO GROSSO）等巴西东南部和南
25、部地区以及邻国巴拉圭(PARAGUAY)，损失负荷 24436MW（约占巴西国家电网 40%负荷），巴西全国 26 个州中的 18 个州约 5 千万人巴西电网大停电事故分析报告第 14 页 （巴西总人口 1.9 亿）受到影响，大致分布如下图所示，本次事故中巴西北部和东北部电网受事故影响较小。图 5-1 巴西大停电影响范围示意图（深橙色为受影响区域）受大面积停电影响，巴西圣保罗和里约热内卢两地的地铁系统因停电而停运，数以万计民众被困。路面交通系统处于瘫痪状态，所有交通灯因没有电源而失效。在航空方面，因为跑道部分路灯熄灭，影响到飞机起飞和降落，许多航班延误。值得注意的是，在通信系统方面，有线电话系
26、统因停电而全面瘫痪，但无线移动通信网络却未受本次停电影响。本次事故造成 3 回 765kV 线路停运，损失负荷情况与 1999、2002年停电事故相当，其中南部电网大部分负荷、Brasilia 地区全部负荷均得以幸存，Minas Gerais,Goias 和 Mato Grosso 州仅损失少量负荷。截止当地时间 11 月 11 日早晨，巴拉圭方面在事故后 15 分钟（巴拉圭电力由 Itaipu 水电厂）后已逐步恢复供电；而巴西多个城市在经历 4 个小时的断电后也已陆续恢复供电。巴西电网大停电事故分析报告第 15 页 主要事故过程见下文所述。为叙述清楚，各种短路故障发生时间及保护动作时间均采用
27、相对事故发生时刻（10：23 分）的时间。5.1 事故发生阶段（0500ms ）巴西夏季时间 22：13 分，ItaberaIvaipora 的 765kV 线路 C1 回路Itabera 侧阻波器底座 B 相对地闪络（如图 5-2 所示） 。在这个故障消失之前，又发生了如下 2 个故障：（1）事故后大约 13.5ms，765 kV Itabera - Ivaipora 线路 C2 回路 Itabera 侧 A 相发生接地短路故障（如图5-3 所示）（2）事故后大约 17ms，765 kV Itabera 站母线 C 相发生接地短路故障（如图 5-4 所示）这些故障按照如下顺序清除：（1）76
28、5 kV ItaberaIvaipora 线路 C1 回路的基于载波的主、后备距离保护（RALZA-ABB）在事故后 48ms 跳开线路，清除故障；（2）765 kV ItaberaIvaipora 线路 C2 回路非对称故障的主、后备方向过流保护（MOD III-GE）在事故后 62.3ms 跳开 C2 回路（故障持续时间 48.8ms） 。（3）765 kV Itabera 变电站母差保护(7SS52-SIEMENS)在事故后 58.9ms跳开母线（故障持续时间 41.9ms） ，因主接线为 3/2 接线方式，故没有切除变电站出线。ItaberaIvaipora 线路 C1 回路 B 相、
29、C2 回路 A 相、Itabera 变电站母线 C 相在 Itabera 站侧先后发生单相对地短路，形成三相短路回路。巴西电网大停电事故分析报告第 16 页 ItaberaIvaipora 线路 C3 回路 Ivaipora 侧高压电抗器中性点电流达到1500A，中性点小电抗器的瞬时过流保护动作，在事故后 100ms 左右跳开 C3 回路。Itabera Ivaipora Tijuco Preto 765kV 线路与电网联系简图以及故障发生及继电保护装置动作时序分别如图 5-5、5-6 所示。安稳系统检测到 ItaberaIvaipora 线路 2 回跳开后，在事故开始后251ms 时切除伊泰
30、普电站 60Hz 系统编号为 10、12、14 和 18 号的机组。随后检测到 ItaberaIvaipora 线路 C3 回路跳开，在 476ms 时追切编号为 18A 的机组，共切机 3100MW。图 5-2 765kV Itabera 站回路 1B 相伞群底部巴西电网大停电事故分析报告第 17 页 图 5-3 SE Itabera - 765 kV 站回路 2A 相绝缘柱图 5-4 SE Itabera - 765 kV 站母线 C 相绝缘柱巴西电网大停电事故分析报告第 18 页 图 5-5 ItaberaIvaipora Tijuco Preto 765kV 线路结构图图 5-6 76
31、5kV 主干网线路故障发生及保护动作时序5.2 系统振荡，电网结构无序破坏阶段（500ms2000ms）在 Itabera Ivaipora3 回 750kV 联络线断开之后，南部和东南部电网之间的 BateiasIbiuna 500kV 联络线及其他 230kV 联络线过载，主、后备距离保护在事故后 1 秒内先后跳开这些联络线。此时，南部和东南巴西电网大停电事故分析报告第 19 页 部电网仅通过 LondrinaAssisiAraraquara 500kV 线路联络，系统开始振荡。事故后 1 秒和 2 秒期间，功率振荡导致圣保罗地区 440kV 电网如下线路因距离保护动作先后跳开。表 5-1
32、 事故后圣保罗地区 440kV 线路跳闸情况序号 圣保罗 440kV 电网跳闸线路1 230 kV Edgard de Souza - Botucatu2 440 kV Oeste Embuguau3 440 kV Bauru Cabreva C24 440 kV Bauru Cabreva C15 440 kV Araraquara Santa Brbara DOeste6 440 kV Araraquara Mogi Mirim 37 440 kV Sumar Assis8 440 kV gua Vermelha Araraquara9 440 kV aquaruu Assis10 440
33、 kV Assis Bauru11 440 kV Araraquara Bauru12 440 kV Araraquara Bauru圣保罗地区 440kV 系统内电厂相对 Paranaiba 电厂、北部和东北部系统机组失步，Agua VermelhaSao Simao 500kV 线路在 1.3 秒跳开，AguaVermelhaMarimbondo 500kV 线路在 1.8 秒跳开，将 440kV 电网与 MinasGerais 地区 500kV 电网解列。5.3 系统解列及崩溃阶段事故后约 2 秒至 5 秒，230kV DouradosGuaira、Nova Porto Primaver
34、aImbirussu、 Nova Porto PrimaveraDourados 相继跳开，将Mato Gross do Sul 省从南部和东南部电网解列 ，Mato Gross do Sul 省电网供需不平衡，切除负荷 588MW。事故后 2 秒左右，南部电网频率达到 63.5Hz，频率上升速度为巴西电网大停电事故分析报告第 20 页 1.4Hz/秒，伊泰普 60Hz 系统安稳系统动作，在事故后约 2 秒切除 Foz do IguauIvaipor 3 回 765kV 线路。随着南部系统与东南部电网联系线逐步减少，Areia Governador Bento Munhoz 线路 C1 和 C
35、2、Areia Segredo 线路 C1、Areia Curitiba 线路 C1、Areia Ivaipor 线路C1、Ivaipor Londrina 线路 C1 因过电压跳开，南部系统因电压波动损失负荷 104MW。圣保罗地区 440kV 解列后，Ibiuna 站 345kV 母线显著降低，Foz do Iguacu 换流站最小直流电压保护动作（电压低于额定电压 40%时动作） ，将伊泰普直流闭锁。直流各极闭锁情况见下表。表 5-2 伊泰普直流闭锁情况极名称 闭锁时间(秒） 直流运行电压（kV）pole 3 2.5 300pole 4 4.2 600pole 2 7 600pole 1
36、 8.5 600随后，东南地区电网电压普遍降低，许多线路相继因过流或过电压保护动作跳闸，其中 345kV ItutingaAdrianpolis 线路 2.8 秒跳闸，500kV Itajub3Cachoeira Paulista 线路 11 秒跳闸，525kV Assis Araraquara 在 1 分 20 秒跳闸。上述线路相继跳闸后导致 Sao Paulo、Rio de Janeiro、Espirito Santo 及 Mato Grosso 南部地区电网几乎全部崩溃，Sao Paulo 大都市地区仅通过 500kV Marimbondo、Araraquara 、Campinas 、C
37、achoeira Paulista 变电站。Sao Paulo、Rio de Janeiro、Espirito Santo 省损失负荷约21363MW。Acre 和 Rondonia 省因解列装置动作跳开 230kV VihenaPepper 巴西电网大停电事故分析报告第 21 页 Bueno 线路成为孤岛系统，低频减载动作五轮甩负荷 199MW。北部和东北部电网、Minas、Goias/Brasilia、Mato Grosso 电网孤岛幸存，低频减载分别动作两轮。其中东北电网切除负荷 802MW，中西电网切负荷 279MW，Mine 地区切负荷 667MW。整个事故发展过程中关键事件及其时间
38、序列见图 5-7 所示,详细的继电保护装置及安稳系统动作情况如附录 2 所示。T 5T 1 T 40 1 0 5单位 ： 毫秒2 5 1T 2 T 36 9 0 7 0 6 9 8 5 1 8 8 3T 71 9 2 6 2 1 0 2T 8 T 92 4 6 5 4 2 4 34 9 1 9 7 0 5 2T 1 08 5 1 4T 1 14 7 6T 6时间 事件T1 3 回 765kV ItaberaIvaipora 线路因故障相继被切除T2 安稳系统切伊泰普 60Hz 系统 4 台机组T3 安稳系统切伊泰普 60Hz 系统编号 18A 的机组T4 BateiasIbiuna 500kV
39、 线路 C1 和 C2 相继跳开T5 功率振荡导致圣保罗地区 440kV 电网许多线路跳开T6 Mato Gross do Sul 与南部、东南部电网 230kV 联络线相继跳开，成为孤网T7 安稳系统动作相继跳开 Foz do IguauIvaipor 3 回 765kV 线路T8 伊泰普直流极闭锁T9 伊泰普直流极 4 闭锁T10 伊泰普直流极 2 闭锁T11 伊泰普直流极 1 闭锁图 5-7 事故发展过程中关键事件及其时间序列5.4 系统恢复阶段巴西东北电网负荷大约 20 分钟后恢复，巴西国家电网负荷平均恢复时间为 222 分钟，较 1999 年和 2002 年大停电事故恢复时间慢 90
40、 多巴西电网大停电事故分析报告第 22 页 分钟。 （1999 年和 2002 年大停电恢复时间分别为 111 分钟和 106 分钟） 。六继电保护装置及稳控系统动作情况分析在本次事故发展过程中，大量的继电保护、安全自动装置、解列装置、低周减载装置等先后动作，特别是系统振荡失步和暂态稳定破坏后，很多装置无序动作。本节主要分析和初步评价事故刚发生的较短时间内，在一些重要时间节点影响事故发展和演变过程的装置动作情况。6.1 765kV Itaber - Ivaipor 送出线路保护动作情况本次事故的源头是765kV Itaber - Ivaipor送出线路C1首先发生单相短路，后来Itaber -
41、 Ivaipor送出线路C2、Itaber 765 kV站母线相继发生单相故障，故障发生的时序和继电保护保护动作情况如图5-6所示。Itaber - Ivaipor送出线路C1、C2、C3故障录波波形分别如下图所示：巴西电网大停电事故分析报告第 23 页 图6-1765 kV Itaber - Ivaipor C1线路故障录波图图6-2765 kV Itaber - Ivaipor C2线路故障录波图巴西电网大停电事故分析报告第 24 页 图6-3765 kV Itaber - Ivaipor C3线路故障录波图图6-4765 kV Itaber - Ivaipor C3线路中性点小电抗残留电
42、流波形巴西电网大停电事故分析报告第 25 页 从上面故障录波可以看出，765 kV Itaber - Ivaipor 线路C1在B相单相故障后48ms被直接切除，没有显示线路重合闸过程。初步分析可能是由于C1线路在重合闸等待过程中，C2碰巧又发生了A相单相短路故障，C1保护装置判定为发展性相间故障，因而中止重合闸过程，立即切除本线路，C2单相故障后因为同样原因，也立即切除本线路。765 kV Itaber - Ivaipor 线路C3靠近SE vaipor变电站侧的中性点电抗，在C1、C2相继发生单相接地故障过程中，已开始出现不平衡电流（由于发生了三相不对称故障）。而在线路C1，C2被切除后电
43、压恢复过程中，线路C3的对地分布式电容与高抗及中性点小电抗之间产生较长时间的暂态过程（电容、电抗之间的充放电过程），导致流过C3线路并联高抗的三相电流不平衡继续存在，最大1500A，从而造成中性点小电抗上过流保护动作（注：中性点电抗不平衡电流保护装置的延时定值没有躲过上述暂态过程，南方电网该类型保护的典型定值是5s，一般能躲过上述暂态过程），造成线路C3在故障发生104.5ms被切除。这样，765 kV Itaber变电站送出的三回线路全部失去，电网拓扑结构发生重大改变，对电网的冲击较为严重。6.2 Itaipu 水电厂安稳系统动作情况Itaipu水电厂配置了互为热备用的双套安稳系统，控制功能
44、由PLC（可编程控制器）实现，其中的15、8号控制逻辑就是当Itaber - Ivaipor双回、三回线失去后，切除送端 Itaipu水电厂部分机组，以维持系统稳定。巴西电网大停电事故分析报告第 26 页 当Itaipu水电厂60Hz运行系统的765kV Itaber Ivaipor两回送出线路故障跳开后，Itaipu水电厂安稳系统的逻辑15满足动作要求，在第二条线路跳开后大约190ms,切除编号为10, 12, 14, 18的四台运行机组；当第三回线路跳开380ms后，逻辑8满足动作要求，追切编号为18A的运行机组，安稳系统总计切除了5台机组，总容量为3100MW。令人遗憾的是，Itaipu
45、水电厂的安稳装置动作切除5台机组后，系统仍未能保持稳定，南部系统与东南部/中西部系统之间发生剧烈振荡，有关线路的故障录波波形记录如下。这是本次事故发展过程中的重要转折点和关键节点，导致了后面一系列不希望发生的保护装置和控制系统动作。图6-5525kVIbina Bateias C1线路故障录波图巴西电网大停电事故分析报告第 27 页 图6-6 525kVAssis -Araraquara 线路故障录波图事故后，巴西电网有关部门基于事故前的运行方式，按照故障发生和控制系统动作时序，考虑765kV Itaber Ivaipor线路分别失去三回、两回，对应切除Itaipu水电厂5台机组、4台机组，重演事故切机过程，有关仿真波形如下所示：case1:失去三回765 kV Itaber Ivaipor线路，切除5台机组图6-7失去三三回线，切除5台机组后，发电机功角曲线
