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袁士超，朱耿，严勇，谭智，许育燕
（国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，浙江 宁波 315010）
关键字：303大停电；
台湾；
新型电力系统建设
新型电力系统是以新能源为供给主体、以确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展电力需求为首要目标，以坚强智能电网为枢纽平台，以源网荷储互动与多能互补为支撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统[1-4]。台湾省电力供应是岛内自给自足，未与大陆联网，但统一后，其电力发展规划必然面向国家新型电力系统建设政策，分析研究台湾省电力系统现状及其存在问题，不仅于国家对台各方面准备有所帮助，也可为统一后台湾省电力系统的建设提供参考。
以台湾省303大停电发生过程及产生影响为基础，分析大停电产生的原因及暴露问题，结合当前台湾省电力系统存在的隐患，提出台湾省电力改革可行方向及未来新型电力系统建设建议。
2022年3月3日09:07，台电公司兴达发电厂燃煤机组二、三号机配合环保停机大修期间，345 kV（北）开关场配合兴达二号机大修及断路器3540、3550维护保养过程中发生闪络事故，引发南部电力系统频率事故，南部区域全部停电，中部区域和北部区域电力系统因频率受到影响切除部分负荷，合计减少1050万kW供电负荷，相当于当日全省用电需求三分之一，是台湾省历史上涉及负荷最大的停电事件。
303大停电造成全省552.9万用户受到不同程度影响，共引起328件电梯受困案件，15起火灾警报。台南市东区、高雄市17个区域因停电引发停水，高雄轻轨及高雄捷运停驶，对台湾人民的正常生活造成极大影响。
2.1 事故发生电厂情况
事故发生地点为高雄兴达电厂，全厂装有燃煤机组4组共210万kW，燃气复循环机组5组共222.6万kW，全厂装机容量432.6万kW，事发当时燃煤机组出力66.9万kW、燃气复循环机组出力130.4万kW，合计197.3万kW。
兴达电厂共有兴达（北）、兴达（南）两开关场，北开关场接入燃煤机组，南开关场接入燃气复循环机组，345 kV出口电源线共4回线，分别引接至路北及龙崎变电所如图1所示。
图1 兴达电厂345 kV一次接线方式示意图
2.2 事故前检修状态
事故发生前兴达电厂燃煤机组二、三号机配合环保停机进行年度检修，345 kV（北）开关场配合二号机大修（1月1日—3月15日）隔离中，断路器3540、3550大修保养工作同时进行中。
345 kV（南）开关场因兴达—龙崎三路停电进行气封型绝缘线路工程，仅剩兴达—路北白线一回输电线至龙崎变电所，为避免单线路故障导致（南）开关场全停，方式安排上将（南）、（北）开关场间联络线合环运行以提高可靠性，事故发生前南部电网检修运行方式如图2所示。
图2 事故前南部电网检修运行方式
事故前台电公司修护处对断路器3540进行SF6绝缘气体充填，并于检测后发现含水量较高，须回收SF6绝缘气体进行过滤及热处理以去除水分，于是将气体全部抽出，留下断路器3540无绝缘气体状态放置。
2.3 事故发生过程
未待断路器3540 SF6绝缘气体充填，检修工作要求操作3541隔离开关，值班人员检查断路器3540及接地闸刀3541E分闸位置后，操作隔离开关3541合闸，如图3所示。因未确认相邻断路器3540 SF6绝缘气体已抽离，合闸后导致隔离开关3541经由断路器3540导体闪络，事故后断路器3540闪络情况如图4所示。
图3 事故发生时相关设备示意图
图4 断路器3540闪络后情况
兴达电厂（北）开关场闪络发生时，因隔离开关3541为马达驱动式操作机构，操作合闸开始后由开启至完全闭合约7 s，过程中带电母线#1 BUS经由隔离开关3541对相邻已无绝缘气体断路器3540导体放电，产生泄漏电流，持续5 s后母线保护判定为电流互感器信号异常，自动闭锁保护功能，兴达电厂#1 BUS主保护失效。
#1 BUS主保护闭锁后，后备保护动作，龙崎、路北、嘉民、南科、仁武等5所超高压变电所线路跳闸，仅剩路北—兴达白线、龙崎—路北白线因电力振荡引起保护闭锁未跳闸，进而导致电力系统扰动，引发南部地区丰德、兴达、嘉惠、南火、麦寮、核三、大林等电厂机组跳闸。以龙崎变电所为分界，北部线路陆续跳闸，南部系统高频切机，全省电网分列为北中及南部两个系统，如图5所示，事故影响主要在南部系统。
图5 联络线断开后南北系统分列运行
系统分列后，南部系统频率上升至61.2 Hz，后因南部机组陆续跳闸，南部频率持续下降，最终导致南部系统全停。因中北部系统用电负荷需求大于电力供给，频率最低降至58.79 Hz，低频减载动作，切除部分负荷后频率逐步稳定。南北部频率变化如图6所示。
图6 分列后南部与北部系统频率曲线
2.4 事故后恢复送电
随着嘉惠及水力机组等电源逐渐并联发电，中、北及东部低频减载用户约400万户于11:27恢复送电，至12:00尚有云林以南地区约149万户停电，待南部机组陆续并入系统，供电能力逐步恢复，当日21:31全省失电负荷全部恢复。
3.1 从业人员因素
303事件中电厂运行人员在断路器绝缘气体填充工作尚未完成前，即要求销卡对邻近隔离开关进行测试操作，导致禁止操作卡防误操作机制失效。此外，运行人员在跳机风险查核栏位上填写“否”，并已由经理盖章认可，全程未意识到可能存在的电网风险。
值班主任在开关合闸前，虽至现场确认开关状态，却未注意相邻断路器区间绝缘气体压力是否正常，且未在联络书上填写该检修工作是否有跳机风险的核查结果，未履行值班工作职责。
3.2 电网检修因素
兴达电厂（南）开关场装机200万kW，因配合线路容量扩增工程需求，两回电源线仅剩一回线运行。为提高电力系统运行可靠性，厂内联络线并列运行，导致故障发生后，主保护失效情况下，并列运行方式反而扩大了事故范围，造成更大影响。
3.3 保护配置因素
母线保护设有电流互感器异常判定功能，其逻辑为电力系统不可能存在长时间故障，母线保护设定持续5 s接收到低于额定电流的电流信号时，即判定为电流互感器异常，为避免母线保护误动作，自动闭锁保护。本事件中隔离开关马达驱动时间7 s，未与保护合理配合，导致主保护自动闭锁，后备保护动作扩大事故范围。
303大停电是电网检修薄弱方式下人为因素引发，各种非人为因素叠加造成的电网失控的严重事故，未来新型电力系统的建设方向中，安全可控是最基本要求，以下根据此次停电事故的原因结合台湾省电网存在的问题和隐患，提出统一后面向新型电力系统建设的思考和建议。
4.1 电源过度集中
2021年台电统调最大负荷3884万kW，全社会最大负荷约4279万kW，总装机规模5115万kW，台湾省装机容量前4火电厂对比大陆前4火电厂，虽电压等级更低，但装机容量基本相似，如表1所示。
表1 大陆、台湾最大火电厂装机容量对比
相比大陆电网20亿kW装机容量，最大火电厂装机占比小于0.4%，台湾省四大火电厂装机占比均超过7.5%，单电源体量过大、电源过于集中，一旦出现类似2017年8月13日大潭发电厂人员操作气阀失误或地震等自然灾害，会直接导致电厂机组全跳，进而引发全省大停电事件，存在很大安全隐患。
未来须根据服役年限要求，逐步退役大电厂机组，并根据新型电力系统以新能源为主体的特点，提升新能源在全电源占比，加速推动可分布式新能源并网，逐步降低单电源安全隐患。
4.2 网架不够坚强
台湾省电网结构存在不合理性，345 kV主网接线图如图7所示，送端大电源和主要输电干线过于集中，负荷中心在北部，电源点在中部，潮流由南向北，南北电力仅以三路345 kV主干道联接，不符合分散接入的原则。东部电网结构单一，仅有一个345 kV凤林变电所向下辐射供电或者自发自用供电，网架薄弱。
图7 台湾345 kV主网接线图
303事件涉及龙崎超高压变电所是南部供电枢纽，输电干线过于集中，事故后造成南部地区包括大林、南火、兴达、核三、麦寮、嘉惠、丰德等电厂均受到影响而跳闸，导致南部全停。此前，为缓解龙崎变线路过于集中问题，曾规划联接南北电力的第三路345 kV超高压干线（超三路）从中寮开关站直接引接至弥力变电所，但因民众抗议，台电出于经济等因素考虑补偿有限，矛盾无法调和，超三路只能改接至龙崎超高压变电所，造成目前龙崎超高压变电所高度集中现状。
建议台湾省电网以新型电力系统的安全可控为（8要求，将人民对电力的安全可靠供应需求放在首位，从电网网架规划出发，分散集中输电线路，减少单站、单间隔问题引发由点到面的影响。此外，还可从“源网荷储”建设入手，增加电力系统承载力弹性，增强电网抵御各种波动的能力[5-7]。
4.3 保护及安自装置配合异常
兴达电厂开关场母线保护已于2016年更新，所设定启动闭锁保护时间与旧有马达驱动的隔离开关动作时间存有时序差别，导致主保护闭锁，后备保护动作，南北系统分列，南部系统频率上升至61.2 Hz，后南部电厂高频切机动作不合理机组陆续跳闸，最终导致南部系统全停电。303事件影响的逐步扩大与保护及安自装置配置不合理直接相关。
未来，在保护层面建议全面排查电厂、超高压变电所及相关电源线保护与运维联系管控机制，并应配合电网结构变化，滚动核实更新现有保护设定，避免单一母线故障影响超高压变电所运行，满足新型电力系统安全可控需求。安自装置配置层面按GB 38755—2019《电力系统安全稳定导则》规定，满足电源均应具备一次调频、快速调压、调峰的能力，存在频率振荡风险的电力系统，系统内水电机组诉调系统应具备回应的控制措施的要求[8]。
4.4 备用容量不足
303事件当日台电预测系统瞬时尖峰负荷（18:00）约3100万kW，系统供电能力3351.3万kW，备用容量251.3万kW，系统备用容量率8.11%，该数字不仅低于台湾当局行政部门要求的15%安全线[9]，也低于国家标准下大系统要求的15%[10]。近20年台湾省电网备用容量率如图8所示，自2017年以来5次大停电中有4次与备用容量率低有关。
图8 2002-2021年台湾地区电网备用容量率
备用容量的不足，主要由台湾民进党当局政策的非连贯性造成[11]，民进党当局一方面为谋取政治利益的“非核家园”，停工装机容量270万kW的“核四”项目，不顾“核一”的退役计划原是建立在“核四”两台机组在2014年和2015年分别投入运行的基础上[12]，导致电源缺失；
一方面新上电源进展缓慢，造成现役机组高负荷运行成为常态，一旦遇到波动均可能造成较大影响。
未来须从实际出发，转变由口号大于内容“用爱发电”的电网建设思路为符合电力系统规律的建设方向，遵守行业的标准和规则建设新型电力系统。
4.5 从业人员培训不到位
由于电力系统及相关设备复杂，且操作具高危险性，从业人员须具备较高要求的专业素养。2016年以来，包括此次303大停电，台湾省已发生过5次严重停电事件。其中3次均由兴达电厂引起，且此次303大停电涉及操作隔离开关3541引发故障与2021年513大停电误操作隔离开关3541为同一间隔设备。
同一电厂同一地点再次出现人为失误，时间间隔如此之短，可见台电从业人员技能培训和安全培训均有待加强。建议除现行台电公司的基本培训外，应更多投入培训资源、提升训练强度，并且引入国内外专家及资源，以协助从业人员提升技能，并对奖惩管理制度进行修订，强化从业人员责任意识。
303大停电是2016年以来台湾省出现的第5次大停电，也是台湾省历史上负荷影响最大的停电事件。停电次数如此频繁，影响如此广大，须引起高度重视。结合303大停电的发生过程和台湾省电网存在的隐患，根据国家新型电力系统建设的要求，从电源集中度、网架坚强度、保护及安自装置配合、备用容量、人员培训5个方面提出未来台湾省电网建设的相关建议，为国家对台各方面准备提供帮助，也为统一后的台湾省电力建设方向提供参考。
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