巴西3.21大停电的灰犀牛思考

巴西国家电网运营商消息,当地时间 3 月 21 日 15时48 分出现停电事故,导致巴西北部和东北部电力系统与主网解列,北部和东北部至少 14 州发生大停电,受影响最大的是北里奥格兰德州、帕拉伊巴州和马拉尼昂州,大多数城市停电数小时。此外,巴西南部和东南部也发生断电。包括地铁和有轨电车在内的公共交通停运,造成混乱。事故造成中西部、南部以及东南部地区与东北部地区的联络断开,北部和东北部地区的电力系统崩溃,南部、东南部和中西部地区受到轻微干扰。此次事故受影响较大的州有:阿拉戈斯,阿马帕,亚马孙,巴伊亚,塞阿拉,马拉尼,帕拉,帕拉伊巴,皮奥伊,伯南布哥,北里奥格兰德,隆多尼亚,塞尔希培和托坎廷斯等。

一、背景介绍:

巴西电力输电网络主要是由全国联网系统(SIN)和部分独立电网构成,全国联网系统连接了全国主要发电站和绝大多数用电地区(南部、东南部、中西部、东北部和北部),2016年全系统总装机约1.42亿千瓦,其中水电装机比例达71.5%,火电装机占比15.6%,风能、生物质能源占比12.8%,全年最高负荷达8210万千瓦,全年发电量5414亿千瓦时,220千伏及以上输电线路总长度累计达到13万千米,230-750千伏线路输电量达全部发电量的98.3%,独立电网主要分布在亚马逊地区,并且大部分输电线路都集中在东南部、南部和东北部主要城市。受自然资源禀赋条件限制,巴西可供开发的水电资源多集中在北部与西部区域。而整个国家的负荷中心多集中在东南沿海区域,促使整个国家的输电格局呈现“北电南送、西电东送”的局面,几条超高压输电线路(750千伏及以上)主要连接伊泰普水电站、美丽山水电站以及马代拉河上游大型水电站与主要用电区域—东南部地区。

本次事故发生在巴西东北部地区贝罗蒙特水电站(Belo Monte,也就是美丽山电站),也就是前一段时间舒印彪(国家电网公司董事长、党组书记)在两会上多次提到的美丽山特高压直流送出工程的起点,这次事故跳闸的是美丽山输出工程一期,属国网承建的大型高压直流输电工程,是国家电网一带一路战略的标志性工程。该水电站设计装机容量为 1123万千瓦,预计 2020 年全部建成,是继三峡水电站和伊泰普水电站之后的世界第三大水电站,一期 400 万千瓦通过±800千伏美丽山直流送出至巴西南部,已于 2017 年年底正式投产。

二、停电影响:

本次停电中,北部和东北部共计 30 余条联络线受到影响或连锁跳闸,北部和东北部电网解列。同时,受北部电网故障影响,巴西南部、 东南部以及中西部电网的准稳态频率降至 58.5Hz(巴西电网标准频率是60Hz,与我国不同),根据区域电网第三道防线低周减载动作策略,自动切除 440万千瓦负荷,大停电事件共导致 1800万千瓦负荷损失,占巴西全国联网系统(SIN)的 22.5%,造成全国约1/4的用户断电,事故影响不能说绝后,但一定是空前的,所造成的经济损失由于信息不全,暂时还无法估算。

三、事故原因:

引用知乎文章中对本次大停电的事故原因,经过甄别和佐证判断,有以下几个维度的分析:

(1)直接原因:直流输电工程的整流侧-500千伏欣古换流站的分段断路器因过流保护定值整定失配,导致在正常运行方式下过负荷跳闸,进而导致交流母线失压,造成直流双极停运;直流系统的第二道防线安稳装置没有发出切机信号,美丽山水电站发电机组继续运行(发电功率 400万千瓦)因高周和机组的过速保护动作跳闸;由于巴西主网架结构不合理,在送端系统安稳拒动的情况下,南北系统逐渐失去相互稳定,导致大规模联络线连锁跳闸,最终造成大面积停电。

【备注】:例如2015年9月19日21:58:02,我国的锦苏特高压直流便发生双极闭锁,瞬时切除负荷4900MW,比巴西更严重,对华东电网造成很大冲击,12s后频率降低至49.56HZ,通过系统自动装置动作和紧急调度,240s之后才恢复正常频率,没有像巴西一样发生电网解列事故,足见我国在电源、电网规划方面的超前和一定的先进性。

(2)根本原因:Abengoa 公司(项目电建公司)申请破产保护,原本由该公司负责建设的两条 500kV 母线无法按期完成,因此巴西电监会直接授权项目公司完成两条母线的建设,建设周期 12 个月,即2018 年 4 月 30 日完成。电监会为了满足美丽山水电站的电力送出,希望美丽山一期直流提早投运,并采用了母线分阶段投运的工程投产方案,即500kV #A 母线带断路器投运,停运 500kV #B 母线并安装相关设备。高风险的运行方案在N-1故障下,触碰到电网第二道安全防线,但第二道防线因判别信息无效未动作导致事故影响扩大。据了解,巴西国家电力调度控制中心(负责电网安全的国家级调度机构)事前已经批准该方案,表示承受单母线运行造成双极停运的风险,经过安全校核即使第二道防线不动作,无法正常切除直流送端的机组,电网依然可以保持安全稳定(这一点,匪夷所思),回想我国电网建设几十年,所沉淀下来异常严谨甚至可以说刻薄的风险管理体系,对于避免这样的大停电事故不得不说是功不可没。

四、灰犀牛思考

讲完上述故事,相信大多数人对此次巴西3.21大停电的原貌逐渐清晰起来,出于保密考虑无法透露更多。事故深层次的原因让人细思极恐,值得社会各行各业去思考借鉴,避免灾难重演。最近连续读了两本关于不确定性未来的书:《黑天鹅》和《灰犀牛》,两本书用非常智慧的视角向读者分别描述了“黑天鹅事件”-大威胁极小概率事件,和“灰犀牛事件”-大威胁大概率事件。

仔细想想,“灰犀牛事件”其实很有意思。面对一个大概率“灰犀牛事件”,群体中大多数人都知道这件事情极有可能在未来的某一天来临发生,却不知道灾难具体在哪一天何时降临。在热气升腾的非洲大草原,预见一头雄壮的灰犀牛在未来某一天莽撞的冲向自己,这头灰犀牛出现在人们视野里之前,非洲的草原上保持绿意盎然、一片和谐,错觉这头灰犀牛离自己还很遥远,就算未来哪天它真的来到的时候,可能已经与我无关了。当然,这只是一个形象的比喻。更真实的情况是,群体中,一部分人选择性的无视,一部分人侥幸的认为自己不会亲身遭遇,还有一部分人因为不知道它什么时候来而不知所措。不难发现,这几种人都有一个共同的特征,就是疏于防范。

巴西这次大面积停电其实也是一样,巴西电监会出于经济原因考虑,同意采用上述高风险的系统运行方案,ONS安全校核的疏忽大意(不排除安全校核存在技术盲区的可能),再加上早前就埋下的一个定时炸弹(保护定值整定失配),这头灰犀牛来的太突然,却也太在意料之中了。面对这头灰犀牛,我们不禁需要去思考两点,我们为什么没有提早发现和有效防范:一、有可能各种预示危险的信号太微弱,以至于大多数人无法察觉;二、有可能预示危险的信号足够强烈,但是我们感知危险的能力太差,其实以上两个原因都是有可能的,针对性的提高预警通知的机制是我们可以主动作为的,但是人们通常是基于历史的经验教训,才能逐渐提高我们感知危险的能力,比如过去真的在某个交通指示灯不明显的十字路口出现多起车祸,交通规划部门才会真正把此类问题和风险放到自己的视野里来,是一个道理。

像巴西3.21大面积停电事件一样,在社会各个领域都有可能会遭遇类似危机,如何及早防范值得我们深思,也值得实际着手,去改变哪怕一点点将来。

编辑于 03-28