他们在！大停电多年未遇，“网”自岿然不动

电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室：

他们在！大停电多年未遇，“网”自岿然不动

编者按

科技改变世界，而位于各大高校院所、企事业单位的实验室则是这场变革中的“重要战场”。即日起，本报开设“实验室里的创新南京”专栏，探访南京各大实验室，展示实验室原创性、前沿性研究成果，描绘科研人员服务国家战略、保障经济社会发展需求，弘扬科学家精神，为推动科技创新和产业创新深度融合作出的积极贡献。

□南京日报/紫金山新闻记者张安琪 实习生饶嘉萱

【实验室档案】

电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室，依托我国能源电力领域龙头企业——国电南瑞科技股份有限公司建设运行，响应电网运行风险防御国家重大需求，近年来在电网继电保护、安全稳定控制、调度自动化领域实现理论、技术、装备全面突破。其复杂电网保护控制技术在我国220千伏—1000千伏电网推广应用，累计应对电网故障3.6万余次；特高压交直流电网稳定控制技术，在我国所有特高压交直流工程中应用，避免了大停电事故；特大电网协同调度控制技术，在特高压交直流电网规模化推广应用，支撑我国新能源消纳水平走在世界前列。去年实验室六项重大科技成果转化通过中国电机工程学会鉴定，全部达到整体国际领先，直接经济效益超4.5亿元。

还能记得上一次大规模停电是何时吗？

电力系统是世界上最复杂的人造动态系统——数亿台设备实时联动，供需瞬变需毫秒级平衡，多能协同还受天气等随机因素扰动。然而我国已有20多年没有发生大规模停电了。

“网”自岿然不动的背后，有电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室一功。

“我们专注于电网实时运行环节，研究设备级防御和系统级防御。简单来说，就是在正常运行时，研究如何更经济、高效、稳定地把电运输好，保持动态平衡；遇到极端天气等突发情况，要立马通过监测的电压、频率等电气量变化，通过预防控制，及时调整运行，快速识别、隔离故障设备，维持全网的安全运行。”实验室主任郑玉平说。

8月26日，记者走进实验室时，郑玉平正和技术人员开展装备测试验证。和想象中不太一样的是，这个研究过程看上去并不太“科幻”——地点就在一个大房子内，里面四处矗立着管道、变压器，就像一个小型变压站。

“这就是我们搭建的一个变压器仿真系统。电网一旦投入运行，不允许停电做实验，研究只能通过仿真系统进行。”郑玉平解释说，仿真是当前掌握复杂大电网特性的唯一手段，被誉为电网安全的“尺”与“秤”，也一直被视为国内外电力行业的核心技术。

这杆“尺”，前不久刚助力我国首个“风光火储一体化”外送工程——陇东至山东±800千伏特高压直流输电工程投入运行，让甘肃的“风”和“光”，横跨千里点亮了山东的灯。

据介绍，变压器防爆燃一直是世界难题。现有继电保护技术还无法有效解决。郑玉平团队曾把识别、隔离故障设备的时间压缩到4毫秒，比人眨眼还要快25倍以上，但仍无法阻止故障发生后的爆燃概率。

“当时很不甘心，这块硬骨头如果啃下来，不仅可以极大降低电网安全风险，而且能够为我们国家节约巨额的设备成本。”郑玉平回忆，那是2017年，他另辟蹊径想到“主动保护”思路，“既然故障发生后，再快也不能完全阻止爆燃，是不是能在故障发生前就完成故障的辨识和处置动作？”

于是，“变压器主动保护”这一新研究方向正式确立。郑玉平带领团队搭建了一个110千伏的变压器真型仿真系统，反复研究变压器故障演变规律并进行验证。

八年、千万次的试验，郑玉平团队最终成功掌握了电力变压器故障击穿前的声、光、电、磁等多物理量的演变规律，并于今年完成项目结题。目前，变压器主动保护系统能在故障发生0.1秒前检测到缺陷，提前切断设备，已在“陇电入鲁”战略工程±800千伏东平换流站、西南电网枢纽500千伏石棉变电站等工程中挂网运行。

“由风、光资源转化而来的电力，具有间歇性、随机性和波动性，发电曲线就像心电图一样波动，我们要保障这个波动不会大幅偏离中心线。”郑玉平说，可新能源的大量电力电子设备接入导致电网故障特征发生深刻变化，颠覆了传统基于同步机特性的继电保护理论基础，现有继电保护面临“不适应”的难题。

国家所需，就是实验室的科研所向。从去年起，一群青年技术骨干就跟着郑玉平走进新型电力系统保护“无人区”。

吴丹在项目中专攻高比例新能源接入场景下的继电保护原理。记者找到她时，她正专注分析一组新原理保护装置的第三方检测报告，其中详细记录了新装置在模拟新能源送出线路区内外相间短路时的测试结果：该装置有效解决了传统保护在此类故障中的拒动误动风险。

“能为解决一个实际问题贡献力量，我觉得很有成就感。”吴丹告诉记者，她至今对一件事印象极深：当时团队正对着一组线路距离保护现场误动的波形一筹莫展，由于摸不清新能源送出线路故障时电压与电流的变化规律，连改进方向都找不到。就在这时，是郑玉平紧盯着屏幕上的波形提出：“先把故障电流电压处理成变化量，再放出来看看。”波形处理完成后，郑玉平指着屏幕说：“你们看，故障初始阶段电压电流变化量的相位关系和常规系统是一致的，或许可以依据这个规律构建方向元件，来自适应调整距离继电器的动作方程。”

“我当时只觉得大为震撼，完全想不通老师为何能一眼洞穿关键。后来才明白，这背后是专家团队数十年技术积淀的缩影。真希望未来我也能成为这样的‘行家’。”吴丹说。

据了解，实验室现有人员233人，包括中国工程院院士2人、国家级人才9人、省部级人才34人，副高级技术职称以上科研人员占比76%。在新能源方面，已初步构建了不依赖电源特性的继电保护新的技术体系，成功提出了系列保护原理的实用化技术，完成20个型号新型保护装置研制，并在江苏、福建、陕西等单位示范应用，涵盖海上风电送出、低频输电、大型新能源基地等新型电力系统典型场景。

眼下，实验室围绕新型电力系统运行安全的攻关还在继续。“可能要五年时间，甚至更久。”工作人员叶善堃介绍，“我们全体人员都已做好攻坚准备。因为这里每一个研究课题的突破，守护的是‘万家灯火’的长明，更是电网稳定的承诺。”