美加大停电

18.14美加大停电的经过和启示内容摘要1.基本情况2.事故起始及发展过程3.事故过程中的分析4.事故原因初步分析5.北美可靠性委员会采取措施细节6.美加大停电的启示1.基本情况美国东部时间2003年8月14日16时11分（北京时间8月15日4时11分）开始，美国和加拿大东北部联合电网发生大面积停电事故。

美国发生事故的电网，总装机容量为6.59亿千瓦。

在事故发生的最初3分钟内，就有21个电厂停止运行。

此后共造成约100个发电厂，其中包括22个核电站被迫停止运行。

停电范围约240万平方公里，美国8个州约70万平方公里受影响的居民人数共计5千万，加拿大两省约170万平方公里的地区受影响人口达1000万。

1.1.基本情况(续)¾PJM互联电网：400万千瓦（宾州-新泽西-马里兰联合电力系统）¾中西部ISO：1850万千瓦¾魁北克水电：10万千瓦¾安大略IMO：2100万千瓦¾新英格兰ISO ：250万千瓦¾纽约ISO：2440万千瓦1.1.基本情况(续)1.1.基本情况(续)2.事故起始及发展过程¾正常情况下，潮流从南部和东部注入俄亥俄州北部和密执根州东部¾由于一条线路因灌木丛火灾而跳闸，俄亥俄州北部和东部系统隔离¾由于一条线路因过负荷而跳闸，俄亥俄州北部和密执根州东部均和南部系统隔离¾潮流走向变为逆时针倒转，从宾夕法尼亚州经过纽约州、安大略省、注入密执根州，从而向俄亥俄北部和密执根东部供电¾正如当天所发生的那样，因为纽约州内部电力需求相对较小，大量功率从纽约州输出到安大略省¾历史上，纽约州常常需要输入电能¾纽约州和安大略省解列¾由于纽约州和安大略省解列，大量潮流无处可去，突然触发了纽约州大停机¾东部互联电网解列¾大面积停电事故发展过程图示线路跳开通道断开发电机切机事件序号12:05:44 –1:31:34 PM 发电机切机1)12:05:44 –Conesville＃5 (额定值375 MW)2)1:14:04 –Greenwood ＃1 (额定值785 MW)3)1:31:34 –Eastlake ＃5 (额定值597 MW)12:05:44 –1:31:34 PM 发电机切机Conesville电厂位于俄亥俄州中央；Greenwood 电厂位于底特律北部，Greenwood ＃1机组在1:14:04 跳开，1:57恢复运行；Eastlake＃5机组位于俄亥俄州北部Erie湖南岸，与345 kV系统相连。

文章从调度的角度介绍了8.14美加大停电的过程，详细分析了事故中调度员在处理紧急事故，控制中心的自动化系统以及各级控制中心的协调中存在的问题，提出了在事故发展的各个阶段调度员可以采取控制事故的措施，指出若调度员采取有效措施，可以避免这次大停电事故。

文章还总结了我们应从本次事故中汲取的教训。

关键词：美加大停电；电力系统调度；控制中心1引言2003年8月14日，美国东北部、中西部及加拿大安大略省发生了一次大停电事故。

它造成的巨大损失和影响在美国电力史上是空前的，也引起了世界各国的高度关注。

联合调查组历时半年多时间，经过大量的现场调查和模拟计算，于2004年4月6日公布了有关美加大停电的最终调查报告[1]。

此次事故所揭示的电网运行中的问题，特别是在电网结构日益复杂、电网互联日益紧密、市场环境下交易电量巨大、输电裕度逐渐变小的情况下，如何从技术上确保电网安全、稳定、经济地运行，对我国的电网调度运行工作有着重大的借鉴意义，因而，这次事故也引起了国内许多专家和工程运行人员的极大关注。

我国学者从电网建设、自动装置的优化配置、电网监控和负荷模型研究等角度对该事故进行了反思[2,3]。

从调度的角度分析，值得我们深思的一个问题是：从13:31时Eastlake5号机跳闸开始到16:05时Sammis-Star线路跳闸、系统崩溃，事故的发展共持续了2h34min，在这样相当长的一段时间内，调度员在做什么？他们是否有机会采取一些有效措施制止事故的发展？还是他们已经采取了一切必要的措施而事故仍无可避免？本文试图从事故的演变过程和事故中调度的表现来进行分析。

2事故背景简介2.1故障区域电网的运行模式北美电网包括三个独立电网：①东部互联电网，包括美国东部2/3的地区和加拿大从萨斯喀彻温省向东延伸至沿海省份的地区；②西部互联电网，包括美国西部1/3的地区（不含阿拉斯加州）和加拿大阿尔伯达省、不列颠哥伦比亚省以及墨西哥的一小部分；③相对较小的德克萨斯州电网。

浅谈美加大停电与调度自动化2003年8月14日,美国的东北部、中西部和加拿大东部联合电网发生大面积停电事故,波及美国8个州和加拿大两个省。

停电持续时间为29h,损失负荷61 800MW,受停电影响的人口约5 000万。

事故发生的最初3 min内,包括9座核电站在内的21座电厂停止了运行。

随后美国和加拿大的100多座电厂跳闸,其中包括22座核电站。

美加停电事件是一起由局部电网故障，引起功率转移，导致相邻电网联络线路过荷，引发功率振荡，造成类似“多米诺骨牌效应”的电网稳定破坏事故，最后导致电压崩溃、电网大面积停电。

经专家调差分析，这次大停电的原因中很重要的一个是电网管理缺乏有效协调机制，难以统一调度、统一管理。

这跟美国的电力管理体制有关。

世界上绝大多数国家（包括我国）都是一家管理、统一调度的电网。

由于电力是不能储存的，电力生产具有产、供、用同时完成的特性，电网调度必须时刻保持发电与用电的瞬时平衡，所以统一调度是管理电网相对最为科学和有效的手段。

但由于历史的原因，美国的电网管理是在局部电网中实行了高度集中的统一调度，而在各大电网之间却是整体松散的非集中调度，这在实际运行中构成了尖锐的矛盾，是阻碍资源大范围优化配置和造成事故频发的主要原因。

这次大停电，跟美国电力调度人员的素质也有关系，他们太依赖计算机，而基础理论研究又不到位，就编不出相应的软件来。

1996年西部大停电中，调度人员束手无策，反而作了几个误操作，加大了损失。

从美加大停电中我们要吸取一些教训。

我们要高度重视自动化系统。

在当前电网结构日益复杂，电网互联日益密切的情况下，调度员对自动化系统的依靠性越来越大，调度自动化系统的设计和维护直接关系到电网的安全，必须引起高度重视，做到高效、可靠、万无一失。

所以加强调度管理，提高认识。

必须杜绝人为的一切误调度、误操作事故以及不服从调度指令擅自投停运设备。

抓好防治误操作的思想教育工作，增强广大调度人员的安全意识、责任心和技术素质，最大限度避免误操作事故的发生。

美加“8.14大停电”原因及分析北美电力可靠性委员会（NERC）对有关8.14大停电原因的报告以及有关方面的资料清晰地给出了此次事故的起因和发展过程，现简述如下。

从2003年8月14日下午美国东部时间（EDT，下述均为此时间）15时06分开始，美国俄亥俄州的主要电力公司第一能源公司（First Energy Corp.，以下简记为FE）的控制区内发生了一系列的突发事件。

这些事件的累计效应最终导致了大面积停电。

其影响范围包括美国的俄亥俄州、密执安州、宾夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西州和加拿大的安大略省、魁北克省，损失负荷达61.8 Gw，影响了近5千万人口的用电。

事故演变过程可分为如下几个阶段:（1）事故发生前的阶段。

图1中，各系统之间靠345kV和138kV线路构成一个交直流混联的巨大电网，其总体潮流为自南向北传送。

属于事故源头的第一能源(FE)系统因负荷高，受入大量有功，系统负荷约为12.635GW，受电约2.575GW(占总负荷的21%)，导致大量消耗无功。

尽管此时系统仍然处于正常的运行状态，但无功不足导致系统电压降低。

其中FE管辖的俄亥俄州的克力夫兰-阿克伦（Cleveland-Akron）地区为故障首发地点。

在事故前，供给该地区有功及无功的重要电源：机组戴维斯-贝斯机组（Davis-Besse）和东湖4号机（Eastlake4）已经停运。

在13∶31东湖5号机（Eastlake5）的停运，进一步耗尽了克力夫兰-阿克伦地区的无功功率，使该系统电压进一步降低。

（2）短路引起的线路开断阶段。

15∶05俄亥俄州的一条345kV（Chamberlin-Harding）输电线路在触树短路后跳闸（线路开断前潮流仅为正常裕量的43.5%），致使由南部向克力夫兰-阿克伦地区送电的另外3条345kV线路（Hanna-Juniper、Star-South Canton和Sammis-Star，如图2所示）的负荷加重（其中Hanna-Juniper线路上增加的负荷最多，同时向该地区送电的138kV线路的潮流也随之增加，如图3所示。

8.14美加大停电事故原因分析及启示美加大停电事故原因作初步分析（1）电网结构方面北美电网包括三个独立电网①东部互联电网,包括美国东部的地区和加拿大从萨斯喀彻温省向东延伸至沿海省份的地区②西部互联电网,包括美国西部的地区不含阿拉斯加州和加拿大阿尔伯达省、不列颠哥伦比亚省以及墨西哥的一小部分③相对较小的德克萨斯州电网。

这三个互联系统在电气上相互独立,通过少数几条输送容量较小的直流联络线相连。

这次发生大面积停电事故在东部地区。

被认为造成大停电的主要导火线是包括底特律、多伦多和克利夫兰地区的Erie 湖大环网，沿该环网流动的潮流经常无任何预警地发生转向，造成下方城市负荷加重。

此次系统潮流突然发生转向时，控制室的调度员面对这一情况束手无策。

（2）电网设备方面美国高压主干电网至少已有四五十年的历史，一些早期建设的线路及设备比较陈旧，而更新设备又需要大量资金投入。

投资电网建设的资金回报周期长、回报率低。

例如在20世纪90年代，投资发电厂资金回报率常常在12%~15%，而投资输电线路只有8%左右。

因此，只有当供电可靠性问题非常严重，或是供电要求迫切时，电力公司才会考虑投资修建输电线路。

另外，环保方面的限制也增加了输电线路建设的难度。

（3）电网调度方面由于没有统一调度的机制，各地区电网之间缺乏及时有效的信息交换，因此在事故发展过程中，无法做到对事故处理的统一指挥，导致了事故蔓延扩大。

国际电网公司（ITC）追踪到大停电以前1h 5min的数据，认为如果能够早一点得到系统发生事故的一些异常信号，就可能及时采取应急措施，制止大停电事故的发生。

（4）保护控制技术方面美国电网结构复杂，容易造成运行潮流相互窜动，增加了电网保护、控制以及解列的难度。

这次停电事件中，在事故发生初期FE与AEP公司的多条联络线跳闸（有些在紧急额定容量以下），对事故扩大起到推波助澜的作用。

NERC在对事故记录的调查中发现许多“时标”不准确，原因是记录信息的计算机发生信息积压，或者是时钟没有与国家标准时间校准。

美加电力系统停电事故特别调查组关于2003年8月14日美国－加拿大停电事故起因和建议的最终报告2004年4月美加电力系统停电事故特别调查组2004年3月31日尊敬的总统和总理阁下：我们非常高兴地向你们提交美加电力系统停电事故特别调查组的最终报告。

在你们的直接授权下，特别调查组已经完成了对2003年8月14日停电事故起因的彻底调查，并且对所应采取的措施提出了建议，以便降低将来发生类似规模事故的可能性。

报告表明，本次事故应该能够避免，并且美国和加拿大都必须立即采取措施以保证我们的电力系统更加可靠。

最重要的是，必须使可靠性准则成为强制规定，并对不遵守准则的行为进行实际的处罚。

我们希望两国继续合作以落实报告中提出的措施。

如果不执行这些建议，将会威胁到供电可靠性，而这对经济、能源和国家安全至关重要。

特别调查组的所完成的工作，是两国政府间密切而有效合作的典型例证。

这种合作还将在我们努力实施报告中建议的过程中得到延续。

我们决心同国会、议会、各州（省）及所有股东合作，确保北美电网的坚强和可靠。

在此我们还要感谢特别调查组的全体成员和各工作组的努力工作和大力支持，使我们完成了停电事故调查并得到最终调查报告。

所有参与者都对此作出了重要的贡献。

我们提交此报告并乐观地认为此报告的建议将会使我们两国人民获得更好的电力供给。

美国能源部部长：Spencer Abraham 加拿大自然资源部部长：John Efford目录第一章．简介 (4)第二章．北美电力系统及相关可靠性组织简介........... 错误!未定义书签。

第三章．停电事故.................................. 错误!未定义书签。

第四章．大停电事故前北美东北部电网的状态........... 错误!未定义书签。

第五章．大停电从俄亥俄州开始的过程和原因........... 错误!未定义书签。

第六章．大停电事故崩溃阶段 ........................ 错误!未定义书签。