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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。
一、事故概括及背景美国东部时间2003年8月14日16:11，以北美五大湖为中心的地区发生大停电事故，这是北美有史以来最大规模的停电事故，停电涉及美国整个东部互联电网。
事故中至少有21座电厂停运，约5000万人受到影响，纽约州80%供电中断。
二、事故的发生及控制措施（1）8月14日14:00，位于俄亥俄州北部的一个550MW发电机组停运，导致在15:06俄亥俄州Chamberlain–Harding 345kV线路跳闸，其输送的功率转移到相邻的 345kV 线路（Hanna–Juniper）上，此时系统还处在正常状态。
（2）15:32 由于长时间过热下垂接触树木和警报系统失灵，Hanna–Juniper 345kV 线路因短路故障而跳闸，克利夫兰失去第二回电源线，电压降低；密歇根州内线路潮流保持稳定。
此时系统电压超出允许范围，变为紧急状态。
（3）15:41至16:06三条345kV 线路相继跳闸，但供电公司认为，虽然有一些线路跳闸，系统也是安全的，因而未与其他相连系统解列，导致发生了一系列连锁反应，更多回输电线路跳开、潮流大范围转移、系统发生摇摆和振荡，系统有功和无功功率不再平衡，系统转变为崩溃状态。
（4）事故发生几小时后系统开始逐步恢复负荷，系统进入恢复状态，截止到8月15日11:00，共恢复负荷 48600MW。
大部分跳闸线路和停运机组都恢复了运行，绝大部分受影响的居民恢复了正常用电。
8月17日17:00，除了密歇根至安大略的线路外，所有在大停电中停运的线路都投入了运行。
三、系统运行的建议（1）做好电力系统的统一规划发生大面积停电事故，其主要内在原因是缺乏统一规划，在高峰负荷时线路负载重，发生“N-1”故障时极易导致相邻线路过载而相继跳闸。
（2）坚持统一调度的方针美国没有一个能够协调组织各地区电网运行的统一电力调度中心，电网调度和运行缺乏统一有效的管理机制。
应坚持统一调度的方针，确保整个电力系统的安全和稳定运行。
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。
美加大停电事件体制根源探析美、加“8〃14”大停电事件，再次引发了人们对电力体制改革的思考。
停电事件的发生有一定的偶然性，原因也是多方面的，不能因此一概否定美国的电力体制改革，但美国近年来的几起事件，比如：加州电力危机，几次电价的急剧上涨，大面积停电事故频发等等，与其电力体制也存在必然的联系。
加州电力危机，从某种程度上使人们对电力改革的长期性和复杂性有了新的认识，改革举措的出台也因此变得比较谨慎了。
美、加“8〃14”大停电事件的发生，对其改革的决策和推进势必产生深刻的影响。
同时对美加停电事件进行分析，可以给我们许多启示。
1、美加停电事件给予我们最直接的警示是：改革应当重视电网安全问题。
在美国推行电力改革伊始，就有专家警告，如果不予以高度重视，放松管制就可能变成灯火管制。
“8〃14”大停电事件，不是第一次，也不会是最后一次。
根据ABB专家的介绍，在世界各国电力改革的初期，电网的可靠性都不同程度有所降低。
专家认为，该事件之前，有些人处在一种感觉良好的环境中，事件后，发现所谓的安全环境并不存在。
改革与安全应当是并行不悖、相辅相成的，电力体制改革的推进不是以牺牲电力系统的安全、可靠性为代价，相反，改革和发展的目的之一就是要实现更高的安全、可靠性这一目标。
同时，电力系统的安全也是电力改革能否顺利进行的重要条件和成功与否的重要标志。
因此，改革必须高度重视安全问题。
电力体制改革对电网安全稳定的影响是多方面的。
如果把电网公司视为监管下的普通经营性企业，那么，必然使各电网企业的成本压力与日俱增。
七年改革，促使美国各电网企业普遍削减成本，因为削减成本可直接使企业自身受益，并使股东满意。
在“避免法律指控”的前提下，降低成本的一般性措施包括使电网在较低的稳定裕度水平下运行，减少维修次数，缩减或者取消投资，这意味着减少电网设施的投入量。
许多电力公司现在仅维持最少的常规维护，因此降低了设备的可靠性，许多偏远的设施出于成本原因而采用无人值守、远方操作，增加了外力破坏的可能性等等。
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。
8.14美加大停电事故原因分析及启示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。
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。
（5）电力市场化体制方面
电力市场化也存在一些负面影响，例如电力放松管制后，电网设备方面的投资相应减少。
据美国有关方面的统计资料显示，在过去10年内，美国负荷需求增加了30%，但输电能力仅增加了15%，由此使高压线路的功率输送裕度减少，电网常常工作在危险区或边缘区。
此外，在现有电网条件下虽可以采用一些新技术来提高电网输送容量，以防止事故扩展到全网，但这种投资回报率低，难以吸引足够的投资。
（6）厂网协调方面
由于未建立起厂网协调的继电保护和安全稳定控制系统，使得在系统电压下降时，许多发电机组很快退出运行，加剧了电压崩溃的发生。
（7）系统计算分析和仿真试验方面
此次事故从第一回线路跳开至系统崩溃历时1个多小时，由于未及时采取措施而导致了事故扩大。
如果事先对这类运行方式作好充分的系统计算分析或仿真试验，采取相应的防
范措施，是可以防止事故扩大的。
但由于计算分析和仿真试验方面存在不足，未能作好充分的反事故预案准备。
（8）经济性和安全性统筹考虑方面
本次大停电根本原因在于：美国社会以追求经济利益的最大化为唯一目标。
尽管也有保证电网安全的呼声，但是比较微弱。
而具有公用事业性质的电网公司只能在现有的条件下来管理，在安全性方面存在较多的隐患。
这次大停电给社会、经济秩序造成的损失使公众加深了对电网安全重要性的认识，将引起各方面的深刻反思。
由美加电网停电事故得到的启示
从上述三次大停电事故可以得到如下启示：
（1）美国在电网建设和管理中缺乏统一规划、协调管理，电网网架结构存在不合理的薄弱环节，抗故障能力差。
（2）美国没有一个能够协调组织各地区电网的统一电力调度中心，不能做到对大电网的协调控制，容易造成运行调度和事故处理过程的盲目性，贻误时机，导致事故扩大。
（3）电网公司没有自己的调峰和调频电厂，电网运行备用不足，缺乏调控手段。
（4）美国大部分电网建于20世纪50年代，由于片面追求经济效益，对变电站和输配电系统的维护和改造投入不足，造成高峰时线路负荷过重。
（5）在厂网协调方面存在问题，未建立起厂网协调的保护和安全稳定控制系统。
（6）各独立系统运行部门（ISO）自成体系，自我防护，相互之间缺乏沟通，对整个电网情况了解不够，因而不能及时采取有效措施，制止事故的蔓延。
从美加大停电事故中应吸取的教训
（1）做好电力系统的统一规划
美国电网多次发生大面积停电事故，其主要内在原因是缺乏统一规划，电网结构没有做到合理的分层分区，抗干扰能力差。
在高峰负荷时线路负载重，发生“N-1”故障时极易导致相邻线路过载而相继跳闸。
在故障扩大时，也很难采取恰当的解列措施。
加上近年来对电网投资减少，电网发展滞后，使这一状况更为严重。
我国应吸取美国的教训，做好电源和电网的统一规划和建设，其要点是：坚持电源分散接入受端系统的原则；加强输电通道中间支撑和受端系统的主网架建设；电网要做到合理的分层分区，结构清晰。
（2）坚持统一调度的方针
美国没有一个能够协调组织各地区电网运行的统一电力调度中心，电网调度和运行缺乏统一有效的管理机制。
我国应坚持统一调度的方针，做到大电网的协调运行和控制，包括：运行方式的统一安排，电厂检修的统一安排，继电保护和安全自动装置的协调配置，事故处理的统一指挥等，确保整个电力系统的安全和稳定运行。
（3）电网运行要有足够的备用容量
美国这次事故与先前的一些事故一样，大多数发生在电网大负荷运行期间，电源备用不足。
一旦电网发生故障，大电源退出，就会因供电不足而产生连锁反应，使事故扩大。
当前我国部分地区供电形势紧张，电网运行处于备用不足或无备用的状态，因此要十分注意合理安排运行方式，采取各种有效措施，为电网的安全稳定运行提供可靠的保障。
（4）加强继电保护和安全稳定自动装置的优化配置
美国电网历次事故的扩大都与继电保护和安稳装置的配置有关系。
我国电网结构薄弱，对二次继电保护和安全自动装置的要求更高，需要发展先进、可靠的继电保护装置和稳定
控制技术，搞好三道防线的建设，防止事故扩大，避免大面积停电事故的发生。
（5）做好反事故预案和“黑启动”方案
大电网运行时，存在因各种原因导致事故扩大的可能性。
因此，做好电网事故发生后的处理预案和电网一旦崩溃后尽快恢复的“黑启动”方案十分重要。
（6）加强电力系统计算分析和仿真试验工作
坚持做好电力系统的计算分析和仿真试验工作。
通过事故预想分析，找出系统中存在的薄弱环节，对可能发生的事故作好预案，这对于防止大面积停电事故的发生是十分重要的。
（7）做好电力市场条件下的互联电网发展关键技术研究
目前我国电力体制改革进一步深化，西电东送、南北互供和全国电网互联工程逐步展开。
为了适应这种情况，应加强电力市场条件下的互联电网运行关键技术研究，包括：新电力体制下的电网运行规则、电网互联格局和方式、厂网协调运行、电网安全稳定特性和监测控制技术、系统调压控制技术和提高电压稳定性的控制措施、电力系统负荷模型的研究与完善、发电机组励磁系统及PSS、调速器及原动机模型及参数的研究与实测等等，并提出新形势下确保系统安全稳定运行，避免大面积停电事故的新技术和新措施。
