814大停电原因及分析.doc

IndependentElectricit>'MarketOperaior（拥監大安大略电网电力市场迪立fll度）负荷23.8A2GW疑电2LWSGW1.02SGWllOMvarMichiganEiectricCoordinatedSystem（MEGS）｛需执安电力,协ifl靠统）也冊19.B8OGW雄电18.22M3WNewYorkISO（NYISO）〔纽的电网独立關度）负陆2&.4C2GW发电27J72GW35OMW285MvarFirsiEuerfiy（第一證遊1负荷I2.^5GW炭电9.340GW125MW137MW196MvsirUOMvarPJM（宾西法尼业F马里勻新泽西系境》负荷63.2S1GW发电6Q.85OGW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（FirstEnergyCorp.，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61.8Gw，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1.85SGWAmericanElectricPowerCompanyCAEPC）«養国电力址司）负荷2^^1GW发电2&.348GW團1北美电网2003年&月14日15：05EDT有关电网及联络线负荷悄况图〔事故前）⑵Fig.ILoadflowdiagramofrelatedpowersystemsofN-E图1中，詡系统之间靠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ownKingsvilleAshtabularmiMonroeSath心nCarlisllePStar-SouthCantonBrooksid(3:41:35)leHowardLimahillGalKentonKirby[er阿克o'WindOIsvilleantannBaahalentmontCtrWclJington曙InlondW.V(t.CEmmbTanqy正常裕量的^_-O(2OOSS](2TN.Wedimos^-^Nortarfcbar血匚CK1.・8lu——加：05俄亥俄州lalternnonDorhvRaisinEastlakeChamberlin-Harding(3:05:41)Hanna-Juniper(3:32:03)lR少乂训Lora^nX_akeview(Maisjm\0.''E3eQver7jL,.,\tireenfiel图外线路VI调路介段:跳丿|：的3S03-1CkV线路所/、位胃图中：—所示)二纟负荷加—3」泳"殳线线—负荷莒mm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。

15:32第二条345kV(Hanna-Juniper)线路导线下垂触树短路后跳闸(线路开断前潮流为正常裕量的87.5%);该线路开断后，有近1200MVA的功率不得不寻找新的路径进入该地区，致使该区南部的另2条345kV线路和138kV系统的负荷再次加重，并有一些线路过载上述两条线路的开断使第三条345kV线路(star-SouthCanton)负荷越限，15:42该线路也发生对树放电跳闸(线路开断时潮流为紧急裕量的93.2%)3)过负荷引起的线路开断阶段(崩溃阶段)140]Sammis-Star120荷80-裕I60-'I1-.%40-20-0-工黑哼g亠chamlber-inHarjna—Juniperi2a「・s・cansnBvb7w>k「bn亠38kV都Imhim口路载TIST美国东的13厂系m降「和「「VI线路上承担E・Lmm之Fmsry亠38kvcr忌昊5「越来越多的载荷第3条c线路m：j:'路开断后，为克巧1兰阿克伦地区供第3条断卄进一步下降线路负39—第统条斷Lswid咚条138kV线路相继过载开断上述138kV线路开断后，更多的功率转移至仍在运行的345kV线路上此时系统潮流如图4所示，使Sammis-Star线路载荷达到了额定值的120%（见图1），伴随着电压的下降，线路无功潮流急剧上升，该线路的III段阻抗保护动作跳闸，此后克力夫兰-阿克伦系统发生了崩溃（见图5，图中黑色代表该地区）。

所以Sammis-Star线路的开断才是俄亥俄州东北部的系统问题引发美加东北部级联大停电这一事件的转折点此时后续的大规模级联崩溃已经不可避免閤5Cleveland-Akron断丿IFE输电系统（4）事故后的图6第4条345kV线路跳闸后系统潮流图:〔EDT16：€5：58）从南方跨过FE系统流到北方由于FE输电系统的崩溃使得北俄亥俄的输电通道不存在了，潮流只能通过替代的路径到达伊利湖沿岸的负荷中心：潮流一方面从俄亥俄州西部、印第安纳州（见图6），另一方面从宾夕法尼亚州穿过纽约州和安大略涌入伊利湖的北侧可是这些区域的输电线路原已处于正常重载，潮流转移导致一些线路开始跳闸（见图7、图8）线路的跳闸向北延伸到密执安州，最终导致整个的美国东北部和加拿大的安大略被分成几个小的孤岛功率不足的电力系统频率急剧下降，甩负荷装臵切掉负荷，导致崩溃;功率多余的电力系统频率急剧上升，发电机保护自动切机，也导致系统崩溃事故的演化过程见图9S8系统潮流图〔EDT16：09：25j1.16:05:573.16:09:252-.16:05:584^6:10:371610:393S.16:10:447.16:10:416.16:10:409.16:10-45W.16:13:00Ar图9系统级联崩溃潮流示意图从美加“8.14大停电”事故中我们可以得到如下启示：1．一条线路由于故障开断后，电网安全稳定状态估计及控制不及时是产生大面积停电的决定性因素。

看似强壮的互联大电网在小概率事件发生时，如果无应对措施任其发展或应对措施实施过程中不能实时监控系统安全稳定状况时，也会发生诸如系统崩溃的灾难性后果在本次停电事故中，FE的安全稳定系统是照n-1的原则设定的，当第一条线路跳闸时，通常需要30分钟反应时间来消除故障产生的不稳定隐患，但第二条线路的跳闸时间距第一条线路跳闸为27分钟，从而未能避免灾变的发生2．后备保护的抢先动作是系统崩溃的转折点如上文所述，本次事故中Sammis-Star线路的开断才是俄亥俄州东北部的系统问题引发美加东北部级联大停电这一事件的转折点而该线路的跳闸是因为阻抗保护的动作引起，设臵该保护的初衷本是为对短路故障起后备作用，在本次事故中的短路故障均由保护正常切除，阻抗保护在潮流转移引起线路过载的过程中抢先于减负荷装臵动作使得潮流的转移变得更为严重，最终导致系统崩溃。