胡学浩-美加联合电网大面积停电事故(61张)

美加联合电网大面积停电事故的反思和启示中国电力科学研究院胡学浩内容摘要1.事故概况2.事故起始及发展过程3.事故原因初步分析4.防止我国互联大电网发生大面积停电事故的紧迫性5.美加联合电网大面积停电事故的启示6.结语1.事故概况美国东部(EDT)时间2003年8月14日16:11开始（北京时间8月15日晨4:11），美国东北部和加拿大东部联合电网发生了大面积停电事故纽约:交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地铁隧道里、冒酷热步行回家停电影响美国：俄亥俄州、密歇根州、纽约州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州）加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）损失负荷：6180万千瓦5000万居民失去电力供应恢复需几天时间-8月14日19：30恢复134万千瓦-8月14日23：00恢复2130万千瓦-8月15日11：00恢复4860万千瓦美国切机20多台（含9台核电机组）美加共计切机百余台美经济学家估计：美损失：300亿美圆/天安大略省损失：50亿美圆1.事故概况(续)2.事故起始及发展过程美加事故工作组于2003年9月11日公布了关于814大停电事故发生、发展、影响区域等较为详细情况的最新工作报告。着重于对主要线路（230kV及以上）、大发电厂事件的描述。并明确表示，本报告并没有试图解释各发生事件之间的联系，更详细的事故分析会在随后几周内做出。本报告所有“时间”都取自于数据记录的“时标”。所有时间都为EDT时间。事故前电网状况大停电包括的大部分事故发生于8月14日从中午到4:13p.m.EDT.这段时间。发电厂、线路的运行及区域间的功率交换可能会导致当天晚些时候的事故。事故调查组从8:00a.m.EDT的事件开始分析，以确定大停电发生的原因。下图为停电涉及的区域及地名，与后面事故发展过程图可相互对照。事故发展过程图示报告以图示的方式，详细地再现了事故的发生发展过程。图中所用图例如下：输电线路事件线路跳开通道断开发电机切机事件序号12:05:44–1:31:34PM发电机切机1)12:05:44–Conesville＃5(额定值375MW)2)1:14:04–Greenwood＃1(额定值785MW)3)1:31:34–Eastlake＃5(额定值597MW)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345kV系统相连。这些机组跳开后使系统潮流方式发生了变化。2:02PM俄亥俄州西南部线路断开4)Stuart–Atlanta345kV线路这条线路是从俄亥俄州西南部至俄亥俄州北部输电通道的一部分，由于线路经过部分地区发生灌木着火而导致线路断开。着火产生的过热空气使线路上方空气电离而发生导线短路。3:05:41–3:41:33PM俄亥俄州东部和北部之间的线路断开5)3:05:41–Harding-Chamberlain345kV线路6)3:32:03–Hanna-Juniper345kV线路7)3:41:33–Star-SouthCanton345kV线路这三条线路是从俄亥俄州东部至俄亥俄州北部输电通道的一部分，现在Harding-Chamberlain线路跳闸的原因不明，Hanna-Juniper线路由于触到树木对地短路而跳闸，Star-SouthCanton线路在14日早些时候跳开并重合了2次，但这些事件的重要性尚不清楚。由于这三条线路跳闸，从俄亥俄州东部至俄亥俄州北部输电通道的输送能力被削弱，原来流经这三条线路的潮流-立刻转移至其它线路，包括低电压等级的连接俄亥俄州北部与电网的138kV系统。但是，这种新的潮流运行方式使另外一些线路也过负荷。随着电压降低，俄亥俄州北部的600MW工业负荷失电（由于电压低，电机停机），138kV及69kV系统配网用户也自动的与系统隔离。3:45:33–4:08:58PM俄亥俄州东部到北部的剩余线路跳闸8)3:45:33–CantonCentral-Tidd345kV线路9)4:06:03–Sammis-Star345kV线路CantonCentral-Tidd线路3:45:33跳开，58s后重合，但CantonCentral345/138kV变压器断开后没能再投入，使通过CantonCentral变电站支持的138kV系统与345kV网络隔离。Sammis-Star345kV线路随后于4:06:03跳开，这完全阻断了从俄亥俄州东部至俄亥俄州北部的345kV通道。这样只剩3条向北部输送功率的路径了（1.围绕Erie湖南岸，从俄亥俄州东北部及宾夕法尼亚州到俄亥俄州北部；2.从俄亥俄州南部到北部，但是随着Stuart-Atlanta线路2:02跳闸，这条路径已很脆弱；3.从密歇根州东部到俄亥俄州北部）。这也极大的削弱了俄亥俄州东北部作为密歇根州东部电源的输送能力。，使底特律地区更加依赖于密歇根从西向东的线路以及俄亥俄州南部和西部的线路。在3:42:49-4:08:58期间，多条穿过俄亥俄州北部的138kV线路断开，这使Akron及西部、南部停电。4:08:58–4:10:27PM俄亥俄州西北部线路跳闸、密歇根中部发电机跳开10)4:08:58–Galion-OhioCentral-Muskingum345kV线路11)4:09:06–EastLima-FostoriaCentral345kV线路12)4:09:23-4:10:27KinderMorgan机组(额定：500MW;负荷：200MW)当Galion-OhioCentral-Muskingum、EastLima-FostoriaCentral线路跳开后，阻断了从俄亥俄州南部、西部到俄亥俄州北部、密歇根州东部的输电通道。这样俄亥俄州北部及歇根州东部负荷中心仅通过3条通道（1.沿Erie湖南岸从俄亥俄东北及宾夕法尼亚；2.密歇根西部通过由西向东线路；3.安大略）连接。密歇根东部与俄亥俄北部仅通过靠近Erie湖西南部弯曲处的3条345kV线路连接。密歇根中部的KinderMorgan发电机跳开（负荷为200MW）。从印第安纳通过密歇根东西线路向俄亥俄州北部及密歇根州东部负荷供电的潮流加重。印第安纳向俄亥俄州北部负荷中心供电的输电能力降低，那个区域由于负荷超过了急速下降的供电能力，电压开始下降。约4:09，东部互联系统的频率升高了0.02～0.027Hz，表明损失了约700～950MW负荷。4:10:00–4:10:38PM穿过密歇根及俄亥俄州北部的线路跳开，密歇根北部、俄亥俄北部发电机跳开，俄亥俄北部与宾夕法尼亚分离13)4:10–Harding-Fox345kV线路14)4:10:04–4:10:45–俄亥俄州北部沿Erie湖的20台发电机（共带负荷2174MW）15)4:10:37–West-EastMichigan345kV线路16)4:10:38–MidlandCogenerationVenture(共带负荷1265MW)17)4:10:38–底特律西北输电系统分离18)4:10:38–Perry-Ashtabula-ErieWest345kV线路4:10:04–4:10:45期间，俄亥俄州北部Erie湖沿岸的20台发电机（共带负荷2174MW）跳开。这些发电容量的损失，加大了向俄亥俄州北部及歇根州东部负荷中心送电的剩余通道的潮流，包括穿越密歇根的由西向东的送电线路。接着在4:10:37，密歇根由西向东的345kV送电线路跳开，密歇根东部只剩一条围绕密歇根北部的迂回路径连接，这条线路以及安大略与俄亥俄北部的联络线在1s后跳开。调查人员仍在研究由此导致的潮流。4:10:38，MidlandCogenerationVenture(MCV)发电机（共带负荷1265MW）跳开。这给剩余系统强加了更重的潮流，使俄亥俄州北部及密歇根州东部有很大的电压降。从东北部到底特律地区的剩余输电通道被分离。4:10:38Perry-Ashtabula-ErieWest345kV线路跳闸，使沿Erie湖南岸从宾夕法尼亚到俄亥俄州北部的路径情况恶化。4:10:38情况概要当Perry-Ashtabula-ErieWest345kV线路于4:10:38跳闸后，整个密歇根东部和俄亥俄北部负荷中心几乎没有剩余的可用发电容量了，并且电压开始降低。与这些负荷中心及东部互联电网剩余部分仅有的联络是密歇根与俄亥俄系统间的断面。同样，俄亥俄北部及与互联电网分离地区的频率开始下降。当沿Erie湖南岸的输电线路跳开后，那条路径上的潮流立刻逆转方向，开始形成从宾夕法尼亚到纽约到安大略最后进入密歇根的逆时针的巨大的环流。4:10:40–4:10:44PM宾夕法尼亚与纽约间4条线路跳闸19)4:10:40–HomerCity-WatercureRoad345kV线路20)4:10:40–HomerCity-StolleRoad345kV线路21)4:10:41–SouthRipley-Dunkirk230kV线路22)4:10:44–EastTowanda-Hillside230kV线路向北出宾夕法尼亚通过纽约、安大略到密歇根的冲击潮流的结果是，4s后这四条线路相继跳开，将纽约与宾夕法尼亚分离。这种情况下，东部互联电网的北部（它仍包括密歇根东部、俄亥俄北部迅速减小的负荷）仍通过2个位置（1.在东部，通过纽约与新泽西的联络线；2.在西部，通过安大略、马尼托巴、明尼苏达之间的230kV线路）与互联电网其它部分相连。很大的潮流通过纽约与新泽西联络线向北移。4:10:41PM俄亥俄北部线路和发电机跳开23)FostoriaCentral-Galion345kV线路24)Perry1核电站机组(额定值1252MW)25)AvonLake＃9(额定值616MW)26)Beaver-DavisBesse345kV线路FostoriaCentral-Galion线路形成从俄亥俄中部到北部通道的一部分，此路径由于4:08:58Galion-Muskingum-OhioCentral线路跳闸以及4:09:06EastLima-FostoriaCentral线路跳闸而阻塞。靠近宾夕法尼亚边界，位于Erie湖南岸的Perry1核电站机组，以及靠近Cleveland的AvonLake电厂＃9机组几乎在同一时间跳开。当连接Cleveland和Toledo地区的Beaver-DavisBesse345kV线路跳开后，使Cleveland地区与东部互联电网分离。Cleveland地区最初由于低频减载动作而自动甩负荷，最终由于线路跳开而甩负荷。4:10:42–4:10:45PM安大略北部与新泽西之间输电路径断开，使东部互联电网的东部部分被分离27)4:10:42–Campbell＃3(额定值820MW)28)4:10:43–Keith-Waterman230kV线路29)4:10:45–Wawa-Marathon230kV线路30)4:10:45–Branchburg-Ramapo500kV线路4:10:43，密歇根东部仍与安大略相连，但构成断面的一部分—Keith-Waterman230kV线路于4:10:45跳开，当沿Superior湖北岸的Wawa-Marathon230kV线路跳开后安大略系统分裂。安大略到Wawa西部的部分地区仍与Manitoba和Minnesota相连。同时，Branchburg-Ramapo500kV线路成为连接东部互联电网与最后停电地区的唯一通道。但这条通道，连同新泽西的低电压等级的230及138kV联络线，也于4:10:45跳开。只剩下新泽西北部与纽约相连。宾夕法尼亚和新泽西其余地区仍与东部互联电网相连。这种情况下，东部互联电网通过由西向东的线分裂为两块。在那条线的北边是纽约市、新泽西北部、纽约、新英格兰、沿海省份、密歇根东部、安大略大部分地区以及魁北克系统。线的南边