814大停电原因及分析

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1、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，

2、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。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

3、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-SouthCanton和Sammis-Star

4、，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。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

5、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）。每条345kV线路的开断都使为克力夫兰-阿克伦地区送电的138kV系统的载荷增加，电压下降，并使线路过载。随着更多的138kV线路退出运行，仍然运行的138kV线路和345kV线路上承担了越来越多的载荷。第3条345kV线路Star-SouthCanton线路开断后，为克力夫兰-阿克伦地区供电的138kV系统的潮流显著增加，138kV系统电压水平进一步下降。从15∶39至16∶05期间共有多条138kV线路相继过载开断。上述138kV线路开断后，更多的功率转

6、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。（4）事故后的级联崩溃（Cascade）阶段。FE输电系统的崩溃引发了规划中未预计到的潮流浪涌。崩溃前夕大量潮流从南方跨过FE系统流到北方

7、。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，甩负荷装置切掉负荷，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9。从美

8、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