第27卷第10期 电网技术 9 (6)16:08加拿大与美国东部发生明显的功率摇 于警报系统失灵没能及时报警并通知运行人员， 摆。又有两回线(E.Lima-Fostoria和Muskingum-OH 15:32该线路因短路故障而跳闸，使得克利夫兰失去 Central)跳开，俄亥俄州北部功率严重不足，约 第二回电源线，系统电压降低。 2200MW功率从密歇根州流向俄亥俄州。密歇根州至 此后，发生了一系列连锁反应，包括：多回输电 安大略省的潮流发生逆转，约200MW功率从安大略 线路跳开、潮流大范围转移、系统发生摇摆和振荡、 省流向密歇根州。密歇根州电压下降，使密歇根州中 局部系统电压进一步降低，引起发电机组跳闸，使系 部两座电厂共计1800MW机组在15s内相继跳闸，导 统功率缺额增大，进一步发生电压崩溃，同时有更多 致密歇根州电压崩溃。 的发电机和输电线路跳开，造成大面积停电的发生。 (7)16:10 Campbell电厂3号机组跳闸： 在首先跳开的5回345kV线路中，除第4回属于 Hampton-Thetford345kV线路跳闸：Oneida-Majestic AEP公司外，其他4回均属于FE公司。他们认为，虽 345kV线路跳闸：TC系统电压崩溃，造成密歇根州 然有一些线路跳闸，系统也是安全的，因而未与其他 30条线路跳闸，METC℃与TC间的联络线断开，使 相连系统解列，导致事故扩大。 T℃成为孤岛。此时俄亥俄州仍从密歇根州吸取功率。 美国电科院(EPI)专家根据记录到的电压和电 从安大略省流向密歇根州的功率达到2800MW。 流波形，认为在事故过程中呈现出一种暂态电压崩溃 (8)16:11Avon电厂9号机组跳闸：Beaver-Davis (变化过程通常为010s)现象。这种情况往往出现 Besse线路跳闸：Midway-Lemoyne-Foster138kV线 在重负荷时，特别是在负荷以电动机为主的情况下 路跳闸：俄亥俄州Pemy核电站的1号机组跳闸。 (天气炎热，空调负荷增加)，当某种原因造成电压 (9)16:17Femi核电站全部机组跳闸。 很低时，电动机会抽取大量无功功率，导致电压崩溃。 (10)16:1716:21密歇根州许多线路跳闸，并 4.2事故原因分析 有以下发电机组退出运行：St.Clair7号机组，Judd 下面从八方面对事故原因作初步分析。 电站机组，Monroe 1、2、3号机组，Greenwood电 (1)电网结构方面 站机组，St.Clair2、4、6号机组，Trenton7、8、9号 美国存在200多个独立的电网。这次发生大面积 机组。 停电事故的东北部地区同样存在着众多的独立电网， (11)在此后的近2min内，安大略省的系统仍与 电网之间经多级电压和多点进行联网，增加了电网保 密歇根州相连，并试图支持密歇根州和俄亥俄州系 护和控制（包括解列）的难度。被认为造成大停电的 统，但未成功。 主要导火线是包括底特律、多伦多和克利夫兰地区 3事故损失负荷及造成的影响 的Eie湖大环网，沿该环网流动的潮流经常无任何预 此次事故共计损失负荷61800MW,受停电影响人 警地发生转向，造成下方城市负荷加重。此次系统潮 数5000万。各区域电网损失负荷见表1。 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。 表1截止到8月14日20：02各区域电网损失负荷 PM中西部魁北克安大略新英格兰纽约 (2)电网设备方面 区域电网 互联电网1S0水电局MOIS01S0 总计 美国高压主干电网至少已有四五十年的历史， 损失负荷 4200130001002000025002200061800 MW 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、 4 对事故原因的推测 回报率低。例如在20世纪90年代，投资发电厂资金 4.1事故起因和发展过程 回报率常常在12%~15%，而投资输电线路只有8%左 根据北美电力可靠性协会(NERC)公布的有关事 右。因此，只有当供电可靠性问题非常严重，或是供 故资料，可看出事故起因和发展过程： 电要求迫切时，电力公司才会考虑投资修建输电线 在发生大停电事故前1h,即美国东部时间15：06， 美国俄亥俄州的一条345kW输电线路 路。另外，环保方面的限制也增加了输电线路建设的 (Camberlain-Harding)跳开，其输送的功率转移 难度。 到相邻的345kV线路(Hanna-Juniper)上，引起该 (3)电网调度方面 线路长时间过热并下垂，从而接触线下树木。当时由 由于没有统一调度的机制，各地区电网之间缺乏 C1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 27 卷 第 10 期 电 网 技 术 9 （6）16:08 加拿大与美国东部发生明显的功率摇 摆。又有两回线（E.Lima–Fostoria和 Muskingum–OH Central）跳开，俄亥俄州北部功率严重不足，约 2200MW功率从密歇根州流向俄亥俄州。密歇根州至 安大略省的潮流发生逆转，约 200MW 功率从安大略 省流向密歇根州。密歇根州电压下降，使密歇根州中 部两座电厂共计 1800MW机组在 15s 内相继跳闸，导 致密歇根州电压崩溃。 （7）16:10 Campbell 电厂 3 号机组跳闸； Hampton–Thetford 345kV线路跳闸；Oneida–Majestic 345kV 线路跳闸；ITC 系统电压崩溃，造成密歇根州 30 条线路跳闸，METC 与 ITC 间的联络线断开，使 ITC 成为孤岛。此时俄亥俄州仍从密歇根州吸取功率。 从安大略省流向密歇根州的功率达到 2800MW。 （8）16:11 Avon电厂 9 号机组跳闸；Beaver–Davis Besse 线路跳闸；Midway–Lemoyne–Foster 138kV线 路跳闸；俄亥俄州 Perry 核电站的 1 号机组跳闸。 （9）16:17 Fermi 核电站全部机组跳闸。 （10）16:17~16:21 密歇根州许多线路跳闸，并 有以下发电机组退出运行：St. Clair 7 号机组，Judd 电站机组，Monroe 1、2 、3 号机组，Greenwood 电 站机组，St.Clair 2、4、6 号机组，Trenton 7、8、9 号 机组。 （11）在此后的近2min内，安大略省的系统仍与 密歇根州相连，并试图支持密歇根州和俄亥俄州系 统，但未成功。 3 事故损失负荷及造成的影响 此次事故共计损失负荷61800MW，受停电影响人 数 5000 万。各区域电网损失负荷见表 1。 表1 截止到8月14日20:02各区域电网损失负荷 区域电网 PJM 互联电网 中西部 ISO 魁北克 水电局 安大略 IMO 新英格兰 ISO 纽约 ISO 总计 损失负荷 MW 4200 13000 100 20000 2500 22000 61800 4 对事故原因的推测 4.1 事故起因和发展过程 根据北美电力可靠性协会（NERC）公布的有关事 故资料，可看出事故起因和发展过程： 在发生大停电事故前1h，即美国东部时间15:06， 美国俄亥俄州的一条 345 kV 输电线路 （Camberlain–Harding）跳开，其输送的功率转移 到相邻的 345kV 线路（Hanna–Juniper）上，引起该 线路长时间过热并下垂，从而接触线下树木。当时由 于警报系统失灵没能及时报警并通知运行人员， 15:32 该线路因短路故障而跳闸，使得克利夫兰失去 第二回电源线，系统电压降低。 此后，发生了一系列连锁反应，包括：多回输电 线路跳开、潮流大范围转移、系统发生摇摆和振荡、 局部系统电压进一步降低，引起发电机组跳闸，使系 统功率缺额增大，进一步发生电压崩溃，同时有更多 的发电机和输电线路跳开，造成大面积停电的发生。 在首先跳开的 5 回 345kV线路中，除第4 回属于 AEP 公司外，其他 4 回均属于 FE 公司。他们认为，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，导致事故扩大。 美国电科院（EPRI）专家根据记录到的电压和电 流波形，认为在事故过程中呈现出一种暂态电压崩溃 （变化过程通常为 0~10s）现象。这种情况往往出现 在重负荷时，特别是在负荷以电动机为主的情况下 （天气炎热，空调负荷增加），当某种原因造成电压 很低时，电动机会抽取大量无功功率，导致电压崩溃。 4.2 事故原因分析 下面从八方面对事故原因作初步分析。 （1）电网结构方面 美国存在 200 多个独立的电网。这次发生大面积 停电事故的东北部地区同样存在着众多的独立电网， 电网之间经多级电压和多点进行联网，增加了电网保 护和控制（包括解列）的难度。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