大停电事故资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,美加,8.14,电网大面积停电事故,电气工程学院,周念成,内容,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.,美加联合电网大面积停电事故的启示,1.,事故概况,美国东部时间,(EDT),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,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）,美加大停电事故分析,事故区域：美国加拿大东部互联系统所属东北部电网,事故损失：负荷,6180,万千瓦，影响,5000,万人，,300,亿美元,/,天,密歇根电网,METC,底特律电网,ITC,AEP,电网,北俄亥俄电网,FE,安大略电网,IMO,2000,万,PJM,电网,420,万,纽约州电网,NY ISO,2200,万,新英格兰电网,NE ISO,250,万,魁北克电网,10,万,1300,万,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：,300,亿美元,/,天,安大略省损失：,50,亿美圆,1.,事故概况,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。,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,4:13 p.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,8:00 a.m.EDT,的事件开始分析，以确定大停电发生的原因。,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,连锁事故发生前的阶段,由于空调负荷及其他负荷的增长,在,8,月,14,日以前的几天以及,8,月,14,日中午,俄亥俄州北部许多节点的电压呈下降趋势。,表明,8,月,14,日的中午该地区已有无功不足的迹象,而且在中午,12,时以前系统中已有不寻常的电压波动,尽管此时系统仍然处于正常的运行状态。,12:05:44 1:31:34 PM,发电机切机,12:05:44,Conesville,5(,额定值,375 MW),1:14:04 Greenwood,1(,额定值,785 MW),1:31:34 Eastlake,5(,额定值,597 MW),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。这些机组跳开后使系统潮流方式发生了变化。,2:02 PM,俄亥俄州西南部线路断开,Stuart Atlanta 345 kV,线路,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 3:41:33 PM,俄亥俄州东部和北部之间的线路断开,3:05:41 Harding-Chamberlain 345 kV,线路,3:32:03 Hanna-Juniper 345 kV,线路,3:41:33 Star-South Canton 345 kV,线路,连锁事故开始阶段,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。,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 4:08:58 PM,俄亥俄州东部到北部的剩余线路跳闸,3:45:33 Canton Central-,Tidd,345 kV,线路,4:06:03,Sammis,-Star 345 kV,线路,过负荷引起的线路开断阶段,（电压崩溃阶段）,Canton Central-,Tidd,线路,3:45:33,跳开，,58s,后重合，但,Canton Central 345/138 kV,变压器断开后没能再投入，使通过,Canton Central,变电站支持的,138 kV,系统与,345 kV,网络隔离。,Sammis,-Star 345 kV,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,345 kV,通道,。,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,138 kV,线路断开，这使,Akron,及西部、南部停电。,4:08:58 4:10:27 PM,俄亥俄州西北部线路跳闸、密歇根中部发电机跳开,4:08:58 Galion-Ohio Central-Muskingum 345kV,线路,4:09:06 East Lima-Fostoria Central 345 kV,线路,4:09:23-4:10:27 Kinder Morgan,机组,(,额定：,500MW;,负荷：,200 MW),当,Galion-Ohio Central-Muskingum,、,East Lima-Fostoria Central,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,345 kV,线路连接。,密歇根中部的,Kinder Morgan,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,700,950 MW,负荷。,4:10:00 4:10:38 PM,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,4:10 Harding-Fox 345 kV,线路,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,）,4:10:37 West-East Michigan345 kV,线路,4:10:38 Midland Cogeneration Venture(,共带负荷,1265 MW),4:10:38,底特律西北输电系统分离,4:10:38 Perry-Ashtabula-Erie West 345 kV,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,345 kV,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,，,Midland Cogeneration Venture(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。,4:10:38 Perry-Ashtabula-Erie West 345 kV,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-Erie West 345 kV,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 4:10:44 PM,宾夕法尼亚与纽约间,4,条线路跳闸,4:10:40 Homer City-,Watercure,Road 345 kV,线路,4:10:40 Homer City-,Stolle,Road 345 kV,线路,4:10:41 South Ripley-Dunkirk 230 kV,线路,4:10:44 East Towanda-Hillside 230 kV,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,230 kV,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。,4:10:41 PM,俄亥俄北部线路和发电机跳开,Fostoria Central-Galion 345 kV,线路,Perry 1,核电站机组,(,额定值,1252 MW),Avon Lake,9(,额定值,616 MW),Beaver-Davis,Besse,345 kV,线路,Fostoria Central-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,4:08:58 Galion-Muskingum-Ohio Central,线路跳闸以及,4:09:06 East Lima-Fostoria Central,线路跳闸而阻塞。,靠近宾夕法尼亚边界，位于,Erie,湖南岸的,Perry 1,核电站机组，以及靠近,Cleveland,的,Avon Lake,电厂,9,机组几乎在同一时间跳开。当连接,Cleveland,和,Toledo,地区的,Beaver-Davis,Besse,345 kV,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 4:10:45 PM,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,4:10:42 Campbell,3(,额定值,820 MW),4:10:43 Keith-Waterman 230 kV,线路,4:10:45,Wawa,-Marathon 230 kV,线路,4:10:45 Branchburg-,Ramapo,500 kV,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-Waterman 230 kV,线路于,4:10:45,跳开，当沿,Superior,湖北岸的,Wawa,-Marathon 230 kV,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-,Ramapo,500 kV,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,138 kV,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。线的南边是东部互联电网的剩余部分，没有受停电影响。,4:10:46 4:10:55 PM,纽约电网从东到西分裂，新英格兰（除康涅狄格西南部）和沿海省份与纽约分离，未受影响,4:10:46 4:10:55,纽约至新英格兰线路断开,4:10:48,纽约电网从东到西分裂,在随后,9s,内，东部互联电网北部各地区间发生一些分裂。,纽约至新英格兰联络线断开，新英格兰大部分地区成为孤岛，由于供需基本平衡仍保持运行。康涅狄格西南部与新英格兰分离仍与纽约系统联系约,1,分钟。,纽约电网沿从东到西线分离，新泽西北部和康涅狄格西南部与纽约系统东部相连，安大略和密歇根东部与纽约系统西部相连。随后几秒内，安大略和纽约将分离，纽约州,15,的负荷自动切除。在安大略试图恢复系统平衡时，安大略约,2500MW,负荷切除。,4:10:50 4:11:57 PM,安大略与纽约系统从,Niagara Falls,和,St.Lawrence,西部分离，康涅狄格西南部与纽约分离并停电,33,）,4:10:50Niagara Falls,和,St.Lawrence,西边的安大略系统与纽约分离,34,）,4:11:22 Long Mountain Plum Tree 345 kV,线路跳开,35,）,4:11:57,安大略与密歇根东部剩余线路跳开,4:10:50,安大略与纽约系统分离，使纽约与安大略在,Niagara,和,St.Lawrence,的大型水电厂和一些火电厂，以及魁北克互联电网的与纽约系统相连的,765 kV,线路和直流线路都支持纽约州北部安大略湖南边负荷。,4:10:56,靠近,Niagara,的三条输电线路自动将安大略与纽约连接。安大略其它,4500MW,负荷自动切除。,4:11:10,，,Niagara,线路再次跳开，纽约与安大略再次分离，使安大略大部分地区停电，,22500MW,负荷切除，总负荷为,24000MW,。纽约东部孤岛停电，只有分散的小区域仍保持供电。纽约西部孤岛仍保持向,50,的负荷供电。,当,Long Mountain-Plum Tree,线路（连接纽约,Pleasant Valley,变电站）跳开后，使康涅狄格西南部与纽约仅通过沿,Long Island Sound,的,138 kV,电缆连接。康涅狄格西南部约,500MW,负荷由电网自动操作切除。,22s,后，,Long Island Sound,电缆跳开，康涅狄格西南部成孤岛并停电。,4:13 PM,连锁反应基本结束,东部互联电网北部的主要部分（图中点线区域内）停电。一些孤立地区发电机和负荷仍保持几分钟运行。那些维持供需基本平衡的地区仍保持运行，其它发电机最终跳开，它们供电的区域停电。仍保持运行的相对较大的孤岛所供负荷是,5700MW,，大部分在纽约西部。这是通过安大略湖南边发电厂、安大略,Niagara,及,St.Lawrence,的发电机以及魁北克,765 kV,线路和直流线路供电的。这个孤岛是纽约以及安大略恢复供电的基础。,3,事故原因初步分析,美国电力研究院,(EPRI),认为是一种快速电压崩溃现象,8,月、下午、天气炎热、空调负荷,有人认为：“电网老化陈旧”，“美国电网是属于第三世界的”,高压主干线,40,50,年历史,小布什：“这次停电是一次警告，这是一个信号，告诉我们应该更新我们的电网”,3,事故原因初步分析,电力放松管制，电网投资减少，过去,10,年，负荷需求增加,30%,，输电能力增,15%,，输电裕度减少，工作在危险区,负荷模型不准确，模拟工具、手段缺乏,体制问题,:,无统一规划、设计及调度局部与整体关系,提出措施,加快电网更新和建设,改进电网分析计算模拟手段,采用德州高压直流方式互联,NERC,（,1968,年成立）提出可靠性标准由自律性改为强制性,D-VAR,、,D-SMES,（超导储能）抑制振荡,分布式电源,4.,美加联合电网大面积停电事故的启示,(1),加强三道防线建设,(2),加强电网总体规划，确保网络结构合理性,(3),注重联网方式,(4),调整保护和控制策略，适应互联大电网的运行要求,(5),加强控制和保护的协调、解决好整体与局部的关系,(6),加强全网的监控,4.,美加联合电网大面积停电事故的启示,(7),注重对负荷模型的研究,(8),对核电机组给予特殊关注,(9),加强对无功补偿及其方式研究,(10),多回直流落点同一受端系统问题,(11),解决好电网的备用容量问题,(12),体制问题,(1),加强三道防线建设,20,世纪,60,70,年代多起大面积停电事故,80,年代,电力系统稳定导则,颁布后，大面积停电事故明显减少,1997,年后无大面积停电事故,强调三道防线作用（特别是第三道防线,）,研究振荡中心位置、配置功能合理、快速动作的解列装置、解列后各区有功无功及发电基本平衡,例：南方电网,1992,年事故,美国电网结构复杂、互联方式不够简洁（交流、直流、一点、多点）故障时解列困难（及时解列问题、加拿大支持,2,分钟、纽约州西部成为恢复供电的基础）,2),加强电网总体规划，确保网络结构合理性,坚持,“,统一规划、统一建设、统一管理、统一（分级）调度,”,的方针,电源分开接入、避免过于集中、负荷转移引起恶性连锁反应,例,1,：加拿大,735kV,线路，,1982,年事故,Levis,变电所电流互感器爆炸，,5,回线,3,回断开（负荷：詹姆斯湾,-,蒙特利尔，丘吉尔瀑布,-,蒙特利尔）,例,2,：山西、内蒙向京津唐送电,受端电网加强（无功支撑问题，接受外来电力数量，受端环网结构）,上海市网（外来容量）、广东网（无功问题、第一回交流）、安大略省电网、京津唐电网,电磁环网问题、不同电压等级并列运行,美国：,WSCC,系统、安大略湖环网,四川：自贡,-,重庆（,500kV,、,220kV,功率转移）,网络分层、分区,无功平衡、电压分层控制,大型枢纽变电站母线合理布局、防止母线容量过大,大亚湾核电站外部电源可靠性计算,同杆并架线路问题,网络结构简洁、可靠性标准,(3),注重联网方式,交直流联网方式比较,联网费用、内部改造费用、事故停电影响费用,东北,-,华北交流联网问题,暂态稳定极限下降（大房线加串补）,有低频振荡（加,PSS,后减缓）,美国直流联网（东北、西部、德州）,美国与加拿大魁北克联网,德州与墨西哥联网,华东,-,华北,-,(,辛嘉线,),-,华中,-,川渝（大交流同步网）,-,河北辛安,500kV-,河南新乡获嘉,500kV,送电,20,60,万,kW,-2003,年,9,月,20,日,-4600,公里、,14,省、伊敏,-,二滩、,1.4,亿总容量,-,初期弱联系（一点、多点、高电压等级），易于解列，同步联网极限问题,(4),调整保护和控制策略，适应互联大电网的运行要求,云南省低周减载,低周,+,低电压减载,+,连切负荷,广东,-,香港联网,低周减载动作起始值（,49Hz,，,48.8Hz,）,增设,PSS,及参数调整,东北,-,华北、二滩送出,(5),加强控制和保护的协调、解决好整体与局部的关系,电力市场化后矛盾尤其突出，业主及利益有关方关注自身设备保护,1996,年,8,月，马来西亚（东马）全国大停电事故开关故障某发电厂切机频率下降,IPP,先于电网切负荷而切机,（河南平顶山机组？）,串补线路特殊的区内、区外故障识别，新技术新要求，电科院进行动模试验,三峡电站水力发电机组的,PSS,问题,0.2Hz,无功电源备用,厂网分开后的特殊问题,河南电网,500kV,和,220kV,开环运行（,2003,年,9,月,12,日）为华中华北联网做好准备,(6),加强全网的监控,监控系统要求设置完整、不出差错、及时报警,美,ohio,州报警失灵,全球定位系统（,GPS,）提供各控制点信号，加强控制策略研究,(7),注重对负荷模型的研究,传统算法沿用多年，数据无可靠依据,A,、,B,、,C,系数（恒功率,30恒电流,30%,、恒阻抗,40%,）,马达,60%,，恒定阻抗,40%,组合,城镇化发展,空调负荷增加,（,40%,）,、马达影响较大,美国有多种方法：,loadsyn,程序（,EPRI,）及实测；我国用经验数据，事故波形拟合,应该进行深入研究（电网公司陆启洲副总经理），电科院现已立项研究,(8),对核电机组给予特殊关注,接入系统要求,N-2,法国大亚湾核电机组计算电网可靠性,电压稳定性要求严格,500kV,母线、,0.75p.u,持续,0.8,秒，可制为电网失效事故（大亚湾核电厂）,为低电压过流保护及冷却剂泵出力，防止堆芯过热,美加停电事故美方记录,0.6p.u,持续,3,5,秒,9,台核电机组，,6,台在纽约、纽约州损失,2200,万,kW,负荷,加拿大安大略省,40%,以上核电，损失,2000,万,kW,负荷,核电机组恢复较慢，加拿大电网恢复时间长,我国核电机组情况,1.2%,1.5%,集中在广东、浙江、江苏,2020,年达,4.2%,，约,4000,万千瓦容量,多数省将有，附近需装备容量足够、调节性能好的无功源,(9),加强对无功补偿及其方式研究,电网稳定破坏的三种形式,功角不稳定、单一元件失去、网络紧密（非长链型网）,频率不稳定（崩溃）、失大机组、整厂,电压不稳定（崩溃）、未来的元凶,西电东送、不能送无功、受端需补性能良好的无功,广东系统、四川二滩电站送出,珠江三角洲、长江三角洲、缺资源、缺土地、环保要求高，本地建厂少，还有不少核电站，无功问题最突出,小型机组改调相机,(10),多回直流落点同一受端系统问题,直流需无功、受端三相短路会造成逆变器同时性换相失败、多回直流线可能同时闭锁,三峡东送华东上海地区、三回直流,北欧经验,-,用适当程序计算（,EMTP,）,-,适当拉开距离,-,控制系统协调,南方电网,2015,年可能出现,7,回直流，落点广东附近，问题较严重,电科院正在建设三峡电力系统仿真中心，能模拟七回两端直流,解决方法：拉开距离、增加无功、控制系统协调、用新型,IGBT,（,Insulated Gate Bipolar Transistor-,绝缘栅双极性晶体管）,型直流,(11),解决好电网的备用容量问题,系统备用容量，尤其是热备用至关重要,美国,8.14,事故前，备用减少,今年华东上海地区电力供应紧张，控制用电处于边缘,关键处理好夏季尖峰负荷（空调负荷）,全年电量不缺，不宜建设一般机组,对调峰问题需作专门特殊研究,加大燃煤机组调峰能力、建设专门调峰机组、抽水蓄能机组、分布式发电技术,(12),体制问题,电网企业为节约成本，使输电容量接近极限，安全裕度减少，对安全水平产生负面影响,改革步调不一致、目标不明确，管理会产生混乱,厂网分开后，责任要重新明确,可靠性准则要成为强制性的，以法律为准绳,谢谢大家,！,