大停电事故资料参考课件.ppt

美加8.14电网大面积停电事故,电气工程学院周念成,1,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,2,1.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）,3,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,4,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,5,6,7,2.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。,8,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。,9,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：,10,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。,11,12:05:441:31:34PM发电机切机,12:05:44Conesville5(额定值375MW)1:14:04Greenwood1(额定值785MW)1:31:34Eastlake5(额定值597MW),12,Conesville电厂位于俄亥俄州中央；Greenwood电厂位于底特律北部，Greenwood1机组在1:14:04跳开，1:57.恢复运行；Eastlake5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。,13,2:02PM俄亥俄州西南部线路断开,StuartAtlanta345kV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）。,14,3:05:413:41:33PM俄亥俄州东部和北部之间的线路断开,3:05:41Harding-Chamberlain345kV线路3:32:03Hanna-Juniper345kV线路3:41:33Star-SouthCanton345kV线路,15,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。,16,3:45:334:08:58PM俄亥俄州东部到北部的剩余线路跳闸,3:45:33CantonCentral-Tidd345kV线路4:06:03Sammis-Star345kV线路,17,过负荷引起的线路开断阶段（电压崩溃阶段）,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。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。,18,4:08:584:10:27PM俄亥俄州西北部线路跳闸、密歇根中部发电机跳开,4:08:58Galion-OhioCentral-Muskingum345kV线路4:09:06EastLima-FostoriaCentral345kV线路,4:09:23-4:10:27KinderMorgan机组(额定：500MW;负荷：200MW),19,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0.020.027Hz，表明损失了约700950MW负荷。,20,4:10:004:10:38PM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,4:10Harding-Fox345kV线路4:10:044:10:45俄亥俄州北部沿Erie湖的20台发电机（共带负荷2174MW）4:10:37West-EastMichigan345kV线路4:10:38MidlandCogenerationVenture(共带负荷1265MW)4:10:38底特律西北输电系统分离4:10:38Perry-Ashtabula-ErieWest345kV线路,21,4:10:044:10:45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。,22,4:10:38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。,23,4:10:404:10:44PM宾夕法尼亚与纽约间4条线路跳闸,4:10:40HomerCity-WatercureRoad345kV线路4:10:40HomerCity-StolleRoad345kV线路4:10:41SouthRipley-Dunkirk230kV线路4:10:44EastTowanda-Hillside230kV线路,24,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。,25,4:10:41PM俄亥俄北部线路和发电机跳开,FostoriaCentral-Galion345kV线路Perry1核电站机组(额定值1252MW)AvonLake9(额定值616MW)Beaver-DavisBesse345kV线路,26,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。,27,4:10:424:10:45PM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,4:10:42Campbell3(额定值820MW)4:10:43Keith-Waterman230kV线路4:10:45Wawa-Marathon230kV线路4:10:45Branchburg-Ramapo500kV线路,28,4:10:43，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。线的南边是东部互联电网的剩余部分，没有受停电影响。,29,4:10:464:10:55PM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,4:10:464:10:55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。,30,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。,31,4:10:504:11:57PM安大略与纽约系统从NiagaraFalls和St.Lawrence西部分离，康涅狄格西南部与纽约分离并停电,33）4:10:50NiagaraFalls和St.Lawrence西边的安大略系统与纽约分离34）4:11:22LongMountainPlumTree345kV线路跳开35）4:11:57安大略与密歇根东部剩余线路跳开,32,4:10:50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765kV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LongMountain-PlumTree线路（连接纽约PleasantValley变电站）跳开后，使康涅狄格西南部与纽约仅通过沿LongIslandSound的138kV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，LongIslandSound电缆跳开，康涅狄格西南部成孤岛并停电。,33,4:13PM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765kV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。,34,3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4050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”,35,3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,36,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,37,4.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,38,4.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,39,(1)加强三道防线建设,20世纪6070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）,40,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）,41,(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,42,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）,43,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,44,(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,45,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2060万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,46,(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,47,(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,48,三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,49,(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,50,(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,51,(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