美加“&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（First Energy Corp.,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，损失负荷达61.8 Gw,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lOOMvar276MWIndependent ElectricityMarket Operator(Jjq拿大安大略电两电力市场独左调度)负荷 23.882GW发电 2L988GWLQ28GWMichigan ElectricCoordinated System(MECS)(密执安电力协厲系统〉负荷 19.88OGW发电 1&225CW35OMW21?5Mvar196Mvar125MW120MvarNew York ISO (NYISO) (纽约电网独立调度〉 负荷 28.4O2GW 发电 27.372GWFirst Energy (FE) (第一施源) 1 负荷 12.635GW 发电 9.940GW37IMvar 2.854GWL465GW3i7Mvar（宾西法尼业/马毘兰/ 新泽西系统〉 负荷 63.283GW 发电 6O.85OGW1.858GW168MvarAmerican Electric Power Company(AEPC)(美田电力公可)负荷 28.341GW 发电 28.248GW图I 北美电网2003年8月14日15:05EDT有关电网及联络线负荷情况图（事故前）121Fig. 1 Load flow diagram of related power systems of N・EAmerica on Aug. 14 at 15:05EDT (before blackout)121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ownKingsvilleAshtobuloRaisinSSanbornysvilleShailoncCorliolWellingtonBrooksidhillentonW.Mt.VernonChoctonNewcoWisvilleErie WestI Ne駅 Krend HoytcBlu JoelFermiMonroeVoilesmont CtrHanna-Juniper(3:32:03)Chamberl in-Harding(3:05:41)Star-South Canton (3:41:35)olterman OorbI i/EastlaKe Lokeshor^^r^k L^ Inland W St—jHardinq 幺、t(2)短路引起的线路开断阶段。
1^1111 ： 1,1 WL线路 3 l・5k\线路"—3线路跳丿IJi过戎线路线路开断阶段:跳开的3条315kV线路所在位克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-South Canton 和Sammis-Star,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 ^-(star-South Canton)负荷越限，15 : 42该线路也发生对树放电跳闸(线路开断 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)140Sammis-Staro o o o O2 0 8 6 41 di戈喀几I.0-05In I I- 仔IU %20s-an-sbantonda-emrrey =38 kVEumrNewBab^w Anw・Ak『o〒p easaa<4 一一 ey 3 kV右anton Cerdralma之Jn-ayfn.Lbe「-ih・w・AK「on 138 kV83 一38 k< BreakerDMrw.canton 一38 kV58 5#线路丿I：断阶段:走国东部时间315kV线路负荷(\:输ill线路丿f断示变化图第1条断丿I■- 315kV线路负载 第2条断丿「3 15kV线路负笫3条断丿『3仙kV线路负载 第4条315RV线路负戯每条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-South Canton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 ： ()5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 已经不可避免图4第4条345kV线路跳闸前系统潮流图（EDT 16:05:57）图6第4条345kV线路跳闸后系统潮流图（EDT 16:05:58）（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 图7俄亥俄州345kV线路跳闸情况(16:08:59-16:09:07)图8系统潮流图(EDT 16:09:25)2.16:05:583.16:09:254.16:10:375;16:10:39图910.16:13:00系统级联崩溃潮流示意图从美加“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 对措施实施过程中不能实时监控系统安全稳定状况时，也会发生诸如系统崩溃的 灾难性后果在本次停电事故中，FE的安全稳定系统是照n・l的原则设定的，当第一条 线路跳闸时，通常需要30分钟反应时间来消除故障产生的不稳定隐患，但第二 条线路的跳闸时间距第一条线路跳闸为27分钟，从而未能避免灾变的发生。
2. 后备保护的抢先动作是系统崩溃的转折点如上文所述，本次事故中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而该线路的跳闸是因为阻 抗保护的动作引起，设置该保护的初衷本是为对短路故障起后备作用，在本次事 故中的短路故障均由保护正常切除，阻抗保护在潮流转移引起线路过载的过程中 抢先于减负荷装置动作使得潮流的转移变得更为严重，最终导致系统崩溃。