美國(guó)洛杉磯912大面積停電事故及啟示

1、美國(guó)洛杉磯9.12大面積停電事故及對(duì)我國(guó)大城市電網(wǎng)安全問題的啟示劉建明王熙亮宋衛(wèi)東2005年9月12日中午，美國(guó)西部最大城市洛杉磯發(fā)生大面積停 電事故，停電范圍包括洛杉磯?mèng)[市區(qū)、洛杉磯西部、圣費(fèi)爾南多河 流域的部分地區(qū)。有200萬(wàn)人口（大約是洛杉磯人口的一半）受到 停電事故影響。停電事故發(fā)生在12日中午12時(shí)45分，當(dāng)時(shí)洛杉磯 鬧市區(qū)及附近的一些城鎮(zhèn)突然斷電。洛杉磯警察局總部和位于市區(qū) 的市政大廈也發(fā)生了停電。洛杉磯國(guó)際機(jī)場(chǎng)的至少兩個(gè)候機(jī)大廳也 一度受到影響，但機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行和航班沒有受到影響。一些醫(yī)院和學(xué) 校都失去了電力，很多人被關(guān)在電梯里。許多人因?yàn)橥ｋ姸肯蚪?道，交通也因?yàn)槭バ盘?hào)燈而發(fā)生

2、混亂引起了洛杉磯交通堵塞。由 于許多政府大樓和醫(yī)院都安裝了應(yīng)急發(fā)電機(jī)，市區(qū)的公共秩序并沒 有受到太大的影響，醫(yī)院的應(yīng)急發(fā)電機(jī)也很快啟動(dòng)，病人沒有受到 影響。美國(guó)西部最大城市洛杉磯的停電事故，暴露出大城市電網(wǎng)環(huán)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定問題，特別是作為受電端的大城市電網(wǎng)的負(fù)荷轉(zhuǎn)移 問題，電壓穩(wěn)定問題以及如何配置必要的安全穩(wěn)定控制措施的問題，一個(gè)230 kV多回路環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)上有8個(gè)變電站（包括發(fā)電廠的升壓 站）。與外部系統(tǒng)聯(lián)系的線路有:Rin-Rsb變電站的兩條500 kV線路； RS-E變電站的一條500 kV線路；RS-B變電站的兩條287 kV線路。 外部的電力來(lái)自這五條線路。事故發(fā)生前，整個(gè)系統(tǒng)正

3、常穩(wěn)定運(yùn)行， 洛杉磯電網(wǎng)只有一條外環(huán)線因?yàn)榫S護(hù)停止運(yùn)行。當(dāng)時(shí)，洛杉磯市電 力系統(tǒng)的負(fù)荷大約是3733 MW。本地（受事故影響的地區(qū)）的發(fā)電 容量大約1200 MW，其中664 MW的發(fā)電容量來(lái)自洛杉磯的南部。 剩余的電力由外部送入。CasticAdelantoNorthVai ley va/eylendaFairfa變電站燃機(jī)電廠（柴油、天然氣） 水電廠Hyne同時(shí)切斷一條控制電 纜內(nèi)的電線，造成該控 制電纜內(nèi)的3根電線短 路，啟動(dòng)了 RS-E變電變魅ADL-RIN VEC-RIN I500kV 度用站Rin空TAZ-OLY I & 3500kVADL-TOL IVan Xuvs類電站S-E

4、fe-. Burbank，變電站I Toluca變電站C Van Nuvs變電站 Scattergood 燃機(jī)電廠、 Haynes燃機(jī)電廠 Harbor 燃機(jī)電廠 scatte Valley 燃機(jī)電廠Scattergoo Castic水電廠#$%/輸電線路掣網(wǎng)運(yùn)營(yíng)區(qū)域南加州愛迪生公司電網(wǎng)（SCE） I I洛杉磯水電局電網(wǎng)（LADWP）洛杉磯市電網(wǎng)圖二、事故的原因12點(diǎn)32分，由于工人在RS-E變電站更換硬件設(shè)備時(shí)，錯(cuò)誤地Ilitrbur虹Havnes電Sc alter aaod站 的230 kV母線1和母線2的斷路器失靈保護(hù)，結(jié)果保護(hù)動(dòng)作跳 掉了 RS-E變電站230 kV母線1和母線2的全部

5、斷路器（42個(gè)）， 這兩條母線停電。此前，洛杉磯水電局已更換了22個(gè)變電站的硬件 設(shè)備，這22個(gè)變電站都是在同一個(gè)設(shè)備盤上有變壓器保護(hù)和斷路器 故障保護(hù)。僅僅是RS-E變電站的設(shè)備更換不包括斷路器故障保護(hù)， 由于圖紙中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，造成工人切錯(cuò)了控制電纜，引發(fā)了這次事 故。三、事故的發(fā)展及恢復(fù)過(guò)程RS-E變電站230 kV母線1和母線2的停電，斷開了洛杉磯市 的環(huán)網(wǎng)，同時(shí)也停掉了 RS-E變電站的全部負(fù)荷及Van Nuys變電 站的負(fù)荷（Van Nuys變電站是由RS-E變電站通過(guò)放射形線路供 電的）。Burbank變電站也是RS-E變電站的放射形負(fù)荷，當(dāng)時(shí)的運(yùn) 行方式Burbank變電站與RS

6、-E變電站是斷開的，它 僅僅與 Glendale相連接。由于向洛杉磯市環(huán)網(wǎng)供電的線路只有Rin-Rs變電站的兩條500 kV線路、RS-E變電站的一條500 kV線路和RS-B變電站的兩條 287 kV線路。環(huán)網(wǎng)的東部被打開以后，負(fù)荷的轉(zhuǎn)移造成向RS-B變 電站供電的兩條287 kV線路過(guò)負(fù)荷，同時(shí)也造成向機(jī)場(chǎng)和Harbor 地區(qū)供電的兩條230 kV線路過(guò)負(fù)荷。嚴(yán)重的過(guò)負(fù)荷造成洛杉磯市的 南部和西部電壓降低。為了穩(wěn)定系統(tǒng)并且提供電壓支持，調(diào)度員立即投入了遙控?zé)o功 償設(shè)備（電容器）。但是，由于電壓的惡化已經(jīng)造成洛杉磯市南部的 Haynes和Scattergood兩個(gè)發(fā)電廠的664 MW發(fā)電容量

7、不能穩(wěn)定運(yùn) 行。在12點(diǎn)34分到12點(diǎn)38分之間，這664 MW的本地發(fā)電容量 全部因?yàn)楸Ｗo(hù)動(dòng)作與系統(tǒng)解列。由于失去了關(guān)鍵的本地發(fā)電容量的 支持，電壓?jiǎn)栴}進(jìn)一步惡化，也加劇了以上提到的那4條線路的過(guò) 負(fù)荷程度，洛杉磯市的電網(wǎng)更加接近電壓崩潰。解決電壓崩潰問題， 一是本地電源提供支持（已經(jīng)不可能了）二是切除負(fù)荷。結(jié)果調(diào)度 員開始手動(dòng)切除Century RS-B變電站、Velasco RS-F變電站和Fairfax RS-D變電站的負(fù)荷。選擇切除這些負(fù)荷的原因是為了減輕過(guò)負(fù)荷， 而且這些負(fù)荷主要是居民用戶。手動(dòng)切除了395 MW負(fù)荷后，電壓?jiǎn)栴}減輕了一些，但是過(guò)負(fù)荷問題仍然越來(lái)越嚴(yán)重。12點(diǎn)47分

8、，RS-E變電站的運(yùn)行人員向調(diào)度員匯報(bào)了所發(fā)生的 情況并且告訴調(diào)度員可以開始恢復(fù)。12點(diǎn)47分至13點(diǎn)02分，在調(diào) 度員的指導(dǎo)下，RS-E變電站的運(yùn)行人員開始合閘斷路器，恢復(fù)了洛 杉磯的環(huán)網(wǎng)。13點(diǎn)02分，由于嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷，Tarzana-Olypic 3號(hào)線路的導(dǎo)線 幅垂了 25英尺與樹接觸發(fā)生短路，保護(hù)切除了這條線路。結(jié)果使支 撐洛杉磯西部和南部的剩余3條線路（Tarzana-Olypic 1號(hào)線路以及 Victorville-Century 1號(hào)和2號(hào)線路）進(jìn)一步過(guò)負(fù)荷，電壓降低也更 加嚴(yán)重。13點(diǎn)02分至13點(diǎn)06分，為了挽救系統(tǒng)，開始了第二輪手 動(dòng)切除負(fù)荷，在RS-D、RS-F、RS-

9、K三個(gè)變電站又切除了 249 MW 負(fù)荷。ADL-RD： Idi LlC-RJNlBurbank吏電站Harbor Ikvnes電廠 一電廠13點(diǎn)07分，又有6條輸 電線路被保護(hù)切除，Glendale 與系統(tǒng)解列。切除的線路包括 Tarzana-Olypic 1號(hào)線路以及ADL-RL： & UC-RJN 1RS-U500kVl |500kV 變電 Mkh-RS JJ _Victorville-Century 1號(hào)和2號(hào)線路。這3條線路切除后，洛杉磯的 西部和南部完全與系統(tǒng)分離。系統(tǒng)的負(fù)荷馬上從2787 MW掉到了 966 MW，負(fù)荷損失了 1821 MW。城市的南部和西部失去供電后，受影響地區(qū)

10、的低頻自動(dòng)減負(fù)荷 裝置動(dòng)作，很多負(fù)荷變電站的斷路器跳閘。約30秒后（13點(diǎn)08分）， 當(dāng)該地區(qū)恢復(fù)供電后，這 些負(fù)荷變電站的用戶依 舊沒有恢復(fù)供電。13時(shí) 08分，調(diào)度員重新投入 了 Tarzana-Olympic 3 號(hào)線路，恢復(fù)該輸電走廊 后，恢復(fù)了 607MW負(fù) 荷。系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到1573 MW。13時(shí)09分，為了便于快速恢復(fù)，調(diào)度員要求RS-E變電站的運(yùn) 行人員改為遠(yuǎn)動(dòng)控制。13時(shí)13分Victorville-Century 1號(hào)線路恢復(fù) 運(yùn)行。13時(shí)14分，Victorville-Century 2號(hào)線路恢復(fù)運(yùn)行，13時(shí)15 分Tarzana-Olympic 1號(hào)線路重新投入運(yùn)行。隨著

11、這三條線路的恢復(fù)， 南部地區(qū)關(guān)鍵的輸電支撐得以恢復(fù)。13時(shí)18分到13 時(shí)27分，其余的輸電 線路得以恢復(fù)。13時(shí) 41分到Burbank的輸 電線路恢復(fù)供電，到13變懸207kV變電雷VIC-CEN2IhrborHaynes電 電廠時(shí)45分Glendale變電站與系統(tǒng)同步并網(wǎng)。到13時(shí)56分，所有的變電站恢復(fù)供電，恢復(fù)了所有能通過(guò)遠(yuǎn) 動(dòng)恢復(fù)供電的用戶的供電。四、事故暴露出的問題以及對(duì)我們的啟示事故的起因是在更換了 22個(gè)變電站的設(shè)備后的做最后一個(gè)變電 站的設(shè)備時(shí)發(fā)生的，而這最后一個(gè)變電站又正好與前22個(gè)不同，切 了不該切的電纜。為了防止短路，多芯電纜不應(yīng)該同時(shí)切，應(yīng)該一 根一根地切。兩個(gè)錯(cuò)誤

12、同時(shí)發(fā)生引起了事故?？梢姮F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)是不規(guī) 范的。事故初期僅僅是一個(gè)變電站全部停電，如果預(yù)先有針對(duì)這類事 故的事故預(yù)案和安控裝置，安控裝置就可以切除一部分負(fù)荷防止負(fù) 荷轉(zhuǎn)移造成的線路過(guò)負(fù)荷，防止電壓降低。這次事故與美國(guó)8.14大 面積停電事故類似的地方是，在系統(tǒng)需要電源支持的關(guān)鍵時(shí)刻，發(fā) 電機(jī)反而退出運(yùn)行，使電網(wǎng)雪上加霜。如果洛杉磯南部的664 MW發(fā) 電容量不退出運(yùn)行，事故就不會(huì)擴(kuò)大，停電范圍就大大縮小。雖然 美國(guó)自己評(píng)價(jià)這次事故的處理是正確的，但還是充分暴露出切負(fù)荷 不及時(shí)、不到位，對(duì)洛杉磯這樣的環(huán)網(wǎng)，在事故情況下的負(fù)荷轉(zhuǎn)移 問題沒有預(yù)案，沒有有效的安全控制裝置。我國(guó)大城市電網(wǎng)也存在大量的環(huán)網(wǎng)

13、結(jié)構(gòu)，也是受端電網(wǎng)。由于 電力的供需矛盾，受端的備用容量不足，線路也處于大負(fù)荷運(yùn)行， 對(duì)類似事故的負(fù)荷轉(zhuǎn)移問題和電壓支持問題應(yīng)該引起高度重視，特 別是要考慮各種事故預(yù)案，配備考慮整個(gè)大城市電網(wǎng)安全問題的安 控裝置。附件1:事故詳細(xì)過(guò)程12時(shí)32分，RS-E變電站230-kV母線1和2的繼電保護(hù)動(dòng)作， 變電站的所有線路跳閘，RS-E和RS-S變電站失去全部負(fù)荷；12時(shí)34分，加州和墨西哥可靠性協(xié)會(huì)得知了洛杉磯水電局的擾 動(dòng)；12時(shí)34分到12時(shí)38分，Haynes電廠1號(hào)和8號(hào)及10號(hào)機(jī)組 及Scattergood電廠的2號(hào)和3號(hào)機(jī)組跳閘；12時(shí)35分到12時(shí)37分，Harbor電廠的聯(lián)合循環(huán)及

14、燃?xì)廨啓C(jī)接 到命令后投入運(yùn)行；12時(shí)38分到12時(shí)39分，為了減少過(guò)負(fù)荷和恢復(fù)電壓，手動(dòng)切 除了 RS-B、F和D的負(fù)荷；12時(shí)41分到12時(shí)45分，Castaic電廠1、3、4和5號(hào)機(jī)組投 入運(yùn)行；12時(shí)47分，開始恢復(fù)輸電線路，但受到了低電壓和同步角度過(guò) 大的限制；12時(shí)53分到13時(shí)02分，由于過(guò)負(fù)荷，其它輸電線路發(fā)生跳閘；13時(shí)02分，由于線路跳閘，Power Plants電廠1和2與系統(tǒng) 分離；13時(shí)03分到13時(shí)06分，為減少過(guò)負(fù)荷和恢復(fù)電壓，在RS-D、 RS-F和RS-K變電站進(jìn)行了手動(dòng)減負(fù)荷；13時(shí)04分，Valley電廠5號(hào)機(jī)組投入運(yùn)行；13時(shí)06分，Harbor電廠1號(hào)機(jī)

15、組投入運(yùn)行，但一分鐘后跳閘；13時(shí)07分，由于過(guò)負(fù)荷，與通向洛杉磯南部地區(qū)全部輸電線路 跳閘，使 RS-A、RS-C、RS-D、RS-F、RS-G、RS-H、RS-K、RS-L、 RS-N、RS-P、RS-Q及HAL-RS失去所有剩余負(fù)荷。Glendale也與洛杉 磯水電局解列；13時(shí)08分，隨著第一條線路的恢復(fù)，恢復(fù)了洛杉磯南部地區(qū)的 部分負(fù)荷；13 時(shí) 09 分，Harbor-Wilmington A 和 B 保護(hù)；13時(shí)09分，隨著系統(tǒng)條件的改善，負(fù)荷開始恢復(fù)；13時(shí)13分到13時(shí)27分，主要輸電線路恢復(fù)運(yùn)行；13時(shí)29分，Valley電廠5號(hào)機(jī)組跳閘；13時(shí)30分到14時(shí)13分，Har

16、bor電廠10到14號(hào)機(jī)組投入運(yùn)行；13時(shí)41分，到Burbank的聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)運(yùn)行；13時(shí)45分，到Glendale的聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)運(yùn)行；13時(shí)56分，所有負(fù)荷變電站的負(fù)荷恢復(fù)；14時(shí)07分，輸電全部恢復(fù)；14時(shí)16分，Valley電廠5號(hào)機(jī)組重新同步并網(wǎng)；14時(shí)23分到15時(shí)40分，Harbor電廠1、2和5號(hào)機(jī)組并網(wǎng)。表1:用戶停電和恢復(fù)過(guò)程時(shí)間損失的 用戶數(shù)恢復(fù)的 用戶數(shù)累計(jì)停電 用戶數(shù)原因12時(shí)32分203,290203,290RS-E和RS-S變電站失去負(fù)荷12時(shí)39分151,690354,980第一輪手動(dòng)切負(fù)荷13時(shí)06分88,550443,530第二輪手動(dòng)切負(fù)荷13時(shí)07分454,462897,992由于電力供應(yīng)而損失負(fù)荷13時(shí)08分141,341756,651由于第一條線路恢復(fù)13時(shí)10分24,840731,811開始恢復(fù)負(fù)荷13時(shí)20分83,930647,881繼續(xù)恢復(fù)負(fù)荷13時(shí)30分93,271554,610繼續(xù)恢復(fù)負(fù)荷13時(shí)40分294,910259,700繼續(xù)恢復(fù)負(fù)荷13時(shí)50分190,39069,310繼續(xù)恢復(fù)負(fù)荷13時(shí)56分69,3100主要負(fù)荷全部恢復(fù)表2：事故損失的電廠機(jī)組容量電廠機(jī)組損失容量（MW）原因Haynes 1100