主题：【原创】电力系统漫谈（五）大停电（1）一棵树引发的事故 -- 乃力
家园 【原创+编译】电力系统漫谈（五）大停电（3）1999台湾大停电 前些日子，长街看海分析了解构台湾电网的一个方法：
现在两岸直航了，“破坏”一词显得不友好，一家人不说两家话，所以我建议换成“解构”。实际上，对台湾这样一个岛屿，不仅军事上没有任何纵深可言，其电力系统也注定是脆弱的。长街看海讲的是如何在北边搞解构，而在1999年7月，台湾的电力系统确实发生过一次由于南部线路故障引起的全岛大停电。
今天，在两岸直航的喜庆气氛里，我不合时宜地简单介绍一下1999年这次台湾大停电。衷心希望台湾明天会更好。
下面的主要内容来自网上的一篇科技论文
台湾电力系统的主干网采用的是345kV网络，沿着中央山脉，从南到北，把台湾的主要城市串联起来。靠海的一侧，有很多火力发电厂，靠山的一边有一些水力发电。在岛的南北两端，当时，共有3个核电站。核1、核2在北，核3在南。下面是台湾当时的电力系统图。图上的数字是故障发生前的有功功率（MW）。故障发生的具体时间是1999年7月29日23点31分。可以看到功率是从南向北传输的。需要说明的是，图中的地名都是拼音，不太容易改成中文，请读者参考开始给出的长街看海的帖子，里面有中文标识的台湾电网。不过那个图可能要新一些，有一些是1999年以后建成的。
故障的起因很简单。当日，台南县暴雨导致泥石流，一个345kV线路的铁塔突然倒塌，直接造成龙峙和嘉民之间的一条345kV线路因为对地短路跳闸，进而引起嘉民到中竂的另一条线路跳闸。随后一分钟内的连锁反应导致嘉民变电站停电，南北电气连接被切断，形成南北两个分裂的系统。此时，南部系统发电大于负荷，发电机瞬间开始加速，有暂态失稳的危险，位于最南端屏东县的核3电站首先自动停止运行。北部系统则是瞬间负荷大于发电，系统频率下降，出于安全考虑，核1和核2也被关闭。最终，全岛失去了83%的负荷，846万人口受到停电影响。实际上，只有屏东和高雄两地仍然维持了电力供应。
当时台湾的李登辉刚刚抛出“特殊的国与国关系”的论点，岛内传言对岸共军调动异常，行政院长萧万长发表讲话，不应为了“三通”危害台湾安全。这次大停电在台湾岛内引起一定程度上的恐慌，有人甚至猜测大停电是大陆方面的故意破坏。
1999年对台湾人民来说，是多灾多难的一年。在这次停电前后，还发生过一些其它的停电事故，主要是都因为遍及岛内的连续大雨。当然，1999年对台湾人民来说，是以921南投大地震被永远铭记的。
下面从网上查到的1999年7月台湾大事纪，真可谓10年弹指一挥间。
7月２日 “行政院”会今日通过金门及马祖地区综合建设方案。
7月４日 第六届北美华人学术研讨会在华盛顿举行，“行政院”陆委会主委苏起表示，两岸三通是高层政治性议题，台方虽然不排斥与大陆谈判这方面的议题，但并非目前最迫切的问题。
7月５日 “外交部长”胡志强与巴布亚新几内亚外交部长亚基(Roy Yaki)在“外交部”五楼大礼堂签署“建交”公报。
7月６日 台“全国司法改革会议”在“司法院”举行，李登辉在会上致词，强调要改造不合时宜的司法风气。
“行政院长”萧万长在“行政院”听取“国防部长” 唐飞关于“海岸巡防总署”筹备作业报告后，确定明年1月1日将成立海岸巡防总署组织架构，总署下设海洋巡防署及海岸巡防署。
“国防部”军事发言人孔繁定少将公布台军2000年度计划实施重大演训项目，并将“情报操练”、“反想定兵棋推演”与“神弓操演”，纳入正式操演项目，
7月8日 “行政院长”萧万长听取“经建会”在院会中报告“亚太营运中心计划之绩效与展望”时强调，“政府”推动亚太营运中心与“三通”、“戒急用忍”没有任何关系，绝不能为“三通”而牺牲台湾安全。
7月9日 李登辉在“总统府”接受“德国之声”专访时表示，“中华民国”自1991年修宪以来，已将两岸关系定位在“国家与国家，至少是特殊的国与国的关系，而非一合法政府，一叛乱团体，或一中央政府、一地方政府的‘一个中国’内部关系”。
7月10日 民进党召开临时“全国党代表大会”，在391位党代表的全数支持下，前台北市市长陈水扁正式成为2000年民进党“总统”候选人。
海峡两岸和平统一促进会主办的“中国和平统一研讨会”今日在香港君悦酒店举行，近两百名学者专家与海外华人参与会议。海协会常务副会长唐树备等应邀出席会议。
针对李登辉“两岸为特殊国与国关系”的说法，海基会董事长辜振甫在出席“严复合集”新书发表会上表示，两岸是对等的政治实体，所指的就是“国家”，而两岸会商就是国与国的对谈，因此，李登辉的谈话是相当合理的，也不会影响两岸关系的发展，以及今年10月举行的辜汪会晤。
7月12日 “陆委会”主委苏起在台北举行记者会，宣布在李登辉表明两岸定位在“特殊的国与国关系”后，台湾与北京可以针对双方所面临的问题无所不谈，包括大陆当局希望的政治谈判，例如两岸结束敌对状态，开放“三通直航”，签订和平协定等议题都可以拿出来谈。
7月13日 李登辉在“总统府”接见宏都拉斯共和国外交部长佛罗雷士时重申，台湾自1991年修“宪”以来，已将两岸关系定位在国与国，至少是特殊的国与国关系，而非一合法政府、一叛乱团体，或一中央政府、一地方政府的一个中国的内部关系。
7月14日 李登辉在“总统府”接见美国在台协会台北办事处处长张戴佑时，就其日前所提两岸关系是“特殊的国与国关系”一事强调，事实上，台湾的大陆政策并没有改变，台湾对两岸交流、对话的立场与态度，仍然不变。
7月15日 “行政院长”萧万长在“行政院会”上针对李登辉的两岸关系定位引发社会政经动荡宣示当局“三不变”政策，即推动两岸建设性对话与良性交流的政策不变；追求两岸双赢的决心不变；追求未来民主统一的新中国目标也不变。
针对李登辉提出的两岸间“特殊的国与国关系”，新闻局长程建人对外首度指出，经“政府”相关单位讨论后，已经决定将两岸关系定调为“two states in one nation”，即“一个民族两个国家”，未来将作为对外说明两岸关系时的统一定位。
7月16日 前台湾省长宋楚瑜上午与国民党秘书长章孝严晤谈1个半小时后，于近中午时分召开记者会，宣布自行参选台湾第十任“总统”，并表示在近期内发表“国政”说明。
针对大陆可能对台湾再度掀起“文攻武吓”，“行政院”陆委会副主委吴安家宣称，大陆方面若执意对台进行武吓，将造成严重后果，促使东亚地区成为不安定的区域，美、日两国也不会坐视，美国出兵干预台湾情势的历史，可能又会重演。
针对外传中国人民解放军海军舰艇在钓鱼台海域进行演训，广州、南京战区已进入二级战备，可能封锁台湾海港一事，“国防部”发言人孔繁定少将表示，“国防部”对于共军的动态，一向严密监控并有效掌握，在不涉及军事机密与不影响国家安全的情形下，“国防部”也会适时主动地向国人说明一切情况，呼吁民众一切以“国防部”发布的消息为准，外界不要做过度的联想或臆测。
7月17日 李登辉发表“两岸为特殊的国与国关系”论后引发台海情势再度紧张，“国防部”官员证实，“国防部”已于7月13日成立“永安专案小组”，并拟定13套完整的应变方案，做好万全准备。
7月18日 由于外传共军异常集结，台海情势出现紧张关系，导致岛内股市连番下跌，投资人面临严重信心危机，“行政院长”萧万长今日邀集相关部会就各项情势进行沙盘推演。
7月20日 李登辉在“总统府”接见国际扶轮社社员代表时重申，两岸关系已定位在“特殊的国与国关系”；“一个中国”不是在现在，而是将来民主统一之后，才会有可能，所以，大陆视台湾为“叛离的一省，完全昧于历史与法律事实”。
美国众院全院院会今日无异议将确保台湾安全条文加附在美国驻外使馆安全法案中。根据这项条文，美国总统应寻求大陆公开放弃对台湾使用武力，以及美国应该在台湾受到大陆军事攻击时协助台湾自卫。
7月21日 巴布亚新几内亚新任总理莫劳塔今天发表新闻公报，决定取消与“中华民国”的外交关系。
7月23日 李登辉在“总统府”接见美国在台协会理事主席卜睿哲时强调，“中华民国推动建设性对话与良性交流的大陆政策并没有任何改变”。
针对国民党投资事业委员会主委刘泰英日前在泰国表示，大陆一旦武力犯台，台湾会以导弹立即攻击香港和上海外海一事，刘泰英在台北举行记者会，强调其意是指台湾也有能力打大陆，同时，他是以台湾经济综合研究院院长的身份谈个人意见，并非向政府或高层提出过这样的建议。
7月29日 台湾全岛晚间11时30分突然发生无预警大停电，除高雄市、屏东部分地区未受影响、花莲断续供电外，全岛均陷入漆黑中，造成社会恐慌。
7月30日 海基会董事长辜振甫就李登辉的“两国论”在台北发表重要谈话，正式回应海协会。辜振甫表示，李登辉的谈话，明确说明“中华民国”是主权独立国家的现实，充分体现了“中华民国”在台湾民主社会2200万民众的心声，这也是强调两岸对等分治的立场。
7月31日 “副总统”连战上午在故乡台南市正式宣布将全力争取代表国民党参加第十任“总统”选举，并以“迈向新世纪，打造大台湾”为题发表参选声明。
本帖一共被 3 帖 引用 (帖内工具实现)家园 可不可以讲一下03年的美加大停电 对那次记忆犹新。
家园 那个比较复杂一些，我得先研究研究 已经谈到的这两次1996年西部停电，可以说基本上是个技术问题。不管是事故发生原因，还是事后的分析，都比较单纯。
2003年东部那次则不一样，其它因素太多，甚至媒体也跟着炒作。又因为时间比较近，可供参考的资料特别多，整理起来比较费功夫。现在正在弄。可能会先介绍一下1999年台湾大停电。
家园 Orz 家园 【原创】电力系统漫谈（五）大停电（2）美西北的森林 这里说的美西北指的是真正地理意义上的美国西北，包括最北的华盛顿州和紧邻的俄勒冈州。后者是美国森林覆盖率最高的州，前者则号称是常绿之州（Evergreen State）。可以想象，那里是何等的郁郁葱葱。
美西北大部分在哥伦比亚河流域内。哥伦比亚河发源于加拿大境内，先是进入美国华盛顿州东部地区，然后在华盛顿州境内饶了个大弯掉头向西，形成了和俄勒冈州的分界线。最终在俄勒冈的波特兰附近流入太平洋。从20世纪30年代开始，加拿大和美国在流域内陆续修建了39个水电站，其中干流上有14个（3个在加拿大，11个在美国），用于水力发电和灌溉。最著名的就是华盛顿州境内的大苦力水坝（Grand Coulee，曾经的世界NO.1）。根据百度提供的数据，至1991年底，全流域已装机3600万kW，年发电量1606亿千瓦时。在美国境内，这些水电站由邦纳维尔水电管理局（BPA）统一管理。
为了输送这么多电力，BPA在这里修建了非常密集的输电网络，其中包括大量的500kV线路。这些500kV线路基本上从北到南纵向排列，一直延伸到俄勒冈和加利福尼亚边界。再往南就是500kV加州-俄勒冈联络线（COI）。与这些500kV交流线路平行的还有一条500kV的直流线路。哥伦比亚河的电力就是通过这些交直流系统送往加州。如果从大苦力水坝到加州最近的负荷中心（萨克拉门托），GOOGLE上的显示的行车距离是1300公里左右。当然了，不是说一条线从北到南，中间还有好多变电站、开关站。除了向沿途负荷供电外，这些变电站和开关站一般都安装各种无功补偿设备。其中，并联的补偿设备用以维持线路上的电压；串联设备用来补偿线路的电抗，起到减小电气距离的作用，提高系统的稳定性。
1996年的北美西部电网，可以用祸不单行来形容。刚刚发生了 7月2号大停电一个月之后，在8月10号，北美西部电网再次发生大停电，系统再次解裂。事故的起因，倒是和上次一样，还是树。但与上一次的系统电压崩溃不同的是，这一次事故呈现出典型的区域间振荡，由于系统阻尼不够，最终失去稳定。其损失比一个月前更大，经受停电之苦的用户共有七百五十万。
不过，这一次不是一棵树在战斗，至少有四棵树和这起事故直接相关。下图显示了事故开始阶段的5个事件发生的时间和地点。
图1 事故的初始阶段
前四个事件都是因为线路和树之间发生放电，造成对地短路，导致线路被保护装置断开。其中最重要的是事件3，Allston-Keeker 500kV线路断开。它直接导致了事件4，间接导致了事件5，最终导致了大停电。事件3中的500kV线路和事件4中的115kV和230kV线路是并联的关系，当西侧的500kV线路断开后，原来流经它的1300MW功率被迫转移到东侧的其它500kV线路和并联的低压线路上。这造成了低压线路过负荷，其中一条115kV线路的保护装置被错误触发，直接切除了该线路；另一条230kV线路则因为过热膨胀，和下面的树产生放电，继而被保护装置切除。这一段基本上就是照搬7月2号的剧本。
在一连串的线路故障之后，系统有功和无功潮流分布发生变化，引起了东侧输电走廊上的一个发电厂内13台发电机被切除。随后，自动发电控制系统（AGC）正确响应，增加了华盛顿州北部水电厂的输出功率。但是，AGC是为正常运行状态设计的，此时此刻，这一“正确”动作对系统稳定性却是致命的，好心办了坏事。因为，这相当于增加了从北向南的输电距离，不仅在线路上损失了更多的无功功率（还记得吗，实际上， 无功是不被损耗的，损失的是电压的幅值。这里还是沿用电力系统的老习惯，说损失无功功率），而且使得系统更容易产生振荡。
实际上，在长距离输电系统中，系统振荡总是个隐患。这有点儿象孩子们玩的跳绳，两个人各拿一端，把绳子荡起来，其他人进来跳。如果绳子长的话，就很容易荡起来；要是绳子只有一米长，就没办法荡了。不过，玩跳绳是越容易荡越好，电力系统就反过来，不荡最好。
调度自动化系统记录下了当时500kV系统的电压和功率振荡。
图2 事故中某500kV母线的电压振荡
从图中可以看到振荡幅度越来越大，是一个典型的小扰动失稳现象。当振幅达到一定程度后，保护装置自动断开了加州-俄勒冈联络线，随后，系统解裂成4个孤岛。我曾在一次会议上，碰到一个老调度员，在事故发生的时候他正在加州某调度中心值班。他告诉我，当时，几乎所有发电机输出功率都在晃来晃去，几条联络线也在晃，调度室的灯也在闪。因为他所在的区域没有听到任何事故报告，就赶紧打电话提醒其他调度中心的同行，费了好大劲联系上了，结果发现人家也正准备提醒他呢。刚打完一个电话，还没弄明白怎么回事，加州-俄勒冈联络线已经被保护装置断开了。
事故过后，自然少不了一番会战。各路好手纷纷登台，对事故的起因、机理进行了深入透彻的分析。并提出了各种提高稳定性的方案。这次大范围的振荡主要是南北两群发电机之间的振荡，有点象日常生活中常常遇到的共振。首先想到的方案自然是修改发电机的控制参数，一方面是避免共振，另一方面，也可以增加阻尼。
另一个实用的方案是在从北到南输电线路的中间增加无功补偿，实际上是增加电压支撑点。再用一下跳绳的例子。一条很长的跳绳，很容易荡起来，但如果你在中间踩住，就不好玩了。这个电压支撑点就好比是在中间一点踩住绳子。
还有一个措施是针对自动发电控制系统（AGC）的。当系统出现多条线路跳闸的情况下，AGC系统将自动闭锁。大概相当于国家的紧急状态法。电力系统中，在发生严重故障，系统有可能失去稳定的情况下，类似的处理方式还有很多。稳态时的控制方式在事故中不能再用了，要暂时停止。
没有听说如何处理引发这次事故的那些树，也许都被砍倒了吧。
如果有机会经过那片美西北的森林，你不妨留意一下旁边的高压线。虽然在树的上方穿过，但这些电力线和树之间的距离实际上非常大。这些在系统规划里面都有相关的规定。有时侯，我就想，正常情况下线和树的距离这么大，应该足够容忍线路膨胀下垂了，怎么就能够放电呢？我也从来没有亲眼看到过这种事，真是想象不出来。但是，电力系统就是这样，什么都可能发生。1996年8月10号这一天，不同地点，短时间内连续四次，电弧击穿了线路和树之间的空气。
关于电力线和树，曾听说过一个有趣的事情（不一定准确，但基本真实）。美国的一个电力公司，在建一些输电线路时，为了缩短长度节省投资，把一段线路建在了印第安人保留地上。该电力公司对线路通过的地段有使用权，但是没有所有权，具体的合同条款我就不清楚了。反正，到了后来，线路下面慢慢地长了很多树，越长越高，离电力线越来越近。电力公司就跟印第安部落商量，能不能把树修理一下，或砍掉，或移植？面对各种威逼利诱，印第安人就是一个字，不行！电力公司没办法，只能每年修改线路的最大允许输送功率，防止线路过热膨胀，别碰到底下的树。也不知道把树烧了是不是还要赔钱给印第安人。这样一来，线路的容量就浪费了很多，而且，长此以往也不是办法。出路不外乎两条，要么，电力公司另起炉灶，把线路移走；要么，再抬高出价，把那些树的移植权买下来。事情如何解决，现在还没有听到下文。似乎要另外找个输电走廊，把那些在印第安保留地内的电力线移出来。
本帖一共被 2 帖 引用 (帖内工具实现)家园 好文献花！
- -- 系统屏蔽 --。
家园 似乎应该说的更科普一些 第一条345千伏线路，因为负荷较大，天气较热，产生了很大的下垂，与那个美化当地环境的树的距离短到足以产生放电。电弧击穿了线路和树枝间的空气，造成了一个对地短路故障。天热导致电网负荷高，因此线路送电功率大，这种情况下线路电流大，造成导线温升、热膨胀、强度变小，进而使杆塔间导线弧垂下降。由于线树净距减小，两者之间的空气无法承受两者电压差（即无法保持绝缘），导致线树空气间隙被高压电击穿，导线通过电弧—树木—大地的通路接地。
停电涉及社会各方面，如果说的很含糊，媒体和监管机构能把人活剥了的。
家园 改了 又在后面对电压崩溃加了些说明。
长街兄心系电力系统，真正做到了干一行，爱一行，敬佩。我原来是手懒了一下。听你这么一说，觉得确实有必要为电力系统的规划设计运行人员解释一下。要不然，有误导的嫌疑。
- 复 改了
家园 谈不上那么崇高 真的是被吓住了 国内国外现在都非常重视PR，所以技术上的东西能说清楚，尽量说清楚。现在市道不好，大家火气都比较大，一个不小心就会被人拎出来海k一顿。何况一次能源涨价又是大趋势，国内价格管制总有结束的一天，目前看年内电价必有上调，从现在河里骂石油的架势，到时候万炮齐轰电力那是必然
。俺表个决心，一定要练好定力、绝不还口
。另外力兄你下手也忒狠了，咋个说停电就把小树丛他们家给停了呢？
外链图片需谨慎，可能会被源头改真真应了西谚“黑色星期五”之说，端的叫兄弟我对你景仰之情有如滔滔江水绵绵不绝啊！
