電力調度處

報告人：電力調度處 鄭金龍93年5月10日

美加大停電事故調查期末報告August 14, 2003 Blackout

Final Report

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簡報大綱

一、前言二、大停電與調查三、大停電如何發生四、大停電為什麼發生？五、調查報告建議六、借鏡與檢討七、結語

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一、前言

美加大停電聯合調查專案小組在去(92)年11月19日公佈期中調查報告後，在美加兩國召開了公聽會與技術研討會並開放網際網路論壇供大眾評論調查報告及提供改善電力系統可靠度與防止大停電再發生之建言。此外，NERC也在今年2月10日提出「8-14美加大停電防止與減輕未來連鎖大停電之衝擊建議」。專案小組除了繼續分析研究驗證大停電的前因後果外，並將前述建言彙總，終於在4月5日完成了期末報告。本處根據前次大會報決議指示，特將期末報告摘要提出簡報，汲取其經驗與教訓作為本公司運轉參考。

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大停電

肇始於2003年8月14日美東日光節約時間16時5分57秒。造成美國東北部與加拿大安大略省超過五千萬人遭受停電之苦。停電量高達6180萬瓩。數百萬工時與數十億美元經濟損失。

Areas Affected by the BlackoutService maintained

in some area

Some Local Load Interrupted

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二、大停電與調查

大停電影響區域但某些地區仍繼續供電

某些地區供電中斷

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調查

2003年8月15日由美國總統布希與加拿大總理柯里田(Chrétien)下令調查。專案小組由美國能源部長與加拿大天然資源部長領銜，美加兩國官員組成。三大工作小組-電力系統事故、核能與國土安全。調查委員由兩國官方與民間各界組成。電力系統調查分組由NERC、美加電業界專家、及美加聯邦官員組成。

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二、大停電與調查

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調度電腦問題

美東日光節約時間(EDT)12時15分中西電力調度中心(MISO)電能管理系統(EMS： Energy Management System )電腦之狀態估計程式(state estimator)開始出現問題；一直到16時04分都沒回復至完全功能。

在14時14分之後，第一能源公司(FE；FirstEnergy )開始喪失其電能管理系統之警報功能，但是沒人發覺。

14時20分， FE的 EMS 開始失靈，首先是變電所遠端設備，接著核心伺服器，但是 FE 調度員沒發覺，FE電能管理系統電腦軟硬體維護人員也沒告訴調度員。

因為喪失EMS功能， FE 調度員不知道FE系統已經有多條線路跳脫，以及系統電壓過低現象，可能一直到15時45分都還蒙在鼓裡。

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三、大停電如何發生

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無效電力問題

13時31分， FE東湖電廠五號機跳機，該機組為克里夫蘭、艾克隆市地區有效與無效電力的重要源頭。

FE 未執行跳機後偶發事件分析( contingency analysis)。

因此FE 未能充分了解到克里夫蘭與艾克隆市地區已經嚴重缺乏無效電力來支持該地區系統電壓。

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三、大停電如何發生

東湖(Eastlake)電廠#5號發電機

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克里夫蘭地區電壓開始下降

Transmission Lines

765 kV500 kV345 kV230 kV

Transmission Lines

765 kV500 kV345 kV230 kV

North to South 345kV Voltage Profile Locations

AllenJunction

Lemoyne

AvonLake

Star

HardingJuniper

Chamberlin

Brownstown

St. Clair

SouthCanton

Sammis

Hourly North-South 345kV Actual (Measured) Voltages on August 14th

320

325

330

335

340

345

350

355

360

365

St. C

lair (ITC

)

Brownstow

n (ITC

)

Allen Junction(FE

)

Lemoyne (FE

)

Avon Lake (FE-C

AA)

Harding (FE-C

AA)

Juniper (FE

-CA

A)

Cham

berlin (FE-C

AA)

Star (FE-C

AA)

South Canton

(AEP)

Samm

is-East(FE)

Bus

kV

13:00 EDT14:00 EDT15:00 EDT16:00 EDT

100%

95%

FE - Cleveland/Akron area

Hourly West-East 345kV Actual (Measured) Voltages on August 14th

320

325

330

335

340

345

350

355

360

365Allen Junction

(FE)

Lemoyne (FE

)

Beaver (FE-C

AA)

Avon Lake (FE-C

AA)

Star (FE

-CA

A)

Harding (FE-C

AA)

Juniper (FE

-CA

A)

Hanna (FE

-CA

A)

Highland

(FE)

Shenango (FE

)

Erie-West

(PJM

)

Wayne

(FE)

Hom

er City-

North (P

JM)

Bus

kV

13:00 EDT14:00 EDT15:00 EDT16:00 EDT

100%

95%

FE - Cleveland/Akron area

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三、大停電如何發生

由北到南方345 KV系統電壓圖表中各發變電廠所在地點

輸電線

8月14日由東到西345KV各小時實際(測量)電壓

FE克里夫蘭/艾克隆地區

8月14日由北到南345KV各小時實際(測量)電壓

FE克里夫蘭/艾克隆地區

9

輸電線路故障跳脫

在15時05分與15時41分之間，FE 在克里夫蘭-艾克隆地區有3條345 kV 線路在正常載流情況下由於線下樹木太高碰觸而跳脫，但是因為EMS故障，調度員並沒發覺。跳脫線路原來輸送之電力轉移到健在的線路上，同時無效電力需求也隨著增加。於 15時39分 與16時08分間，在克里夫蘭-艾克隆地區FE一共有 16 條138kV 輸電線因為過載及接地故障而跳脫。

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三、大停電如何發生

10

俄亥俄州全黑肇始點

在 16時05分57 秒， FE 公司之山密斯 –史獺(Sammis-Star) 345 kV 超高壓輸電線因為過載跳脫。

喪失此一克里夫蘭-艾克隆地區電力供應的大動脈，係全面連鎖大停電的肇始點。

Remaining Paths

5A

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三、大停電如何發生

殘餘路徑

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16:05:57 16:05:58 16:09:25

16:10:37 16:10:39 16:10:40 16:10:41

16:10:44 16:10:45 16:13:00

1. 2. 3.

7.6.5.4.

10.9.8.

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電力潮流方向

停電區域

線路跳脫系統隔離

12

265個電廠508部以上機組跳脫

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三、大停電如何發生

圖示：可能原因線路跳脫低頻電驛跳脫

低壓電驛跳脫手動停機

因果連續跳脫尚未判定

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連鎖大停電(The cascade)

電力系統連鎖事故係ㄧ動態現象，一旦發生後，無法用人為干預予以遏止。

電力搖擺、電壓驟動、及頻率驟變導致許多輸電線路、發電機組接連跳脫，以及廣大區域自動負載限制。

系統震盪增大過鉅，以致電力系統無法再維持平衡與穩定。

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三、大停電如何發生

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為什麼俄亥俄州開頭發生？

俄亥俄州肇始，係因:

1. 第一能源公司(FirstEnergy)與中東區可靠度協調理事會( ECAR；East Central Area Reliability Coordination Agreement) 疏於檢討並了解到FE公司系統之缺失，以及FE公司沒將系統運轉在適當電壓準則內。

2. FE 調度人員缺乏系統處境察覺，不曉得其系統處在惡化之中。

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四、大停電為什麼發生

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為什麼俄亥俄州開頭發生？續1

3. FE 疏於修剪其輸電線路路權範圍之樹木，樹木成長過高，以致碰觸345 KV輸電線發生故障。.

4. MISO 及鄰近的 PJM未提供有效及時的診斷對策支援給FE。

5. FE 未採取行動恢復其系統到安全情況下(由於其他原因)。

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四、大停電為什麼發生

電塔高度:64呎

樹高:42呎

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為什麼發生連鎖大停電？

1. 山密斯-史獺(Sammis-Star) 345KV線及克里夫蘭-艾克隆地區線路跳脫，轉移負載負擔到有限的幾條路徑上。

2. 山密斯-史達線跳脫後，在15時57分05秒與16時10分38.350秒之間，俄亥俄州及密西根州境內的第三區間(及第二區間)電驛動作導致13條線路跳脫，如果沒有這些電驛動作，這些線路不致如此快速過早跳脫。

O N T A R IO

1 3

91 0

1 2

1 4 1 1

12

34

5

7

8 6

1 6 :0 9 :0 5O h ioA c a d e m ia – H o w a rd (1 3 8 k V )P h ilo – H o w a rd (1 3 8 k V )

6

1 6 :1 0 :3 7 .5 5 0M ic h ig a nA rg e n ta – V e ro n a (1 3 8 k V )1 1

1 6 :1 0 :3 7 .8 7 0M ic h ig a nD e lh i – I s la n d R o a d (1 3 8 k V )1 2

1 6 :1 0 :3 8 .3 5 0M ic h ig a nA rg e n ta – M o rro w (1 3 8 k V )1 4

1 6 :1 0 :3 7 .9 0 0M ic h ig a nV e ro n a – B a ta v ia (1 3 8 k V )1 3

1 6 :1 0 :3 6 .3 1 0M ic h ig a nA rg e n ta – T o m p k in s (3 4 5 k V )B a tt le C k – O n e id a

1 0

1 6 :1 0 :3 6 .2 3 0M ic h ig a nA rg e n ta – B a tt le C k (3 4 5 k V )9

1 6 :0 9 :0 6 .3 1 1O h ioE . L im a – F o s to r ia (3 4 5 k V )8

1 6 :0 9 :0 6O h ioT a n g y – K irb y (1 3 8 k V )T a n g y – C r is s in g e r (1 3 8 k V )

7

1 6 :0 9 :0 0O h ioR ic h la n d – W a u s e o n – M id w a y (1 3 8 k V )5

1 6 :0 8 :5 9 .1 5 8O h ioG a lio n – O h io C T L – M u sk in g u m (3 4 5 k V ) @ M u s k in g u m

4

1 6 :0 8 :5 8O h ioO h io C T L – W o o s te r ( 1 3 8 k V )3

1 6 :0 6 :0 1O h ioS ta r (1 3 8 /6 9 k V ) T ra n s fo rm e r # 6S ta r – D a le (6 9 k V )

2

1 6 :0 5 :5 7 .5 0 4O h ioS a m m is – S ta r (3 4 5 k V )1

T r ip T im eS ta teZ o n e 3 T r ip p e d L in e s

1 6 :0 9 :0 5O h ioA c a d e m ia – H o w a rd (1 3 8 k V )P h ilo – H o w a rd (1 3 8 k V )

6

1 6 :1 0 :3 7 .5 5 0M ic h ig a nA rg e n ta – V e ro n a (1 3 8 k V )1 1

1 6 :1 0 :3 7 .8 7 0M ic h ig a nD e lh i – I s la n d R o a d (1 3 8 k V )1 2

1 6 :1 0 :3 8 .3 5 0M ic h ig a nA rg e n ta – M o rro w (1 3 8 k V )1 4

1 6 :1 0 :3 7 .9 0 0M ic h ig a nV e ro n a – B a ta v ia (1 3 8 k V )1 3

1 6 :1 0 :3 6 .3 1 0M ic h ig a nA rg e n ta – T o m p k in s (3 4 5 k V )B a tt le C k – O n e id a

1 0

1 6 :1 0 :3 6 .2 3 0M ic h ig a nA rg e n ta – B a tt le C k (3 4 5 k V )9

1 6 :0 9 :0 6 .3 1 1O h ioE . L im a – F o s to r ia (3 4 5 k V )8

1 6 :0 9 :0 6O h ioT a n g y – K irb y (1 3 8 k V )T a n g y – C r is s in g e r (1 3 8 k V )

7

1 6 :0 9 :0 0O h ioR ic h la n d – W a u s e o n – M id w a y (1 3 8 k V )5

1 6 :0 8 :5 9 .1 5 8O h ioG a lio n – O h io C T L – M u sk in g u m (3 4 5 k V ) @ M u s k in g u m

4

1 6 :0 8 :5 8O h ioO h io C T L – W o o s te r ( 1 3 8 k V )3

1 6 :0 6 :0 1O h ioS ta r (1 3 8 /6 9 k V ) T ra n s fo rm e r # 6S ta r – D a le (6 9 k V )

2

1 6 :0 5 :5 7 .5 0 4O h ioS a m m is – S ta r (3 4 5 k V )1

T r ip T im eS ta teZ o n e 3 T r ip p e d L in e s

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四、大停電為什麼發生

第三區間跳脫線路

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為什麼發生連鎖大停電？續1

3. 橫跨美國東北部各輸電線路、發電機組、及負載限制的電驛標置設定都沒有協調並整合來降低連鎖事故發生之可能性，因此導致各網路元件與區域無法取得再度平衡。

4. 物理上來說；一旦系統頻率、電壓及電力開始擺動，電力網路就很難再恢復。

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四、大停電為什麼發生

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會不會發生更多的大停電?

電力系統係人工建立的，容易遭受到機械失靈與人為疏失的影響。

NERC的就緒稽核係ㄧ重要預防手段。

美加專案小組已經延伸一年，繼續提供監督建議的執行績效。

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四、大停電為什麼發生

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第一類：可靠度制度性議題

制度性議題一共有14項建議，重點包括:

制定強制性與可實施的可靠度標準。

為NERC發展一套獨立基金機制。

強化可靠度機構，包括NERC及區域性可靠度理事會，以及訂定各控制區(電力公司)及可靠度管制機關的最低要求與清楚的轄區範圍。

可靠度投資應在輸電費率中獲得補償。

保護依照核准規則執行負載限制之調度員，免於賠償與追究報復之責。

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五、調查報告建議

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第二類：支持與強化NERC建議措施

NERC 2004年2月10日的建議措施一共17項，重點包括:矯正2003-8-14大停電之直接原因。加強遵循NERC標準強制計劃。支持與強化NERC可靠度就緒稽查計劃。改進調度員訓練及檢定。使用更好的系統保護方法。採用更好的網路監視與運轉即時工具。加快與改進可靠度標準。

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五、調查報告建議

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第三類：實體與資通安全

實體與資通安全(Physical & cyber-security) 一共13項，

重點包括:

履行 NERC 資通技術(IT) 標準。

發展 IT 管理程序。

改進IT調查與診斷(forensic and diagnostic)能力。

建立實體與資通安全管制機構。

管制使用重要關鍵設備。

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五、調查報告建議

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第四類：加拿大核能建議

加拿大核能建議一共2項，包括：

1.建議加拿大核能安全委員會要求安大略電力與布魯斯電力檢討控制棒使用之操作程序與操作員的訓練。

2.建議加拿大核能安全委員會購買與裝置後衛發電設備。

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五、調查報告建議

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六、借鏡與檢討

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1. 強化後之北美電力可靠度理事會(NERC)與區域可靠度理事會之功能制度相當完善，值得本公司研究，以增進可靠度。

2. 建議研究制定可靠度標準。

3. 目前輸變電系統可靠度投資並未透過輸電費率回收，可適時向管制單位及上級反應爭取。

4. 訂定規定保護依照核准規則執行負載限制之調度員，免於賠償與追究報復之責。

第一類：可靠度制度性議題

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1.加強線下樹木管理。夏季來臨前加強砍樹，以維持線下安全距離，避免輸電線路碰觸樹木，引起故障。尤其加強對超一路線下樹木管理。2.建議發展輸電規劃準則、運轉操作章則稽核計劃。3.加強調度員訓練及檢定。4.特殊保護系統請按預定時程於明(94)年6月完成，擴充功能亦請積極進行。5.請檢討測距電驛第三區間保護Zone 3是否仍有需要以及引進更好的系統保護方式。

6.提供調度員更好的網路監視與運轉即時工具。

六、借鏡與檢討第二類：支持與強化NERC的措施

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1.訂定資通技術(IT)標準。2.發展IT管理程序。3.建立資通安全管制機構。4.發展IT風險管理。

六、借鏡與檢討第三類：實體與資通安全

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七、結語

期末報告所提建議事項，涵蓋法規、制度、管理、技術等各層面，範圍甚廣，非常值得本公司借鏡，進行預防性管理，防範大停電事故之發生。

本處將遵照4月19日可靠度小組會議決議，在該小組提出本次報告之「借鏡與檢討」，進一步與學者專家委員討論，提出具體措施，以提高本公司之供電安全可靠。

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附註：本簡報參考U.S.-Canada Power System Outage Task Force Final Report Summary

http://www.ferc.gov/EventCalendar/Files/20040414111557-ERCS%20RELIABILITY%20TEAM.pps

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報告完畢，

敬請指教！

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