美國加州聖地牙哥電力公司大停電

 美國加州聖地牙哥電力公司大停電

目錄:

一、APS員工檢修500KV線路串聯電容器,操作時跳脫連接SDG&E幹線,引發  San   Onofre核能電廠停機,造成聖地牙哥電力全停電,高達700萬人受影響
二、主管機構與電力公司的初步反應
三、媒體與民眾反應
四、後續進展
4.1 九月17日
4.2 10月26日加州眾議會(California State Assembly )召開聯合監督聽證會[NEW]
五、調查報告
5.1 2011-9-22 加州公用事業委員會(CPUC)
5.1.1 停電影響範圍
5.1.2 事故前系統情況
5.1.3 事故演變經過
5.1.4 大停電統計資料
5.1.5 系統復電紀錄

六、FERC/NERC調查報告[NEW]

6.1 事故經過與影響簡介
6.2 復電經過概要
6.3 主要發現、肇因、及建議
6.3.1主要發現與肇因:
6.3.2WECC運用計畫(Operation Planing)改善建議:
6.3.3 WECC情境警覺(situational awareness)缺失與改善建議:
6.3.4 疏忽二次系統、特殊保護系統對幹線可靠度影響之實例
6.3.5 保護電驛標置缺失與改善建議:
6.3.6  特殊保護系統缺失與改善建議:

七、後語

參考資料

一、APS員工檢修500KV線路串聯電容器,操作時跳脫連接SDG&E幹線,引發  San   Onofre核能電廠停機,造成聖地牙哥電力全停電,高達700萬人受影響

美西時間2011年9月8日(星期四)下午3時27分,亞里桑納電力公司(APS:Arizona Public Service Company)員工在佑馬(Yuma)市東北方的北吉拉(North Gila) 500KV超高壓變電所修理北吉拉(North Gila)-哈撒楊啪(Hassayampa)500KV輸電線串聯電容器,當APS員工將電容器停用,並將線路旁通後,線路竟然跳脫。此500KV輸電線係APS連接至聖地牙哥瓦斯&電力公司(SDG&E)的帝王谷(Imperial Valley)500KV超高壓變電所,再引接到SDG&E另一米古爾(Miguel)500KV超高壓變電所,為SDG&E從亞里桑納州輸入電力(APS輸入SDG&E電力約1500MW以上)的重要幹線(參考圖2及圖3)。

North Gila- Hassayampa500KV線路跳脫後,聖地牙哥電力與南加州(SCE)電力共有的聖歐諾佛(San Onofre)核能電廠(出力2200MW)也都跳脫,造成聖地牙哥電力(當時系統負載約4300MW)嚴重不足,有史以來全系統145萬戶全停電,影響人數高達500萬人;APS也有5萬6千多戶停電,其餘部分SCE、帝王谷灌溉局(14.5萬戶)、墨西哥的北巴哈轄區用戶都受到波及停電,總共影響人數高達700萬人。聖地牙哥電力在停電後努力復電至第二天清晨4點多才把停電12小時的用戶完全復電。

此次南加州大停電,造成聖地牙哥機場關閉、學校停課、交通號誌停擺、冷凍食物損壞等外,汙水處理廠因停電將大量汙水流入聖地牙哥海岸,造成海灘關閉。加州電力調度中心(CAISO)也發出警告,呼籲大眾節約用電,共度難關。

二、主管機構與電力公司的初步反應

主管美國供電可靠的聯邦能源管制委員會(FERC)及北美電力可靠度公司(NERC)立即發表聲明與加州ISO 、WECC、及受影響州管制機構與電力公司,進行共同調查本次大停電事故。

亞里桑納電力公司(APS)發表聲明請外界勿急忙下定論怪罪APS的一個員工為本次大停電罪人,該公司已分兩部分進行調查,第一部份調查是否APS員工噵致線路跳脫,第二部分查明為何造成APS佑馬地區、SDG&E及加州其他地區全停電,因為APS線路3:27跳脫,3:38分佑馬地區才停電,這10分鐘系統發生什麼現象?

三、媒體與民眾反應

本次大停電美國重要媒體及許多民眾都很關注,大家都質疑為何一條輸電線跳脫就導致聖地牙哥電力及鄰近加州南部與墨西哥北巴哈大停電?

尤其當時相當供應聖地牙哥電力公司系統負載(4300MW)一半的聖諾佛核能電廠(出力2200MW),在SDG&E失去從亞里桑納電力輸入1500MW電力(約佔SDG&E負載35%)後,為何落井下石再跳脫?

聖地牙哥電力資深副總經理Jim Avery表示,當APS 500KV幹線跳脫後,亞里桑納電力公司供應的北吉拉超高壓變電所轄區負載自動轉由SDG&E系統供應(負責調度運轉的加州電力調度中心CAISO尚未回應),更加重聖諾佛核能電廠負擔,為保護發電機組設備的安全,電腦偵測器將發電機組跳脫停機。

加州民間消費者守護機構公用事業用戶行動網(UCAN:Utility Consumers’ Action Network)執行處長Shame質疑SDG&E轄區電廠足夠供應當地夏季用電,從前也曾核能電廠停機事件並未造成全停電,最多只是部分小區域停電?

但是SDG&E資深副總經理Jim Avery表示該公司從未預期發生9月8日星期四的事故,SDG&E只考慮核能全停及亞里桑納互聯線中斷時的對策,並從未考量處理這次從亞里桑納電力許多用戶突然改由該公司供電的情況。他再強調該公司只規畫他們認為可能的威脅的應變計畫,並未規畫所有偶發事故之因應對策。

SDG&E資深副總經理Jim Avery也表示,因為SDG&E從未規畫9月8日的情況,所以防止全系統崩潰的安全防衛系統沒有動作。聖地牙哥電力公司有3所變電所有平常開啟的互聯線,在緊急時投入,可防止本地電廠超載跳脫,但是這次事故期間並未動作投入。Avery解釋本次事故來得太快,人工無法來得及操作,電腦偵測器則因為規畫此情境,當然不會自動投入。資深副總經理Jim Avery還重復好幾次「該公司保護系統完全按照設計動作』。

此外,有媒體表示本次事故顯示出美國輸電系統隱藏著許多弱點,有牙齒的老虎NERC對系統供電可靠的效力?我們拭目以待它們的調查報告。

四、後續進展

4.1 九月17日

9月17日加州電力調度中心(CAISO)CEO Stephen Berberich 答覆聖地牙哥聯合論壇報(San Diego Union-Tribune)詢問「亞里桑納線路跳脫後20秒,墨西哥的墨西加理(Mexicali)天然氣電廠是不是第1個跳脫』時表示該廠是否跟亞里桑納問題有關,目前尚未知曉,但是該廠跳脫係9月8日線路跳脫至SDG&E全停電發生的11分鐘內23次事件之一。目前加州ISO正在重建APS操作跳脫後啟動連鎖事故「一秒到一秒』的發生經過記錄。

4.2 10月26日加州眾議會(California State Assembly )召開聯合監督聽證會

聖地牙哥大停電將近兩個月後,加州眾議會公用事業與商業委員會(Utilities and Commerce Committee)與緊急管理法制委員會(Legislative Committee on Emergency Management)於10月26日(星期三)在聖地牙哥召開聯合監督聽證會(Joint Oversight Hearing),由Steven Bradford及Bonnie Lowenthal眾議員聯合主持,聽證會主題為「針對電網弱點:2011-9-8西南大停電(Addressing Grid Vulnerabilities: September 8, 2011 Southwest Power Outage)』,聽證會分電力平衡機構與電業、緊急應變單位、無線電通信業、汙水處理單位四組進行。

有關大停電電業方面的第一組電力平衡機構與電業,與會單位有加州電力調度中心(CAISO)總經理兼CEO、聖地牙哥電力公司(SDG&E)總經理兼COO、亞里桑納電力公司(APS)總經理兼COO、帝王谷灌溉區(IID:Imperial Irrigation District)總經理、聯邦能源管制委員會(FERC)調查組法律顧問、北美電力可靠度公司(NERC)可靠度風險管理組處長、西部電力協調理事會(WECC)CEO、加州公用事業委員會(CPUC)發電績效課中期計畫經理。

會中提供了加州電力調度中心轄區(不包括本次停電的其他IID、APS及墨西哥地區)及時負載曲線,圖中顯示加州ISO發電容量非常充足,大約在15:30過後開始,系統負載有點傾斜下降,也就是聖地牙哥電力全停電。

圖1加州電力調度中心(CAISO)轄區9月8日即時負載曲線(資料來源:加州California State Assembly
網站)

在聽證會中,聖地牙哥州眾議員發言「大停電已經快過兩個月了!到底有沒有任何停電肇因的蛛絲馬跡?』,FERC、NERC、加州電力調度中心及電力公司對大停電的肇因,仍舊不清楚加州電力調度中心總經理表示該中心與其他單位共同調查工作,仍在進行中,FERC與NERC也表示仍舊在RUN試驗,可能要一年內才能完成將近兩個月的調查只發現一件真相,就是亞里桑納電力公司總經理說的「本次大停電事件不是一位電力公司工人所造成的』與會的眾議會議員們感到非常挫折。

圖2聖地牙哥電力(SDG&E)與亞里桑納電力(APS)500KV系統互聯圖(資料來源:加州ISO網站)

 圖3聖地牙哥電力(SDG&E)系統與APS500KV系統互聯圖(資料來源:加州ISO網站)


五、調查報告

5.1 2011-9-22 加州公用事業委員會(CPUC)

九月22日加州公用事業委員會(CPUC:California Public Utilities Commission)發表該會由加州ISO、WECC、SDG&E、APS、IID、CFE、WAPA、SCE組成的專案小組,針對APS員工操作串聯電容器引致線路15:27跳脫到15:38發生全停電,這段11分鐘期間,系統變動經過重建,提出簡報摘要如下:

5.1.1 停電影響範圍

2011-9-8大停電影響範圍橫跨加州最南方、亞里桑納州西方、及墨西哥巴哈加里福尼亞省北方電網,分別由聖地牙哥瓦斯與電力公司(SDG&E)、亞里桑納電力(APS)、帝王谷灌溉區(IID)、西部區域電力協會(WAPA:Western Area Power Association)、墨西哥電力公司(CFE)五家電力公司所轄(參考圖4),其中只有SDG&E受到加州電力調度中心(CAISO)調度操作。因此,CPUC發現連鎖事故發生期間,CAISO看不到其他電力公司系統機組、線路、負載跳脫,以及操作等動態情況。各公司之間也是如此溝通不良。

          圖4 2011-9-8大停電相關電力系統示意圖(資料來源:加州CPUC網站)

5.1.2 事故前系統情況

9月8日15:27事故前,聖地牙哥瓦斯&電力公司系統負載為4293MW,北方的路徑44輸入1287MW,東方的西南電力連接線(SWPL:Southwestern Power Link)輸入1370MW,本地發電約為2229MW(表1)。

              表1 2011-9-8大停電事故發生前系統供需情況(資料來源:加州CPUC網站)

5.1.3 事故演變經過

本次大停電始於15:27:39北吉拉(North Gila)-哈撒楊帕(Hassayampa)500KV輸電線跳脫,SWPL無法輸入電力,不足電力改由北方的路徑44補充,電力潮流由1287MW增至2704MW。過了約20秒墨西哥CCM電廠跳脫,需要158MW緊急協助,帝王谷灌溉區線路發生100MW搖擺,路徑44電力潮流再增至2610MW。到了15:32 IID兩部機組、與WAPA兩回線跳脫,由SDG&E輸入IID增加209MW,路徑44流經潮流達2959MW。15:35:40亞里桑納電力的佑馬161KV兩回線跳脫,造成IID系統與WAPA分離,SDG&E電力倒送至亞里桑納佑馬地區。此時聖地牙哥電力、帝王谷灌溉區、APS佑馬地區、墨西哥巴哈北部地區所有電力僅靠路徑44輸入,接著墨西哥電力(CFE)的拉羅西塔(La Rosita)電廠跳脫(出力420MW),造成路徑44載流激增至3454MW(7500安培),15:38:21路徑電流9660安培超過8000安培安全標置,過流電驛動作將路徑44在SONGS開關場南北分離。SONDS核能機組及本地電廠機組陸續跳脫,15:38:38全部大停電(詳如表2)。

                                                   表2 2011-9-8大停電事故經過時間表

5.1.4 大停電統計資料

2011-9-8大停電影響6家電力公司,限電量高達7890MW,發電機組跳脫容量高達6982MW,停電用戶達2,776,147戶(估計影響人數約700萬人),詳如表3。

              表3 2011-9-8大停電事故發電機組跳脫容量、限電量、限電用戶數相關資料表

5.1.5 系統復電紀錄

本次大停電聖地牙哥電力用戶在第二天9月9日清晨3:25才完全復電,停電長達12小時;發電機組則為SCE的9月12日06:33最後完成復電併聯。詳細參考表4。

                                             表4 2011-9-8大停電事故系統復原時間表

六、FERC/NERC調查報告[NEW]

費時八個月,聯邦能源管制委員會-北美電力可靠度公司(FERC/NERC)於昨天(5月1日)公佈153頁的「 Arizona Southern California Outages on September 8, 2011    Causes and Recommendations 』調查報告,報告指出大停電肇因主要為規劃不良、疏於分享重要關鍵資訊、以及一連串人為疏失。

茲將調查報告摘要簡述如下:

  6.1 事故經過與影響簡介

2011年9月8日下午,太平洋西南地區(參考圖6)發生長達11分中的系統擾動事故,造成系統連鎖大停電,致使將近270萬戶無電可用。此次大停電影響遍及亞里桑納、南加州、及墨西哥巴哈加里福尼亞部份地區。聖地牙哥地區全部停電最為嚴重,約150萬戶停電,停電時間有的長達12小時。此次停電事故發生在上班日的尖峰期間,交通打結好幾小時、學校與商店關門、一些飛機航班與公共交通中斷、自來水與汙水處理廠停電,海灘由於汙水溢流汙染關閉。數百萬人在大熱天無冷氣可吹。

       圖5 聖地牙哥地區電力系統簡圖(資料來源:NERC網站)

2011年9月8日一條500KV超高壓輸電線跳脫引發了大停電事故,但並不是廣大區域停電的唯一肇因。因為WECC電力系統之設計規範,係應可忍受即使是大到像500KV超高壓輸電線N-1單一事故的衝擊。

跳脫之亞里桑納電力公司(APS)北吉拉(North Gila)-哈撒楊帕(Hassayampa)500KV輸電線(簡稱NG-H),為西南電力連繫幹線(SWPL: Southwest Power Link)中的一段線路,係東往西方向之主要幹線(廊道),將亞里桑納州發電公司發出電力,經過帝王谷灌溉區(IID: Imperial Irrigation District )轄區,輸往聖地牙哥地區。該線路曾經發生多次跳脫事故,最近的一次為2011年7月7日,但都沒導致任何連鎖大停電。

在酷熱尖峰負載期間,大量電力繼續流入聖地牙哥之際,H-NG線段突然跳脫,造成東西主要幹線SWPL輸電中斷,電力潮流立即透過電力系統重新分配,增加流過SWPL超高壓輸電線北邊的低壓二次輸電系統。加上聖地牙哥與墨西哥境內發電低於尖峰負載需求的情況下,重新分配的電力潮流造成SWPL北邊電力系統電壓大幅度下降及設備超載。IID轄區的雷蒙(Ramon)及科齊拉山谷(CV:Coachella Valley)一次變電所230/92KV三台主變壓器,以及在南加州西部電力可靠度理事會(WECC: Western Electricity Coordinating Council)轄區位於聖歐諾佛核能電廠(SONGS: San Onofre Nuclear Generating Station)南邊的第44路徑(Path 44) 發生嚴重超載。

電力潮流重新分布、電壓下降、並導致超載,產生連鎖反應(ripple effect),變壓器、輸電線路、以及發電機組紛紛跳脫,引發自動負載限制系統動作,整個區域在相對短時間內跳脫用戶負載。

正好在大停電發生前幾秒鐘,聖地牙哥及部分亞里桑納州與墨西哥所有電力只靠第44路徑輸入。最後,第44路徑嚴重超載引發裝設在聖歐諾佛核能電廠(SONGS)的互聯線路分離保護方式動作,將聖地牙哥電力(SDG&E)系統從南加州愛迪生(SCE)電力系統分離出去。SONGS分離保護方式將第44路徑切斷,分離了SDG&E,導致SONGS核能機組跳脫,最後造成聖地牙哥電力、墨西哥聯邦電力局(CFE)巴哈加利福尼亞地區全停電。在大停電事故發生前11分鐘期間,WECC的可靠度協調員(RC: Reliability Coordinator)沒有發出任何指令,只有受害輸電調度中心採取有限的舒緩行動。

源自單一事故,造成連鎖停電事故的結果,許多屬於SDG&E、IID、APS、下科羅拉多-西部電力局(WALC: Western Area Power Administration-Lower Colorado)、CFE轄區的用電用戶無電可用,停電時間長達好幾小時,甚至延到次日才復電。

各公司之限電量與停電戶數如下:(總戶數約271萬6千戶,影響人口若每戶估計3人將約達800萬人)

  • 聖地牙哥瓦斯&電力公司(SDG&E): 4293MW,約140萬戶。
  • 墨西哥聯邦能源局(CFE): 2150MW;約110萬戶。
  • 帝王谷灌溉局(IID): 929MW; 約14萬6千戶。
  • 亞里桑納電力公司(APS):389MW;約7萬戶。
  • WALC: 74MW,64MW影響APS用戶,10MW影響WALC 5戶。

 6.2 復電經過概要

大停電之後,各電力公司或調度中心分別迅速使用本身或鄰近電力公司電源進行復電工作,並不需使用到「全黑啟動」計畫。雖然在復電過程中,由於各公司或調度中心間溝通與協調問題,有點耽擱復電工作,但整個過程還算有效率。

各公司用戶復電時間如下:

  • 聖地牙哥瓦斯&電力公司(SDG&E):100%復電約12小時。
  • 墨西哥聯邦能源局(CFE): 100%復電約10小時。
  • 帝王谷灌溉局(IID): 100%復電約6小時。
  • 亞里桑納電力公司(APS): 100%復電約6小時。
  •  WALC: 100%復電約6小時。

各公司跳脫機組恢復供電量與時間如下:

  • 聖地牙哥瓦斯&電力公司(SDG&E):2229MW,約39小時。
  • 墨西哥聯邦能源局(CFE): 1915MW復電,約56小時。
  • 帝王谷灌溉局(IID): 333MW復電,約5小時929MW。
  • 亞里桑納電力公司(APS): 76MW復電,約6小時。
  • 南加愛迪生電力公司(SCE): 2428MW復電,約87小時。

 各公司輸電線路復電時間如下:

  • 聖地牙哥瓦斯&電力公司(SDG&E):230KV輸電線約12小時。
  • 墨西哥聯邦能源局(CFE): 230KV系統約約13小時,115KV系統約10小時。
  • 帝王谷灌溉局(IID): 230KV輸電線約12小時;161KV輸電線約9小時。
  • 亞里桑納電力公司(APS): H-NG 500KV超高壓輸電線,約2小時。
  • WALC: 161KV輸電線約5小時。

 

6.3 主要發現、肇因、及建議

6.3.1主要發現與肇因:

2011年9月8日事件顯示,當時電力系統並未運轉在N-1安全狀態。本次大停電主要源自於兩大區域存在的「運轉計畫、與即時情境警覺」弱點,若這兩項工作正常,將可讓系統調度員在系統正常情況下主動運轉在N-1安全狀態,同時儘快不超過30分鐘將系統恢復回N-1安全狀態。

不當運用計畫與缺乏情境警覺下,負責運轉與監視輸電系統的電力公司或調度中心無法確保系統可靠運轉在系統運轉限度(SOL: System Operating Limits)之內、及防止單一事故引發連鎖停電事故。根據附件C顯示,不當的「情境警覺與運用計畫」也出現在2003年影響美國與加拿大5千萬人的大停電事件。

本調查報告也點出其他引發事故的相關因素,包括

(A) 調度與運用計畫時,沒有確認與檢討二次(100KV以下)輸電系統對幹線系統(BPS: Bulk-Power System)可靠度之衝擊。

(B) 疏於認知西部互連系統之「互連可靠度運轉限度(IROLs: Interconnection Reliability Operating Limits)」。

(C)包括特殊保護系統(RAS: Remedial Action Schemes )在內的保護系統效應,未納入偶發事件情境之檢討與協調項目。

(D) 當輸電線路復閉,遇到斷路器兩端相角差很大時,未提供有效工具與操作說明給調度員使用。

有關運用計畫(Operations planning)方面,有些受影響的電力公司或調度中心的季節性、次日、與即時之檢討,未適當考量下列:

(A) 相鄰電力公司網路設備的運轉狀態,包括輸電系統設施、預期發電出力、及負載預測。

(B) 本公司系統外的偶發事故可能對該公司系統之衝擊,或自己公司系統故障可能影響到相鄰公司系統。

(C) 本公司內、外二次(100KV以下)系統設備對幹線系統可靠度之衝擊。

結果這些電力公司或調度中心的運用計劃檢討並未精確預期到亞里桑納電力公司(APS)的北吉拉(North Gila)-哈撒楊帕(Hassayampa)500KV輸電線(簡稱NG-H)或帝王谷灌溉區(IID)的三台230/92KV變壓器跳脫的衝擊。若這些受影響電力公司或調度中心在事故發生前有更精確預知到這些設備跳脫的衝擊,就可能採取妥適預防措施,諸如調度額外發電紓解超載並防止連鎖停電事故。

6.3.2WECC運用計畫(Operation Planing)改善建議:

為改善西部電力協調理事會(WECC)區域的運用計畫,本報告做了幾項建議旨在確保輸電調度中心(TOP: Transmission Operators )與發電平衡機構(BA: Balancing Authority)可適當地;

(A) 取得鄰近BA與TOP的運轉資訊,包括輸電設備停電檢修、發電機組停機檢修與排程、負載預測、及電力融通計畫;

(B) 卻認與計畫本身系統與鄰近系統可能相互衝擊的偶發事故;

(C) 考慮100KV以下系統設備可能對幹線系統可靠度的衝擊。

上述功效應包括規劃研究之協調檢討,以確保受影響額定路徑(Rated Paths)的運轉,在該公司轄區內部或外部發生N-1偶發事故,將不會導致非相應負載喪失、系統不穩定、或連鎖事故,且系統電壓與熱容量都在適當額定範圍之內。

6.3.3 WECC情境警覺(situational awareness)缺失與改善建議:

9月8日大停電事件也暴露相關電力公司與調度中心缺乏對整個西部互連系統偶發事故與情況之適當即時情境警覺。舉例來說,許多電力公司或調度中心的即時工具,諸如狀態估計(SE :State Estimator)與即時偶發事故分析(RTCA: Real-Time Contingency Analysis)都被模型限制,對外部系統之運轉及設備無法精確或完全反應,以確保幹線系統N-1狀態下安全運轉。

此外,有些電力公司或調度中心的即時工具對本身系統或鄰近系統發生之重大系統情況或重要偶發事故,不能夠發出警告給調度員。如此缺乏適當情境警覺,限制了各電力公司或調度中心對下一個最嚴重偶發事故指認與計畫的能力,以防止發生系統不穩定、系統無法控制之分離、或系統連鎖大停電。若有些受影響電力公司或調度中心在事件發生前,從事過即時外部情況與檢討,當事故開始它們應該會有更好的準備來應付衝擊,也許可以避免發生此次連鎖停電事故。

為改進WECC地區的情境警覺,本報告提供一些建議如下:

(A) 擴充各電力公司或調度中心模型的外部系統可見度,透過諸如更完整的資料分享;

(B) 改進即時工具的使用,以確保可能影響可靠運轉的重要內部或外部偶發事故之經常不斷監視。

(C) 改善各電力公司或調度中心間的聯絡溝通,以協助維持情境警覺。

此外,TOP應檢討其即時監視工具,諸如狀態估計(SE)與即時偶發事故分析(RTCA)程式,以確保這些工具代表到幹線系統可靠運轉所需之關鍵性設施。這些改善措施將能讓系統調度員來使用即時運轉工具,以便主動運轉系統在安全的N-1狀態下。

6.3.4 疏忽二次系統、特殊保護系統對幹線可靠度影響之實例

除了運轉計畫與情境警覺議題外,還有一些其他因素造成9月8日大停電事故。例如,WECC可靠度協調員(RC)與受害單位一直都沒認知到100KV以下設備對幹線系統可靠度會有惡化衝擊效應。當日系統運轉限度(SOL: System Operating Limit)應該包括未被確認及歸類為幹線系統之設備的效應,以及諸如特殊保護系統(SPS: Special Protection Systems)、聖歐諾佛核能發電廠(SONGS: San Onofre Nuclear Generation Station)系統分離方式(Separation scheme)等重要系統保護設施的效應。

有關本次事件,這些電力公司或調度中心都沒考慮到帝王谷灌溉區(IID)的92KV系統網路與設備,包括科齊拉谷(CV:Coachella Valley)與雷蒙(Ramon)230/92KV變壓器作為幹線系統的一部份,儘管先前檢討指出它們由於電氣上跟高壓系統平行的事實,對幹線系統有所衝擊。若這些設備曾被指定為幹線系統的一部份,或納入運用計畫與調度運轉檢討,並在即時偶發事故分析系統中啟動監視與告警,這次連鎖大停電可能可以避免。因此,本調查提供建議確保那些能影響幹線系統可靠度的低電壓等級系統,考慮歸類為幹線系統的一部份並作為各電力公司或調度中心的各類終期時程規劃檢討的一部份。

6.3.5 保護電驛標置缺失與改善建議:

本調查同時也發現一些保護系統標置與協調的重要議題 。例如,帝王谷灌溉區(IID)之CV變電所變壓器過流電驛採用保守的跳脫標置。過流電驛標置為變壓器正常額定容量的127%,剛好高於變壓器緊急額定容量(正常額定容量的110%)之上。緊急額定容量與過載跳脫標置裕度如此狹窄,致使調度員處理減輕超載的時間都沒有,變壓器就自動跳脫停用。因此,CV變電所兩台變壓器在H-NG 500KV輸電線跳脫後40秒也跟著跳脫,引發了連鎖大停電事故。

為避免將來發生相同問題,本調查報告建議IID及其他輸電公司(TO: Transmission Owners)檢討該公司變壓器的超載保護電驛標置。北美電力可靠度公司(NERC)的PRC-023-1 R1.11可靠度標準是一項良好的參考指南,此標準述明變壓器過流電驛標置「允許變壓器至少可以運轉在150%最高適用銘牌額定容量的過載水準,或115%變壓器最高緊急額定容量,兩者取其中較高值去標置」,輸電調度中心也應針對緊急額定容量及過載保護標置(MW與延時),考量在設備負載到達電驛跳脫標置點及被自動跳脫前,採取正當事故前舒緩行動。

6.3.6  特殊保護系統缺失與改善建議:

聖歐諾佛核能發電廠(SONGS)系統分離方式的動作,提供另一保護系統疏於檢討與協調的血淋淋案例。南加州艾迪生電力公司(SCE: Southern California Edison )將此系統分離方式歸類為「安全網(Safety Net)」,已經對幹線系統可靠度造成重大衝擊,它將聖地牙哥電力公司(SDGE)系統從SCE系統分離出去,結果導致兩部SONGS核能機組跳脫,並致使聖地牙哥與墨西哥電力公司系統全停。

儘管如此,沒有一家受害電力公司與調度中心,包括擁有SONGS系統分離方式的SCE電力公司,檢討過它對幹線系統可靠度之衝擊。9月8日大停電顯示包括安全網、特殊保護系統(SPS:RAS)所有保護系統與分離方式,應該定期檢討與協調,以了解對幹線系統可靠度的衝擊,確保其動作方式、誤動作或多餘動作不會產生意外或不理想的影響。

七、後語

讀過FERC-NERC的調查報告,發現這次大停電事故跟1999年台電729大停電事故,似乎有許多雷同之處,尤其電驛標置方面,看不起眼的雷蒙與CV變電所主變過流保護電驛標置,稍為疏忽就會釀大禍,台電興達Tie Breaker也是如此,看樣子台電系統日趨複雜,保護電驛或特殊保護系統標置值得特別注意,但現在電驛標置不像從前同在調度運轉單位,可真讓人有點擔心!

參考資料:

http://www.nerc.com/fileUploads/File/News/Outage09SEP11.pdf

http://www.caiso.com/Documents/CaliforniaGridOperatorLaunchesJointTaskForceToInvestigateMajorPowerOutage.pdf

http://www.aps.com/main/news/releases/release_673.html

http://www.sdge.com/index/

http://framework.latimes.com/2011/09/08/massive-blackout-san-diego/#/0

http://www.signonsandiego.com/news/2011/sep/10/beach-and-tapwater-restrictions-still-effect-after/

http://www.nbcsandiego.com/news/local/What—-or-Who—-Caused-the-Blackout-129684498.html

http://www.energycentral.com/functional/news/news_detail.cfm?did=21518831

http://www.washingtonpost.com/national/blackout-in-ariz-calif-and-mexico-a-reminder-of-the-vulnerabilities-in-power-grid/2011/09/10/gIQA0E7zGK_story.html

http://www.wecc.biz/SiteCollectionDocuments/Southern%20California%20Outage%209-8-2011.pdf

http://www.voiceofsandiego.org/data-drive/article_dc4aabe6-db5b-11e0-97ba-001cc4c03286.html

http://www.assembly.ca.gov/acs/newcomframeset.asp?committee=25

http://www.boston.com/news/nation/articles/2011/10/27/officials_many_issues_led_to_southwest_blackout/

http://www.nbcsandiego.com/news/local/san-diego-power-outage-sdge-blackout-132661838.html

http://www.signonsandiego.com/news/2011/sep/22/5-authorities-handle-electric-grid-didnt-share-inf/

http://media.signonsandiego.com/news/documents/2011/09/23/CPUC_briefing_on_San_Diego_blackout.pdf

http://www.nerc.com/fileUploads/File/News/AZOutage_Report_01MAY12.pdf

[待續]

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我在含飴弄孫閒暇之餘,經常瀏覽到新聞、雜誌及媒體有關電業的報導,原來只PO在我的臉書上,跟老朋友分享!最近在我的部落格「Gordoncheng’s Blog』發現對電業有興趣同好還滿多的,但因本人孫女還小空閒時間不多,無法一一翻譯消化另寫文章,只好另闢專門PO電業新聞報導原文連結之「Gordoncheng’s 2nd Blog』,跟更多朋友分享!
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5 Responses to 美國加州聖地牙哥電力公司大停電

  1. K-C Liu 說道:

    淺見:
    該事故線路距離長,惟500kV T/L n-1 後,即導致 San Onefre核能跳脫,導致大區域限電,運轉規劃上似乎有些盲點。
    1、該線路為500kV 主幹線,是否運轉至已超出最大傳輸能力而不自知。
    2.,線路之故障是否極度嚴重(3p to G),但是在運轉規劃時上,就是要考慮最嚴重之故障發生時,系統仍可安全運轉才對。因此,若有操作或不慎,該員工仍不應是大區域限電之最大罪人。
    3、運轉規劃上或許才是導致大區域限電應負責之部門,總之,許多電力系統隱藏著的弱點,當事故發生後,在付出極高昂後才學到教訓與經驗。

    • gordoncheng 說道:

      目前詳細調查報告尚未出爐,只憑新聞及電力公司新聞稿報導猜測,因為APS表示線路跳脫後10分鐘,該公司佑馬(YUMA)地區才停電,並不是隨即停電,SDG&E系統負載約4300MW,北方只有兩回230KV輸電線與SCE的SERARNO變電所連接,我猜可能是穩定度問題所引發,讓我們等進一步報告!

  2. K-C Liu 說道:

    穩定度問題是極大可能性,運轉或規劃上不應讓n-1發生穩定度問題,此事故之教訓與經驗值得學習記取。 期待後續報告出來!佩服 處長您的用心,後學們受益良多,謝謝您。

  3. Yuin-hong Liu 說道:

    1. 時間:美西時間2011年9月8日(星期四)下午3時27分
    2. 地點:為SDG&E從亞里桑納州輸入電力(APS輸入SDG&E電力約1500MW以上)的重要幹線
    3. 尤其當時相當供應聖地牙哥電力公司系統負載(4300MW)一半的聖諾佛核能電廠(出力2200MW),在SDG&E失去從亞里桑納電力輸入1500MW電力(約佔SDG&E負載35%)後,為何落井下石再跳脫?
    4. So, …

    • gordoncheng 說道:

      至今未見官方正式聲明 San Onofre核能電廠跳脫原因,但有媒體報導表示該廠係因「高電流跳脫』,猜測可能在亞里桑納州輸入電力中斷後,造成系統電壓過低所致。之前,我推測可能係穩定度問題引發,有可能係「電壓穩定度』或「動態、暫態穩定度』?讓我們拭目以待肇因正式公佈。

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