回顧台電電能管理系統祖孫三代與我 (中)

回顧台電電能管理系統祖孫三代與我 (中)-

第二代EMS的故事(1984~2009年)

 目錄:
一、故事背景
二、電控會簡介
2.1 成立緣起
2.2電控會的任務
2.3 電控會組織規程
2.4電控會結束業務
三、台電全面自動化調度控制系統工程簡介
3.1 階層調度架構、任務及功能
3.2 工程概述
3.2.1 第1期工程:
3.2.2 第2期工程:
3.2.2.1 第1階段
3.2.2.2 第2階段
四、第二代EMS (全面調度控制自動化工程第一期) 工程規劃執行
4.1 工程預算與資金運用
4.2 1984年聘請顧問公司
4.3 工程設計與施工方式
4.4系統招標
4.5 中央調度中心EMS設備
4.5.1 硬體設備
4.5.2 軟體系統
4.5.3 通訊系統架構
4.6中央調度中心EMS設備出廠安裝測試
4.6.1發展系統
4.6.2 電腦系統
4.6.3 不斷電源設備
五、第二代EMS破紀錄20年(1990~2009年)使用之回顧體驗
5.1 台電魔咒
5.2 難忘親自參與製作的EMS調度運用畫面
5.2.1 系統機組有效電力表(MW) (代號30)
5.2.2 系統負載(每15分鐘取樣)走勢圖(代號951)
5.2.3 系統負載(每30秒取樣)走勢圖(代號947)
5.2.4系統負載(每2秒取樣)走勢圖(代號946)
5.2.5 發電機組自動發電控制表(代號5051)
5.2.6自動發電控制(AGC)系統摘要表(代號5001)
5.2.7 大甲溪、濁水溪流域水庫水位圖(代號87)
5.2.8 每日系統小時瞬間發電摘要表(代號1731)
5.2.9 超高壓廠、所之電壓、無效電力及TAP/REACTOR摘要表(代號74)
5.2.10 超高壓電廠、變電所電壓表(代號77)
5.2.11 台灣地理位置超高壓幹線載流圖 (代號45)
5.2.12 161KV系統概覽圖 (代號258)
5.2.13 161KV變電所單線圖 (代號12229)
5.2.14系統記錄報表(LOG)
5.2.15 各廠所專屬系統記錄報表(代號26)
5.2.16 事故順序(SOE)紀錄表(代號1543)
5.2.17 電力潮流紀錄表(代號101)
5.3 回顧與Cyber共同渡過20年難忘的經歷
5.3.1 1990年初生之犢就碰上限電之虎
5.3.2 最心痛的1999年729大停電
5.3.3 最嚴重的1999年921大地震停電
5.3.4 心驚肉跳的颱風來襲台電大樓陸上暈船
5.3.5 嬌貴水冷式主機心驚肉跳維護20年
5.3.6 難纏的電腦當機主兇-笨重25公斤高轉速(3600RPM)500MB硬碟
5.3.7台電全面自動化調度控制工程2002/8/17總統按鈕啟用
5.3.8其他過往情事
六、向照顧台電系統五分之一世紀的第二代EMS「功成身退」致敬
6.1 2009年9月30日CDC Cyber 860A功成身退與感恩
6.2 我的感觸與感謝
6.3 光榮身退的照片
6.3.1 二十年來向蒞臨中央調度室貴賓介紹的系統模擬盤上的畫面:
6.3.2捨不得說再見,紛紛與EMS合照留影紀念
6.3.3 CDC Cyber 860A的中央調度室熄燈,留下難忘的句點
6.3.4看見平常光鮮亮麗的中央調度中心與電腦房的真面目
七、後語
參考資料:


一、故事背景

台電公司電力調度處大約前後花了將近11年(1969-1980)的中央端的第一代線上調度控制系統(OLDCS: Online Dispatching and Control System),現在通稱電能管理系統(EMS: Energy Management System)終於在 1980年2月22日商轉後,這套當時最夯的電力調度控制高科技帶給台電電力系統許多有形與無形的效益。

隨著台電系統日益擴充成長、日趨複雜,而且國外各先進電力公司也積極推動由發電、輸電至配電系統調度控制全面自動化,台電公司當局認為此日新月異全面調度控制的主流趨勢值得引進推廣至全系統。於是,於1985年成立「電控會:電力調度控制自動化推行委員會」推動台電全面電力調度控制自動化業務,包括第2代EMS的引進。

二、電控會簡介

2.1 成立緣起

1980年台電電力調度處線上小組引進的第一代EMS商轉後,線上小組在電力調度處轉型為處內正規編制課級組織分別程式、電算、資訊三課,負責線上調度控制系統軟體、硬體、中央端與發變電所末端資控設備(RTU)維護以及EMS新技術引進工作。

當然這也給各地區一、二次系統與配電系統調度控制自動化的啟示,主管處供電處與業務處也紛紛打算各自計畫引進,台電電力調度龍頭調度處則繼續關注全球線上調度控制自動化技術發展趨勢與潮流,並於1984年提出建言,認為全台電系統發、輸、配電系統電力調度控制必須整體一貫規劃,才能無縫接軌,不致重複投資。獲得當時調度處主管副總經理倫卓材認同,向公司高層反應,先在電力調度處成立「自動化規劃小組」,最後於1985年3月1日奉准設立「電力調度控制自動化推行委員會」簡稱電控會。

2.2電控會的任務
2.2.1 電力調度控制自動化整體計畫之審議事項。
2.2.2 推展督導台電公司電力調度自動化各期規劃與施工,以及擴充工程並追蹤考核其績效事項。
2.2.3 電力調度控制自動化規則、標準及實施要點之審議事項。
2.2.4 統籌台電公司各單位電力調度控制自動化業務之擴充研究及規畫事項。
2.2.5 電力調度控制自動化上重大問題之協調與解決事項。
2.2.6 執行電力調度控制自動化開發廠商之調查、評鑑事項。
2.2.7 其他有關電力調度控制自動化事項。
2.3 電控會組織規程

電力調度控制自動化推行委員會組織規程如下:

  •  主任委員:主管電力調度處副總經理兼任
  •  副主任委員:電力調度處長兼任
  •   委員:發電處、業務處、供電處、系統規劃處、輸配電工程處處長及電力通訊中心主任兼任

以利配合執行有關電力調度控制自動化事項。

為執行台電公司電力調度全面自動化任務設電力自動化規劃小組:

  •  由電控會專置執行祕書一人,秉承主任委員之命處理會務。
  •  規劃小組下設軟體、硬體、及工程技術部門,各置計畫工程師一人,各部門並設立各項業務主管,推動計畫之進行。

詳細組織圖如圖1:

圖1 電控會組織圖(1985年成員為28人)

2.4電控會結束業務

電控會辦理台電公司「全面自動化調度控制系統」工程全部完成,於2002年8月17日上午在台電新竹區域調度中心由陳水扁總統按鈕啟用。隨著工作告一段落。

  •  2002年4月台電公司研商「配電、調度自動化技術整合」會議時,決議電控會併資訊處,成立專門組織,統一辦理電力自動化系統「建置」工作,但因故未能成立,後依台電公司總體經營改進委員會第十三次會議決議,電控會部分人員(兩位課長、三位主管及一位主辦)歸入電力調度處。
  •  2003年7月於電力調度處成立EMS(Energy Management System)工作小組負責第三代電能管理系統的規劃與建置。
  • 2004年5月12日台電公司組織審議委員會第八十五次會議通過電力調度處增設電能一課、電能二課(由電控會兩課移轉)。
  • 2008年第三代EMS進行廠試(FAT),3月27日台電公司組織審議委員會第97次會議通過電力調度處改組成立台北、高雄中央調度中心及計畫、調度、調度模擬、電能應用、電能資控、電能系統、高雄運轉、高雄資控系統等8組。電控會功能完全結束。

三、台電全面自動化調度控制系統工程簡介

3.1 階層調度架構、任務及功能

電控會成立後就積極執行台電公司配合國家經濟發展、產業升級、及提升國民生活水準的「台電全面自動化調度控制系統工程」計畫。該計畫係建構中央、區域、及配電三階的階層調度控制系統(HDCS: Hierarchical Dispatch and Control System,詳如圖2);包括1個中央調度中心(CDCS)、7個區域調度中心(ADCS)、及21個配電調度中心(DDCS),詳如圖3。

各個階層分別賦予調度、操作、安全監視及系統運用等任務,說明如下:

  •  中央調度中心:345及161KV輸電系統與變電所、核能及火力與大型水力電廠之監視調度、發電機組出力控制、經濟調度運轉、電壓與無效電力調整、發電計畫及安全運用分析與監視等。
  • 區域調度中心:161KV系統之操作、69KV系統之調度與操作、69KV系統電壓調整、以及小水力電廠調度;並將饋線電壓、電流及斷路器狀態等資料傳送至饋線控制中心。
  • 配電調度中心:二次變電所主變壓器、11/22KV饋線與69KV授權部份之調度與操作、以及小水力電廠配電線路之調度。

圖2 全面電力調度自動化階層調度控制系統架構圖

圖3 調度控制中心分布圖


至於各階層調度控制系統之功能劃分如表1所示:

表1 階層調度控制功能劃分表

3.2 工程概述

電力調度自動化工程大略分為調度控制系統、通訊系統、調度中新建物、變電所設備配合四大項工程,其作業流程如下圖4所示:

圖4 工程作業流程圖

但全面自動化調度控制系統工程範圍廣大、性質較為複雜,因此,將工程分兩期執行,第二期又再分第1階段與第2階段,第一期參與單位計有台電公司電力調度處、輸配電工程處、供電處、電力通訊中心、業務處、台北與高屏供電區營業處、台北市區與高雄市區營業處、營建處、材料處及電控會等,詳如下述(圖5):

圖5 工程施工期別與調度中心連繫圖

3.2.1 第1期工程:

  •   工期:1984年~1991年6月
  • 工程項目:

-更新中央調度中心(CDCS)電能管理系統
-新設台北與高雄區域調度中心(ADCS),將53所一、二次變電所納入遙控運轉。
-新設台北與高雄配電調度中心(DDCS)

  • 主電腦系統製造廠家:美國康大公司(CDC: Control Data Corporation)

3.2.2 第2期工程:

  • 工期:1991年7月~2002年8月

 3.2.2.1 第1階段

  • 工期:1991年7月~1997年
  • 工程項目:

-新設台北與高雄區域調度中心(ADCS)轄下5個DDCS,將82所一、二次變電所納入遙控
運轉。(1995年完工)
-新設花蓮區域調度中心及花蓮、台東配電調度中心,將2所一、二次變電所納入遙控運
轉。(1997年完工)

  • 主電腦系統製造廠家:台北與高雄DDCS-美國康大公司(CDC);花蓮ADCS-國內小型電腦系統

3.2.2.2 第2階段

  • 工期:1991年7月~2002年8月
  • 工程項目:

-新設基隆、新竹、台中、新營4個區域調度中心(ADCS)及轄下12個DDCS,將317所一、
二次變電所納入遙控運轉。

  •  主電腦系統製造廠家:國內大同公司與加拿大CAE公司共同承製


四、第二代EMS (全面調度控制自動化工程第一期) 工程規劃執行

 4.1 工程預算與資金運用

第一期工程計畫行政院核定總額預算為新台幣1,930,349,000元,但1985~1989年經立法院歷年通過之法定總預算為新台幣1,869,115,000元,兩者相差新台幣61,234,000元,主要係因歷年法定匯率變動反映的緣故。其詳細預算科目分配與執行實績之比較如下表2。

表2 第一期工程預算各科目分配與實績比較表

 4.2 1984年聘請顧問公司

1984年台電電力自動化規劃小組成立後,就積極蒐集歐、美、日電業與廠家對自動化推行的實績與技術發展趨勢,並與運轉使用單位多次檢討、評估系統架構與功能,據以擬定規劃、設計標準及規範初稿。同時也進行績優顧問公司之網羅選取,以便擷取國外先進高科技技術,協助系統規劃分析以及招標規範編訂等先期作業,並提供系統設計審查、進度管制與監驗等諮詢服務,以借重其經驗進一步確保工程順利進行與計畫之成功。聘請作業簡述如下:

  •  1984年初,接收並安排顧問公司到台電介紹經驗與服務項目。同時擬定調度控制自動化工程可行性規劃報告英文譯本及工程顧問邀標書初稿,送會會計、法務等相關單位後,陳核定案。
  •  於是函邀世界各國多家知名線上調度系統顧問工程公司,計有18家函覆參與資格甄選。再依最近5年內擔任類似工程之顧問服務內容與實績,評定ECC、MACRO、Motor Columbus、Stagg及SCI等5家合乎要求。
  • 1984年7月9日寄出工程顧問邀標書,9月5日截止收到各家建議書,分技術及價格標兩階段審查。
  •  經審標小組根據顧問公司信譽與經驗、專案計畫經理及重要工作成員之學經歷與專長等重點之評分辦法,評定ECC及MACRO兩家技術標合格,參加比價。
  •  1984年10月20日開價格標,但因部分價格資料不明確,要求澄清。隔一個月,11月20日第2次開標,還是有工時估計不明確或假設條件過多,為避免爭議,決議再進行澄清。最後在12月7日完成審核工作,MACRO公司報價較低且低於底價得標。
  • 1985年1月中旬MACRO公司計畫經理Hajdu來台進行商業條款商議,擬訂契約初稿,經會台電公司會計、法務等單位提供意見並洽MACRO修正部分條款,於1985年4月11日陳請台電總經理核准,被要求送請台電法律顧問聯鼎法律事務所審閱。1985年5月13日聯鼎增刪修訂稿送交台電,經陳核後,請MACRO確認,經雙方數次折衝洽商,MACRO最後在8月26日同意。服務契約於1985年9月20日雙方簽字生效,合約金額約新台幣32,720,000元(1991年6月30日工程結束執行實績約為新台幣22,720,000元)。

 4.3 工程設計與施工方式

1984年台電電力自動化規劃小組及1985年電控會相繼成立後,開始積極研擬全面自動化調度控制計畫,為使規劃周延,避免投資重複,採整體規劃,分期施工方式執行。

第一期工程旨在建立全面電力調度控制自動化之基礎,工程之系統及配合設備規範,於1985年初完成初稿,再請國外技術顧問公司修訂。為了確保自動化工程品質、功能與工期,調度中心主電腦硬體設備(包含RTU)、軟體系統,以統包方式由得標廠商負責其設計、製造、整合、安裝、督導與保固等項目。至於資料庫、顯示圖、RTU安裝及其他配合自動化工程之改善工作,則由台電自行辦理系統規劃與設計,並引進國外先進電力系統自動化技術,建立設計準則,制訂工程與作業標準。

此外,為配合政府扶植國內資訊工業之政策,兼顧電力自動化系統之特質及工程施工需要,且衡量資訊業界產能與意向,在第一期工程中訂定設備國產化比率。

 4.4系統招標

1985年12月9-12日台電公司委託美國馬可洛(MACRO)顧問公司在華爾街日報(Wall Street Journal)歐、美、亞洲版及國內各大報刊登廣告,徵求有意投標廠商與MACRO顧問公司連繫,以進行外購器材招標前資格審查。

1985年12月17-27日,由MACRO顧問公司發函並寄送資格審查問卷表(Bidder’s Pre-qualification Questionnaire)給23家有意廠商。

1986年1月10日16時(台灣時間)回覆時間截止共有20家廠商回覆,經台電與顧問公司根據廠家EMS工程經驗、專業能力、公司財務狀況等資料進行審查評估,有可能被邀請投標廠商計有下列12家:

  •  ASEA(瑞典)
  • Brown Boveri and Company(瑞士)
  •  Control Data Corporation(美國)
  • Cogelex Alsthom(法國)
  • Ebasco Energy Control System(美國)
  •  Ferranti International Control(美國)
  •  Harris(美國)
  • Leeds & Northrup(美國)
  • Siemens(西德)
  • System Control Inc.(美國)
  • Westinghouse System Limited/ESCA(英國)
  • Westinghouse Electric(美國)

1986年5月12日台電寄送邀標函及採購規範給12家資格標合格廠商,預訂1986年6月2-12日召開給廠商澄清邀標文件之標前會議(Pre-bid Meeting)應廠商要求延至23日舉行,會後台電於6月30日通知各廠商將開標日期由8月5日順延至8月29日14時。

1986年8月29日截標後,除WH、L&N及System Control等三家美國公司來函表示不參加外,其餘9家都準時將包括技術與價格兩部分投標書送達台電與顧問公司。審標小組隨即進行技術標審查工作,同時於9月15日及10月23日兩度發函廠商澄清或確認有關資料,經審查小組與顧問公司審核結果,有6家所提主要技術規範與台電規範不符,只剩CDC、Ferranti、WSL/ESCA三家主要規範符合,次要規範經澄清後可以接受,列為合用標。

1987年1月20日下午台電、MACRO顧問公司及三家廠商會同審計部人員開價格標。全部開標過程於1月21日凌晨完成,比價結果以CDC公司最低標得標。

1987年2月18日台電與CDC雙方簽約,並於3月16日經經濟部核准,合約正式生效。

4.5 中央調度中心EMS設備

4.5.1 硬體設備

為符合24小時連續運轉作業之需要,EMS主要硬體設備採雙機結構(Redundant Configuration),系統可用率要求99.9%,硬體系統設備結構如圖6。

圖6 CDCS硬體系統結構圖

此外,計算機主機CPU為水冷式,備有8噸冷水機(Chiller),尚有溫度、溫度記錄器、及計算機控制台;另有提供主機、磁碟機、磁帶控制器480Hz電源之馬達電機組(M-G Set) 兩套 ;還有不斷電源設備、柴油機及接收衛星時間訊號之時間頻率裝置。

有關EMS硬體設備詳如下列實體圖片:

     圖7 CDCS兩套Cyber 180-860A主機及用PC取代之系統控制台(右前方及左後方分別為Cyber A、B,中間為System Control Console)

圖8 主機Cyber 180-860A CPU電路面板

圖9 主機Cyber 180-860A CPU電路面板

圖10 磁帶機

圖11 磁碟機有兩個硬碟組(HDA: Hard Disk Assembly),每個HDA 有12片Disk、25公斤重、40個讀寫頭、轉速3600RPM、容量519MB

圖12 10組磁碟機裝在狹窄的空間

圖13 磁碟機及磁帶機控制器

圖14 調度操作台及模擬盤(Mapboard)

圖15 彩色顯相器(Video Copier)

圖16 FGT記錄器(印表機)

圖17 本地輸出/輸入器(IOU)

圖18 CIM外觀

圖19 程式員操作台(Programmer’s Console)

圖20雷射快速列表機(CDT-120)

圖21 全球衛星定位接收器(GPS)

圖22 變頻機(M-G Set)控制面板

圖23 WCU內觀

圖24 升高地板下輸送到電腦主機的冷卻水管

圖25冰水機輸送到電腦主機的冷卻水管與水閥

圖26溫溼度感知器(冰水機水管漏水偵測器)

圖27不斷電電源系統(UPS)外觀

圖28不斷電電源系統之電池組

圖29緊急電源-柴油發電機

圖30 馬達-發電機組(M-G SET)1800RPM

4.5.2 軟體系統

中央調度控制系統(CDCS)之軟體系統架構,除了作業系統(NOS)外,另外包括系統應用、基本應用、電源應用、電網分析應用、其他應用及調度員訓練模擬等軟體,詳如圖31。

圖31 CDCS軟體系統

CDCS軟體應用功能計約有31項,每項軟體擔任不同任務功能,且相互間也有相當程度的關聯性,以發揮整體調度控制效益之需求,CDCS各項軟體功能如下表3:

表3 CDCS軟體功能表

其中常用幾項摘要說明如下:

  • 第2項線上畫面產生器(ODG)

提供交談式畫面新建/編輯能力,畫面可含靜態圖形資料及連結至即時系統資料庫、程式、功能鍵、與其他動態資料,交談式功能可使建圖者清楚看出構圖的式樣、方位、大小、層次,方便建圖。

ODG提供完整建圖指令如:Help、Summary、Wait、Call、New、Save、Verification、Purge、Copy block、Exit…等等。

ODG功能範圍:

表4 ODG功能範圍

  •  第7項事件順序紀錄(SOE)

SOE功能提供電力系統事故順序記錄,以便依據保護電驛與斷路器動作跳脫順序,研判事故發生前後情況。

RTU設有事件儲存緩衝記憶體,SOE是否收集可經由控制畫面加以設定,SOE緩衝器滿時,系統將可獲知並產生異常狀態警示符號告知調度員。

SOE每一事件之間隔解析度,同一變電所內為1ms,變電所間之事件則為小餘8ms。系統每15分鐘校正RTU時間一次。

  • 第8項異常警示(Alarm Display/Control)

電力系統狀態變動或影響電力系統正常運轉時,例如斷路器跳脫、電力潮流或電壓超過極限值等,異常警示功能即告知調度員相關警報,以便做必要之處理。

異常警示包含下列各項動作:

– 產生異常警示訊息
-將警示訊息顯示在警報一覽表
-不正常警示訊息一覽表更新
-啟動聲/光警示
-警示訊息報表記錄
-啟動其他應用軟體功能

調度員對異常警示功能管制如下

-警報優先權之處理
-警報極限配置
-警報訊息認知
-警報訊息消除
-聲響警報禁聲

  • 第9項模擬盤(Mapboard)

模擬盤功能主要為更新顯示板指示燈號,以反映當時電力系統運作狀態。反映方式有點亮、熄滅、閃爍等狀態。電力系統設備正常時,指示燈熄滅,有變化時先呈閃爍狀態,調度員認知後指示燈依當時狀態而熄滅或繼續點亮。

模擬盤指示燈號更新週期為2秒一次,指示燈最大容量為4096個。

  • 第13項系統擾動記錄(DDC)

電力系統事故之發生,係由於部分系統超乎正常運作範圍所致。DDC功能於某些系統事故激發條件發生時,立即啟動電力系統資料收集,以供事故後研究與分析。所收集資料量為數位點750點、類比點500點,正值事故期間數位點變化記錄為500點。

事故事件最多儲存三套,齊資料收集之順序為事故前30秒收集8組,所有記錄資料都可列印或轉存至磁帶。

  • 第14項運轉資料登錄儲存(HDS)

HDS功能為(1)收集各類需要保存之資料,供調度員參考。(2)保存資料可利用磁帶存檔,供審閱使用。

  • 第15項週期性資料收集(PCC)

PCC提供相當彈性資料收存功能,跟HDS不同之處為可求出各類時報、日報、月報之最大/最小值、平均值等計算功能。收集期限由2天至12個月不等,依資料庫定義而定。

  • 第16項螢光幕走勢顯示(CRT Trend)

CRT Trend功能將資料動態變化顯示於即時畫面上,最多8個畫面容量,每一畫面可含4種資料走勢並由不同顏色區分,每一種資料為480點緩衝量,資料點間之間隔週期分2秒、10秒、30秒、5分鐘、15分鐘、30分鐘等6種。資料來源為線上即時資料或HDS記錄檔案。

  • 第17項類比走勢顯示(Analog Trend)

Analog Trend功能將即時資料由類比記錄器或BCD顯示設備(最多60組)作顯示輸出,可由調度員選擇,內容可包含整數資料、浮點資料或數位狀態資料等。

  • 第18項報表製作程式(RCC)

報表畫面由ODG功能建立,列印則由RCC作編排,利用系統列表機或記錄列印機輸出。

報表最多可訂義200種,每種報表所含報表畫面最多可達50個。

  • 第20項自動發電控制(AGC)

AGC依據電力系統頻率誤差計算之ACE(區域控制誤差),來分配調整各發電機組之出力,使系統能維持在標準頻率60HZ之範圍內,執行此功能時,尚須考慮機組之出力限制、出力爬昇(降落)率、機組狀態等。

AGC每2秒運算一次,每4秒鐘執行機組出力調節一次,對於無法反應之機組,AGC自動將該機組去除並將所需調節之出力量分配至其他機組上。

AGC功能允許控制機組量最多達132部,並可提供當日與前一日之電力系統發電量運轉資料,以做為電力系統分析研究之用。

  • 第21項經濟調度(ED)

ED應用Lagrange 乘數法,以疊代方式,依各機組遞增成本曲線及Penalty Factor演算出滿足系統需電量的最低發電成本之各機組輸出量及參與因數。

經濟調度含控制調度(Control Dispatch)、備轉容量調度(Spinning Dispatch)、人工調度(Manual Dispatch)、最佳調度(Optimum Dispatch)等四種調度功能。

各類功能調度範圍如下:

表5 經濟調度程式模式功能範圍

  • 第23項備轉容量監視(RM)

備轉容量監視連結AGC功能,每分鐘計算各種備轉容量,若低於所需要求時,自動產生警報。

備轉容量類別如下;

-機組備轉容量(Unit Spinning Reserve)
-快速啟動機組備轉容量
-機組調整餘裕
-系統備轉容量
-系統快速啟動備轉容量
-系統運作備轉餘裕
-系統調整餘裕
-全系統發電容量餘裕

  • 第24項網路模型更新(MU)

網路模型更新之目的在建立即時電力系統網路模型,供其他網路分析應用軟體使用,例如SE、EX、NS、BLF等,本功能每10分鐘演算一次。

  • 第25項狀態評估(SE)

為及時偵測出系統取量之異常處,SE之目的為利用大量重複之即時資料,解出電力系統可觀察範圍內之正確複數型態電壓值,從而演算出較為精確之電力潮流數值。SE可提供即時資料之異常處,作為校正儀表轉換器誤差之參考。

SE演算出之電力潮流值將提供EX及BLF功能使用。

  • 第26項外部狀態評估(EX)

狀態評估(SE)所解出之結果僅為全部電力系統之可觀察範圍,外部狀態評估利用SE之演算結果值加上其他未被SE所利用之非可觀察範圍之即時資料、預定電壓值、匯流排負載預測程式之負載量與發電量,應用與SE相同演算法則解出完整電力系統之結果值。

EX所解出之即時網路電力潮流輸出,除可經由CRT畫面直接觀看外,並提供網路靈敏度(NS)、最佳電力潮流(OPF)、靜態安全分析(SA)等軟體功能之輸入資料使用。

  • 第28項網路靈敏度(NS)

NS係依據據外部狀態評估所解出之電力系統潮流資料,計算出目前電力系統狀態下發電機組出力變化對電力系統線路損失之影響值。

在即時系統中,靈敏度轉換成責罰因數(Penalty Factor)供自動發電控制之經濟調度程式使用。

  • 第29項靜態安全分析(SA)

SA主要係預估電力系統發生單一故障或多重故障後之系統安全運作情況。SA功能具有即時(Real Time)與研究(Study)兩種模式,使用即時模式時,程式直接引用狀態評估之輸出資料來分析;研究模式則引用最佳潮流解出資料,依需要做分析,其結果可儲存供日後審閱。

  • 第30項最佳電力潮流(OPF)

OPF為研究(Study)目的之用,以多樣假設條件求得電力系統之靜態運轉狀況。

OPF執行模式有兩種:

-調度模式:允許調度員改變可控變數之值,如斷路器開或關、變壓器分接頭及發電出力,求出滿足系統電力平衡之潮流解答,作為調度參考。
-最佳模式:OPF程式自動調整發電機出力、無效電力參數值、求出電網潮流限制及匯流排電壓限制下最低發電成本或最少線路損失之最佳電力潮流。

至於軟體功能執行操作時之主控制畫面如下圖表:

表6 軟體功能主控畫面(MASTER MENU)

圖32 CDCS即時系統控制畫面(Real-Time Network Analysis: RUNNING SEQUENCE)


4.5.3 通訊系統架構

資訊傳輸系統為自動化工程的神經中樞,CDCS至台北、高雄ADCS、核能電廠、大型水火力電廠、超高壓變電所及一次變電所,ADCS至DDCS、一次與二次變電所之資訊傳輸分別採用微波、光纖、波紋鋼管電纜及遮蔽電纜作為通訊媒體,以達到高度可靠度與快速傳輸的高品質。重要變電所都為自設資訊傳輸系統,其餘則租電信局數據專線,詳如圖33。

圖33 CDCS、ADCS資訊傳輸系統架構圖

 

 4.6中央調度中心EMS設備出廠安裝測試

4.6.1發展系統

1987.11.26   : 發展系統出廠試驗後裝空運來台。
1987.12.7~9  : 發展系統開箱、驗料、定位、安裝及硬體測試。

4.6.2 電腦系統

1990.4.12     : 電腦系統出廠空運來台。
1990.4.26~28     : 電腦系統開箱、會驗、定位。
1990.4.30~79.5.8 : 電腦系統安裝及硬體測試。

4.6.3 不斷電源設備

1988.1.29  :提出採購
1988.5.17  :訂約
1988.9.15  :交貨
1988.11.4  :驗收合格

五、第二代EMS破紀錄20年(1990~2009年)使用之回顧體驗

5.1 台電魔咒

台電電力調度處中央調度中心第二代EMS,自1987年3月跟CDC簽約,1990年出廠空運來台,同年9月通過接收試驗進入商轉,到2009年9月30日退役由第三代EMS接替為止,前後使用長達20年,應該破CDC Cyber 860A使用壽命紀錄,比CDC公司還長壽17年。

因為當初跟IBM相抗衡的CDC超級電腦製造公司,跟台電簽約後一年,1988年CDC緊縮業務賣掉部分部門,當時該公司金雞母擁有全球四分之一EMS用戶的能源管理部門(Energy Management Division),也改名Empros,1992年CDC被Ceridian Corporation併購,1993年3月16日Empros被美國西門子收購。

因此,我們心裡納悶著,好像有「台電魔咒」,台電購買第一代EMS後,賣給台電EMS那家當時電能管理系統市場占有率最高的L&N公司,不久就關門,目前年輕的一代都沒聽過這家公司了!第二代EMS也如此!問年輕的朋友CDC,他們都搖頭,讓我有點相信ㄌ!我想這是巧合啦!美國國情資本主義與許多資訊業就是如此宿命!

5.2 難忘親自參與製作的EMS調度運用畫面

民國79(1990)年4月1日我從計畫課長調到中央調度中心擔任中央調度監,剛好碰上第二代EMS空運來台安裝測試會驗。當時電控會人手不足,許多測試工作都需調度處人員協助,我那部門是EMS主要使用單位,尤其那些調度員經常要使用的畫面、報表、圖示等等,我們比較知道自己的需求,如何顯示與設計畫面,所以調度中心的夥伴們諸如現在擔任台北、高雄中央調度中心調度監的劉坤城、莊雄誠,還有調度組長鄭壽福、值班經理林耀宗,及當時年輕的調度員等都加入測試製作圖面工作。當然負責EMS軟體的程式課更功不可沒,例如王玉枝、雷旭民、林泉輝等都是我拜託的對象。

記得當時我因在計畫課對電力系統整體觀點與分析檢討所需資料較為清楚,所以經常出點子,他們就利用大、小夜班調度操作工作比較少的時段,努力趕工完成,大夥興致濃濃,留下許多調度員使用20年的歷史畫面,茲挑些調度員常用的法寶簡介如後。

5.2.1 系統機組有效電力表(MW) (代號30)

表7 系統機組有效電力(MW)表(SYSTEM GEN.SUMMARY)

系統機組有效電力表是調度員必看畫面,尤其是電源調度員,我當時設計用意就要讓調度員馬上可總覽全台電系統即時(Real Time)重要電源方面的資訊。

– 最上面的標題欄左起,分別為系統頻率(FREQ)、系統淨發電量(NET GEN.)也就是發電端的系統總負載、系統毛發電量(GROSS GEN.)、系統要求頻率(F. Des.)、時差校正ON/OFF(T.E.)、AGC ON/OFF、系統偏頻設定值(F. Bias)、熱機備轉容量值(可昇載/降載值)。最右上角顯示當時時間(年、月、日、時、分、秒)。

-資料欄框內為台電系統各發電廠發電機組出力(MW):

  • 第一欄為發電廠廠名,按核能、火力、水力、小水力,離島、風力、汽電共生等類別順序並按北到南排列;
  • 第二欄為各發電廠發電容量上限(STA LIM)及實際總發電量(STA TOT);
  • 第三欄為各部機發電量,從左算起汽力或水力機組(UNIT)1號機、2號機…6號機,同一電廠第二排為7號機、8號機…至10號機;接著為氣渦輪機(GAS)1號機、2號機…至6號機。機組出力為0時表示該機組為解聯狀態。

資料欄右邊空格插入台電各水庫水位值、系統當天備轉容量及塑化-中寮線路潮流量(汽電共生售電量)。可供調度員對水力發電出力、系統會不會缺電情形、最大汽電共生電廠台塑化有無照合約售電參考。

-資料欄外底欄系統總計、中送北、南送中區域間電力潮流輸送量;北(板橋超高壓變電所代表)、中(霧峰)、南(高港)溫度及濕度實測值。供電源調度員調度電源考慮區域平衡及負載預測參考之用。

5.2.2 系統負載(每15分鐘取樣)走勢圖(代號951)

圖34系統負載走勢圖(每15分鐘取樣一次,每刻度間隔6小時)

系統負載走勢圖也是電源調度員必看圖面之一,本圖滾動式保留5天120小時資料,每15分鐘取樣一次,共有兩張畫面,每張為2天半60小時資料,時間軸最左邊為最近時間,向右方向為過往時間。

此曲線圖設計作為電源調度員觀察系統負載(黃線)走勢,參考過去5天系統負載變化,預估未來系統負載變化趨勢,作為調度電源參考。本畫面插入加上抽水負載之系統負載曲線(紅線),以及塑化(粉紅線)、台嘉(淺藍線)兩家汽電共生電廠售電曲線(利用輸電線台電變電所端輸入電力代表),以供調度員調度參考。

5.2.3 系統負載(每30秒取樣)走勢圖(代號947)

圖35 系統負載走勢圖(每30秒鐘取樣一次,每刻度間隔12分鐘)

 若調度員要看更細的系統負載曲線可選擇代號947每30秒鐘取樣總長兩小時的系統負載走勢圖,並附有系統頻率曲線,圖35為2006年12月26日14時18分高雄地區鳳農變電所發生三相短路事故所記錄到的系統負載曲線(從下午13:12~15:12兩小時期間),從黃色曲線可看出系統負載驟降約800MW,調度員就可知曉系統有大事故發生。

5.2.4系統負載(每2秒取樣)走勢圖(代號946)

                           圖36系統負載走勢圖(每2秒鐘取樣一次,每刻度間隔48秒)

調度員為查看更為細微系統負載變化,可鍵入946代號選取每2秒鐘取樣總長8分鐘的系統負載(黃色曲線)走勢圖查看,並附有系統頻率曲線(紅色)、跟代表軋鋼及電弧爐劇變負載的南工一次變電所主變(淺藍)及高港超高壓變電所主變(粉紅)載流曲線(線路載流每10秒掃描一次,所以顯示呈鋸齒狀),可看出劇變負載對系統頻率與負載的影響。

 5.2.5 發電機組自動發電控制表(代號5051)

電源調度員負責系統頻率調整工作,有了EMS電腦就可以幫調度員自動調整頻率與控制各部機組出力。如何設定調整指定AGC,就靠5051發電機組自動發電控制表來更改各機組AGC模式、調整高低限與升降載率常數等等,也可以監視電廠值班員有無把AGC停掉。所以這也是電源調度員必看畫面之一。

表8 發電機組自動發電控制設定調整表

 

5.2.6自動發電控制(AGC)系統摘要表(代號5001)

表9自動發電控制系統摘要表

 

5.2.7 大甲溪、濁水溪流域水庫水位圖(代號87)

台電水力發電重鎮座落在大甲溪與濁水溪兩大流域;大甲溪從最上游依序為德基、青山(淹沒重建中)、谷關、天輪、馬鞍電廠,總裝置容量高達1140MW。水庫水壩分別有德基水庫、青山壩、谷關壩、天輪壩、馬鞍壩為一連串(Cascade)水庫。

濁水溪則有萬大、大觀、鉅工、水里傳統水力發電廠總裝置容量166.25MW,另有大觀二廠(明湖)、明潭抽蓄水力發電廠總裝置容量2602MW。水庫水壩則有霧社水庫、武界壩、日月潭、銃櫃壩,另在水里溪有觀二、明潭抽蓄下池。

這兩條串聯水力發電廠發電調度,上下游電廠如何發電協調,才不致下游水壩溢流,尤其觀光景點如谷關及水里地區,深恐危及遊憩旅客安全,還有水庫容量多寡,流量大小等資訊,都是電源調度員要知悉的,因此特別設計一頁跟87水災同一數字代號的87頁,用圖顯示水庫或水壩及下池水位,電廠出力及水庫現有/最大/最小儲水容量,給調度員一目瞭然兩大流域水力發電狀況。詳如下圖37,另設計個別水庫現有水庫存能、電水比及滿載用水等資料圖表如圖37-1、37-2:

圖37大甲溪、濁水溪流域水庫水位圖(代號87)

圖37-1 1992年的德基水庫發電、蓄水容量與存能、電水比圖表(代號311)

圖37-2 1992年的霧社水庫發電、蓄水容量與存能、電水比圖表(代號314)

圖37-1 1992年的谷關水庫發電、蓄水容量與存能、電水比圖表(代號313)

 5.2.8 每日系統小時瞬間發電摘要表(代號1731)

每當夏季尖峰或冬季離峰來臨,調度員要查今天最高或最低瞬間系統負載(發電端)及發生時間,調度員只要Key 1731就可從每日系統小時瞬間發電摘要表(表10)得到答案。至於要查破記錄小時平均最高負載則找類似1731的1727畫面。

表10 每日系統瞬時總發電量摘要表(CDCS SYSTEM SUMMARY)

 

5.2.9 超高壓廠、所之電壓、無效電力及TAP/REACTOR摘要表(代號74)

表11超高壓廠、所之電壓、無效電力及TAP/REACTOR摘要表(EHV/VOLT/SC/RE)

 超高壓廠、所之電壓、無效電力及TAP/REACTOR摘要表則是電網調度員必看畫面,我的構想是要電網調度員在調整系統電壓、或監視超高壓變壓器載流(Loading)時,一張畫面就可一目了然全系統超高壓變電所345/161KV電壓及變壓器TAP與電抗器投入情形、各發電廠每部機組無效電力(Q或MVAR)出力、發電機端電壓等資訊。

標題欄右邊插入系統頻率(FREQ)及系統發電端負載(SYS. GEN.),讓電網調度員知道當時系統負載與頻率情形。

資料欄:左起

  • 第一欄為從北到南順序發、變電廠所名及超高壓變壓器分接頭位置(TAP POS.),供調整系統電壓時參考。
  • 第二欄為超高壓發變電(廠)所345KV側電壓及161KV側電壓(BUS KV)遙測值,可觀察全系統由北到南的電壓有無過高或過低情況。
  • 第三欄為超高壓變電所主變壓器流過電力載流(E/S LOADING MW/MVAR/%),可供調度員知道該超高壓變電所轄區負載、變壓器有無超載、轄區從系統吸收或倒送無效電力。
  • 第四~八欄為各發電機組端電壓/無效電力出力及超高壓變電所電抗器投入使用情況(#1/#6 KV/MVAR),同一電廠第一排為1~5號機,第二排為6~10號機;在EHV變電所則為1~5號電抗器。此欄為調度員指揮電廠調整無效電力依據,經常現場不願調整發電機端電壓,會藉口發電機端電壓已經到達上、下限等理由,中央調度中心調度員有此遙測值為依據,讓現場人員無法隱瞞。超高壓電抗器操作也是如此。

5.2.10 超高壓電廠、變電所電壓表(代號77)

表12超高壓電廠、E/S、P/S、D/S電壓表(VOLTAGE)

本表為電網調度員設計,看一頁畫面就可總覽全系統超高壓變電所345及161KV側電壓、一次變電所161及69KV側電壓與主變 OLTC TAP值、一次配電變電所161KV側電壓及主變 OLTC TAP、及超高壓電廠345KV側電壓,以便調整全系統電壓之參考。

另有設計類似表12格式給電網調度員調整電壓或電力潮流參考用表格,分別為各發電廠發電機組端電壓及無效電力出力(GV/R,代號75)、一次變電所P及Q負載表(PSLD,代號76)、一次變電所電容器與電抗器使用表(PSSCRX,代號78)、一次變電所別綜合資料表(PSLD1~5,代號79~83)。

5.2.11 台灣地理位置超高壓幹線載流圖 (代號45)

圖38 1991年台灣地理位置345KV幹線系統圖

本圖也是電網調度員要看的畫面,同時也是給參觀貴客介紹台電系統之用,圖上顯示系統南北超高壓輸電線電力潮流,線路超載時還會閃爍變色提醒調度員,還特別將當時各超高壓變電所電壓、各電廠發電量、發電燃料別Pie Chart都顯示出來,讓大家了解當時台電系統Picture。

5.2.12 161KV系統概覽圖 (代號258)

至於電網調度員要看161KV系統連接或電壓及電力潮流與斷路器狀況資料,也特地設計161KV Over View圖共24頁由北到南分別為編號251~274,在畫面下端,只要點擊一下就可跳至該畫面。

此外,在代表變電所或發電廠的方框內也顯示變電所負載或發電廠總發電量及機組解並聯圖示,詳如圖39。

圖39 台電161KV系統概覽圖(Over View 161KV)

5.2.13 161KV變電所單線圖 (代號12229)

當調度員要操作線路或變壓器斷路器時,必須利用變電所單線圖來操作,如圖40為高雄161KV變電所,紅、藍色線分別為161、69KV母線,方框實心代表斷路器ON,空心則為OFF。單線圖顯示母線電壓,各台主變流過之有效、無效電力及載流率(%)。

其他345KV及161KV變電所及發電廠開關場都有類似詳細單線圖供調度員操作之用。

圖40台電161KV變電所單線圖(One Line)


5.2.14系統記錄報表(LOG)

本表為CDC標準版,但為EMS相當重要記錄報表,特別介紹如後;

當電力系統狀態變動或影響電力系統正常運轉時,例如斷路器跳脫、電力潮流或電壓超過極限值等,EMS的異常警示功能即會根據警告嚴重性分別閃爍顯示在調度控制台CRT主警報或次要警報表上,告知調度員相關警報,調度員按下認知鍵(Acknowledge)後,才停止閃爍,同時調度控制台附近的記錄印表機,馬上按照發生時間順序列印下所有警報及調度員反應操作。

除了電力系統外,EMS其他設備(包括通信設備)異常或有動作也都如此方式記錄下來。

所以調度主管要查察調度員的工作勤奮情形,例如系統電壓太高或太低、線路超載、系統頻率過高或過低、熱機備轉容量、線路跳脫等等處理快慢,從此報表可一目了然。

表13 FGT系統記錄表

 5.2.15 各廠所專屬系統記錄報表(代號26)

表13的紀錄為不分變電所、發電廠的設備或系統的警報,按照發生時間(年、月、日、時、分、秒)順序紀錄下來,如此要查各廠所單獨紀錄非常費時不方便,所以設計本表將該廠所集中單獨顯示,以利快速查詢。

表14 各廠所專屬集中警報記錄表


5.2.16 事故順序(SOE)紀錄表(代號1543)

SOE為電力系統事故發生時,提供保護電驛及斷路器動作與跳脫順序,以研判事故發生前後情況。每當系統發生事故時SOE就會按時間順序(年、月、日、時、分、秒、微秒)排列整理在此畫面,為調度員或電驛與計畫部門人員分析研判事故肇因最有用的依據。樣本畫面如下表:

表15系統事故發生順序(SOE)記錄表

5.2.17 電力潮流紀錄表(代號101)

為方便取得台電345/161KV系統電力潮流Snap shot,特別設計此畫面,將全系統       345/161KV的重要線路潮流及發電廠出力集中單一畫面,可快速取得需要某時間系統快照,供計畫運用人員系統分析之用。詳細資料如下畫面:                                        表16台電345/161KV系統電力潮流記錄表

5.3 回顧與Cyber共同渡過20年難忘的經歷

台電使用第二代EMS CDC Cyber 180-860A電腦前後有20年,這20年的光景是不算短的日子,剛出生的小孩已經成年了!在這段歲月裡,有許多辛苦、驚恐、難忘的點點滴滴留在腦海,但因歲月久遠而且退休的關係,許多資料不在手上或流失,只能挑出幾件輕描淡寫,有點遺憾!

5.3.1 1990年初生之犢就碰上限電之虎

第二代EMS剛裝好機器,就碰上台電近30年來備用容量率(圖41)最低年代,1990~1996年備轉容量徘徊在5%上下,各個年度限電發生日數分別3、14、2、4、16、3及1天(詳如表14)共43天。

圖41 台電1985-2011年備用容量率曲線

表14 台電1990-1996年限電簡表

其中分區輪流停電共有22天,每天分區輪流停電每次約50分鐘,大都早上兩次(10:00~11:40)、下午5次(13:00~16:50)、嚴重時晚間再加兩次。

執行計畫性分區輪流停電前一日,台電電力調度處將第二天的限電時間次數及各次限電量與饋線名單,送交業務處再轉送各區營業處據以執行,當屆臨限電時刻,中央調度中心調度員利用類似圖42每30秒取樣的系統負載走勢圖,監看實際限電值,與要求限電量查證限電實際效果,維持系統運轉安全並作為下次限電計畫參考。

至於一次、二次限電由中央調度中心直接下令給各區域調度中心,各ADCS利用該中心的輪流負載限制功能執行限電,CDCS則同樣利用系統負載走勢圖(圖42)監測限電實績。

圖42 系統負載走勢圖(黃色曲線為系統負載,紅色曲線為系統頻率,每30秒鐘取樣一次,每刻度間隔12分鐘)

在這段台電限電艱困的日子,幸好第二代EMS及時趕上,感謝它陪我跟調度第一線的同事們,安全渡過那些內外夾攻、戰戰兢兢的時光!

另外,我還記得1991年4月19日聯合晚報記者黎大康,因為限電訪問我寫了一篇半版的新聞故事「來電24』,文中附上我在中央調度室的照片,為第一代與第二代EMS並用時期所照,原文把我的名字「金』寫錯為「經』,特予訂正。

5.3.2 最心痛的1999年729大停電

提起台電729大停電,心頭不禁感到一陣心痛,為當時因停電而被彈劾的林專總及張、陳、高處長叫屈,我查遍全世界停電事故也沒有發現被彈劾的案例。

729大停電大概經過摘要如後,1999年7月29日23:31台電超高壓系統的龍崎(南)~中寮山線#326號鐵塔[跟龍崎(南)~嘉民海線199號鐵塔共架],因鐵塔塔基受連續性豪雨,地層突然位移滑動崩塌所致倒塌,導致兩回線跳脫。

過不久興達電廠開關場3500及3600分段斷路器跳脫,興達電廠380萬瓩出力被迫往南經由高港輸往核三,途中消耗部分電力後,加上核三機組出力共約460萬瓩,大量電力全部經由核三~龍崎(北)山海線長距離再北送龍崎超高壓變電所(北)開關場,導致系統不穩定兩回線跳脫,南北解聯(參考圖43)。

因此,北部電源不足約460萬瓩,系統頻率下降,低頻限電約177萬瓩加上抽水負載跳脫25萬瓩,電源仍舊大量不足,系統頻率繼續下降之57HZ以下,各水火力及核能電廠機組,短時間內連續跳脫,導致龍崎以北系統全停電。停電負載高達1670萬瓩,停電戶數約846萬戶。

北部大停電發生時,第二代EMS的UPS發揮功能接續供電,緊急電源柴油機接著也啟動供電,EMS沒有當機維持正常運作,中央調度中心調度員利用的系統負載走勢圖(圖44)監看系統負載突降1670萬瓩,系統模擬盤北部系統燈號全亮閃爍與主警報等訊息,還有從台電大樓26樓鳥瞰外頭台北大都會一片黑漆漆,就知道大事不妙。

圖43 1999年7月29日台灣大停電系統分裂圖(淺黃色為全停電區域,淺綠色區域為未受影響照常供電地區)

圖44 729大停電EMS系統負載走勢圖紀錄(每15分鐘取樣,草綠色曲線為系統負載、紅色曲線為加上抽蓄負載之系統負載,藍色為以龍潭超高壓變電所測量到北部與中部系統MW融通電力量,正值為中送北,負值為北送中)

緊接著調度員一邊忙著復電,同時通報相關人員成立緊急應變中心,幸好南部系統健在,系統往北加壓逐漸復電,讓北部機組重新啟動併聯供電, 大概在停電後四小時復電率達50%,21小時後全部100%復電。

事故後的肇因探討,第二代EMS的事件順序紀錄(SOE)(表15)發揮功效,幫事故分析人員理出事故發生前後系統線路及發電機組等斷路器、保護電驛動作先後頭緒,找出肇因。此外,EMS的各機組出力紀錄整理後的含有各類發電別的系統負載曲線(圖45),也給事故檢討人員對各類發電機組再並聯與復電情形,一目了然。

表15 台電729大停電EMS的SOE整理紀錄

圖45 729大停電7月29日與30日系統負載曲線(利用EMS收集各發電機組毛出力資料繪製)

5.3.3 最嚴重的1999年921大地震停電

1999年是台電最不吉利的一年,729大停電之後,不到兩個月,9月21日清晨01:47台灣又發生百年來最嚴重7.3級的地震,震央在南投縣集集鎮,也就是在台電超高壓系統最重要樞紐中寮超高壓開閉所附近,致使中寮開閉所嚴重受損,所連接的20回線全部跳脫,震斷了345KV南北電力輸送通路。

接近震央的翁子一次變電所以南到鉅工發電廠以北區間161KV輸電線也受損全部跳脫,另外濁水溪與大甲溪兩水力發電系統之輸電線及發電設備嚴重受創,以致161KV輸電系統也南北中斷,台電系統以濁水溪為界南北分裂,北部系統電力嚴重不足,造成680萬戶全停電,南部及東部系統則維持正常供電(參考圖46)。

震後台電電力系統受損於翁子、天輪、中寮、霧峰等變電所分裂成三個獨立系統:

  • 北部系統:翁子一次變電所以北地區
  • 中部系統:天輪、翁子以南到南投、中寮以北地區
  • 南部系統:中寮以南地區

北部及中部停電後,中央調度中心調度員就積極利用石門、翡翠等水力發電廠及林口、通霄及台中氣渦輪等全黑啟動機組進行復電,讓大型火力電廠取得啟動電源,重新啟動併聯系統供電。

同時台電工程人員也冒著危險深入受災發變電所、巡視輸電線路災情,優先搶通台中火力往北超高壓輸電線,讓新竹科學園區在停電後86小時可全載用電。至於一般民眾限電則在10月10日完全解除。

圖46 921大地震台電系統受災略圖與超高壓線路搶修引接圖

回憶1999年9月21日凌晨1點47分,我在睡夢中被搖醒,室內夜間照明燈及外頭路燈全熄,拿起電話打給中央電力調度中心,電話佔線,心裡直覺不妙。急忙騎上摩托車飛快往台電大樓衝,一路上黑漆漆,到達台電總處前,聞到緊急柴油發電機發電油氣味,進入大樓電梯全部停用,只有樓梯緊急照明燈亮著,我氣喘如牛快速用力爬上26樓,到了中央調度室已經有住比較近公司的同仁自動報到幫忙,不久董事長、總經理等長官,還有經濟部長王志剛也拖著魁武的身軀吃力爬上26樓了解災情坐鎮指揮。

第二代EMS經得起這次地震搖晃,跟729大停電一般程序,先由UPS供電,啟動緊急柴油發電機繼續供電,維持正常運轉。調度員利用EMS遙測設備監視系統,以及裝設在台北、中港、高港變電所的頻率監視設備傳回的系統頻率信號,繼續維持分裂的三個系統運轉不墜。

緊接著的搶修復電工作,在試送電加壓或併聯等操作,EMS發揮其協助功能,加速復電。在9月21日至10月9日北部系統電源不足期間,緊急分區輪流停電或大用戶、一、二級限電都少不了EMS。我記得有家鋼鐵廠拒絕減少用電,調度員從EMS變電所線路潮流監測得知,斷然指揮變電所值班人員警告在變電所端斷電,讓用戶共體時艱。此外,EMS也提供SOE跳脫順序資料,發電資料(圖)及其他紀錄,在事故檢討分析方面貢獻良多。

圖47 921大地震完全復電前20天台電系統負載曲線(利用EMS發電資料統計)

921大地震災後檢討,在EMS與調度中心方面,我也得到一些啟示,調度中心不適合設在高樓層,EMS必須有異地備援系統,方可減少風險。

5.3.4 心驚肉跳的颱風來襲台電大樓陸上暈船

台灣處在太平洋颱風帶,颱風來襲是家常便飯,記得第二代EMS正在如火如荼進行裝機測試,在商轉前不久,中度颱風楊希沿著北海岸環繞基隆、金山、淡水、林口,在桃園西北方往大陸行進,將近8小時。我在26樓調度中心坐鎮,幸好EMS一直屹立不墜,每聽到一陣強風來襲聲音,大樓就像大海中的大船搖晃一下,系統模擬盤上線路燈號就閃爍,顯示線路也同步跳脫,在調度台負載走勢圖看到系統負載突昇又陡降,系統頻率也隨著變動,但是警報報表查不出變電所主變負載跳脫,讓大家都猜不出頭緒。颱風過後,現場巡視才發現是核二~汐止345KV線路,在山邊有樹木被強風吹靠近線路,但未碰觸產生ARC高電阻類似負載,保護電驛不會動作而發生如此怪現象,讓我印象深刻至今不忘。

第二代EMS運轉20年中,通過台灣北部(東經120~122度,北緯25~26度)的颱風大約有21個(圖48),台電大樓都是在陸上行舟搖擺中渡過,EMS都幸運撐過去,當然也有驚險的經驗。記得有一次強烈颱風來襲,27樓屋頂EMS專用的冷卻水塔,循環冷卻水被強風吹出回收池,冷卻水補充不及,EMS主機溫度升高,發出警報,緊急通知負責維護的秘書處同仁,冒著狂風暴雨搶修,渡過難關。

歷經每次颱風的考驗,我也不免心中在想調度中心有必要設在高樓嗎?

圖48 1990~2009年通過台灣北部東經120~122度北緯25~26度的颱風(資料來源中央氣象局)

5.3.5 嬌貴水冷式主機心驚肉跳維護20年

第二代EMS之CDC Cyber 180-860A為Main Frame大型電腦主機散熱採用稀有的水冷方式,除了機房必備的冷氣機外,特別還裝有冰水機將從主機循環帶出熱水散熱後,在送進水冷設備(WCU: Water Cooling Unit)管線經壓力調整閥輸送至與CPU、IOU及電源供應器接觸的銅管,將熱量帶出,再循環送至冰水機,365天24小時,周而復始。所以冷氣機、冰水機及WCU三者之一都不能故障,否則Cyber就當機。另外,主機將熱量帶出的銅管也是很嬌貴,水質PH值必須保持,否則銅管生銅綠會破管。再者水管為橡膠管跟銅管連接處的處理也是要特別小心,不然就很容易滲水或漏水。

因此,這20年來 Cyber當機,肇因為冷卻水系統佔了一大部分。我還記得1999年12月1日,那時我是主管硬體維護電算課的副處長,CYBER A column 1漏水造成B1N及B1H積體電路短路,經修復水管,但不敢啟動主機,花了約60萬請美國CDC退休老師傅來協助,到12月8日才修復正常運轉。這次最糗的是半夜漏水沒有警報,水從26樓經25樓漏到24樓的董事長辦公室,還好董事長是跟調度處熟悉的席董。事後我們趕緊加裝漏水警報系統,之後,就沒再發生類似事件。

圖49 Cyber A Column 1 積體電路短路故障

5.3.6 難纏的電腦當機主兇-笨重25公斤高轉速(3600RPM)500MB硬碟

科技進步讓人讚嘆!20幾年前裝設第二代EMS時,519MB的CDC 3600RPM 硬碟(HDA)重量高達25公斤,機械與線路複雜,有12片Disk,40個讀寫頭,跟現在(2012年)100多克,動不動500GB容量(圖50),結構簡單相比,簡直是天方夜譚!我記得維護硬體的電算課同仁跟我開玩笑,派到電算課同仁要先體能測驗抱得動25公斤。

提起此款硬碟就是我們維護同仁們心中之痛,因為每分鐘3600轉高速,24小時運轉,讀寫頭異常精密,經不起電壓起伏,轉速變動。所以過去20年EMS當機幾乎一半都與硬碟有關,尤其EMS年齡超過一般10年壽命後,出狀況頻率更高,電算同仁經常三更半夜被叫醒搶修,例如住在公司一河之隔離公司最近的陳彰仁被Call最勤,讓我作主管的都覺得不好意思。

當時第三代EMS還沒著落,而且台電魔咒讓原製造廠家CDC關廠停產,我們未雨綢繆像撿破爛的一樣,搜刮全球拆機舊品,加以重整維修作為備品,苦撐下去。到了2005年2月1日ADVP15 故障,已無備品可換,幸好台灣康大公司找到一款抽取式硬碟(CDSS: CYBER DISK STORAGE SUBSYSTEM)可以替代CDC 885硬碟機,解決燃眉之急,試用CDSS後發現其可靠度甚高,於是在2006年3月以月租約34萬訂三年租約,到2008年我退休幾乎沒有三更半夜電話搶修的事件發生。

                     圖50 20幾年前CDC 519MB硬碟與現在500MB硬碟實體比較

圖51抽取式硬碟(CDSS: CYBER DISK STORAGE SUBSYSTEM)

 5.3.7台電全面自動化調度控制工程2002/8/17總統按鈕啟用

耗資六十六億元、興建時間長達十八年的台電全面自動化調度控制工程,終於在民國91年8月17日上午在台電新竹區域調度中心由陳水扁總統按鈕啟用。這是阿扁總統第二次參與台電電力調度控制自動化工程活動。其實,在前一年2001年9月18日水淹台北城,台北捷運變運河的納莉颱風,阿扁總統巡視災害時,到過台電電力調度處的中央調度室(圖52),我記得當時他穿著沾著泥巴的長筒雨鞋,跟當時在場人員一一握手後,聽取阿標處長利用第二代EMS MAPBOARD簡報台電系統損害情形。

圖52 陳水扁總統蒞臨台電中央調度室聽取165萬戶停電的納莉颱風台電災情

5.3.8其他過往情事

20年的歲月,經歷過好多好多事例,受限篇幅,無法像前述事件一一詳細訴說,茲挑幾件概述如下:

  • 千禧(2000)年Y2K驗證及BS7799與ISO27001資通安全驗證,第二代EMS方面也費了許多人力物力,最後都安全通過。
  • 2003年SARS期間,深恐中央調度中心人員感染,危及系統運轉安全,如何隔離人員與設立第二辦公室等,第二代EMS無正式備援系統,讓大家恐慌與不便,也給我啟示在第三代EMS一定要改善。
  • 1995年8月5日一陣響雷擊中龍潭超高壓變電所內龍潭~松樹三、四路第一號鐵塔,架空地線斷落碰觸輸電導線到地面有通訊線路通過的水溝,造成持續接地,試送電時,大量電流藉通信線進入通信機房,燒毀通信設備與直流電源。龍潭變電所保護系統無法正常運作,以致所有連接該所超高壓線路全部跳脫,系統南北分裂解聯,北部電源不足,包括桃園、台北及宜蘭縣、台北市與基隆市全停電。這件曲折事故,第二代EMS協助快速復電,提供SOE等資料以便檢討事故肇因始末,發揮莫大效用。
  • 1995年5月24日高港~核三紅線#29~#30號鐵塔間架空地線,被軍方打靶之流彈所擊斷(真準),高港超高壓變電所編號3570斷路器試送時,有一相異常,發生斷續彈跳,導致高港自耦變壓器三項不平衡電驛(521TN)動作,四台主變跳脫,系統分裂為三:岡山以北、大高雄地區、屏東與花東地區,後兩地區電力供需不穩定全停電。這件事故也是相當複雜,第二代EMS如同前一件事故,對復電操作與事故分析,助益頗多。
  • 1997年5月5日新竹變電所轄區69KV系統輸電線受雷擊故障,新竹變電所直流操作電源喪失,無法將故障線路隔離,致故障電流持續22.5秒,線路融斷,電死線下養豬場豬隻,並且事故蔓延至161KV線路跳脫,造成新竹變電所全停,影響竹科供電。隔24天5月29日,南部龍崎超高壓變電所供應岡山與社武變電所四回線一回線改接工作停電,有一回線事故跳脫,造成其餘有一回線超載過熱下垂碰觸配電線短路,另回線連鎖跳脫,岡山與社武兩變電所全停,影響許多石油化學工業及鋼鐵業用戶。這兩件事故還引起監察院調查,當然第二代EMS提供不少資料幫忙台電澄清責任。
  • 2001年3月16日起核三聯外4回345kV線路發生嚴重塩霧害,到18日止共跳脫23次。17日晨3時10分四回線全部跳脫,使得二部951MW核能發電機組進入熱停機狀態。

當(17)日白天,台電修復其中兩回線,並依程序接到核三廠供電系統,此時核能發電機組
仍維持在熱停機狀態。當晚20:38,龍崎山線、大鵬二路這兩回線又跳脫,核三又回到四
路全斷狀態,惟龍崎~核三山線在核三廠端之斷路器並未三相完全跳脫,此時345kV事故
紀錄器出現線路鐵磁共振現象曲線(圖53),引起345kV匯流排及4.16kV A串緊要匯流排過電
壓,研判可能已對17號斷路器絕緣套管造成傷害。

圖53核三345KV OSC示波器出現鐵磁共振現象曲線

3月17日晚上20:49 大鵬二路試送電成功,21:01龍崎山線送電,21:33龍崎海線送電,此時核三廠有三回線供電。但在21:50大鵬二路又跳脫,22:14大鵬一路復電,核三廠繼續維持三回線受電。

3月18日凌晨00:07 龍崎山線跳脫,核三只剩兩回線供電,00:41大鵬一路跳脫,核三345KV起變停電,廠內用電改由161KV緊變供電。約4分鐘後00:45大鵬一路復電,在操作345kV斷路器以便供電到4.16kV匯流排時,起動變壓器二次側4.16kV斷路器絕緣套管燒熔,其緊鄰接161kV系統的4.16kV斷路器之緣套管接著亦燒熔,使得接345kV及161kV供電系統的高壓斷路器均損毀,至此核三廠失去所有的廠外電源,必須依靠廠內柴油發電機發電供電。

核三一號機A串緊要匯流排的柴油發電機在電廠失去廠外電源後,立即起動成功,但因4.16kV的斷路器絕緣套管燒熔,匯流排發生接地故障,柴油發電機無法供電給此匯流排,改由B串緊要匯流排供電,但其柴油機因激磁失敗無法發電,至此核三廠內外交流電源全部喪失,進入2類A及廠區緊急戒備事故;經過15分鐘後,核三廠內部交流電源仍未恢復,即進入3類A及廠區緊急事故。最後,幸好第5部柴油發電機成功啟動,並聯B串緊要匯流排,供應廠內用電,廠內緊急狀態才解除。

這次核三3A事故引起國內外關注,政府機構專案小組調查肇因,國內外教授專家對鐵磁共振與負序(I2)爭論不休!至於事故跳脫順序,第二代EMS的SOE(表16)提供詳細資料,對事故分析檢討助益良多。

表16 核三廠318事件根據第二代EMS SOE整理的斷路器動作紀錄

六、向照顧台電系統五分之一世紀的第二代EMS「功成身退」致敬

 6.1 2009年9月30日CDC Cyber 860A功成身退與感恩

第三代EMS 在我退休將近兩年後,2009(98)年7月10日正式商業運轉。第二代EMS CDC Cyber 860A台電電力調度處訂於2009年9月30日正式走入歷史。該處為了感謝20年來它對台電電力系統提供穩定與高品質供電、及台灣經濟起飛的貢獻,特別製作一套紀念專輯作為歷史見證與留念。

同時也感謝這20年來讓第二代EMS順利運轉存活下來的電力調度處老單位電算、程式、資訊三課歷年同仁,靠他們多年來無數次的搶修與細心維護照顧,為它付出青春歲月與辛勞及努力,才有今天的功成身退、光榮除役。

6.2 我的感觸與感謝

對我而言,更是感觸良多!20年來我從Cyber空運來台裝在調度室開始,看著它試運轉、商轉,在前5年我是中央調度監,帶領著調度員使用它,擔心他故障影響系統調度。在中間10年我角色變為主管維護運轉的副處長,最後三年為負責調度處的處長,也擔心它出差錯,尤其EMS過了10歲,在原製造廠消失多年,沒有可靠支援下,擔憂是不用說的,萬一EMS掛了,你如何向長官及社會交代?還好吉人天相,它撐到我退休還可運轉。更幸運的居然還繼續健在兩年光榮退伍!寫下水冷式EMS 20年的最高使用紀錄,不虛此生!台電當局應該感謝這群調度處EMS團隊,為公司省下一代7、8億元的EMS,當初調度處不顧外界質疑設立EMS三課,代價是值得的!

在此感恩的一刻,雖然我退休將近四年,我還是要深深的再次感謝調度處EMS老同事的幫忙,讓我全身而退。當然也忘不了感念當年積勞成疾往生的王仲平電算課長。

6.3 光榮身退的照片

為了讓大家見證第二代EMS走入歷史,特別情商台電電力調度處提供拆除經過相片,PO給有興趣老友分享,詳細如下:

6.3.1 二十年來向蒞臨中央調度室貴賓介紹的系統模擬盤上的畫面:

 圖54 1984MW是中送北電力潮流,59.99HZ是系統頻率

圖55 粉紅色是火力電廠、褐色是核能電廠

圖56 深綠色方塊是超高壓變電所、淺綠色是一次變電所、黃色線是超高壓輸電線、橘紅色是161KV輸電線,09:19:51是衛星標準時間

圖57 淺藍色方塊是水力發電廠;方塊內數字是第幾部發電機,燈亮代表發電中,燈熄滅代表停機;方塊外燈號代表線路斷路器開或關,燈亮代表跳脫或停用,熄滅代表關或正常使用中

6.3.2捨不得說再見,紛紛與EMS合照留影紀念

圖58 調度處籃處長及張副處長率領EMS同仁在Mapboard前合照

圖59 從前EMS三課老電算課吳明煌課長(現稱組長)坐輪椅跟施有為資訊課長及程式課翁伯東課長及老同仁合影留念

圖60 老電算課的陳彰仁股長與鄭有財在機房合照

圖61 老電算課的歐陽傑與陳彰仁股長與吳維鐘前合照

圖62 老電算課歐陽傑、林國順與老電能一課胡倉溢、范正股長在Cyber主機前合照

圖63 老電算課新銳杜裕升按下磁碟機

圖64 老電算課陳彰仁股長特別在30歲系統模擬盤的SIEMENS名牌前留影

圖65 老電算課陳彰仁股長特別在FGT 控制器前留影

圖66 老電算課歐陽傑與陳彰仁股長特別在相處30年的Mapboard背後留影

圖67 老程式課長翁柏東在過一下調度員最後一刻乾癮

圖68 老資訊課長施有為也在調度台留影存念

圖69 老電算課林國順股長在他維護過的調度控制台留影

圖70 老調度員劉坤城調度監捨不得離開相處20年的調度台

圖71 張副處長在他20年前採購的調度台留影

圖72 老調度員蔡利郎副研究員在調度台回味留影

圖73 當過調度員的陳政宏幫林昭琦在調度台拍照留影

6.3.3 二十年CDC Cyber 860A的中央調度室熄燈,留下難忘的句點

圖74 台北中央調度中心劉坤城調度監按下電燈開關熄燈率調度員走人

圖75 台北中央調度中心燈光漸滅,等待重建(見)光明

6.3.4平常光鮮亮麗的中央調度中心與電腦房,今天才看得到它的真面目:

圖76 從第一代EMS用到現在30年的西門子製系統模擬盤(小馬賽克拼成的畫面,應該要一塊做紀念)

圖77 掀開昇高地板電腦房通往調度室線路與管路如麻

圖78 主機冷卻水管與水閥開關


圖79 大家商量如何拆解

圖80 掀開好重的升高地板看配線與管路

圖81 掀開地板密密麻麻線路與管路如何下手

圖82 施組長端詳如何拆解管路

圖83 林泉輝軟體老同事也來幫忙

七、後語

在台電服務的歲月幾乎有一半時間是第二代EMS陪著我從事電力調度工作,在使用與維護方面也花了不少心力,下了許多工夫。將近20年的相處,留下許多記憶,如果不把它記錄下來,再過幾年一切就像船過水無痕,留下空白空遺恨。

因此,趁退休含飴弄孫閒暇之餘,尋尋覓覓努力整理過去資料,並且得到老同事們的協助,提供相片或資料,終於完成第二代EMS的故事,留下歷史備忘紀錄,跟老朋友與年輕的下一代朋友分享!當然更希望老友們指正!

在這段回憶之餘,也有些感觸!諸如第一期預算結餘將近新台幣10億元,但是例如EMS執行調度工作重要軟體之一的UC與負載預測沒有採購,實在可惜!第二代EMS施工也沒另找場地,就地與第一代EMS並行施工,造成後來磁碟機等維修困難,並失去建構獨立中央電力調度中心的難得機會,讓調度中心呆在高樓,擔心颱風、地震災害、甚至類似美國911風險。還好第三代EMS在我主導下,把這些經歷教訓都納入考慮,不再重蹈覆轍!

至於當初立意甚佳的「電控會」組織,因人而異,被強迫裁撤,也覺得相當可惜!電力調度控制系統又回到各自為政原點,讓我懷念剛進公司那時代,電力專業眼光學問一把罩的高層!

參考資料:

  1. 民國80年1月台電電控會「電力調度自動化工程」
  2. 民國82年12月台電公司電控會「全面自動化電力調度控制第一期工程」竣工報告
  3. 民國92年1月台電公司電控會「全面自動化電力調度控制第二期工程」竣工報告
  4. 民國84年6月1日台電公司「中央調度控制中心』簡介手冊
  5. 民國89年3月台電公司「九二一大地震電力系統事故報告』
  6. 民國88年台電公司「民國八十八年七月二十九日系統停電事故報告』

致謝:電力調度處籃處長、張副座、劉調度監、陳彰仁、曾重富、翁伯東等提供資料相片影片

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About gordoncheng

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 回顧台電電能管理系統祖孫三代與我 (中)

  1. K-C Liu 說道:

    TPC EMS發展史,也是電力系統中央調度成長史,真的非常珍貴,太讚了。

    • gordoncheng 說道:

      謝謝老朋友的捧場!可惜2009/9/30熄燈前,忘記吩咐將許多畫面下載存檔,目前所PO圖檔只有我從前下載的幾張,有些是我手頭有的報表紙本影印,不然內容將更為豐富!趁現在第二代EMS才功成身退兩年多,記憶猶在,期盼老友們若有其他畫面,懇請提供給大家分享!否則像第一代幾乎都忘光光了!

  2. 何培基 說道:

    Dear Gordon Cheng:
    I am Pei-Gee Ho (何培基). I am visiting your blog “回顧台電電能管理系統祖孫三代與我" which is wonderful. It bring back some of my memory during 1978-1980. If you can still recognize me, please drop me a line, I wish to chat with you sometimes:
    Currently, I work for US Navy, also a part time adjunt prof. (year of 2010) at UMass.
    My facebook: Pei-Gee Ho (何培基), make friend with me if possible.
    My e-mail at UMass : g_pho@umassd.edu
    Also, let me know the e-mail address of my past 台電 boss friends: Mr. Young, Mr.Lin … etc
    Thanks,

  3. Cristophie Chao 說道:

    一個很好的回顧,也了解了老一代的系統。目前任職於四零四科技。有機會再請教。

    • gordoncheng 說道:

      謝謝您的分享!科技進步日新月異,從前Mainframe主機電腦系統,現在都變成分散型系統了!我因碰到難得的機緣,粗略記載一些歷史,給台電後輩留個記憶!

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