北美大停电事故分析
美国1996年7月2日大面积停电的简单分析
对美国1996年7月2日大面积停电的简单分析1996年7月2日13时24分(太平洋地区时间)的大面积停电事故,使200多万用户受到影响,大多数用户在30min内恢复供电, 19时45分全部恢复供电。
这次事故是由于怀俄明州Jim Briger发电厂的一条345kV出线对大树闪络引起线路跳闸,相邻另一条345kv线路保护误动,使事故扩大,引发一系列连锁反应，损失负荷10.576GW。
1电网方面的简单分析WSCC是北美互联电力系统4个以直流联网的同步运行的电网之一。
该电网负荷和电源分布极不均衡,水电主要分布在北部,火电分布在南部和东部。
南北部负荷特性差异较大,南部高峰负荷出现在夏季,北部在冬季。
负荷密度最高的WSCC南部的加州和南内华达州(CNV)夏季高峰负荷约占全网的二分之一,装机占三分之一,负荷中心普遍与电源距离较远。
因此,长距离大容量输电和南北之间潮流方向随季节变化,是WSCC电网的主要特点之一,夏季水电南送,冬季潮流反向。
2 事故情况7月2日,WSCC的大面积停电事故,是由JimBridger电厂(位于怀俄明州)至Kinport变电所之间单回345kV线路对大树闪络而引发。
而在事故前，出现了线路紧张的情况。
7月2日的停电事故总计影响200多万个用户,约占WSCC全部用户的10%,损失负荷10.576GW。
大多数用户在事故发生后30min内恢复供电,到19时45分,供电全部恢复。
3对此次事故的简单分析（1）事故前多条线路通道比较紧张,使电网处于非常不利的局面。
对这种严重的电网运行方式未做过分析。
本次停电事件中，无功电压支持能力不足是事故扩大的原因之一。
（2）这次大面积停电事故说明,电网实时安全运行监视仅由控制区实施是不够的,需要具备对更大区域的实时安全运行监视的手段,区域运行协调办公室要有本区域电网的实时信息。
（3）电网方面反应迅速，在停电时及时对相关线路进行了抢修，使由于停电而造成的损失得到了一定的控制。
大停电事故及其教训
简要经过和原因分析 ：
伦敦大停电事件 ：
➢ 2003年8月28日下午英国伦敦经历了16年来第1次大停电。英国国家电网公司所属的伦敦南 部电力传输系统出现故障，导致该系统从18:20至18:57电力供应中断。停电影响了EDF能源 公司的410000个用户，事故主要发生在伦敦南部地区，停电共损失负荷724MW，约为当时 整个伦敦负荷的20%。
➢ 英国国家电网公司在事故后进行了调查，故障出现的原因是在2001年更换老设备时安装了一 个不正确的保护继电器，致使自动保护设备误启动，而切除Hurst变电所的变压器不是造成 本次事件的直接原因，它使伦敦电力供应量瞬间减少了五分之一。由于电力缺额过大造成了 这次大停电。
北欧大停电事件 ：
➢ 2003 年9月23 日北欧电网中的瑞典中部和南部电网及丹麦的东部电网发生大面积停电，停 电区包括瑞典首都斯德哥尔摩，重要城市马尔及丹麦首都哥本哈根。瑞典东部奥斯卡斯汉姆 核电厂3号机(1135MW)及西部林哈尔斯核电厂3号机(920MW)及4号机(885MW)停运。
可吸取的教训：
❖ 元件的故障或扰动，在局部系统内部采取措施来消除影响，不使其扩散到局部系统外； ❖ 区域系统之间输电断面上的故障，切除故障元件后尽量保持输电断面的完整性； ❖ 反应元件运行异常的保护应与系统的安全自动装置协调动作，保证网络连接的强壮性，尽量
满足输电能力与输电需求的平衡，切不可独立、无序乱动； ❖ 互联系统失稳后，应按功率尽可能平衡的原则有序解列，避免大面积停电，并有利快速恢复。
巴西大停电事件 ：
美加814大停电原因、过程、危害、启示
美加8.14大停电电力实09马剑2003年8月14日，美国中西部、东北部及加拿大安大略省遭受了大面积停电事件。
事故开始于美国东部时间16时左右，在美国部分地区，电力供应在4日后仍未恢复，而在全部电力供应恢复之前，安大略省部分地区的停电持续了一个多星期。
一、事件全过程1、事故的发展过程[1]：事件发生前，停电地区中西部正值高温天气，电网负荷很大。
潮流方向是从印第安纳州和俄亥俄州南部通过密歇根州和俄亥俄州北部向底特律地区送电，并通过底特律地区送往加拿大的安达略省。
14时左右,俄亥俄北部属FE电网公司的Eastlake5号机组（597MW）跳闸。
15时05分，俄亥俄南北联络断面上送克里夫兰的一条345千伏线路跳闸，其输送的功率转移到相邻的345kV线路（Hanna–Juniper）上。
15时32分，俄亥俄另一条南北联络线Ohio Hanna—Juniper345千伏线路因对树放电跳闸，这是因为上一事件引起该线路长时间过热并下垂，从而接触线下树木。
当时由于警报系统失灵没能及时报警并通知运行人员，15:32该线路因短路故障而跳闸，使得克利夫兰失去第二回电源线，系统电压降低。
[2] 15时41分，俄亥俄又有两条南北联络线相继跳闸，克里夫兰地区出现严重低电压。
16时06分，俄亥俄南北联络断面又有一条345千伏线路跳闸。
此时潮流反向从底特律地区向俄亥俄州北部送电。
16时09分，俄亥俄南北联络最后两条345千伏联络线跳闸。
俄亥俄州南北联络断面全部断开，潮流发生大范围转移，通过印第安纳州经密歇根州与底特律地区向俄亥俄州北部送电。
大约30-45秒后，因电压下降，密歇根州中部电网大约180万千瓦机组相继跳闸，密歇根州中部电网电压开始崩溃。
16时10分，底特律地区电压全面快速崩溃，在8秒钟之内约30条密歇根州和底特律间的联络线跳闸，潮流再次发生大范围转移，从俄亥俄州南部经宾西法尼亚、纽约州、安达略、底特律向克里夫兰送电。
北美大停电事故分析报告
一、事故概括及背景美国东部时间2003年8月14日16:11，以北美五大湖为中心的地区发生大停电事故，这是北美有史以来最大规模的停电事故，停电涉及美国整个东部互联电网。
事故中至少有21座电厂停运，约5000万人受到影响，纽约州80%供电中断。
二、事故的发生及控制措施（1）8月14日14:00，位于俄亥俄州北部的一个550MW发电机组停运，导致在15:06俄亥俄州Chamberlain–Harding 345kV线路跳闸，其输送的功率转移到相邻的 345kV 线路（Hanna–Juniper）上，此时系统还处在正常状态。
（2）15:32 由于长时间过热下垂接触树木和警报系统失灵，Hanna–Juniper 345kV 线路因短路故障而跳闸，克利夫兰失去第二回电源线，电压降低；密歇根州内线路潮流保持稳定。
此时系统电压超出允许范围，变为紧急状态。
（3）15:41至16:06三条345kV 线路相继跳闸，但供电公司认为，虽然有一些线路跳闸，系统也是安全的，因而未与其他相连系统解列，导致发生了一系列连锁反应，更多回输电线路跳开、潮流大范围转移、系统发生摇摆和振荡，系统有功和无功功率不再平衡，系统转变为崩溃状态。
（4）事故发生几小时后系统开始逐步恢复负荷，系统进入恢复状态，截止到8月15日11:00，共恢复负荷 48600MW。
大部分跳闸线路和停运机组都恢复了运行，绝大部分受影响的居民恢复了正常用电。
8月17日17:00，除了密歇根至安大略的线路外，所有在大停电中停运的线路都投入了运行。
三、系统运行的建议（1）做好电力系统的统一规划发生大面积停电事故，其主要内在原因是缺乏统一规划，在高峰负荷时线路负载重，发生“N-1”故障时极易导致相邻线路过载而相继跳闸。
（2）坚持统一调度的方针美国没有一个能够协调组织各地区电网运行的统一电力调度中心，电网调度和运行缺乏统一有效的管理机制。
应坚持统一调度的方针，确保整个电力系统的安全和稳定运行。
大停电事故及其教训
2003.9.1
马来西亚
马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。
一、国际大停电事故及其教训（2）
美国发生的其它大停电事故－预防特大停电事故是对现代科学技术的挑战
事故名称
美国东北部大停电
时间
1965.11.9
后果
最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直 接经济损失达1亿美元。 停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫， 华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。
正在研究、未来可能装备电网的保护
以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，减 少系统产生的不平衡能量
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （2）
第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置 自动重合闸装置：除减少重合于永久故障时系统不平衡能量 外，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络输电能力；
7/6 B 8/8 3
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4"
16
7"
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图3 故障切除后过负荷保护起动,由于没有正确调整潮流或调 整慢，致使切除一个输电断面，造成大范围潮流转移
一、国际大停电事故及其教训（7）
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争取各自平衡，尽量减少对用户的损失，维持各子网的安 全，创造并网条件。
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （4）
22 20 19.1 18 16 14 12 9.4 10 8 5 6 4 2 0
美加814大停电介绍以及启示
2：事故连锁效应阶段
从8月14日下午12：15开始，FE（第一能源公司）和AEP（美国 电力公司）的控制区内发生了一系列的突发事件，这些时间最终导致 了东北部电网的大停电，按照一些重要事件的发生顺序，事故的演变 过程可以分成以下几个阶段。
（1）第一阶段；12：05到14：04，其间有两个重要事件发生
图1 美加大停电地理区域
二：“8.14”大停电的后果
• 1： “8.14”大停电造成美国东北部和加拿大东部机场瘫痪 、 公共交通瘫痪 、航班延迟 、成千上万的人被困在地铁 、电 梯 、火车和高速公路上，超过5000万人的失去电力供应，停 电时间29h后才完全恢复电力 ；
• 2： “8.14”大停电给美国经济带来严重影响 ，据美国经济专 家预测 ，此次美国历史规模最大的停电事故，所造成的经济 损失可能多达300亿美元/d，而据纽约市政厅估计 ，此次停电 造成纽约市财政减收7.5亿美元 ，税收减少4000万美元 ；而 加拿大方面，其经济损失也高达23亿加元；
• 西部电网包括美国西部、加拿大的两个省以及墨西哥北部地区， 区内是WECC（西部电力协调委员会）协作区。
• 得克 三大联合电力网非同步运行，相互之间通过背靠背直流系统联 络。
• “8.14”大停电主要发生在北美大联合电力系统，其是世界上 最大的联合系统，到2007年总装机容量超过13亿kw，覆盖美国、 加拿大和墨西哥的一部分，由4个同步电网组成：东部电网、 西部电网、德克萨斯电网和魁北克电网。
图6 俄亥俄州部分地图
图7 事故中心潮流的大致分布 图8 事故中心潮流的数值及其流向
“8.14”大停电的发生过程
一：事故累积阶段 电网运行状况逐步恶化的累积效应是大面积停电的前奏，影响电网运
814大停电原因及分析
美加“8.14大停电”原因及分析北美电力可靠性委员会（NERC）对有关8.14大停电原因的报告以及有关方面的资料清晰地给出了此次事故的起因和发展过程，现简述如下。
从2003年8月14日下午美国东部时间（EDT，下述均为此时间）15时06分开始，美国俄亥俄州的主要电力公司第一能源公司（First Energy Corp.，以下简记为FE）的控制区内发生了一系列的突发事件。
这些事件的累计效应最终导致了大面积停电。
其影响范围包括美国的俄亥俄州、密执安州、宾夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西州和加拿大的安大略省、魁北克省，损失负荷达61.8 Gw，影响了近5千万人口的用电。
事故演变过程可分为如下几个阶段:（1）事故发生前的阶段。
图1中，各系统之间靠345kV和138kV线路构成一个交直流混联的巨大电网，其总体潮流为自南向北传送。
属于事故源头的第一能源(FE)系统因负荷高，受入大量有功，系统负荷约为12.635GW，受电约2.575GW(占总负荷的21%)，导致大量消耗无功。
尽管此时系统仍然处于正常的运行状态，但无功不足导致系统电压降低。
其中FE管辖的俄亥俄州的克力夫兰-阿克伦（Cleveland-Akron）地区为故障首发地点。
在事故前，供给该地区有功及无功的重要电源：机组戴维斯-贝斯机组（Davis-Besse）和东湖4号机（Eastlake4）已经停运。
在13∶31东湖5号机（Eastlake5）的停运，进一步耗尽了克力夫兰-阿克伦地区的无功功率，使该系统电压进一步降低。
（2）短路引起的线路开断阶段。
15∶05俄亥俄州的一条345kV（Chamberlin-Harding）输电线路在触树短路后跳闸（线路开断前潮流仅为正常裕量的43.5%），致使由南部向克力夫兰-阿克伦地区送电的另外3条345kV线路（Hanna-Juniper、Star-South Canton和Sammis-Star，如图2所示）的负荷加重（其中Hanna-Juniper线路上增加的负荷最多，同时向该地区送电的138kV线路的潮流也随之增加，如图3所示。
美加大停电事件体制根源探析
美加大停电事件体制根源探析美、加“8〃14”大停电事件，再次引发了人们对电力体制改革的思考。
停电事件的发生有一定的偶然性，原因也是多方面的，不能因此一概否定美国的电力体制改革，但美国近年来的几起事件，比如：加州电力危机，几次电价的急剧上涨，大面积停电事故频发等等，与其电力体制也存在必然的联系。
加州电力危机，从某种程度上使人们对电力改革的长期性和复杂性有了新的认识，改革举措的出台也因此变得比较谨慎了。
美、加“8〃14”大停电事件的发生，对其改革的决策和推进势必产生深刻的影响。
同时对美加停电事件进行分析，可以给我们许多启示。
1、美加停电事件给予我们最直接的警示是：改革应当重视电网安全问题。
在美国推行电力改革伊始，就有专家警告，如果不予以高度重视，放松管制就可能变成灯火管制。
“8〃14”大停电事件，不是第一次，也不会是最后一次。
根据ABB专家的介绍，在世界各国电力改革的初期，电网的可靠性都不同程度有所降低。
专家认为，该事件之前，有些人处在一种感觉良好的环境中，事件后，发现所谓的安全环境并不存在。
改革与安全应当是并行不悖、相辅相成的，电力体制改革的推进不是以牺牲电力系统的安全、可靠性为代价，相反，改革和发展的目的之一就是要实现更高的安全、可靠性这一目标。
同时，电力系统的安全也是电力改革能否顺利进行的重要条件和成功与否的重要标志。
因此，改革必须高度重视安全问题。
电力体制改革对电网安全稳定的影响是多方面的。
如果把电网公司视为监管下的普通经营性企业，那么，必然使各电网企业的成本压力与日俱增。
七年改革，促使美国各电网企业普遍削减成本，因为削减成本可直接使企业自身受益，并使股东满意。
在“避免法律指控”的前提下，降低成本的一般性措施包括使电网在较低的稳定裕度水平下运行，减少维修次数，缩减或者取消投资，这意味着减少电网设施的投入量。
许多电力公司现在仅维持最少的常规维护，因此降低了设备的可靠性，许多偏远的设施出于成本原因而采用无人值守、远方操作，增加了外力破坏的可能性等等。
(完整版)8.14美加大停电事故原因分析及启示
8.14美加大停电事故原因分析及启示美加大停电事故原因作初步分析（1）电网结构方面北美电网包括三个独立电网①东部互联电网,包括美国东部的地区和加拿大从萨斯喀彻温省向东延伸至沿海省份的地区②西部互联电网,包括美国西部的地区不含阿拉斯加州和加拿大阿尔伯达省、不列颠哥伦比亚省以及墨西哥的一小部分③相对较小的德克萨斯州电网。
这三个互联系统在电气上相互独立,通过少数几条输送容量较小的直流联络线相连。
这次发生大面积停电事故在东部地区。
被认为造成大停电的主要导火线是包括底特律、多伦多和克利夫兰地区的Erie 湖大环网，沿该环网流动的潮流经常无任何预警地发生转向，造成下方城市负荷加重。
此次系统潮流突然发生转向时，控制室的调度员面对这一情况束手无策。
（2）电网设备方面美国高压主干电网至少已有四五十年的历史，一些早期建设的线路及设备比较陈旧，而更新设备又需要大量资金投入。
投资电网建设的资金回报周期长、回报率低。
例如在20世纪90年代，投资发电厂资金回报率常常在12%~15%，而投资输电线路只有8%左右。
因此，只有当供电可靠性问题非常严重，或是供电要求迫切时，电力公司才会考虑投资修建输电线路。
另外，环保方面的限制也增加了输电线路建设的难度。
（3）电网调度方面由于没有统一调度的机制，各地区电网之间缺乏及时有效的信息交换，因此在事故发展过程中，无法做到对事故处理的统一指挥，导致了事故蔓延扩大。
国际电网公司（ITC）追踪到大停电以前1h 5min的数据，认为如果能够早一点得到系统发生事故的一些异常信号，就可能及时采取应急措施，制止大停电事故的发生。
（4）保护控制技术方面美国电网结构复杂，容易造成运行潮流相互窜动，增加了电网保护、控制以及解列的难度。
这次停电事件中，在事故发生初期FE与AEP公司的多条联络线跳闸（有些在紧急额定容量以下），对事故扩大起到推波助澜的作用。
NERC在对事故记录的调查中发现许多“时标”不准确，原因是记录信息的计算机发生信息积压，或者是时钟没有与国家标准时间校准。
大停电事故及其教训
正在研究、未来可能装备电网的保护
以尽可能快的速度、在尽可能小的范围内切除故障，减 少系统产生的不平衡能量
二、我国保障电网安全运行的“三道防线” （2）
第二道防线：保障电网安全运行的安全自动装置 自动重合闸装置：除减少重合于永久故障时系统不平衡能量 外，尽量减少网络拓扑的变化，尽快恢复网络输电能力；
一、国际大停电事故及其教训（4）
高周切机
G
12/10 各线路配置过负荷后备保护
D
失步解列M1 12/8
G
G
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高周切机 3
C
10 低 周 减 载
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5/4 低 压 低 周 减 载 7 秒 动 作 4
高周切机
3 "
7/4
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失步解列M2
B
G
4"
3
8/8
高周切机
图1 正常潮流状态及自动装置配置
2003.9.1
马来西亚
马来西亚北方5个州发生大停电事故，停电持续约4个小时。
一、国际大停电事故及其教训（2）
美国发生的其它大停电事故－预防特大停电事故是对现代科学技术的挑战
事故名称
美国东北部大停电
时间
1965.11.9
后果
最长停电时间达13h，影响居民3000万人，直 接经济损失达1亿美元。 停电时间达25h，停电引起贫民区纵火与抢劫， 华尔街计算机停电，损失价值超过百万人小时。
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美国得州极寒天气停电事故分析及启示
谢谢观看
一、事故原因及影响
此次美国得州大停电事故的主要原因在于能源基础设施的老化和对新能源发展 不足。在得州，特别是休斯敦地区，由于对传统化石能源的高度依赖，当地电 网在面临极端天气条件时显得极其脆弱。在炎热的夏季，居民用电需求激增， 而风力发电和太阳能发电的供应不足，使得电网负荷加大，最终导致了这次大 停电。
这次事故给美国以及全球的新能源发展敲响了警钟。首先，它暴露了过度依赖 化石能源的弊端。尽管得州在努力推动能源转型，但在实际操作中仍然存在困 难和挑战。其次，这次事故也凸显了新能源并网发电的重要性。在面对突发事 件时，只有具备稳定、可靠的能源供应，才能保障社会正常运转。
二、对我国新能源发展的启示
我国在新能源发展方面已经取得了显著的成效，但仍可以从此次美国得州大停 电事故中吸取教训。
4、建立预警机制和应急预案
得克萨斯州在面对极寒天气时缺乏有效的预警机制和应急预案，导致了大规模 停电的发生。因此，我国需要建立预警机制和应急预案。这包括加强对气象、 水文等自然灾害的监测和预警工作，以便及时采取有效的应对措施。还需要建 立健全的应急预案制度，以保障在突发事件发生时能够迅速做出反应并最大限 度地减少损失。
总之，美国得克萨斯州的电力危机事件对我国电力行业具有一定的启示作用。 我们应该从中吸取经验教训，加强电力基础设施建设、重视能源多元化和清洁 能源的工作，以保障我国电力供应的安全性和稳定性。
参考内容
随着气候变化的严重性日益凸显，全球范围内对于新能源的探索和开发已经成 为了重要的议题。然而，最近在美国得州的重大停电事故，却给全球的新能源 发展带来了警示。本次演示旨在通过分析此次事故的原因和影响，探讨其对我 国新能源发展的启示。
2、重视能源多元化和清洁能源 的发展
8.14美加大停电事故原因分析及启示
8.14美加大停电事故原因分析及启示8.14美加大停电事故原因分析及启示美加大停电事故原因作初步分析（1）电网结构方面北美电网包括三个独立电网①东部互联电网,包括美国东部的地区和加拿大从萨斯喀彻温省向东延伸至沿海省份的地区②西部互联电网,包括美国西部的地区不含阿拉斯加州和加拿大阿尔伯达省、不列颠哥伦比亚省以及墨西哥的一小部分③相对较小的德克萨斯州电网。
这三个互联系统在电气上相互独立,通过少数几条输送容量较小的直流联络线相连。
这次发生大面积停电事故在东部地区。
被认为造成大停电的主要导火线是包括底特律、多伦多和克利夫兰地区的Erie 湖大环网，沿该环网流动的潮流经常无任何预警地发生转向，造成下方城市负荷加重。
此次系统潮流突然发生转向时，控制室的调度员面对这一情况束手无策。
（2）电网设备方面美国高压主干电网至少已有四五十年的历史，一些早期建设的线路及设备比较陈旧，而更新设备又需要大量资金投入。
投资电网建设的资金回报周期长、回报率低。
例如在20世纪90年代，投资发电厂资金回报率常常在12%~15%，而投资输电线路只有8%左右。
因此，只有当供电可靠性问题非常严重，或是供电要求迫切时，电力公司才会考虑投资修建输电线路。
另外，环保方面的限制也增加了输电线路建设的难度。
（3）电网调度方面由于没有统一调度的机制，各地区电网之间缺乏及时有效的信息交换，因此在事故发展过程中，无法做到对事故处理的统一指挥，导致了事故蔓延扩大。
国际电网公司（ITC）追踪到大停电以前1h 5min 的数据，认为如果能够早一点得到系统发生事故的一些异常信号，就可能及时采取应急措施，制止大停电事故的发生。
（4）保护控制技术方面美国电网结构复杂，容易造成运行潮流相互窜动，增加了电网保护、控制以及解列的难度。
这次停电事件中，在事故发生初期FE与AEP公司的多条联络线跳闸（有些在紧急额定容量以下），对事故扩大起到推波助澜的作用。
NERC在对事故记录的调查中发现许多“时标”不准确，原因是记录信息的计算机发生信息积压，或者是时钟没有与国家标准时间校准。
美加8.14大停电“初步分析与各方评论
美加8.14⼤停电“初步分析与各⽅评论“美加8.14⼤停电初步分析”美国东部夏令时间（EDT）2003年8⽉14⽇16：11（北京时间15⽇4；11），美国、加拿⼤发⽣北美历史上规模最⼤的停电事故，停电区域涉及美国俄亥俄州，密歇根州，纽约州等8个州以及加拿⼤魁北克省，安⼤略省2个省，根北美电⼒可靠性协会（NERC）统计，此次停电事故累计损失负荷 61800MW，超过5000多万⼈的⽣活受到影响，据美国经济专家预测，此次美国历史上规模最⼤的停电事故所造成的经济损失可能⾼达300亿美国/d，事故区域在16⽇11：00（即事故发⽣后的42h49min）基本恢复供电，到⽬前为⽌，有关各⽅均未公布事故发⽣的原因及事故原始资料。
我们根据收集的有关资料，对停电做了初步的分析，并介绍了以美国为主的各界对此停电事故的评论和反思。
1、停电事故发⽣的过程和恢复情况受本次停电事故影响最严重的地区是NERC的NPCC（东北电⼒协调委员会）分区，MAAC（⼤西洋中区委员会）分区和ECAR（东部中区可靠性协调组织）3个分区，包括PJM电⽹、中西部电⽹、魁北克⽔电系统、安⼤略电⽹、新英格兰电⽹和纽约电⽹，发⽣事故的电⼒系统基本情况、负荷损失情况见表1。
表1 事故发⽣的电⽹及负荷损失情况 MWNERC 2002年夏季装机电⽹损失分区最⼤负荷容量负荷MAAC 52570 64000 PJM电⽹（宾西法尼亚州、新泽西州）4200ECAR 96330 122990 中西部电⽹Midwcst ISO（俄亥俄州，密歇根州、威斯康星州）魁北克⽔电系统（加拿⼤魁北克省）安⼤略电⽹（加拿⼤安⼤略省）1300010020000NPCC 101150 133460 新英格兰电⽹（台萨诸塞州和康涅狄格州）纽约电⽹（纽约州）2500 22000合计损失负荷618001.1停电事故发⽣的过程综合北美电⼒右靠性协会（NERC）、美联社和美国电⼒公司（AEP）、国际输电公司（ITC ）、剑桥能源研究协会（CERA）等机构的资料、事故的发⽣过程（参见图1如下）8⽉14⽇14：00左右，俄亥俄州FirstEnergy的E5号680MW燃煤机组退出运⾏；15.06 ～15:32，向克⾥夫兰供电的两条输电线路（Chamberlin-Harding345KV输电线和Hanna-Juniper345KV输电线）相继跳闸，克⾥夫兰出现低电压；15：41～15：46，向北部俄亥俄电⽹供电的连接FirstEmergy和美国电⼒公司（AEP）的两条输电线路（Star-South Canton345KV输电线路和Tidd-Canton Control 345KV输电线）跳闸；16：06向北部俄亥俄电⽹供电的1条输电线（Sammis-Star 345KV 输电线）跳闸，FirstEnergy向密歇根ITC电⽹拉电200MW，密歇根电⽹出现低电压，加拿⼤和美国东部电⽹出现功率摇摆；16：09，连接俄亥俄南北电⽹的两条联络线（Galion-Mushingum River-Ohio Central 345KV线路）East Lima-Fostoria Cenrtal 345KV 线路跳闸，俄亥俄南北电⽹解列，FirstEnergy(北⽹)向密歇根ITC 电⽹拉电2200MW，IPC与安⼤略电⽹的潮流反转，密歇根电⽹电压下降，密歇根中部两座总容量1800MW的电⼚Kinder-Mor-gan和MCV在15s 内相继停运；16：10，密歇根ITC电⽹电压崩溃，在8s内密歇根30条输电线停运，ITC 电⽹与密歇根其它电⽹解列，俄亥俄北⽹从安⼤略和密电码歇根拉电，潮流达到2800MW，事故波及安⼤略和纽约电⽹，纽约电⽹切断与安⼤略电⽹的连接以⾃保，但电⽹很快崩溃，由此⾃16：11爆发了⼤⾯积停电事故，在事故发⽣后，AEP电⽹和PJM电⽹分别阻⽌了停电向印第安纳、PJM南部发展。
北美电网停电事件
第一部分案例描述摘要：2003年8月14日下午，美国东北部和加拿大安大略省电网发生大面积停电事故。
事故原因为一系列偶然事件的叠加，该事故是北美历史上最大规模的停电事故，经济损失高达300亿美元，5000万人的生活受到影响，大停电至少造成8人死亡，21座发电站受损。
一、背景信息在美国东北部地区，这里是美国的心脏，是全美工商业最为发达的地区，拥有世界上最大的都市群——纽约市。
在其北部的加拿大安大略省，这里是加拿大的制造业中心，是加拿大工业的命脉，并且有着渥太华等大都会。
电力能源是21世纪最重要的能源，美国是世界上最大的电力消费国。
在美国，有着不同于中国的电网运营模式，美国没有所谓的公有制的“国家电网”公司，只有2家大型电网和3个小型电网组成，分别是北美东部电网、北美西部电网两大同步电网，德克萨斯州电网、阿拉斯加电网和加拿大魁北克电网三个规模较小的运营公司，这5大电网覆盖了本土48个州、超过3200套配电设施、1万多个发电机组、数十万里的输配电线和数百万用电客户，而这5大网络又存在为数众多的运营管理者。
国电网的运行主要是由电力可靠性组织(Electric Reliability Organization， ERO)统筹。
ERO是电力行业的自律机构，受联邦能源调整委员会 (Federal Energy Regulatory Commission， FERC)委托实施对电网的监管职能，它有美电力可靠性委员会（NERC）等下设机构来加强电网的可靠性和安全性，北美电力可靠性委员会(NERC)在北美设立了18个可靠性协调员，如MISO。
二、情境导入俄亥俄州的克利夫兰市与阿克伦市这两个地方，在2003年夏天有一个共同点，即该地区的电压异常不稳定，而负责运营这一地区电力的第一能源公司对此事无动于衷。
判断一个地区的电力供应是否处于可靠状态是十分重要的，美国电网在设计之初就考虑到了未来可能面临的意外状况，制定了一整套机制与标准来对抗意外情况（如大型发电机组或者关键变电设备的故障）。
美加814大停电原因、过程、危害、启示
美加8.14大停电电力实09马剑2003年8月14日，美国中西部、东北部及加拿大安大略省遭受了大面积停电事件。
事故开始于美国东部时间16时左右，在美国部分地区，电力供应在4日后仍未恢复，而在全部电力供应恢复之前，安大略省部分地区的停电持续了一个多星期。
一、事件全过程1、事故的发展过程[1]：事件发生前，停电地区中西部正值高温天气，电网负荷很大。
潮流方向是从印第安纳州和俄亥俄州南部通过密歇根州和俄亥俄州北部向底特律地区送电，并通过底特律地区送往加拿大的安达略省。
14时左右,俄亥俄北部属FE电网公司的Eastlake5号机组（597MW）跳闸。
15时05分，俄亥俄南北联络断面上送克里夫兰的一条345千伏线路跳闸，其输送的功率转移到相邻的345kV线路（Hanna–Juniper）上。
15时32分，俄亥俄另一条南北联络线Ohio Hanna—Juniper345千伏线路因对树放电跳闸，这是因为上一事件引起该线路长时间过热并下垂，从而接触线下树木。
当时由于警报系统失灵没能及时报警并通知运行人员，15:32该线路因短路故障而跳闸，使得克利夫兰失去第二回电源线，系统电压降低。
[2] 15时41分，俄亥俄又有两条南北联络线相继跳闸，克里夫兰地区出现严重低电压。
16时06分，俄亥俄南北联络断面又有一条345千伏线路跳闸。
此时潮流反向从底特律地区向俄亥俄州北部送电。
16时09分，俄亥俄南北联络最后两条345千伏联络线跳闸。
俄亥俄州南北联络断面全部断开，潮流发生大范围转移，通过印第安纳州经密歇根州与底特律地区向俄亥俄州北部送电。
大约30-45秒后，因电压下降，密歇根州中部电网大约180万千瓦机组相继跳闸，密歇根州中部电网电压开始崩溃。
16时10分，底特律地区电压全面快速崩溃，在8秒钟之内约30条密歇根州和底特律间的联络线跳闸，潮流再次发生大范围转移，从俄亥俄州南部经宾西法尼亚、纽约州、安达略、底特律向克里夫兰送电。
大停电事故
4:10:00 – 4:10:38 PM 穿过密歇根及俄亥俄州北部的线路跳开，密歇 根北部、俄亥俄北部发电机跳开，俄亥俄北部与宾 夕法尼亚分离
13) 4:10 – Harding-Fox 345 kV线路
14) 4:10:04 – 4:10:45 –俄亥俄州北部 沿Erie 湖的20台发电机（共带负荷 2174MW） 15) 4:10:37 – West-East Michigan345 kV线路 16) 4:10:38 – Midland Cogeneration Venture (共带负荷1265 MW) 17) 4:10:38 – 底特律西北输电系统分 离
18) 4:10:38 – Perry-Ashtabula-Erie West 345 kV线路
4:10:04 –4:10:45期间，俄亥俄州北部Erie 湖沿岸的20台发 电机（共带负荷2174MW）跳开。这些发电容量的损失，加大 了向俄亥俄州北部及歇根州东部负荷中心送电的剩余通道的潮 流，包括穿越密歇根的由西向东的送电线路。接着在4:10:37， 密歇根由西向东的345 kV送电线路跳开，密歇根东部只剩一条 围绕密歇根北部的迂回路径连接，这条线路以及安大略与俄亥 俄北部的联络线在1s后跳开。调查人员仍在研究由此导致的潮 流。 4:10:38，Midland Cogeneration Venture (MCV)发电机（共 带负荷1265MW）跳开。这给剩余系统强加了更重的潮流，使 俄亥俄州北部及密歇根州东部有很大的电压降。从东北部到底 特律地区的剩余输电通道被分离。4:10:38 Perry-Ashtabula-Erie West 345 kV线路跳闸，使沿Erie湖南岸从宾夕法尼亚到俄亥俄 州北部的路径情况恶化。
线路是从俄亥俄州西南 部至俄亥俄州北部输电 通道的一部分， 由于线路经过部分地区 发生灌木着火而导致线 路断开（着火产生的过 热空气使线路上方空气 电离而发生导线短路）。
美国得州“2.15”停电事件分析及启示
美国得州“2.15”停电事件分析及启示美国得州“2.15”停电事件分析及启示近期，美国得州发生了一起罕见的停电事件，被称为“2.15”事件。
这场停电导致了该州数百万居民长时间断电，造成了严重的社会经济影响和人员伤亡。
本文将对“2.15”事件进行分析，并探讨其背后的原因和启示。
一、事件概述“2.15”事件指的是2021年2月15日发生在美国得州的停电事件。
该州遭遇了一次罕见的极端寒冷天气，气温持续低于冰点并伴随着暴风雪。
该州的电网系统无法承受低温天气带来的需求峰值，并最终宣告崩溃。
超过400万的居民和企业长时间断电，一些地区甚至连水供应也中断。
这场停电事件持续了几天，导致了多人死亡和数十亿美元的经济损失。
二、原因分析1. 电网系统脆弱性：得州的电网系统独立于其他州，具有独特的结构和运营规则，这使得其在面对突发事件时无法得到其他地区的援助。
得州电网主要由冬季原本寒冷的北部和夏季需要空调的南部组成，两个地区有时存在相互供电协议，但这种情况极为有限。
而在这次寒冷天气下，北部地区的发电站和输电线路无法正常工作，导致整个系统失衡。
2. 不合理的决策及缺乏预警：得州电力市场采用了夏季和冬季的时价策略，这在平时能够确保高效供电，但在极端天气条件下却变得脆弱。
决策者没有预见到这次寒冷天气的严重程度，未能对电网系统做出相应的调整和准备。
此外，天气部门对于寒潮的预警不够及时和准确，没有及早通知民众做好应对措施。
3. 能源多样性不足：得州电网系统主要依赖天然气和风能作为主要能源，而在这次事件中，天然气供应链出现严重故障，导致发电站无法正常运转。
这表明得州的能源供应链过于依赖单一能源，并且在面对突发情况时缺乏备用能源。
三、启示及教训1. 提高电网系统的韧性：这次事件表明得州电网系统的脆弱性，需要加强协同合作，与其他地区建立联系，以便在类似事件发生时能够获得援助。
此外，要加强电网的建设和维护，提高系统的抗灾能力。
2. 制定合理的决策和政策：决策者和政府需要根据不同的极端天气情况，制定相应的应对措施和政策。
美加“8.14”大停电介绍以及启示
（3）第三阶段:15:05到15：57 FE的 三条345kv输电线跳闸。 从15：05：41至15：41：35， 风速减小，线路散热减慢，线路走 廊的植物生长超过预计，线路重载 （但未过载）导线下垂加剧，于是 FE的三条345kv重要线路在低于输 电线事故运行极限的情况下跳闸。 每条线路跳闸停电后，都增加了剩 余线路的负荷，造成FE控制地区电 压的进一步降低。 此时如果减载1500~ 2500MW， 系统还能继续稳定运行，但是由于 FE的EMS系统的故障，没有意识到 事件的严重性，也就不能正确的做 出决策；同时由于缺乏FE的数据支 撑，PJM和AEP也没有正确的认识到 系统的危险程度。
美国电网由于历史条件和发展历史不同（以私营为主）， 其电压标准很不一样： （1）东部输电网500、230、138、69、26kv，配电网13和4kv； （2）中部输电网765、345、138、79、34kv，配电网12和4kv； （3）德克萨斯输电网345、138、69、25kv； （4）765kv的特高压（UHV）输电线是美国的最高电压等级； （5）直流输电多为400和450kv，少部分采用500kv； 这样美国的电网实质上是多级电压和多点联络，电网的 保护和控制无法统一配置和整定； 同时，交错的电网会很形成电磁环网，容易使潮流在无 任何预警地发生转移，造成连锁性的停电。
图 9 公 司 负 荷 预 测 结 果 FE
2：机组、线路故障、有功和无功备用容量、主要输电线容量接 近极限； 3：电网电压、频率逐渐下降，运行在低限值水平。
图10 部分地区电压曲线
图11 部分地区频率曲线
在电网在运行状况逐步恶化的累积阶段，一般来讲系统都 可以继续都可以稳定运行，但是系统已经接近运行在SOC自组 织临界状态，很容易发生事故。 累积效应的持续时间与电网逐步恶化的速度和电网运行方 式的变化有很大的关系。例如：8月14日中午已经有无功不足 的迹象，而且在中午12点以前系统中已经有不寻常的波动。到 连锁停电时刻16：00，该地区的电压已经降至最低下限运行 （<95%），如果从第一条380KV输电线跳闸到第四条输电线跳 闸为止，其累计时间至少为1小时。
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北美大停电事故分析摘要：本文基于2003年美加大停电过程中电网事件的演变过程，着重阐述和分析了其中的电压崩溃场景，特别调了事故发生的各个阶段中无功功率的变化与作用，指出了系统中安装充足的无功补偿装置和制定统一的法规以激励独立发电商向系统提供充足无功功率和无功储备的必要性。
关键词：北美大停电；电力系统；电压崩溃；级联效应；无功储备0 引言2003年8月14日下午，美国的中西部和东北部以及加拿大的安大略省经历了一次大停电事故，其影响范围包括美国的俄亥俄州、密西根州、宾夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西州和加拿大的安大略省，损失负荷达61.8 GW，影响了5千万人口的用电。
停电在美国东部时间下午4时06分开始，在美国的一些地区两天内未能恢复供电，加拿大的安大略省甚至一周未能完全恢复供电。
这次停电事故引起了全世界的关注。
在8.14之后不久我国的一些学者也就这次事故进行过介绍，并提出了各自的看法-事故发生后，美国和加拿大联合成立了"美加8.14大停电事故工作组"，对事故进行了系统的调查和初步的计算分析，并于2003年11月提出了一份报告引起对8.14大停电事故的起因做了系统、详实的报道，其中涉及到了电网方面的事件、计算机方面的事件以及人员方面的事件。
参照该报道中电网事件的演变过程，本文着重阐述和分析了其中电压崩溃的场景。
1 事故的起因、发展过程美加电力系统故障工作组对有关8.4大停电原因的报告以及有关方面的资料清晰地给出了此次事故的起因和发展过程，现简述如下。
从2003年8月14日下午美国东部时间(EDT，本文下述均为此时间)15时06分开始，美国俄亥俄州的主要电力公司--第一能源公司(First EnergyCorp以下简记为FE)的控制区内发生了一系列的突发事件。
这些事件的累计效应最终导致了大面积停电。
事故演变过程可分为如下几个阶段：(1)事故发生前的阶段。
由于空调负荷及其他负荷的增长，在8月14日以前的几天以及8月14日中午，俄亥俄州北部许多节点的电压呈下降趋势，如图1所示。
这表明8月14日的中午该地区已有无功不足的迹象，而且在中午12时以前系统中已有不寻常的电压波动，尽管此时系统仍然处于正常的运行状态。
（图1）在发生大停电事故前，由于Cleveland有功及无功的重要电源--机组Davis-Besse和机组Eastlake4已经停运，致使在13：31机组Eastlake 5的停运，进一步耗尽了Cleveland-Akron 地区的临界电压下的支撑。
仿真表明，当Eastlake 5退出运行后，Cleveland地区的FE无功功率的净输入达到了132Mvar。
在第一条线路开断以前的潮流数据表明，此时FE的负荷接近12 080 MW，通过外部输入2 575 MW，占其总输入的21%。
在这种外部输入以及伊利湖南岸大都市空调负荷均维持在高水平的情况下，FE的无功需求进一步增加。
同时通过俄亥俄州北部到密歇根州及安大略的潮流很大，上述潮流与负荷的共同作用降低了俄亥俄州北部的电压。
(2)短路引起的线路开断阶段。
俄亥俄州的一条345 kV(Harding-Chamberlin)输电线路在15：05触树短路接地后跳闸(线路开断前潮流仅为正常裕量的43.5%)，这条线路的开断增加了相关线路上的潮流，致使由南部向Cleveland送电的3条345 kV线路的负荷加重(其中Hanna-Juniper 345 kV线路上承担的最多)，更多的潮流流经向Cleveland和Akron送电的下一级138 kV系统。
15：32第二条345 kV(Hanna-Juniper)线路触树短路接地后跳闸(线路开断前潮流为正常裕量的87.5%)；该线路开断后，有近1 000 MV A的功率不得不寻找新的路径进入Cleveland地区，致使由南部向Cleveland送电的另2条345 kV线路和向Cleveland和Akron送电的下一级138 kV系统的负荷加重，一些线路过载并使Cleveland地区电压进一步下降。
15：39为Cleveland和Akron送电的下一级138 kV系统中的一条线路跳闸。
上述两条345 kV线路的开断使Star--SouthCanton线路越限，15：42第三条345 kV(Star--SouthCanton)输电线路触树跳闸(线路开断时潮流为紧急裕量的93.2%)。
应当一提的是这一阶段的3条345 kV输电线路都是因为导线触树而引发的跳闸。
与导线的下垂相比，树木的过度生长是引发导线与树木接触的主要原因。
根据调查组事后模拟得出的结论，如果当时前两条开断的345 KV线路能够得到恢复而投入运行，Star-South Canton线路就不会跳开。
(3)过负荷引起的线路开断阶段(电压崩溃阶段)。
每一条345 kV线路的开断都会使为Cleveland和Akron送电的138 kV系统的载荷增加，电压下降，并使线路过载。
随着更多的138 kV线路退出运行，仍然运行的138 kV线路和345 kV线路上承担了越来越多的载荷。
Star-South Canton线路开断后，为Cleveland供电的138 kV系统的潮流显著增加，138 kV系统电压水平进一步下降。
从15：39至16：05期间共有12条138 kV线路相继开断。
上述最后一条138 kV线路开断后，更多的功率转移至仍在运行的345 kV线路上，使Sammis--Star 线路载荷达到了额定值的120%，两秒钟后该线路跳闸。
与上述三条因为与树接触发生短路而跳闸的线路不同，Sammis--star线路是因为阻抗保护的动作而被切除。
此时系统发生了电压崩溃。
尽管该线路开断后，又有3条138 kV线路相继开断，但Sammis--Star线路的开断才是俄亥俄州东北部的系统问题引发美加东北部级联大停电这一事件的转折点。
此时后续的大规模级联崩溃已经不可避免。
(4)事故后的级联崩溃(Cascade)阶段。
这一阶段实际上又可以细分为三个阶段。
第一阶段为潮流的浪涌阶段：FE输电系统的崩溃引发了规划中未预计到的潮流浪涌。
崩溃前夕大量潮流从南方(田纳西、肯塔基和密苏里)的发电机跨过FE系统流到北方(北俄亥俄、东密西根和安达略)。
由于FE输电系统的崩溃使得北俄亥俄的输电通道不存在了，潮流只能通过替代的路径到达伊利湖沿岸的负荷中心。
潮流一方面从俄亥俄州西部、印第安纳州、另一方面从宾夕法尼亚州穿过纽约州和安大略涌人伊利湖的北侧。
可是这些区域的输电线路原已处于正常重载，并有一些开始跳闸。
第二阶段为美国东北部和加拿大的安大略形成了一个巨大的电气孤岛阶段：额外的潮流浪涌一方面使东北部与东部的互联电网隔离开来，另一方面引发了覆盖俄亥俄州西部的线路跳闸的狂潮。
线路的跳闸向北延伸到密歇根州，把该州的西部与东部分离开来。
最终，整个的美国东北部和加拿大的安大略变成了一个巨大的电气孤岛。
由于没有充足的发电满足负荷，这个巨大的孤岛变得不稳定，但与该孤岛分隔的其他系统则保持了稳定。
第三阶段为大面积停电发生阶段：由于该巨大的孤岛变得不稳定，而使美国东北部和加拿大的安大略又被分成几个小的孤岛。
功率不足的电力系统频率急剧下降，甩负荷装置切掉负荷，导致崩溃；功率多余的电力系统频率急剧上升，发电机保护自动切机，也导致系统崩溃。
此时发生了大面积的停电。
当然，也有的孤岛中发电机和负荷达到了平衡从而能够稳定运行。
2 电压稳定与电压崩溃近年来，电压不稳定性问题[7]已成为一个独立的研究课题，在已经出现的许多"电压不稳定"的研究示例中全然没有"角度不稳定"即将来临的迹象。
它们开始是局部现象，但是能够发展成为波及到广阔地域的电压崩溃。
然而在电压稳定和功角稳定之间的区分并不总是清晰的，"是电压崩溃造成失步还是失步会造成电压崩溃?"只有对事故录波进行仔细的分析之后才能回答。
所谓电压崩溃，通常是指由于电压不稳定而导致系统内出现一系列元件停运，从而造成大面积、大幅度的电压下降和供电中断的过程。
尽管8.14大停电已经被认定为电压崩溃[5]，但它并非是电力工程师们认定的传统意义上那种电压崩溃。
典型的电压崩溃发生在重载荷、故障(减少了潮流到达负荷的可用路径的数目)或者无功短缺的电力系统中。
当无功的发生与传送不能满足负荷的无功需求时，就会引发这种崩溃。
当电力系统中发生的扰动引起电压渐进地并且不可控地下降时，经典的电压崩溃就会发生。
如果这种崩溃持续，电压就会继续下降并引起其他设备的开断，从而导致电压的进一步下降并失去负荷。
在一些地点，电压也可能会稳定在一个颇低的水平上。
通常发生在夏季的电压崩溃过程中，系统开始发生故障是由于不充足的无功供应，而不是由于设备的过负荷。
8月14日，俄亥俄州北部并没有发生经典的(经由电压失稳)电压崩溃。
早期发生的3条345 kV输电线路(因与树接触造成接地短路)跳闸，以及一条138 kV输电线路(因过载)跳闸虽然致使电压：，(平下降，但并没有发生崩溃。
仅当俄亥俄州北部的Sammis-Star 345 kV线路因阻抗保护动作而跳开后，才最终导致了电压崩溃，此时后续的大规模级联崩溃已经不可避免。
但在Sammis-Star线路跳开之前，FE 138 kV系统的电压仍稳定在118 kV，仅下降了15%，在可接受的范围内。
电压崩溃是由线路相继开断造成的，而线路相继开断是由线路负荷的转移和过载造成的，不是由不可控的电压下降造成的。
3 线路相继开断过程中的无功变化与作用事故的种种迹象表明，在8.14大停电事故发生前，虽然运行人员已经采取了增加发电厂的无功输出、进行发电重新调度、调整有载调压变压器的分接头和增加补偿电容的容量等措施，但系统还是在一种无功相对缺乏的状态下运行，表明无功出力和储备不足。
尽管这不是导致事故发生的根本原因，但如果俄亥俄州当地拥有充足的无功储备，那么在短路引起的前几条线路开断后，仍然有可能借助充足的无功储备，维持俄亥俄州北部的电压，从而避免电压崩溃的发生。
事实上，俄亥俄州北部无功的短缺是不断驱使线路相继开断的一个很重要的原因。
因为在系统传输功率的某个断面上，一条线路的开断不仅使其余线路的有功潮流加重，而且由于输电线路上有功电流的增加会更显著地增加输电线路上无功功率的损耗和线路上的无功潮流(特别是线路送端的无功潮流)，也使受端电压进一步下降。
与此同时，当重载线路受端的俄亥俄州北部的电压下降需要线路提供无功支持时，重载线路送端的无功功率可能是受端所收到无功功率的许多倍.而且上述这两种增大输电线路无功潮流的效应呈恶性交互作用，在事故中促进了线路的相继开断。
譬如，在Sammis-Star 345 kV线路开断之前，沿该线路的无功电流几乎是当天早些时候电流的10倍，正是由于这一原因，启动了Sammis-Star 345 kV线路的阻抗保护，如图2所示。