1.2 事故概况

根据事故发生后获得的电网各站点录波器记录的曲线，大停电事故于美国东部夏令时间（EDT）2003年8月14日16:10:40开始发生，并于16:13:09形成定局而无法挽回，仅仅耗时2.5分钟。事故始于美国中北部的俄亥俄州，图1-3给出了事故发生前电网潮流流向示意图。

图1-3 事故发生前电网潮流流向示意图

根据现有材料整理的事故具体演进过程如下。

事故发生前，俄亥俄州北部FE电网的几台主力机组陆续停机进行检修：

12:05，康内斯维尔5号机组（375 MW）停运；

13:14，格林伍德1号机组（785 MW）停运；

13:31，东湖5号机组（597 MW）停运。

此时，该电网仍稳定运行，且能满足绝大多数N-1故障安全校核，但全网已经处于重载状态，电网潮流从密歇根州西部、宾夕法尼亚州、加拿大的安大略省等方向流向俄亥俄州北部和密歇根州东部这个负荷中心。

14:02，俄亥俄州西南部AEP电网与DPL电网之间的345 kV联络线斯图亚特—阿兰塔发生接地故障跳闸，但FE电网上级的区域调度机构MISO并未监视到此线路的异常状态，其EMS系统中的SCADA系统也因程序出错未能及时告警，FE电网自身的EMS也未能正常运行。

15:05，345 kV的哈丁—张伯伦线跳闸；

15:32，345 kV的汉娜—朱尼博线跳闸；

15:41，345 kV的斯塔—南卡特恩线跳闸。

斯图亚特—阿兰塔线跳闸后电网潮流重新分布，上述三条线路均在不同程度上出现重载甚至过载现象，下垂严重，运行较长时间，之后又与地面树木发生接地短路，进而跳闸。这三条线路的跳闸，使得俄亥俄州的北部负荷中心（FE电网）与东部的电源失去联系，自身电源不足和跳闸之后的电网潮流重新分布，使得FE电网内电压严重下降，此时若安全自动装置能够正确动作切除1500 MW到2500MW的负荷，电网仍能稳定运行，然而仅有约600 MW的负荷因用户自身保护被切除，无法挽救电网。此时的FE电网调度员因EMS系统故障，尚未意识到危险的发生。

上述主要线路跳闸后，15:45—16:08，多条138 kV联络线立即过载并跳闸，随后更多的345 kV输电线路跳闸，形成连锁反应，而电网潮流分布的剧变，导致许多保护装置误判，扩大了故障范围，俄亥俄州北部的阿克伦市和周边地区开始停电。

16:08，345 kV的加利昂—俄亥俄中心—马斯金根线跳闸，几秒后，东利马—福斯托里亚中心线路跳闸，这两条线路的停运阻断了俄亥俄州西部和南部向负荷中心输送电力的潮流通道，继而由印第安纳到密歇根西部再到负荷中心的线路潮流因此加大。

16:09，整个东北部互联网频率升高了0.02～0.027 Hz，表明又有70 M～950 MW的负荷停电。

16:10，俄亥俄州北部沿伊利湖周边有20座电厂，装机约2170 MW的发电机组跳闸，导致负荷中心与外界的联络线进一步重载；此后数十秒内，密歇根东西部之间的联络线跳闸，负荷中心与外界的联系进一步薄弱化；紧接着，负荷中心内的米德兰热电厂机组（出力约1260 MW）跳闸，使得负荷中心内的电压严重下降，与外界的联络线重载加剧，俄亥俄州北部的克利夫兰都市圈开始停电；而此后345 kV的佩里—阿什塔拉—伊利西线跳闸，使得上述负荷中心仅剩安大略省一条走廊与外部网络连接，形成了从宾夕法尼亚州向东北经纽约州再到安大略省，最后进入密歇根东部和俄亥俄州北部负荷中心，形成高达3700 MW的巨大电力环流。这个巨大环流的出现，成为压垮整个东部互联电网的最后一根稻草。

16:10:40—16:10:44，短短4秒，连接宾夕法尼亚州和纽约州电网的4条线路跳闸，两个电网解列；16:10:46—16:10:55，纽约电网东西两部分解列，新英格兰电网除康涅狄格州外均与东部互联电网解列；16:11，安大略省电网与纽约州的西部电网解列，包括纽约市在内的地区停电；16:13，东部互联网彻底解列成多个孤岛，大停电的局势已经无法挽回。此后，大部分孤岛电网因功率无法平衡，在勉强运行几分钟后纷纷停电，仅剩安大略省电网、新英格兰地区电网等几个孤岛侥幸得以保存，成为后来东北部互联电网“黑启动”的电源。