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資料時間：2019/10/17 提供者 ： 劉禹伸&簡筠  

紐約曼哈頓停電事件可提供我國強化電網動態線路分級優化併網的政策參考

摘要

美國紐約曼哈頓於東岸時間7月14日晚間6:47分發生大規模停電，從洛克斐勒中心（Rockefeller Center）到上西城一帶都受波及，致使曼哈頓西區約73,000用戶無法用電達3小時，受害範圍包括了約30個街區，影響範圍(如圖一所示) [1]。

圖1、 7月14日紐約停電涵蓋區域示意圖

美國紐約曼哈頓發生大規模停電，受害範圍包括了約30個街區

此次停電造成數個地鐵站無法運作，數段地鐵線路受到長時間延誤，且部分列車須於替代線路上繞行，造成旅運不便。其他不便包括：受影響區域內各地傳出因停電而使民眾受困於電梯內，以及夜間路面交通亦因公路照明設備而造成長時間壅塞。[2]

該區域供電業者聯合愛迪生電力公司(Con Ed)初步報告停電原因來自曼哈頓西65街上的變電所內的保護電驛系統失靈，造成西區49街的變電站跳脫。Con Ed總裁john McAvoy進一步表示，雖然目前初步判斷原因來自饋線跳脫，後續將會針對發生停電原因進行完整調查。此外，McAvoy也強調，該次停電並非恐攻或境外網路攻擊導致，也並非如外界所猜測的，因為夏季用電高峰而造成系統過載。[3]

評析

保護電驛系統是甚麼？

所謂保護電驛系統(protective relay system)，即為電力系統發生故障後的保護裝置。當其檢測範圍內之電力系統出現不正常的運作狀態，將會隔離故障設備，以保障人身安全、確保高度供電連續性、防止設備損害。一般而言，保護電驛系統應由以下四個裝置組成：電驛(relay)、比流器(Current Transformer, CT)、比壓器(Potential Transformer, PT) ，以及斷路器(Circuit Breaker, CB)。輸電線路所輸送之電力透過CT、PT轉換為監控信號至電驛，若偵測到系統故障系訊號，經判斷後，送跳脫信訊號至CB，打開CB以隔離故障區域，確保設備人員安全及用戶用電無慮(請見下圖2)。通常輸電設備至少會裝設兩具保護電驛系統：主要保護電驛(primary relay system) 以及後衛保護電驛(back-up relay system)，以確保整體系統之供電可靠性。前述紐約西65街上變電所內保護電驛系統亦採取此設計，然此次停電事故中，該變電所內之主要、後衛保護電驛系統皆同時失靈。[4][5] 

圖2、保護電驛系統用作機制示意圖[5]

保護電驛系統(protective relay system)為電力系統發生故障後的保護裝置

美國供電可靠程度近況：本研究根據美國能源資訊管理局(Energy Information Administration, EIA)所公布之年度電力產業報告(Annual Electric Power Industry Report)，計算紐約州內共12家電力業者近5年(2014-2018年)之電力服務可靠度(即電力系統平均中斷時間SAIDI)，將數據彙整如下圖3。其中實線部分係電力系統平均中斷時間，虛線部分則是該數據扣除重大事件之後的結果。同樣的，圖4為聯合愛迪生電力公司(Con Ed)的電力系統平均中斷時間以及扣除重大事件(major event)之後的電力系統平均中斷時間。[6]

從圖3、4可發現，紐約州近年因受到重大事件(如颶風等)影響，使得包括了重大事件的SAIDI值於2017、2018年均遠高於扣除之後的SAIDI值。其次比較圖3、4，可發現Con Ed之供電品質較紐約州整體平均為高，其SAIDI值近幾年來均在21分鐘左右，扣除了重大事件後更降低至18~19分的水準。其原因為Con-Ed服務之對象為曼哈頓、皇后區、布魯克林等區，皆屬都會地區，其輸配電線距離短、且大部分均已地下化。反之，紐約州其他地方包括長島、洛切斯特、馬賽納等非都會之鄉村區，此類區域之電纜地下化程度較都市不普及、輸配電纜距離大、區域內樹木多、也易受暴風雪影響，故SAIDI值較高。[6][7]

圖3、 紐約州電力服務可靠度[6]

計算方式係將紐約州12家電力業者所提供之SAIDI數據，與各業者所服務之家戶數相乘後加總，再除以紐約州用電總家戶數

圖4、紐約州聯合愛迪生(Con Ed)電力服務可靠度 [6]

由於EIA所提供年度電力產業報告之完整版須於年末方能彙整完成前一年內容，目前ConEd2018電力供應數據尚未於該官網提供

美國現行強化電網韌性政策：

除紐約之外，美國的電網供電韌性面臨挑戰包括2012年珊迪颶風、2017年的艾瑪颶風等此類自然災害日漸頻繁，造成影響之大，對於美國境內電網管理及供電穩定帶來嚴苛挑戰。因此，美國能源部(Department of Energy, DOE)遂提出電網現代化倡議(Grid Modernization Initiative, GMI)，以提升美國境內電網之供電穩定性及品質。其下計畫廣泛多元，其中與強化電網供電韌性相關者如下：

表1、美國GMI倡議與電網韌性相關之計畫彙整表[8][9]

計畫類型

任務簡述

目前相關計畫名稱
  1. 促進威脅與危險辨識
  1. 強化與利害關係人溝通連結
  2. 提升產業面支援與參與
  3. 開發相關辨識工具

北美同步相量發展計畫、自動切換網路子計畫、可靠度適應性與監控工具子計畫

2. 強化電網保護能力
  1. 建置電網安全與韌性標準
  2. 強化電網零組件韌性
  3. 開發支援系統韌性決策工具
  4. 開發針對電網韌性之進階監管/溝通基礎建設

進階電網模型研究計畫、電網現代化與智慧電網投資補助暨示範計畫、變壓器韌性與進階零組件計畫(TRAC)、自動切換網路子計畫

3. 提升偵測潛在威脅能力
  1. 提升數據捕捉與交換能力
  2. 建置基本運作概況
  3. 透過資料分析即早並快速發現系統異常

北美同步相量發展計畫、自動切換網路子計畫、可靠度適應性與監控工具子計畫、運用動態線路分級優化風電併網之操作與策略性執行計畫
  1. 因應意外事件能力
  1. 開發電力系統功能下降感知與調適系統
  2. 強化人員因應能力
  3. 提升網路安全風險因應能力
  4. 開發電網系統內韌性設施(如保護電驛等設施)

能源運輸系統網路安全R&D計畫、自動切換網路子計畫
  1. 提升電網復原能力
  1. 開發進階變電所與大型變壓器設計與標準
  2. 精進變電所復原計畫
  3. 進階資料採集/監控系統以及網路復原力
  4. 強化針對磁爆、電磁脈衝意外之復原力

能源運輸系統網路安全R&D計畫、變壓器韌性與進階零組件計畫(TRAC)、可靠度適應性與監控工具子計畫

透過表1可知，本次曼哈頓停電之肇因，即保護電驛系統失靈，應透過此GMI倡議4.因應意外事件能力－(4) 開發電網系統內韌性設施，加強提升保護電驛設施之運作能力。另外， GMI倡議中，亦針對再生能源擴大併網而可能對現有電網之供電品質、供電穩定性、電網管理、以及面對極端自然災害之電網韌性，訂定相關計畫(如動態線路分級優化併網之計畫)，亦值得我國借鑑。[8][9]

我國供電可靠程度近況：

我國近年造成供電中斷之原因，包括自然及人為肇因。關於前者，我國地處亞熱帶、且位於歐亞板塊和菲律賓海板塊交界處，颱風、地震等自然天災頻仍；至於後者，我國電力系統修繕造成斷電、人員操作不當以及設備(電纜、饋線、零件等)鏽蝕老化亦為造成跳電之主因。本研究整理107年台電統計年報內所載之我國電力系統平均中斷時間(SAIDI)如下圖5。若與美國的圖3、圖4比較，可發現我國自2014年起，扣除重大天災、非台電造成之因素的歷年SAIDI值均較紐約州、Con Ed公司之供電表現為優[1]。且若按發輸配電流程分項檢視其系統平均中斷時間，如下圖6，可發現我國主要的停電時間主要來自配電系統因修繕工作所造成的停電。[10]

5、我國供電可靠程度

107年台電統計年報內所載之我國電力系統平均中斷時間(SAIDI)

6、我國供電可靠程度(按發輸配電項目別)

我國主要的停電時間主要來自配電系統因修繕工作所造成的停電

目前我國為提升電網之韌性，主要有以下兩個政策方向：

針對現有電網輸配電韌性強化。相關計畫有2016年的「強化配電線路防災韌性計畫」，期能建立具氣候韌性的配電網路，有效降低災損情，提升配電系統供電可靠度；以及2018年815大停電後台電按照經濟部裁示修正後所推行之配電系統強韌計畫，針對事故原因、影響用戶情形、故障區域等面向進行數據分析，解決問題，預計目標降低高壓事故9％(約600件)，持續進化供電品質。[11][12][13]

推動智慧電網建置。相關計畫有2012年的智慧電網總體規劃方案，建立高品質、高效率、環境友善的智慧化電力網路，確保穩定供電。[14]

表2、我國電網韌性相關政策措施彙整表[11][12][13] [14]

措施名稱

推出時間

內容簡述

智慧電網總體規劃方案

2012年

共分前期布建(2011-2015)、推廣擴散(2016-2020)、廣泛應用(2021-2030)等三階段，針對以下六個構面推動：

  1. 智慧發電與調度
  2. 智慧輸電
  3. 智慧配電
  4. 智慧用戶
  5. 智慧電網產業發展
  6. 智慧電網環境建構

強化配電線路防災韌性計畫

2016年
  1. 修訂電桿採購規範
  2. 進行工程技術改善架空線路，包含桿基改善、併桿、插桿縮短桿距、H 桿、加裝支線、更換電桿、桿位調整、改變裝置方式
  3. 進行配電線路防災型地下化，2017~2019 年計畫下地長度約 463 公里，投入預算 74億元，並於計畫執行期間，逐年滾動檢討

配電系統強韌計畫

2018年
  1. 二次變電所汰換
  2. 配電線路設備汰換
  3. 智慧變電所建置
  4. 饋線自動化擴建

本次曼哈頓停電肇因於保護電驛系統失靈，我國未來在執行智慧電網總體規畫方案、以及配電系統強韌計畫，均針對變電所之汰舊換新，採用數位保護電驛系統，建議工程施作時可參考本次事件經驗，確認類似元件之功效以避免類似意外發生。

隨著我國再生能源擴大開發及併網，對於日後電網供電穩定層面之管理亦帶來挑戰，美國GMI倡議中，針對再生能源擴大併網而可能對現有電網之供電品質、供電穩定性、電網管理、以及面對極端自然災害之電網韌性，訂定相關計畫(如動態線路分級優化併網之計畫)，值得我國借鑑。

[1] 按行政院公布815停電事故行政調查專案小組總結報告，2017年8月15日所發生之停電事故，起因係來自中油公司燃氣供應突然中斷，非屬台電責任因素，倘扣除815停電事故後，其106 年度每戶平均停電時間實績為16.898(分/戶.年)。另，按經濟部規定，2018起需納入重大天災造成停電資料。綜上兩點，2017、2018兩年均開始分呈包含/扣除重大天災等非台電責任因素之停電資料。

參考資料

[1]Barron, J. and Zaveri, M. (2019). Power Restored to Manhattan’s West Side After Major Blackout. https://www.nytimes.com/2019/07/13/nyregion/nyc-power-outage.html

[2]Crockett, C. and Pujol, R. (2019). All power restored after blackout leaves much of Manhattan’s West Sid…. [online] archive.is. http://archive.is/Xrc4v

[3]Romero, D. and Winter, T. (2019). Terrorism, cyberattack ruled out as cause of Manhattan power outage. https://www.nbcnews.com/news/us-news/power-outage-strikes-midtown-manhattan-n1029636

[4]Coned.com. (2019). Con Edison Statement Preliminary Findings RE: West Side Power Outage | Con Edison. [online] https://www.coned.com/en/about-us/media-center/news/20190715/con-edison-statement-preliminary-findings-re-west-side-power-outage

[5]吳清章 (2019). 保護電驛及事故案例分析。https://www.taipower.com.tw/upload/147/2018042311164572845.pdf

[6]EIA (2019). Annual Electric Power Industry Report, Form EIA-861 detailed data files.https://www.eia.gov/electricity/data/eia861 /

[7]周桂蘭 (2016). 美國能源資訊局公佈2015年電廠停電平均次數及時間高於台電公司公佈的數值 。 https://km.twenergy.org.tw/Data/share?w+6bGtCx4DO62y5R5cbcoA==

[8]U.S.Department of Energy. (2019). About the Grid Modernization Initiative.https://www.energy.gov/grid-modernization-initiative-0/about-grid-modernization-initiative

[9]U.S.Department of Energy. (2015).Grid Modernization Multi-Year Program Plan. https://www.energy.gov/sites/prod/files/2016/01/f28/Grid%20Modernization%20Multi-Year%20Program%20Plan.pdf

[10]台電(2019) 107 年統計年報 。 https://www.taipower.com.tw/upload/_userfilesfiles/107%E5%B9%B4%E5%B9%B4%E5%A0%B1.pdf

[11]趙文衡 (2018) 國際電網韌性發展趨勢對我國能源合作的啟示 。 https://km.twenergy.org.tw/KnowledgeFree/knowledge_more?id=4535

[12]能源報導(2018) 經濟部啟動「配電系統強韌計畫」，供電品質再進化！ https://energymagazine.tier.org.tw/Cont.aspx?CatID=&ContID=2931

[13]中央社(2018) 配電強韌計畫投入162.5億 目標今年停電少600件 。

[14]能源局(2017) 智慧電網總體規劃方案。

 

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