2011年南西部停電

2011年南西部大停電は、2011年大停電としても知られ、^[1]^[2]サンディエゴ・ティファナ地域、オレンジ郡南部、インペリアルバレー、メヒカリバレー、コーチェラバレー、アリゾナ州の一部に被害を及ぼした広範囲にわたる停電であった。^[3] 2011年9月8日木曜日、太平洋夏時間午後3時38分頃に発生し、カリフォルニア州史上最大の停電となった。^[4]

背景

2011年の停電当時、南カリフォルニアとアリゾナ州の発電所は3つの別々の並行送電線で結ばれていた。余剰電力はバハ・カリフォルニアに売却されたが、同州ではメンテナンスのため600MW相当の発電設備が停止していた。^[5]

サウスウェスト・パワー・リンクは、単一回線の500 kV 送電線で、アリゾナ州ユマ近郊のノース・ヒラ変電所を経由して、サンディエゴ・ガス＆エレクトリック（SDG&E、センプラ・エナジーの子会社）をアリゾナ公共サービス（APS）システムに接続しました^{[注 1]。SDG} &E と隣接するユーティリティを接続する 500 kV 経路は他にありませんが、パス 44 は 5 本の独立した 230 kV 送電線のセットで、サン・オノフレ原子力発電所のスイッチヤードを経由してSDG&E をサザン・カリフォルニア・エジソン（SCE）に接続しました^{[注 2]}。その後、SCE はパス 46 と呼ばれる別の 500 kV 経路を介して APS システムに接続します。^[6]^{: 4、21–22}

サンオノフレの開閉所は、過負荷が発生した場合に問題のある回線を切断するように設計されていたが、そのような切断はこれまで一度も発生したことがなかった。システムの信頼性を担当する西部電力調整協議会（WECC）も、州の発電を調整するカリフォルニア独立系統運用者（CAISO）も、切断の影響を調査しておらず、ブレーカーが作動する危険があることを示すアラームも設定していなかった。その結果、CAISOは、パス44の過負荷が発生した場合に30分で対応できると誤って考えていた。^[6]^{: 50}

インペリアル・バレーの92kV南北サブ送電システムを管理するインペリアル灌漑地区（IID）は、通常、SDG＆Eに接続された230kV回線と、パームスプリングス近くのSCEに接続された別の回線を通じて電力を輸入していました。西部地域-下部コロラド（WALC）は通常、フーバーダムへの類似の161kV回線を通じてそれぞれに電力を輸出していました。異常なグリッド状況では、SDG＆Eはこれらの低電圧接続を通じて迂回して電力を輸入することができましたが、^[6]^{: 4、21–22} IIDとWALCのシステムは、グリッド安定性分析に組み込むには規模が小さすぎると一般に考えられていました。^[6]^{: 36}

停電の日は夏の終わりから秋の初めにかけての暑い日で、カリフォルニア州は送電システムが維持できる最大電力に近い電力を輸入していた。国境の向こう側では、メキシコ連邦電力委員会（CFE）のバハ・カリフォルニア系統（SDG&Eに接続されているが、メキシコの主要電力網からは分離されている）がすでに最大発電能力で稼働していた。^[6]^{: 20, 24, 26}

グリッド管理者は「 $n -1$ 」基準によって安定性を維持している。つまり、たとえ1つのコンポーネントが故障しても、システムは動作限度内に留まる必要がある。多くのコンポーネントが動作限度近くで動作していない限り、この方法により、通常、グリッドオペレータは故障に対応するのに十分な時間を確保できる。^[7] 停電前、IIDのシステム状態は $n -1$ 基準に違反していた。つまり、コーチェラバレーの変圧器故障はさらなる変圧器故障を引き起こす。当時、IIDは $n$ $-1$ 条件の積極的な人間による精査を必要としなかったため、IIDは電力を再分配してリスクを軽減しようとしなかった。^[注3]^[6]^{: 25–26}

イベント

この停電は、11分間に5つの別々の電力網で発生した23の個別の事象の結果であった。^[8]

午後2時頃、APSのノースギラ変電所のコンデンサバンクが故障した。コンデンサバンクを切断するために派遣された技術者は、コンデンサの周りの送電回路をバイパスする重要な手順を誤って省略した。負荷がかかった状態でコンデンサバンクを切断しようとした結果、スイッチが開かれる際にスイッチ間にアークが発生した。午後3時27分、2つの相からのアークが交差し、相間ショートが発生し、上流の油回路遮断器が作動して変電所を損傷から守った。しかし、ラインが開いたときに発生した大量の電荷移動により、送電線の1つが位相ずれを起こし、再接続が妨げられた。^[6]^{: 27–30}^[8]

送電線が位相ずれ状態にあることは、翌日の再通電まで制御器には見えなかった。WECCが直ちにAPSに送電線故障について連絡したところ、APSは5～10分以内に送電線が復旧すると保証した。その後の崩壊は11分以内に発生したため、WECCは事故発生時に代替送電経路、発電計画、負荷分散などの対策を講じなかった。^[6]^{: 30, 33}

サウスウェスト電力リンクが切断されたため、アリゾナからの電力の流れはキルヒホッフの回路法則に従って再構成された。この再構成による過渡電流により、CFEの発電機の1つがオフラインになった可能性があり、CFEは不足分を補うために南カリフォルニアから電力を輸入し始めた。^[6]^{: 33–34}^[8]

サウスウェスト・パワー・リンクがこれまで運んでいた電力のうち、3 / 4 はリバーサイドとオレンジ郡を通り、南のサン・オノフレを経由してSCE の送電システムを通って流れた。残りの 1/4 は低電圧の IID と WALC の準送電システムを通って流れた。この電流は IID のコーチェラ・バレー変電所の 2 つの変圧器に過負荷をかけ、変圧器は損傷を防ぐためにオフラインにトリップする準備をした。IID 制御センターの監視機器はスケール外の値を示していたため、コントローラーは事前にプログラムされた 40 秒の遅延中に反応しなかった。4 分後の午後 3 時 32 分、IID のラモン変電所の別の変圧器 (SCE との北方唯一の相互接続) もオフラインにトリップし、^{[注 4]} IID は自動的に負荷を遮断し始めた。^[6]^{: 31、40–41}

午後3時35分、WALCのシステムも問題を抱え始め、まずヒラでサウスウェスト電力リンクから切断され、次にパーカーで手動で北への負荷を削減しました。^[6]^{: 44–45}これらの出来事の後、WALCのシステムは安定し、停電後もパロベルデ渓谷のブライスに電力を供給し続けました。 ^[9]

一方、CAISOは南カリフォルニアの電力網が崩壊の危機にあることを認識していた。しかし、故障の30分前には電力供給を停止する必要があると誤って見積もったため、SDG&Eに負荷遮断の必要性を通知しなかった。代わりに、カーニーメサとワイルドフラワーラークスパーエネルギー施設（オタイメサ近郊）のガスタービン発電所の稼働を命じたが、稼働開始までにはそれぞれ10分と20分かかる予定だった。^[6]^{: 42, 45, 50}

ギラでのWALCの切断に続いて、IIDのシステムは午後3時37分に、過剰警戒から唯一残っていた南北の連結線を切断した。その後、サンディエゴ、インペリアルバレー、ユマ、アリゾナ州、バハカリフォルニアへの輸入電力はすべて、サンオノフレを通るパス44の連結線経由でしか送ることができなくなった。この時点で停電は避けられなかった。パス44のラインは、これほどの電流を持続的に送ることができず、南部の電力会社に負荷を減らすよう指示する時間もなかった。^[6]^{: 48}

IIDが北部から切り離された数秒後、SDG&Eからも切り離されたが、その前にメキシコのラ・ロジータにある2つの発電所が自動的にオフラインになった。IID島は引き続き負荷を下げ、停電した。^[6]^{: 49, 102}

ラ・ロジータ発電機がなければ、パス44の電流はサン・オノフレ変電所の自動リレー設定値を超えてしまう。数秒のうちにサン・オノフレは、サンディエゴ、バハ・カリフォルニア、ユマを、発電能力の大部分を供給していた西部相互接続の残りの部分から切り離した。^[6]^{: 48–49}

即座に、SDG&E、CFE、APS は自動的に負荷を遮断し始めた。しかし、CFE の発電機保護スキームにより、失われた負荷と同程度の発電能力も低下した。CFE は、2 秒後に相互接続が自動的に開くまで、SDG&E から電力を輸入し続けた。同時に、ユマも SDG&E から切り離され、ユッカ発電所がさらに 15 秒間電力を供給し続けたポケットができた。SDG&E が孤立するまでに、周波数はすでに低下しており、サンディエゴは発電機を損傷することなく回復することはできない。^[6]^{: 53–57}

分析

停電後、連邦、地方、地域の当局が停電の調査を行った。^[10]米国連邦エネルギー規制委員会と北米電力信頼度公社の調査官によると、問題には以下が含まれていた。

送電事業者は、日常的な保守作業を考慮して緊急時対応計画を常に更新しているわけではない。緊急時対応計画を作成したとしても、近隣の電力会社との調整、低電圧配電システム（IIDのネットワークの大部分など）の影響の分析、予定されている電力転送に関する最新の情報を十分に活用していない。^[6]^{: 63–66}
WECCは、特定の地域とサブ地域内でのみ季節的偶発事象分析を実施し、地域間の影響や季節外れの天候の可能性を分析することはなかった。^[6]^{: 74–78}
地方送電事業者の緊急時対応分析では、一般的に、考えられるすべての電力供給シナリオが分析されているわけではない。^[6]^{: 81}
多くの送電事業者は、自社のモデルやWECCのモデルをシステムの実際の動作と比較せず、その結果、危機時のシステムに対して非現実的な期待を抱いていました。^[6]^{: 82–84}
送電事業者は、近隣の送電網の内部状況を観察する能力がほとんどないか全くなかったが、それらの内部状況は大きな外部フローを引き起こす可能性があり、実際に引き起こしていた。^[6]^{: 86–87}
$複数の送電事業者（IIDだけでなく）は、システムが（ n -1）$ 安定状態にない場合に、可聴または視覚的な警報を発する設備を備えていなかった。IIDは、システムを $（ n -1）$ 安定状態に維持しようとさえしなかった。自らの状態を監視できなくなったとき、WALCは支援を求めなかった。最後に、WECCは $n -1$ 基準を運用する際に相互接続障害を考慮していなかった。^[6]^{：88–91、94–95、97–100}
SDG&E、CFE、IIDはいずれもラ・ロジータとエル・セントロ間の「Sライン」に依存していたが、ラインの保護設定については調整していなかった。ラ・ロジータの発電機がオンラインのままであれば、停電はIIDシステムに限定されていた可能性が高い。^[6]^{: 100–102}
SCEはサンオノフレの環境の影響を分析しなかったが、連邦捜査官にとってはそれは不要と思われた。^[6]^{: 102–103, 105–107}
WECCはいくつかの自動緊急プロトコルを誤って分類し、国家基準で要求されている分析を怠ったようだ。^[6]^{: 104–105}
いくつかのケースでは、送電事業者は保護リレーを緊急定格より低く設定したり、事業者が反応する時間を与えないほど高く設定したりしている。^[6]^{: 107–110}
APSは通電されていない電力線の位相を監視できなかった。^[6]^{: 112}
停電からの復旧プロセスにおいて、WECCは近隣の電力会社間の適切な調整に失敗した。^[6]^{: 62}

効果

影響を受けたのは5つの公共事業体である：サンディエゴ郡とオレンジ郡南部およびリバーサイド郡の一部に電力を供給するSDG&E、インペリアルバレーに電力を供給するインペリアル灌漑地区、バハカリフォルニア州に電力を供給するメキシコの電力会社Comisión Federal de Electricidad （CFE）の一部、アリゾナ公共サービス（APS）、および西部地域電力管理局のLower Coloradoシステム（WALC）である。停電により、サンディエゴ郡の顧客140万人^[11]^[12]とメキシコの顧客110万人を含む約700万人が停電した。^[3^]

停電で最も被害が大きかったサンディエゴ・ティファナ都市圏は、事実上完全に機能停止状態に陥った。信号機が機能しなくなったため、一般道は渋滞し、サンディエゴの街並みは暗くなった。サンディエゴ・トロリーシステムは、電車や関連施設を運行するための電力がなかったため停止した。ティファナやコーチェラ・バレーなどの内陸部の住民は、暑さを避けるために夜遅くまで屋外にいた。^[12]この地域の高速道路は、特にロサンゼルス南東部とサンディエゴ地域のノースカウンティを結ぶI-5とI-15の回廊で極端な交通渋滞に見舞われた。^[12]ある病院は、予備発電機が故障したため、2時間にわたって停電した。^[13]

この停電によりレストランや食料品店は多大な損失を被り、大量の腐った食品を廃棄せざるを得なくなった。食料品店、飲食店、家庭における生鮮食品の損失は1,200万～1,800万ドルと推定されている。^[14]また、停電により下水ポンプ場が一部故障し、海岸が汚染され、いくつかの地域で水供給が安全でない可能性がある。^[15]予防措置として、停電後数日間は水を煮沸するか、ボトル入りの水を使用するよう、一部の地域の住民に勧告された。^[16]下水ポンプ場の故障のため、 5つのポンプ場にディーゼル発電機が設置された。^[17]

サンオノフレ原子力発電所の2号機と3号機も、サンディエゴ・バハ・ユマ島の形成に伴い、残りの西部連系線の発電需要が減少したため、自動的にオフラインになった。^[6]^{: 55–56}^[18]

回復

停電が始まってから11時間後、影響を受けた顧客694,000件への電力供給が回復し、^[19] 9月9日午前4時30分までに全顧客への電力供給が回復したが、システムは依然「脆弱」と評されていた。^[20]予防措置として、サンディエゴ郡のすべての公立学校とオレンジ郡南部のカピストラノ統一学区は9月9日に休校となった。サンディエゴのほとんどの主要大学とコミュニティカレッジ、およびすべての連邦裁判所もその日は休校となった。^[20]

FERC の引用

FERCは、基準違反の疑いで、アリゾナ州公共サービス、カリフォルニア州独立系統運用者、インペリアル灌漑地区、南カリフォルニアエジソン、西部地域電力管理局、西部電力調整協議会の6つの団体を告発した。

テロの恐怖

停電は9月11日の同時多発テロ事件の10周年の数日前に発生し、その数時間前には米国国土安全保障省が記念日に先立ってテロ攻撃の可能性があると警告していた。そのため、停電に対する最初の反応は、停電が攻撃の結果である可能性があるという疑問だった。しかし、連邦捜査局とSDG&Eは調査の初期段階でテロの可能性を否定し、^[21]その後の証拠も停電の意図的な原因を示唆するものはなかった。^[6]

参照

1996年北米西部停電
カリフォルニア電力危機
2003年の北東部停電
パス 46、別名コロラド川の西、アリゾナ州とカリフォルニア州の西川パス (WOR)

注記

^ 翌年、SDG&Eは、インペリアルバレー西部のサウスウェスト電力リンクと並行する2番目の500kVラインであるサンライズ電力リンクを完成させた。2014年7月現在^{[アップデート]}、アリゾナ州までの残りの区間はまだ1本の線路である。
^ 当時、サンオノフレ発電所はまだ廃止されていませんでした。発電所の閉鎖後も、パス44は発電所の操車場を通って走り続けています。
^ IID変圧器の故障がさらなる故障を引き起こさなかったとしても、IIDの標準操作手順では、その影響を軽減するためにガスタービン発電所を非現実的に高速で起動することに依存していた。^[6]^{: 41}
^ 4分間の遅延は、実際にはIIDが過負荷保護リレーを設定する際にミスをしたためでした。正しく設定されていれば、IIDの変圧器3台すべてがほぼ瞬時にトリップしていたはずです。^[6]^{: 40–41}

参考文献

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[6] 翌年、SDG&Eは、インペリアルバレー西部のサウスウェスト電力リンクと並行する2番目の500kVラインであるサンライズ電力リンクを完成させた。2014年7月現在^{[アップデート]}、アリゾナ州までの残りの区間はまだ1本の線路である。

[7] 当時、サンオノフレ発電所はまだ廃止されていませんでした。発電所の閉鎖後も、パス44は発電所の操車場を通って走り続けています。

[10] IID変圧器の故障がさらなる故障を引き起こさなかったとしても、IIDの標準操作手順では、その影響を軽減するためにガスタービン発電所を非現実的に高速で起動することに依存していた。^[6]^{: 41}

[12] 4分間の遅延は、実際にはIIDが過負荷保護リレーを設定する際にミスをしたためでした。正しく設定されていれば、IIDの変圧器3台すべてがほぼ瞬時にトリップしていたはずです。^[6]^{: 40–41}

[1] ロメロ、デニス (2011 年 9 月 13 日)。「南カリフォルニアの停電で数百万人が被害を受けたため、停電訴訟が連邦裁判所で集団訴訟の地位を求める」LA Weekly、LP。

[2] ディトラー、ジョー（2011年9月16日）。「2011年コロナド大停電」コロナド・イーグル＆ジャーナル。

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