Những sự cố tan rã hệ thống điện

I.1.1 Những cố tan rã hệ thống điện gần giới Trong vòng 20 năm, có nhiều cố tan rã HTĐ xảy khắp giới với hậu vô to lớn, chí nước phát triển Mỹ, Nhật Bản, Tây Âu… Trong phần này, số cố điển hình thảo luận tóm tắt dựa tài liệu tham khảo: [1] [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18] [19]: • Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 19/12/1978 Pháp Lúc HTĐ Pháp nhập điện từ nước bên cạnh Phụ tải tăng lên từ khoảng 7h đến 8h 4600MW So với ngày hôm trước nhu cầu phụ tải tăng lên 1600MW Điều làm cho điện áp giảm xuống khoảng từ 8h5-8h10, nhân viên vận hành khóa tự động điều áp tải MBA lưới cao áp (EHV/HV) Trong khoảng từ 8h20, điện áp nút lưới truyền tải (400kV) giảm xuống khoảng từ 342kV-374kV Trong số đường dây bị cắt bảo vệ dòng, làm điện áp bị giảm thấp thêm nữa, sảy sụp đổ điện áp sau Trong trình khôi phục lại HTĐ xảy cố sụp đổ điện áp khác Hậu cố 29GW tải bị cắt, với tổng lượng không truyền tải phân phối 100GWh Hậu tiền dự tính khoảng 200-300 triệu đôla Nguyên nhân ổn định sụp đổ điện áp khoảng thời gian 26 phút [1], [2], [3] • Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 04/08/1982 Bỉ: Bắt đầu việc dừng tổ máy có công suất 700MW trình thí nghiệm nghiệm thu sau bảo dưỡng Sau khoảng 45 phút, phận giới hạn kích từ hai tổ máy khác tác động để giảm lượng công suất phản kháng phát Ba đến bốn phút sau cố đầu tiên, ba tổ máy khác bị cắt bảo vệ “Giới hạn công suất phản kháng” MPĐ Vào lúc phút 20 giây, điện áp số nút số nhà máy điện giảm xuống 0.82pu Vào lúc 4phút 30 giây, hai máy phát khác bị cắt rơle tổng trở, dẫn đến sụp đổ điện áp ổn định điện áp khoảng trung dài hạn [1], [2], [3] • Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 27/12/1983 Thụy Điển: Việc hư hỏng dao cách ly cố trạm biến áp phía tây Stockholm dẫn đến việc ngắt toàn trạm biến áp đường dây 400 kV Khoảng giây sau, đường dây 220 kV bị cắt bảo vệ dòng Điện áp HTĐ bị giảm thấp làm cho MBA với điều áp tải tác động, làm cho điện áp hệ thống đường dây truyền tải giảm thấp, dòng điện tăng cao đường dây từ phía bắc đến miền nam Khoảng 55 giây sau cố TBA, đường dây 400 kV bị cắt làm cho HTĐ Thụy Điển bị tách thành hai phần, Bắc Nam Các tượng sụp đổ tần số điện áp xảy HTĐ Hệ thống sa thải phụ tải hiệu việc cứu vãn HTĐ khỏi sụp đổ Các tổ máy hạt nhân khu vực HTĐ chia rẽ bị cắt bảo vệ dòng trở kháng thấp dẫn đến cố tan rã hoàn toàn HTĐ Tổng lượng tải bị cắt vào khoảng 11400 MW Nguyên nhân cố tan rã HTĐ sụp đổ tần số điện áp khoảng thời gian dài sau trải qua cố nghiêm trọng [1], [2], [3] • Sự cố tan rã HTĐ Florida – Mỹ ngày 17 tháng 1985: Một cố phóng điện dẫn đến việc cắt ba đường dây 500kV mang tải nhẹ dẫn đến sụp đổ điện áp tan rã hoàn toàn HTĐ vòng vài giây Lượng tải bị khoảng 4292 MW Nguyên nhan cố tan rã HTĐ trình sụp đổ điện áp khoảng thời gian độ [2], [3] • Sự cố tan rã HTĐ Tokyo – Nhật Bản ngày 23 tháng năm 1987: Toàn thủ đô Tokyo có thởi tiết nóng, dẫn đến lượng tải tiêu thụ điều hòa nhiệt độ tăng cao Sau thời gian buổi trưa, lượng tải tăng lên khoảng 1% /1 phút (tương đương với 400 MW/1 phút) Mặc dù, tụ bù đóng hết, điện áp HTĐ bắt đầu giảm thấp hệ thống truyền tải 500kV Sau khoảng 20 phút, điện áp bắt đầu giảm xuống khoảng 0,75 p.u (đơn vị tương đối) kết hệ thống bảo vệ rơle tác động ngắt số phần hệ thống truyền tải xa thải 8000MW Nguyên nhân trình sụp đổ điện áp khoảng thời gian dài hạn Các đặc tính phụ tải phụ thuộc điện áp thiết bị điều hòa nguyên nhân dẫn suy giảm điện áp [1], [2], [3] • Sự cố tan rã HTĐ ngày 12/01/1987 miền tây nước Pháp: khoảng 50 phút, bốn tổ máy nhà máy nhiệt điện Cordemais bị cắt ra, dẫn đến điện áp HTĐ giảm thấp kéo theo tổ máy nhiệt điện khác bị cắt vòng phút sau có tổ máy bảo vệ kích thích tác động Tuy nhiên điện áp giữ ổn định giá trị thấp (trong khoảng từ 0.5 pu đến 0.8 pu) Trong khoảng thời gian phút điện áp giảm thấp phải cắt lượng tải 1500 MW để cứu vãn sụp đổ hoàn toàn HTĐ Nguyên nhân sụp đổ điện áp khoảng thời gian dài hạn [1], [2], [3] Hình vẽ II-1: Sụp đổ điện áp hệ thống điện pháp ngày 12/1/1987 • Sự cố tan rã HTĐ Phần Lan 8/1992, HTĐ vận hành gần với giới hạn an ninh cho phép, lượng công suất nhập từ Thụy Điển lớn, mà vùng miền nam Phần Lan có tổ máy nối trực tiếp với hệ thống truyền tải 400kV Sự cố tổ máy 735 MW đồng thời với việc bảo dưỡng định kỳ đường dây 400kV làm giảm lượng công suất phản kháng truyền tải dẫn đến điện áp lưới 400kV giảm xuống 344 kV Điện áp khôi phục cách khởi động nhà máy điện dùng tuabin khí sa thải lượng phụ tải [3] • Sự cố tan rã HTĐ bang miền tây nước Mỹ (Western Systems Coordination Council -WSCC) ngày tháng năm 1996: Bắt đầu vùng Wyoming Idaho lúc 14 24 phút 37 giây: Hệ thống chế độ nặng tải nhiệt độ vùng miền nam Idaho Utah cao, khoảng 38°C Lượng công suất truyền tải từ vùng Pacific NW vể California cao cụ thể sau: o Đường dây liên lạc AC: 4300MW (giới hạn 4800MW) o Đường dây liên lạc DC: 2800MW ( giới hạn 3100MW) o Sau có cố ngắn mạch pha đường dây 345 kV từ nhà máy điện 200MW Jim Bridger vùng Wyoming đến Udaho phóng điện từ đường dây vào hành lang tuyến Sự cố dẫn đến việc cắt đường dây mạch kép khác tác động sai bảo vệ rơ le Việc cắt bốn tổ máy nhà máy điện Jim Bridger theo tiêu chuẩn ổn đinh lẽ làm ổn định lại HTĐ Tuy nhiên việc cố cắt đường dây 220kV miền đông Oregon làm điện áp giảm thấp vùng miền nam Idaho, suy giảm vùng trung tâm Oregon Khoảng 24 giây sau, đường dây 220kV dài khác từ vùng miền tây Montana đến miền nam Idaho bị cắt vùng ba bảo vệ khoảng cách, điều làm cho đường dây kép 161kV khác bị cắt sau dẫn đến việc suy giảm nhanh điện áp vùng Idaho Oregon Khoảng giây sau, đường dây 220kV từ Hells Canyon đến Boise bị cắt ra, giây sau, hệ thống truyền tải liên lạc với vùng Pacific bị cắt Sự tan rã HTĐ xảy sau khoảng 35 giây từ cố Khoảng 2,2 triệu người bị ảnh hưởng, lượng tải bị vào khoảng 11900MW Nguyên nhân sụp đổ điện áp [1], [10] Hình vẽ II-2: Quá trình sụp đổ điện áp hệ thống 500kV • Sự cố tan rã hệ thống điện bang miền tây nước Mỹ: (Western Systems Coordination Council -WSCC), ngày 10 tháng năm 1996 Hình vẽ II-3: Sơ đồ trình tự cố dẫn đến tan rã hệ thống điện WSCC 10/8/1996 o Trong thời gian trước xảy cố, nhiệt độ miền tây bắc, lượng công suất truyền tải từ phía Canada California tăng cao Trước tan rã hệ thống, ba đường dây 500kV truyền tải công suất từ vùng hạ lưu sông Columbia River đến trung tâm phụ tải Oregon bị cắt cố phóng điện vào hành lang tuyến Đường dây liên lạc California-Oregon truyền tải 4330 MW từ miền bắc miền nam Đồng thời đường dây liên lạc chiều Pacific DC Intertie truyền tải 2680 MW từ miền bắc miền nam Dao động công suất tăng dần xảy tần số 0.23 , thiếu thiết bị điều khiển cản dao động dẫn đến việc cắt đường dây khác, làm HTĐ bị chia tách thành bốn vùng riêng biệt o Tổng lượng tải bị khoảng 30,500 MW, 7,5 triệu người bị ảnh hưởng điện từ vài phút đến Hình vẽ II-4: Tổng công suất truyền tải đường dây California-Oregon [20] • Sự cố tan rã HTĐ bang Miền bắc nước Mỹ - Canada (North American Electricity Reliability Council (NERC-USA) ngày 14/08/2003 Dựa điều tra NERC, HTĐ lúc đạng vận hành trạng thái mang tải nặng thiếu công suất phản kháng vùng Cleveland, Ohio Hệ thống đánh giá trạng thái, phân tích cố thời gian thực vùng Midwest ISO (MISO) (state estimator -SE real time contingency analysis RTCA) không hoạt động có cố ẩn bên từ khoảng 12giờ 15 phút đến 16giờ 04 phút Điều ngăn cản MISO đưa cảnh báo sớm việc đánh giá trạng thái HTĐ Tại trung tâm điều khiển hệ thống điện FE (First Energy control center) xảy cố hư hỏng phần mềm máy tính hệ thống quản lý lượng (Energy Management System EMS) lúc 14 14 phút Những hư hỏng khiến FE đánh giá tình trạng làm việc đưa cảnh báo sớm biện pháp phòng ngừa Sự cố xảy hệ thống FE, lúc 13 31 phút, tổ máy số nhà máy điện Eastlake bị cắt kích thích, số tổ máy khác vùng FE phía bắc Ohio vận hành chế độ tải công suất phản kháng, tải công suất phản kháng khu vực tiếp tục tăng cao Mặc dù kỹ sư vận hành cố gắng khôi phục lại hệ thống tự động điều chỉnh điện áp, tổ máy số bị cắt ra, dẫn đến đường dây 345kV vùng FE ChamberlinHarding 345 kV bị cắt lúc 15giờ 05 phút phóng điện từ dây dẫn vào hành lang tuyến lúc đường dây mang 44% tải định mức Tiếp theo đường dây 345kV Hanna-Juniper mang tải 88 % bị cắt phóng điện vào hành lang tuyến lúc 15 32 phút Một đường dây 345kV khác mang tải 93% Star-Canton bị cắt phóng điện vào lúc 15 41 phút Trong khoảng thời gian này, hệ thống phần mềm trung tâm điều khiển FE MISO bị hỏng, nên hành động ngăn chặn Tiếp sau loạt đường dây tải điện hệ thống 138 kV bị cắt khoảng 15 phút tiếp theo, sa thải phụ tải Sự cố nguy kịch dẫn đến việc điều khiển HTĐ điện lan rộng vùng Ohio sau đường dây 345kV Sammis-Star 345 kV bị cắt lúc 16 05phút 57 giây Vào khoảng 16 10phút 38 giây, việc đường dây liên lạc Ohio Michigan, công suất trao đổi Mỹ Canada bị thay đổi Tại thời điểm này, điện áp xung quanh vùng Detroit bị giảm thấp đường dây bị tải nặng HTĐ ổn định kết điện hàng loạt, với việc cắt hàng trăm tổ máy, đường dây vùng rộng lớn Người ta ước tính khoảng 65000 MW bị cắt phải gần 30giờ để khôi phục lại HTĐ, dao động công suất, ổn định điện áp nguyên nhân cố tan rã HTĐ [5], [9], [10], [11], [12], [13], [14] • Sự cố tan rã HTĐ Thụy Điển/ Đan Mạch ngày 23 tháng năm 2003: Trước xảy cố tất điều kiện vận hành nằm giới hạn cho phép Tổng lượng tải Thụy Điển vào khoảng 15000MW, không nặng tải Hai đường dây 400kV vùng cố cắt để bảo dưỡng định kỳ, đường dây HVDC khác nối với Đức bị cắt cho mục đích bảo dưỡng Bắt đầu từ 12:30, tổ máy nhà máy điện hạt nhân Oskarshamn bị cố phải giảm công suất từ 1250MW xuống 800MW cố hệ thống bơm cấp nước Nhân viên nhà máy khắc phục cố dẫn đến tổ máy bị cắt làm hoàn toàn 1250MW Sự cố lẽ coi bình thường thỏa mãn tiêu chuẩn an ninh N-1, lượng công suất dự phòng nóng khả mang tải đường dây thỏa mãn tiêu chuẩn an ninh kể Sau trình độ bình thường, hệ thống tự động khởi động để lấy công suất dự phòng từ nhà máy thủy điện từ Na Uy, bắc Thụy Điển Phần Lan, người ta tin điều làm HTĐ trở lên ổn định vòng khoảng phút Tuy nhiên điện áp vùng phía nam giảm khoảng 5kV, tần số ổn định giới hạn cho phép 49,90Hz Lượng công suất chạy đường dây nằm giới hạn cho phép, nhiên lượng công suất chạy từ phía nam-tây nam tăng lên Vào lúc 12:35 xảy cố góp kép trạm 400kV Horred phía tây Thụy Điển làm 1,8GW từ nhà máy điện hạt nhân Ringhals, hai đường dây nối bắc-nam bị cắt ra, từ 12:35 đến 12:37 vùng phía đông trở lên tải dẫn đến sụp đổ điện áp, vùng phía nam (Nam Thụy Điển Tây Nam Đan Mạch) bị tách rời Lúc 12:37 thiếu hụt công suất dẫn đến sụp đổ tần số điện áp dẫn đến tan rã hệ thống điện Tổng lượng tải bị cắt vào khoảng 6,3 GW 6h để khôi phục HTĐ [9], [11], [15] Hình vẽ II-5: Công suất tác dụng hệ thống điện Đan Mạch (vùng Zealand) • Sự cố tan rã HTĐ Italy, ngày 28/09/2003 vào lúc sáng, lượng công suất nhập 6,9 GW, nhiều 300 MW so với định mức Lúc 03h 01phút 42giây, có cố xảy dây 380kV mang tải nặng từ Mettlen -Lavorgo HTĐ Thụy sỹ, gần với biên giới Italy Các kỹ sư vận hành cố gắng đóng lặp lại đường dây cách tự động tay không thành công sai lệch lớn góc pha điện áp hai cực máy cắt điện Việc làm đường dây truyền tải 400 kV Sils Soazza từ Thụy Sỹ đến Italy bị tải 110% Vì dao động công suất không làm ảnh hưởng đến tiêu chuẩn an ninh N-1 HTĐ Italy nên nhà vận hành HTĐ Italy (GRTN) không nhận thức nguy hiểm xảy HTĐ Thụy Sỹ dã không tiến hành hành động phòng ngừa Vào lúc 03h 11phút, nhà vận hành HTĐ Thụy Sỹ (ETRANS) yêu cầu GRTN giảm lượng công suất nhập xuống để giảm lượng tải HTĐ Thụy Sỹ để đưa HTĐ trở lại chế độ vận hành an toàn Tuy nhiên phối hợp thiếu đồng bộ, xác ETRANS GRTN, dẫn đến việc ETRANS đưa hành động gây tranh cãi cắt đường dây Sils – Soazza tải lúc 03h 25 phút 21giây Ngay lập tức, đường dây 220 kV bên lãnh thổ Thụy Sỹ bị tải bị cắt làm lượng tải truyền sang Italy 740MW Sau cố này, đường dây nhập điện từ nước khác Pháp, Thụy Sỹ, Áo, Slovenia đến Italy bị tải bị cắt Kết HTĐ Italy bị điện hoàn toàn, tổng lượng tải bị cắt 27 GW, thiệt hại kinh tế hàng chục tỉ đô la Đây coi cố lớn lịch sử ngành điện lực Italy Nguyên nhân cố tan rã HTĐ sụp đổ tần số điện áp HTĐ [6], [7], [8], [9] Hình vẽ II-6: Tần số điện áp HTĐ Đức Hungary trước sau 3h25phút33giây HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ UCTE • Sự cố tan rã HTĐ Hy Lạp ngày 12/07/2004 Trước 12h 25phút, HTĐ thủ đô Athens nặng tải việc dùng nhiều điều hòa nhiệt độ Hơn việc bảo dưỡng đường dây tổ máy 125 MW, tổ máy 300 MW làm cho HTĐ gần giới hạn ổn định Cho đến chiều, điện áp giảm xuống khoảng 90% giá trị danh định Vào lúc12h 30phút để giảm sụp đổ điện áp, sa thải 80 MW tải phụ tải tiếp tục tăng lên làm cho điện áp tiếp tục giảm xuống Cho đến lúc12h 35 phút, nhà vận hành dự định sa thải tiếp 200 MW (nhưng thực tế không tiến hành sa thải) Vào lúc 12giờ 37 phút, tổ máy khác bị cắt làm cho điện áp sụp đổ hoàn toàn Lúc 12giờ 39phút, hệ thống bị tách bảo vệ đường dây tác động, phần HTĐ lại bị tách khỏi vùng phía nam, dẫn đến cố tan rã HTĐ Athens đảo Peloponnes Tổng lượng tải bị vào khoảng GW [16] • Sự cố tan rã HTĐ nước châu Âu ngày 04/11/2006 Đây cố có nguyên nhân phức tạp, ảnh hưởng đến nhiều quốc gia Nguyên nhân ổn định tần số [17], [18] Tuy nhiên việc sa thải phụ tải kịp thời tránh cố tan rã HTĐ diện rộng riêng Pháp sa thải 6460 MW hay 12% Khoảng 15 triệu người bị ảnh hưởng a Tần số HTĐ ghi đượ c cho đế n bị chia tách b T ần s ố ghi đượ c sau HT Đ b ị chia tách Hình vẽ II-7: Tần số HTĐ châu Âu trước sau tan rã [17] • Ngoài nhiều cố điện khác như: nước châu Âu ngày 4/11/2006, London - nước Anh (08/08/2003), Helsinki - Phần Lan (09/08/2003), Shanghai-Trung Quốc (27/08/2003), Athens- Hy Lạp (06/10/2003), Georgia (23/09/2003), Bahrain (08/08/2004), Úc (14/08/2004), Kuwait (01/11/2004), Malaysia (13/01/2005), MoscowNga (25/05/2005), Dubai (09/06/2005) [21] Một loạt cố tan rã hệ thống điện kể chứng tỏ vấn đề đặc biệt quan tâm Mặc dù có đầu tư lớn việc qui hoạch, thiết kế, lắp đặt nhiều thiết bị, nhà máy điện mới, đường dây tải điện mới, đào tạo nâng cao trình độ cho cán vận hành, nguy tan rã hệ thống điện nguyên tính thời Chính mà cần phải nghiên cứu, tìm hiểu chế, biện pháp phòng ngừa ngăn chặn cố điện tương lai