Các hiện tượng gây ra các sự cố lớn về mất điện trên diện rộng thường do các biến cố tương thuộc có quan hệ phức tạp với nhau. Khả năng các sự kiện xác suất thấp chuyển thành mất điện dây chuyền tăng lên khi trước đó lưới điện đang chịu sức ép lớn. Sự cố 14/08 ở Bắc Mỹ được khởi đầu bằng tách MPĐ và đường dây vài giờ trước khi chuỗi sự kiện chính bắt đầu, gây ra mất điện dây chuyền, đảo chiều các trào lưu công suất và lan chuyền kích động trên quy mô lớn.
Điều kiện thời tiết và các nguyên nhân tự nhiên như: gió, mưa, sương mù, nhiệt độ cao, nhiễu loạn từ trường... thường là các yếu tố khởi đầu cho các kích động dây chuyền ngoài kiểm soát. Tuy nhiên, một số các dấu hiệu, chế độ có thể kiểm soát được như: Việc đầy tải của lưới, quản lý hành lang tuyến (phát tuyến chưa đầy đủ và hợp lý), độ dự trữ vận hành thấp... Những hiện tượng thường thấy nhất trong các sự cố này là:
1.2.1 Các hiện tượng trước khi kích động xảy ra
- Đều xảy ra khi hệ thống đang vận hành nặng nề nhất.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 25 - Một số đường dây truyền tải và MPĐ bị tách ra trước khi có kích động(thiết bị được tách ra để bảo dưỡng) làm cho HTĐ bị yếu đi.
- Các điều độ viên chậm phát hiện ra sự yếu đi của hệ thống tuy mỗi sự cố lớn về mất điện trên diện rộng có các nguyên nhân khác nhau.
- Sự già hóa các thiết bị bảo vệ dẫn đến giảm độ tin cậy khi làm việc.
- Bảo dưỡng không đầy đủ, chẳng hạn như việc phát tuyến đường dây hay cắt cây vi phạm hàng lang chưa đạt chuẩn. Cũng như sự phối hợp không toàn diện giữa bảo dưỡng thiết bị với lịch phát điện trong các chế độ vận hành nặng nề.
1.2.2 Các hiện tượng khi kích động xảy ra
- Mất ổn định góc pha hoặc mất đồng bộ: Thường xảy ra khi các MPĐ ở các bộ phận khác nhau của lưới điện gia tốc ở các tốc độ khác nhau tạo ra tính huống mà hệ thống có thể bị chia tách.
- Mất ổn định điện áp: Khi HTĐ không thể duy trì điện áp để kiểm soát được cả công suất và điện áp.
- Quá tải nhiệt: Thường xảy ra khi có các kích động trên diện rộng do việc khai thác thiết bị ngày càng lớn. Những quá tải này có thể gây ra sự cố như các đường dây bị võng xuống chạm vào cây cối hoặc phá hủy thiết bị nếu không có bảo vệ. Nhiều khi hiện tượng quá tải gây ra cắt sớm các thiết bị do các rơle chống ngắn mạch tác động vì các rơle này không cho phép sử dụng toàn bộ khả năng quá tải ngắn hạn của thiết bị.
- Chia tách hệ thống do mất ổn định tần số: Khi HTĐ bị chia tách sẽ làm xuất hiện sự mất cân bằng nguồn tải và điều đó khiến tần số lệch khỏi giá trị danh định.
Trong trường này, nếu máy phát không thể điều chỉnh thì cần phải sa thải phụ tải hoặc nguồn điện. Giải pháp nữa là để tái lập công suất phản kháng là sa thải phụ tải bằng sử dụng rơle tần số thấp.
1.2.3 Các cơ chế xảy ra sự cố mất điện trên diện rộng
Các cơ chế xảy ra sự cố mất điện trên diện rộng rất khác nhau từ hệ thống đơn lẻ đến hệ thống liên kết. Tuy nhiên tất cả các sự cố trên đều có một quá trình chung đó là HTĐ đi từ trạng thái vận hành bình thường (có thể rất gần với giới hạn an ninh/ổn định) đến mất ổn định và cuối cùng là chia tách, sụp đổ thành các hệ thống riêng biệt. Cơ chế chung đó chính là sự mất ổn định của HTĐ và được thể hiện trên hình 1-7:
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 26
Hình 1- 7: Cơ chế chung sự cố mất điện trên diện rộng (tan rã HTĐ)
- Ban đầu, HTĐ đang được vận hành ở những điều kiện bất lợi, khá gần với giới hạn ổn định. Ví dụ như: mất một số tổ máy/nhà máy điện, một số đường dây tải điện do sự cố hay bảo dưỡng trong khi đó nhu cầu phụ tải lại đang rất lớn hay tăng lên do những điều kiện bất thường của thời tiết. Hơn nữa, vùng trung tâm phụ tải lại ở xa vùng phát, làm tăng tổn thất truyền tải cả công suất tác dụng và phản kháng, hoặc không có đủ công suất dự phòng. Những điều kiện bất lợi đó làm cho điện áp ở một số nút bị giảm thấp.
- Những điều kiện bất lợi này có thể phải tiếp tục chịu một hoặc một số sự cố cực kỳ nguy kịch do việc mất thêm thiết bị như là mất đường dây, máy phát quan trọng, làm phá vỡ tiêu chuẩn an ninh N-1 hay N-m (với m ≥ 2). Làm phát sinh các vấn đề ổn định HTĐ như mất ổn định điện áp/tần số/góc pha, làm quá tải các thiết bị còn lại, điện áp giảm thấp tại một số nút, mất đồng bộ giữa các máy phát điện...
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 27 Việc mất cân bằng công suất phát/tải làm nảy sinh sự sụp đổ về tần số và gây mất đồng bộ hệ thống.
- Việc thiếu các biện pháp ngăn chặn kịp thời của các trung tâm điều độ hệ thống, lỗi vận hành của con người, sự tác động sai của thiết bị bảo vệ, hay hư hỏng ẩn trong các hệ thống giám sát, điều khiển làm cho tình hình trở lên nghiêm trọng hơn.
- Sự tác động của máy biến áp điều áp dưới tải, hay các máy phát đã đạt đến giới hạn công suất tác dụng/phản kháng, làm cho HTĐ mất khả năng điều khiển điện áp, công suất của các tụ bù bị giảm đi theo bình phương của mức độ giảm điện áp tại các nút đặt tụ bù. Kết quả là điện áp tiếp tục giảm thấp, dẫn đến sụp đổ điện áp và tan rã hệ thống.
- Việc thiếu mô men cản các dao động hay quá trình quá độ dẫn đến các máy phát điện bị mất đồng bộ, các hệ thống bảo vệ chống mất đồng bộ tác động cắt các máy phát này ra khỏi HTĐ, làm cho sự mất cân bằng phát/tải tăng lên mạnh hơn nữa, dẫn đến việc cắt hàng loạt các thiết bị khác và cuối cùng là làm sụp đổ hoàn toàn hệ thống
M
Vùng phụ tải Nhà máy điện
Hệ thống điện
G
G
C
Quy hoạch và thiết kế
Vận hành
Các nguyên nhân khách
quan Bảo dưỡng
Tải Dự đoán sai nhu
cầu phụ tải Không đáp ứng
các tiêu chuẩn Thiết kế và cài đặt sai thông số
Không cập nhật các thông số
Hệ thống truyền tải
Những công việc bất thường
Thiết bị quá cũ
Thiếu sự đào tạo chuyên sâu vận hành
Thiếu biện pháp ngăn
chặn Thiếu biện
pháp phòng ngừa
Không hiểu rõ HTĐ đang
vận hành
Sự phối hợp vận hành giữa các
trung tâm
Thảm họa thiên nhiên Phụ tải tăng bất thường
Các hư hỏng tiềm ẩn Bảo vệ tác
động nhầm
Hình 1- 8: Nguyên nhân gây sự cố mất điện trên diện rộng (tan rã HTĐ)