Những sự cố tan rã hệ thống điện

I.1.1 Những sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới
Trong vòng hơn 20 năm, đã có rất nhiều sự cố tan rã HTĐ xảy ra trên khắp thế giới với những
hậu quả vô cùng to lớn, thậm chí ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, Tây Âu…. Trong phần
này, một số các sự cố điển hình được thảo luận tóm tắt dựa trên các tài liệu tham khảo: [1] [2],
[3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18] và [19]:
•

Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 19/12/1978 tại Pháp. Lúc đó HTĐ Pháp đang nhập khẩu
điện năng từ các nước bên cạnh. Phụ tải tăng lên từ khoảng 7h đến 8h là 4600MW. So với
ngày hôm trước thì nhu cầu phụ tải tăng lên là 1600MW. Điều này làm cho điện áp giảm
xuống trong khoảng từ 8h5-8h10, các nhân viên vận hành đã khóa bộ tự động điều áp dưới
tải của các MBA trên lưới cao áp (EHV/HV). Trong khoảng từ 8h20, thì điện áp của các
nút trên lưới truyền tải (400kV) đã giảm xuống trong khoảng từ 342kV-374kV. Trong khi
đó một số đường dây đã bị cắt ra do bảo vệ quá dòng, càng làm điện áp bị giảm thấp thêm
nữa, và sảy ra sụp đổ điện áp sau đó. Trong quá trình khôi phục lại HTĐ đã xảy ra một sự
cố sụp đổ điện áp khác. Hậu quả của sự cố là 29GW tải đã bị cắt, với tổng năng lượng
không truyền tải phân phối được là 100GWh. Hậu quả về tiền được dự tính trong khoảng
200-300 triệu đôla. Nguyên nhân chính là sự mất ổn định và sụp đổ điện áp trong khoảng
thời gian 26 phút [1], [2], [3].

•

Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 04/08/1982 tại Bỉ: Bắt đầu bằng việc dừng một tổ máy có
công suất 700MW trong quá trình thí nghiệm nghiệm thu sau bảo dưỡng. Sau khoảng 45
phút, bộ phận giới hạn kích từ của hai tổ máy khác đã tác động để giảm lượng công suất
phản kháng phát ra. Ba đến bốn phút sau sự cố đầu tiên, ba tổ máy khác đã bị cắt ra do bảo
vệ “Giới hạn công suất phản kháng” của MPĐ. Vào lúc 3 phút 20 giây, điện áp trên một
số nút của một số nhà máy điện đã giảm xuống 0.82pu. Vào lúc 4phút 30 giây, hai máy
phát khác bị cắt ra bởi rơle tổng trở, dẫn đến sự sụp đổ điện áp do mất ổn định điện áp
trong khoảng trung và dài hạn [1], [2], [3].

•

Sự cố tan rã hệ thống điện ngày 27/12/1983 tại Thụy Điển: Việc hư hỏng một bộ dao cách
ly và sự cố ở một trạm biến áp ở phía tây của Stockholm dẫn đến việc ngắt toàn bộ trạm
biến áp và 2 đường dây 400 kV. Khoảng 8 giây sau, một đường dây 220 kV bị cắt ra bởi
bảo vệ quá dòng. Điện áp của HTĐ bị giảm thấp làm cho các MBA với bộ điều áp dưới tải
tác động, càng làm cho điện áp trên hệ thống các đường dây truyền tải giảm thấp, và dòng
điện tăng cao trong các đường dây từ phía bắc đến miền nam. Khoảng 55 giây sau sự cố ở
trong TBA, một đường dây 400 kV bị cắt ra làm cho HTĐ của Thụy Điển bị tách thành


hai phần, Bắc và Nam. Các hiện tượng sụp đổ tần số và điện áp xảy ra trong HTĐ. Hệ
thống sa thải phụ tải đã không có hiệu quả trong việc cứu vãn HTĐ khỏi sự sụp đổ. Các tổ
máy hạt nhân trong khu vực HTĐ chia rẽ đã bị cắt ra bởi bảo vệ quá dòng và trở kháng
thấp dẫn đến sự cố tan rã hoàn toàn HTĐ. Tổng lượng tải bị cắt ra vào khoảng 11400
MW. Nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ là do sụp đổ tần số và điện áp trong
khoảng thời gian dài sau khi trải qua một sự cố nghiêm trọng [1], [2], [3].
•

Sự cố tan rã HTĐ tại Florida – Mỹ ngày 17 tháng 5 1985: Một sự cố phóng điện dẫn đến
việc cắt ba đường dây 500kV đang mang tải nhẹ dẫn đến sụp đổ điện áp và tan rã hoàn
toàn HTĐ trong vòng vài giây. Lượng tải bị mất khoảng 4292 MW. Nguyên nhan của sự
cố tan rã HTĐ là quá trình sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian quá độ [2], [3].

•

Sự cố tan rã HTĐ Tokyo – Nhật Bản ngày 23 tháng 7 năm 1987: Toàn bộ thủ đô Tokyo có
thởi tiết rất nóng, dẫn đến lượng tải tiêu thụ do 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, các tụ bù đã được đóng hết, nhưng điện áp của HTĐ vẫn bắt đầu giảm thấp trên hệ

thống truyền tải 500kV. Sau khoảng 20 phút, thì điện áp bắt đầu giảm xuống còn khoảng
0,75 p.u (đơn vị tương đối) và kết quả là các hệ thống bảo vệ rơle tác động ngắt một số
phần của hệ thống truyền tải và xa thải 8000MW. Nguyên nhân chính là quá trình sụp đổ
điện áp trong khoảng thời gian dài hạn. Các đặc tính phụ tải phụ thuộc điện áp của các
thiết bị điều hòa là nguyên nhân chính dẫn sự suy giảm điện áp [1], [2], [3].

•

Sự cố tan rã HTĐ ngày 12/01/1987 tại miền tây nước Pháp: trong khoảng 50 phút, bốn tổ
máy của nhà máy nhiệt điện Cordemais bị cắt ra, dẫn đến điện áp trong HTĐ giảm thấp
kéo theo 9 tổ máy nhiệt điện khác cũng bị cắt ra trong vòng 7 phút sau đó trong đó có 8 tổ
máy do bảo vệ quá kích thích tác động. Tuy nhiên thì điện áp vẫn được giữ ổn định ở giá
trị rất thấp (trong khoảng từ 0.5 pu đến 0.8 pu). Trong khoảng thời gian 6 phút điện áp
giảm thấp đã phải cắt một lượng tải là 1500 MW để cứu vãn sự sụp đổ hoàn toàn HTĐ.
Nguyên nhân chính là do sụp đổ điện áp trong khoảng thời gian dài hạn [1], [2], [3].


Hình vẽ II-1: Sụp đổ điện áp trong hệ thống điện pháp ngày 12/1/1987
•

Sự cố tan rã HTĐ tại Phần Lan 8/1992, HTĐ được vận hành rất gần với giới hạn an ninh
cho phép, lượng công suất nhập khẩu từ Thụy Điển khá lớn, chính vì vậy mà ở vùng miền
nam của Phần Lan chỉ có 3 tổ máy nối trực tiếp với hệ thống truyền tải 400kV. Sự cố mất
một tổ máy 735 MW đồng thời với việc bảo dưỡng định kỳ một đường dây 400kV đã làm
giảm lượng công suất phản kháng truyền tải dẫn đến điện áp trên lưới 400kV giảm xuống
còn 344 kV. Điện áp đã được khôi phục bằng cách khởi động các nhà máy điện dùng
tuabin khí và sa thải một lượng phụ tải. [3].

•

Sự cố tan rã HTĐ tại các bang miền tây nước Mỹ (Western Systems Coordination Council
-WSCC) ngày 2 tháng 7 năm 1996: Bắt đầu ở trong vùng Wyoming và Idaho lúc 14 giờ
24 phút 37 giây: Hệ thống đang ở chế độ nặng tải và nhiệt độ trong vùng miền nam Idaho
và Utah khá cao, khoảng 38°C. Lượng công suất truyền tải từ vùng Pacific NW vể
California khá cao cụ thể như sau:
o

Đường dây liên lạc AC: 4300MW (giới hạn là 4800MW)

o

Đường dây liên lạc DC: 2800MW ( giới hạn là 3100MW)

o

Sau đó có một sự cố ngắn mạch một pha trên đường dây 345 kV từ nhà máy điện
200MW Jim Bridger trong vùng Wyoming đến Udaho do phóng điện từ đường
dây vào cây trong hành lang tuyến. Sự cố này dẫn đến việc cắt một đường dây
mạch kép khác do sự tác động sai của bảo vệ rơ le. Việc cắt 2 trong bốn tổ máy
của nhà máy điện Jim Bridger theo tiêu chuẩn ổn đinh lẽ ra sẽ làm ổn định lại


HTĐ. Tuy nhiên việc sự cố cắt đường dây 220kV trong miền đông Oregon đã
làm điện áp giảm thấp trong vùng miền nam Idaho, và sự suy giảm dần dần trong
vùng trung tâm Oregon. Khoảng 24 giây sau, một đường dây 220kV khá dài khác
từ vùng miền tây Montana đến miền nam của Idaho bị cắt ra do vùng ba của bảo
vệ khoảng cách, điều này làm cho một đường dây kép 161kV khác bị cắt ra sau
đó dẫn đến việc suy giảm khá nhanh điện áp trong vùng Idaho và Oregon.
Khoảng 3 giây sau, 4 đường dây 220kV từ Hells Canyon đến Boise cũng bị cắt
ra, 2 giây sau, hệ thống truyền tải liên lạc với vùng Pacific bị cắt ra. Sự tan rã

HTĐ xảy ra sau khoảng 35 giây từ sự cố đầu tiên. Khoảng 2,2 triệu người đã bị
ảnh hưởng, lượng tải bị mất vào khoảng 11900MW. Nguyên nhân chính là sự sụp
đổ điện áp [1], [10].

Hình vẽ II-2: Quá trình sụp đổ điện áp trên hệ thống 500kV

•

Sự cố tan rã hệ thống điện tại các bang miền tây nước Mỹ: (Western Systems
Coordination Council -WSCC), ngày 10 tháng 8 năm 1996.


Hình vẽ II-3: Sơ đồ và trình tự các sự cố dẫn đến tan rã hệ thống điện WSCC 10/8/1996
o

Trong thời gian trước khi xảy ra sự cố, nhiệt độ ở miền tây bắc, và lượng công
suất truyền tải từ phía Canada về California tăng cao. Trước khi 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 đã bị cắt ra do sự cố phóng điện vào cây trên hành
lang tuyến. Đường dây liên lạc California-Oregon truyền tải 4330 MW từ miền
bắc về miền nam. Đồng thời đường dây liên lạc một chiều Pacific DC Intertie
truyền tải 2680 MW từ miền bắc về miền nam. Dao động công suất tăng dần xảy
ra ở tần số 0.23 , sự thiếu các thiết bị điều khiển cản dao động đã dẫn đến việc cắt
các đường dây khác, và làm HTĐ bị chia tách thành bốn vùng riêng biệt.

o

Tổng lượng tải bị mất là khoảng 30,500 MW, hơn 7,5 triệu người đã bị ảnh
hưởng mất điện từ vài phút đến 9 giờ.

Hình vẽ II-4: Tổng công suất truyền tải trên đường dây California-Oregon [20].
•

Sự cố tan rã HTĐ tại các bang Miền bắc nước Mỹ - Canada (North American Electricity
Reliability Council (NERC-USA) ngày 14/08/2003. Dựa trên các điều tra của NERC,
HTĐ lúc đó đạng vận hành ở trạng thái mang tải nặng và rất thiếu công suất phản kháng


trong vùng Cleveland, Ohio. Hệ thống đánh giá trạng thái, và phân tích sự cố thời gian
thực của vùng Midwest ISO (MISO) (state estimator -SE và real time contingency
analysis RTCA) đã không hoạt động đúng do có sự cố ẩn bên trong từ khoảng 12giờ 15
phút đến 16giờ 04 phút. Điều này đã ngăn cản MISO đưa ra các cảnh báo sớm trong việc
đánh giá trạng thái của HTĐ. Tại trung tâm điều khiển hệ thống điện FE (First Energy
control center) đã xảy ra một sự cố hư hỏng phần mềm máy tính trong hệ thống quản lý
năng lượng (Energy Management System EMS) lúc 14 giờ 14 phút. Những hư hỏng này
đã khiến FE không thể đánh giá đúng được tình trạng làm việc và đưa ra những cảnh báo
sớm và biện pháp phòng ngừa. Sự cố đầu tiên xảy ra trong hệ thống FE, lúc 13 giờ 31
phút, tổ máy số 5 của nhà máy điện Eastlake bị cắt ra do quá kích thích, và một số tổ máy
khác trong vùng FE và phía bắc của Ohio đang vận hành ở chế độ quá tải về công suất
phản kháng, trong khi đó tải công suất phản kháng trong khu vực này tiếp tục tăng cao.
Mặc dù các kỹ sư vận hành đã cố gắng khôi phục lại hệ thống tự động điều chỉnh điện áp,
nhưng tổ máy số 5 vẫn bị cắt ra, dẫn đến đường dây 345kV trong vùng FE ChamberlinHarding 345 kV bị cắt ra lúc 15giờ 05 phút do phóng điện từ dây dẫn vào cây trong hành
lang tuyến mặc dù lúc đó đường dây này chỉ mang 44% tải định mức. Tiếp theo là đường
dây 345kV Hanna-Juniper đang mang tải 88 % cũng bị cắt ra do phóng điện vào cây trên
hành lang tuyến lúc 15 giờ 32 phút. Một đường dây 345kV khác đang mang tải 93% là
Star-Canton cũng bị cắt ra do phóng điện vào cây lúc 15 giờ 41 phút. Trong khoảng thời
gian này, vì hệ thống phần mềm của trung tâm điều khiển FE và MISO bị hỏng, nên
không hề có một hành động ngăn chặn nào. Tiếp sau đó là một loạt các đường dây tải điện
trong hệ thống 138 kV bị cắt ra trong khoảng 15 phút tiếp theo, nhưng vẫn không có sự sa

thải phụ tải nào. Sự cố nguy kịch nhất dẫn đến việc mất điều khiển HTĐ và mất điện lan
rộng trong vùng Ohio sau khi đường dây 345kV Sammis-Star 345 kV bị cắt ra lúc 16 giờ
05phút 57 giây. Vào khoảng 16 giờ 10phút 38 giây, do việc mất các đường dây liên lạc
giữa Ohio và Michigan, công suất trao đổi giữa Mỹ và Canada đã bị thay đổi. Tại thời
điểm này, điện áp xung quanh vùng Detroit bị giảm thấp do các đường dây bị quá tải
nặng. HTĐ đã mất ổn định kết quả là sự mất điện hàng loạt, với việc cắt hàng trăm tổ
máy, đường dây trong một vùng rộng lớn. Người ta ước tính khoảng 65000 MW đã bị cắt
và phải mất gần 30giờ để khôi phục lại HTĐ, dao động công suất, mất ổn định điện áp là
nguyên nhân chính của sự cố tan rã HTĐ [5], [9], [10], [11], [12], [13], [14].
•

Sự cố tan rã HTĐ tại Thụy Điển/ Đan Mạch ngày 23 tháng 9 năm 2003: Trước khi xảy ra
sự cố tất cả các điều kiện vận hành đều nằm trong giới hạn cho phép. Tổng lượng tải của
Thụy Điển vào khoảng 15000MW, và không quá nặng tải. Hai đường dây 400kV trong


vùng sự cố đã được cắt ra để bảo dưỡng định kỳ, một đường dây HVDC khác nối với Đức
cũng bị cắt ra cho mục đích bảo dưỡng. Bắt đầu từ 12:30, tổ máy 3 của nhà máy điện hạt
nhân Oskarshamn bị sự cố phải giảm công suất từ 1250MW xuống 800MW vì sự cố trong
hệ thống bơm cấp nước. Nhân viên nhà máy đã không thể khắc phục được sự cố này và
dẫn đến tổ máy 3 bị cắt ra làm mất hoàn toàn 1250MW. Sự cố này lẽ ra được coi là bình
thường và thỏa mãn tiêu chuẩn an ninh N-1, bởi lượng công suất dự phòng nóng và khả
năng mang tải của các đường dây vẫn thỏa mãn tiêu chuẩn an ninh kể trên. Sau quá trình
quá độ bình thường, các hệ thống tự động đã khởi động để lấy công suất dự phòng từ các
nhà máy thủy điện từ Na Uy, bắc Thụy Điển và Phần Lan, người ta tin rằng điều này sẽ
làm HTĐ trở lên ổn định trong vòng khoảng 1 phút. Tuy nhiên điện áp ở vùng phía nam
đã giảm khoảng 5kV, tần số ổn định trong giới hạn cho phép là 49,90Hz. Lượng công suất
chạy trên các đường dây nằm trong giới hạn cho phép, tuy nhiên lượng công suất chạy từ
phía nam-tây nam đã tăng lên. Vào lúc 12:35 đã xảy ra một sự cố thanh góp kép ở trạm
400kV Horred phía tây Thụy Điển đã làm mất 1,8GW từ nhà máy điện hạt nhân Ringhals,

hai đường dây nối bắc-nam cũng bị cắt ra, từ 12:35 đến 12:37 vùng phía đông đã trở lên
quá tải dẫn đến sự sụp đổ điện áp, vùng phía nam (Nam Thụy Điển và Tây Nam của Đan
Mạch) bị tách rời. Lúc 12:37 sự thiếu hụt công suất dẫn đến sự sụp đổ cả tần số và điện áp
và dẫn đến tan rã hệ thống điện. Tổng lượng tải bị cắt vào khoảng 6,3 GW và mất hơn 6h
để khôi phục HTĐ [9], [11], [15].

Hình vẽ II-5: Công suất tác dụng trong hệ thống điện Đan Mạch (vùng Zealand).


•

Sự cố tan rã HTĐ tại Italy, ngày 28/09/2003. vào lúc 3 giờ sáng, lượng công suất nhập
khẩu là 6,9 GW, và nhiều hơn 300 MW so với định mức. Lúc 03h 01phút 42giây, có một
sự cố xảy ra trên được dây 380kV mang tải nặng từ Mettlen -Lavorgo trong HTĐ Thụy sỹ,
gần với biên giới của Italy. Các kỹ sư vận hành đã cố gắng đóng lặp lại được đường dây
một cách tự động và bằng tay nhưng không thành công do sự sai lệch lớn về góc pha điện
áp giữa hai cực của máy cắt điện. Việc này đã làm đường dây truyền tải 400 kV Sils Soazza từ Thụy Sỹ đến Italy bị quá tải 110%. Vì sự dao động công suất này không làm
ảnh hưởng đến tiêu chuẩn an ninh N-1 của HTĐ Italy nên các nhà vận hành HTĐ Italy
(GRTN) đã không nhận thức được sự nguy hiểm đang xảy ra ở HTĐ Thụy Sỹ và dã không
tiến hành bất cứ hành động phòng ngừa nào. Vào lúc 03h 11phút, các nhà vận hành HTĐ
Thụy Sỹ (ETRANS) đã yêu cầu GRTN giảm lượng công suất nhập khẩu xuống để giảm
lượng quá tải trong HTĐ Thụy Sỹ để đưa HTĐ trở lại chế độ vận hành an toàn hơn. Tuy
nhiên sự phối hợp thiếu đồng bộ, và chính xác giữa ETRANS và GRTN, đã dẫn đến việc
ETRANS đưa ra một hành động gây tranh cãi là cắt đường dây Sils – Soazza do quá tải
lúc 03h 25 phút 21giây. Ngay lập tức, một đường dây 220 kV bên trong lãnh thổ Thụy Sỹ
đã bị quá tải và bị cắt ra làm mất một lượng tải truyền sang Italy là 740MW. Sau sự cố
này, các đường dây nhập khẩu điện từ các nước khác như Pháp, Thụy Sỹ, Áo, Slovenia
đến Italy đã bị quá tải và lần lượt bị cắt ra. Kết quả là HTĐ Italy đã bị mất điện hoàn toàn,
tổng lượng tải bị cắt là 27 GW, thiệt hại về kinh tế là hàng chục tỉ đô la. Đây được coi là
sự cố lớn nhất trong lịch sử ngành điện lực Italy. Nguyên nhân chính của sự cố tan rã

HTĐ là do sự sụp đổ tần số và điện áp trong HTĐ [6], [7], [8], [9].


Hình vẽ II-6: Tần số và điện áp trong HTĐ Đức và Hungary trước và sau khi 3h25phút33giây khi
HTĐ Italy bị tách rời khỏi HTĐ UCTE
•

Sự cố tan rã HTĐ Hy Lạp ngày 12/07/2004. Trước 12h 25phút, HTĐ ở thủ đô Athens đã
rất nặng tải do việc dùng quá nhiều điều hòa nhiệt độ. Hơn nữa việc bảo dưỡng 4 đường
dây và mất một tổ máy 125 MW, một tổ máy 300 MW đã làm cho HTĐ ở rất 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 nhưng phụ tải vẫn tiếp tục tăng lên làm
cho điện áp tiếp tục giảm xuống. Cho đến lúc12h 35 phút, các nhà vận hành đã dự định sa
thải tiếp 200 MW (nhưng thực tế đã không tiến hành sa thải). Vào lúc 12giờ 37 phút, một
tổ máy khác bị cắt ra đã làm cho điện áp sụp đổ hoàn toàn. Lúc 12giờ 39phút, hệ thống bị
tách ra bảo vệ đường dây tác động, phần HTĐ còn lại bị tách khỏi vùng phía nam, dẫn đến
sự cố tan rã HTĐ ở Athens và đảo Peloponnes . Tổng lượng tải bị mất vào khoảng 9 GW
[16]

•

Sự cố tan rã HTĐ các nước châu Âu ngày 04/11/2006. Đây là một trong những sự cố có
nguyên nhân phức tạp, ảnh hưởng đến nhiều quốc gia. Nguyên nhân chính là do sự mất ổn
định về tần số [17], [18]. Tuy nhiên việc sa thải phụ tải kịp thời đã tránh được một sự cố
tan rã HTĐ trên diện rộng. trong đó riêng Pháp đã sa thải 6460 MW hay 12%. Khoảng
hơn 15 triệu người đã bị ảnh hưởng

a. Tần số HTĐ ghi đượ c cho đế n khi bị chia tách

b. T ần s ố ghi đượ
c sau khi HT Đ b ị chia tách
Hình vẽ II-7: Tần số của HTĐ châu Âu trước và sau khi tan rã [17].
•

Ngoài ra còn rất nhiều các sự cố mất điện khác như: các 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 các sự cố tan rã hệ thống điện kể trên đã chứng tỏ rằng vấn đề này vẫn đang được đặc
biệt quan tâm. Mặc dù đã có những đầu tư lớn trong việc qui hoạch, thiết kế, cũng như lắp đặt
nhiều thiết bị, nhà máy điện mới, đường dây tải điện mới, cũng như đào tạo nâng cao trình độ cho
cán bộ vận hành, nhưng những nguy cơ về tan rã hệ thống điện vẫn còn nguyên tính thời sự.
Chính vì vậy mà chúng ta cần phải nghiên cứu, tìm hiểu cơ chế, cũng như các biện pháp phòng
ngừa và ngăn chặn các sự cố mất điện đó trong tương lai.