Bài học từ sự cố sập điện tại Mỹ khiến gần 2 triệu người bị ảnh hưởng

sự-cố-sập-điện

Sự cố mất điện vào tháng 9 năm 2005 ảnh hưởng đến gần hai triệu người ở California Southland là một chuỗi sự cố với khởi đầu là khi các kỹ thuật viên cắt dây dẫn điện sau khi tham khảo các bản vẽ sai.

Sự cố mất điện xảy ra trong khi các kỹ thuật viên đang lắp đặt thiết bị rơ le bảo vệ mới cho một máy biến áp tại một trạm địa phương, RS-E. Dự án là một phần của kế hoạch nâng cấp rơ le tại 179 trạm biến áp.

Thao tác trên bản vẽ bị lỗi có lỗi đánh số cáp, một nhân viên điện nước đã cắt một bó 3 sợi dây được cho là còn nguyên, gây chập mạch dẫn đến các trạm phát và truyền tải khác phải ngừng hoạt động.

Chuỗi sự kiện dẫn đến sập và phục hồi điện áp

Khoảng 12:35 trưa giờ địa phương, ngày 12 tháng 9 năm 2005, cả hai bus 230 kV tại RS-E tiếp điện đồng thời do một công nhân vô tình kích hoạt bảo vệ ngắt cầu dao trên cả hai bus RS-E. Điều này ngay lập tức khử năng lượng 390 MW tải ở RS-E và RS-S.

Điều này dẫn đến 2.447 MW phụ tải được cung cấp bởi 635 MW ròng của Trạm phát H và Trạm phát S và bởi bốn mạch truyền tải: Đường TO 1 và 3, và Đường VC 1 và 2. Các mạch này tải cao hơn công suất bình thường. Điện áp hệ thống giảm xuống khoảng 90% điện áp danh định, nhưng các nhân viên điều phối truyền tải phụ đã ổn định và khôi phục điện áp bằng cách cấp điện ngay cho các tụ điện 34,5 kV có sẵn.

Tất cả các thế hệ ở H và S đều dừng lại trong vòng 7 phút sau khi xảy ra sự lộn xộn. Điện áp lúc này giảm xuống còn 72% điện áp danh định, nhưng các nhân viên điều chỉnh truyền tải phụ và khôi phục nó bằng cách giảm tải 395 MW theo cách thủ công và cấp điện cho các tụ điện 34,5 kV bổ sung.

Nỗ lực khôi phục đường truyền tại RS-E không thành công do góc công suất lớn, sau này được mô phỏng hệ thống ước tính là khoảng 40 độ. Ba mươi phút sau khi có sự xáo trộn, TO Line 3 tiếp tục bị tách khỏi hệ thống. Ba mạch còn lại trở nên quá tải, điện áp giảm xuống còn 77% so với điện áp danh nghĩa, và các nhân viên điều phối truyền tải phụ phải giảm tải 195 MW để ổn định điện áp.

Năm phút sau TO Line 1 bị ngắt do rơle vận hành sai. Line VC 1 và 2 sau đó tải quá cao đến mức bảo vệ rơ le báo lỗi quá tải và làm ngắt cả hai mạch. Hệ thống bị mất điện do mất nguồn cung, mất điện cho 1.584 MW phụ tải còn lại. Trong một số chu kỳ để mất điện hoàn toàn, các rơle giảm tải theo tần số thấp (UFLS) sẽ tự động ngắt kết nối tải 1.040 MW.

TO Line 3 được khôi phục 25 giây sau khi hệ thống mất điện, nhận 544 MW tải hệ thống chưa bị ngắt kết nối bởi UFLS. Sau khi Line TO 1, Line VC 1 và 2 được khôi phục, tải hệ thống đủ thấp để tạo ra góc công suất nhỏ tại RS-E cho phép bắt đầu khôi phục truyền RS-E. Điều phối viên đã khôi phục hoàn toàn toàn bộ quá trình trong vòng 51 phút kể từ khi hệ thống mất điện.

Trong sự kiện kéo dài 84 phút này có 8 máy phát điện, 23 mạch truyền tải điện bị ngắt, 39 máy biến áp công suất lớn ngừng vận hành, 25 trạm thu bị ngắt điện, 1 cơ sở xử lý nước thải lớn, 1 sân bay quốc tế lớn, 4 nhà máy lọc dầu lớn và 897.992 khách hàng đã gặp phải tình trạng gián đoạn.

Phân tích chuỗi sự kiện

Sẽ tránh được sự cố mất điện nếu kỹ thuật viên được hướng dẫn cắt từng dây một thay vì cắt một bó. 3 trong số các dây cáp cùng một lúc gồm hai dây dẫn trực tiếp của cầu dao được kết nối với dây nối đất và mở cầu dao tới hai bus ở RS-E.

30 phút sau sự cố, Line 3 của TO bị chuyển tiếp sau khi bị võng xuống một cái cây. Điều này chứng tỏ rằng ngay cả khi một đường dây tải nhiệt trong tình trạng khẩn cấp cũng có thể bị vô hiệu hóa nếu cây cối và không gian xung quanh không đủ rộng để dây đang quá tải nhiệt có độ võng cần thiết.

Nỗ lực khôi phục đường truyền tại RS-E không thành công do góc công suất lớn. Các nhân viên điều độ phụ tải ban đầu không nhận thức được góc pha lớn giữa hai trong số các máy phát điện. Vấn đề này sau đó đã được khắc phục bằng cách lắp đặt thiết bị giám sát góc pha (đơn vị đo phasor) tại các trạm thu và phát.

15 mạch truyền bị vô hiệu tại RS-E, việc mất RS-E sẽ ngắt hầu hết điện ở các vùng dịch vụ. Tình trạng này đã được hạn chế bằng cách thực hiện các nghiên cứu quy hoạch toàn diện nhằm đánh giá và thực hiện phương pháp bỏ qua RS-E với đường truyền.

Trạm H Unit đã ngừng hoạt động lúc 7 phút sau sự cố. Nếu thế hệ này vẫn online, nó có thể đã hỗ trợ tránh sự cố sập điện áp.

Cuộc điều tra về trạm H Unit 10 Trip

Các tổ máy phát điện tại H phải online trong và sau khi có nhiễu loạn để giảm tải cho các mạch quá tải và để cung cấp hỗ trợ điện áp động. Tại thời điểm nó xảy ra, 7 phút sau khi xảy ra nhiễu động, Tổ máy số 10 của H đang tạo ra 156 MW và 104 MVAR, nằm trong khả năng vận hành.

Rơ le của bộ cấp liệu đến hệ thống kích từ bị ngắt, và khi rơ le này bị ngắt, phần còn lại của tổ máy H không có nguồn do đó ngắt toàn bộ trạm.

Một cảm biến điện áp đo điện áp đầu ra của máy phát điện. Nếu điện áp quá thấp, bộ điều chỉnh điện áp và bộ ổn định hệ thống điện có tác dụng làm tăng dòng điện kích từ đưa vào các cuộn dây trường để tăng điện áp ra. Sự gia tăng điện áp đầu ra cung cấp thêm công suất phản kháng để cung cấp hỗ trợ điện áp động.

Trong tổ máy H Unit 10, bộ kích từ là bộ nạp kích thích tĩnh 380-V và được cấp nguồn từ một máy biến áp làm giảm điện áp từ 4,160 V. Hóa ra là rơle đường dây trung chuyển 380-V đã gặp sự cố do dòng điện trên nguồn quá nhiều. Để cung cấp đầu ra 104 MVAR trên thiết bị, bộ nạp kích thích yêu cầu 157A. Rơ le bộ nạp được đặt để phù hợp với đường kính của cáp điện, ~100A, thành ra cáp bị quá tải.

Tầm quan trọng của kiểm thử chấp nhận (Acceptance Testing)

Công suất dưới mức thiết kế của bộ nạp kích từ là một sai sót thiết kế mà lẽ ra phải được sửa chữa trong quá trình thử nghiệm nghiệm thu thiết bị phát điện.

Kiểm thử chấp nhận là một quá trình trong đó tất cả các hệ thống phát điện được thử nghiệm trong phạm vi thiết kế của chúng để đảm bảo hoạt động không chỉ trong quá trình hoạt động bình thường mà còn trong các hoạt động bất thường – như sự cố trên.

Rõ ràng là quy trình thử nghiệm được tuân theo trong quá trình thử nghiệm chấp nhận H Unit 10 không bao gồm toàn bộ phạm vi thử nghiệm trên hệ thống kích từ. Nếu điều này được thực hiện, hệ thống kích thích sẽ không thành công và một thiết kế lại thích hợp sẽ được thực hiện.

Dịch từ: Powermag

Chú thích: Bài viết có nhiều thuật ngữ chuyên ngành, có thể được sử dụng chưa chính xác. Mong quý bạn đọc thông cảm và có thể báo lại để chúng tôi chỉnh sửa.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.