Mất điện diện rộng: vì sao lưới điện sập dây chuyền chỉ trong vài phút

Lưới điện sập dây chuyền vì nó phải giữ cân bằng từng giây giữa điện phát ra và điện tiêu thụ. Khi một đường dây hay nhà máy lớn đột ngột rớt khỏi lưới, phần tải dồn sang các đường dây khác; nếu chúng quá tải, thiết bị bảo vệ tự cắt để khỏi cháy hỏng, đẩy tải sang chỗ tiếp theo — và cứ thế một sự cố nhỏ lan thành mất điện cả vùng chỉ trong vài phút. Phần lớn các vụ như vậy được khôi phục trong vài giờ đến vài ngày.

Lưới điện vận hành như một chiếc xe đạp đôi khổng lồ

Hãy hình dung tất cả nhà máy điện trong một nước cùng đạp chung một chiếc xe đạp nhiều yên, và tất cả các nhà, nhà máy, đèn đường là con dốc mà chiếc xe phải leo. Tốc độ quay chung của các máy phát được biểu hiện bằng tần số lưới: ở Việt Nam là 50 Hz.

• Khi người dùng bật thêm điện (dốc cao hơn) mà máy phát chưa kịp tăng sức, tần số tụt xuống.
• Khi một nhà máy lớn đột ngột ngừng (một người đạp bỏ chân ra), những người còn lại phải gánh thêm; tần số tụt mạnh.
• Nếu tần số hoặc điện áp lệch quá ngưỡng, rơ-le bảo vệ của nhà máy và đường dây tự cắt để bảo vệ thiết bị đắt tiền.

Điện gần như không trữ được với quy mô lớn trên lưới, nên cân bằng này phải được giữ liên tục, do các trung tâm điều độ hệ thống điện theo dõi từng giây.

Dây chuyền sụp đổ diễn ra như thế nào

1. Sự cố khởi đầu: cây chạm đường dây, sét đánh, thiết bị hỏng, xe cẩu vi phạm hành lang an toàn.
2. Dòng điện tìm đường khác: điện không đi theo ý người điều khiển mà theo định luật vật lý; tải dồn sang những đường dây song song.
3. Quá tải và tự cắt: đường dây nóng lên, võng xuống, chạm cây; bảo vệ tác động.
4. Mất cân bằng lan rộng: tần số, điện áp dao động; các nhà máy tự tách khỏi lưới để tự bảo vệ.
5. Rã lưới: cả vùng mất điện. Vùng nào kịp tự tách ra thành "đảo" có nguồn và tải cân bằng thì còn giữ được điện.

Thiết bị bảo vệ tự cắt nghe có vẻ là thủ phạm, nhưng thực ra là thứ cứu lưới: nếu không cắt, máy biến áp và máy phát có thể hỏng nặng, cần hàng tháng để thay — biến một vụ mất điện vài giờ thành vài tháng.

Những vụ mất điện lớn đáng nhớ

Điểm chung: hầu hết không do một nguyên nhân duy nhất, mà do một sự cố nhỏ gặp đúng lúc hệ thống đang căng — tải cao, đường dây đang bảo trì, người vận hành thiếu thông tin.

Thiếu điện khác sập lưới

Người Việt từng trải qua cả hai kiểu, và cần phân biệt:

• Cắt điện luân phiên do thiếu nguồn: như mùa hè năm 2023 ở miền Bắc, khi nắng nóng kéo dài, hồ thuỷ điện cạn nước. Ngành điện chủ động cắt theo lịch từng khu vực để giữ lưới an toàn. Khó chịu nhưng có kế hoạch, có thông báo.
• Rã lưới do sự cố: xảy ra trong vài giây, không báo trước, phạm vi rộng, nhưng thường khôi phục trong vài giờ.
• Mất điện cục bộ: do sự cố ở trạm biến áp khu vực, giông bão quật đổ cột — loại hay gặp nhất.

Khôi phục: vì sao bật lại cả lưới không đơn giản

Bật lại lưới sau khi rã không giống bật lại cầu dao trong nhà. Nhiều nhà máy nhiệt điện cần chính điện từ lưới để khởi động bơm, quạt, hệ thống điều khiển — khi lưới mất hết, chúng không tự chạy lại được. Quá trình gọi là khởi động đen (black start):

1. Một số nhà máy có khả năng tự khởi động (thường là thuỷ điện, tua-bin khí nhỏ) chạy trước.
2. Từ đó cấp điện cho các nhà máy lớn khác khởi động.
3. Nối dần từng vùng, đóng từng nhóm phụ tải, giữ cân bằng ở mỗi bước.

Đóng tải quá nhanh có thể làm lưới sập lại, nên khôi phục thường theo thứ tự ưu tiên: bệnh viện, cấp nước, thông tin liên lạc, rồi tới khu dân cư.

Kịch bản dài ngày: khi nào mất điện kéo dài

Mất điện nhiều ngày hay nhiều tuần hiếm hơn nhiều, thường do thiết bị bị phá huỷ vật lý chứ không chỉ do tự cắt: bão lớn quật đổ hàng loạt cột, băng tuyết làm gãy đường dây (như ở bang Texas tháng 2/2021, khi rét đậm làm hỏng nhiều nhà máy cùng lúc), hay hư hại máy biến áp cỡ lớn — loại thiết bị đặt hàng mất nhiều tháng. Kịch bản bão Mặt Trời cực mạnh kiểu sự kiện Carrington 1859 cũng thuộc nhóm này và được bàn riêng ở danh mục hiểm hoạ từ vũ trụ.

Các nước giảm rủi ro bằng cách: dự trữ máy biến áp, kết nối liên vùng, chia lưới thành vùng có thể tự tách, đưa thêm pin tích trữ quy mô lớn, và tập dượt khởi động đen định kỳ.

Góc nhìn hôm nay: gia đình nên làm gì

Với phần lớn các vụ mất điện diện rộng, thứ gia đình cần là đi qua vài giờ đến một hai ngày cho yên ổn:

• Đèn pin hoặc đèn sạc để sẵn chỗ dễ tìm trong bóng tối; hạn chế nến vì nguy cơ cháy.
• Sạc dự phòng luôn đầy; điện thoại để chế độ tiết kiệm pin.
• Tủ lạnh đóng kín: theo hướng dẫn an toàn thực phẩm của Bộ Nông nghiệp Mỹ (USDA), tủ lạnh đóng kín giữ lạnh khoảng 4 giờ, ngăn đá đầy khoảng 48 giờ, ngăn đá đầy một nửa khoảng 24 giờ.
• Rút phích thiết bị đắt tiền để tránh xung điện khi có điện lại; để một bóng đèn bật để biết khi nào có điện.
• Không chạy máy phát điện, bếp than trong nhà, ga-ra kín: nguy cơ ngộ độc khí CO.
• Theo dõi thông báo của công ty điện lực qua đài, ứng dụng, tổng đài chăm sóc khách hàng.

Muốn hiểu sâu hơn: báo cáo cuối cùng của Lực lượng đặc nhiệm Mỹ – Canada về vụ mất điện 2003 (có bản miễn phí, đọc như truyện trinh thám kỹ thuật); trang giải thích về vận hành hệ thống điện của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia; và cuốn The Grid của Gretchen Bakke (2016).