Đường dây 500 kV Bắc – Nam: xương sống truyền tải điện ba miền

Đường dây 500 kV Bắc – Nam là trục truyền tải điện siêu cao áp nối ba miền, biến các lưới điện riêng lẻ thành một hệ thống điện quốc gia thống nhất. Mạch 1 dài khoảng 1.487 km, từ Hoà Bình tới trạm Phú Lâm ở Thành phố Hồ Chí Minh, được đóng điện ngày 27 tháng 5 năm 1994. Với người điều độ, đây là "xương sống" cho phép chuyển điện từ nơi thừa sang nơi thiếu theo mùa và theo giờ, nhưng cũng là nơi có những giới hạn truyền tải mà mọi kế hoạch vận hành phải tôn trọng.

Trước năm 1994: ba lưới điện không nói chuyện với nhau

Trước khi có đường dây 500 kV, mỗi miền vận hành một lưới riêng. Miền Bắc có thuỷ điện Hoà Bình đang lên dần các tổ máy, lớn hơn nhu cầu tại chỗ lúc bấy giờ. Miền Nam phát triển nhanh nhưng thiếu nguồn, nhiều lúc phải cắt điện. Miền Trung có lưới mỏng, phụ thuộc vào các nguồn nhỏ.

Với người điều độ, lưới nhỏ là lưới yếu: một tổ máy hỏng chiếm phần lớn công suất, tần số dao động mạnh, không có láng giềng để nhờ. Ý tưởng nối ba miền bằng một trục siêu cao áp giải quyết cùng lúc hai việc: đưa điện thừa của Hoà Bình vào Nam, và biến ba lưới yếu thành một lưới đủ lớn để các nhà máy đỡ đần nhau.

Những mốc chính

• Tháng 4 năm 1992: khởi công mạch 1 trên nhiều đoạn cùng lúc.
• 27 tháng 5 năm 1994: đóng điện toàn tuyến mạch 1, khoảng 1.487 km, với các trạm 500 kV Hoà Bình, Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Pleiku và Phú Lâm. Hệ thống điện Việt Nam chính thức hợp nhất.
• Giữa thập niên 2000: hoàn thành mạch 2 chạy song song trên nhiều đoạn của tuyến, tăng khả năng truyền tải và độ tin cậy; lưới 500 kV bắt đầu phát triển thêm các nhánh tới trung tâm phụ tải và nhà máy mới.
• Tháng 8 năm 2024: đóng điện đường dây 500 kV mạch 3 đoạn Quảng Trạch – Phố Nối, dài khoảng 519 km, nối từ khu vực Quảng Trạch (tỉnh Quảng Bình cũ, nay thuộc Quảng Trị) ra Phố Nối (Hưng Yên), được thi công trong khoảng hơn sáu tháng.

Bản thân lưới 500 kV ngày nay không còn là một sợi dây duy nhất mà là một mạng nhiều mạch vòng, gắn với hàng chục trạm biến áp 500 kV ở khắp ba miền.

Vì sao phải là 500 kV

Công suất truyền tải bằng điện áp nhân dòng điện. Muốn chở cùng một công suất, có thể dùng điện áp thấp với dòng điện lớn, hoặc điện áp cao với dòng điện nhỏ. Tổn thất nhiệt trên dây dẫn lại tỷ lệ với bình phương dòng điện. Nâng điện áp lên gấp đôi thì dòng điện giảm một nửa, và tổn thất nhiệt giảm còn một phần tư.

Với khoảng cách gần 1.500 km, chỉ có cấp điện áp siêu cao mới chở được hàng nghìn MW với tổn thất chấp nhận được. Cái giá phải trả là cột cao, khoảng cách an toàn lớn, sứ cách điện dài, và hành lang tuyến rộng.

Những thiết bị phía sau sợi dây

Một đường dây dài như vậy có những đặc tính điện mà đường dây ngắn không có. Người thiết kế phải lắp thêm hai loại thiết bị quan trọng:

• Kháng điện bù ngang: đường dây siêu cao áp dài khi mang tải nhẹ sinh ra công suất phản kháng làm điện áp ở hai đầu tăng cao. Kháng điện hấp thụ bớt phần này. Đây là lý do những đêm Tết, khi phụ tải thấp, điều độ phải để ý điện áp lưới 500 kV kỹ hơn bình thường.
• Tụ bù dọc: lắp nối tiếp trên đường dây để "rút ngắn" chiều dài điện của nó, tăng khả năng truyền tải và giữ ổn định giữa hai đầu lưới.

Dòng điện đổi chiều theo mùa

Nhiều người nghĩ đường dây Bắc – Nam chỉ chở điện từ Bắc vào Nam như năm 1994. Thực tế chiều truyền tải thay đổi theo mùa, theo giờ và theo cơ cấu nguồn của từng thời kỳ.

Mỗi sáng, người lập phương thức phải tính xem hôm nay trục Bắc – Nam sẽ chở bao nhiêu MW, theo chiều nào, vào giờ nào, và có chạm giới hạn truyền tải hay không. Khi chạm giới hạn, dù miền kia còn thừa điện rẻ, điều độ vẫn phải huy động nguồn đắt hơn ở gần nơi dùng.

Giới hạn truyền tải và chuyện ổn định

Giới hạn của đường dây không chỉ là nhiệt độ dây dẫn. Với đường dây dài, giới hạn quan trọng thường là ổn định: hai đầu lưới phải giữ được sự đồng bộ với nhau khi có sự cố. Nếu đường dây đang chở quá nhiều mà một mạch bị cắt, phần còn lại phải gánh hết, máy phát ở hai đầu có thể dao động ngày càng mạnh và mất đồng bộ.

Vì vậy giới hạn truyền tải liên miền được tính bằng mô phỏng theo tiêu chí N-1: chở tối đa bao nhiêu để nếu một mạch hoặc một phần tử quan trọng bất kỳ hỏng, lưới vẫn đứng vững. Các hệ thống tự động như sa thải phụ tải đặc biệt, tách lưới có kiểm soát cũng được cài sẵn cho những tình huống vượt kịch bản.

Chính vì vai trò xương sống, một sự cố trên trục 500 kV có thể ảnh hưởng rộng hơn rất nhiều so với sự cố ở lưới thấp hơn. Đó là lý do việc bảo vệ hành lang tuyến được coi trọng.

Hành lang tuyến: chuyện của người dân hai bên đường dây

Đường dây 500 kV đi qua hàng chục tỉnh thành, qua núi, đồng ruộng, khu dân cư. Rất nhiều sự cố đường dây trên thế giới không do thiết bị mà do tác động bên ngoài: cây cao mọc vào hành lang, đốt nương rẫy gần đường dây, thả diều, xe cẩu vươn cần gần dây dẫn, trộm cắp thanh giằng cột.

Với điện áp 500 kV, không cần chạm vào dây: chỉ cần lại gần trong khoảng cách nhất định là điện có thể phóng qua không khí. Những điều người dân sống gần tuyến nên nhớ:

• Không thả diều, không bay vật thể gần đường dây cao áp.
• Không đốt rác, đốt đồng ngay dưới hoặc gần hành lang tuyến; khói và lửa làm giảm khả năng cách điện của không khí.
• Không trồng cây cao, không dựng nhà, lán trại trong hành lang khi chưa được phép theo quy định.
• Không leo cột, không lấy các chi tiết trên cột.
• Thấy dây đứt, cột nghiêng, cháy gần tuyến thì tránh xa và báo ngay cho đơn vị điện lực hoặc chính quyền địa phương.

Góc nhìn hôm nay: tìm hiểu thêm

Đường dây 500 kV mạch 1 là một trong những công trình hạ tầng có nhiều tư liệu ở Việt Nam: sách kỷ niệm, phóng sự, hồi ký của người trong cuộc được ngành truyền tải điện xuất bản qua các dịp kỷ niệm. Những tài liệu này kể kỹ về cách đội thi công vượt địa hình rừng núi miền Trung, Tây Nguyên trong điều kiện thiết bị còn thiếu thốn.

Đi trên quốc lộ hay đường Hồ Chí Minh qua miền Trung, có thể dễ dàng nhận ra hàng cột thép cao vượt núi của tuyến 500 kV. Lần tới khi đi qua, hãy nhớ rằng điện chạy trên đó có lúc đang đi ra Bắc, có lúc đang đi vào Nam, tuỳ theo lệnh của một điều độ viên đang nhìn cả lưới từ phòng điều khiển.