Nghiên cứu xây dựng panel giám sát và điều khiển quy trình công nghệ cho nhà máy thủy điện vừa và nhỏ

• CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ • CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ • CHƯƠN

Trường Cao đẳng công nghiệp việt hung

Báo cáo

đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ

đề tài:

NGHIấN CỨU XÂY DỰNG PANEL GIÁM SÁT

VÀ ĐIỀU KHIỂN QUI TRèNH CễNG NGHỆ CHO NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ

chủ nhiệm đề tài: Ths nguyễn việt dũng

tham gia thực hiện: Ths Khuất quang tuấn

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI:“NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PANEL GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHO

NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ ’’

Mở đầu

1 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

Sự phỏt triển nhanh chúng của khoa học kỹ thuật, cụng nghệ thụng tin và cỏc chương trỡnh điện toỏn đó làm thay đổi và phỏt triển toàn bộ hệ thống kinh tế quốc dõn trờn toàn thế giới

Với sự phỏt triển nhanh nền kinh tế, cỏc hệ thống thu thập, giỏm sỏt, xử lý dữ liệu và điều khiển cỏc quỏ trỡnh cụng nghiệp Scada (Supervisory Control And Data Acquision) đó xuất hiện ngày càng nhiều trong cỏc lĩnh vực như cụng-nụng nghiệp, khoa học vũ trụ, hàng khụng, cụng nghệ sinh học, y học, mụi trường và nhiều lĩnh vực khỏc

Ngày nay, cỏc thành tựu trong lĩnh vực tự động hoỏ và cụng nghệ thụng tin đó được nhanh chúng ứng dụng trong hệ thống tự động điều khiển trạm phỏt điện Ban đầu, hệ thống tự động điều khiển trạm phỏt điện sử dụng cỏc phần tử tự động kiểu điện từ, sau đú sử dụng cỏc phần tử bỏn dẫn, vi mạch và hiện nay đó sử dụng

hệ thống điều khiển số Nhờ ứng dụng kỹ thuật vi xử lý mà người ta đó chế tạo thế

hệ nhà mỏy thuỷ điện được tự động hoỏ cao, “thụng minh”, cú khả năng thớch nghi

với mụi trường làm việc và vận hành tối ưu trong mọi chế độ làm việc Đề tài:“

NGHIấN CỨU XÂY DỰNG PANEL GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUI TRèNH CễNG NGHỆ CHO NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ ’’ thực hiện xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng cấu trỳc của một trạm phỏt

điện trong nhà mỏy thuỷ điện vừa và nhỏ

2 Mục đớch đề tài

- Nghiờn cứu khảo sỏt thực trạng hệ thống thiết bị điện và thiết bị tự động húa ở 3 nhà mỏy thủy điện khu vực phớa bắc

- Nghiờn cứu về cỏc hệ thống tự động húa trong nhà mỏy thủy điện

- Nghiờn cứu, thiết kế, chế tạo bệ thớ nghiệm mụ hỡnh nhà mỏy thủy điện vừa và nhỏ

- Nghiên cứu hệ thống điều khiển giám sát SCADA nhà máy thủy điện vừa và nhỏ

- Thiết kế chế tạo bo mạch điều khiển kích từ máy phát điện trong phòng thí nghiệm

- Viết phần mềm điều khiển giám sát (SCADA) mô hình nhà máy thủy điện trên máy tính

- Viết phần mềm điều khiển mô hình nhà máy thủy điện dùng PLC

• CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ

• CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ

• CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

• CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỆ THÍ NGHIỆM MÔ HÌNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ

• CHƯƠNG 6: PHẦN MỀM GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO

MÔ HÌNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

- Kết luận

CÁC KẾT QUẢ CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT PHẦN ĐIỆN CỦA 3 NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

VỪA VÀ NHỎ THUỘC KHU VỰC MIỀN NÚI PHÍA BẮC

Để khai thác tiềm năng thuỷ điện ở miền núi phía Bắc, Nhà nước đã và đang

có những chính sách ưu tiên về nguồn vốn và cơ chế, cho phép các tổ chức kinh tế

tư nhân có thể tham gia đầu tư xây dựng và phát triển hàng loạt nhà máy thuỷ điện với công suất từ vài trăm KW đến hàng chục MW Các Dự án thuỷ điện vừa và nhỏ này chủ yếu nằm ở các tỉnh miền núi như Lào cai, Yên Bái, Hà Giang, Tuyên Quang, thuộc biên giới phía Bắc Mục tiêu là sản xuất điện bán cho các hộ tiêu thụ điện tại các địa phương thông qua mạng lưới điện quốc gia đang được phát triển tới tận các xã, các bản thuộc các tỉnh này

Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát ở 3 nhà máy hiện đang phát điện vào lưới hệ thống điện quốc gia hoặc đang trong giai đoạn đầu tư xây dựng, đó là: Thuỷ điện Suối Trát (huyện Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai, công suất 2,4MW), Thuỷ điện Thải Giàng Phố (thị trấn Bắc Hà, huyện Bắc Hà, tỉnh Lào Cai, công suất 1,5MW), Thuỷ điện Thanh Thuỷ (gồm 2 nhà máy: Thanh Thuỷ bậc 1 công suất 11MW và Thanh Thuỷ bậc 2 công suất thiết kế 9MW, đặt cách nhau 5km thuộc địa phận gần cửa khẩu Thanh thuỷ, tỉnh Hà giang)

1.1 THUỶ ĐIỆN SUỐI TRÁT

đồng bộ trục ngang có công suất mỗi máy 800KW (tổng 3 máy là 2.400KW), Cosφ =0,8, điện áp 6,3 KV nối Y, kích từ kiểu tĩnh, máy điều chỉnh điện áp là loại tĩnh, ứng dụng kỹ thuật số với bộ kích từ gồm máy biến áp kích từ và bộ chỉnh lưu

có điều khiển dùng thyristor Máy điều tốc và ổn định tần số dùng loại điện thuỷ lực kỹ thuật số Cả hai thiết bị trên cho phép kết nối với mạng SCADA điều khiển toàn nhà máy

Theo sơ đồ nối điện chính nhà máy được thiết kế gồm 3 hợp bộ đơn, với mỗi bộ đơn là 1 máy phát + 1 máy biến áp tăng áp có dung lượng 1.000KVA điện

áp 6,3/35 KV nối tam giác/sao Các bộ đơn kết nối lên thanh cái 35KV của nhà máy và từ thanh cái 35KV qua đường dây xuất tuyến 35KV (trung tính cách ly) dài 3,5km, loại mạch đơn, dây AC - 95, cột BTLT cao 12-18m

Trạm đo đếm điện năng được đặt tại điểm kết nối với lưới HTĐ cách thanh cái 35 KV của nhà máy 3,5km Trạm được thiết kế kiểu treo gồm hệ thống đo đếm chính và hệ thống đo đếm dự phòng dùng thiết bị đo qui chuẩn kiểu kỹ thuật số, có thể kết nối vào mạng SCADA của nhà máy và mạng SCADA của HTĐ khu vực

Để kết nối với lưới HTĐ ngoài trạm đo đếm, đường dây xuất tuyến 35KV, máy biến áp tăng, các thiết bị đóng cắt (máy cắt 35KV lộ tổng, máy cắt 35KV các hợp bộ) Các thiết bị đo lường điều khiển ở lộ tổng còn cần có thiết bị hoà điện Thiết bị hoà điện của nhà máy là loại kỹ thuật số do Trung quốc chế tạo, mạch hoà điện được thực hiện tại máy cắt 35KV lộ tổng lấy tín hiệu từ máy biến áp đo lường

ở đầu ra 6,3KV của máy phát và máy biến áp đo lường trên thanh cái 35KV của nhà máy (có biến áp dịch pha) Ngoài ra, ở lộ tổng (máy cắt lộ tổng) cũng được trang bị Rơle đồng bộ kỹ thuật số dùng cho việc đóng máy cắt lộ tổng có kiểm tra đồng bộ

Điện tự dùng của nhà máy cung cấp cho các thiết bị phục vụ cho quá trình công nghệ , điều khiển các hệ thống làm mát, cung cấp nguồn cho mạch lực, mạch bảo vệ, mạch chiếu sáng và mạch điều khiển các máy cắt, động cơ cần cẩu, máy

bơm nước, động cơ thuỷ lực, thiết bị nạp ác qui, v.v có tổng công suất điện tự dùng tính toán là 100KW Nguồn điện tự dùng được cung cấp từ một trong hai máy biến áp: Máy biến áp (TD1) loại 35/0,4 KV, 120KVA lấy điện từ thanh cái 35KV của nhà máy Máy biến áp (TD2) loại 6,3/0,4 KV, 120 KVA lấy điện từ đầu cực máy phát

1.1.2 Mạng SCADA và phương thức điều khiển qui trình công nghệ của nhà máy

Mạng gồm 1 máy tính chủ đặt ở phòng đìều khiển trung tâm nhà máy liên kết và trao đổi thông tin với PLC đặt tại các tổ máy và 1 PLC điều khiển lộ tổng và cửa nhận nước

Nhiệm vụ:

a Thu thập các dữ liệu, thông số, trạng thái vận hành tại các tổ máy phát, cửa nhận nước, lộ tổng Tại các tổ máy cần các dữ liệu về : dòng điện, điện áp, công suất, tần số, cosϕ của máy phát và các thông số của hệ kích từ gồm: điện

áp kích từ, dòng điện kích từ, nhiệt độ của kích từ, nhiệt độ các ổ bi, trạng thái đóng cắt của máy cắt, v.v Ngoài ra còn thu thập thông số về lượng điện năng tác dụng và điện năng phản kháng phát vào lưới của mỗi tổ máy

Cửa nhận nước: là các thông tin về : trạng thái đóng mở, vị trí thực tế của cửa nhận nước, cửa xả, thông tin về nguồn nước

Tại lộ tổng: Công suất tác dụng, công suất phản kháng, dòng điện, điện áp, tần số, điện năng phát và điện năng tiêu thụ, trạng thái của máy cắt, thanh cái, đường dây xuất tuyến, thông tin về lưới hệ thống điện tại điểm kết nối

b Truyền tải và lưu giữ các thông tin tại máy chủ và truyền tải các lệnh đóng cắt, điều khiển tăng giảm tới các đối tượng

điều khiển trực tiếp bằng tay tại các tổ máy chủ yếu dùng trong quá trình khởi động, chỉnh định, vận hành thử hoặc kiểm tra định kỳ các tổ máy

Các hình vẽ sơ đồ điện của nhà máy gồm:

- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển toàn nhà máy

- Sơ đồ nối điện chính

- Sơ đồ hệ thống thiết bị bảo vệ và đo lường

- Sơ đồ mạch điện tự dùng xoay chiều

- Sơ đồ phát công suất

1.1.3 Một số hình ảnh về nhà máy thuỷ điện Suối Trát

H-1.1 :Nơi thi công thuỷ điện

H-1.2 :Đang lắp ráp các thiết bị

H-1.3:Thiết bị đã lắp ráp xong

1.2 THUỶ ĐIỆN THẢI GIÀNG PHỐ

Công suất tổ máy: 0,5 MW

Thuỷ điện Thải Giàng Phố được nâng cấp từ nhà máy cũ (từ công suất 0,5MW lên 1,5MW) Khi tới khảo sát tại nhà máy thì việc nâng cấp và lắp đặt thiết

bị công nghệ, thiết bị điện vừa hoàn thành, nhà máy đang chạy thử, chỉnh định và hoàn thiện Đến nay, nhà máy đã xong giai đoạn chạy thử và phát điện vào lưới hệ thống điện quốc gia Sơ đồ nối điện chính của nhà máy được trình bày trên hình dưới đây:

H-1.4: Sơ đồ nối điện chính

Nhà máy gồm 1 bộ đơn với việc ghép nối máy phát 0,5MW với máy biến áp tăng áp 6,3/35KV, dung lượng 650 KVA và 1 bộ kép kết nối 2 máy phát với tổng công suất 1MW và máy biến áp 6,3/35KV, dung lượng 1.200KVA

Cấu trúc này chủ yếu phù hợp với tuyến dây trên không kết nối với lưới hệ thống điện và khuôn viên trạm biến áp ngoài trời của nhà máy (cho phép lắp đặt đến 2 máy biến áp tăng áp).Sơ đồ phát công suất của nhà máy được trình bày dưới đây:

H-1.5: Sơ đồ phát công suất

1.2.2 Các thiết bị điện chính

Các thiết bị điện chính do Trung quốc sản xuất và lắp đặt

a Tuabin: Dùng loại Francis trục ngang công suất 0,6MW, tốc độ 1.000

vòng/ phút Máy điều tốc tự động kiểu điện thuỷ lực ứng dụng kỹ thuật số

Các tổ máy có cùng kiểu nên thuận lợi cho lắp đặt, vận hành và thay thế

b Máy phát điện: Tốc độ 1.000 vòng/ phút, điện áp 6,3KV, dây quấn 3 pha

nối Y trung tính cách ly

Hệ kích từ kiểu tĩnh dùng chỉnh lưu có điều khiển với máy biến áp kích từ được nối với đầu cực 6,3 KV của máy phát Điện áp ra của máy kích từ ở chế độ định mức cỡ 220V với dòng điện 120A, công suất máy kích từ đến 24KW có thể dùng cho dòng kích từ max đến 180A

Khi khởi động nguồn kích từ ban đầu được cấp từ hệ thống ắc- qui có điện

áp 200V, dung lượng 200Ah

Kèm theo mỗi máy phát có tủ kích từ, tủ máy cắt, tủ trung tính, tủ bảo vệ Rơle và đo lường, tủ điều khiển tại chỗ, tủ đặt máy biến dòng, tủ đặt máy biến điện áp

c Trạm biến áp tăng áp: Kiểu ngoài trời Trạm gồm 2 máy biến áp tăng loại

650KVA và 1.200 KVA, hệ thống thanh cái 35KV, máy biến áp tự dùng 80KVA 35/0,4 Tủ kiểu treo điều khiển đóng cắt, kết nối với thiết bị đo lường điều khiển các máy cắt đặt ngoài trời

Trạm biến áp tăng áp và các thiết bị trong trạm được thiết kế, lắp đặt trên cơ

sở sử dụng các thiết bị điện trong nước.Các thiết bị này có thể điều khiển đóng cắt, bảo vệ cho lộ tổng chủ yếu thực hiện tại chỗ hoặc từ xa nhưng ở mức hạn chế

1.2.3 Hệ thống thiết bị đo lường, bảo vệ, đóng cắt, điều khiển

Tại các tổ máy phát thiết bị đo dòng điện, điện áp, công suất, tần số cho máy phát chính được lấy tín hiệu từ thứ cấp của máy biến áp đo lường, máy biến dòng điện lắp tại các tủ đo lường Tín hiệu đo đồng thời được cung cấp cho các Rơle bảo vệ: quá dòng, quá áp, thấp áp, bảo vệ so lệch cho máy phát, máy biến áp tăng

áp Các thiết bị này đều thuộc thế hệ mới dùng kỹ thuật số và được kết nối vào hệ thống điều khiển giám sát chung nhờ đó tác động điều khiển có thể từ xa qua mạng tín hiệu đến tất cả các tổ máy, đến các chức năng điều khiển riêng biệt như điều khiển kích từ, điều khiển đóng cắt máy cắt, điều chỉnh ổn định điện áp, ổn định tần

số, điều chỉnh công suất, hoà điện Ngược lại, mọi thông tin về tín hiệu đo cũng được truyền về hệ thống điều khiển trung tâm cũng như có thể sử dụng được ngay tại tổ máy Điều khiển đóng cắt các máy cắt dùng hệ thống nguồn 1 chiều 220V Nguồn điện này được coi là nguồn liên tục do hệ thống ac- qui hoặc hệ thống các

1.2.4 Hệ thống tự động hoá và các thiết bị tự động

Thuỷ điện Thải Giàng Phố được trang bị các thiết bị tự động hiện đại cho phép kết nối với mạng SCADA và mang đầy đủ đặc trưng của một nhà máy hiện đại Máy điều tốc kỹ thuật số, thiết bị điều chỉnh điện áp AVR kỹ thuật số, các thiết bị rơle, đồng hồ, hoà điện đều là thiết bị kỹ thuật số Nhờ đó điều khiển vận hành nhà máy chỉ cần nhóm chuyên gia về cơ khí thuỷ công, điện tự động hoá, mạng và một số nhân viên kỹ thuật

a Hệ thống tự động hoá của nhà máy bao gồm các thiết bị:

-Hệ thống thiết bị tự động ổn định tần số và điều khiển công suất tác dụng

- Hệ thống thiết bị tự động ổn định điện áp và điều chỉnh công suất phản kháng

-Hệ thống thiết bị hoà điện

Việc hoà điện tại các tổ máy phát thuỷ điện được thực hiện bằng thiết bị tự hoà điện hoặc thiết bị hoà điện chính xác

b Chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát:

-Điều khiển tổ máy: Được thực hiện hoặc là từ phòng điều khiển trung tâm hặc từ tủ điều khiển tại chỗ\

- Khởi động và dừng tổ máy ở chế độ làm việc bình thường ( bằng tay hoặc

tự động) và ngừng tổ máy khi có sự cố

- Điều chỉnh điện áp và công suất vô công

- Điều chỉnh tần số và công suất tác dụng

- Thực hiện hoà đồng bộ tự động hoặc bằng tay

Ngoài ra hệ thống điều khiển giám sát còn phải tự động ghi nhập, liệt kê, in

tự động hoặc bằng tay các dữ liệu được truyền qua máy tính từ các nơi về như: mực nước ở thượng, hạ lưu, lưu lượng qua tổ máy

Tất cả các quá trình tự động hoặc bán tự động đều được thực hiện trên hệ thống đo lường và xử lý tín hiệu ( SCADA) các bộ PLC, các modul vào/ra và hệ thống máy tính Việc điều khiển tự động toàn nhà máy thực hiện tại máy tính điều khiển trung tâm thông qua mạng kết nối theo cấu trúc phân cấp (có thể coi là 3 cấp: cấp nhà máy, cấp nhóm hoặc tổ máy và cấp trực tiếp tại đối tượng điều

khiển) Tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tại chỗ (trực tiếp tại đối tượng), điều này phù hợp với thực tế các nhà máy thuỷ điện nhỏ hiện nay nhằm tăng tính linh hoạt trong vận hành

1.2.5 Một số hình ảnh về nhà máy

H-1.6:Tủ giám sát của nhà máy

H-1.7: Tủ giám sát và điều khiển

H-1.8: Hệ thống thiết bị đầu ra

H-1.9:Trạm biến áp

Một số sơ đồ mạch điện của nhà máy điện Thải Giàng Phố được thể hiện trong các hình vẽ :

- Sơ đồ nguyên lý hệ thống bảo vệ Rơle và đo lường

- Sơ đồ tự dùng điện xoay chiều

- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển toàn nhà máy

1.3 THUỶ ĐIỆN THANH THUỶ

Nhà máy thuỷ điện Thanh Thuỷ gồm có hai nhà máy

- Thanh Thuỷ bậc 1 : Công suất 11MW Vị trí nhà máy thuộc địa phận xã Thanh Đức- Hà Giang

- Thanh Thuỷ bậc 2: Công suất 9MW.Vị trí nhà máy cách Thanh Thuỷ bậc 1

là 5Km, cách TBA Hà Giang là 22Km

Dự án thuỷ điện Thanh thuỷ đang trong giai đoạn thi công phần xây dựng

Về cơ bản, các thiết bị điện chính, hệ thống các thiết bị tự dùng, thiết bị bảo vệ rơle và đo lường, thiết bị tự động hoá, mạng thu thập dữ liệu, v.v đến các thiết bị đóng cắt của lưới 6,3KV cũng do Trung quốc chế tạo, hoàn toàn tương đương như

ở thuỷ điện Suối Trát và thuỷ điện Thải Giàng Phố

Một số sơ đồ mạch điện của nhà máy điện Thanh Thuỷ bậc hai được thể hiện trong các hình vẽ sau:

- Sơ đồ nối điện chính

- Sơ đồ nguyên lý hệ thống bảo vệ Rơle và đo lường

- Sơ đồ phát công suất

Ngày nay nhà nước ta đang khuyến khích phát triển các nhà máy thủy điện vừa

và nhỏ nhằm bổ sung nguồn năng lượng điện cho quốc gia Trên cơ sở nghiên cứu qui trình hoạt động và các thiết bị tự động trong 3 nhà máy thủy điện vừa và nhỏ khu vực miền núi phía Bắc ta thấy các nhà máy đều vừa mới xây dựng hoặc nâng cấp từ nhà máy cũ lên Vì vậy nhìn chung các thiết bị điện trong các nhà máy này đều do Trung Quốc sản suất và được lắp ráp đồng bộ Quy trình hoạt động của các nhà máy này đều áp dụng các công nghệ tiên tiến hiện đại như các hệ thống điều khiển tự động, mạng điều khiển và giám sát SCADA nhằm đảm bảo chất lượng điện năng phát ra

Trên cơ sở kế thừa các qui trình công nghệ hiện đại trong các nhà máy thủy điện vừa khảo sát Đề tài sẽ thực hiện mô phỏng qui trình hoạt động của nhà máy thủy điện và thực hiện điều chỉnh tự động ổn định các thông số như điện áp, tần số, công suất phản kháng, công suất tác dụng thông qua bộ điều khiển PLC Ngoài ra

đề tài sẽ sử dụng mạng điều khiển và giám sát SCADA có kết nối truyền thông với PLC để điều khiển và giám sát các thông số của máy phát

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ

MÁY THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ

2.1 NHIỆM VỤ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY ĐIỆN

Để các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ phát ra điện áp đủ các chỉ tiêu chất lượng điện áp thì trước hết cần phải có các thiết bị tự động ổn định tần số, tự động

ổn định điện áp ,điều chỉnh lượng công suất tác dụng, công suất phản kháng phát vào lưới hệ thống điện Tiếp theo là thiết bị và kỹ thuật hoà điện Ngoài các nội dung tự động hoá chủ yếu nêu trên còn có rất nhiều các nhiệm vụ khác như: bảo vệ các thiết bị chính (tuốc- bin, máy phát, máy biến áp tăng áp, máy biến áp tự dùng, các máy cắt, ), đo lường, hiển thị, lưu giữ thông tin về trạng thái vận hành bình thường, cảnh báo sự cố và đặc biệt là hệ thống thu thập dữ liệu phục vụ cho điều khiển tự động mọi chức năng và tham số cho nhà máy điện theo những cấp độ khác nhau

2.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

Các ưu điểm của nhà máy thuỷ điện và công nghệ sản xuất điện năng ở các nhà máy này thể hiện ở chỗ:

- Công nghệ sản xuất sạch, không gây ô nhiễm môi trường

- Giá thành điện năng rẻ

- Tính linh hoạt cao: thể hiện ở khả năng thay đổi công suất phát vào lưới thuận tiện, thời gian khởi động và kết nối với lưới nhanh, công suất thiết

kế của nhà máy thuỷ điện rất rộng, từ một vài KW đến hàng nghìn MW

- Tính ổn định về tần số và điện áp tốt

- Vị trí của các nhà máy thuỷ điện thường ở vùng rừng núi nơi có nhiều rừng cây, sông suối với lượng mưa, độ dốc và thường ở xa thành phố, đô thị, khu công nghiệp- nơi có nhu cầu sử dụng điện năng lớn

Các hạn chế:

- Có thể làm xấu môi trường sinh thái như việc biến nhiều bản làng, rừng cây, thung lũng màu mỡ thành hồ nước, phát sinh lũ lụt hoặc cạn kiệt nguồn nước

- Chi phí đầu tư ban đầu lớn: bao gồm cả chi phí xây dựng nhà máy, đường dây tải điện để truyền tải điện năng sản xuất từ nhà máy tới các trung tâm phụ tải

- Phụ thuộc nhiều vào mùa: mùa mưa, mùa khô, khí hậu hàng năm Vào mùa mưa có thể quá thừa nước gây lũ quét, ngập lụt Mùa khô có thể làm tăng sự cạn kiệt nguồn nước

2.3 KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

Cũng như các nhà máy điện khác, kỹ thuật tự động trong nhà máy thuỷ điện cần phải đáp ứng được yêu cầu điều khiển tự động ổn định điện áp và điều chỉnh công suất phản kháng, ổn định tần số và điều chỉnh công suất tác dụng, hoà đồng

bộ tại các tổ máy phát điện trong nhà máy điện Hiện nay, yêu cầu hiện đại hoá quá trình điều khiển và yêu cầu nâng cao chất lượng điện năng dẫn đến việc xây dựng hệ thống thu thập dữ liệu và thực hiện điều khiển toàn nhà máy bằng máy tính thông qua mạng SCADA đã được coi trọng cùng với các kỹ thuật tự động hoá

trực tiếp tại các đối tượng theo các chức năng chính ở trên

2.3.1 Hệ thống tự động ổn định điện áp

Điện áp là thông số chất lượng điện năng quan trọng Trong hệ thống điện hiện nay sai lệch điện áp so với định mức của các điểm nút hoặc đầu cực các máy phát điện không quá 5%

Để điều chỉnh điện áp ở đầu cực máy phát hay điều chỉnh công suất phản kháng phát vào lưới ta có thể điều chỉnh dòng điện kích từ của máy phát Thông thường mỗi một hệ thống kích từ của máy phát được trang bị một bộ tự động điều chỉnh

điều chỉnh PID theo độ lệch điện áp đầu cực máy phát Nó cũng có chức năng điều chỉnh hệ số công suất và hằng số dòng điện trường

Tại các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ hiện nay khi lựa chọn thiết bị và công nghệ của Trung quốc ta sẽ gặp loại máy phát thuỷ điện kiểu trục ngang công suất

từ vài trăm KW đến hàng chục MW với cấu tạo hệ kích thích kiểu tĩnh Nguồn kích từ ban đầu lấy từ hệ thống ắc qui, mạch động lực của hệ kích thích gồm: máy biến áp kích từ biến đổi điện áp đầu cực máy phát (cỡ 6,3KV) xuống điện áp cỡ 220-300V, công suất tính toán cỡ 1,5-2 lần công suất định mức của mạch kích từ;

Bộ chỉnh lưu lực có điều khiển dùng thyristor cấp dòng kích từ cỡ vài chục đến hàng trăm Am-pe tuỳ theo công suất và kiểu máy phát Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp là tổ hợp các vi mạch và phần tử đo lường số hoá cung cấp và điều chỉnh góc mở bằng các xung điều khiển thyistor Hệ kích từ loại này có khả năng tác động nhanh, hệ số cường hoá cỡ 1,8 - 2,2 phù hợp với thuỷ điện vừa và nhỏ vì không yêu cầu tác động mạnh và hệ số cường hoá không cao Khả năng kết nối với

hệ thống điều khiển tự động toàn nhà máy cũng là một ưu điểm của thiết bị này

Trong các hệ thống điện hiện đại, giới hạn cho phép của độ lệch tần số rất bé

∆f% = ( 0,2 ÷ 0,4 )% nghĩa là f = (50 ± 0,1÷0,2 ) Hz Việc này đòi hỏi các thiết bị điều chỉnh tần số phải có độ chính xác rất cao để đảm bảo đặc tính điều chỉnh của tuabin có độ phụ thuộc S* ( hệ số tĩnh) bé

Như vậy điều chỉnh tần số trong hệ thống điện liên quan hữu cơ với việc điều chỉnh và phân bố công suất tác dụng giữa các tổ máy và nhà máy điện trong hệ thống điện

Hệ thống điện càng lớn yêu cầu về độ chính xác của điều chỉnh tần số càng cao

Vì độ lệch tần số sẽ ảnh hưởng đến công suất giữa nhiều nhà máy điện và các khu vực khác nhau của hệ thống điện Hệ thống càng phát triển, xác suất xuất hiện những liên hệ yếu càng tăng Đối với những phần tử yếu này cần phải kiểm tra khả năng tải của chúng theo điều kiện ổn định

Để điều chỉnh tần số lưới điện ta có thể điều chỉnh số vòng quay của tua bin bằng cách thay đổi năng lượng đưa vào tuabin Điều này có liên quan trực tiếp đến tiêu hao năng lượng, nhiên liệu, chi phí vận hành của nhà máy điện Để điều chỉnh tốc độ quay của tuabin người ta thường dùng một trong hai loại máy sau là máy điều tốc kiểu ly tâm và máy điều tốc kiểu thuỷ lực

Máy điều chỉnh tốc độ quay tuabin có nhiệm vụ tự động thay đổi mô men quay của tuabin bằng cách điều tiết chất mang năng lượng ( dòng nước) vào tuabin Để điều tiết năng lượng vào tuabin người ta dùng các van điều tiết, ở tuabin nước người ta dùng cánh hướng nước hoặc kết hợp với độ nghiêng của tuabin Trong các hệ thống hiện đại, các máy điều tốc sơ cấp của tuabin là một trong những phần

tử chủ yếu của hệ thống điều chỉnh tần số ( số vòng quay của tuabin)

Ngày nay người ta thường dùng máy điều tốc kiểu điện thuỷ lực Vì trong loại này các khâu đo lường, đặt và chỉnh định thông số điều chỉnh phản hồi và tiền khuyếch đại đều được thực hiện bằng các sơ đồ điện cho phép đơn giản phần thuỷ lực của hệ thống và dễ dàng đưa thêm các tín hiệu điều chỉnh tần số vào hệ thống điều tốc

Hệ thống các thiết bị ổn định điện áp hoặc tần số và điều chỉnh công suất tác dụng hoặc công suất phản kháng được đặt trực tiếp tại các tổ máy phát thuỷ điện của nhà máy thuỷ điện Chúng là thiết bị chính thực hiện chức năng điều khiển tự động tại tổ máy

2.3.3 Kỹ thuật hoà đồng bộ trong nhà máy thuỷ điện

Hoà đồng bộ là việc đưa các tổ máy phát điện vào làm việc song song để tăng công suất phản kháng của nhà máy điện, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và ổn định khu vực

Để các máy phát điện có thể làm song song trong hệ thống điện cần phải thoả mãn các điều kiện sau:

- Roto của các máy phát quay cùng với một tốc độ góc như nhau Góc lệch pha tương đối giữa các roto không được vượt quá một giới hạn cho phép và điện áp qui đổi ở đầu cực máy phát phải gần bằng nhau

- Điện áp ở đầu ra của các máy phát có thể chênh lệch nhau đôi chút là do công suất phản kháng phát ra từ mỗi máy cũng như khoảng cách tới các hộ tiêu thụ khác nhau

- Công suất tác dụng phát ra của mỗi máy có thể khác nhau đôi chút do góc lệch pha của các roto khác nhau

Khi máy cắt điện MC mở, hai máy phát điện làm việc riêng rẽ Khi hoà điện hai máy phát thì MC đóng Lúc đó có thể xuất hiện dòng điện cân bằng chạy quẩn giữa các máy phát Dòng điện này có thể làm sụt điện áp của lưới và đôi khi nguy hiểm đối với máy phát điện và tuabin Vì vậy khi hoà điện cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo cho dòng điện cân bằng chạy qua máy cắt điện tại thời điểm thực hiện thao tác hoà đồng bộ có giá trị càng bé càng tốt, không gây sụt áp và dao động công suất

- Roto của máy phát hoà điện sau khi đóng máy cắt ( MC) phải quay đồng bộ với rôto của máy đang làm việc

Tại các nhà máy thuỷ điện công suất lớn, ở mỗi tổ máy phát điện thường trang bị 2 thiết bị hoà điện Thiết bị tự động hoà điện theo phương pháp tự đồng bộ

và thiết bị tự động hoà điện chính xác

• Hoà điện chính xác: Máy phát được kích từ trước khi nối vào lưới

Việc hoà điện chính xác được thực hiện theo trình từ sau: Trước khi cho một máy phát vào làm việc song song với các máy khác thì máy đó phải được kích

từ trước Khi số vòng quay và điện áp của máy cần hoà xấp xỉ số vòng quay và điện áp của máy đang làm việc thì cần đóng MC Muốn cho dòng điện cân bằng lúc đóng, lúc cắt bằng không hay nhỏ nhất phải chọn thời điểm đóng MC sao cho khi đó điện áp giữa hai máy không sai lệch nhau (∆U = 0)

Ưu điểm của phương pháp này là không gây ra kích thích nào kể cả các xung lực cơ ngay cả khi góc lệch pha tương đối nhỏ

Nhược điểm của phương pháp này là thời gian hoà đồng bộ tương đối lâu và đòi hỏi kĩ thuật cao

• Hòa điện tự đồng bộ: Máy phát nối vào lưới khi chưa được kích từ, nhưng liền sau đó cho dòng kích từ vào rôto và rôto sẽ được kéo vào làm việc đồng bộ

Trình tự hoà đồng bộ được tiến hành như sau:

Lúc đầu MC mở, K1 đóng, K2 mở Dây quấn kích từ được nối tắt qua điện trở diệt từ Rdt Máy phát được làm việc với điện áp kích thích bằng không ( UF = 0) đến tốc độ xấp xỉ tốc độ đồng bộ Khi tốc độ quay của rô- to máy phát gần bằng tốc độ đồng bộ s ≤ 0,03 – 0,05 máy cắt MC sẽ đóng để kết nối vào lưới (hoặc thanh cái của nhà máy điện khi đang có điện từ hệ thống điện đến) Sau khi máy cắt đóng xong thì mở K1 và đóng K2 cấp nguồn cho mạch kích từ máy phát Khi đó máy phát được kéo nhanh vào đồng bộ

™ Ưu điểm của phương pháp này là:

- Sơ đồ máy phát điện đơn giản

Phương pháp tự hoà điện cho phép hoà nhanh máy phát vào lưới Rơ-le tín hiệu tần số thường dùng loại kỹ thuật số và tín hiệu tần số của máy phát nhận được nhờ sức điện động dư do từ dư của mạch từ máy phát điện đồng bộ

2.3.4 Nguyên lý của thiết bị hoà điện chính xác

Rơle hoà đồng bộ chính xác cần kiểm tra sai lệch điện áp, tần số và xác định góc đóng trước, khi đủ các điều kiện về hoà đồng bộ chính xác thì cấp lệnh đóng máy cắt

Hiện nay thường dùng rơle hoà điện với phần tử rơle và khâu cấp lệnh đóng máy cắt dùng kỹ thuật số cho phép kết nối được với máy tính điều khiển trung tâm của nhà máy điện

Trong các nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ thường chỉ trang bị thiết bị tự động hoà điện chính xác

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA NHÀ MÁY

THUỶ ĐIỆN VỪA VÀ NHỎ

3.1 Khái quát chung về mạng truyền thông công nghiệp

3.1.1 Khái niệm chung về mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCM) là một khái niệm chung chỉ các mạng truyền thông số, truyền bít nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới dạng cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp trên điều hành xí nghiệp quản lý công ty

3.1.2 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp

Trong lĩnh vực đo lường, điều khiển và tự động hóa, việc sử dụng mạng truyền thông công nghiệp đặc biệt là bus trường để thay thế cách nối điểm-điểm cổ điển giữa các thiết bị công nghiệp mạng lại những lợi ích sau:

• Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp

• Giảm đáng kể số lượng dây nối và công lắp đặt hệ thống

• Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin nhờ truyền thông số

• Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống

• Đơn giản hóa, tiện lợi hóa việc chuẩn đoán, định vị lỗi, sự cố của các thiết

3.2 Hệ thống điều khiển giám sát

3.2.1.Khái niệm về hệ thống điều khiển giám sát

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu

thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông Nói cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:

• Thu thập dữ liệu từ các thiết bị công nghiệp hoặc cảm biến

• Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được

• Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý

• Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà máy

• Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác

3.2.2.Phân loại hệ thống SCADA

Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính với các chức năng:

ƒ SCADA độc lập/SCAD nối mạng

ƒ SCADA không có khả năng đồ họa/ SCADA có khả năng xử lý đồ họa thông tin thời gian thực

Hệ thống SCADA mờ (Blind): Đây là hệ thống đơn giản, nó không có bộ

phận giám sát Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng

đồ thị Do tính đơn giản nên giá thành thấp

Hệ thống SCADA có xử lý đồ họa thông tin thời gian thực: Đây là hệ thống

SCADA có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đấy mà hệ có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt động của hệ thống Khi xảy ra sự

Hệ thống SCADA độc lập: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ

liệu với một bộ vi xử lý Hệ này chỉ có thể điều khiển một hoặc hai máy móc Vì vậy hệ này chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết

Hệ thống SCADA mạng: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu

với nhiều bộ vi xử lý Các máy tính giám sát được nối mạng với nhau Hệ này có khả năng điều khiển được nhiều nhóm máy móc tạo nên dây chuyền sản xuất Qua mạng truyền thông, hệ thống được kết nối với phòng quản lý, phòng điều khiển, có thể nhận quyết định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế

Từ phòng điều khiển có thể điều khiển hoạt động của các thiết bị ở xa

3.2.3.Cấu trúc chung của một hệ SCADA

Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát quá trình được minh họa trên hình vẽ Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao diện giữa các thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật Trong khi đó, hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện giữa người vận hành và máy Các thiết bị có thể được ghép nối trực tiếp điểm-điểm, hoặc thông qua mạng truyền thông

Hình 3.1 Cấu trúc chung của một hệ SCADA

Tùy theo loại cảm biến, tín hiệu của chúng đưa ra có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hay tín hiệu tương tự theo các chuẩn điện học thông dụng khác nhau (1 10V, 0 5V, 4 20mA, v.v ) Trước khi có thể xử lý trong máy tính số, các tín hiệu đo cần được chuyển đổi, thích ứng với chuẩn giao diện vào/ra của máy tính Bên cạnh đó, ta cũng cần có biện pháp cách ly điện học để tránh sự ảnh hưởng xấu lẫn nhau giữa các thiết bị Đó là chức năng chính của các module vào/ra (I/O) Tóm lại, một hệ thống điều khiển và giám sát bao gồm các thành phần chức năng sau đây:

• Giao diện quá trình là các phần tử chấp hành, cảm biến, thiết bị đo,ghép nối

• Thiết bị điều khiển tự động: Gồm các bộ cảm biến,PLC, PID, bộ điều khiển

số đơn lẻ CDC, máy tính điều khiển PC cùng với các phần mềm điều khiển tương ứng

• Hệ thống điều khiển giám sát: Gồm các phần mềm hỗ trợ và giao diện người máy HMI, trạm kỹ thuật, trạm vận hành giám sát

• Hệ thống truyền thông: Các thiết bị ghép nối Point to Point, bus cảm biến chấp hành, bus trường, bus hệ thống

• Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn

3.2.4.Mô hình phân cấp chức năng

Càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn

và đòi hỏi yêu cầu hơn về độ nhạy, thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên được dựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn rất nhiều Thông thường, người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống điều khiển và giám sát

Tuy nhiên, biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) trên giúp thiểu thêm về một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp

Hình 3.2 Mô hình phân cấp chức năng của một nhà máy công nghiệp

a Cấp chấp hành

Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay cơ cấu chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh cũng có thể đảm nhận việc xử lý thô thông tin, trước khi đưa lên cấp điều khiển

b Cấp điều khiển

Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý

thông tin đo theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các cơ cấu chấp hành Khi còn điều khiển thủ công, nhiệm vụ đó được người đứng máy

chỉnh cần gạt, núm xoay v.v Trong một hệ thống điều khiển tự động hiện đại, việc thực hiện thủ công những nhiệm vụ đó được thay thế bằng máy tính

c Cấp điều khiển giám sát

Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình

kỹ thuật Khi đa số chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát, vận hành và xử lý những tình huống bất thường Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện một số bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức (ví dụ trong chế biến dược phẩm, hóa chất) Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, terminal )

Như ta sẽ thấy, phân cấp chức năng như trên sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Trong thực tế ứng dụng, sự phân cấp chức năng có thể khác một chút so với trình bày ở đây, tùy thuộc vào mức độ tự động hóa và cấu trúc của hệ thống cụ thể Trong những trường hợp ứng dụng đơn giản như điều khiển trang thiết bị dân dụng (máy giặt,máy lạnh, điều hòa độ ẩm ), sự phân chia nhiều cấp có thể hoàn toàn không cần thiết Ngược lại, trong tự động hóa một nhà máy lớn hiện đại như điện nguyên tử, sản xuất xi măng, lọc dầu, ta có thể chia nhỏ hơn nữa các cấp chức năng để tiện theo dõi

3.2.5.Chức năng của hệ thống SCADA

- Điều khiển và giám sát trạng thái của thiết bị máy móc tại hiện trường

- Thu thập và lưu trữ các thông số của các thiết bị, máy móc, sản phẩm

- Phân tích bảo đảm chất lượng sản phẩm

- Cảnh báo lỗi xảy ra tại các khâu trong hệ thống

- Tạo lập và thực thi hàm, công thức

- Bảo mật và phân quyền sử dụng hệ thống

- Chỉnh sửa online

3.3 Phân tích yêu cầu thiết kế hệ thống SCADA cho nhà máy thuỷ điện

Đối với các nhà máy điện, ngoài việc tự động hóa toàn bộ dây truyền sản xuất điện năng, nhà máy quản lý cần được cung cấp các thông tin về tình hình sản xuất, tình trạng máy móc thiết bị, các thông số về sản phẩm điện năng của nhà máy, các vấn đề liên quan đến sản xuất truyền tải điện năng của nhà máy, các vấn

đề liên quan đến sản xuất và truyền tải đi xa Tuy nhiên mức độ thông tin ở các cấp khác nhau sẽ rất khác nhau

Thông thường được chia làm 3 cấp:

• Cấp vận hành (Cấp trường): Là cấp độ để các kỹ sư, công nhân vận hành, theo dõi hoạt động của thiết bị, các thông số theo quy trình công nghệ đặt ra

• Cấp điều khiển (Tại phòng điều khiển): Là cấp độ các kỹ sư điều khiển tự động sẽ giám sát, điều khiển các thông số, tình trạng của các thiết bị và toàn

bộ dây truyền sản xuất theo quy trình đã đặt ra bằng thao tác, theo dõi trên bảng thông số, màn hình hiển thị điều khiển qua giao diện phần mềm (HMI-Human Machine Interface) hay bàn điều khiển (Operator Panel)

• Cấp giám sát, quản lý: Có 2 hình thức tương đương nhau

+Giám sát tại nhà máy (Tại nhà vận hành): Nhà quản lý sẽ theo dõi các thông số,

tình trạng thiết bị và toàn bộ hoạt động của dây truyền sản xuất theo yêu cầu qua giao diện máy tính được kết nối trực tiếp với phòng điều khiển qua đó có thể nắm được tình hình sản xuất, tình trạng vật tư thiết bị, lên kế hoạch sản xuất, truyền tải

+Giám sát từ xa (Tại trung tâm): Tại trung tâm của tổng công ty, nhà quản lý tại

đây có thể theo dõi, giám sát mọi hoạt động của nhà máy thông qua máy tính được kết nối từ xa qua mạng Từ đó có kế hoạch sản xuất, điều độ, bán hàng và nhập hàng

3.3.1 Sơ đồ mô tả hệ thống SCADA cho nhà máy thuỷ điện

Thông tin trong hệ thống SCADA để giám sát điều khiển thông thường bao gồm:

• Dự trữ dầu, lượng tiêu thụ dầu trong ngày

• Sản lượng, chất lượng khí hoặc than tiêu thụ, v.v

Các thông số này được cung cấp từ các thiết bị đo ở cấp trường, chúng được tích hợp vào các bộ điều khiển và các thông tin của chúng được dùng làm đầu vào

để điều khiển các thiết bị và các thông số khác Chúng còn được truyền lên máy tính giám sát, điều khiển và hiển thị trên màn hình giao diện điều khiển (tại phòng điều khiển), được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để tạo báo cáo khi cần thiết và gửi về trung tâm qua đường internet Tại trung tâm, các thông số này cũng được hiển thị trên giao diện đồ họa và lưu trũ trong cơ sơ dữ liệu của máy tính để lập báo cáo

3.3.2.Thiết bị của hệ thống SCADA

¾ Phần cứng:

Để xây dựng hệ thống SCADA cho nhà máy cần các phần cứng sau:

• Máy tính công nghiệp (IPC)

• Bộ tích hợp thiết bị (Kết nối và thu thập dữ liệu lên máy tính)

• Thiết bị mạng (Switch, Router, )

¾ Phần mềm:

• Phần mềm cho giám sát điều khiển: Tạo ra giao diện hiển thị các thông

số, điều khiển qua giao diện hiển thị, lưu trữ dữ liệu vào cơ sở dữ liệu (Mỗi máy có 1 license và theo số điểm tích hợp điều khiển I/O point)

• Phần mềm giám sát, quản lý: Hiển thị các thông số, lưu trữ các dữ liệu vào cơ sở dữ liệu (Giao diện có thể là web navigator)

• Các phần mềm phụ trợ: Kết nối mạng, kết nối PLC-IPC,

¾ Mạng kết nối:

Các hình thức có thể sử dụng:

• Đường truyền lease-line: Là kênh truyền thuê bao riêng của bưu điện cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao bằng các thiết bị đầu cuối bằng modem truyền thống, tốc độ tối đa cho phép là 19.2kb/s (của riêng nhà máy-private line)

• Đường truyền cáp quang: Dùng cáp quang để truyền dữ liệu từ nhà máy

về trung tâm (có thể thuê của bưu điện hoặc tự kéo cáp nếu khoảng cách

• Đường truyền ADSL: Là đường truyền Internet băng thông rộng, cho phép dữ liệu với tốc độ cao, dễ kết nối (Là mạng công cộng)

• Các phần mềm phụ trợ: Kết nối mạng, kết nối PLC-IPC,

3.3.3 Khả năng tích hợp vào các hệ thống tại trung tâm

Tại trung tâm, nhà quản lý không chỉ thu nhận và giám sát các thông tin liên quan đến các nhà máy điện từ xa qua mạng mà còn giám sát và quản lý nhiều hệ thống khác: trung tâm dữ liệu (thu thập toàn bộ các dữ liệu chuyên ngành và tích hợp vào các hệ thống con của tầng dữ liệu, truyền hình hội nghị (tele conference), tổng đài điện thoại (PABX), bán hàng và thương mại điện tử (e-commerce), tư vấn

và các dịch vụ điện tử sử dụng nội bộ và cho thuê, Tất cả các dịch vụ này đều không chỉ thuần túy về kỹ thuật và còn liên quan đến các vấn đề về thông tin, quản

lý, bán hàng, định hướng, phát triển và các dịch vụ giá trị gia tăng

Hệ thống SCADA sẽ xây dựng có thể tích hợp để giám sát từ xa trên cùng một máy tính tại trung tâm, luồng dữ liệu thu tập từ nhà máy được lưu giữ trong cơ

sở dữ liệu nên hoàn toàn có thể dùng để tạo các báo cáo về các hoạt động có liên quan Tuy nhiên hệ thống điều khiển, giám sát SCADA vẫn hoạt động độc lập mà không bị phụ thuộc hay cản trở bởi bất kỳ hệ thống nào khác kể cả khi các hệ thống gặp sự cố, hệ thống SCADA vẫn hoạt động bình thường

Chương 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU KHIỂN KÍCH TỪ MÁY PHÁT ĐIỆN

TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM

Nguồn kích từ của máy phát là nguồn điện một chiều Để tạo ra nguồn một chiều ta có thể dùng nguồn ắc qui, pin, máy phát điện một chiều, chỉnh lưu Thông thường nguồn một chiều là ắc qui hoặc pin thường có công suất nhỏ và không thay đổi được giá trị điện áp vì vậy các nguồn này không được dùng để làm kích từ cho máy phát Trong đề tài lựa chọn nguồn một chiều là chỉnh lưu có điều khiển để cung cấp điện áp một chiều cho kích từ máy phát Ưu điểm của chỉnh lưu có điều khiển là cấu tạo đơn giản, gọn nhẹ và phương thức điều khiển đơn giản và có thể điều chỉnh trơn điện áp ra, dải điều chỉnh rộng Bằng việc thay đổi giá trị điện áp điều khiển ta sẽ thay đổi được thời điểm làm việc của các Thyristor chỉnh lưu và

do đó sẽ thay đổi được điện áp kích từ

4.1 Tính toán thiết kế mạch điều khiển thyristor – Điều khiển kích từ

4.1.1 Nguyên tắc điều khiển thyristor

a Điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính

• Nguyên lý điều khiển:

Nội dung của nguyên tắc này có thể mô tả theo giản đồ hình 4.13