Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển giám sát cho Nhà máy thuỷ điện có công suất lớn trên 1000MW Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển giám sát cho Nhà máy thuỷ điện có công suất lớn trên 1000MW luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
Vài nét v ề phát tri ể n th ủy điệ n ở Vi ệ t Nam
Tính đến năm 1954, sản lượng điện năng tại Việt Nam, đặc biệt là từ nguồn thủy điện, gần như không đáng kể Ở miền Bắc, chỉ có một số Nhà máy thủy điện nhỏ như Tà Sa, Na Ngần, và Bàn Thạch, trong khi miền Nam có NMTĐ Đa Nhim với công suất 160 MW Năm 1971, NMTĐ Thác Bà được khánh thành với sự hỗ trợ từ Liên Xô cũ, có công suất 108 MW Tổng công suất của các nhà máy thủy điện miền Bắc vẫn chưa vượt quá 100 MW, cho thấy thủy năng đã đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam ngay từ những ngày đầu.
Năm 1992, NMTĐ Hoà Bình hoàn thành tổ máy cuối cùng với tổng công suất 1920MW (8 x 240 MW), trong khi tổng công suất tiêu thụ của HTĐ miền Bắc chỉ khoảng 1100 MW Để giải quyết tình trạng thừa điện, đường dây siêu cao áp 500 KV được xây dựng nhanh chóng để tải điện vào miền Nam Sau đó, để đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng, nhiều NMTĐ lớn như Sơn La và Lai Châu đã được xây dựng và đưa vào vận hành Việt Nam sở hữu tiềm năng thủy điện lớn, với tỷ lệ thủy năng chiếm cao trong tổng sản lượng điện Miền Bắc có khả năng xây dựng NMTĐ lớn nhờ vào các dòng sông lớn và độ dốc cao, miền Trung có nhiều thủy điện nhỏ, trong khi miền Nam có thể phát triển một số NMTĐ công suất trung bình.
Thủy điện Việt Nam đã trải qua một quá trình phát triển mạnh mẽ từ quá khứ đến hiện tại, với tiềm năng dồi dào cho tương lai Điều này cho thấy rằng thủy điện sẽ tiếp tục phát triển và giữ vai trò quan trọng trong hệ thống điện của Việt Nam.
Năng lượ ng c ủa dòng nướ c và kh ả năng sử d ụ ng
Một dòng chảy tự nhiên được mô tả qua sơ đồ mặt cắt dọc, trong đó có hai mặt cắt ngang I-I và II-II tại các vị trí khác nhau Tại mặt cắt I-I, các thông số được xác định bao gồm chiều cao mức nước z1, vận tốc trung bình dòng chảy v1, và áp suất trong lòng nước p1 Tương tự, mặt cắt II-II cũng có các thông số tương ứng được ký hiệu.
Hình1.1: Sơ đồ tính toán tiềm năng dòng sông
Khối nước W đang chuyển động tại I-I có thể được phân tích theo lý thuyết động lực học chất lỏng Năng lượng của khối nước này được tính toán dựa trên một công thức cụ thể, cho phép hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động của nó.
Trong đó: z1 – độ cao của mặt cắt I-I
𝛾𝛾- trọng lượng riêng của nước (1000kg/m 3 ) v1, p1 - vận tốc và áp suất trung bình của dòng chảy tại mặt cắt I-I; g = 9,81 m/sec2 - gia tốc rơi tự do bởi trọng trường.
Hệ số hiệu chỉnh 𝛼𝛼1 phản ánh sự phân bố không đều của dòng chảy trên mặt cắt Khi vận tốc dòng chảy đồng nhất trên toàn bộ diện tích mặt cắt, giá trị 𝛼𝛼1 sẽ bằng 1 Tuy nhiên, nếu có sự khác biệt về vận tốc, cần tính toán giá trị 𝛼𝛼1 theo công thức phù hợp.
𝛼𝛼 = ∬ 𝑢𝑢 ∞ 𝑣𝑣 3 𝑑𝑑 3 𝑑𝑑𝑑𝑑 với : ω - diện tích mặt cắt ngang của dòng chảy, u là vận tốc tại vi phân diện tích dω, v là vận tốc trung bình Thông thường có thể coi gần đúng ω ≈ 1.
Thể tích nước W tính bằng m3.
Trong lý thuyết thủy khí động học, cột áp (bao gồm cột áp thủy tĩnh và cột áp thủy động) có thứ nguyên là mét (m) và biểu thị năng lượng trong một đơn vị trọng lượng nước Cột áp thủy tĩnh bao gồm thành phần thế năng (z + p/γ), trong khi cột áp thủy động thể hiện động năng (v²/2g) Đối với dòng chảy lý tưởng, không tổn hao và chỉ chịu tác động của lực trọng trường, cột áp tại mọi vị trí mặt cắt đều đồng nhất, phản ánh năng lượng trong khối nước.
Khi dòng chảy di chuyển, năng lượng của nước W sẽ không thay đổi Tuy nhiên, trong quá trình này, một phần năng lượng luôn bị tổn thất do ảnh hưởng của sự bào mòn đất đá và vận chuyển phù sa Do đó, khi đến mặt cắt II-II, năng lượng còn lại trong khối nước W chỉ còn lại một phần nhất định.
Phần năng lượng mất mát để sinh công có thể tính được:
Δ𝐸𝐸 = 𝐸𝐸₁ − 𝐸𝐸₂ = (𝑧𝑧₁ − 𝑧𝑧₂ + 𝑝𝑝₁ − 𝑝𝑝₂ + 𝛼𝛼₁𝑣𝑣₁²/2𝑔 − 𝛼𝛼₂𝑣𝑣₂²)𝛾𝛾𝛾𝛾, kgm Trong các dòng chảy tự nhiên, áp suất p và vận tốc v thường ít thay đổi, giả định tiết diện mặt cắt ngang đồng đều và áp suất khí quyển không đổi Do đó, công do khối nước sinh ra khi chuyển động từ I-I đến II-II có thể được tính theo công thức gần đúng.
Δ𝐸𝐸 = 𝐸𝐸1 − 𝐸𝐸2 ≈ (𝑧𝑧1 − 𝑧𝑧2)𝛾𝛾𝛾𝛾 = Δ𝐻𝐻.𝛾𝛾.𝑊𝑊 Nếu xét khối nước W có thể tích bằng lượng nước của dòng sông chảy qua mặt cắt trong 1 giây (tương đương với lưu lượng nước Q), và khoảng cách từ I-I đến II-II là chiều dài toàn bộ dòng sông, thì ΔE sẽ là công của cả dòng sông sinh ra trong 1 giây, hay chính là công suất của nó, ký hiệu là N.
𝑁𝑁 = (𝑧𝑧 1 − 𝑧𝑧 2 )𝛾𝛾.𝑄𝑄 =𝐻𝐻.𝛾𝛾.𝑄𝑄, kgm/s Nếu đổi sang tính bằng kW (1kW = 102 kgm/s) thì công thức trở thành:
Công thức N = 9,81.H.Q, kW thường được sử dụng để đánh giá trữ lượng thuỷ năng của dòng sông, cho thấy công suất tổng cộng mà dòng sông có thể tạo ra, hay còn gọi là tiềm năng của dòng sông Tuy nhiên, trị số này thường khác xa với tiềm năng thuỷ điện thực tế, vì con người chỉ có thể khai thác một phần năng lượng từ những đoạn nhỏ ΔH của dòng sông.
Năng lượng tiềm tàng trong dòng chảy của sông được phân bố không đồng đều dọc theo chiều dài của nó, với mỗi đoạn sông đều chứa năng lượng có thể tính toán theo công thức đã nêu Đặc biệt, những đoạn sông có độ dốc lớn sẽ có mật độ năng lượng tập trung cao hơn do chênh lệch độ cao lớn Đây chính là những vị trí lý tưởng để xây dựng nhà máy thủy điện (NMTĐ).
Ngoài ra, dựa theo (1-1) và (1-2) ta cũng có thể trực tiếp đưa ra công thức tính công suất cho nhà máy thuỷ điện:
Trong đó: H0 - chênh lệch mức nước ở phía trước và phía sau NMTĐ, còn gọi là cột nước hình học của nhà máy;
Q - lưu lượng nước chảy qua NMTĐ ; η - hiệu suất chung của NMTĐ;
Với việc xét đến hiệu suất biến đổi năng lượng η nêu trên, công suất tính theo
Công suất điện phát ra từ các máy phát trong NMTĐ được xác định gần đúng bằng công thức hiệu suất: η = ηT.ηF Trong đó, ηT là hiệu suất của tua bin nước, bao gồm cả tổn thất năng lượng trong đường ống, và ηF là hiệu suất của máy phát.
Với ηT = (0,88 - 0,91), ηF = (0.95 - 0.98), khi thiết kế tính gần đúng có thể lấy η ≈ 0,86 Khi đó thay vào (1-3) ta có :
Công thức trên thường được dùng để đánh giá sơ bộ công suất của NMTĐ khi thiết kế.
Khi xác định công suất NMTĐ theo các công thức (1-3) hoặc (1-4), chúng ta đã bỏ qua sự chênh lệch áp suất và vận tốc dòng chảy ở cửa vào và ra của thiết bị thuỷ năng, vì H0 chỉ xem xét chênh lệch cột áp thuỷ tĩnh Để tính toán đầy đủ các tổn thất cột nước của NMTĐ, cần áp dụng công thức phù hợp.
2𝑔𝑔 ) còn công suất NMTĐ khi đó là:
N = 9,81.η.Q.H (kW) sẽ phụ thuộc phức tạp vào nhiều yếu tố hơn (H không còn là hằng số).
Phân lo ạ i nhà máy th ủy điệ n
Nhà máy thuỷ điện kiểu đập
Việc xây dựng đập chắn ngang sông giúp nâng cao mức nước phía trước đập, tạo ra cột nước H0 cho nhà máy thủy điện (NMTĐ) kiểu đập Độ cao của đập ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của NMTĐ, tuy nhiên cần phải cân nhắc kỹ lưỡng về các yếu tố kinh tế, kỹ thuật và an toàn như môi trường, di dân và quốc phòng Đập cao có thể dẫn đến ngập lụt ở những khu vực quan trọng như khu dân cư, thị trấn cổ và hầm mỏ chưa khai thác, đây là yếu tố hạn chế chiều cao của đập NMTĐ kiểu đập thường phù hợp với những nơi có dòng chảy dốc, cho phép hạn chế vùng ngập nước trong thung lũng và chỉ cần xây dựng các đập ngắn nối giữa các quả đồi để chắn dòng sông.
Hình 1.2: Sơ đồ nhà máy kiểu thân đập
Nhà máy thuỷ điện kiểu đập có các ưu điểm sau:
- Có thể tạo ra những NMTĐ công suất rất lớn, do có khả năng tận dụng được toàn bộ lưu lượng của dòng sông;
Hồ chứa nước là công cụ hiệu quả trong việc điều tiết nước, giúp tối ưu hóa hoạt động của nhà máy thủy điện (NMTĐ), kiểm soát lũ lụt, phục vụ tưới tiêu và mang lại nhiều lợi ích khác.
Các nhược điểm chính của NMTĐ kiểu đập:
- Vốn đầu tư lớn, thời gian xây dựng lâu;
- Vùng ngập nước có thể ảnh hưởng nhiều đến sinh thái môi trường (di dân, thayđổi khí hậu).
Nhà máy thủy điện kiểu đập là loại phổ biến nhất trên thế giới và tại Việt Nam Các nhà máy thủy điện kiểu đập chủ yếu ở nước ta bao gồm Hòa Bình, Thác Bà, Trị An, Thác Mơ và Sơn La.
Có thể xây dựng nhiều nhà máy thủy điện (NMTĐ) kiểu đập trên cùng một dòng sông, và trong trường hợp này, hiệu quả điều tiết vận hành phối hợp của các NMTĐ sẽ tốt hơn so với chỉ có một NMTĐ.
Nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn
Cột nước của nhà máy thủy điện (NMTĐ) có thể được tạo ra thông qua việc sử dụng các kênh dẫn, bao gồm hai phần chính Phần đầu là các kênh dẫn hở, giúp dẫn nước từ khu vực có mức nước cao đến vị trí NMTĐ với độ dốc rất nhỏ, giữ nguyên mức nước Phần cuối là các ống dẫn kín, có chức năng chuyển nước từ độ cao xuống thấp để vận hành tuabin.
Dòng chảy trong ống kín bảo toàn cột áp thủy tĩnh, cho phép tính cột nước của NMTĐ từ mức nước cuối kênh dẫn hở đến mức nước phía sau NMTĐ Cột nước của NMTĐ kiểu kênh dẫn có thể rất lớn nếu nguồn nước lấy từ vị trí cao Sơ đồ cấu trúc của NMTĐ kiểu kênh dẫn minh họa nguyên lý chung, trong đó kênh gồm hai phần, nhưng thực tế không nhất thiết phải có phần kênh dẫn hở.
Phần kênh dẫn hở chỉ được xây dựng khi điều kiện địa hình cho phép và mang lại hiệu quả kinh tế, với vốn đầu tư thấp hơn so với ống dẫn kín Trong một số trường hợp, kênh dẫn hở có thể được thay thế bằng hầm dẫn nước áp lực, nơi áp suất nước trong hầm có thể lớn hơn áp suất khí quyển do độ dốc, nhưng thường không đáng kể.
Hình 1.3: Nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn
NMTĐ kênh dẫn có ưu điểm nổi bật là vốn đầu tư nhỏ và công suất ổn định, ít phụ thuộc vào mức nước Địa hình lý tưởng cho loại hình này là vùng núi đồi với các dòng sông hoặc suối dốc chảy từ trên cao Ngoài ra, NMTĐ kênh dẫn cũng có thể được xây dựng ở nơi có hai con sông chảy cạnh nhau với mức nước chênh lệch lớn, trong đó kênh dẫn nước từ sông có mức nước cao sang sông có mức nước thấp Nhà máy sẽ được đặt gần bờ sông có mức nước thấp và xả nước vào dòng sông này.
Nhược điểm lớn nhất của NMTĐ kiểu kênh dẫn là thiếu hồ chứa nước, dẫn đến không thể điều tiết nước và điều chỉnh công suất Để khắc phục nhược điểm này, trong nhiều trường hợp, các hồ nhân tạo được xây dựng ở vị trí cao, cuối các kênh dẫn hở Tuy nhiên, việc này làm tăng tổng vốn đầu tư của công trình.
Thủy điện Đa Nhim là một ví dụ tiêu biểu cho NMTĐ kênh dẫn tại Việt Nam, được xây dựng từ những năm 60 của thế kỷ trước và bao gồm hai ống dẫn nước.
Hệ thống 16 kín dài gần 3 km dẫn nước từ thung lũng trên đỉnh cao nguyên Đà Lạt (hồ Đa Nhim) xuống vùng đất thấp, tạo ra cột nước cao tới 1020 m Nhờ vào cột nước lớn này, nhà máy có thể đạt công suất đáng kể chỉ với lưu lượng nước nhỏ.
Hình 1.4: Nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn có hầm chứa
Nhà máy thủy điện kiểu hỗn hợp
Với địa hình phù hợp, việc kết hợp xây dựng đập và kênh dẫn có thể tạo ra nhà máy thủy điện (NMTĐ) có công suất lớn với vốn đầu tư nhỏ Sơ đồ NMTĐ kiểu hỗn hợp cho thấy hồ xây dựng ở vị trí cao và nhà máy ở vị trí thấp hơn, nơi đặt tua-bin nước và máy phát Tận dụng chênh lệch độ cao dưới đập giúp nâng cao công suất nhà máy, chỉ cần đầu tư thêm dàn ống dẫn nước từ trên cao xuống thấp Ống dẫn kín bảo toàn cột áp, vì vậy cột nước được tính từ mặt thoáng của hồ đến mức thấp hơn.
Nhà máy hạ lưu 17 có nhiều ưu điểm kinh tế và kết hợp các lợi thế của nhà máy thủy điện kiểu đập và kiểu kênh dẫn Nó sở hữu cột nước cao, công suất ổn định và khả năng điều tiết nhờ hồ chứa.
Hình 1.5: Nhà máy thủy điện kiểu hỗn hợp
Nhà máy thủy điện Yaly và nhà máy thủy điện Huội Quảng (chưa xây dựng) là những ví dụ điển hình về NMTĐ kiểu hỗn hợp tại Việt Nam Hồ chứa nước của NMTĐ Yaly có độ cao 515 m so với mức nước biển, với một đường hầm dài hơn 4 km dẫn nước từ hồ xuống vị trí thấp 305 m để cung cấp nước cho nhà máy Mặc dù đập và hồ tạo ra cột nước không lớn (15 m), nhưng chúng có ý nghĩa quan trọng trong việc tập trung lưu lượng nước Hầm kín giúp tích lũy cột nước lớn (gần 200 m), nhờ đó nâng cao công suất của NMTĐ.
Nguyên tắc chung để nâng cao công suất cho các nhà máy thủy điện (NMTĐ) là tập trung lưu lượng và độ dốc của cột nước Hồ chứa đóng vai trò quan trọng trong việc tập trung lưu lượng từ nhiều dòng chảy, trong khi đập và kênh dẫn giúp tập trung cột nước Điều này cho phép nước được dẫn về vị trí cao hơn so với nơi xây dựng nhà máy, tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Trong phương án NMTĐ kiểu đập, năng lượng của khúc sông từ I-I đến II-II phân bố đồng đều do độ dốc lòng sông gần như giống nhau Đập làm tăng mực nước, giảm độ dốc dòng chảy trước đập (còn lại ΔH), dẫn đến giảm động năng và chuyển hóa thành thế năng Khi vận tốc nước trong hồ giảm, ΔH cũng nhỏ, khiến năng lượng dòng chảy tập trung vào phần cuối, từ trước đập đến mặt cắt II-II Đối với phương án sử dụng kênh dẫn, độ dốc kênh thay đổi mật độ phân bố năng lượng, với phần đầu kênh có độ dốc nhỏ để tập trung năng lượng vào cuối kênh.
Ống kín bảo toàn cột áp, cho phép tập trung năng lượng dòng chảy đến đầu ra Nhờ đặc điểm này, người ta có thể chọn vị trí thuận lợi như hồ chứa hoặc bể chứa nước trên cao để tối ưu hóa năng lượng Để tăng cường lưu lượng, có thể sử dụng đập thấp để chặn và đổi hướng dòng chảy, hoặc áp dụng bơm.
Phương án tập trung cột nước bằng bơm, như minh họa trong Hình (1.6), cho phép chuyển lưu lượng nước từ vị trí có cột nước H1 đến vị trí có cột nước H2 gần nhà máy Mặc dù bơm cần sử dụng năng lượng điện để nâng cao cột nước trước khi đưa vào hồ chứa, nhưng phương pháp này cũng tận dụng được nguồn năng lượng từ các dòng chảy trên địa hình không thuận lợi, giúp dẫn nước hiệu quả đến nhà máy.
Đối với các nhà máy thủy điện có công suất lớn hơn 1000MW, việc lựa chọn phương án thiết kế kiểu hỗn hợp là cần thiết.
Hình 1.6 Tập trung nước bằng bơm
Các công trình và thiết bị chính của Nhà máy thủy điện
Tuy có các phương án khác nhau xây dựng NMTĐ, nhưng nói chung trong mỗi công trình thủy điện đều có các thành phần chính sau:
1) Công trình cột nước (đập, kênh dẫn, kênh xả hạ lưu);
2) Công trình điều tiết nước (hồ chứa, bể điều tiết, cống );
3) Thiết bị công nghệ (tua-bin thủy lực, máy phát, điều tốc, kích từ);
4) Thiết bị phân phối điện (máy biến áp, máy cắt điện, dao cách ly, thanh dẫn, thanh góp );
5) Các công trình phụ (ống dẫn nước vao tuabin, thiết bị chắn rác, công trình xả lũ, đập tràn, công trình xả, ).
Dựa vào địa hình cụ thể, việc nghiên cứu các phương án bố trí hợp lý cho các công trình là rất quan trọng Điều kiện tự nhiên đa dạng và cách bố trí sẽ phụ thuộc vào chiều cao cột nước cũng như kết cấu của đập, bao gồm đập đất, đập bê tông và đập đá đổ.
CÁC YÊU CẦ U, TIÊU CHU ẨN VÀ ĐỀ XU ẤT PHƯƠNG ÁN
Các yêu c ầ u, tiêu chu ẩn đố i v ớ i h ệ th ống điề u khi ển giám sát NMTĐ có công su ấ t l ớ n trên 1000MW
2.1.1 Các yêu cầu, tiêu chuẩn chung đối với hệ thống điều khiển giám sát NMTĐ
Hệ thống điều khiển giám sát trong nhà máy thủy điện đóng vai trò quan trọng, do đó cần tuân thủ các yêu cầu và tiêu chuẩn chung để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Trước khi người vận hành thực hiện bất kỳ trình tự nào, cần phải kiểm tra và xác nhận vị trí vận hành chính xác của tất cả các thiết bị Đồng thời, các thiết bị giám sát phải liên tục theo dõi các điều kiện thực tế và so sánh với các điều kiện thiết kế của thiết bị.
Việc giám sát sự hỏng hóc của thiết bị hoặc mất nguồn cung cấp là rất quan trọng để đưa ra cảnh báo kịp thời Thiết kế các thiết bị với độ tin cậy cao sẽ giúp ngăn chặn sự cố từ thiết bị này ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị khác.
Các thiết bị điều khiển cần được thiết kế với độ tin cậy cao, đảm bảo tất cả các trình tự điều khiển diễn ra trôi chảy với thời gian trễ tối thiểu Việc phát hiện và khắc phục các điều kiện bất thường phải được thực hiện nhanh chóng Nếu một trình tự điều khiển không tiến triển, nó sẽ bị chấm dứt do khóa liên động điều khiển hoặc khóa liên động an toàn, sau đó trình tự dừng tự động sẽ được kích hoạt Ngoài ra, cần cung cấp đầy đủ các phương tiện chỉ báo và thí nghiệm để kịp thời phát hiện vị trí và khắc phục sự cố.
Hệ thống điều khiển sử dụng bộ vi xử lý cần có các chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ ổn định và phù hợp, chẳng hạn như EPROM, để đảm bảo tính khả thi và khả năng lập lại của chương trình.
Hệ thống cần được trang bị đầy đủ các công cụ và thiết bị cần thiết để bảo trì, vận hành và xử lý sự cố, nhằm tạo điều kiện cho các kỹ thuật viên có kiến thức về điện tử thực hiện hiệu quả.
Các modul với chức năng tương tự cần có khả năng lắp lẫn hoàn hảo, đảm bảo rằng các bộ phận và chi tiết điện tử bên trong đều đạt tiêu chuẩn chất lượng cao nhất Đặc biệt, các tụ điện phải có tuổi thọ phục vụ tối thiểu 20 năm để đảm bảo hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Các module dự phòng cho tất cả các bộ phận của hệ thống điều khiển cần được trang bị đầy đủ, nhằm giúp người vận hành tự thực hiện công việc bảo dưỡng và sửa chữa mà không cần sự hỗ trợ từ bên ngoài.
2.1.2 Các yêu cầu, tiêu chuẩn riêng cho NMTĐ có công suất lớn
Nhà máy thủy điện có công suất lớn trên 1000MW đóng vai trò quan trọng trong lưới điện và an ninh quốc gia, do đó hệ thống điều khiển giám sát cần đáp ứng các yêu cầu và tiêu chuẩn nghiêm ngặt.
Nhà máy thủy điện cần được trang bị hệ thống điều khiển giám sát điện tử kỹ thuật số hiện đại, tuân thủ các tiêu chuẩn đã được phê duyệt để đảm bảo vận hành an toàn và tối ưu hóa các thiết bị công nghệ.
+ Tuốc bin- máy phát điện và hệ thống thiết bị phụ tổ máy;
+ Hệ thống phân phối điện cấp điện áp máy phát;
+ Các máy biến áp tăng và các máy biến áp tự dùng;
+ Thiết bị Trạm phân phối;
+ Hệ thống điện tự dùng xoay chiều và một chiều;
+ Thiết bị đập tràn và cửa nhận nước;
+ Các hệ thống thiết bị phụ khác của nhà máy;
- Các mục tiêu chính của hệ thống điều khiển giám sát phải đạt được như sau: + Vận hành đơn giản, an toàn, tin cậy, linh hoạt và ổn định;
+ Giao diện thân thiện với người vận hành;
+ Điều khiển tự động hoặc từ xa dễ dàng;
+ Bảo vệ trang thiết bị của nhà máy tránh các điều kiện vận hành bất thường và nguyhiểm ngoài ý muốn;
+ Thiết kế mở dựa trên các tiêu chuẩn thông dụng và không độc quyền trên thế giới;
+ Cho phép mở rộng và nâng cấp dễ dàng cả phần cứng lẫn phần mềm;
+ Hỗ trợ các kiểu và phương thức giao tiếp với các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau;
+ Quản lý an toàn dữ liệu và thông tin;
Đảm bảo tính sẵn sàng cao và giảm thiểu tối đa các yêu cầu bảo dưỡng, đồng thời phát hiện sự cố một cách nhanh chóng và chính xác, giúp người vận hành nhanh chóng khắc phục sự cố.
+ Có cấu trúc modun hóa với số lượng ít nhất các modun khác nhau;
Hệ thống điều khiển và giám sát cần tuân thủ các tiêu chuẩn chung, đồng thời phải phù hợp với các phiên bản mới nhất của IEC, ANSI và IEEE để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình vận hành.
ISA NEMA PB1-197, ISA RP60
Các chức năng của hệ thống điều khiển giám sát có cống suất lớn trên 1000MW về cấp điều khiển phải đáp ứng được các chức năng sau:
+ Có khả năng điều khiển tại các trung tâm điều độ quốc gia và điều độ miền và truyền được các dữ liệu sau:
Truyền các lệnh/các tín hiệu trạng thái (Máy cắt đầu cực (đóng/ mở), Máy cắt 500kv (đóng/ mở), Dao cách ly (đóng/ mở), Dao tiếp đất (đóng/ mở)
Các tín hiệu đo lường quan trọng bao gồm điện áp trên các thanh cái 500kV và các ngăn lộ đường dây (kV), tần số tại các thanh cái (Hz), cũng như công suất hữu công và vô công của các máy biến áp (MW/MVar) và máy phát.
(MW/MVar); Công suất hữu công và vô công của các đường dây (MW/MVar); Dòng điện các phía của các máy biến áp tăng
Các dữ liệu đo đếm bao gồm giá trị điện năng lũy kế hữu công và vô công của từng tổ máy cũng như toàn bộ nhà máy (kWh/kVArh), cùng với giá trị điện năng lũy kế hữu công và vô công truyền tải trên các đường dây (kWh/kVArh).
+ Có khả năng điều khiển từ phòng ĐKTT với ít nhất các yêu cầu về chức năng như sau:
Tại phòng ĐKTT của nhà máy, được trang bị các trạm vận hành (OWS) cùng với thiết bị ngoại vi, màn hình video và bảng Mimic chính, nhằm đảm bảo việc giám sát và điều khiển hiệu quả.
Phương án cấ u trúc h ệ th ống điề u khi ể n t ậ p trung v ớ i vào ra t ậ p trung 27
Cấu trúc hệ điều khiển tập trung với vào ra tập trung được thiết kế như trên Hình 2.1 với các đặc điểm sau:
Một máy tính duy nhất điều khiển toàn bộ quá trình kỹ thuật, có thể là các bộ điều khiển số trực tiếp (DDC), máy tính lớn, máy tính cá nhân hoặc thiết bị điều khiển khả trình.
- Máy tính điều khiển tập trung được đặt tại phòng điều khiển trung tâm, cách xa hiện trường
Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được kết nối trực tiếp với máy tính điều khiển trung tâm thông qua các cổng vào/ra.
- Các cụm điều khiển chính bao gồm: điều khiển tổ máy, Trạm phân phối, đập tràn, cửa nhận nước, hệ thống thiết bị phụ, hệ thống điện tự dùng.
Các cụm điều khiển được bố trí ở các cao trình khác nhau và được kết nối trực tiếp với các I/O của bộ điều khiển thông qua vòng mạng cáp quang.
Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống điều khiển tập trung với vào ra tập trung Đánh giá: Với cấu trúc này bộc lộ những hạn chế sau:
Do sốlượng tín hiệu đầu vào (Input) và đầu ra (Ouput) rất lớn như thể hiện ở bảng 2.1 nên công việc nối dây phức tạp, giá thành cao;
Do có nhiều dây cáp và khoảng cách truyền tín hiệu lên đến 5km, việc truyền tín hiệu dễ bị nhiễu, ảnh hưởng xấu đến quá trình điều khiển và vận hành.
Do chỉ có duy nhất một bộđiều khiển, nên đòi hỏi năng lực tính toán, thực hiện của bộđiều khiển là rất cao;
Khảnăng quan sát, vận hành nhiều thiết bị cùng lúc là rất khó khăn
Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn;
Độ tin cậy kém thể hiện qua khả năng làm việc không gây ra lỗi;
Việc chỉ thực hiện một cấp điều khiển duy nhất tại phòng điều khiển trung tâm đã gây khó khăn trong việc quản lý an toàn dữ liệu và thông tin, do không đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu về các cấp điều khiển cần thiết.
Không đảm bảo tính sẵn sàng cao và không thể giảm thấp nhất các yêu cầu bảo dưỡng;
Phát hiện sự cố khó khăn trong thiết bị là một thách thức lớn, đặc biệt khi sự hỏng hóc hoặc mất nguồn cung cấp không dễ dàng được giám sát để đưa ra cảnh báo kịp thời Để đảm bảo hoạt động liên tục, việc thiết kế các thiết bị với độ tin cậy cao là vô cùng quan trọng, nhằm ngăn chặn sự cố của một thiết bị hoặc nguồn cung cấp ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị khác.
Phương án cấ u trúc h ệ th ống điề u khi ể n t ậ p trung v ớ i vào ra phân tán 29
Cấu trúc vào/ra tập trung với cách ghép nối điểm-điểm gặp phải nhược điểm lớn do số lượng cáp nối nhiều, dẫn đến chi phí cao cho dây dẫn và công thiết kế, lắp đặt Hơn nữa, phương pháp truyền dẫn tín hiệu giữa các thiết bị trường và thiết bị điều khiển thường dễ bị nhiễu, gây ra sai số lớn.
Hệ thống điều khiển tập trung với các module vào/ra phân tán được thiết kế để nâng cao hiệu quả hoạt động Các module này được đặt gần các thiết bị của tổ máy và trạm phân phối, giúp cải thiện khả năng quản lý và điều khiển.
Trong cấu trúc này, chúng ta sử dụng cảm biến và cơ cấu chấp hành thông minh có khả năng kết nối trực tiếp mà không cần qua các module vào/ra Những thiết bị này không chỉ xử lý giao thức truyền thông mà còn thực hiện các chức năng xử lý tại chỗ như lọc nhiễu, chỉnh định thang đo, tự đặt chế độ, và chẩn đoán trạng thái Trong nhiều trường hợp, các thiết bị này còn có thể đảm nhiệm nhiệm vụ điều khiển đơn giản.
Kết nối giữa các thiết bị trong tổ máy và trạm phân phối được thực hiện thông qua giao thức Profibus hoặc Modbus Để đảm bảo quá trình truyền thông hiệu quả giữa các I/O và bộ điều khiển, chúng ta sử dụng vòng mạng cáp quang kép.
Việc áp dụng bus trường và cấu trúc vào/ra phân tán mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với thiết kế hệ thống điều khiển tập trung Những ưu điểm này thể hiện rõ qua khả năng tối ưu hóa hiệu suất, tăng cường tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống.
• Tiết kiệm dây dẫn, công đi dây và nối dây
• Giảm kích thước hộp điều khiển
• Tăng độ linh hoạt hệ thống nhờ sử dụng các thiết bị có giao diện chuẩn và khả năng ghép nối đơn giản
• Khả năng chẩn đoán tốt hơn (các thiết bị hỏng được phát hiện dễ dàng)
• Tăng độ tin cậy của toàn hệ thống.
Sử dụng cấu trúc này cho hệ thống điều khiển giám sát tại các Nhà máy thủy điện có công suất lớn trên 1000MW sẽ dẫn đến một số nhược điểm đáng chú ý.
- Do cả hệ thống chỉ có duy nhất một bộ điều khiển nên đòi hỏi bộ điều khiển phải có khả năng xử lý nhanh
- Bộ điều khiển không có tính dự phòng
- Chưa thực hiện được cấp điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm hoặc điều khiển từ xa một cách linh hoạt như yêu cầu
- Khả năng theo dõi giám sát nhiều thiết bị cùng lúc bị hạn chế
Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tập trung vào ra phân tán
Phương án thiế t k ế v ớ i c ấ u trúc h ệ th ống điề u khi ể n phân tán v ớ i vào
Để giảm thiểu sự phụ thuộc vào máy tính trung tâm trong cấu trúc tập trung và nâng cao tính linh hoạt của hệ thống, mỗi cụm thiết bị có thể được điều khiển bởi một hoặc một số máy tính cục bộ.
Trong phương án thiết kế này, các bộ điều khiển được sử dụng như sau:
- mỗi tổ máy sử dụng 01 bộđiều khiển độc lập
- 01 bộ điều khiển chung cho Trạm phân phối
- 01 bộ điều khiển chung cho thiết bị tại đập tràn và cửa nhận nước
Bộ điều khiển trung tâm quản lý toàn bộ thiết bị phụ trợ và hệ thống điện tự dùng, với các máy tính điều khiển cục bộ được phân bố tại các phòng điều khiển của từng khu vực Để đảm bảo sự phối hợp trong điều khiển nhà máy, các máy tính điều khiển cần tương tác với nhau thông qua mạng lưới kết nối, liên kết với một hoặc nhiều máy tính giám sát trung tâm qua bus hệ thống.
UNIT 2 UNIT N SWITCHYARD SPILLWAY,INTAKE AUXILIARY MV/LV SPARE
PRO FI B U S M ODB U S PRO FI B U S M ODB U S PRO FI B U S M ODB U S PRO FI B U S M ODB U S
Phòng điều khiển trung tâm
Phòng điều khiển cục bộ
Tổ máy No 1 Tổ máy No n Trạm phân phối Đập tràn, cửa nhận nước Thiết bị phụ trợ Hệ thống điện tự dùng
Hình 2.3 : Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán vào ra tập trung Đánh giá:
Phương án thiết kế mới đã khắc phục nhiều nhược điểm so với phương án trước, nhưng vẫn còn tồn tại vấn đề về tính sẵn sàng và độ tin cậy của hệ thống Khi một tổ máy không khởi động được, khả năng vận hành của các tổ máy tiếp theo sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng.
Phương án thiế t k ế v ớ i c ấ u trúc h ệ th ống điề u khi ể n phân tán v ớ i vào
Phương án tại mục 2.4 chỉ đơn giản là kết nối điểm-điểm giữa máy tính điều khiển và các cảm biến, cơ cấu chấp hành thông qua hệ thống vào/ra tập trung, nhưng có nhiều nhược điểm Do đó, chúng ta sẽ áp dụng bus trường để thực hiện cấu trúc vào/ra phân tán, như minh họa trong Hình 2-4 Máy tính điều khiển sẽ được đặt tại phòng điều khiển trung tâm và cả các phòng điều khiển cục bộ.
Phòng điều khiển trung tâm
Phòng điều khiển cục bộ
No n Trạm phân phối Đập tràn, cửa nhận nước Thiết bị phụ trợ Hệ thống điện tự dùng
Hình 2.4: Sơ đồ cấu trúc cơ bản hệ thống điều khiển phân tán với vào ra phân tán
Với cấu trúc này ta dễ dàng chia các nhóm thiết bị chính với các tủ điều khiển nhóm như sau:
Các tủ điều khiển tổ máy LCU được lắp đặt trong gian máy, ở vị trí ngang với sàn của tổ máy, và được trang bị đầy đủ các thiết bị cần thiết.
Bộ điều khiển đa chức năng MFC3000 của Alstom, kết hợp với 04 Field Controller và giao diện HMI, cung cấp các thiết bị cần thiết để thực hiện các chức năng giám sát và điều khiển hiệu quả.
- Khởi động và dừng máy bằng tay, từng bước, tựđộng;
- Chọn lựa các chếđộ vận hành: đứng im, sẵn sàng, quay, phát điện, bù đồng bộ và chếđộ nạp đường dây;
- Điều khiển tốc độ và phụ tải thông qua bộđiều tốc;
- Tựđộng điều chỉnh điện áp;
- Đo và lưu tất cảđặc tính vận hành của tuabin và máy phát;
- Cảnh báo các sự cố bằng âm thanh, đèn báo Điều khiển thiết bị cho Trạm phân phối:
Điều khiển tự động tại chỗ cho các ngăn máy cắt được thực hiện thông qua các tủ điều khiển ICB, đồng bộ với thiết bị tại Trạm phân phối Các tủ điều khiển này cần được đặt trước các ngăn máy cắt, trong khi các trạm vào ra sẽ được bố trí ở các vị trí khác nhau trong phòng Trạm phân phối Chúng có nhiệm vụ thu thập tín hiệu từ các thiết bị và chuyển đổi chúng thành các gói dữ liệu để gửi tới tủ điều khiển nhóm tại Trạm phân phối.
Tủ điều khiển nhím tại Trạm phân phối LCU được trang bị bộ điều khiển MFC 3000, IHR Controller và ba Field Controller, cùng với giao diện HMI và các thiết bị phù hợp để thực hiện chức năng điều khiển và giám sát hiệu quả.
- Đối tượng điều khiển tại trạm bao gồm các máy cắt và các dao cách ly, dao nối đá vận hành bằng các động cơ.;
Nhóm thi ết bị tự dùng xoay chiều 6,3kV, 0,4kVvà một chiều 220V nhà máy và Diegen:
Tủ điều khiển nhóm cho các thiết bị được lắp đặt tại vị trí tủ Diesel, bao gồm 01 bộ điều khiển MFC3000 cho cả hệ thống MV/LV và diegen Riêng phòng diegen được trang bị 02 bộ Filed Controller, trong khi hệ thống MV/LV có 02 bộ Filed Controller và 01 bộ IHR Controller, cùng với giao diện HMI và các thiết bị cần thiết để giám sát và điều khiển Bộ điều khiển nhóm phải đảm bảo thực hiện đầy đủ các chức năng cần thiết.
- Vào/ra các tín hiệu sốvà tương tự từ thiết bị 6,3kV, 0,4kV và 220V một chiều
- Hiện trên màn hình cảm ứng các giá trịdòng và điện áp cần đo, hiển thị các vị trí máy cắt và trạng thái thiết bị;
- Điều khiển máy cắt 6,3kV các máy cắt đầu vào, phân đoạn 0,4kV và ATS;
- Điều khiển các máy cắt hệ thống một chiều
- Chọn các phụ tải tương ứng;
- Kiểm tra cách điện thiết bị;
- Truyền dữ liệu về cấp điều khiển nhà máy;
N hóm thiết bị phụ nhà máy:
Tủ điều khiển nhóm cho các thiết bị được lắp đặt ở cao trình chứa các thiết bị phụ, bao gồm 01 bộ điều khiển MFC3000, 02 bộ Field Controller, 01 bộ IHR Controller, giao diện HMI và các thiết bị cần thiết để giám sát và điều khiển hiệu quả.
Bộ điều khiển này được dùng để kiểm tra, điều khiển và báo tín hiệu những thiết bị sau:
- Trạm bơm tháo cạn phần chảy tuốc bin;
- Thiết bị hệ thống khí nén;
- Thiết bị các hệ thống thoát nước;
- Thiết bị thông gió và các thiết bịđiều hoà khác;
- Trạm bơm chữa cháy và các bộ phận khoá/khởi động;
- Các trạm bơm nước thải lẫn dầu;
- Hệ thống cấp nước uống-sinh hoạt;
N hóm thiết bị đập tràn và cửa nhận nước:
Tủ điều khiển nhóm cho đập tràn và cửa nhận nước được trang bị bộ điều khiển MFC 3000, với 02 bộ Field Controller cho đập tràn và 02 bộ cho cửa nhận nước Hệ thống bao gồm giao diện HMI và các thiết bị cần thiết để giám sát và điều khiển các cửa van của đập tràn, cửa van sự cố và các thiết bị phụ Ngoài ra, hệ thống còn đo lường mực nước hồ chứa, tổn thất cột nước và có hệ thống cung cấp điện tự dung tại chỗ Các chức năng chính của tủ điều khiển này đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn cho hệ thống.
- Điều khiển và giám sát thiết bị chính;
Giám sát vị trí các cửa van cung tại đập tràn và cửa vận hành cửa lấy nước là rất quan trọng, bao gồm cả các vị trí trung gian và vị trí nạp nước của cửa vận hành Việc này giúp đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn cho hệ thống thủy lợi.
- Chỉ thị các cửa van đang vận hành;
- Vị tri nạp nước của các van cửa nhận nước;
- Giám sát các vị trí của các cơ cấu khóa/ chốt;
- Đưa ra các tín hiệu báo động;
- Đặt giá trị độ mở các cửa van cung đập tràn;
- Lệnh đóng mở các cửa van cửa lấy nước;
- Điều khiển và giám sát hệ thống cấp điện tự dùng;
Hệ thống cung cấp điện tự dùng cho đập tràn và cửa lấy nước cần được điều khiển và giám sát qua tủ điều khiển tại chỗ Tủ điều khiển này có chức năng hiển thị các giá trị đo lường dòng và áp lực, điều khiển và chỉ thị vị trí các máy cắt tự dùng, cũng như lựa chọn phụ tải ưu tiên và tự động đóng nguồn dự phòng.
Các chức năng này được thể hiện qua sơ đồ cấu trúc như sau:
Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển phân tán gồm đủ các cấp điều khiển
Với cấu trúc điều khiển phân tán vào ra phân tán ta có bảng các thiết bị cho cấp điều khiển nhóm như sau:
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí
Tủ điều khiển tổ đặt các tổ máy
Tủ điều khiển với màn hình
Khóa lựa chọn số lượng đủ G7
Nút bấm số lượng đủ G7
Bộ hiển thị số lượng G7
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đủ đặt
Máy cắt 220Vdc số lượng đủ G7
Máy cắt 24vdc số lượng đủ G7
Mạng Ethernet với bộ chuyển đổi RS20 2 HIRSCHM
ANN Đồng hồ GPS 1 KEYU,BEI
Auxiliary Relay số lượng đủ G7
Bộ điều khiển tổ máy 1 G7
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đặt
Bộ điều khiển hòa đồng bộ 1 G7 7-
Khóa lựa chọn số lượng đủ G7
SWITCH Nút bấm số lượng đủ G7 Đồng hồ hiển thị điện áp 1 G7 Đồng hồ hiển thị tần số 1 G7 Đồng hồ hiển thị độ lêch pha 1 G7
01.1 Đồng hồ đo đếm điện năng
Bộ hiển thị nhiệt độ 2 Việt Nam, đồng hồ đo MW 1 Việt Nam, đồng hồ đo Mvar 1 Việt Nam, đồng hồ đo điện áp 1 Việt Nam, đồng hồ đo dòng 1 Việt Nam, và đồng hồ đo tần số 1 Việt Nam là những thiết bị quan trọng trong việc giám sát và quản lý hệ thống điện năng tại Việt Nam.
Tủ điều khiển với màn hình
Nguồn cấp 220Vdc/24Vdc 40A số lượng đủ G7
Khóa lựa chọn số lượng đủ G7
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đủ đặt
Bộ hiển thị số lượng đủ G7
Mạng Ethernet với bộ chuyển đổi RS20 số lượng đủ G7 Đồng hồ GPS số lượng đủ G7
Bộ điều khiển Trạm phân phối 1 G7 8-
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đặt
Auxiliary Relays số lượng đủ G7
Bộ điều khiển hòa đồng bộ 1 G7 8-
Bộ tự động hòa đồng bộ
Bộ kiểm tra hòa đồng bộ
MLJ1000 3 GE các rơ le số lượng đủ G7
Khóa lựa chọn số lượng đủ G7
SWITCH Nút bấm số lượng đủ G7 Đồng hồ đo điện áp 3 Việt Nam Đồng hồ đo tần số 3 Việt Nam Đồng hồ báo lệch pha 3 Việt Nam
Tủ điều khiển các thiết bị phụ
Tủ điều khiển với HMI 1 G7 9-
Nguồn cấp 220Vdc/24Vdc 40A 1 AXIOMTE
Khóa lựa chọn số lượng đủ G7
Nút bấm số lượng đủ G7
Bộ hiển thị số lượng đủ G7
Máy cắt 220Vdc số lượng đủ G7
Mạng Ethernet với bộ chuyển đổi RS20 1 G7
Auxiliary Relay số lượng đủ G7
Bộ điều khiển các thiết bị phụ trợ 1 G7 9-
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đặt
Các rơ le trung gian số lượng đủ G7
Tủ điều khiển hệ thống điện tự dùng
Tủ điều khiển với HMI 1 G7 6-
Nút bấm số lượng đủ G7
Bộ hiển thị số lượng đủ G7
Máy cắt 220Vdc số lượng đủ G7
Máy cắt 24vdc số lượng đủ G7
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đặt
Mạng Ethernet với bộ chuyển đổi RS20 2 G7
Các đầu nối, đầu kẹp số lượng đủ G7
Bộ điều khiển thiết bị điện tự dùng 1 G7 6-
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đặt communication module PCM301 1 G7
Bộ điều khiển máy phát Diesel 1 G7
Máy cắt 220Vdc số lượng đủ G7
Máy cắt 24Vdc số lượng đủ G7
Rơ le phụ số lượng đủ G7
Bộ điều khiển đập tràn cửa nhận nước
Tủ điều khiển với HMI 1 G7 K7-
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đủ đặt
Bộ hiển thị số lượng đủ G7
Máy cắt 220Vdc số lượng đủ G7
Máy cắt 24vdc số lượng đủ G7
Mạng Ethernet với bộ chuyển đổi RS20 2 G7
Rơ le trung gian số lượng đủ G7
Các đầu nối, đầu kẹp 2
Bộ điều khiển cho đập tràn 1 G7 K7-
Bộ điều khiển cho cửa nhận nước 1 G7 S3-
Selector Switch số lượng đủ G7
Nút bấm số lượng đủ G7
Máy cắt 220Vdc số lượng đủ G7
Máy cắt 24Vdc số lượng đủ G7
Cụm điều khiển Tên thiết bị Số lượng Nhà sản xuất Vị trí đặt
Bảng 2.2 Bảng liệt kê các thiết bị cho cấp điều khiển nhóm (dự kiến)
Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc hệ thống cấp điều khiển nhóm cho tổ máy
Việc lựa chọn bộ điều khiển cho tổ máy cần căn cứ vào số lượng tín hiệu đầu vào và biến đầu ra mong muốn Do đó, cần thu thập các thông số đầu vào của thiết bị, chi tiết có trong Phụ lục 1 và Phụ lục 2.
- Máy phát (cả dưới dạng logic và analog)
TRU? NG Ð? I H? C BÁCH KHOA HÀ N? I VI? N ÐÀO T? O SAU Ð? I H? C THI? T K? H? TH? NG ÐI? U KHI? N NHÀ MÁY TH? Y ÐI? N CÓ CÔNG SU? T L? N TRÊN 1000MW
Kiểm tra GĐTK tháng/năm
Tỷ lệ: Số hiệu BV
- Bản vẽ này được xem cùng phụ luc 1
NguyÔn V¨n ABC NguyÔn V¨n ABC BÙI HUY TOÀN Đơn vị Toàn bộ Khối lượng Ghi chú Bảng kê thiết bị
Mã hiệu-Thông số kü thuËt Tên thiết bị
1 Màn hỡnh HMI 15inch Cái 1xn Ghi chú
2 PLC Ngu?n 24VDC 5xn Ghi chó
3 HT di?u khi?n kích t? Ði?n t? , k? thu?t s? HT 1xn Ghi chó
4 HT di?u khi?n di?u t?c Ði?n t? k? thu?t s? HT 1xn Ghi chó
Tổng cộng: Đơn vị Toàn bộ Khối lượng (Kg) Ghi chó Bảng kê nguyên vật liệu
VËt Tên chi tiết liệu
U ni t 1 C o nt ro l s ys te m
192 DO el: el: el: el: el:
GOVERNOR SYSTEM TEMPARATURE ACQUISITION SYSTEM EXCITATION SYSTEM ELECTRICAL METERING SYSTEM
- Trạng thái, nguồn cấp, nguồn điều khiển cho các động cơ của Máy cắt đầu cực như thế nào? (cả dưới dạng logic và analog)
- Hệ thống rơ le bảo vệ cho Máy phát, máy biến áp chính, đường dây (cả dưới dạng logic và analog)
- Các thông số chính của hệ thống kích từ (cả dưới dạng logic và analog)
- Các thông số chính của hệ thống điều tốc (cả dưới dạng logic và analog)
- Nhiệt độ của các ổ đỡ, cuộn dây, trục stator…
Theo thiết kế này Hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy thủy điện tích hợp
2 mạng cơ sở trên công nghệ Ethernet:
Mạng Ethernet trong văn phòng đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý truyền thông giữa các trạm vận hành và các thiết bị ngoại vi như máy in, X-terminals, máy tính văn phòng và modem cho truyền thông từ xa Nó hỗ trợ bảo trì từ xa và truy cập vào phòng điều khiển trung tâm thông qua công nghệ Internet Đồng thời, mạng cũng đảm bảo sự kết nối giữa máy tính kỹ thuật tại phòng điều khiển trung tâm và các trạm vận hành, cho phép tải các màn hình hiển thị và cơ sở dữ liệu từ phần mềm điều khiển.
Mạng Control network có cấu trúc vòng nhằm quản lý việc trao đổi dữ liệu giữa các trạm dịch vụ và trạm vận hành trong phòng điều khiển trung tâm Nó thực hiện nhiều chức năng, bao gồm truyền lệnh đến các giao diện vận hành, truy vấn lỗi và sự kiện, lưu trữ thay đổi, cũng như giao tiếp với các hệ thống bên ngoài như trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia Một chức năng quan trọng khác là quản lý truyền thông giữa các bộ điều khiển và các trạm điều khiển trong phòng điều khiển trung tâm.
Mạng Control network sử dụng chuẩn ETHERNET và giao thức TCP/IP, với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 100 Mbit/s qua cáp quang, đảm bảo hiệu suất nhanh chóng và độ tin cậy cao.
Đánh giá ưu nhược điể m c ủa các phương án
Tiêu chí so sánh Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3 Phương án
Khả năng làm việc không gây ra lỗi thấp thấp bình thường cao Độ tin cậy của từng thiết bị thấp thấp bình thường cao
Cấu trúc hệ thống đơn giản đơn giản bình thường linh hoạt Đặc điểm hệ thống truyền thông đơn giản đơn giản tốt rất tốt
Biện pháp dự phòng nóng không không có nhưng ko linh hoạt rất tốt
Khả năng hoạt động bình thường Bình thường Bình thường Tốt rất tốt
Cơ chế dự phòng Không Không có nhưng ko linh hoạt rất tốt
Cơ chế an toàn Không Không chưa tốt tốt
Cơ chế khởi động lại sau sự cố nguồn Không Không có có
Khả năng bảo trì Khó thực thi Khó thực thi bình thường đơn giản
Thành phần quan trọng cần được dự phòng hoàn toàn,không làm mất đi tính năng do nó cung cấp
Lỗi mỗi module hoặc card được phép không gây ra tê liệt hơn một trạm vận hành hoặc một vòng điều khiển có có ít không có
Sách lược dự phòng lạnh có có có có
Sách lược dự phòng nóng Không Không có nhưng ko linh hoạt linh hoạt
Cơ chế an toàn hệ thống
Các biện pháp dừng khẩn cấp cho từng cụm thiết bị Không có Không có Có có
Máy tính điều khiển/HMI 1 1 5 6
Network 1 hệ thống 1 hệ thống 02 hệ thống 2 Cáp tín hiệu rất nhiều khá nhiêu tương đối tiết kiệm
Số lượng đối tượng điều khiển từ các trung tâm điều độ là đủ, tuy nhiên việc thực thi gặp khó khăn Cấp điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm không khả thi, trong khi cấp điều khiển nhóm có thể thực hiện một cách đơn giản.
Tốc độ truyền số liệu, khả năng xử lý rất chậm rất chậm bình thường nhanh
Dựa trên bảng so sánh, đối với nhà máy thủy điện có công suất lớn hơn 1000MW, phương án tối ưu cho thiết kế hệ thống điều khiển giám sát là sử dụng điều khiển phân tán với đầu vào và đầu ra phân tán.