GIẢI PHÁP LẮP ĐẶT THIẾT BỊ QUAN TRẮC CHO THỦY ĐIỆN

Căn cứ tại điều 37 Nghị định 38/2016/NĐ-CP đã quy định: “Ủy ban nhân dân tỉnh lập danh mục công trình và chủ công trình phải tổ chức quan trắc khí tượng thủy văn quy định tại Điều 3 của

Trang 1

CÔNG TY CỔ PHẦN CÔNG NGHỆ PHÚ QUANG HƯNG

GIẢI PHÁP LẮP ĐẶT THIẾT BỊ QUAN TRẮC

CHO THỦY ĐIỆN ĐÁP ỨNG NĐ38 & TT47

Hà Nội, 2019

Trang 3

1

MỤC LỤC

1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ ĐỀ XUẤT 2

1.1 Đặt vấn đề 2

1.2 Đề xuất phương án 3

2 GIẢI PHÁP CHI TIẾT 5

2.1 Giới thiệu về thiết bị quan trắc 6

2.1.1 Quan trắc mưa 6

2.1.2 Quan trắc mực nước 7

2.2 Tính năng giải pháp 8

2.2.1 Hệ thống dự báo thời tiết tiểu vùng 8

2.2.2 Dự báo mưa tiểu vùng 9

2.2.3 Dự báo dòng chảy về hồ, khả năng gia tăng mực nước 10

2.2.4 Giám sát lưu lượng xả, tháo qua tuabin, lưu lượng dòng chảy tối thiểu 12 2.3 Phần mềm quản lý dữ liệu hỗ trợ vận hành hồ chứa 15

2.3.1 Giao diện trang chủ 15

2.3.2 Số liệu quan trắc và số liệu tính toán 16

2.3.4 Tính năng cảnh báo 18

2.3.5 Tính năng gửi tinh nhắn SMS 19

2.3.6 Tính năng quản lý người dùng 20

Trang 4

2

1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ ĐỀ XUẤT

1.1 Đặt vấn đề

Theo nghị định 38/2016/NĐ-CP ngày 15 tháng 5 năm 2016 của Thủ tướng Chính phủ đã nêu rõ:

- Hồ chứa thủy điện quan trắc lượng mưa tại đập chính;

- Mực nước tại thượng lưu và hạ lưu đập chính; tính toán lưu lượng đến hồ;

- Lưu lượng xả, lưu lượng qua tua bin;

- Dự tính khả năng gia tăng mực nước hồ theo lưu lượng đến hồ;

Tần suất quan trắc 4 lần một ngày theo giờ Hà Nội vào 01 giờ, 07 giờ, 13 giờ và 19 giờ trong mùa lũ, 2 lần một ngày vào 07 giờ, 19 giờ trong mùa cạn Trường hợp vận hành chống lũ, tần suất quan trắc, tính toán tối thiểu một giờ một lần

Căn cứ tại điều 37 Nghị định 38/2016/NĐ-CP đã quy định: “Ủy ban nhân dân tỉnh lập

danh mục công trình và chủ công trình phải tổ chức quan trắc khí tượng thủy văn quy định tại Điều 3 của Nghị định này thuộc phạm vi quản lý và hằng năm cập nhật, bổ sung danh mục công trình và chủ công trình gửi Bộ Tài nguyên và Môi trường.”

Căn cứ thông tư số 47/2017/TT-BTNMT ngày 7/11/2017: “Giám sát hoạt động khai thác,

sử dụng đối với công trình hồ chứa để phát điện bao gồm:

- Mực nước hồ;

- Lưu lượng xả duy trì dòng chảy tối thiểu;

- Lưu lượng xả qua nhà máy;

- Lưu lượng xả qua tràn.”

Vấn đề đặt ra cho nhà máy thủy điện

- Cần có hệ thống giám sát lượng mưa, lưu lượng về hồ và mực nước hồ

- Tính toán lưu lượng xả, lưu lượng qua tua bin, qua dòng chảy tối thiểu

- Dự tính khả năng gia tăng mực nước hồ

- Dự báo mưa trên lưu vực

- Dự báo lưu lượng về hồ

- Cảnh báo khi diễn biến thời tiết bất lợi, phức tạp như mưa, lũ lớn được cập nhật thường xuyên bằng Email, Notification

- Quản lý dữ liệu bằng phần mềm hỗ trợ Web, App

Trang 5

3

- Thực hiện theo danh mục phải tổ chức quan trắc khí tượng thủy văn (nếu có) của UBND tỉnh

1.2 Đề xuất phương án

Để giải quyết các vấn đề trên Công ty Cổ phần Thương mại và Xây dựng Phú Quang (PQH)

đề xuất phương án tổng thể như sau: (Giải pháp chi tiết xác định rõ số lượng, vị trí và khu vực lắp đặt sau khi có kết quả khảo sát cho khu vực thủy điện)

Phương án tổng thể: Lắp đặt 1 trạm đo mưa kết hợp mực nước tại vị trí đập tràn, từ số liệu

thực tế lắp đặt thêm các trạm đo mưa, đo mực nước phía thượng nguồn để giám sát toàn bộ lượng mưa và dòng chảy từ các dòng chính và nhánh đổ về phía đập thủy điện

Giai đoạn 1: Lắp đặt 1 trạm đo mưa kết hợp mực nước tại vị trí đập tràn của hồ chứa

để đáp ứng theo yêu cầu của Nghị định 38 và thông tư 47

Giai đoạn 2: Nhằm tăng độ chính xác của giải pháp tổng thể (Giám sát được lượng

mưa toàn lưu vực, tính toán lưu lượng về hồ, tính toán gia tăng mực nước hồ với hệ số chính xác cao hơn): Lắp đặt thêm các trạm đo mưa, đo mực nước phía thượng nguồn để giám sát toàn bộ lượng mưa và dòng chảy từ các dòng chính và nhánh đổ về phía đập Số lượng trạm căn cứ vào số liệu khảo sát thực tế của từng lưu vực của từng nhà máy

Ưu điểm:

- Đảm bảo đầy đủ tính pháp lý của nghị định 38 và thông tư 47

- Thông tin quan trắc mưa được cập nhật liên tục theo thời gian thực

- Giám sát được lượng mưa toàn lưu vực

- Giám sát được mực nước tại hồ và từ dòng chính sông, suối phía thượng lưu đổ

về hồ

- Tính toán lưu lượng xả, lưu lượng tháo qua tua bin, qua dòng chảy tối thiểu

- Dự tính khả năng gia tăng mực nước hồ

- Dự báo thời tiết tiểu vùng

- Thông tin cảnh báo diễn biến thời tiết bất thường SMS, email được gửi đến từng đối tượng liên quan theo thời gian thực

Trang 6

4

- Thiết bị nhẹ gon, dễ dàng lắp đặt vận hành hệ thống quan trắc một cách nhanh chóng

2 GIẢI PHÁP CHI TIẾT

PQH cung cấp giải pháp lắp đặt trạm quan trắc và sử dụng hệ thống phần mềm số liệu

Hình 1: Giải pháp lắp đặt trạm mưa và mực nước toàn lưu vực

Trang 7

5

Hình 2: Giải pháp tổng thể cho đơn vị hồ chứa thủy điện

Hoạt động của hệ thống phần mềm: Phối hợp giữa các thiết bị quan trắc thông minh

để lấy số liệu đầu vào, lập trình các thuật toán xử lý thông tin dữ liệu, cho ra các sản phẩm thông tin đầu ra cung cấp cho nhà máy phục vụ cho công tác vận hành hồ chứa, đồng thời cung cấp các kênh cảnh báo kịp thời đến các đối tượng theo nhu cầu

Hệ thống đo mưa tự động đóng vai trò cung cấp số liệu đầu vào, số liệu được xử lý bởi hệ thống phần mềm Đầu ra là các sản phẩm thông tin như: Số liệu quan trắc quá khứ,

số liệu dự báo mưa, lưu lượng về hồ trong thời gian tới, thông tin số liệu trang web/wap, bản tin notification, bản tin phục vụ điều hành

IM I CÁM BAO

DựBAOTHCRTlẾT

HỆTHỔNG QIUAN LY

Đ4ẾUHAM1

ÍNGẤY

THÔNG KỂ ló UỆU

Trạm quan trắc

HÊ TH ỔNG VỆ TINH QPWa'3G»4Gí1 LẮN*H|

□ỰBAOLUULƯQNG NUÚC VÉHỔ

ỊS

?

Trang 8

6

2.1 Giới thiệu về thiết bị quan trắc

2.1.1 Quan trắc mưa

Hình 3: Thiết bị quan trắc mưa DAVIS

Hệ thống quan trắc mưa tự động sử dụng thiết bị DAVIS Đây là thiết bị chuyên dụng

sử dụng năng lượng mặt trời, dùng ắc quy để tích trữ năng lượng, đảm bảo hoạt động 24/24 trong mọi điều kiện thời tiết, kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt Chu kì quan trắc 5phút/lần, chu kỳ truyền thông tin quan trắc về server từ 15 phút - 120 phút tùy nhu cầu Thiết bị có thể mở rộng cảm biến để quan trắc nhiều thông số khác như: hướng gió, tốc độ gió, độ ẩm đất, nhiệt độ không khí

Trang 9

Hình 4: Thiết bị quan trắc mưa DAVIS

Kết nối được nhiều loại cảm biến khác nhau, khả năng mở rộng tốt

Chất lượng theo tiêu chuẩn GE, xuất xứ GE, đã được kiểm định hiệu chỉnh hiệu chuẩn bởi PQH

2.2 Tính năng giải pháp

2.2.1 Dự báo mưa

Trong phạm vi liên quan đến hồ thủy điện, số liệu quan trắc hiện tại theo chu kỳ 1h và số liệu dự báo lượng mưa từ 1h đến 6 ngày tới là cực kì quan trọng trong công tác vận hành hồ chứa và cảnh báo thiên tai lũ lụt trên địa bàn lắp đặt Sản phẩm này sẽ giúp

hệ thống cảnh báo các hiện tượng bất thường giúp cho người dân vùng trạm đo và khu vực thủy điện có một thông tin chính xác và chủ động phòng chống ứng phó khi thiên tai, mưa lớn xảy ra

Hình 6: Hình ảnh lượng mưa dự báo 24h và 6 ngày của lưu vực

2.1.2 Quan trắc mực nước

Trang 10

8

Ví dụ trên hình là dự báo mưa tại 3 điểm đối với một lưu vực lớn, biểu đồ dự báo được vẽ cho khoảng thời gian 24 giờ, và dự báo cho 6 ngày Số liệu dự báo mưa cụ thể này cũng đưa trực tiếp vào mô hình tính toán, cảnh báo ngưỡng để có các đầu ra phù hợp

2.2.3 Dự báo dòng chảy về hồ, khả năng gia tăng mực nước

a Sơ đồ giải pháp

b

Hình 7: Sơ đồ giải pháp dự báo lưu lượng và gia tăng mực nước

b Dự báo dòng chảy về hồ

Phương án dự báo lưu lượng nước về hồ Từ các số liệu của trạm lắp đặt quan trắc mưa trên lưu vực, kết hợp với số liệu dự báo mưa, bốc hơi 6 ngày tới làm số liệu đầu vào, tính toán dự báo dòng chảy về hồ thời đoạn 1h, 1 ngày và 6 ngày để giúp đơn

vị chủ hồ chủ động trong việc đóng mở cửa xả, cửa dẫn nước về nhà máy

Bên cạnh đó số liệu dự báo dòng chảy về hồ của PQH giúp đơn vị chủ quản số liệu này có thể dùng để so sánh với số liệu thực tế Từ các kết quả so sánh, hiệu chỉnh

mà đơn vị chủ hồ đưa ra quyết định cho phương án vận hành hồ chứa kịp thời và chính xác

Trang 11

Hình 8: Bảng số liệu dự báo lưu lượng về hồ

a Tính toán khả năng gia tăng mực nước

Từ số liệu dự báo lưu lượng về hồ, PQH thiết lập quan hệ giữa mực nước hồ và dung tích hồ, kết hợp với dung tích lũy tích dự báo và dung tích hồ hiện tại, tính toán khả năng gia tăng mực nước hồ trong thời gian 1h đến 6 ngày Khi đó đơn vị hồ chứa chủ động trong kế hoạch xả lũ, tích nước, vận hành an toàn hiệu quả cho khu vực công trình và phía hạ du

Myav Lưu iLZCTif Dir t>ao m 3/s

jft17-11- laTlSzOO-OQ 9.Z542

M17-11-18TUB&OCMK] 10 B72MI

2017-11- IBTTiO-OO-C 14.75« 1

2JD17 -11 - 10TOO_«>_<M 29-1722

2017 ■ 11 - igrro^dOCk <XJ 37.1229

2017-11-19TO7XKXỬ2 42-S-E73

Trang 12

10

Hình 9: Hình ảnh biểu diễn lưu lượng dự báo, dung tích và gia tăng mực nước hồ

2.2.4 Giám sát lưu lượng xả, qua tuabin, lưu lượng dòng chảy tối thiểu

a Giám sát lưu lượng xả

Việc giám sát lưu lượng xả qua tràn có ý nghĩa trong việc xác định lượng nước xả

ra khỏi khỏi hồ chứa trong mùa lũ, là căn cứ để đưa ra các mức thông báo, cảnh báo kịp thời đến khu vực hạ du hồ chứa khi xảy ra các tình huống mưa lũ nguy hiểm

b Giám sát lưu lượng dòng chảy qua nhà máy (tuabin)

- Giám sát độ đóng mở cửa nhận nước

- Giám sát mức nước thượng, hạ lưu

- Giám sát lưu lượng nước qua cửa nhận nước

- Thu thập dữ liệu giám sát của cửa nhận nước truyền về máy tính trung tâm

- Cảnh báo báo động mực nước hồ (sông, suối.)

c Tính toán lưu lượng qua dòng chảy tối thiểu

Dòng chảy tối thiểu được hiểu là dòng chảy ở mức thấp nhất cần thiết để duy trì dòng sông hoặc đoạn sông nhằm bảo đảm sự phát triển bình thường của hệ sinh thái thủy sinh và bảo đảm mức tối thiểu cho hoạt động khai thác, sử dụng nguồn nước của các đối tượng sử dụng nước

Từ các vấn đề trên PQH cung cấp giải pháp giám sát lưu lượng xả duy trì dòng

Trang 13

chảy tối thiểu, xả qua tràn, xả qua nhà máy bằng Website, app hiển thị dữ liệu liên tục, kết nối, truyền thông tin, số liệu tới thiết bị thu nhận, lưu trữ cơ sở dữ liệu của hệ thống giám sát, chu kỳ quan trắc 15 phút/01 lần Công ty PQH đưa đến các đơn vị chủ hồ thủy điện 2 phương án như sau:

Phương án 1: Dùng thiết bị quan trắc cảm biến lưu lượng thông minh

Ưu điểm: Độ chính xác, thời gian truyền dữ liệu liên tục với chu kỳ 15 phút quan trắc 1

lần

- Dễ dàng lắp đặt và sử dụng

- Kết quả đo có độ chính xác rất cao

- Phù hợp với các sông, suối tự nhiên

- Biên độ dải đo lớn phù hợp với tất cả các hồ thủy điện

- Độ bền thiết bị cao, yêu cầu bảo dưỡng thấp

Nhược điểm:

- Giá thành cao

- Đối với các sông có bề rộng lớn, yêu cầu lắp đặt hệ thống với số lượng thiết bị lớn

Phương án 2: Dùng phương pháp bằng công thức thực nghiệm Thủy văn, thủy lực

để tính toán

Ưu điểm:

- Phương án xử lý nhanh gọn, đáp ứng đầy đủ theo nghị định 38 và thông tư 47

- Giá thành thấp, dễ sử dụng và quản lý dữ liệu

- Thời gian quan trắc liên tục, truyền dữ liệu tùy mục đích người sử dụng

Nhược điểm:

- Cần sự phối hợp của đơn vị vận hành hồ chứa, cung cấp thông số thiết kế của thiết bị mở nước như: Thông số thiết kế của tuabin, thông số thiết kế của cống dẫn nước, thông số thiết kế của cửa van cung, số liệu vận hành của nhà máy

- Sai số của phương án lớn, từ 10-25%

Trang 14

12

Hình 11: Bảng số liệu hiển thị thông số giám sát thủy văn

Để tiến hành xây dựng công thức thực nghiệm Thủy văn, thủy lực và hiển thị dữ liệu lên website, app cần thiết phải thu thập các thông số đầu vào của hồ chứa và nhà máy như sau:

+ Đối với lưu lượng qua đường ống

- Đường kính ống xả nước;

- Chiều dài đường ống xả nước;

- Khoảng cách từ đáy đường ống xả nước đến đáy hồ chứa tại vị trí thượng lưu;

- Khoảng cách từ đáy đường ống xả nước nước đáy kênh tại vị trí hạ lưu;

- Chiều cao cột nước thượng lưu đập;

- Chiều cao cột nước hạ lưu đập;

+ Đối với lưu lượng qua tràn

- Hệ số lượng lượng của đập tràn m;

- Bề rộng tràn B;

- Cao trình ngưỡng tràn H

+ Đối với lưu lượng qua cửa van cung, tuabin

- Độ dài cửa van;

- Độ nâng cánh phai của cửa van;

- Độ chênh mực nước hiện tại trước khi xả lũ và mực nước chết;

- Thời gian vận hành của nhà máy;

- Công suất từng tổ máy;

- Quan hệ giữa công suất và lưu lượng của tuabin

Sau khi thu thập đầy đủ các thông tin hồ sơ tài liệu trên, bộ phận kỹ thuật của PQH tiến hành thiết lập tính toán lưu lượng qua dòng chảy tối thiểu, lưu lượng qua tràn, lưu lượng qua cửa van Từ các kết quả tính toán, bộ phận hệ thống phần mềm của công ty sẽ lập trình, xây dựng kết nối truyền dữ liệu từ mô hình vào trong website quản lý và truyền dữ

Trang 15

liệu tự động cập nhật theo thời gian thực đến những người liên quan

2.3 Phần mềm quản lý dữ liệu hỗ trợ vận hành hồ chứa

Phần mềm xử lý thông tin đầu vào theo các thuật toán định trước, theo yêu cầu thực tế của nhà máy để biến đổi thành các thông tin đầu ra, bao gồm các nội dung hiển thị trên trang web, nội dung trong cảnh báo, nội dung dự báo Các bước xây dựng phần mềm là: xây dựng quy trình, yêu cầu xử lý, thuật toán hóa các quy trình, sau đó xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình để tự động hóa các khâu Phần mềm xử lý thiết kế giao diện gồm

6 mục chính sau: Trang chủ, số liệu quan trắc, số liệu dự báo, quản lý cảnh báo, báo cáo, quản lý người dùng

2.3.1 Giao diện trang chủ

Phần panel vận hành, hiển thị các thông số quan trọng nhất cho việc vận hành:

Hình 12: Giao diện trang chủ phần mềm quản lý

Phần thông tin cảnh báo chia 3 cấp độ ứng với các đèn xanh, vàng đỏ Với các đèn xanh, vàng, đỏ, tương ứng với đó là 3 cấp độ 1, 2, 3 Việc định nghĩa các cấp độ này

sẽ được thống nhất trước Ví dụ cấp độ cảnh báo khu vực là vàng khi lượng mưa dự báo 24h trong khoảng thời gian 1 đến 2 ngày tới trên 200mm Vì vậy khi vào giao diện trang chủ đèn ở cấp nào sẽ báo sáng cấp đó để người truy cập chủ động trong việc nắm bắt thông tin cần thiết Cấp độ cảnh báo được định nghĩa (Theo QĐ số: 44/20 14/QD-TTg ngày 15 tháng 8 năm 2014 của Thủ tướng Chính Phủ) như sau:

Trang 16

14

+ Biểu đồ dự báo mưa trong 24 h tới giúp cho người truy cập đánh giá các tình huống diễn biến sắp tới có thể xảy ra, từ đó có phương án chủ động để phòng tránh khi cần thiết

+ Phần cảnh báo chính là mục cập nhật tin tức trong các tình huống mưa bão phức tạp Các bản tin cập nhật tình hình mới nhất trong một hay vài giờ tùy tình hình diễn biến thực tế Bản tin này được cung cấp bởi trung tâm quản lý rủi ro về thời tiết của công ty cung cấp cho khách hàng

- Các thông số quan trọng cho vận hành gồm có lưu lượng về hồ, lượng mưa trung bình lưu vực trong giờ gần nhất, mực nước hồ, dung tích hồ chứa

- Trên panel điều khiển có mục “Thông báo”, chính là mục cập nhật tin tức trong

các tình huống mưa bão phức tạp Các bản tin cập nhật tình hình mới nhất trong một hay vài giờ tùy tình hình diễn biến thực tế Bản tin này được cung cấp bởi trung tâm quản lý rủi ro về thời tiết của công ty cung cấp cho khách hàng

- Biểu đồ dự báo mưa trong 24h giúp cho người vận hành đánh giá các tình huống diễn biến sắp tới

2.3.2 Số liệu quan trắc

- Đây là phần quan trắc dữ liệu quá khứ từ thời điểm lắp đặt trạm quan trắc đến hiện tại Hình ảnh dữ liệu hiển thị mặc định 24h và 7 ngày qua, số liệu hiển thị giúp người dùng có thể đánh giá, so sánh với số liệu hiện tại và số liệu dự báo để lên phương án cho công tác vận hành một cách hiệu quả

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	1,2 MB