đồ án tham khảo thiết kế phần điện nhà máy thủy điện, bao gồm scada và thiết bị nhà mauý, đồ án tốt nghiệp, nhà máy thủy điện, hệ thống điều khiểnđồ án tham khảo thiết kế phần điện nhà máy thủy điện, bao gồm scada và thiết bị nhà mauý, đồ án tốt nghiệp, nhà máy thủy điện, hệ thống điều khiểnđồ án tham khảo thiết kế phần điện nhà máy thủy điện, bao gồm scada và thiết bị nhà mauý, đồ án tốt nghiệp, nhà máy thủy điện, hệ thống điều khiển
Trang 1CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN
1.1 Tổng quan chung nhà máy điện:
Các nhà máy điện khi đưa vào vận hành cần phải kết nối với hệ thống SCADA củaTrung tâm điều độ để phân quyền điều khiển và giám sát Ngoài ra bản thân chủ đầu
tư cũng cần giám sát được quá trình vận hành của nhà máy, tối ưu hóa chi phí sảnxuất để phục vụ công tác quản lý vận hành
Thông thường các nhà máy điện đều được trang bị hệ thống DCS để tích hợp toàn
bộ thông tin của Nhà máy bao gồm từ thiết bị công nghệ, năng lượng, thiết bị điện,trạm biến áp đầu ra và hệ thống phụ trợ phục vụ công tác giám sát và điều khiểncủa nhà máy Cấu trúc tiêu biểu của một hệ thống DCS hoàn chỉnh nhà máy điện tạihình 1.1
Hình 1 1: Kiến trúc chung hệ thống DCS của các nhà máy thủy điện
Với các nhà máy tham gia chương trình mua bán điên cạnh tranh thì việc kết nối,lưu trữ dữ liệu đo đếm điện năng phát lên lưới điện là một trong những điều kiệncần thiết để bên mua bán có thể tính toán được điện năng phát được
Việc bố trí lịch chạy máy, dừng máy hiện nay do Trung tâm điều độ thực hiện và kỹ
sư điều hành sẽ đưa lệnh lên xuống trưởng ca các nhà máy để thực hiện trong catrực
Trang 21.1.1 Tuân thủ các tiêu chuẩn
Phần mềm và phần cứng của hệ thống được sản xuất và phát triển theo các tiêuchuẩn được sử dụng phổ biến rộng rãi trong công nghiệp, chủ yếu là chuẩnANSI/IEEE, ISO và IEC Điều đó cho phép các công ty thủy điện sử dụng và tíchhợp sản phẩm của nhiều nhà sản xuất khác nhau mà không bị phụ thuộc vào một cụthể nhà sản xuất nào
Với giải pháp việc kết nối với các nhà máy thủy điện sẽ trở nên dễ dàng hơn và cácđơn vị liên quan đến hoạt động vận hành, quản lý, điều độ và mua bán điện sẽ cóđầy đủ thông tin để thực hiện tốt hơn công tác của mình, góp phần tiết kiệm và sửdụng năng lượng một cách hiệu quả
1.2 Giới thiệu tổng quan về công trình nhà máy thuỷ điện An Khê
1.2.1 Vị trí dự án: Công trình thủy điện An Khê là bậc thang trên của hệ thống thủy
điện trên dòng chính sông Ba Tuyến An Khê có cụm đầu mối cách thị trấn An Khê7km về phía thượng lưu Phần hồ chứa, tuyến đập, tuyến kênh và đường hầm thuộcđịa phận huyện An Khê tỉnh Gia Lai, tuyến đường ống áp lực, nhà máy và kênh xảthuộc địa phận huyện Tây Sơn, tỉnh Bình Định Diện tích lưu vực tính đến tuyếnđập An Khê khoảng 1236km2
1.2.2 Qui mô công trình: Dự án thủy điện An Khê – KaNak thuộc công trình cấp I.
Công trình gồm 2 cụm tuyến với 2 hồ cách nhau khoảng 30km dọc theo dòng chảysông Ba: Cụm KaNak nằm ở thượng lưu và Cụm An Khê nằm ở hạ lưu Hồ KaNak
là hồ điều tiết nhiều năm chuyển nước qua chạy nhà máy thủy điện KaNak(02x6,5MW) xuống hồ An Khê để cung cấp nước cho nhà máy thủy điện An Khê(02x80MW) phát điện
- Hai tổ máy phát của Nhà máy thủy điện An Khê thông qua 2 MBA tăng áp13,8/220kV - 95MVA nối vào trạm phân phối 220kV An khê đặt gần Nhà máy Từtrạm phân phối 220kV An Khê có 2 xuất tuyến 220kV Một xuất tuyến dài 49 kmnối với trạm phân phối 220kV Quy Nhơn, xuất tuyến còn lại dài 107 km nối vớithanh cái 220kV của trạm 500kV Pleiku
1.2.3 Nhiệm vụ công trình: Thủy điện An Khê – KaNak có nhiệm vụ chính là phát
điện lên hệ thống điện Quốc gia Công trình có tổng công suất lắp máy là 173MW,công suất đảm bảo là 33,2 MW, điện lượng trung bình hàng năm 701,5 triệu kWh,trong đó điện lượng trung bình hàng năm nhà máy thủy điện An Khê là 645,5 triệu
Trang 3kWh Ngoài ra công trình còn bổ sung nguồn nước tưới cho vùng đồng bằng hạ lưusông Côn, phía Nam tỉnh Bình Định.
1.2.1.1 Thông số chung nhà máy An Khê
2 Địa điểm đặt nhà máy Xã Tây Thuận, Huyện Tây Sơn,
12 Sản lượng bình quân năm (Eo ) 645,5*106kWh
CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN DẠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO NHÀ MÁY.
Không có dấu
chấm trong đề
mục Xem hướng
dẫn trình bày.
Trang 41 SƠ ĐỒ PHÂN CẤP CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ
càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi
hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh
nhạy, thời gian phản ứng
Một chức năng ở cấp trên được thực
hiện dựa trên các chức năng cấp
dưới, tuy không đòi hỏi thời gian
phản ứng nhanh như ở cấp dưới,
2.1
Xem hướng dẫn trình bày.
Xem hướng dẫn trình bày.
Giống hình trên Nên bỏ hình này.
Trang 5nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều.
1.1 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
1.2 Cấp điều khiển
Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các cảm biến, xử lý các
thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các
cơ cấu chấp hành
Cấp điều khiển thực hiện việc điều khiển quá trình công nghệ, thiết bị điều khiển có thể là bộ điều khiển PLC, DCS hoặc các máy tính PC công nghiệp
1.3 Cấp điều khiển giám sát
Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật.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 các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo côngthức (ví dụ trong chế biến dược phẩm, hoá 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)
2 CÁC DẠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN – GIÁM SÁT THƯỜNG DÙNG
2.1 Hệ thống điều khiển tập trung
2.1.1 Khái niệm
Trang 6Trong các hệ thống điều khiển tập trung, mọi quá trình tính toán thực hiện chiến lược điều khiển được thực hiện trên một hệ xử lý trung tâm.
Hình 2.2: Cấu trúc của một hệ điều khiển tập trung
Máy tính điều khiển (MTĐK) ở đây có thể là các bộ điều khiển số trực tiếp, máy tính lớn, máy tính cá nhân PC, hoặc các thiết bị điều khiển khả lập trình PLC
2.1.2 Ưu điểm
Ưu điểm của hệ thống điều khiển tập trung là hệ cơ sở dữ liệu quá trình thống nhất, tập trung, do vậy có thể thực hiện các thuật toán điều khiển quá trình công nghệ một cách tập trung và thống nhất
2.1.3 Nhược điểm
Nhược điểm của hệ thống điều khiển tập trung là khi đối tượng điều khiển nhiều, phức tạp có thể dẫn tới khối lượng tính toán lớn và các hệ xử lý không đáp ứng được yêu cầu tính toán của hệ thống
Một nhược điểm nữa là trong phương án điều khiển tập trung các giá trị đo lường phải tập trung về máy tính điều khiển dẫn đến khối lượng dây dẫn lớn làm tăng chi phí, khó khăn cho công tác bảo trì sửa chữa
2.1.4 Ứng dụng thực tiễn
Ngày nay, cấu trúc tập trung trên đây thường thích hợp cho các ứng dụng tự động hóa qui mô vừa và nhỏ, điều khiển các loại máy móc và thiết bị bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và giá thành một lần cho máy tính điều khiển
Trang 72.2 Hệ thống điều khiển phân tán DCS
2.2.1 Khái niệm
DCS là viết tắt của Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control
System), thường được sử dụng trong các quá trình, hệ thống sản xuất và các hệ
thống động (dynamic system), trong đó các phần tử điều khiển không được đặt ở vị trí trung tâm, nhưng mỗi một hệ thống con được điều khiển bằng một hoặc nhiều bộđiều khiển trong toàn bộ hệ thống Toàn bộ hệ thống điều khiển được nối mạng để
giao tiếp, điều khiển và giám sát Một hệ thống DCS tiêu biểu gồm có bộ vi xử lý
được thiết kế tùy biến như các bộ điều khiển, kết nối vật lý và giao thức giao tiếp
riêng Module đầu vào và đầu ra tạo nên các thành phần của DCS Bộ vi xử lý nhận thông tin từ module đầu vào và gửi thông tin đến module đầu ra Hệ thống điều
khiển phân tán DCS là hệ thống chuyên dụng được dùng để điều khiển các quá trìnhsản xuất liên tục hoặc theo mẻ (Batch- oriented) như trong lọc dầu, hóa dầu, trạm
phát điện trung tâm, dược phẩm, sản xuất thức ăn, nước uống, sản xuất xi măng, sảnxuất thép và sản xuất giấ
2.2.2 Ưu điểm
- Tính tích hợp cao (phần mềm, phần cứng, giao tiếp, chức năng điều khiển và giámsát)
- Phát triển ứng dụng trực quan, linh hoạt, đơn giản, gần gũi với công nghệ
- Độ tin cậy cao nhờ khả năng độc lập cảnh giới, chẩn đoán lỗi của các trạm, cấu
Chủ yếu trong công nghiệp chế biến:
- Hóa chất, hóa dầu, thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm
- Khai thác dầu khí, than
- Điện năng, xi măng, giấy
- Luyện kim, cán thép……
Xem lại câu và dấu chấm câu.
Trang 82.2.1.1 Cấu trúc của hệ thống điều khiển và giám sát của nhà máy thủy điện
Hệ thống giám sát cho nhà máy gồm:
- Máy tính vận hành và giám sát
- Máy in sự kiện của ca vận hành
- Mạng truyền thông
- Bộ điều khiển PLC, DCS
- Các thông số cần giám sát theo qui định của điều độ
+ Giám sát công suất
+ Giám sát điện áp máy phát
Trang 9Hình 2.3 Giao diện giám sát và điều khiển cho nhà máy
2.2.1.3 Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển của tổ máy
Nên thu cho hình lùn hơn để có thể trình bày 2 hình trên/ trang.
Cắt phần thừa
của hình:
Trang 10Hình 2.4 Giao diện giám sát và điều khiển của tổ máy
2.2.1.4 Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển của nhà máy
Trên giao diện giám sát và điều khiển của tổ máy máy người công nhân vậnhành có thể dễ ràng điều khiển và giám sát được các thông số của tổ máy và tìnhtrạng làm việc của các thiết bị
- Đối tượng điều khiển và giám sát của nhà máy là hệ thống tua bin và điềutốc, hệ thống kích từ, hệ thống máy phát và bộ hòa đồng bộ, hệ thống bảo vệ, thiết
bị phụ, hệ thống quan trắc từ đập về nhà máy
+ Các vị trí tín hiệu đo là các sensor, cảm biến, đồng hồ
+ Bộ điều khiển PLC có các công vào /ra khối nguồn nuôi, CPU, cổng truyềnthông để kết nối mạng
+ Hệ thống điều khiển của nhà máy sử dụng cấu trúc DCS: nghĩa là các trạmđiều khiển PLC được kết nối với nhau thông qua đường truyền dẫn PROFIBUS vàRS-485
Trang 11- Hệ thống giám sát SCADA là sử dụng mạng truyền thông PROFIBUS vàRS-485 Ethernet máy tính trung tâm, máy in sự kiện toàn bộ tình trạng làm việccủa nhà máy, vị trí làm việc của các thiết bị sẽ được truyền về trung tâm để vậnhành và giám sát các thông số.
- Giao diện giám sát được thiết kế bằng phần mềm wincc 6.0 ta có thể thiết
kế màn hình và trạng thái làm việc của thiết bị, cửa sổ của các điểm đo
2.2.1.5 Hệ thống cảnh báo của tổ máy
Chế độ cảnh báo của tổ máy là hiển thị các giá trị mà chưa đến mức phải dừng tổmáy để khắc phục mà nó báo hiệu cho cán bộ công nhân vận hành biết được tín hiệulỗi, có nguy cơ xảy ra sự cố cho thiết bị và hệ thống qua đó cán bộ công nhân cóthể đưa ra biện pháp khắc phục sự cố một cách chính xác và an toàn cho thiết bị củanhà máy
2.2.1.6 Hệ thống tổ máy bị lỗi
- Trong quá trình vận hành do nguyên nhân khách quan và chủ quan nào đó tổ máy
bị ngừng làm việc thì hệ thống đèn cảnh báo các lỗi hiện ra để báo cho người côngnhân vận hành biết được và đưa ra hướng giải quyết và khắc phục một cách nhanh
và chính xác
- Qua mô hình giám sát các thông số vận hành của nhà máy, công nhân vận hànhnhà máy có thể thao tác, ra lênh điều khiển cho các thiết bị một cách rễ ràng vàchính xác
- Việc giám sát các thông số cuả nhà máy là một công việc rất cần thiết và phức tạp.Giám sát thông số giúp cho công nhân xử lý tình huống, sự cố của nhà máy mộtcách nhanh chóng và kịp thời Đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành đáp ứngđược yêu cầu cao về sản xuất
- Màn hình giám sát thể hiện sự làm việc của các thiết bị, kiểm tra được các thông
số đang vận hành của lưới và tổ máy phát
2.2.1.7 Giao diện cảnh báo
Trên màn hình giám sát của tổ máy nhân viên có thể biết được tình trạng sự cố củanhà máy đang vận hành và giúp cho công nhân viên xử lí một cách nhanh và chínhxác đảm bảo an toàn cho nhà máy
Xem lai
hướng dẫn
trình bày.
Trang 12Hình 2.5- Cấu trúc tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán
Trong đa số các ứng dụng có qui mô vừa và lớn, phân tán là tính chất hiển nhiên của
Các máy tính điều khiển cục bộ thường được đặt rải rác tại các phòng điều
khiển/phòng điện của từng phân đoạn, phân xưởng, ở vị trí không xa với quá trình
Giải pháp này dẫn đến các hệ thống có cấu trúc điều khiển phân tán, hay được gọi là
các hệ điều khiển phân tán có tên viết tắt tiếng anh là DCS
Trang 132.3 Đánh giá và lựa chọn các sản phẩm DCS tích hợp trọn vẹn
2.3.1 Phạm vi chức năng
2.3.1.1 Chức năng điều khiển cơ sở
Phương pháp điều khiển vòng kín (PID, MPC, Fuzzy) với các yêu cầu công nghiệp như chuyển chế độ Manual/Automatic trơn tru, Anti-Reset- Windup.Điều khiển logic, khóa liên động
2.3.1.2 Chức năng điều khiển cao cấp
- Điều khiển mẻ, điều khiển công thức
- Điều khiển thích nghi, bền vững, tối ưu
- Điều khiển chuyên gia
2.3.1.3 Chức năng điều khiển giám sát
- Chất lượng giao diện đồ họa
- Khả năng lập báo cáo tự động
- Cơ chế quản lý và xử lý sự kiện, sự cố
- Hỗ trợ ActiveX-Control và OPC
- Hỗ trợ giao diện cơ sở dữ liệu ODBC
- Chức năng Web
- Cấu trúc hệ thống và các thiết bị thành phần
- Cấu trúc vào/ra phân tán hay vào/ra tập trung
- Cấu trúc cấp điều khiển
- Cấu trúc cấp điều khiển giám sát
2.3.1.4 Các chủng loại thiết bị hỗ trợ
Các hệ thống mạng truyền thông được hỗ trợ (đặc biệt bus trường liên quan tới các chủng loại thiết bị trường có thể hỗ trợ)
- Tính năng mở
Trang 14- Khả năng tự mở rộng hệ thống
- Lựa chọn các thiết bị của các nhà cung cấp khác
- Hỗ trợ các chuẩn công nghiệp (COM, OPC, ActiveX-Control, MMS, IEC, )Phát triển hệ thống
2.3.1.5 Cấu hình hệ thống
- Đơn giản, hướng đối tượng
- Khả năng phát triển hệ thống một cách xuyên suốt
- Cấu hình và tham số hóa các thiết bị và mạng truyền thông dễ dàng qua phần mềm từ trạm kỹ thuật
2.3.1.6 Lập trình điều khiển
- Đơn giản, hướng đối tượng
- Các ngôn ngữ lập trình chuyên dụng (FBD, SFC, ST, )
- Các ngôn ngữ lập trình bậc cao (C/C++, BASIC)
- Lập trình giao tiếp ngầm hay hiện
- Khả năng tự mở rộng thư viện chức năng (thông qua một ngôn ngữ lập trình bậc cao)
Chi phí triển khai, đưa vào vận hành
Chi phí đào tạo, chuyển giao công nghệ
Chi phí vận hành
Trang 15Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thiết bị và phần mềm
Chi phí thiết bị thay thế
Chi phí dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật
Chi phí dừng hệ thống khi xảy ra sự cố
2.3.1.8 Tính sẵn sàn và độ tin cậy của các hệ điều khiển phân tán
Dự phòng vào/ra
Dự phòng trạm vận hành 1:n
Dự phòng trạm server 1:1
- Dự phòng lạnh:
Cho phép thay thế trực tuyến các module vào/ra và các card khác
Cho phép thay thế các trạm điều khiển trong một thời gian nhanh nhất
Trang 16- Cơ chế khởi động lại sau sự cố
- Các trạm điều khiển cần có khả năng tự phát hiện lỗi mất nguồn, thực hiện
xử lý và đặt các tín hiệu ra về trạng thái an toàn, sau khi có nguồn trở lại phải
có khả năng hồi phục trạng thái cũ
- Các trạm vận hành phải có khả năng tự hồi phục trạng thái làm việc trước khi xảy ra sự cố
Tất cả các nút mạng phải có khả năng tự khởi động một cách độc lập với cácnút khác
Chỉ thị lỗi: mỗi module, mỗi card hoặc bộ nguồn cần được trang bị đèn LED hoặc đèn khác để chỉ thị trạng thái vận hành
Chẩn đoán: Hệ thống phải hỗ trợ chẩn đoán trực tuyến với các yêu cầu tối thiểu như:
CPU của trạm điều khiển cần có biện pháp phát hiện và sửa lỗi trong
Trang 17System back-up: Toàn bộ hệ thống phần mềm cần được lưu trữ backup trên các phương tiện phổ thông, tất cả các phần mềm phát triển, chương trình ứng dụng và các gói phần mềm chuẩn cũng như tuỳ chọn phải được cung cấp cùng đĩa cứng hoặc đĩa CD.
Các công cụ đặc biệt do nhà sản xuất cung cấp, phục vụ chẩn đoán và thay thế thiết bị
Có thể viết chữ và hình xen lẫn nhau Miễn là hình không đặt ngoài mục đề cập chính đến nó với hình nhỏ, hoặc không xa mục
đề cập với hình lớn.
Trang 182.3.2 Cấu trúc và thành phần cơ bản
Hình 2.7: Cấu trúc cơ bản của 1 hệ điều khiển và giám sát
Một hệ thống điều khiển giám sát cơ bản bao gồm các thành phần chức năngchính như sau:
- Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người –máy, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành…
- Máy tính điều khiển: Có thể là các máy tính chuyên dụng, các PLC, Vi điều khiểncấp cao…
- Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào/ra,chuyển đổi tín hiệu…
- Hệ thống truyền thông: đó là các Bus để nối giữa các hệ thống với nhau,hoặc nối giữa các thiết bị chấp hành với máy tính điều khiển…
Trang 19- Đầu vào/ra (I/O): là hệ thống các module để nhận hoặc xuất tín hiệu từ máytính điều khiển đến cơ cấu chấp hành/cảm biến và ngược lại.
2.3.2.1 Mô hình phân cấp chức năng của hệ điều khiển và giám sát
Hình 2-8: Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát 2.3.2.2 Cấu hình cơ bản của 1 hệ điều khiển phân tán
Cấu hình cơ bản của DCS được minh họa ở hình 2.9 nó bao gồm:
- Các trạm điều khiển cục bộ (Local control Unit, LCU)
- Các trạm vận hành (Operation Station, OS)
- Trạm kỹ thuật và các công cụ phát triển (Enginerring Station, ES)
- Hệ thống các Bus truyền thông (Field bus, System bus…)
Trang 20Hình 2.9: Cấu hình cơ bản của 1 hệ DCS
Đây là cấu hình tối thiểu của 1 hệ DCS cơ bản Tùy thuộc vào từng dâychuyền sản xuất cụ thể mà cấu hình này có thể được thêm vào các thành phần khácnhư khối vào/ra mở rộng, các bộ điều khiển chuyên dụng…
Hệ thống điều khiển và giám sát của Nhà máy thủy điện phải là một hệ thống điều khiển phân bố (Distributed control system, được gọi tắt là “DCS”) để điều khiển và giám sát các tổ máy, hệ thống thiết bị phụ, hệ thống điện và các thiết bị cơ thủy lực kết hợp với nó
Hệ thống DCS được thiết kế để đảm bảo bất cứ sự cố nào trong một nhánh điều khiển sẽ ảnh hưởng tối thiểu tới các nhánh điều khiển khác, cho phép các nhánh điều khiển khác vẫn tiếp tục vận hành bình thường hoặc ở chế độ sự cố Để đảm bảotính tin cậy, hệ thống phải có thiết kế dự phòng kép
2.3.2.3 Mục tiêu chính của hệ thống điều khiển, giám sát
- Vận hành đơn giản, an toàn, tin cậy, linh hoạt và ổn định;
Trang 21- 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 và phần mềm;
- Hỗ trợ các kiểu và phương thức giao tiếp với các thiết bị của các nhà sản xuất khácnhau;
- Quản lý an toàn dữ liệu và thông tin;
- Đảm bảo tính sẵn sàng cao và giảm thấp nhất yêu cầu bảo dưỡng
- Phát hiện sự cố nhanh chóng, chính xác và giúp người vận hành nhanh chóng khắcphục sự cố;
- Có cấu trúc môđun hóa với số lượng ít nhất các môđun khác nhau
Phải có khả năng giám sát liên tục các thiết bị từ bất cứ vị trí nào bất kể cấp đó có điều khiển hay không
- Các cấp điều khiển được tổ chức với cấu trúc phân cấp sao cho cấp điều khiển thấp hơn có thể khóa các cấp điều khiển cao hơn Tất cả các điều khiển phải đáp ứng các yêu cầu theo quy định thông dụng
2.3.2.4 Các chức năng cơ bản được thực hiện tại các cấp điều khiển
- Cấp điều khiển tại chỗ (ICB): là cấp điều khiển thấp nhất trong cấu trúc phân cấp điều khiển và được trang bị để vận hành từng thiết bị riêng lẻ Chúng cũngđược sử dụng cho thí nghiệm hiệu chỉnh và bảo dưỡng Mỗi thiết bị phải được trang
bị các dụng cụ chỉ báo vị trí vận hành (như Đóng, Mở, v.v) Các phương thức vận hành bằng điện phải được cung cấp cho thiết bị nếu có yêu cầu điều khiển từ xa
- Trung tâm điều khiển nhóm (GCC): cấp điều khiển này được cung cấp cho mỗi nhóm thiết bị, như tổ tuốc bin- máy phát, thiết bị trạm phân phối, hệ thống thiết
bị phụ nhà máy, thiết bị đập tràn, giám sát thiết bị cửa nhận nước, nhà van v.v… Mỗi trung tâm điều khiển nhóm được trang bị bộ điều khiển lập trình (PLC), bảng giao diện vận hành tại chỗ (MMI), khóa chuyển, nút ấn và các dụng cụ chỉ báo khác
để đảm bảo đầy đủ chức năng điều khiển và giám sát Cấp điều khiển này phải có
Trang 22khả năng vận hành song song với cấp điều khiển nhà máy Các trung tâm điều khiểnnhóm gồm có:
+ Tủ điều khiển tổ máy (UCB): UCB phải được trang bị tất cả các chức năngcần thiết cho điều khiển khởi động, mang tải, dừng máy tự động và bằng tay; đồng
bộ với thiết bị và dụng cụ đo lường, chỉ báo, ghi thông số và thiết bị rơle bảo vệ khác
+ Trung tâm điều khiển nhóm các thiết bị điện 220kV: cho phép điều khiển vàgiám sát các thiết bị 220kV tại trạm phân phối và thiết bị phụ của chúng
+ Trung tâm điều khiển nhóm các thiết bị phụ nhà máy: cho phép điều khiển
và giám sát các hệ thống thiết bị như hệ thống cung cấp điện tự dùng (thiết bị điện 22kV, các máy biến áp tự dùng nhà máy, thiết bị phân phối xoay chiều 400/380V, một chiều 220V, tổ máy phát dự phòng diesel, hệ thống UPS), các hệ thống thông gió, nước làm mát, tiêu thoát nước, cấp dầu, khí nén và các hệ thống phụ trợ khác
+ Trung tâm điều khiển nhóm các thiết bị tại đập tràn: cho phép điều khiển
và giám sát các cửa van đập tràn và thiết bị phụ
+ Thiết bị giám sát và thu nhập dữ liệu tại cửa nhận nước: giám sát vị trí các cửa van cửa nhận nước và thiết bị phụ, mực nước hồ chứa, tổn thất cột nước qua lưới chắn rác, v.v…
+ Trung tâm điều khiển nhóm các thiết bị tại nhà van: cho phép điều khiển vàgiám sát các van dầu đường ống áp lực và các thiết bị khác trong nhà van
Các trung tâm điều khiển nhóm phải được bố trí gần với thiết bị được điều khiển Tất cả các tín hiệu điều khiển, cảnh báo và thông báo số đo lường phải được truyền tới cấp điều khiển nhà máy qua hệ thống cáp quang
2.3.2.5 Cấp điều khiển nhà máy (SCC)
Cấp điều khiển chính và được bố trí trong phòng điều khiển trung tâm của nhàmáy Cấp điều khiển này được thiết kế để thực hiện điều khiển, giám sát và thu thập
dữ liệu (SCADA) của tất cả các bộ phận thiết bị nhà máy bằng các Trạm vận hành (OWS) có cấu hình dự phòng kép Một hệ thống máy chủ quản lý cơ sở dữ liệu DSC (Database server) được trang bị cho cấp điều khiển này để quản lý các thông tin của Nhà máy
- Điều khiển và giám sát từ xa từ các Trung tâm điều độ
Trang 23Nhà máy thủy điện phải được điều khiển và giám sát từ xa từ các trung tâm điều độ (Trung tâm điều độ miền trung-A3 và Trung tâm điều độ Quốc gia-A0) thông qua đường cáp quang OPGW, máy tính cổng (Gateway server) và các thiết bị đầu cuối thích hợp.
Phải có biện pháp để chọn lựa trước các vị trí điều khiển, tức là cấp điều khiển của thiết bị Tuy nhiên, các tín hiệu điều khiển phải được gửi tới tất cả các cấpđiều khiển
- Một mạng nội bộ (LAN) có cấu hình dự phòng kép, theo chuẩn TCP/IP Ethernet, phải được trang bị để nối tất cả các bộ điều khiển (PLC), máy tính chủ, trạm kỹ thuật (EWS), các thiết bị công nghệ thông tin (IT) và các băng giao diện vận hành tại chỗ (MMI) với nhau Hệ thống thanh cái phải bằng cáp quang
- Phải trang bị các khóa chuyển đổi vị trí vận hành (chế độ vận hành) tại các
vị trí thích hợp Các khóa chuyển vị trí cho điều khiển cấp 3 phải có ba vị trí “TỪ XA/ TỰ ĐỘNG TẠI CHỖ/ TẠI CHỖ” Ở vị trí “TỰ ĐỘNG TẠI CHỖ”, các nhóm chức năng riêng phải được điều khiển tự động bằng các bộ PLC tại chỗ, trong khi ở
vị trí TẠI CHỖ chỉ có thể điều khiển bằng tay qua các giao diện vận hành tại chỗ
- Ở vị trí TỪ XA, việc điều khiển phải được thực hiện từ các Trạm vận hành đặt tại phòng điều khiển Nhà máy Ở vị trí này, người vận hành sẽ giao tiếp với hệ thống điều khiển qua các màn hình vận hành (VDU) và bàn phím chức năng Ngoài
ra, phải bố trí khóa chuyển hai vị trí AN KHÊ/ ĐIỀU ĐỘ A3/ ĐIỀU ĐỘ A0 để cho phép nhà máy có thể vận hành trực tiếp từ nhà máy thủy điện An Khê hoặc từ Trungtâm điều độ miền Trung/ Trung tâm điều độ Quốc gia
- Bình thường Nhà máy phải được giám sát và điều khiển tự động bằng chế độ
TỪ XA từ phòng điều khiển Nhà máy Tất cả các dữ liệu yêu cầu cho điều khiển và giám sát từ xa phải được thu thập từ các thiết bị kết hợp và thiết bị xử lý, thiết bị biến đổi, rơle cấp cho hệ thống điều khiển, hiển thị trên các màn hình vận hành và các thiết bị chỉ thị khác đặt tại phòng điều khiển Nhà máy
- Trong trường hợp chế độ điều khiển từ xa không làm việc thì hệ thống DCS
sẽ chuyển sang làm việc ở chế độ điều khiển TỰ ĐỘNG TẠI CHỖ với trình tự điềukhiển được thực hiện bởi các PLC Trạng thái vận hành của các thiết bị phải được chỉ báo trên các sơ đồ trực quan hoặc hiển thị trên màn hình giao diện tại chỗ hoặc các dụng cụ chỉ báo tương ứng gắn trên bảng điều khiển Trên bảng điều khiển cũngphải trang bị các khóa liên động nhằm tránh vận hành nhầm lẫn trong quá trình điềukhiển bằng tay
Trang 242.3.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển phân tán nhà máy An Khê
Nếu Hình này in ra
không đọc được thì
xem hướng dẫn cách
trình bày hình.
Trang 25Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống điều khiển phân tán nhà máy An Khê
Trang 26CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN – GIÁM SÁT DCS VÀO NHÀ MÁY AN KHÊ – KA NAK
3.1 Sơ đồ tổng quan về nhà máy thủy điện An Khê – Ka Nak
3.2 Các hệ thống cần giám sát điều khiển
Có thể viết chữ và hình xen lẫn nhau Miễn là hình không đặt
ngoài mục đề cập chính đến nó với hình nhỏ, hoặc không xa mục
đề cập với hình lớn.
Tất cả các hình đều phải có tên.
Các hình trong chương này nên bỏ chữ ABB, vì đây có thể vi
phạm bản quyền, và làm giảm tính tự học của SV.
Trang 273.2.1 Khối tổ máy và máy biến áp
Thiết bị phụ của máy biến áp phải được điều khiển tự động và bằng tay từ tủđiều khiển gắn trên thùng máy biến áp
Các giá trị đo lường điện, nhiệt độ, mức dầu v.v… phải được truyền tớiphòng điều khiển và hiển thị trên màn hình vận hành Các tín hiệu này bao gồm:
- Dòng điện phía cao áp MBA;
- Nhiệt độ dầu và cuộn dây, mức dầu của MBA;
- Vị trí đầu phân áp;
- Tín hiệu của hệ thống làm mát và nguồn phụ;
- Tín hiệu cắt của các rơle Buchholz
3.2.2 Trạm phân phối điện 220kV
Trang 28Hệ thống điều khiển để điều khiển và giám sát thiết bị trạm phân phối từ xa Hệthống điều khiển này được bố trí trong phòng điều khiển trung tâm cùng với hệthống bảo vệ đường dây và thanh cái.
- Thiết bị chính điều khiển trạm phân phối phải bao gồm các bộ điều khiểnngăn (BCU) Các bộ điều khiển ngăn phải thu thập các tín hiệu từ các thiết bị vàchuyển thành các gói dữ liệu để gửi tới tủ điều khiển nhóm của trạm phân phối quacáp quang mạng LAN
- Đối tượng điều khiển tại trạm bao gồm các máy cắt 220kV và các dao cách
ly, dao nối đất vận hành bằng động cơ
Phải trang bị các khóa liên động để tránh việc vận hành sai cách và nguyhiểm Vận hành không có khóa liên động có thể được tiến hành trong một vàitrường hợp từ cấp điều khiển nhóm và tủ điều khiển tại chỗ (ICB)
- Các đồng hồ đo lường thích hợp phải được trang bị trong tủ điều khiển thiết
bị đóng cắt 220kV để chỉ báo tất cả các thông số điện (A, V, W, Var) Các tín hiệu
đo lường này cũng phải được giám sát bởi hệ thống DCS
Trang 29Phải trang bị các thiết bị ghi điện năng hữu công (MWh) và vô công
(MVArh) theo cả hai chiều công suất Quy định đối với các công suất đo lường này
3.2.3 Hệ thống tự dùng nhà máy và các hệ thống phụ trợ
Điều khiển và giám sát các hệ thống phụ trợ của nhà máy tủ điều khiển các hệ thốngphụ trợ của nhà máy (bố trí trong phòng điều khiển trung tâm) phải được trang bị bộđiều khiển PLC, giao diện MMI và các thiết bị thích hợp để điều khiển và giám sátbằng tay và tự động các thiết bị phụ của nhà máy như: hệ thống cấp nước kỹ thuật,
hệ thống bơm nước tiêu cạn và rò rỉ, hệ thống cấp dầu, khí nén, hệ thống cấp điện tựdùng (thiết bị đóng cắt 22kV, máy biến áp tự dùng, thiết bị đóng cắt 0,4kV, thiết bị220V DC, tổ máy Diesel, hệ thống UPS), hệ thống thông gió v.v…
3.2.3.1 Tự dùng nhà máy
Các chức năng tối thiểu:
+ Hiển thị các giá trị đo lường dòng và áp
+ Điều khiển và chỉ thị vị trí các máy cắt tự dùng
+ Chọn lựa phụ tải ưu tiên
+ Giám sát cách điện
+ Điện trở cách điện của hệ thống
+ Sự cố bộ chỉnh lưu
+ Mức điện áp, giá trị cực đại và cực tiểu
Hệ thống điện tự dùng được điều khiển bằng tay từ các tủ điều khiển tại chỗ
Trang 30Các giá trị đo lường điện, các sự kiện và cảnh báo sự cố v.v… phải được đưa
tới hệ thống điều khiển nhà máy cho chỉ báo và điều hành
3.2.3.2 Hệ thống bơm nước làm mát tổ máy
Nên chỉnh sửa để trình bày 2 hình/ trang Tất cả các hình đều phải có tên.
Trang 313.2.3.4 Bơm rò rỉ, tháo cạn, chống ngập lụt nhà máy
Trang 323.2.3.5 Hệ thống lọc dầu
3.2.3.6 Hệ thống điều khiển nhà van
Tủ điều khiển nhà van được bố trí tại nhà van và phải được trang bị bộ điềukhiển PLC, giao diện MMI và các thiết bị thích hợp để điều khiển và giám sát tựđộng van đầu đường ống áp lực và các thiết bị khác trong nhà van
Tủ điều khiển nhóm phải được đấu nối với hệ thống DCS của Nhà máy quatuyến cáp quang ADSS
3.2.3.7 Hệ thống điều khiển cửa nhận nước
Tủ điều khiển của nhận nước phải được trang bị bộ điều khiển PLC và các thiết bị thích hợp để giám sát tự động các cửa van và thiết bị tại cửa nhận nước Tủ điều khiển này được bố trí tại phòng điều khiển của cửa nhận nước
Tủ điều khiển nhóm phải được đấu nối với hệ thống DCS của Nhà máy quatuyến cáp quang ADSS
Tín hiệu truyền tới hệ thống điều khiển giám sát Nhà máy tối thiểu phải baogồm:
Trang 33- Vị trí cửa van (đóng/mở);
- Cửa van đang vận hành;
- Vị trí nạp nước;
- Vị trí của cơ cấu khóa;
- Áp lực chênh áp qua lưới chắn rác;
- Báo động
Các thiết bị cửa nhận nước (cửa van, máy cầu trục, lưới chắn rác v.v…) đượcđiều khiển bằng các tủ điều khiển tại chỗ và từ xa tại PĐKTT nhà máy
Vận hành các cửa van cửa nhận nước phải được bắt đầu từ trình tự đóng.mở
tự động của tổ máy và các điều kiện cho vận hành của van phải được thiết kế trongcác chức năng điều khiển tổ máy
Chức năng đóng phải được ưu tiên so với chức năng mở
Tất cả các thông báo sự kiện và sự cố trong hệ thống của van cửa nhận nước,cần thiết cho việc lưu trữ thông tin và vận hành, phải được thu thập phục vụ côngviệc xử lý sau này
3.2.3.8 Hệ thống điều khiển cửa tràn
Tủ điều khiển đập tràn phải được trang bị bộ điều khiển PLC, giao diện MMI
và các thiết bị thích hợp để điều khiển và giám sát tự động các cửa van và thiết bịtại đập tràn Tủ điều khiển này được bố trí tại phòng điều khiển của đập tràn
Tủ điều khiển nhóm phải được đấu nối với hệ thống DCS của Nhà máy quatuyến cáp quang ADSS
Tín hiệu truyền tới cấp điều khiển Nhà máy/ Bảng điều khiển nhóm tối thiểuphải bao gồm:
- Vị trí của van (bao gồm các vị trí trung gian);
- Cửa van đang vận hành;
- Vị trí của cơ cấu khóa;
- Báo động