Tài liệu Xây dựng hệ thống giám sát đập và hồ chứa tích hợp với scada nhà máy thủy điện đồng nai 3

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐẬP VÀ HỒ CHỨA TÍCH HỢP VỚI SCADA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 Học viên: NGUYỄN ĐÌNH TRUNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60520202 Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Luận văn đề xuất phương pháp giám sát Đập và Hồ Chứa nhà máy thủy điện Đồng Nai 3, tại phòng điều khiển trung tâm nhà máy. Bằng việc thiết kế và tích hợp vào hệ thống SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3. Hệ thống được xây dựng trên hai phần mềm riêng biệt. Trong đó, phần mềm PLC S7-200 được dùng để tính toán giá trị từ Sensor đo mực nước hồ bằng cảm biến RADA và tích hợp vào hệ thống SCADA của nhà máy theo phương thức truyền tín hiệu cáp quang tới phòng điều khiển trung tâm. Bên cạnh đó trong luận văn sử dụng phần mềm Multilogger để thu thập dữ liệu, giám sát Đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 từ các Sensor chuyên dụng như Sensor giám sát nhiệt độ thân Đập, Sensor giám sát áp lực thấm, Sensor giám sát chuyển dịch vị trí hành lang Đập, đồng thời tích hợp vào hệ thống SCADA của nhà máy từ đây sẽ giám sát Đập theo chù kỳ yêu cầu. Từ khóa - SCADA, Giám sát Đập, Giám sát Hồ Chứa, Sensor, PLC S7-200, Multilogger BUILD THE MONITOR SYSTEM SPILLWAY AND RESERVOIR WITH SCADA DONG NAI 3 HYDRO POWER PLANT Abstract - The thesis proposes the method of monitoring the Spillway and Reservoirs of the Dong Nai 3 hydro power plant in the center control room of the plant. By designing and integrating into SCADA system of Dong Nai 3 hydro power plant. The system is built on two separate software. In particular, PLC S7-200 software is used to calculate the value from the lake water level sensor by RADA sensor and integrate into the plant's SCADA system by signaling the fiber to the centel control room. Besides, in the thesis uses Multilogger software to collect data and monitor Spillway of Dong Nai 3 hydropower plant from specialized sensors such as Spillway body temperature sensor, pressure sensor, The Spillway will also be integrated into the plant's SCADA system, which will monitor the Spillway at the required intervals. Key words - SCADA, Spillway Monitoring, Reservoir Monitoring, Sensor, PLC S7200, Multilogger MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài ......................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................1 3. Đối tượng và công cụ nghiên cứu ............................................................................1 4. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................................2 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ..........................................................2 6. Bố cục đề tài .............................................................................................................2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ..................3 1.1. Giới thiệu sơ lược về nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 ..............................................3 1.2. Vai trò của nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 ..............................................................3 1.3. Các hạng mục công trình nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 .......................................3 1.4. Các thông số chính công trình nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 ...............................3 1.5. Kết luận chương 1 ....................................................................................................6 CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH SCADA GIÁM SÁT MỰC NƯỚC HỒ CHỨA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ....................................................7 2.1. Giới thiệu chung về hệ thống SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 ..................7 2.1.1. Tổng quan sơ đồ kết nối SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 ....................7 2.1.2. Phân quyền, giám sát SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 .........................7 2.1.3. Các thiết bị chính trong mạng SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 ...........8 2.1.3.1. Bộ điều khiển AC800M ...............................................................................8 2.1.3.2. Modul S800 I/O ............................................................................................8 2.1.4. Vai trò và hiện trạng việc giám sát SCADA mực nước hồ chứa NMTĐ Đồng Nai 3 ...........................................................................................................................10 2.2. Tính toán lựa chọn sensor mực nước hồ chứa. .......................................................10 2.2.1. Quan hệ giữa mực nước và diện tích hồ chứa NMTĐ Đồng Nai 3. ................10 2.2.2. Lựa chọn sensor mực nước...............................................................................12 2.2.2.1. Giới thiệu các loại sensor đo mực nước. ....................................................12 2.2.2.2. Lựa chọn sensor mực nước hồ nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 .................14 2.3. Mạng truyền thông của hệ thống SCADA giám sát mực nước hồ chứa nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 ....................................................................................................16 2.3.1. Đường truyền thông trong hệ thống SCADA...................................................16 2.3.2. Trung tâm thu thập và xử lý số liệu..................................................................16 2.3.3. Phần mềm xử lý tín hiệu ...................................................................................17 2.3.3.1. Phần mềm tính toán tại chỗ ........................................................................17 2.3.3.2. Phần mềm điều khiển trung tâm .................................................................17 2.4. Thiết kế hệ SCADA giám sát mực nước nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 .............18 2.4.1. Các thiết bị chính tủ giám sát tại chỗ ...............................................................18 2.4.1.1. CPU 226 DC/DC/DC .................................................................................18 2.4.1.2. Modul Analog (AI) EM 231.......................................................................19 2.4.1.3. Modul quang điện MOXA .........................................................................21 2.4.1.4. Phương trình tính toán mực nước hồ ..........................................................23 2.4.1.5. Đặt vấn đề ...................................................................................................23 2.4.1.6. Phương trình tính toán. ...............................................................................23 2.4.2. Chương trình PLC S7-200 ................................................................................23 2.5. Các hình ảnh thực tế của hệ thống ..........................................................................33 2.5.1. Giao diện hiện thị .............................................................................................33 2.5.2. Biểu đồ dữ liệu .................................................................................................33 2.5.3. Hình ảnh lắp đặt thực tế hệ thống .....................................................................34 2.6. Kết Luận chương 2 .................................................................................................37 CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH SCADA GIÁM SÁT ĐẬP NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ..........................................................................................38 3.1. Giám sát chất đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 .................................................38 3.1.1. Mục đích và ý nghĩa của giám sát đập .............................................................38 3.1.2. Nhiệm vụ của công tác giám sát đập ................................................................38 3.1.3. Nội dung của công tác giám sát đập .................................................................38 3.1.4. Vai trò, hiện trạng của hệ thống giám sát đập NMTĐ Đồng Nai 3 .................39 3.1.4.1. Vai trò .........................................................................................................39 3.1.4.2. Hiện trạng hệ thống giám sát đập NMTĐ ĐN3. ........................................40 3.2. Tổng quan hệ thống giám sát đập nhà máy TĐĐN3 ..............................................40 3.2.1. Giới thiệu về đập nhà máy TĐĐN3 .................................................................40 3.2.2. Các thiết bị giám sát lắp đặt bên trong đập nhà máy TĐĐN3 .........................41 3.2.3. Giới thiệu các thiết bị giám sát .........................................................................42 3.2.3.1. Sensor đo áp lực thấm tự động ...................................................................42 3.2.3.2. Sensor đo cảm biến nhiệt độ bêtông...........................................................43 3.2.3.3. Sensor đo cảm biến ứng suất ......................................................................46 3.2.3.4. Sensor đo chuyển dịch vị trí 2D, 3D ..........................................................48 3.2.3.5. Bộ dồn kênh multilogger (MUX) ...............................................................51 3.3. Thiết kế hệ SCADA giám sát đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 ........................53 3.3.1. Sơ đồ mạng truyền thông SCADA trong hệ thống giám sát ............................53 3.3.2. Các thiết bị chính trong hệ thống SCADA giám sát đập .................................54 3.3.2.1. Khối xử lý tín hiệu......................................................................................54 3.3.2.2. Khối truyền và thu thập dữ liệu ..................................................................55 3.4. Xây dựng chương trình tính toán và thu thập dữ liệu SCADA giám sát đập .........57 3.4.1. Thiết lập đường truyền thông ...........................................................................57 3.4.2. Chương trình tính toán SCADA giám sát đập..................................................58 3.4.2.1. Xây dựng chương trình ..............................................................................59 3.4.2.2. Lưu trữ dữ liệu............................................................................................65 3.5. Các hình ảnh thực tế hệ thống ................................................................................66 3.5.1. Giao diện hiện thị .............................................................................................66 3.5.2. Hình ảnh lắp đặt thực tế hệ thống .....................................................................67 3.6. Kết Luận Chương 3 ................................................................................................68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................69 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................70 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2D : Phương 2 chiều 3D AI DATA : Phương 3 chiều : Analog input : Bộ xử lý Datalogger DI ĐKTT : Digital input : Phòng điều khiển trung tâm LCU : Tủ điều khiển tại chỗ MUX : Hộp dồn kênh multilogger NMTĐ DN3 : Nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 PLC SCADA : Chương trình điều khiển : Hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Các thông số chính nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 4 2.1 Quan hệ khi sai số cho phép của mực nước là 1mm và 2mm 11 2.2 Bảng thông số kĩ thuật sensor Vega Plus 15 3.1 Bảng số liệu thống kê thiết bị lắp đặt giám sát đập 41 3.2 Thông số đầu vào sensor đo áp lực thấm 43 3.3 Thông số đầu vào sensor đo nhiệt độ bêtông 45 3.4 Thông số đầu vào sensor đo ứng suất bêtông 48 3.5 Thông số đầu vào sensor đo chuyển dịch vị trí 50 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 2.1 Sơ đồ kết nối SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 7 2.2 Bộ điều khiển PLC ABB AC800M 8 2.3 Các modul S800 I/O 9 2.4 Dạng mạng kết nối kiểu duplex và simplex 10 2.5 Biểu đồ quan hệ dung tích và mực nước hồ F = f(z) 11 2.6 Cảm biến đo áp suất 13 2.7 Cảm biến đo mức siêu âm 13 2.8 Cảm biến rada dẫn sóng 14 2.9 Sensor mực nước Vega Plus 14 2.10 Khoảng cách lắp đặt so với bề mặt của tường chắn 15 2.11 Lắp bộ cảm biến radar với môi trường truyền vào 15 2.12 Sơ đồ truyền thông sử dụng modem của hệ SCADA 16 2.13 Cấu trúc cơ bản của PLC S7-200 17 2.14 PLC S7-200 CPU 226 DC/DC/DC 18 2.15 Sơ đầu đấu dây CPU 226 19 2.16 Modul Analog EM 231 19 2.17 sơ đồ khối logic input tín hiệu modul EM 231 20 2.18 Sơ đồ đấu dây phần cứng modul EM 231 20 2.19 Modul chuyển đổi tín hiệu RS485 to Converter 21 2.20 hình SCADA giám sát mực nước tại phòng điều khiển trung tâm 33 2.21 Biểu đồ dữ liệu mực nước 33 2.22 Vận hành hệ thống SCADA giám sát mực nước hồ NMTĐ ĐN3 34 2.23 Sensor lắp đặt thực tế trên hồ thủy điện NMTĐ ĐN3 34 2.24 Tủ điều khiển giám sát tại chỗ với PLC S7-200 35 2.25 Các thiết bị chính trong tủ điều khiển tại chỗ 35 2.26 Các thiết bị kết nối tủ điều khiển trung tâm 36 3.1 Đập tràn nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 40 3.2 Sơ đồ bố trí thiết bị hành lang đập nhà máy TĐDN3 41 3.3 Thiết bị đo ứng suất 42 3.4 Thiết bị đo nhiệt độ Bêtông 44 Số hiệu Tên hình Trang 3.5 Vị trí lắp đặt sensor ứng suất trong betong 46 3.6 Sensor ứng suất khi lắp đặt 47 3.7 Sensor ứng suất 47 3.8 Bố trí sensor chuyển dịch vị trí ba chiều 49 3.9 Bố trí sensor chuyển dịch vị trí hai chiều 49 3.10 Bộ dồn kênh Multilogger 52 3.11 Sơ đồ đấu dây bộ dồn kênh thực tế 52 3.12 Sơ đồ đấu dây hộp MUX 53 3.13 Sơ đồ kết nối truyền thông mạng SCADA giám sát đập 54 3.14 sơ đồ kết nối Data 54 3.15 modul truyền thông AVW200 55 3.16 Modul xử lý trung tâm CR1000 55 3.17 Modul truyền thông MD485 56 3.18 Sơ đồ mạng kết nối MD485 56 3.19 Modul chuyển đổi quang điện NP301 57 3.20 Giao diện chương trình PC200W 59 3.21 Tạo data 60 3.22 Thiết lập Com 60 3.23 Thiết lập tốc độ 61 3.24 Kết quả đường truyền 61 3.25 Cấu hình Data1 & Data2 62 3.26 Cấu hình hộp Mux 62 3.27 Cấu hình đo chuyển vị 2D, 3D 63 3.28 Cấu hình sensor áp lực thấm 64 3.29 Cấu hình sensor đo nhiệt độ 64 3.30 hình sensor đo ứng suất 65 3.31 Truy xuất dữ liệu 66 3.32 Màn hình SCADA giám sát thông số đập NMTĐ DN3 66 3.33 Biểu đồ dữ liệu 67 3.34 Tủ điều khiển Data. 67 3.35 Các thiết bị chính trong tủ Data 68 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc độ công nghiệp hoá tăng nhanh. Trong sự phát triển kinh tế đất nước sau hơn 40 năm đổi mới, thủy điện đóng vai trò vô cùng to lớn, và là một cấu phần quan trọng của ngành điện đảm bảo cung ứng điện cho quá trình hội nhập kinh tế quốc tế. Hiện nay cả nước có 330 công trình thủy điện với tổng công suất 17.615 MW đang vận hành. Năm 2017, sản lượng điện sản xuất từ thủy điện đạt 63, 73 tỷ kWh, chiếm 32% tổng sản lượng điện năng của cả nước. Đây là nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo, giá thành rẻ hơn so với các nguồn khác. Các hồ chứa của công trình thủy điện với tổng dung tích khoảng 56 tỷ m3, chiếm 86% tổng dung tích hồ chứa trên cả nước, đã góp phần quan trọng vào việc cắt lũ cho hạ du và sản xuất điện năng. Vào mùa cạn, các hồ này cung cấp nước cho khu vực hạ du góp phần vào việc bảo đảm an ninh lương thực và trật tự, an toàn xã hội. Hiện nay, giám sát mực nước hồ chứa chính xác trong mùa lũ nhằm điều tiết lưu lượng xả rất quan trọng, cũng như việc giám sát mực nước hồ chứa trong vận hành liên hồ khi tham gia thị trường điện cần đảm bảo sự tối ưu. Trong khi đó việc giám sát mực nước bằng camera do con người đọc không thực sự tin cậy và chính xác. Ngoài ra, chất lượng đập thủy điện là yếu tố quan trọng bậc nhất trong vận hành một nhà máy thủy điện, nó liên quan tới sự an toàn của tổ máy và vùng hạ du. Cho nên việc giám sát chất lượng đập hàng ngày, hàng giờ là yếu tố tiên quyết để đảm bảo chất lượng đập nằm trong phạm vi cho phép để tiếp tục vận hành. Vì vậy việc ứng dụng hệ thống SCADA nhằm giám sát mực nước hồ thủy điện và giám sát đập nhằm vận hành an toàn, tối ưu là một nhiệm vụ quan trọng trong vấn đề vận hành nhà máy thủy điện hiện nay. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục đích của luận văn là xây dựng chương trình SCADA giám sát đập và hồ chứa nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 tại phòng điều khiển trung tâm 3. Đối tượng và công cụ nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: hồ chứa và đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 Công cụ nghiên cứu của đề tài là: Phần mềm PLC S7-200, và phần mềm PC 200W, Phần mềm Multilogger 2 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu logic, giám sát SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 Nghiên cứu quy trình giám sát đập nhà máy thủy Đồng Nai 3 Xây dựng chương trình giám sát mực nước hồ từ phòng điều khiển trung tâm tại nhà máy Xây dựng chương trình tính toán các đầu dò giám sát đập sử dụng phần mềm PC 200W, phần mềm Multilogger Phương thức SCADA giám sát đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 3. Xây dựng chương trình và thực nghiệm tại nhà máy thủy điện Đồng Nai 3. 5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài Xây dựng lên hệ thống SCADA giám sát mực nước hồ và chất lượng đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 3. Nhằm giúp công ty thủy điện Đồng Nai quản lý và vận hành tối ưu, an toàn nhà máy thủy điện Đồng Nai 3. 6. Bố cục đề tài Căn cứ vào mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu luận văn được đặt tên như sau: “XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐẬP VÀ HỒ CHỨA TÍCH HỢP VỚI SCADA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3.” Nội dung luận văn gồm các chương như sau: - Chương 1. Tổng quan về nhà máy thủy điện Đồng Nai 3. - Chương 2. Xây dựng chương trình SCADA giám sát mực nước hồ nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 - Chương 3. Xây dựng chương trình SCADA giám sát đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 1.1. Giới thiệu sơ lược về nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 Nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3 trên sông Đồng Nai được khởi công ngày 26/12/2004. Nhiệm vụ chính của công trình là phát điện cho hệ thống điện Quốc Gia với sản lượng điện hàng năm là 607,1 triệu kWh. Nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 nằm trên nhánh sông Đồng Nai trên địa phận huyện ĐakGlong tỉnh ĐakNông, lưu lượng chủ yếu về hồ Đồng Nai 3 là từ thủy điện Đồng Nai 2 (thượng nguồn của thủy điện Đồng Nai 2 là từ thuỷ điện Đa Nhim, thủy điện Đa Dâng, thủy điện Suối Vàng và xả tràn từ thủy điện Đại Ninh). Thủy điện Đồng Nai 3 nằm cách TP Hồ Chí Minh là 275 Km theo hướng tây bắc, công trình nằm trên địa phận 5 xã: Lộc Lâm (huyện Bảo Lâm, tỉnh Lâm Đồng); xã Đinh Trang Thượng (huyện Di Linh – tỉnh Lâm Đồng); xã Tân Thành (huyện Lâm Hà – tỉnh Lâm Đồng); xã Đắk Nia, xã Đắk Blao (huyện Đắc Blong – tỉnh Đắk Nông). 1.2. Vai trò của nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 Là nguồn cung cấp nước chính cho hồ chứa thủy điện Đồng Nai 4, góp phần làm tăng sản lượng điện cho nhà máy thuỷ điện Đồng Nai 4 và các nhà máy hạ lưu sông Đồng Nai. Góp phần giảm lũ cho hạ lưu, ổn định đời sống cho nhân dân trong khu vực, tạo cảnh quan du lịch, giao thông và thủy sản… Đảm bảo hiệu quả phát điện với điện lượng trung bình hàng năm là 607, 1 triệu KWh 1.3. Các hạng mục công trình nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 - Đập chính trên sông Đồng Nai. - Đập tràn xả lũ có 5 cửa tràn. - Tuyến năng lượng gồm có cửa lấy nước và một đường hầm dẫn nước khoảng 962m. - Nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 lắp đặt 2 máy phát điện có tổng công suất là 180 Mw và các thiết bị liên quan. - Kênh xả hạ lưu. - Trạm phân phối 220Kv nằm ngoài trời cách nhà máy khoảng 1.500m theo đường vận hành. 1.4. Các thông số chính công trình nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 4 Bảng 1.1. Các thông số chính nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 TT I. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11 12 Thông số Thông số hồ chứa Diện tích lưu vực Flv Lưu lượng trung bình Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế P = 0, 02% Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra P= 0, 5% Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra P= 0, 1% Mực nước gia cường Mực nước dâng bình thường Mực nước chết Dung tích toàn bộ Dung tích hữu ích Dung tích chết Diện tích mặt hồ ở MNDBT II. II.1. 1. 2. 3. 4 5. 6. 7. Đập tràn Đập dâng chính Loại Cao trình đỉnh đập Chiều cao lớn nhất Chiều rộng đỉnh đập Chiều dài theo đỉnh Mái dốc thượng lưu Mái dốc hạ lưu II.2. 1. 2. 3. 4. Công trình xả Tràn xả mặt có cửa van cung Cao trình ngưỡng tràn Số lượng và kích thước khẩu độ van Lưu lượng thiết kế tại MNDBT III. 1. 2. Cửa nhận nước Kiểu Số lượng khoang III.1. Kênh dẫn vào cửa lấy nước 1. Cao trình đáy kênh 2. Chiều rộng đáy kênh Đơn vị Số lượng Km2 m3/s m3/s m3/s m3/s m m m 106 m3 106 m3 106 m3 Km2 2.441 79,6 14.300 7.140 10.400 593,24 590 570 1690,1 891,5 798,6 56 m m m m m m m3/s Bê tông RCC 595 108 10 475 0 0,25/0,75 458,5 5(14x17,5) 10.188 Tháp 02 m m 561 19,0-24,0 5 TT 3. Thông số Chiều dài theo đáy III.2. 1 2 3 4 5 6 7 Lưới chắn rác Loại cống Số lượng Chiều dài nhịp Nhịp tính toán Kích thước lưới Sức nâng tải của cẩu trục chân dê Khối lượng III.3. 1 2 3 4 5 6 7 Cửa van sửa chữa Loại cửa van Khoảng thông thủy Nhịp tính toán Nhịp chịu lực Chiều cao chịu lực Cột áp tính toán Trọng lượng cửa van III.4. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Cửa van vận hành Loại cửa van Số lượng cửa van Chiều rộng thông thủy Nhịp tính toán Nhịp chịu lực Chiều cao thông thủy Cột áp tính toán Sức nâng của thiết bị Trọng lượng cửa van IV. IV.1. 1. 2. 3. 4. Tuyến năng lượng Đường hầm áp lực Loại Lưu lượng thiết kế Chiều dài Đường kính trong Đơn vị m Số lượng 125 bộ m m m tấn tấn Dưới sâu 2 8 8,4 8,0 x 14,4 2 x 16 98,847 m m m m m tấn Dưới sâu 8,0 8,5 8,15 8,10 37 51,1 cửa m m m m m tấn tấn Dưới sâu 2 8 8,99 8,15 8 40,24 2 x 80 85,446 3 m /s m m Bê tông cốt thép 215 680m 8m 6 TT IV.2. 1 2. 3. 4. 5 6 7 Thông số Đường ống áp lực Loại Lưu lượng thiết kế Chiều dài Đường kính trong trước ngã ba Đường kính ngoài kết nối đường hầm Đường kính trong sau ngã ba Đường kính ngoài sau ngã ba V. 1. 2. 3. 4. 5. 6 7 8 9 10 Nhà máy thủy điện Loại Lưu lượng lớn nhất (Qmax) Cột nước lớn nhất (Hmax) Cột nước tính toán (Hmax) Cột nước nhỏ nhất (Hmin) Công suất lắp máy (Nlm) Điện lượng bình quân năm Số tổ máy Loại tuốc bin Cao trình sàn lắp máy VI. 1. Kênh xả hạ lưu Loại 2. Chiều dài Đơn vị Số lượng m3/s m m m m m Ngầm, có lót thép 2 x 107,5 260m 7m 8m 4 4,1 3 m /s m m m Mw 106 Kwh Tổ m Hở 215 115 95,0 89 180 607,1 2 Francis 496 Hở m 70 1.5. Kết luận chương 1 Trong chương 1, đã trình bày được vị trí, vai trò, nhiệm vụ và các thông số cơ bản của nhà máy thủy điện Đồng Nai 3. Từ những vai trò trên việc cần thiết xây dựng các hệ thống giám sát liên tục, tin cậy của nhà máy là nhiệm vụ rất quan trọng trong công tác xây dựng, vận hành phát triển an ninh năng lượng. Một trong các hệ thống cần được giám sát từ xa trên mạng SCADA của nhà là hệ thống giám sát mực nước hồ và đập, bởi vì đây là công trình đầu mối tuyến năng lượng của nhà máy. 7 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH SCADA GIÁM SÁT MỰC NƯỚC HỒ CHỨA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 2.1. Giới thiệu chung về hệ thống SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 2.1.1. Tổng quan sơ đồ kết nối SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 Hệ thống điều khiển nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 là hệ thống điều khiển SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) điều khiển giám sát thu thập dữ liệu sử dụng nền tảng là các bộ điều khiển AC 800M của nhà sản xuất ABB. Hệ thống được bố trí phân tán trên 7 LCU (Local control unit) cùng với hệ thống máy tính giám sát, thu thập dữ liệu. Tất cả được kết nối với nhau tạo nên một hệ thống điều khiển kép, cấu trúc dự phòng nóng (Redundency), cùng với 2 vòng điều khiển (loop A, loop B) cáp quang kết nối với chuẩn Erthernet (TCP/IP) tốc độ 100 Mps. Hình 2.1. Sơ đồ kết nối SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 2.1.2. Phân quyền, giám sát SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 Hệ thống điều khiển nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 được phân thành 4 cấp:  Cấp 1: Là cấp cho phép điều khiển từ A0, A3. Tín hiệu điều khiển được viết theo chuẩn IEC 60870-5-101, các tín hiệu gửi về hệ thống SCADA là dạng tín hiệu 1bit và 2bit.  Cấp 2: Là cấp cho phép điều khiển từ control room. Tại cấp 2 người vận 8 hành được phép điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm.  Cấp 3: Là cấp điều khiển cho phép người vận hành điều khiển các thiết bị tại trạm điều khiển tại chỗ LCU.  Cấp 4: Là cấp điều khiển cuối cùng và thấp nhất cho phép người vận hành điều khiển trực tiếp tại thiết bị chấp hành. 2.1.3. Các thiết bị chính trong mạng SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 3 2.1.3.1. Bộ điều khiển AC800M Hình 2.2. Bộ điều khiển PLC ABB AC800M  CPU: phần điều khiển chính nơi lưu trữ dữ liệu và xử lý tín hiệu. Dung lượng bộ nhớ 32MB, tần số xử lý 96 MHz và được hỗ trợ 4 cổng kết nối truyền thông.  CN1, CN2 dùng để kết nối network chính (primary) và phụ (redundancy).  Com3, 4 (RS -232) dùng để kết nối với máy tính và các modul xử lý khác.  Optical moduleBus: dùng để kết nối truyền thông với các trạm cluster IO  Bộ communication modules: chức năng truyền thông tin dữ liệu từ trạm này đến trạm khác có thể gắn tối đa 12 modules truyền thông. 2.1.3.2. Modul S800 I/O Là các modul xử lý tín hiệu vào ra DI, DO, AI, AO. 9 Hình 2.3. Các modul S800 I/O  Module DI 810, 830 có 16 kênh input dùng điện áp 24 VDC, 0.5A .16 kênh được chia thành 2 nhóm mỗi nhóm 8 kênh cách biệt với điện áp giám sát cho mỗi nhóm.  Module DO 810 có 16 kênh output dung điện áp 24 Vdc, được chia thành 2 nhóm cách biệt, đươc bảo vệ quá áp, quá nhiệt, dòng tải max là 0.5 A, có chức năng OSP set giá tri khi mất truyền thông.  Module AI 810 dùng 8 kênh với tín hiệu analog input 4- 20 mA, 0-20 mA, 0-10V hoặc 2 -10 V dc, một nhóm cho 8 kênh., đươc bảo vệ quá áp, quá nhiệt, dòng tải.  Module AO810 dùng 8 kênh output analog 0-20 mA, 4-20 mA, có chức năng OSP set giá trị trước khi mất truyền thông.  Module TB 840A dùng để kết nối trạm IO truyền thông dạng optical modulebus (đường truyền quang) . Kiểu kết nối đơn hoặc kép (nhà máy dung kiểu kép), tùy vào vật liệu đường truyền mà khoảng cách giữa các trạm TB là 15m (cáp 10 nhựa plactis fiber) hay 200m (cáp HCS fiber) , dưới đây là phương thức kết nối. Hình 2.4. Dạng mạng kết nối kiểu duplex và simplex 2.1.4. Vai trò và hiện trạng việc giám sát SCADA mực nước hồ chứa NMTĐ Đồng Nai 3 NMTĐ Đồng Nai 3 có diện tích mặt hồ rộng 56Km2, vì vậy việc giám sát mực nhằm đảm bảo vận hành tối ưu nguồn nước cho phát điện và an toàn vùng hạ du là rất quan trọng. Tuy nhiên hệ thống còn nhiều hạn chế như sau: Hiện nay mực nước hồ đang được giám sát bằng camera tại ngay thước đo mực nước hồ, mà không có tín hiệu truyền về trung tâm cách nhà máy 5 km Khi mùa lũ xảy ra việc giám sát mực nước nhằm vận hành hồ chứa liên hồ điều tiết lũ gặp khó khăn do sự dao động của sóng, và lưu lượng về hồ lớn dẫn đến việc giám sát mực nước bằng camera sẽ không tin cậy và chính xác. 2.2. Tính toán lựa chọn sensor mực nước hồ chứa. 2.2.1. Quan hệ giữa mực nước và diện tích hồ chứa NMTĐ Đồng Nai 3. Nhằm tính toán lựa chọn cấp chính xác của sensor để đảm bảo sự sai lệch do sai số sẽ được tính cho dung tích lòng hồ và lưu lượng chảy. Thể hiện qua quan hệ dung tích và mực nước trong hồ F= f (z). Được xây dựng trên cơ sở đo diện tích lòng hồ và ứng với các cao độ mực nước khác nhau. 11 Hình 2.5. Biểu đồ quan hệ dung tích và mực nước hồ F = f(z) Do NMTĐ Đồng Nai 3 vận hành trong mực nước cho phép từ 570-590m. Vì vậy việc tính toán lựa chọn sensor sẽ nằm trong khoảng này. Trong phạm vi luận văn giả sử quan hệ dung tích và mực nước là tuyến tính, thì công thức tính quan hệ này là: F 1,062 z 571,399 Từ đó, ta có: Bảng 2.1: Quan hệ khi sai số cho phép của mực nước là 1mm và 2mm z (m) Sai số 1(mm) 570 570, 001 570, 002 570, 003 570, 004 570, 014 570, 024 2(mm) 570 570, 002 570, 004 570, 006 570, 008 570, 028 570, 048 F (Km2) Sai số 1(mm) 2(mm) 33, 941 33, 941 33, 94206 33, 94312 33, 94312 33, 94525 33, 94419 33, 94737 33, 94525 33, 9495 33, 95587 33, 97074 33, 96649 33, 99198 Độ chênh lệch diện tích hồ (km2) 0 0, 001 0, 002 0, 003 0, 004 0, 015 0, 025 12 z (m) Sai số 1(mm) 570, 034 570, 044 570, 054 570, 064 570, 074 570, 084 570, 094 570, 104 570, 114 570, 124 570, 134 570, 144 570, 154 570, 164 2(mm) 570, 068 570, 088 570, 108 570, 128 570, 148 570, 168 570, 188 570, 208 570, 228 570, 248 570, 268 570, 288 570, 308 570, 328 F (Km2) Sai số 1(mm) 2(mm) 33, 97711 34, 01322 33, 98773 34, 03446 33, 99835 34, 0557 34, 00897 34, 07694 34, 01959 34, 09818 34, 03021 34, 11942 34, 04083 34, 14066 34, 05145 34, 1619 34, 06207 34, 18314 34, 07269 34, 20438 34, 08331 34, 22562 34, 09393 34, 24686 34, 10455 34, 2681 34, 11517 34, 28934 Độ chênh lệch diện tích hồ (km2) 0, 036 0, 047 0, 057 0, 068 0, 079 0, 089 0, 100 0, 110 0, 121 0, 132 0, 142 0, 153 0, 164 0, 174 Vậy có thế nhận thấy với độ sai lệch chỉ 1mm đến 2mm thì diện tích lòng hồ bị tính toán trong vận hành hồ bị sai lệch khá lớn khi mực nước càng lên cao. Vì vậy ta chọn sensor có độ sai lệch nhỏ nhất là 1mm. 2.2.2. Lựa chọn sensor mực nước 2.2.2.1. Giới thiệu các loại sensor đo mực nước. Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại sensor đo mực nước với phương thức khác nhau, độ sai số khác nhau, ta có thể kể qua một số loại như sau. a. Cảm biến đo mức áp suất Thiết bị đo kiểu áp suất hoạt động theo nguyên lý khá đơn giản, dưới tác dụng của áp lực chất lỏng lên bề mặt tiếp xúc của đầu đo, gây nên sự biến dạng của các phần tử chuyển đổi, từ đó sẽ biến thành tín hiệu điện để đưa ra đầu ra. Cũng như các loại Sensor mức khác Sensor kiểu áp suất có thể dùng để đo mức của chất lỏng như xăng dầu, ga, nước…vv. Thiết bị đo theo nguyên lý áp suất tỷ lệ với chiều cao cột nước đo theo công thức tổng quát như sau: P=ρ*g*h Trong đó: ρ - Tỉ trọng của chất lỏng cần đo g - Gia tốc trọng trường