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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN ĐÌNH TRUNG

XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT
ĐẬP VÀ HỒ CHỨA TÍCH HỢP VỚI SCADA
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số

: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐINH THÀNH VIỆT

Đà Nẵng - Năm 2018


1
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả tính toán nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

NGUYỄN ĐÌNH TRUNG

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


13

h - Chiều cao cột nước tại vị trí đặt Sensor
Thiết bị đo áp suất có dải đo linh hoạt hơn Sensor siêu âm, nó thường có dải
đo 0 ÷ 20m và thi công lắp đặt dễ dàng. Dải nhiệt độ làm việc của thiết bị trong
khoảng 10 ÷ 800C, sai số bằng 0.3% của dải đo. Như vậy loại Sensor này có ưu
điểm là dải đo lớn, lắp đặt đơn giản nhưng có nhược điểm là do thiết bị được đặt
trong lòng chất lỏng nên thiết bị luôn phải tiếp xúc với các tác nhân gây hại cho
thiết bị như các chất oxy hoá cao, các chất bẩn đục gây sai số cho thiết bị, đây là
những nhược điểm lớn nhất của loại Sensor kiểu áp suất

Hình 2.6. Cảm biến đo áp suất
b. Cảm biến đo mức siêu âm
Là cảm biến hoạt động dựa trên một sóng âm, được phát ra từ bộ biến năng
điện áp đến bề mặt của một vật liệu cần đo. Bộ truyền âm đo từ lúc gửi tín hiệu cho

tới khi nhận được tín hiệu phản hồi.

Hình 2.7. Cảm biến đo mức siêu âm
 Ưu điểm: độ sai số thấp, không cần tiếp xúc với môi trường cần đo.
 Nhược điểm: giá thành cao, không chính xác khi môi trường dẫn sóng có
nhiều tạp âm.
c. Thiết bị đo kiểu Điện dung
Do nguyên lý sử dụng là sự thay đổi diện tích điện môi giữa hai bản tụ điện
khi đặt trong môi trường chất lỏng, loại này thường sử dụng cho những môi trường
chất lỏng đồng nhất. Do vậy loại thiết bị đo này thích hợp với công trình có mức
đồng chất của chất lỏng cao, những nơi mà nước không đồng chất như các hồ chứa,


14

nước trong kênh lâu ngày chất lượng nước sẽ không đồng nhất, nó sẽ mất tuyến tính
khi chất lượng nước thay đổi, gây sai số của phép đo mực nước nên loại thiết bị đo
theo nguyên lý này không phù hợp với công trình đo có chất lỏng không đồng nhất.
d. Cảm biến rada dẫn sóng
Là thiết bị đo mức có công nghệ hiện đại nhất hiện nay, sử dụng đầu dò để dẫn
sóng điện từ cao tần từ bộ biến âm đến vật cần đo. Rada dẫn sóng hoạt động dựa trên
nguyên lý bộ hoạt động miền thời gian (TDR). Với TDR một xung sóng điện từ năng
lượng thấp được dẫn dọc đầu dò. Khi xung này tiếp xúc với bề mặt cần đo, năng
lượng xung được phản xạ về đầu dò và mạch đo, sau đó phần xử lý tín hiệu sẽ xử lý
và tính toán mức chất lỏng dựa trên sự sai khác về xung gửi đi và xung nhận về.
 Ưu điểm: độ sai số, và sự chính xác cao, có khả năng làm việc tốt trong môi
trường có nhiều tạp âm, sự dao động, hơi nước không gây ảnh hưởng đến thiết bị.
 Nhược điểm: giá thành cao.

Hình 2.8. Cảm biến rada dẫn sóng

2.2.2.2. Lựa chọn sensor mực nước hồ nhà máy thủy điện Đồng Nai 3
a. Thông số kỹ thuật
Dựa vào đặc tính ưu và nhược điểm kể trên, cùng với mong muốn có độ chính
xác cao trong việc giám sát mực nước hồ nhà máy thủy điện Đồng Nai 3. Luận văn
lựa chọn sensor mực nước theo nguyên lý của cảm biến rada dẫn sóng. Sensor lựa
chọn của hãng Vega Plus có thông số kỹ thuật như sau:

Hình 2.9. Sensor mực nước Vega Plus


15

Bảng 2.2: Bảng thông số kĩ thuật sensor Vega Plus
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Đặc tính
Hãng
Nước sản xuất
Nguồn
tín hiệu ra

Cấp bảo vệ
Dải đo lường
Dải áp suất
Bước thời gian
Nhiệt độ vận hành
Độ chính xác

Thông số kỹ thuật
Vega Plus
Đức
9.6...36 VDC
4-20mmA
IP 66/67
Max 45m
-1 ... +40 Bar
≤ 3s
-40° to +185°F (-40° to +85°C)
≤ 1mm

b. Phương pháp lắp đặt sensor
Khi gắn cảm biến giữ khoảng cách ít nhất là 200mm so bề mặt của tường chắn
của hồ, vì khi gắn ở mặt giữa hồ thì có sẽ có những sóng âm bên dưới lòng hồ.

Hình 2.10. Khoảng cách lắp đặt so với bề mặt của tường chắn
Ngoài ra, không gắn sensor trên bề mặt dòng chảy của nước, để tránh sự sai
số.

Hình 2.11. Lắp bộ cảm biến radar với môi trường truyền vào