36
2.3 Yêu cầu về khảnăng đáp ứng của một hệ SCADA thủy điện
1. Thiết bị chỉ thị
Các đồng hồ chỉ thị thông thường (Ampe, Vol, kW…) có thể sử dụng loại đồng hồ tương tự, chỉ thị bằng kim. Ngoài ra cần phải có một công tơ số có khả năng đo và hiển thị nhiều thông số điện một lúc, có khả năng truyền các thông số đo (có khả năng lựa chọn được thông số sẽ truyền) đến các bộđiều khiển trung tâm theo nhiều cách thức khác nhau. Hệ thống điều khiển cần phải có các bộ hiển thị nhiệt độ, áp suất, … để có thể giám sát được nhiệt độ các cuộn dây Stator, nhiệt độ, áp suất các ổđỡ hay dầu làm mát… Các bộ hiển thị này sẽ nhận tín hiệu từ các cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất ở từng vị trí thông qua các dây cáp có bọc chống nhiễu và hiển thị chúng trên màn hình. Ngoài ra các bộ hiển thị nhiệt độnày cũng cần phải có khảnăng cài đặt các mức nhiệt độ, áp suất theo nhiều cấp nhằm đưa ra các tín hiệu cảnh báo, báo động đến bộ điều khiển hay còi, đèn báo động thông qua các tiếp điểm thường hở(thường đóng).
2. Các đèn chỉ thị
Các đèn chỉ thị cần phải có màu sắc phù hợp với chức năng và trạng thái cần chỉ thị. Các đèn thường để thể hiện trạng thái của các thiết bịnhư máy cắt, dao cách ly, hệ thống cung cấp nguồn AC/DC…
3. Cảnh báo và báo động
Hệ thống các relay bảo vệ và các relay phụ trợ cũng cung cấp tín hiệu để báo động và đưa các tín hiện về trung tâm điều khiển để ghi và lưu trữ, thông báo. Tại máy tính điều khiển hoặc màn hình điều khiển cần phải có những cửa sổ để thông báo lỗi, đi kèm với cửa sổ báo lỗi cần có nút xác nhận lỗi và xóa lỗi khi một lỗi nào đó đã được người vận hành kiểm tra và xử lý.
4. Tạo báo cáo
Dữ liệu thô được thu thập bởi hệ thống máy tính là rất cần thiết cho việc tạo các báo cáo được sử dụng cho công tác quản lý vận hành và bảo trì. Cơ sở dữ liệu trên máy tính và khả năng thành lập tổng hợp các báo cáo đang trở thành công cụ mạnh mẽ nâng cao hiệu suất nhà máy thủy điện. Với tính năng đa nhiệm, máy tính cần phải cung cấp các bản
37
báo cáo hoạt động điều khiển và giám của nhà máy theo thời gian thực. Tính năng này bao gồm:
Trình tự ghi sự kiện: Đầu vào (sự kiện) được quét và thời gian ngắn cỡ mini giây để có thể cung cấp thông tin ngay sau khi phân tích và đáp ứng các sự kiện khác ở tốc độ cao.
Tự động ghi lại công tác vận hành: Có thể tựđộng ghi lại dữ liệu điện và cơ khí theo giờ, ngày, và tuần. Ngoài ra còn có thể ghi lại bằng tay bởi người vận hành.
Ghi lại dữ liệu lịch sử: Các dữ liệu quan trọng được lưu lại để phân tích hoạt động của nhà máy trong các chu kì hoạt động khác nhau. Những dữ liệu này có thể được sử dụng để cải tiến các chương trình điều khiển trên máy tính. Ví dụ, các thuật toán tối ưu điều khiển hoạt động nhà máy để đáp ứng với đặc tính động của nhà máy và khả năng nâng cao công suất của nhà máy có thểđược cải tiến thông qua việc nghiên cứu các hồsơ dữ liệu lịch sử này.
Các báo cáo về xu hướng hoạt động: Những dữ liệu báo cáo vềxu hướng hoạt động của các thiết bị sẽ giúp cho việc nhìn trước được các vấn đề có thể xảy ra qua đó có thể lập các kế hoạch vận hành và bảo dưỡng cho phù hợp.
5. Hỗ trợ quản lý bảo trì
Dữ liệu thu thập thông qua hệ thống máy tính có thểđược sử dụng như là đầu vào cho hệ thống quản lý bảo trì bằng máy tính (CMMS – Computerized Maintenance Management Systems ) trởnên chính xác hơn. CMMS sẽđưa ra những giảđịnh, dựđoán về tình trạng trong nhà máy dựa trên các thông tin từ việc thu thập dữ liệu đưa về máy tính. Đối với các thiết bị quan trọng hệ thống có thể tăng thêm các điểm giám sát, thu thập dữ liệu, tăng tốc độ trích mẫu dữ liệu nhằm tăng đầu vào cho CMMS giúp cho việc đưa ra các hoạt động bảo trì được chính xác và kịp thời hơn.
6. Chuẩn đoán và xử lý báo động
Lưu trữ một lượng lớn dữ liệu về tình trạng thiết bị nhà máy và dữ liệu báo động sẽ không phát huy được tối đa tác dụng trừ khi thông tin có thểđược xử lý một cách triệt để giúp tăng cường các hoạt động vận hành và bảo trì. Với khả năng của các máy tính các
38
tín hiệu cảnh báo sẽ được sắp xếp, lựa chọn, ưu tiên, với các thông báo giải thích được hiển thị sẽ giúp ích rất nhiều cho người vận hành và nhà quản lý.
Các nhà máy điện hiện đại được thiết kế để giám sát tình trạng thiết bị và cảnh báo báo động cho hầu hết tất cả các hệ thống cơ điện trong nhà máy. Chính vì vậy số lượng thông tin sẽ rất lớn và nó sẽlàm cho người vận hành bị nhiễu loạn thông tin và không biết xử lý ra sao nếu như chúng không được sắp xếp để trình bày và xử lý một cách đúng đắn. Đặc biệt khi những sự cố lớn của nhà máy, việc nhiều thông tin báo động đến cùng lúc là điều không thể tránh khỏi. Chính vì vậy mà chương trình do người lập trình đưa ra cần phải lọc các loại báo động cung cấp cho người vận hành biết các báo động đó thuộc nhóm nào, thậm chí phải giải thích các nhóm báo động đó nguyên nhân tại sao, sự kiện nào dẫn đến các báo động đó để nhân viên vận hành hoặc nhân viên bảo trì có thểđưa ra các phương án xử lý nhanh chóng và chính xác.
7. Khả năng mở rộng, bảo dưỡng và nâng cấp
Hệ thống SCADA cần phải đảm bảo khả năng bổ sung các chức năng mới mà không làm thay đổi hệ thống các phần mềm đang làm việc. Hệ thống SCADA trong quá trình thiết kế và phát triển cần phải được hợp tác chặt chẽ với người sử dụng đểtăng khả năng khai thác mở rộng và phát triển.
- Do yêu cầu của các nhà máy đang vận hành khi mở rộng hệ thống sẽ không bị ảnh hưởng đến tính sẵn sàng, độ tin cậy của hệ thống đang vận hành.
- Giảm thiểu thời gian cắt điện phục vụ thi công lắp đặt và thử nghiệm hệ thống sau khi thay đổi mở rộng.
- Mở rộng hệ thống sẽ không yêu cầu cấu trúc lại phần mềm và phần cứng đang làm việc.
- Phần mềm ứng dụng giám sát, điều khiển cần được thiết kế mang tính module hóa cao.
- Khai thác triệt để khả năng của cấu trúc Client/Server cho việc phân phối thông tin và ứng dụng để đảm bảo việc nâng cấp và mở rộng của người dùng là tối ưu.
- Việc mở rộng và nângcấp hệ thống có thể được thực hiện thông qua việc kết nối từ xa hoặc sử dụng các patch files.
39
8. Khả năng đáp ứng của hệ thống SCADA thủy điện
- Hệ thống mở - Cấu trúc hệ thống SCADA sẽ được thiết kế theo các các tiêu chuẩn Quốc tế hoặc các tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Phần cứng được ưu tiên lựa chọn các sản phẩm có sẵn trên thị trường (off-the-shelf) và không phải là những sản phẩm đặc thù của một hãng sản xuất cụ thể nào. Các phần mềm được lựa chọn sẽ là các hệ thống được chạy trên nền của hệ điều hành Microsoft Windows có cấu trúc cho phép chạy cả hệ thống hoặc từng phân đoạn cụ thể một cách độc lập. Hệ thống phần mềm có phải khả năng trao đổi dữ liệu bằng các phương thức như OPC, DDE, ODBC hoặc các định dạng file như .csv, .xml... Khả năng này cho phép Công ty thủy điện có thể có các lựa chọn khác nhau đối với tất cả các module để triển khai các ứng dụng cụ thể một cách linh hoạt trong phạm vi cấu trúc của hệ thống phần mềm được trang bị.
- Nền tảng phát triển ứng dụng – Cấu trúc hệ thống SCADA sẽ cung cấp một nền
tảng mạnh để phát triển các ứng dụng điều khiển giám sát, quản lý vận hành tối ưu, trao đổi thông tin dữ liệu với các hệ thống nội bộ và bên ngoài. Ngoài ra hệ thống sử dụng khả năng cung cấp dịch vụ số liệu cho nội bộ và người dùng bên ngoài qua các ứng dụng Client.
- Khả năng tích hợp – Hệ thống phải có khả năng tích hợp một cách linh hoạt các thành phần mới, các giải pháp và ứng dụng nâng cao khác (Quản lý Sự cố/Hư hỏng, Quản lý nhiệm vụ nhóm công tác..), và làm nền tảng cho các ứng dụng với sự ra đời của Thị trường điện của Việt Nam trong một tương lai gần.
- Đáp ứng tiêu chuẩn chế tạo - Thiết bị vật tư cung cấp cho dự án là hoàn toàn mở. Các thiết bị được sản xuất tuân thủ các tiêu chuẩn phổ biến như IEC, IEEE, ITTU và các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam.
40
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO
NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SỬ DỤNG TIÊU CHUẨN IEC61850
3.1 Thực trạng hệ thống SCADA trong nhà máy thủy điện nhỏ ở Việt Nam hiện nay
Trước những năn 90, hệ thống điện Việt Nam thừa hưởng cơ sở hạ tầng lạc hậu, nhỏ lẻ. Thiết bị điều khiển bảo vệ chủ yếu là thế hệđiện cơ, chưa có mặt hệ thống thông tin số. Các khái niệm trong lĩnh vực điều khiển, giám sát như SCADA, hệ thống đo xa và hiểu biết về thế hệ thiết bị số còn khá mới mẻ xa lạ với người thiết kế và quản lý hệ thống điện cũng như nhà máy điện.
Đầu những năm 90, nền kinh tế đất nước bắt đầu phát triển, nhu cầu về điện năng ngày một tăng cao. Với điều kiện địa lý thuận lợi và nguồn tài nguyên thủyđiện lớn, hàng loạt các nhà máy thủy điện với nhiều mức công suất khác nhau, đặc biệt là các nhà máy thủy điện nhỏ được xây dựng. Bởi lẽ các nhà máy thủy điện nhỏ dễ dàng xây dựng hơn nhiều, có thể lựa chọn địa điểm xây dựng một cách dễ dàng, vốn đầu tư không quá lớn… Điều đó đã đáp ứng phần nào nhu cầu điện năng và góp phần phát triển ngành điện lực một cách đắc lực. Tuy nhiên, không thểnói đó là thành công của thủy điện so với nguồn tài nguyên có thể coi là vô cùng dồi dào hiện có. Bởi lẽ, các nhà máy thủy nhỏ chưa bao giờ được coi là hoạt động có hiệu quả. Có thể kể đến một số nguyên nhân chính như: Nhiều nhà máy vẫn được thiết kế một cách thô sơ, sơ sài với tính năng hạn chế.