IV. THIẾT BỊ ĐIỆN
4.13.Hệ thống điều khiển, giám sát, bảo vệ rơle và đo lường cho nhà máy
4.13.1. Giới thiệu chung
Công trình thủy điện Hà Tây làm việc trong hệ thống điện miền Trung vận hành trong hệ thống điện Quốc gia với khả năng điều tần và điều áp.
Hệ thống điều khiển -giám sát và bảo vệ rơle (ĐGB) toàn nhà máy bao gồm tất cả các phương tiện kỹ thuật cần thiết nhằm điều khiển, giám sát, bảo vệ và quản lý tối ưu mọi phần tử và thiết bị của các hệ thống thuộc và liên quan trực tiếp đến nhà máy với độ an toàn và tin cậy cao.
Phân bố các hệ thống ĐGB toàn nhà máy theo các hạng mục công trình như sau:
Hệ thống ĐGB chung toàn nhà máy.
Hệ thống ĐGB cho mỗi tổ máy (bao gồm cả máy biến áp chính). Hệ thống ĐGB cho trạm đóng cắt điện ngoài trời.
Hệ thống ĐGB cho hệ thống điện tự dùng toàn nhà máy Hệ thống ĐGB cho các hệ thống thiết bị phụ trong nhà máy Hệ thống ĐGB cho đập tràn, cửa nhận nước và cửa ra hạ lưu.
Hệ thống điều khiển giám sát và bảo vệ cho nhà máy thủy điện là một hệ thống tiên tiến, số hoá, có những ưu điểm:
- Vận hành đơn giản, an toàn, tin cậy, linh hoạt và ổn định.
- Với cấu trúc khối nó giúp cho việc thiết kế, lắp đặt...trở thành đơn giản. - Điều khiển tự động hoặc từ xa dễ dàng.
BVTC
- Với các phần mềm, người sử dụng có thể lập các chương trình vận hành riêng.
- Việc liên tục tự kiểm tra sẽ đảm bảo tính sẵn sàng cao và giảm thấp nhất yêu cầu bảo dưỡng.
Hệ thống điều khiển giám sát và bảo vệ cho nhà máy bao gồm các phần chính như sau:
Hệ thống máy tính và hệ thống giao diện Người - Máy tiên tiến (hay hệ thống MMC) cho điều khiển và giám sát nhà máy. Các thiết bị thích ứng cho từng phần tử của nhà máy bao gồm các bộ giao diện Người - Máy cấp 2, rơ le trung gian, thiết bị đồng bộ, nguồn tự dùng, trạm phân phối ...
Hệ thống bảo vệ số.
Các đặc tính kỹ thuật chung của hệ thống điều khiển bảo vệ:
Kiểu của thiết bị chính: Số có bộ vi xử lý.
Tiêu chuẩn cho thiết bị bảo vệ: IEC-255. Tiêu chuẩn bảo vệ cho các tủ điện: IP-41.
Tần số định mức: 50Hz
Dòng điện đầu vào định mức: 5A
Điện áp đầu vào định mức: 100V
Điện áp thao tác: 220DCV
4.13.2. Hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy SCADA
Phần này bao gồm tất cả các mạch và thiết bị để điều khiển, kiểm tra, giám sát các thiết bị sau đây:
Các tổ máy phát điện - máy biến áp lực tổ máy, Khu vực phân phối 35 kV,
Hệ thống thiết bị tự dùng điện, Hệ thống thiết bị phụ,
Hệ thống cửa van phẳng cấp nước tổ máy v.v... 1. Cấu trúc hệ thống điều khiển và giám sát:
Hệ thống điều khiển của nhà máy thủy điện được xây dựng với ba cấp điều khiển: Cấp điều khiển nhà máy, cấp điều khiển tại chỗ và cấp bảo dưỡng, thử nghiệm.
- Cấp điều khiển nhà máy (hay cấp MSC) là cấp điều khiển từ xa, giám sát và thu nhập dữ liệu ( SCADA) bao gồm hệ thống máy tính thực hiện các chức năng điều khiển chung toàn trạm và giao tiếp Người - Máy chứa tất cả các chức năng phục vụ điều khiển và giám sát nhà máy từ xa (từ phòng điều khiển trung tâm) - tự động hoặc không tự động.
Hệ thống giao diện Người - Máy (gọi tắt là MMC) được sử dụng thay cho bảng vận hành to lớn, cồng kềnh trước đây làm tăng thêm hiệu quả vận hành, tăng thêm khả năng cung cấp các thông tin toàn diện về các quá trình hoạt động của nhà máy.. Với các màn hình hiển thị, các bàn phím lệnh, người vận hành có thể theo dõi và thay đổi các trạng thái và thông số vận hành của từng thiết bị trong toàn nhà máy trên màn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
BVTC
hình hiển thị. Các thông số và các sự kiện phát sinh được hệ thống tự động ghi lại và in ra trên các máy in.
- Cấp điều khiển tại chỗ (tại Bảng điều khiển tại chỗ) là hệ thống điều khiển riêng biệt cho từng nhóm của nhà máy như tổ máy phát, trạm phân phối ngoài trời 35 kV, hệ thống nước, hệ thống điện tự dùng...Các thao tác thực hiện tại chỗ hoặc từ các bộ điều khiển theo chương trình trên cơ sở vi xử lý. Hệ thống này cũng bao gồm các máy tính và hệ thống giao tiếp Người - Máy (hay bảng điều khiển) tại chỗ và có thể vận hành song song với hệ thống điều khiển chính. Trên các bảng điều khiển tại chỗ có trang bị một hệ thống nút ấn bằng tay để sẵn sàng vận hành thiết bị nếu bộ xử lý tại chỗ bị hư hoặc đang lắp đặt, bảo dưỡng. Tại đây có bố trí một bảng tín hiệu độc lập để giám sát tình trạng làm việc của thiết bị.
- Cấp điều khiển thiết bị là cơ cấu đóng cắt thiết bị, gửi các tín hiểu về vị trí máy cắt, tín hiệu đo lường tới các cấp điều khiển cao hơn. Cấp điều khiển trường là các cấp chấp hành, nhận tín hiệu điều khiển từ các cấp cao hơn và gửi tín hiệu trạng thái cho các đáp ứng của cấp cao hơn.
Cách phân bố các nhóm điều khiển này đảm bảo tính tin cậy của hệ thống. Bất cứ hư hỏng nào trong tủ điều khiển đều ảnh hưởng rất ít tới phần khác và dễ dàng phát hiện, thay thế.
- Cấp bảo dưỡng, thử nghiệm có thể vận hành bằng tay từng thiết bị riêng lẻ tại các bảng tại chỗ.
Liên lạc giữa các nhóm điều khiển thực hiện qua thanh cái dữ liệu nối tiếp (Station Bus). Tùy theo khoảng cách giữa các thiết bị và môi trường điện từ xung quanh có thể chọn cáp quang hay cáp điện đồng trục.
Hệ thống điều khiển nhà máy thủy điện nêu trên được thực hiện theo các phương thức khác nhau như sau:
Chế độ “Từ xa”: được áp dụng vận hành bình thường từ cấp điều khiển chính tại phòng điều khiển trung tâm.
Chế độ “Tại chỗ ”: được điều khiển bằng tay trên bảng điều khiển tại chỗ, được xem như một cấp dự phòng.
Chế độ “bảo dưỡng, thử nghiệm” có thể vận hành ngay tại tủ của thiết bị. Bình thường, nhà máy được giám sát và điều khiển tự động bằng chế độ “Từ xa” từ phòng điều khiển trung tâm qua các thiết bị điều khiển như màn hình, bàn phím chức năng, hệ thống MMC. Tất cả các dữ liệu yêu cầu cho điều khiển và giám sát từ xa được tập hợp từ các thiết bị tương ứng và thiết bị xử lý cấp cho hệ thống điều khiển, hiển thị trên các màn hình và các thiết bị chỉ thị khác đặt tại phòng điều khiển trung tâm.
Trong trường hợp hệ thống MCS không làm việc thì chế độ điều khiển “Tại chỗ” được sẵn sàng tại cấp điều khiển thiết bị. Quá trình này được tiến hành từng bước một và có sự hỗ trợ của các bộ điều khiển chương trình hóa. Trạng thái vận hành của các thiết bị được chỉ thị trên các sơ đồ trực quan đặt trên bàn vận hành và hiển thị trên màn hình hoặc các đồng hồ chỉ thị tương ứng. Trên bàn vận hành cũng trang bị các khóa liên động nhằm tránh vận hành nhầm lẫn trong quá trình điều khiển bằng tay.
BVTC
Hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy thủy điện Hà Tây có các chức năng chính sau:
• Điều khiển các tổ máy phát
Điều khiển tổ máy được hỗ trợ bởi bộ điều khiển chương trình hóa, có các chức năng chính như sau:
Điều khiển chạy và ngừng với các thiết bị phụ của tổ máy. Chạy và ngừng phát điện.
Chạy và ngừng nạp đường dây. Điều chỉnh tự động phụ tải (ALR). Điều chỉnh tự động điện áp (AVR). Giám sát trình tự điều khiển.
Duy trì và điều hành ghi dữ liệu.
• Điều khiển hòa đồng bộ
Điều khiển hòa đồng bộ của các tổ máy được tiến hành bằng hai phương pháp: Hoà đồng bộ chính xác tự động và hoà đồng bộ chính xác bằng tay. Chuyển đổi giữa hai phương pháp này được thực hiện bằng khoá chế độ đặt tại phòng điều khiển trung tâm và tủ điều khiển tại chỗ. Có thể lựa chọn máy cắt 6,3 kV đầu cực máy phát điện hoặc các máy cắt 35 kV bất kỳ tại khu vực phân phối 35 kV để hoà điện.
Bình thường việc hòa điện được tiến hành bằng phương pháp hoà đồng bộ chính xác tự động chỉ trên máy cắt đầu ra máy phát điện.
Điều khiển hòa điện bằng tay được thực hiện trên tủ điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm và cũng có thể thực hiện được ở tủ điều khiển tại chỗ tổ máy, giám sát thời điểm đóng máy cắt bằng đồng hồ đồng bộ kết hợp với rơ le kiểm tra đồng bộ.
• Hệ thống liên lạc với trung tâm điều độ
Trước mắt chưa đưa vào vận hành hệ thống này, nhưng hệ thống điều khiển giám sát phải có cấu hình và dung lượng đủ để trong tương lai thực hiện được liên lạc điều hành sản xuất hai chiều giữa nhà máy và điều độ miền A3.
Hệ thống này cần tính đến thực hiện các chức năng sau: - Nhận các tín hiệu điều khiển từ xa của trung tâm điều độ. - Truyền tới trung tâm điều độ các thông số sau:
+ Công suất hữu công mỗi máy phát : 2 thông số
+ Công suất vô công mỗi máy phát : 2 thông số
+ Điện áp mỗi thanh cái 35kV : 1 thông số
+ Tần số mỗi thanh cái 35kV : 1 thông số (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Tín hiệu chỉ thị mỗi máy cắt 35kV : 2 thông số + Công suất P, Q trên mỗi đường dây 35kV : 2 thông số
• Điều khiển hệ thống điện tự dùng
Chỉ thị trạng thái, báo hiệu, đo từ xa các phần tử điện, điều khiển đóng ngắt máy cắt hạ áp mạch tổng 0,4kV và cầu dao phụ tải 6,3kV trong mạch tự dùng, vận hành bảo vệ cho các thiết bị trong mạch tự dùng cấp 6,3- 0,4 kV và thiết bị phân phối hạ thế mạch tự dùng xoay chiều và một chiều.
BVTC
• Điều khiển khu vực phân phối 35 kV
Chỉ thị trạng thái, báo hiệu, đo từ xa các phần tử điện, điều khiển đóng ngắt máy cắt và dao cách ly, vận hành bảo vệ cho hệ thống điện cấp 35 kV.
• Giám sát hệ thống nước
Đo trạng thái, chỉ thị mực nước thượng, hạ lưu, đo cột nước nhà máy và lưu lượng nước qua tua bin.
• Hệ thống ghi dữ liệu
Nhập tự động dữ liệu, liệt kê, in tự động hoặc bằng tay các thông tin dữ liệu, các giá trị đo lường: công suất điện năng, dòng, áp, mực nước thượng lưu, hạ lưu, lưu lượng nước qua tuabin ...
Ghi tự động các chế độ vận hành và sự kiện phát sinh. Hệ thống ghi:
Nhà máy được trang bị các phần tử ghi cho mỗi thiết bị: Tuabin, máy phát, máy biến áp, máy biến áp chính, khu vực phân phối 35 kV, hệ thống điện tự dùng, hệ thống nước... Phương pháp liên lạc cho các hạng mục trên sẽ được thực hiện bằng cách sử dụng các tín hiệu biến năng.
Thiết bị hệ thống ghi dữ liệu gồm có: Máy tính cá nhân.
Máy in.
Đĩa quang - từ.
Thiết bị liên lạc cho cáp dữ liệu.
4.13.4. Các thiết bị cho hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy
• Các thiết bị cho hệ thống điều khiển MCS
- Một hệ thống giao tiếp giữa người vận hành với hệ thống (MMC) gồm: + 2 màn hình video 19” (Màn hình VDU)
+ 1 bàn phím + 1 chuột + 2 máy in
- Một máy tính giao diện Người - Máy (máy tính MMC) thực hiện các chức năng:
+ Hiển thị (khoảng 20 hình ảnh về nhà máy, trạm phân phối, hệ thống điện tự dùng, hệ thống nước, máy phát...) trên các màn hình hiển thị VDU. Hình ảnh hiển thị trên các màn hình này tương đương với các phần của nhà máy như tổ máy phát, tua bin, sơ đồ nối điện... và có thể vận hành ngay trên các hình ảnh này.
+ Đối thoại cho vận hành.
+ Xử lý dữ liệu (từ các sự kiện phát sinh, in ra các dữ liệu, thông tin ...).
- Một máy tính (có tên là SC) có các chức năng sau thực hiện bằng phần mềm: + Ghi nhớ và lưu trữ các thông số, thời gian xảy ra các sự kiện để đưa ra trên
BVTC
màn hình VDU và in ra theo đường máy tính MMC.
+ Vận hành và giám sát các hệ thống phụ của nhà máy.
+ Một số chức năng điều khiển nhà máy như điều khiển tải, hệ thống nước. + Giám sát nhà máy.
+ Giao tiếp với các máy tính đặt tại cửa nhận nước, đập tràn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Một tủ cho các thiết bị phụ khác như các máy biến năng, rơ le trung gian.... - Một máy tính (có tên là Gateway) hay một cổng chờ để liên lạc với trung tâm điều độ A3.
• Các thiết bị cho một máy phát
- Một máy tính có các chức năng sau đây thực hiện bằng phần mềm:
+ Ghi nhớ và lưu trữ các thông số, thời gian xảy ra các sự kiện để đưa ra trên màn hình VDU và in ra theo đường máy tính MMC.
+ Các chức năng điều khiển máy phát. - Một bảng điều khiển gồm:
+ Một tủ cho các thiết bị tương ứng như rơ le trung gian, máy biến năng, thiết bị đồng bộ.
+ Một tủ cho điều khiển dự phòng với sơ đồ trực quan, các đồng hồ chỉ thị điều khiển...
- Bộ rơ le bảo vệ cho máy phát.
- Một bộ cảm biến tốc độ và dao động máy phát.
• Các thiết bị cho khu vực phân phối 35 KV
- Một máy tính phục vụ điều khiển và giám sát trạm có các chức năng sau đây thực hiện bằng phần mềm:
+ Ghi nhớ và lưu trữ các thông số, thời gian xảy ra các sự kiện để đưa ra trên màn hình VDU và in ra theo đường máy tính MMC.
+ Điều khiển máy cắt và dao cách ly 35kV. - Một bảng điều khiển gồm:
+ 1 tủ cho các thiết bị thích ứng như rơ le trung gian, máy biến năng.
+ 1 tủ điều khiển cho khu vực phân phối 35 kV với sơ đồ trực quan, đồng hồ chỉ thị điều khiển.
+ Các tủ rơ le bảo vệ cho khu vực phân phối 35 kV và đường dây 35 kV.
• Các thiết bị khác
- Các hộp nối liên lạc.
- Các bộ đèn báo, chuông tín hiệu.
- Một tủ với máy tính và các thiết bị tương ứng cho cửa nhận nước, đập tràn. Các máy tính này sử dụng để điều khiển và kiểm tra các thiết bị tại cửa nhận nước và đập tràn.
BVTC
- Thiết bị đo mực nước thượng lưu và hạ lưu, đo cột nước nhà máy, lưu lượng nước qua tuabin.
- Hệ thống điện một chiều 220V: gồm bộ nạp điện, bình ắc quy, bộ nghịch lưu, tủ phân phối điện 1 chiều...
- Phân phối điện xoay chiều 220V. - Cáp điều khiển, kiểm tra…
4.13.5.Hệ thống bảo vệ rơ le và đo lường cho nhà máy
Các thiết bị rơle bảo vệ phải đáp ứng được các yêu cầu cơ bản về độ nhậy, độ tin cậy, thời gian tác động.
Để đảm bảo làm việc tin cậy, về nguyên tắc hệ thống bảo vệ rơle phải được trang bị các bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng. Hệ thống bảo vệ được nối tới các máy biến áp đo lường, được cấp nguồn và được bố trí trong tủ riêng. Hệ thống bảo vệ dự phòng sau một khoảng thời gian ấn định phải có khả năng làm việc chắc chắn thay thế cho bảo vệ chính khi bảo vệ này vì lý do gì đó không tác động.
Hệ thống bảo vệ rơle cần trang bị đồng bộ và có khả năng giao tiếp mở với hệ thống điều khiển -giám sát toàn nhà máy.
Hệ thống rơle bảo vệ cho nhà máy được phân loại bởi các chức năng như sau: - Bảo vệ khối “Máy phát điện - máy biến áp” (gồm cả máy biến áp chính, nhánh rẽ máy biến áp tự dùng, máy biến áp kích từ).
- Bảo vệ thanh cái và đường dây 35kV. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hệ thống bảo vệ rơle cần đáp ứng các tiêu chuẩn và qui phạm sau: + Tiêu chuẩn ngành điện Việt nam: 11 TCN 20: 2006
+ Tiêu chuẩn quốc tế: IEC-255 và các tiêu chuẩn