Bài viết này đề cập tới ứng dụng giải pháp Elipse E3 để cải tiến việc giám sát nhiệt độ trong các khối máy phát điện của nhà máy Ilha Solteira và Engenheiro Souza Dias (Jupiá)

NHU CẦU

CESP (Companhia Energética de São Paulo) là công ty sản xuất điện lớn nhất bang São Paulo và lớn thứ ba Brazil. Công ty hiện có 6 nhà máy thủy điện, 57 tổ máy phát điện, công suất lắp đặt 7.456 MW và đã vận hành 3.916 MW (giá trị trung bình), chiếm 8% đến 10% năng lượng điện quốc gia Brazil. Nhà máy thủy điện CESP được xây dựng theo ba lưu vực :

   Nhà máy thuộc lưu vực sông Parana, gồm:

• Ilha Solteira
• Engenheiro Sérgio Motta (Porto Primavera)
• Engenheiro Souza Dias (Jupiá)

Nhà máy thuộc lưu vực sông Tietê:

• Três Irmãos

Nhà máy thuộc lưu vực sông Paraíba do Sul, gồm :

• Paraibuna, on Paraibuna River
• Jaguari, on Jaguari River

Để cải tiến việc giám sát nhiệt độ tỏa ra trong các khối máy phát điện của nhà máy Ilha Solteira và Engenheiro Souza Dias (Jupiá), CESP đã chọn E3- giải pháp SCADA của Elipse Software. Công ty đã làm việc cùng với Altus Sistemas de Informática S/A, nhà tích hợp các hệ thống và chịu trách nhiệm xây dựng các ứng dụng phần mềm. Ý tưởng ở đây là để tăng cường sự giám sát, hiện tại hệ thống đã được giám sát bởi một hệ thống HMI nội bộ đơn giản. Hiện nay, E3 đang giám sát tổng cộng 6/20 tổ hợp máy phát điện của Ilha Solteira, và 9/14 tổ hợp máy phát điện của UHE Jupiá. Tổng cộng, có 16 bản quyền giấy phép phần mềm được mua cho dự án này, 8 giấy phép cho mỗi nhà máy, gồm: 1 Server, 5 Viewers (màn hình giám sát), 1 Studio (máy tính cấu hình hệ thống) và 1 Web.

Hình 1-Màn hình hệ thống giám sát cho tổ hợp phát điện UHE Jupiá

Nhà máy thủy điện Ilha Solteira

Đặt tại sông Paraná, nằm giữa thị trấn Ilha Solteira và Selvíria, nhà máy thủy điện Ilha Solteira là nhà máy lớn nhất bang São Paulo và lớn thứ 3 của Brazil. Cũng như nhà máy Engenheiro Souza Dias (Jupiá), đây là nhà máy thủy điện phức hợp và lớn thứ sáu trên thế giới. Nhà máy được hoàn thành năm 1978, bờ kè của nhà máy dài hơn 5,6 km, với diện tích hồ chứa 1,2 km². Nhà máy có tất cả 20 tổ hợp máy phát, với công suất lắp đặt 3.400 MW.

Hình 2-Nhà máy thủy điện Ilha Solteira

Nhà máy thủy điện Engenheiro Souza Dias (Jupiá)

Cũng nằm trên con sông Paraná, giữa thị trấn Andradina, Castilho và Três Lagoas, nhà máy thủy điện Engenheiro Souza Dias (Jupiá) được hoàn thành năm 1974. Nhà máy bao gồm 14 tổ hợp máy phát điện, với công suất lắp đặt 1.500MW, và 2 nhóm máy phát dự phòng với công suất lắp đặt của mỗi nhóm là 4.700 KW. Bờ kè của nó dài hơn 5,4 km, với diện tích hồ chứa là 330 km².

Hình 3-Nhà máy thủy điện Engenheiro Souza Dias (Jupiá)

GIẢI PHÁP

Trước khi có hệ thống này, thì nhiệt độ của các tổ hợp phát điện đã được giám sát thông qua một hệ thống HMI nội bộ, nó được chỉ ra trên một bảng điều khiển bên cạnh mỗi tổ hợp phát điện. Do đó, người vận hành buộc phải kiểm tra nhiệt độ ngay tại thiết bị. Ngoài ra, việc lấy mẫu dữ liệu rất hạn chế, các biểu đồ và báo cáo không thể được xuất ra các dạng file mong muốn.

Để cải tiến hệ thống giám sát, CESP đã quyết định đưa vào Hệ Thống Giám Sát Nhiệt độ (Temperature Supervision System-TSS), với một hệ thống dựa trên phần mềm Elipse E3 của Elipse Software và PLC của Altus Point Series. Đây là một hệ thống tiên tiến và tin cậy hơn, cho phép người vận hành giám sát nhiệt độ của các thiết bị trong tổ hợp phát điện trực tiếp trên màn hình máy tính của họ, đây là cách vô cùng hiệu quả.

Hình 4-Màn hình hiển thị ghi nhân nhiệt độ trong một tổ hợp phát điện của UHE Ilha Solteira

Để hiểu rõ hơn trong thực tế, cần thiết hình ảnh hóa từng tổ hợp phát điện ở mức độ sâu hơn. Mỗi tổ hợp bao gồm một PLC Altus Point  và các cảm biến 56 PT100 (ở Ilha Solteira) hoặc NI100 (trong Jupiá), được lắp đặt dọc theo các thành phần chịu trách nhiệm trong việc phát điện (vòng bi, đồng và sắt của máy phát, hệ thống làm mát).

Thông qua các cảm biến, các PLC đọc nhiệt độ đã được xác định vị trí tại các điểm cảm biến tích hợp trong máy phát. Sau đó, E3 giao tiếp với các PLC trong mạng và lưu trữ dữ liệu trong cơ sở dữ liệu của hệ thống dưới các định dạng khác nhau (lịch sử, báo cáo và biểu đồ). Để truy cập vào cơ sở dữ liệu, người dùng phải đăng nhập vào internet và nhập mật khẩu của họ.

Hình 5-Màn hình hiển thị thời gian thực với đồ họa thay đổi theo nhiệt độ tại UHE Ilha Solteira

Dữ liệu nhiệt độ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu, E3 cho phép so sánh các dữ liệu quá khứ để kiểm tra và đưa ra phương án cân bằng các tổ hợp phát điện. Khả năng sao lưu của phần mềm dài khoảng một năm.

Tuy nhiên, có một yêu cầu đối với hệ thống, người vận hành không chỉ được phép kiểm tra nhiệt độ, mà còn nhận được cảnh báo trong trường hợp nhiệt độ trở nên rất cao, có thể làm động cơ và các tổ hợp phát điện ngừng hoạt động. Để ngăn chặn điều này xảy ra, hệ thống âm thanh và hiển thị cảnh báo trong E3 sẽ kích hoạt bất cứ khi nào nhiệt độ đạt đến mức nghiêm trọng. Các dữ liệu quan trọng này giúp cho sự phát triển hệ thống trong tương lai

Có hai cấp đánh giá mức độ quan trọng của hệ thống cảnh báo, tùy thuộc vào nhu cầu của từng nơi được theo dõi. Đối với cảm biến được lắp đặt trong các vòng bi, đây là các thiết bị có chức năng làm giảm ma sát giữa các bộ phận khác nhau của các máy phát điện, hệ thống có 2 mức (cấp độ) cảnh báo 1 và 2. Cấp độ đầu tiên chỉ ra cảnh báo, trong khi level 2 chỉ ra mối nguy hại, và nó sẽ dừng ngay lập tức các máy phát điện. Các cảnh báo của các cảm biến khác là cảnh báo ở mức độ 1, và  nó chỉ hiển thị cảnh báo.

Hình 6-Màn hình giám sát nhiệt độ trong các vòng bi

Hệ thống này cho phép người vận hành vô hiệu hóa tự động các cảm biến giám sát. Vô hiệu hóa khi có một sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ được phát hiện trong một khoảng thời gian nhỏ hơn 5 giây (khoảng thời gian được xác định bởi CESP), hoặc khi xảy ra ngắn mạch hoặc bất kỳ sự cố nào được giám sát bởi một trong những bộ cảm biến được lắp đặt trong nhà máy. Các PLC sau khi phát hiện sự biến đổi bất thường này, sẽ ngưng hoạt động giám sát tại điểm báo sự cố, và E3 gửi thông báo tới những người vận hành, những người này sẽ tiến hành bảo trì tại điểm khả nghi. Vì vậy, việc cảnh báo sai được kích hoạt ở cảm biến điều không thể đươc phép.

LỢI ÍCH

• Việc giám sát trực tuyến được tập trung trong Hệ thống Giám sát Nhiệt độ của tổ máy phát điện;
• Việc bảo trì năng suất, hiệu quả hơn, có thể quan sát các cảnh báo trước đó trong một bảng được xếp theo thứ tự, để có thể dự đoán, lường trước được những vấn đề có thể xảy ra trong các máy phát do những biến đổi nhiệt độ;
• Thay đổi từ xa đối với các điểm cài đặt cảnh báo và tác động;
• Cải tiến việc bảo trì, kể từ khi có E3 giám sát tất cả các lỗi như ngắn mạch, hoặc sai lệch trong các cảm biến hoặc các thiết bị khác trong các tổ hợp phát điện.
• So sánh sự thay đổi nhiệt độ trong lịch sử lưu trữ , tham chiếu tới các tổ hợp phát điện được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu của E3;
• Khả năng sao lưu dữ liệu về nhiệt độ các tộ hợp phát  điện lên tới một năm;
• Giám sát từ xa các thông tin qua web từ Trung tâm Kỹ thuật CESP, tại São Paulo.

CÁC LƯU Ý

Hình 7-Màn hình giám sát nhiệt độ trong các cấu trúc bằng đồng và sắt của máy phát

E3 đã đạt được mục đích của đối với hệ thống này, cho phép người vận hành có được bản ghi đầy đủ các nhiệt độ của các tổ hợp phát điện ở nhà máy Ilha Solteira (6 tổ máy) và Jupiá (9 tổ máy) .

Việc theo dõi được thực hiện nhờ vào truyền thông mạng của phần mềm với các PLC lắp trong các tổ hợp phát điện. Bây giờ, người vận hành có thể giám sát nhiệt độ từ 1 máy tính bất kì, miễn là họ có quyền truy cập vào hệ thống giám sát trên internet.

Một lợi thế khác của E3 là cho người vận hành dựa vào lịch sử thu thập được để so sánh nhiệt độ từ mỗi tổ hợp, đây là lợi ích quan trọng giúp kiểm tra các điều kiện nhiệt độ trong nhà máy một cách toàn diện.

THÔNG TIN KỸ THUẬT

Khách hàng: Companhia Energética de São Paulo (CESP)

Đơn vị tích hợp: Altus Sistemas de Informática S/A

Gói phần mềm Elipse: Elipse E3

Số lượng license: 2

Nền tảng phần mềm: Windows XP Professional

Số lượng thông tin: 10.000

Giao thức (I/O Driver): Alnet II in TCP-IP