Trong bài viết này đề cấp ứng dụng phần mềm Elipse E3 để điều khiển các bước khác nhau liên quan tới phát việc phát điện được thực hiện một tổ hợp gồm 17 nhà máy thủy điện nhỏ (Small Hydro Power Centrals-SHPC) của Tập đoàn năng lượng CPFL.

Theo trung tâm báo chí của Elipse Software

NHU CẦU

Hình 1-Trung tâm điều hành sự phát điện Generation Operations Center

Tập đoàn năng lượng CPFL (CPFL Power Group) nắm giữ việc vận hành hành trong ngành điện Brazil gần một thế kỉ. Các công ty con của CPFL được dành riêng cho việc phân phối năng lượng, phát điện và kinh doanh điện. CPFL được đánh giá là công ty tư nhân lớn nhất trong ngành năng lượng Brazil, với 19 SHPCs và một nhà máy nhiệt điện, với tổng dung lượng được lắp đặt tương ứng 120 MW và 36 MW, tất cả chúng nằm trong bang São Paulo. Với vai trò và nhiệm vụ của mình, CPFL có một mạng lưới đối tác rộng lớn và luôn luôn tìm kiếm các đối tác tiềm năng ở Brazil và ngoài nước để đầu tư nguồn lực một cách hiệu quả và đầy đủ điều kiện.

Một trong những đối tác của CPFL là Elipse Software, một công ty chuyên phát triển những giải pháp dành cho quản lý vận hành. Một giải pháp phần mềm đó là Elipse E3, phần mềm được áp dụng bởi CPFL để hỗ trợ các nhà điều hành trong các trung tâm điều hành phát điện (GOC) điều khiển tổ hợp 17 nhà máy thủy điện nhỏ, chúng là : Americana,Buritis, Pinhal, Chibarro, Capão Preto, Dourados, Eloy Chaves, Esmeril, Jaguari, São Joaquim, Lençóis, Monjolinho,Santana, Salto Grande, Socorro, Três Saltos và Gavião Peixoto. Tổng cộng có 16 bản sao Elipse E3 được mua, và mỗi trạm trong 17 trạm đã được cung cấp lắp đặt E3 Server của riêng.

GIẢI PHÁP

Elipse E3 cho phép các vận hành viên từ  trung tâm GOC giám sát tất cả các phần và thiết bị trong 17 SHPC. Do đó, phần mềm tối ưu hóa các báo cáo điều khiển trong thời gian thực, thông qua màn hình của hệ thống, tất cả các chi tiết của sự cố xảy ra một trong các nhà máy có thể được thu thập về trung tâm.

Để truy cập tới hệ thống, đầu tiên một mật khẩu được yêu cầu trong màn hình chính của hệ thống giám sát-màn hình mô hình hóa 17 SHPC được phân bố trên bản đồ bang São Paulo. Sau khi việc đăng nhập vào hệ thống thành công, vận hành viên có thể lựa chọn nhà máy phát điện hoặc thiết bị cần được giám sát.

Hình 2- Màn hình ứng dụng tổng quan

HỒ CHỨA NƯỚC

Sau khi truy cập vào hệ thống, phần mềm cung cấp cho người dùng các màn hình vận hành khác nhau. Đầu tiên, hệ thống cho phép vận hành viên giám sát hồ chứa nước, là nơi chặn nước sông, đó là nơi trữ nước điều khiển hướng tới đường dẫn, và sau đó đến các tuabin. Hồ chứa nằm gần hoặc trên các con đập của nhà máy thủy điện nhỏ (SHPC).

Hình 3-Màn hình hiển thị thông tin nước đầu vào

Trước khi đi vào khoang, nước sông chảy qua quá trình lọc được thực hiện tại các ống cống. Quá trình này được thiế kế để ngăn các mảnh vụn có trong nước sông chui vào phá hủy roto của các tua bin máy phát, nếu xảy ra sẽ dẫn đến phá hủy toàn bộ sự vận hành nhà máy. Đối với các khoang phát điện, phần mềm Elipse E3 cho phép vận hành viên giám sát mức nước để có thể đảm bảo rằng lượng lượng phù hợp cho dải vận hành, kiểm tra bổ sung thêm tình trạng các cửa xả lũ mở hay đóng.

Hình 4-Màn hình điêu khiển khoang phụ tải của SHPC

TURBINE

Từ các khoang chứa, nước chảy vào tua bin, là thiết bị lam chuyển động máy phát điện có kết nối với lưới điện thông qua trạm biến áp. Một tua bin máy phát bao gồm các bộ phận: đường xoắn ốc, bộ tiền phần phối, phân phối và rotor.

Lớp vỏ xoắn ốc là một cấu trúc hình con ốc bao quang bộ phận tiền phân phối, phân phối và rotor. Phần vỏ này được đấu với đường ống dẫn nước, kết nối với khoang tải với turbin ở phần đầu vào, và với phần tiền phân phối ở khu vực đầu ra. Phần mềm Elipse E3 sẽ tạo dựng hình hảnh về chiều cao thác nước trên phần vỏ xoắn ốc.

Hình 5-Màn hình điều khiển Turbine

Bộ phận tiền phân phối chịu trách nhiệu tạo ra dòng nước chảy tới bộ phận phân phối. Bộ phận này gồm 18 tới 24 cánh quạt kiểu lưỡi dao cố định, tạo ra tính thủy động học tốc độ chậm, nó sẽ điều khiển dòng nước, tránh sự bất ổn của dòng chảy. Bộ phận này không chuyển động, và nó được hàn vào vỏ hình xoắn ốc.

Bộ phận phân phối, là thiết bị điều khiển công suất của turbine bằng cách điều chỉnh dòng nước. Bộ phận này gồm 18 đến 24 cánh chuyển động, các cánh này di chuyển theo cơ chế thủy lực bên ngoài hộp xoắn ốc. Tất cả các lưỡi di chuyển đồng thời và cùng tốc độ, phần mềm E3 sẽ điều khiển sự chuyển động của các lưỡi dao này.

Hình 6-Màn hình hiển thị % mở của lưỡi dao DCL

Từ bộ phận phân phát, các luồng nước chảy tới rotor, tại đây năng lượng của nước và năng lượng do trọng lực được chuyển hóa thành năng lượng cơ. Khi có sự chuyển đổi này, nước sẽ chảy tới ống dẫn đầu ra, các ống này có đường kính thường lớn hơn ống dẫn đầu vào, nó sẽ làm chậm luồng chảy của nước khi chảy qua turbine, và nước được trả lại về sông. Giai đoạn này của quá trình giống như các giai đoạn khác, cũng được giám sát thông qua các màn hình của phần mềm Elipse E3, cho phép điều khiển các cửa đầu ra của nhà máy thủy điện nhỏ.

Hình 7- Màn hình hiển thị các cửa thoát lũ để nước quay trở lại sông.

CÁC VAN, Ổ BI VÀ THIẾT BỊ THỦY LỰC

Việc đóng và mở các van bướm và van đường vòng, các van này được đặt giữa khoảng tải và turbin, chúng cũng được điều khiển bằng phần mềm Elipse E3 (xem Hình 5). Van bướm bảo vệ và khóa luồng nước chảy vào turbine trong trường hợp khẩn cấp, giúp tránh phá hủy kết cấu của nhà máy thủy điện nhỏ. Van đường vòng (bypass) được sử dụng để điều chỉnh áp suất của nước ở phía thượng nguồn (khu vực liền kề với đầu vào) và hạ lưu (phía đầu ra) của cánh bướm trước khi van mở.

Giữa trục rotor của tua bin và máy phát là các ổ bi, đây là thiết bị có tác dụng chịu lực và thậm chí kết nối giữa các cấu trúc đảm bảo sự chăc chắn và ổn định. Tuy nhiên, để đảm bảo được điều này, các ổ bi cần được tra dầu và làm mát thường xuyên, để giảm thiểu sự ma sát và nhiệt độ dọc trục.

Hình 8-Màn hình hiển thị cửa sổ điều khiển các ổ bi

Cả hai quá trình (làm mát và bôi trơn các ổ bi) được thực hiện tại thiết bị thủy lực, được giám sát bằng phần mềm Elipse E3. Thông qua một cửa sổ, người sử dụng có thể điều khiển áp suất, nhiện độ và bộ lọc dầu nhớt, cũng như các bơm chịu trách nhiệm cho dầu bơm để bơm dầu tới các ổ bi hoạt động liên tục.

Hình 9- Màn hình điều khiển thiết bị thủy lực

THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN

Phần cuối cùng, đó là phần mềm cho phép giám sát các tổ máy phát của nhà máy thủy điện công suất nhỏ. Thông qua màn hình đơn lẻ, bạn có thể xem các giá trị hiện thời của công suất hữu công-vô công, điện áp và dòng điện, tần số.

Hình 10-Màn hình điều khiển thiết bị phát điện

SƠ ĐỒ KẾT NỐI MỘT SỢI

Để điều khiển các máy phát, phần mềm Elipse E3 cũng cung cấp một màn hành hiển thị toàn bộ sơ đồ kết nối một sợi. Sơ đồ một sợi này là sự thể hiện đơn giản sự kết nối của hệ thống điện, mục đích để thể hiện sự kết nối giữa các thiết bị trong hệ thống phát nguồn (máy cắt, dao cách ly, máy biến áp,.v.v.)

Hình 11-Màn hình thể hiện sơ đồ một sợi

LỢI ÍCH

• Tối ưu hóa quá trình điều khiển 17 nhà máy thủy điện nhỏ của tập đoàn CPFL
• Điều khiển xa các nhà máy thủy điện nhỏ và các quá trình phát điện bằng các màn hình E3, không cần thực hiện tại các GOC.
• Giám sát hồ chứa từ phía thượng nguồn dòng sông cho tới các cửa nhận nước.
• Điều khiển mức nước trong hồ chứa bằng các khoang tải.
• Điều khiển các van bướm và van đường vòng để cho phép điều hướng dòng nước tạo ra các đường cân bằng (vỏ xoắn ốc, tiền phân phối, phân phối và rotor).
• Điều khiển các ổ bi để tránh các phá hủy do ma sát hoặc quá nhiệt.
• Điều khiển các giá trị đo lường (điện áp, dòng điện, công suất, và tần số) và các bô phận trong tổ hợp máy phát điện.
• Hiển thị sơ đồ một sợi kết nối năng lượng.
• Điều khiển tất các các bảo vệ cho thiết bị máy móc và các trạm điện của nhà máy.

THÔNG TIN KỸ THUẬT

Khách hàng: CPFL Energia

Đơn vị tích hợp hệ thống: CPFL Energia

Gói phần mềm Elipse sử dụng: Elipse E3

Số lượng license: 16

Nền tảng phần mềm: Windows XP và Windows 2008 Server

Số lượng I/O (tag thông tin): 15.000

Các giao thức sử dụng (I/O Driver): Modbus, Moeller, GEETH, ABNTNBR1422

SHPC : Small Hydro Power Central
GOC   : Generation Operation Center