Tổng quan quan trắc thủy điện thông tư 17/2021/TT-BTNMT

Quan trắc thủy điện là một trong những quan trắc môi trường tự động phổ biến. Trong thực tiễn, hồ chứa thuỷ điện chính là hạng mục quan trọng quyết định tới hiệu quả hoạt động và tính an toàn theo thời gian của một nhà máy thuỷ điện. Chính vì vậy, việc tiến hành quan trắc thủy điện để thu thập số liệu nhằm quản lý, kiểm soát tốt tình hình hoạt động, thi công hồ chứa thuỷ điện là hết sức cần thiết. 

Và ngay sau đây, BKCEMS TECH sẽ chia sẻ đến bạn những thông tin cần biết về phương pháp, hệ thống quan trắc thủy điện cùng phương pháp đo ghi thiết bị quan trắc hồ chứa thuỷ điện cùng phân loại thiết bị quan trắc thuỷ điện!

1. Cơ sở pháp lý lập hồ sơ dự án quan trắc thủy điện

(1) Nghị định 38/2016/NĐ–CP hướng dẫn Luật khí tượng thủy văn với các quy định về quan trắc khí tượng thủy văn; hành lang kỹ thuật công trình khí tượng thủy văn; dự báo, cảnh báo khí tượng thủy văn; khai thác, sử dụng, trao đổi thông tin, dữ liệu khí tượng thủy văn:

• Hồ chứa thủy điện quan trắc lượng mưa tại đập chính;
• Mực nước tại thượng lưu và hạ lưu đập chính; tính toán lưu lượng đến hồ;
• Lưu lượng xả, lưu lượng qua tua bin;
• Dự tính khả năng gia tăng mực nước hồ theo lưu lượng đến hồ;
• Tần suất quan trắc 4 lần một ngày theo giờ Hà Nội vào 01 giờ, 07 giờ, 13 giờ và 19 giờ trong mùa lũ, 2 lần một ngày vào 07 giờ, 19 giờ trong mùa cạn. Trường hợp vận hành chống lũ, tần suất quan trắc, tính toán tối thiểu một giờ một lần.

Căn cứ tại điều 37: “Ủy ban nhân dân tỉnh lập danh mục công trình và chủ công trình phải tổ chức quan trắc khí tượng thủy văn quy định tại Điều 3 của Nghị định này thuộc phạm vi quản lý và hằng năm cập nhật, bổ sung danh mục công trình và chủ công trình gửi Bộ Tài nguyên và Môi trường.”

Đối tượng lắp đặt: Điều 3, khoản 1:

• Hồ chứa thủy lợi có cửa van điều tiết, lũ và hồ chứa thủy điện có dung tích toàn bộ từ >3.000.000 m3;
• Hồ chứa thuộc phạm vi điều chỉnh của quy trình vận hành liên hồ chứa trên các lưu vực sông;

(2) Thông tư số 47/2017/TT-BTNMT ngày 07/11/2017 Quy định về Giám sát khai thác, sử dụng tài nguyên nước

Đối tượng: Các công trình hồ chứa khai thác nước mặt để phát điện với công suất lắp máy trên 50kW, bao gồm cả công trình thủy lợi ḱết hợp với thủy điện

Thông số giám sát: quy định tại điều 9, khoản 1, bao gồm:

• Mực nước hồ;
• Lưu lượng xả duy trì dòng chảy tối thiểu;
• Lưu lượng xả qua nhà máy;
• Lưu lượng xả qua tràn.

Hình thức giám sát:

• Hồ chứa có dung tích toàn bộ từ (01) triệu m3 trở lên: thực hiện giám sát tự động, trực tuyến đối với các thông số quy định tại khoản 1, Điều 9 toàn bộ nhỏ hơn một (01) triệu m3: thực hiện giám sát tự động, trực tuyến đối với các thông số quy định tại Khoản 1 Điều này và giám sát bằng camera đối với việc vận hành xả nước;
• Hồ chứa có dung tích toàn bộ nhỏ hơn một (01) triệu m3: thực hiện giám sát tự động, trực tuyến đối với các thông số quy định tại Điểm a, Điểm b và Điểm c Khoản 1 Điều này, thực hiện giám sát định kỳ đối với thông số quy định tại Điểm d Khoản 1 Điều này; giám sát bằng camera đối với việc vận hành xả nước duy trì dòng chảy tối thiểu và xả nước qua tràn.

Về chế độ giám sát:

• Không quá 15 phút 01 lần đối với các thông số yêu cầu giám sát tự động, trực tuyến;
• Không quá 06 giờ 01 lần vào mùa lũ, 12 giờ 01 lần vào mùa cạn và phải cập nhật số liệu vào hệ thống giám sát tối thiểu 01 ngày 01 lần trước 20 giờ hàng ngày đối với các thông số giám sát định kỳ

(3) Nghị định 114/2018/NĐ-CP ngày 04/09/2018 về Quản lý an toàn đập, hồ chứa nước thủy điện cần quan trắc các yếu tố như sau:

• Quan trắc lượng mưa trên lưu vực;
• Quan trắc mực nước tại thượng lưu, hạ lưu đập;
• Tính toán lưu lượng đến hồ, lưu lượng xả;
• Dự báo lưu lượng đến hồ; Khả năng gia tăng mực nước.

(4) Thông tư số 30/2018/TT-BTNMT ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc quy định kỹ thuật về quan trắc và cung cấp thông tin, dữ liệu KTTV đối với trạm KTTV chuyên dụng.

2. Yêu cầu chung của Hệ thống quan trắc thủy điện

• Cần có hệ thống giám sát lượng mưa, lưu lượng về hồ và mực nước hồ
• Tính toán lưu lượng xả, lưu lượng qua tua bin, qua dòng chảy tối thiểu
• Dự tính khả năng gia tăng mực nước hồ
• Dự báo mưa trên lưu vực
• Dự báo lưu lượng về hồ
• Cảnh báo khi diễn biến thời tiết bất lợi, phức tạp như mưa, lũ lớn được cập nhật thường xuyên bằng Email, Notification.
• Quản lý dữ liệu bằng phần mềm hỗ trợ Web, App.
• Thực hiện theo danh mục phải tổ chức quan trắc khí tượng thủy văn (nếu có) của UBND tỉnh

3. Giải pháp quan trắc thủy điện tại Nhà máy

3.1. Mục 1: Đo mực nước thượng lưu

• Sử dụng thiết bị đo bằng phương pháp sóng Rađa lắp đặt trên đập thượng lưu để đo khoảng cách đến mặt nước.
• Dữ liệu truyền về hệ thống Nhận và truyền dữ liệu nêu trên tại phòng điều khiển trên đập tràn. Dữ liệu được phân tích và truyền về Datalogger đặt tại phòng điều khiển trung  tâm Nhà máy.

3.2. Mục 2: Đo mực nước hạ lưu

• Sử dụng thiết bị đo bằng phương pháp sóng Rađa lắp đặt trên đập hạ lưu để đo khoảng cách đến mặt nước.
• Dữ liệu truyền về hệ thống Nhận và truyền dữ liệu và được phân tích và truyền về Datalogger đặt tại phòng điều khiển trung tâm.

3.3. Mục 3: Đo lưu lượng nước qua tổ máy

Phương pháp đo: Thực hiện 02 giải pháp đo

• Giải pháp 1: Lấy dữ liệu qua Thiết bị đo hiện hữu của nhà máy (hoặc đầu tư thiết bị đo mới)
• Giải pháp 2: Phần mềm tính toán lưu lượng qua từng tổ máy được tính toán trên quy đổi công suất phát điện của tổ máy.

Truyền thông và giám sát dữ liệu

• Giải pháp 1: Truyền dữ liệu về Hệ thống giám sát thông số lưu lượng qua tổ máy từ bộ AI/DI về thiết bị Datalogger đặt tại phòng điều khiển trung tâm.
• Giải pháp 2: Phần mềm tính toán dựa trên các số liệu đầu vào đã biết.

Đối với dữ liệu truyền đi, có chức năng lựa chọn thông số từ Giải pháp 1 hoặc Giải pháp 2.

3.4. Mục 4: Đo lưu lượng nước qua cửa xả tràn

(1) Phương pháp đo:

Với đập xả tràn:

• Phương án 1: Phần mềm tự động tính toán lưu lượng nước xả tràn thông qua các thông số thiết kế và theo mực nước.
• Phương án 2: Sử dụng cảm biến đo lưu lượng kèm theo thông số thiết kế.

Với đập xả cánh cung:

• Phần mềm tự động tính toán lưu lượng nước xả tràn thông qua các thông số đầu vào là độ mở các cửa xả tràn.
• Độ mở cửa van được đọc từ cảm biến Encoder.

(2) Truyền thông và giám sát dữ liệu:

• Dữ liệu chuyển về bộ lưu nhận tại phòng điều khiển tại Đập tràn và về Datalogger tại phòng điều khiển trung tâm.
• Phần mềm hỗ trợ lấy dữ liệu độ mở cửa van tự động từ Encoder hoặc nhập bằng tay.

3.5. Mục 5: Đo mưa tại Nhà máy

• Sử dụng bộ thiết bị đo mưa dạng gầu lật, tín hiệu thu về thiết bị Nhận và truyền dữ liệu tại Thượng lưu và các điểm cần đo lưu lượng mưa rồi truyền về Thiết bị datalogger, máy tính đặt tại Phòng điều khiển trung tâm lưu trữ dữ liệu.

3.6. Mục 6: Thiết bị truyền thông, xử lý số liệu

• Thiết bị nhận và truyền dữ liệu: Lắp tại phòng điều khiển đập tràn và/hoặc phòng điều khiển trung tâm. Sử dụng IPC và các modul kèm theo trên nền tảng công nghệ TwinCat. Hệ thống đảm bảo theo chuẩn công nghiệp, đảm bảo độ ổn định. Kết nối với hệ thống datalogger và máy tính thông qua giao tiếp TCP/IP.
• Thiết bị datalogger, máy tính đặt tại Phòng điều khiển trung tâm lưu trữ dữ liệu, phần mềm xử lý, truyền, hiển thị nội dung: Là hệ thống máy tính công nghiệp, đảm bảo độ ổn định cao, có hệ thống dự phòng và có thể xuất backup dữ liệu ra thiết bị lưu trữ bên ngoài.

3.7. Mục 7: Hệ thống truyền dữ liệu bằng hình ảnh

Hệ thống camera: Camera IP, hỗ trợ hồng ngoại, chuẩn công nghiệp, lắp đặt ngoài trời, gồm:

• Camera giám sát cửa xả tràn để quan sát thước góc mở của cửa xả tràn và dòng chảy qua cửa xả tràn.
• Camera dùng quan sát mực nước thượng lưu được lắp theo dõi thước mực nước thượng lưu.
• Đầu ghi hình Channel, hỗ trợ chuẩn giao thức ONVIF, có ổ cứng đáp ứng lưu trữ dữ liệu tối thiểu 30 ngày cho Camera.
• Dữ liệu hình ảnh được lấy từ hệ thống camera, lưu trữ tại đầu ghi với thời gian lớn hơn 1 tháng và có thể trích xuất lưu trữ ra ngoài đồng thời cho phép cấp tài khoản để các hệ thống Cơ sở dữ liệu khác truy cập theo đúng quy định.

4. Giải pháp truyền dữ liệu quan trắc thủy điện về CSDL/Cơ quan quản lý nhà nước

4.1. Giải pháp tổng thể truyền dữ liệu quan trắc thủy điện

• Gửi dữ liệu về CSDL giám sát theo đường truyền internet IP tĩnh hiện hữu.
• Các thông số thiết lập để truyền dữ liệu đáp ứng đúng chuẩn web-request, dữ liệu dạng json, được mã hóa theo chuẩn UTF8.
• Hệ thống phải đảm bảo có tính mở rộng trong việc truyền dữ liệu khi có thêm yêu cầu.

4.2. Mô hình cách thức truyền dữ liệu

Mô hình tín hiệu của quan trắc thủy điện

• Gateway nhà máy: GGNM – Máy tính có phần mềm truyền dữ liệu tại PĐKTT.
• Gateway Sở Tài nguyên và Môi trường: GGS – Hệ thống thu thập dữ liệu tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh.
• Khi các GWNM cần gửi dữ liệu về GWS, các GWNM thiết lập giao thức web-request để upload các thông tin. Thông thường GWNM gửi dữ liệu về GWS trong các trường hợp sau:

• • Theo thời gian định trước.
  • Khi GWNM gửi lại dữ liệu không gửi được về GWS do mất kết nối.

Cách thức truyền dữ liệu quan trắc thủy điện

Định dạng URL: http://domainname/sensor_data?id=plcid&ver=1.0&time=ddMMyyyyHHmss&mode=x

Trong đó:

• Domainname là domain của máy chủ xử lý dữ liệu.
• Plcid: là id định danh của GWNM trong hệ thống.
• Ver: Phiên bản định dạng dữ liệu, hiện thời là phiên bản 1.0. time: Thời gian lấy số liệu theo định dạng ddMMyyyyHHmmss. mode: Loại dữ liệu, nhận 1 trong 2 dữ liệu:
• T: Dữ liệu realtime. B: Dữ liệu backlog.
• Định dạng dữ liệu upload:

Dữ liệu upload sử dụng dạng json, mã hóa theo chuẩn UTF8, định dạng như sau:

{

so_lieu_1 : gia_tri, so_lieu_2 : gia_tri,

…

so_lieu_n : gia_tri,

}

Trong đó các so_lieu_1,…, so_lieu_n là những chỉ số cần đo đạc một số thông số cho bởi bảng sau:

Lưu ý:

• Gateway nhận tín hiệu từ PLC/Datalogger thượng/hạ lưu, lưu lượng xả qua nhà máy cần phải có vùng lưu trữ dữ liệu tạm thời tại nhà máy (RAM/thẻ nhớ) trong ít nhất 3 ngày trong trường hợp có sự cố làm gián đoạn khả năng thu nhận.
• Các số liệu trên nếu không có thì không thêm vào dữ liệu json. Những số liệu nếu không được tính toán từ GWNM sẽ được tính trên GWS. Trả lời của GWS: Khi nhận được dữ liệu từ GWNM, GWS sẽ trả lời dưới dạng text như sau:

• • OK: Bản ghi dữ liệu phù hợp GWS đã tiếp nhận và xử lý. E001: Lỗi sai định dạng dữ liệu.
  • E002: ID không phù hợp.

5. Vật tư thiết bị của Hệ thống Quan trắc thủy điện

STT	Tên thiết bị	Thông số kỹ thuật	Đơn vị
1	Thiết bị đo mực nước thượng lưu	Theo yêu cầu KT	Bộ
2	Cảm biến đo độ mở cửa van xả tràn	Theo yêu cầu KT	Bộ
3	Cảm biến đo lưu lượng qua tổ máy	Theo yêu cầu KT	Bộ
4	Trạm đo mưa	Theo yêu cầu KT	Bộ
5	Số liệu đo mưa	Theo yêu cầu KT	Trạm
6	Đường truyền quang nội bộ, vị trí lắp đặt	Theo yêu cầu KT	Hệ thống
7	Bộ nhận và truyền dữ liệu thượng lưu và hạ lưu	Theo yêu cầu KT	Bộ
8	Cảm biến đo lường mực nước hạ lưu	Theo yêu cầu KT	Bộ
9	Bộ biến độ tín hiệu AI/DI	Theo yêu cầu KT	Bộ
10	Bộ đọc và truyền dữ liệu từ Encoder cửa van xả tràn	Theo yêu cầu KT	Bộ
11	Tủ lắp đặt	Theo yêu cầu KT	Bộ
12	Máy tính chủ	Theo yêu cầu KT	Bộ
13	Tủ rack	Theo yêu cầu KT	Bộ
14	Phần mềm (PMIS, HMI,…) phục vụ kết nối, tính toán, hiển thị dữ liệu, lưu trữ, phân tích và gửi dữ liệu theo yêu cầu của Sở TNMT, Cục quản lý tài nguyên nước	Theo yêu cầu KT	Bộ