Ứng dụng các công nghệ giám sát online để vận hành hiệu quả nhà máy và hồ chứa thủy điện (ICOLD Bulletin CL 2026)- Bài 8

CHƯƠNG VII: CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN CẤU TRÚC THÉP

1. TỔNG QUAN

1.1 Định nghĩa

Công nghệ giám sát trực tuyến cấu trúc thép của nhà máy thủy điện là quá trình thu thập dữ liệu trạng thái của các cấu trúc thép theo thời gian thực, truyền tải và xử lý thông tin dựa trên công nghệ cảm biến, công nghệ thu thập thông tin và công nghệ xử lý, tính toán và phân tích dữ liệu, nhằm thực hiện giám sát trực tuyến theo thời gian thực, phân tích thông minh và hỗ trợ chẩn đoán trạng thái của các cấu trúc thép trong nhà máy thủy điện.

1.2 Mục tiêu và ý nghĩa

Cấu trúc thép của nhà máy thủy điện chủ yếu bao gồm cửa van, cần cẩu cổng và ống áp lực. Trong thời gian dài, trạng thái vận hành của các cấu trúc thép của nhà máy thủy điện thường được giám sát thông qua kiểm tra bằng mắt và giám sát tín hiệu điều khiển điện của một số thiết bị cơ điện, trong khi các phương pháp giám sát trực tuyến tiêu chuẩn và hiệu quả để giám sát theo thời gian thực các ứng suất cấu trúc chính, biến dạng, các tham số thủy lực của khe van và kênh dẫn, khả năng nâng và các tham số nội tại khác của cấu trúc thép vẫn còn thiếu. Việc giám sát trực tuyến các tham số then chốt của cấu trúc thép cho phép nhận diện chính xác các khuyết tật, hiện tượng sự cố và nguyên nhân, đồng thời cung cấp cảnh báo sớm, báo động và báo cáo đánh giá an toàn kịp thời, từ đó hiệu quả tránh hoặc giảm thiểu tai nạn. Nó đại diện cho một công cụ phân tích và phương pháp giám sát ở một chiều hướng hoàn toàn mới cho các nhà quản lý vận hành nhà máy thủy điện trong việc giám sát, chẩn đoán và đánh giá thiết bị.

1.3 Lịch sử phát triển

Cuối thế kỷ trước, công nghệ điều khiển tự động và giám sát cần cẩu cổng của nhiều nhà máy thủy điện đã được sử dụng phổ biến trong các công trình thủy lợi và thủy điện lớn khi công nghệ máy tính tiếp tục phát triển, từ đó thực hiện giám sát trực tuyến điều khiển cần cẩu cổng (crane) và các tín hiệu điều khiển điện như nhiệt độ dầu, mức dầu, áp suất dầu và tải trọng nâng. Tuy nhiên, do môi trường vận hành phức tạp của các cấu trúc thép của nhà máy thủy điện, điều kiện thử nghiệm trực tuyến kém, khả năng thích ứng kém của các cảm biến đặc biệt, tiêu chuẩn ngành và quy định kỹ thuật lạc hậu và các yếu tố khác, việc giám sát trực tuyến các cấu trúc thép đã lâu không khả thi.

Sau khi bước vào thế kỷ 21, các quan sát mẫu đã được thực hiện trên các cửa van tràn xả lũ, cần cẩu cổng trên đập, ống áp lực và các ống thép nhánh trong nhiều dự án thủy lợi và thủy điện quan trọng ở Trung Quốc, nhưng các đối tượng đo đạc không thể được giám sát trực tuyến về trạng thái và đánh giá về hiệu suất. Với việc công nghệ cảm biến tiếp tục tiến bộ, các kỹ sư Trung Quốc đã tiên phong trong việc áp dụng các phương tiện khoa học và công nghệ hiện đại để xây dựng một hệ thống giám sát trực tuyến theo thời gian thực và quản lý an toàn vận hành cho các cấu trúc thép thủy công. Các chức năng của hệ thống áp dụng cho các đặc điểm như đặc tính động lực của thiết bị (căng thẳng động, tần số rung và dịch chuyển rung), hiệu suất ổ trục và tư thế vận hành của cấu trúc cẩu cổng, cũng như theo dõi và kiểm tra lâu dài nhiều tham số hiệu suất quan trọng. Nó thực hiện cảnh báo sớm về trạng thái sức khỏe của các cấu trúc thép và hiện tượng mở rộng khuyết tật sớm. Đồng thời, ngành năng lượng của Trung Quốc cũng đã công bố các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan, tạo ra các yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn hóa và thống nhất phương pháp giám sát và các chỉ số kỹ thuật của phần cứng và phần mềm, chẳng hạn như hiệu suất tham số của các cảm biến đặc biệt và thiết bị thu thập tín hiệu, và quy trình xử lý truyền tải dữ liệu, tính toán và phân tích. Điều này tạo nền tảng cho việc phổ biến nhanh chóng công nghệ giám sát trực tuyến theo thời gian thực của các cấu trúc thép.

Kể từ năm 2017, công nghệ giám sát trực tuyến theo thời gian thực đã được áp dụng dần dần cho các cổng và cần cẩu cổng của hệ thống xả lũ của một số nhà máy thủy điện lớn và vừa ở Trung Quốc có yêu cầu quản lý cao, và một số nhà máy thủy điện đó đã kết nối dữ liệu với các phòng điều khiển trung tâm của họ để giám sát theo thời gian thực. Sau khi thiết lập và vận hành, các hệ thống này đại diện cho một công cụ phân tích và phương pháp giám sát ở một chiều hướng hoàn toàn mới cho các nhà quản lý vận hành nhà máy thủy điện trong việc giám sát, chẩn đoán và đánh giá thiết bị.

Vào năm 2019, công nghệ giám sát trực tuyến cho hoạt động của các cấu trúc thép của Trung Quốc đã được áp dụng cho các dự án thủy điện ở Guinea, Tây Phi, và sẽ được phổ biến hơn nữa trong các hệ thống xả lũ của các nhà máy thủy điện mới trên toàn thế giới trong tương lai.

2. CÔNG NGHỆ CHÍNH

2.1 Các mục giám sát

Dựa trên đặc điểm an toàn và điều kiện vận hành của các đối tượng giám sát cũng như cơ chế hư hỏng phổ biến, các mục giám sát chính bao gồm:

1. Giám sát trực tuyến theo thời gian thực của cổng:

   - Giám sát rung động do dòng chảy: Theo dõi gia tốc rung động, dịch chuyển và tần số của các bộ phận đặc trưng để đảm bảo cảnh báo sớm khi dịch chuyển rung động vượt quá tiêu chuẩn và tần số rung động gần với tần số riêng của cấu trúc.

   - Giám sát ứng suất: Theo dõi giá trị ứng suất làm việc của các bộ phận quan trọng như dầm chính, cánh tay(càng van) hướng tâm và móc nâng, phân tích giá trị ứng suất tĩnh và động, đảm bảo cảnh báo sớm khi giá trị ứng suất vượt quá tiêu chuẩn.

   - Giám sát tư thế vận hành: Theo dõi quỹ đạo di chuyển của đường trung tâm cổng trong quá trình nâng hạ, tính toán khoảng cách giữa thân cẩu cổng và đường ray bên, đảm bảo cảnh báo sớm khi khoảng cách vượt quá giá trị cụ thể.

   - Giám sát trạng thái vận hành của các bộ phận quan trọng: Theo dõi trạng thái vận hành của các bộ phận như ổ trục của càng van cung, bánh xe cố định của cổng phẳng hoặc bánh xích, đảm bảo cảnh báo sớm khi có trạng thái vận hành bất thường (ví dụ: khóa ổ trục hoặc bánh xe cố định không quay).

2. Giám sát trực tuyến theo thời gian thực của cần cẩu cổng:

   - Tín hiệu điều khiển điện quan trọng: Giám sát các tín hiệu ON/OF, tải trọng nâng, nhiệt độ dầu và hệ thống điều khiển điện.

   - Các bộ phận chính của cần cẩu cổng tời: Theo dõi giá trị ứng suất làm việc của dầm chính và dầm đỡ của ổ trục trống.

   - Cơ cấu nâng của cần cẩu cổng tời: Giám sát hoạt động của cơ cấu nâng.

   - Dịch chuyển trục và phanh của cần cẩu cổng tời: Theo dõi dịch chuyển trục và phanh.

   - Đứt gãy và mất diện tích mặt cắt của cáp thép: Giám sát tình trạng của cáp thép.

   - Ổ trục và ghế bản lề của cần cẩu cổng thủy lực: Giám sát các bộ phận quan trọng của cần cẩu cổng thủy lực.

3. Giám sát trực tuyến theo thời gian thực của ống áp lực thép đầu vào, ống thép nhánh và thân máy tổ máy:

   - Giám sát sự mở rộng khuyết tật: Theo dõi sự phát triển của các khuyết tật trong cấu trúc.

   - Giám sát ứng suất: Theo dõi ứng suất trong các bộ phận quan trọng.

   - Giám sát rung động cấu trúc: Theo dõi rung động của cấu trúc.

   - Giám sát độ dày thành ống: Theo dõi độ dày của thành ống để phát hiện mài mòn hoặc ăn mòn.

Việc triển khai các hệ thống giám sát trực tuyến này giúp đảm bảo an toàn, hiệu quả và độ tin cậy trong vận hành của các cấu trúc thép trong nhà máy thủy điện.

2.2 Công nghệ cảm biến

1. Công nghệ kiểm tra ứng suất:

   - Cảm biến biến dạng bề mặt: Được sử dụng để đo ứng suất trên bề mặt kết cấu thép, từ đó tính toán ứng suất của kết cấu dựa trên mô đun đàn hồi của thép.

2. Công nghệ kiểm tra phát xạ âm thanh:

   - Cảm biến phát xạ âm thanh: Dùng để phát hiện các khuyết tật cục bộ bên trong vật liệu bằng cách nhận tín hiệu phát xạ âm thanh từ bên trong vật liệu hoặc kết cấu.

3. Công nghệ kiểm tra gia tốc:

   - Cảm biến gia tốc: Được sử dụng để phát hiện tác động hoặc gia tốc của phản ứng động (rung động do dòng chảy) của kết cấu thép.

4. Công nghệ phát hiện nghiêng:

   - Cảm biến nghiêng: Chủ yếu được sử dụng để giám sát trực tuyến theo thời gian thực tư thế vận hành của càng van cung.

5. Công nghệ phát hiện căng thẳng cáp thép:

   - Cảm biến căng thẳng cáp thép: Dùng để phát hiện căng thẳng của cáp thép từ tính. Dựa trên nguyên lý hiệu ứng từ tính của vật liệu từ tính, các cảm biến này thực hiện đo không tiếp xúc, không gây hư hỏng cho cáp thép được đo.

6. Công nghệ phát hiện đứt cáp thép:

   - Cảm biến phát hiện đứt cáp thép: Dùng để phát hiện hư hỏng cục bộ của cáp thép từ tính, như đứt cáp (chủ yếu do mỏi và mài mòn).

7. Công nghệ phát hiện tần số dao động tự nhiên:

   - Phương pháp quét tần số: Thường được sử dụng để xác định tần số dao động tự nhiên của kết cấu thép thủy lực, bao gồm việc sử dụng bộ kích thích với khối lượng lệch tâm để tạo ra kích thích ở các bộ phận đặc trưng của cổng với tần số tăng dần từ 0 Hz đến 200 Hz nhằm xác định điểm cộng hưởng của cửa van.

8. Công nghệ giám sát tác động âm:

   - Cảm biến tác động âm: Kết hợp cảm biến gia tốc và cảm biến phát xạ âm thanh để tạo thành cảm biến tác động âm. Với băng thông rộng và độ nhạy cao, cảm biến tác động âm chủ yếu được sử dụng để giám sát các hư hỏng của ổ trục cổng, có thể phát hiện chính xác các khuyết tật của ổ trượt như bong tróc, nứt, lõm, ăn mòn và dính.

 2.3 Công nghệ xử lý và phân tích dữ liệu

Việc xử lý dữ liệu bao gồm việc xử lý sau thu thập dữ liệu theo thời gian thực, bao gồm lọc, loại bỏ nhiễu, trung bình hóa, hồi quy và tính toán. Việc sử dụng đường cong trung bình có trọng số và phép toán hồi quy đảm bảo hiệu quả việc kết hợp thông tin và độ chính xác của quá trình lọc.

Các tín hiệu cảm biến thu thập được được số hóa và sau đó phân tích theo miền thời gian và tần số. Thông tin hiển thị tương tác được tạo ra giúp tối ưu hóa quản lý an toàn và thiết lập hệ thống quản lý vận hành trực quan.

 2.4 Công nghệ tích hợp hệ thống

Hệ thống giám sát trực tuyến theo thời gian thực và quản lý an toàn vận hành cho kết cấu thép là một hệ thống tích hợp kết hợp công nghệ cảm biến và công nghệ xử lý, tính toán và phân tích dữ liệu. Hệ thống bao gồm các cảm biến đo biến dạng, rung động, nghiêng, dòng điện xoáy, áp suất xung, lưu lượng, nhiệt độ, độ ẩm, mực nước và video, cùng với hệ thống thu thập dữ liệu, hệ thống điều khiển chính, thiết bị đầu cuối tại chỗ, máy chủ đám mây, thiết bị đầu cuối từ xa, thiết bị đầu cuối di động, v.v. Kiến trúc của hệ thống giám sát trực tuyến theo thời gian thực và hệ thống quản lý an toàn vận hành cho kết cấu thép của nhà máy thủy điện được thể hiện trong hình.

Kiến trúc của hệ thống giám sát trực tuyến theo thời gian thực và hệ thống quản lý an toàn vận hành cho kết cấu thép thường bao gồm các thành phần chính sau, hoạt động phối hợp để đảm bảo đánh giá và quản lý liên tục về sức khỏe cấu trúc:

1. Cảm biến và Thu thập Dữ liệu:

   -  Cảm biến: Nhiều loại cảm biến được triển khai để đo các tham số vật lý như biến dạng, rung động, nghiêng, nhiệt độ và dịch chuyển. Những cảm biến này thu thập dữ liệu theo thời gian thực từ kết cấu thép.

   - Đơn vị Thu thập Dữ liệu: Các đơn vị này nhận tín hiệu từ cảm biến, thực hiện xử lý ban đầu nếu cần thiết và truyền tải dữ liệu đến hệ thống xử lý trung tâm.

 2. Truyền Tải Dữ liệu:

   - Mạng Truyền Thông: Một mạng truyền thông đáng tin cậy, thường là không dây, truyền tải dữ liệu thu thập được từ các đơn vị thu thập đến hệ thống xử lý trung tâm. Các công nghệ như LoRa, ZigBee hoặc mạng di động thường được sử dụng.

3. Xử lý và Phân tích Dữ liệu:

   - Thiết bị Tính toán Biên (Edge Computing): Trong một số hệ thống, việc xử lý dữ liệu sơ bộ được thực hiện tại biên để giảm độ trễ và sử dụng băng thông.

   - Hệ thống Xử lý Trung tâm: Hệ thống này thực hiện phân tích dữ liệu toàn diện, bao gồm lọc, loại bỏ nhiễu và phân tích nâng cao để đánh giá sức khỏe cấu trúc và phát hiện bất thường.

4. Lưu trữ Dữ liệu:

   - Hệ thống Cơ sở Dữ liệu: Dữ liệu đã được xử lý được lưu trữ trong các cơ sở dữ liệu để phân tích lịch sử, giám sát xu hướng và báo cáo.

5. Giao diện Người dùng và Trực quan hóa:

   - Bảng điều khiển (Dashboard): Các bảng điều khiển tương tác hiển thị dữ liệu theo thời gian thực và lịch sử, hình ảnh hóa và cảnh báo, cho phép kỹ sư và người ra quyết định giám sát hiệu quả tình trạng của cấu trúc.

6. Hệ thống Cảnh báo và Báo cáo:

   - Cơ chế Cảnh báo: Hệ thống tạo ra cảnh báo và báo cáo dựa trên các ngưỡng đã được xác định trước hoặc các bất thường được phát hiện, hỗ trợ quyết định bảo trì kịp thời.

7. Quản lý Bảo trì:

   - Công cụ Hỗ trợ Quyết định: Các công cụ hỗ trợ trong việc lập kế hoạch bảo trì và ra quyết định dựa trên dữ liệu đã được phân tích và các cảnh báo.

Kiến trúc tích hợp này đảm bảo giám sát liên tục, phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và ra quyết định thông minh để duy trì an toàn và tính toàn vẹn của kết cấu thép.

 Để thực hiện giám sát trực tuyến theo thời gian thực và quản lý an toàn vận hành cho các kết cấu thép thủy lực, việc sử dụng các cảm biến tiên tiến là rất quan trọng. Các cảm biến này thu thập các tham số chính của các thành phần thép chính trong kỹ thuật thủy lực và thủy điện, bao gồm:

- Ứng suất kết cấu: Đo lường ứng suất tác động lên các bộ phận của kết cấu để đánh giá tình trạng cục bộ. Cảm biến biến dạng piezoelectric, chẳng hạn như cảm biến piezoelectric dựa trên PVDF, có thể đo ứng suất mà không cần nguồn điện bên ngoài, giúp giảm tiêu thụ năng lượng và tăng độ bền.

- Phản ứng động: Theo dõi các rung động và gia tốc để phát hiện các bất thường trong hoạt động của kết cấu. Cảm biến gia tốc đa trục MEMS có thể cung cấp dữ liệu theo thời gian thực về các thay đổi trong đặc tính động, giúp phát hiện hư hỏng hoặc thay đổi hiệu suất. 

- Tư thế vận hành của cửa van: Giám sát góc nghiêng và chuyển động của cổng để đảm bảo hoạt động đúng đắn. Cảm biến nghiêng và cảm biến góc nghiêng có thể cung cấp dữ liệu chính xác về sự thay đổi trong tư thế hoạt động của cửa.

- Mô-men xoắn và dịch chuyển: Đo lường mô-men xoắn và dịch chuyển để đánh giá hiệu suất của các cơ cấu cơ khí. Cảm biến mô-men xoắn và cảm biến dịch chuyển có thể cung cấp thông tin chi tiết về hoạt động của các bộ phận cơ khí.

- Áp suất và lưu lượng nước: Giám sát áp suất và lưu lượng nước để đánh giá hiệu quả của hệ thống thủy lực. Cảm biến áp suất và lưu lượng có thể đo lường các tham số này một cách chính xác. 

- Nhiệt độ và độ ẩm môi trường hoạt động: Theo dõi các điều kiện môi trường để đánh giá tác động của chúng đến kết cấu. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm có thể cung cấp dữ liệu về các biến động môi trường. 

- Mực nước và video giám sát tại chỗ: Giám sát mực nước và sử dụng camera để quan sát trực tiếp tình trạng của kết cấu. Cảm biến mực nước và hệ thống camera có thể cung cấp thông tin trực quan về tình trạng của kết cấu.

Việc kết hợp các công nghệ phân tích số, công nghệ cảm biến, công nghệ truyền thông, công nghệ mạng và "Internet+" giúp xây dựng hệ thống giám sát trực tuyến theo thời gian thực và quản lý an toàn vận hành cho các kết cấu thép thủy lực. Hệ thống này cho phép thu thập và phân tích dữ liệu từ các cảm biến, cung cấp thông tin kịp thời về tình trạng của kết cấu và hỗ trợ quá trình ra quyết định trong việc bảo trì và vận hành.

 3. ỨNG DỤNG TRONG VẬN HÀNH TÍCH HỢP CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ HỒ CHỨA

Công nghệ giám sát trực tuyến kết cấu thép của các nhà máy thủy điện đã được áp dụng rộng rãi trong việc giám sát theo thời gian thực và quản lý an toàn cho cổng và cần cẩu cổng trong các công trình thủy lực và thủy điện. Một hệ thống giám sát an toàn hiệu quả cho phép phát hiện kịp thời bất kỳ nguy cơ an toàn nào trong quá trình vận hành, là phương pháp hiệu quả để ngăn ngừa hỏng hóc của cửa van và cần cẩu cổng, tránh tai nạn. Công nghệ này đã mang lại lợi ích kinh tế và xã hội đáng kể và có giá trị phổ biến rộng rãi.

Ví dụ, các nhà máy thủy điện ở hạ lưu sông Jinsha và trên sông Dadu ở Trung Quốc đã tiên phong trong việc phát triển và lắp đặt hệ thống giám sát trực tuyến cho kết cấu thép. Hầu hết các nhà máy thủy điện này có đập cao và hồ chứa lớn, là một phần quan trọng của hệ thống kiểm soát lũ ở lưu vực sông Dương Tử, với yêu cầu rất cao về quản lý an toàn. Cụ thể, các cơ sở xả lũ của bốn nhà máy thủy điện khổng lồ thế giới, bao gồm Wudongde, Baihetan, Xiluodu và Xiangjiaba, đều được trang bị hệ thống giám sát trực tuyến cho kết cấu thép. Thông qua hệ thống này, một số tín hiệu chẩn đoán được kết nối trực tiếp với hệ thống điều khiển trung tâm của nhà máy thủy điện để giám sát theo thời gian thực và cảnh báo về trạng thái của cửa van và cần cẩu cổng, đồng thời cho phép phản ứng khẩn cấp sớm thông qua Hệ thống Điều khiển Giám sát Dựa trên Máy tính từ xa (CSCS). Đồng thời, dữ liệu về các điều kiện làm việc khác nhau được thu thập trong quá trình vận hành để cung cấp cho các nhà quản lý thiết bị cơ sở cho việc bảo trì dựa trên tình trạng và đánh giá. Giao diện giám sát và giao diện phân tích dữ liệu của hệ thống xả lũ trong một nhà máy thủy điện điển hình được thể hiện trong Hình 7-2.

Hình 7-2 minh họa giao diện giám sát và phân tích dữ liệu của hệ thống xả lũ trong một nhà máy thủy điện điển hình. Hệ thống này bao gồm các thành phần chính như sau:

1. Giao diện giám sát:

   - Hiển thị trạng thái cửa van và cần cẩu cổng: Cung cấp thông tin về tình trạng hoạt động của cổng và cần cẩu, bao gồm vị trí, tốc độ và tình trạng cơ học.

   - Dữ liệu cảm biến theo thời gian thực: Hiển thị các thông số như ứng suất, biến dạng, nhiệt độ và độ ẩm từ các cảm biến được lắp đặt trên kết cấu thép.

   - Cảnh báo và thông báo: Cung cấp thông tin về các sự kiện bất thường hoặc cảnh báo, giúp nhân viên vận hành kịp thời xử lý các tình huống khẩn cấp.

2. Giao diện phân tích dữ liệu:

   - Phân tích xu hướng: Hiển thị biểu đồ và đồ thị thể hiện xu hướng của các thông số quan trọng theo thời gian, giúp nhận diện sớm các dấu hiệu bất thường.

   - Báo cáo hiệu suất: Cung cấp báo cáo chi tiết về hiệu suất hoạt động của cổng và cần cẩu, hỗ trợ trong việc đánh giá và lập kế hoạch bảo trì.

   - Dự báo và mô phỏng: Sử dụng dữ liệu thu thập được để dự báo các tình huống tương lai và mô phỏng các kịch bản khác nhau, hỗ trợ trong việc ra quyết định.

Việc tích hợp các giao diện giám sát và phân tích dữ liệu này giúp đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của hệ thống xả lũ, đồng thời cung cấp cơ sở cho việc bảo trì dựa trên tình trạng thực tế của thiết bị.

4. TRIỂN VỌNG

Công nghệ giám sát trực tuyến kết cấu thép của các nhà máy thủy điện hiện vẫn đang trong giai đoạn đầu phát triển, với nhiều tiềm năng để cải thiện các hệ thống giám sát hiện có. Trong bối cảnh môi trường vận hành khắc nghiệt và yêu cầu đánh giá định kỳ về độ ổn định và độ chính xác của các cảm biến trong hệ thống giám sát, việc thu thập và phân tích một lượng lớn dữ liệu giám sát là rất cần thiết để tích lũy dữ liệu mẫu và cải thiện các chỉ số giám sát. Đồng thời, việc thúc đẩy phát triển các tiêu chuẩn ngành về công nghệ giám sát trực tuyến kết cấu thép là cấp thiết để điều chỉnh sự phát triển chất lượng cao của công nghệ này.

Với yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt về quản lý an toàn của các nhà máy thủy điện, kết quả giám sát trực tuyến theo thời gian thực của kết cấu thép đã được áp dụng rộng rãi trong những năm gần đây, cung cấp một đảm bảo mạnh mẽ cho hoạt động an toàn của các kết cấu thép. Do đó, công nghệ này có triển vọng ứng dụng tươi sáng.

Tiến bộ trong công nghệ giám sát kết cấu thép:

- Hợp tác giữa Voith Hydro và STRUCINSPECT: Voith Hydro, một trong những nhà cung cấp thiết bị thủy điện hàng đầu, đã hợp tác với STRUCINSPECT, một công ty khởi nghiệp của Áo, để phát triển giám sát kết cấu dân dụng trong các nhà máy thủy điện. Họ đã triển khai hệ thống giám sát kỹ thuật số đầu tiên tại một cơ sở thủy điện ở Scotland, nhằm tối ưu hóa tuổi thọ và hiệu suất của các kết cấu, đường ống và tuabin. 

- Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong giám sát: AI đã mang lại nhiều khả năng chuyển đổi trong việc kiểm tra các dự án thủy điện và đập. Việc sử dụng dữ liệu từ drone, cảm biến và hình ảnh vệ tinh, các hệ thống AI có thể phân tích các yếu tố cấu trúc để phát hiện dấu hiệu hao mòn, như nứt, biến dạng hoặc xói mòn. Điều này cho phép phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và cải thiện hiệu quả và độ chính xác của quá trình kiểm tra.

- Giám sát sức khỏe kết cấu trong kết cấu thép: Việc tích hợp công nghệ drone với hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu (SHM) nâng cao khả năng kiểm tra các kết cấu thép. Drones được trang bị cảm biến và camera có thể thực hiện kiểm tra từ xa, thu thập dữ liệu hình ảnh chi tiết từ các khu vực khó tiếp cận, giúp xác minh tình trạng của kết cấu thép một cách hiệu quả và giảm thiểu nhu cầu kiểm tra thủ công tốn kém. 

- Giám sát phát xạ âm: Công nghệ giám sát phát xạ âm ngày càng được sử dụng trong giám sát điều kiện cho các nhà máy thủy điện. Công nghệ này ghi lại âm thanh tần số cao phát ra từ thiết bị cơ khí khi vật liệu bắt đầu xuống cấp hoặc nứt. Việc sử dụng cảm biến phát xạ âm trên các kết cấu như tuabin, máy phát điện và đập giúp phát hiện sớm các dấu hiệu căng thẳng hoặc mệt mỏi của vật liệu, cung cấp một lớp bảo vệ bổ sung cho các nhà máy thủy điện.

- Điện toán đám mây và xử lý biên: Việc sử dụng điện toán đám mây và công nghệ xử lý biên giúp quản lý hiệu quả lượng lớn dữ liệu được tạo ra từ các cảm biến IoT trong các nhà máy thủy điện. Các nền tảng đám mây cho phép lưu trữ và xử lý dữ liệu giám sát điều kiện một cách an toàn, cung cấp thông tin theo thời gian thực về tình trạng của thiết bị và cơ sở hạ tầng từ bất kỳ đâu trên thế giới. Đồng thời, xử lý biên giúp giảm độ trễ và cho phép ra quyết định nhanh chóng trong các tình huống khẩn cấp.

- Sinh đôi kỹ thuật số: Việc phát triển sinh đôi kỹ thuật số – các bản sao ảo của các hệ thống vật lý – đại diện cho ranh giới tiếp theo trong giám sát điều kiện. Bằng cách tạo ra một sinh đôi kỹ thuật số của một nhà máy thủy điện, các nhà điều hành có thể mô phỏng hoạt động của nhà máy, dự đoán hiệu suất và kiểm tra các kịch bản khác nhau mà không ảnh hưởng đến hệ thống thực tế. Điều này cung cấp cái nhìn sâu sắc chưa từng có về hoạt động của nhà máy và hỗ trợ ra quyết định thông minh hơn. 

Tiêu chuẩn ngành và phát triển chất lượng cao:

Việc thúc đẩy phát triển các tiêu chuẩn ngành về công nghệ giám sát trực tuyến kết cấu thép là rất quan trọng để đảm bảo sự phát triển chất lượng cao của công nghệ này. Việc thiết lập một hệ thống giám sát thông minh trực tuyến khoa học và thống nhất, thực hiện thu thập và tiền xử lý dữ liệu giám sát theo thời gian thực, phân tích dữ liệu trực tuyến sâu, và vận hành kịp thời đánh giá an toàn và cảnh báo sớm là cấp thiết. Hệ thống này không chỉ cải thiện mức độ thông tin hóa của giám sát và quản lý an toàn mà còn cung cấp thông tin kịp thời về tình trạng vận hành của các dự án thủy lợi và thủy điện, hỗ trợ hiệu quả trong việc kiểm soát lũ và giảm thiểu rủi ro cho cộng đồng hạ lưu.

Tổng kết lại, công nghệ giám sát trực tuyến kết cấu thép trong các nhà máy thủy điện đang phát triển mạnh mẽ, với nhiều tiến bộ và ứng dụng mới. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển, cùng với việc thiết lập các tiêu chuẩn ngành phù hợp, sẽ đảm bảo sự phát triển bền vững và an toàn của các kết cấu thép trong lĩnh vực thủy điện.