An toàn đập thủy điện không chỉ là vấn đề kỹ thuật – mà là vấn đề an ninh quốc gia. Một con đập hư hỏng có thể gây ra thảm họa cho hàng trăm nghìn cư dân vùng hạ du, phá hủy hạ tầng kinh tế – xã hội và tác động nghiêm trọng đến an ninh nguồn nước trên diện rộng. Chính vì vậy, Nghị định 114/2018/NĐ-CP của Chính phủ và Thông tư 09/2019/TT-BCT của Bộ Công Thương đã quy định bắt buộc các công trình thủy điện phải được trang bị hệ thống quan trắc an toàn đập với khả năng giám sát liên tục, chính xác và theo thời gian thực.

Năm 2022, PISA đã triển khai thành công dự án “Hệ thống quan trắc thu thập dữ liệu an toàn đập” cho cụm 3 nhà máy thủy điện lớn do Công ty Thủy điện Ialy (trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam – EVN) quản lý vận hành, bao gồm: Thủy điện Ialy, Sê San 3 và Pleikrông – tất cả đều nằm trên hệ thống bậc thang thủy điện sông Sê San, một trong những lưu vực có tiềm năng thủy điện lớn nhất Việt Nam.

Cụm 3 nhà máy mà PISA triển khai hệ thống quan trắc thuộc hệ thống bậc thang thủy điện trên sông Sê San, chảy qua hai tỉnh Gia Lai và Kon Tum thuộc khu vực Tây Nguyên.

Thủy điện Ialy là nhà máy thủy điện lớn nhất trên sông Sê San, với 4 tổ máy, tổng công suất 720 MW và sản lượng điện bình quân 3,68 tỷ kWh/năm. Đập chính của Ialy có chiều cao ấn tượng, tạo nên hồ chứa với dung tích lớn – đồng nghĩa với yêu cầu quan trắc an toàn ở mức cao nhất.

Thủy điện Sê San 3 gồm 2 tổ máy, công suất 260 MW, sản lượng điện trung bình 1,12 tỷ kWh/năm, đặt tại huyện Chư Păh và huyện Sa Thầy, tỉnh Gia Lai.

Thủy điện Pleikrông gồm 2 tổ máy, công suất 100 MW, sản lượng điện bình quân 417 triệu kWh/năm, xây dựng trên sông Krông Pô Kô (nhánh thượng nguồn sông Sê San), tỉnh Kon Tum.

Tổng cộng, cụm 3 nhà máy có tổng công suất lắp đặt lên đến 1.080 MW, sản xuất hơn 5,2 tỷ kWh điện mỗi năm – chiếm tỷ trọng đáng kể trong hệ thống điện quốc gia. Quy mô này cũng đồng nghĩa với trách nhiệm an toàn đập cực kỳ lớn, đòi hỏi hệ thống quan trắc phải đạt độ tin cậy và chính xác ở mức cao nhất.

Một con đập thủy điện chịu tác động liên tục từ áp lực nước, trọng lực bản thân, biến đổi nhiệt độ, tải trọng động đất và quá trình lão hóa vật liệu. Hệ thống quan trắc an toàn đập có nhiệm vụ theo dõi liên tục các chỉ số then chốt phản ánh “sức khỏe” của đập.

Về chuyển vị (displacement), hệ thống đo sự dịch chuyển của thân đập theo phương ngang, phương đứng và phương dọc trục đập – phát hiện sớm các dấu hiệu biến dạng bất thường. Về áp lực nước thấm (pore water pressure), các cảm biến piezometer đo áp lực nước bên trong thân đập và nền móng, phát hiện hiện tượng thấm bất thường có thể dẫn đến xói ngầm (piping) – một trong những nguyên nhân phổ biến nhất gây vỡ đập. Về lưu lượng thấm (seepage flow), hệ thống đo lưu lượng nước thấm qua thân đập và nền đập, so sánh với ngưỡng an toàn thiết kế. Ngoài ra, tùy theo đặc thù từng đập, hệ thống còn có thể giám sát thêm các yếu tố khác như mực nước hồ, nhiệt độ bê tông, ứng suất, biến dạng khe co giãn và gia tốc dao động.

Tất cả các chỉ số này phải được thu thập liên tục, tự động và truyền về trung tâm xử lý theo thời gian thực – không chấp nhận “điểm mù” trong giám sát.

Giải pháp của PISA – Từ cảm biến đến trung tâm điều khiển

PISA đã cung cấp giải pháp tổng thể, bao phủ toàn bộ chuỗi thu thập và xử lý dữ liệu an toàn đập cho cả 3 nhà máy:

Tầng 1: Phần cứng hiện trường – Cảm biến & Bộ ghi dữ liệu

Tại mỗi đập, PISA lắp đặt hệ thống cảm biến (sensors) chuyên dụng cho từng loại thông số quan trắc (chuyển vị, áp lực nước, thấm…) cùng các bộ ghi dữ liệu (dataloggers) có khả năng hoạt động liên tục trong điều kiện khắc nghiệt. Datalogger tự động đọc tín hiệu từ cảm biến theo chu kỳ cài đặt, số hóa và lưu trữ tạm thời trước khi truyền về máy chủ.

Tầng 2: Phần mềm thu thập số liệu

Lớp phần mềm này đóng vai trò “cầu nối” giữa phần cứng hiện trường và trung tâm xử lý. Phần mềm tự động thu thập dữ liệu liên tục từ toàn bộ cảm biến tại cả 3 đập, đồng bộ hóa thời gian, kiểm tra tính hợp lệ của dữ liệu (data validation) và lưu trữ an toàn trong cơ sở dữ liệu tập trung.

Tầng 3: Phần mềm xử lý & tính toán kỹ thuật

Dữ liệu thô từ cảm biến cần được chuyển đổi thành các chỉ số an toàn có ý nghĩa kỹ thuật. Phần mềm xử lý thực hiện các phép tính toán chuyên ngành – bao gồm hiệu chỉnh nhiệt độ, bù sai số, tính toán gradient thấm, phân tích xu hướng biến dạng – để đưa ra các chỉ số an toàn theo thời gian thực, so sánh với ngưỡng cảnh báo thiết kế.

Tầng 4: Phần mềm giám sát & cảnh báo

Đây là lớp giao diện người dùng cuối cùng, đặt tại máy tính chủ trung tâm tại trụ sở Công ty Thủy điện Ialy (TP. Pleiku, Gia Lai). Phần mềm trực quan hóa toàn bộ dữ liệu từ cả 3 đập dưới dạng biểu đồ, bản đồ nhiệt và đường xu hướng. Hệ thống tự động phát cảnh báo phân cấp khi bất kỳ chỉ số nào vượt ngưỡng an toàn, giúp đội vận hành ra quyết định kịp thời và chính xác.

Thách thức kỹ thuật đặc thù

Triển khai hệ thống quan trắc cho cụm 3 đập thủy điện cùng lúc đặt ra hàng loạt thách thức mà không phải nhà thầu nào cũng có thể đáp ứng. Về quy mô phân tán, 3 nhà máy nằm rải rác trên địa bàn 2 tỉnh Gia Lai và Kon Tum, cách nhau hàng chục km trong địa hình đồi núi phức tạp, đòi hỏi hạ tầng truyền thông tin cậy để đưa toàn bộ dữ liệu về một trung tâm duy nhất. Về môi trường vận hành khắc nghiệt, thiết bị cảm biến và datalogger phải chịu được độ ẩm cao, nhiệt độ thay đổi lớn, sấm sét và điều kiện khí hậu Tây Nguyên. Về yêu cầu độ chính xác cực cao, sai số đo lường phải ở mức rất nhỏ (cỡ mm cho chuyển vị, cỡ kPa cho áp lực nước) để phát hiện các biến đổi tinh vi trong hành vi của đập. Về tính liên tục tuyệt đối, hệ thống phải hoạt động 24/7/365 không gián đoạn – bởi an toàn đập không cho phép “thời gian chết”.

Giá trị mang lại

Việc hoàn thành hệ thống quan trắc an toàn đập cho cụm 3 nhà máy mang đến giá trị to lớn trên nhiều phương diện. Về an toàn cộng đồng, hệ thống cảnh báo sớm bảo vệ trực tiếp cuộc sống và tài sản của hàng trăm nghìn cư dân vùng hạ du sông Sê San. Về tuân thủ pháp luật, dự án đáp ứng đầy đủ yêu cầu của Nghị định 114/2018/NĐ-CP và Thông tư 09/2019/TT-BCT về quản lý an toàn đập, hồ chứa thủy điện. Về vận hành chủ động, thay vì kiểm tra định kỳ thủ công, đội vận hành giờ đây có bức tranh toàn cảnh về “sức khỏe” của cả 3 đập theo thời gian thực từ một trung tâm duy nhất. Về dữ liệu dài hạn, hệ thống tích lũy cơ sở dữ liệu quan trắc liên tục qua nhiều năm, là nền tảng cho phân tích xu hướng dài hạn, bảo trì dự đoán và đánh giá an toàn đập trong tương lai.