Thiết kế trạm thủy điện huội muồng PA1

Mục đích của việc tính toán thuỷ năng : Mục đích của việc tính toán thuỷ năng là xác định các thông số cơ bản của hồ chứa vàcủa trạm thuỷ điện TTĐ 6... Nguyên tắc chọn Ptt: Mức đảm bảo đ

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng điện có vai trò vô cùng to lớn trong sự phát triển văn hoá và đời sốngnhân loại Nhu cầu điện năng của cả thế giới tăng trưởng ngày càng mạnh hoà nhịpvới tốc độ tăng trưởng nền kinh tế chung, có thể nói một trong những tiêu chuẩn đểđánh giá sự phát triển của một quốc gia đó là nhu cầu sử dụng điện năng Nguồnđiện năng chủ yếu là nhiệt điện than, nhiệt điện khí đốt, thuỷ điện, điện nguyên tử

và một số nguồn năng lượng khác như năng lượng gió, năng lượng mặt trời … Songnguồn điện do thủy điện chiếm tỷ trọng lớn trong hệ thống quốc gia

Ở nước ta, điện năng luôn đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tếcủa đất nước.Để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế đất nước thì yêu cầu về điệnnăng đòi hỏi ngày càng nhiều Nước ta thường xuyên thiếu điện so với nhu cầu pháttriển sản xuất cũng như nhu cầu nâng cao chất lượng đời sống xã hội Nhiều nămqua thiếu điện đã góp phần làm chậm tốc độ sản xuất , tác động tiêu cực đến môitrường đầu tư và làm ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng chung của nền kinh tế.Thiếu điện đã khiến cuộc sống của bộ phận dân cư gặp khó khăn và làm giảm khảnăng thỏa mãn nhu cầu nâng cao chất đời sống toàn xã hội

Có thể nói thiếu điện là một trong những vấn đề lớn mà việt nam đang phải đối mặttrên tiến trình phát triển của một quốc gia công nghiệptheo hướng hiện đại Chính vìtầm quan trọng cũng như tiềm năng về thủy điện rất lớn như vậy nên đòi hỏi người

kỹ sư thiết kết và thi công phải năm vững kiến thức về thủy điện

Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thủy điện, được sự đồng ý của

nhà trường và hội đồng thi tốt nghiệp khoa năng lượng em được giao đề tài " Thiết

Kế Trạm Thủy Điện Huội Muồng PA1 " công trình này nằm trên địa bàn huyện

Quế Phong tỉnh Nghệ An

1

MỤC LỤC

2

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Vị trí địa lý:

Thủy điện Huội Muồng PA1 nằm trên sông Chu, thuộc Bản Huổi Muồng ởtrung tâm xã Đồng Văn, huyện biên giới Quế Phong, Nghệ An Vị trí tuyến côngtrình có toạ độ 19°48’50” Vĩ độ Bắc, 105°03’50” Kinh độ Đông, nằm phía trênthượng lưu khoảng 14 km so với tọa độ của trạm thủy văn Mường Hinh

1.2 Đặc điểm khí tượng thuỷ văn:

37,7

39,5

41,5

41,5

39,4

39 37,4

35,4

34,2

34,5

226,6

206,3

191,9

166,4

154,7

138,6

Số ngày mưa trong năm thống kê tại trạm khí tượng đại biểu Mường Hinh trìnhbày

3

4

6

21,9

23,1

28,7

40,4

42,3

43,6

34,3

33,9

38,4

33,8

32

403

1.2.4 Chế độ dòng chảy:

- Tài liệu bùn cát: + Hàm lượng bùn cát trong nước bc

ρ = 386,1 g/m3

+ Hàm lượng riêng bùn cát bc

γ = 1,5 T/m3

1.3 Tình hình vật liệu xây dựng:

1.3.1 Đá:

Xung quanh khu vực tuyến đập không phát hiện ra nguồn vật liệu đá nào

có chất lượng tốt với trữ lượng dồi dào

Về xi măng, sắt thép, do ở địa phương chưa phát triển về ngành này, nên phải

đi mua ở nơi khác

5

CHƯƠNG 2: CÁC QUAN HỆ2.1 Quanhệlònghồ (Z ~ F ~ W):

Z ( m ) F (km2) V ( triệu

m3) Z ( m ) F (km2)

V ( triệum3)

23,1

28,7

40,4

42,3

43,6

34,3

33,9

1.1 Mục đích của việc tính toán thuỷ năng :

Mục đích của việc tính toán thuỷ năng là xác định các thông số cơ bản của hồ chứa vàcủa trạm thuỷ điện (TTĐ)

6

1.2 Chọn mức bảo đảm tính toán:

1.2.1 Khái niệm về mức đảm bảo tính toán:

Tình hình làm việc của trạm thủy điện (TTĐ) luôn phụ thuộc vào tình hình thủyvăn Trong điều kiện thuận lợi thì TTĐ đảm bảo cung cấp điện, còn những năm ítnước thì TTĐ không đảm bảo cung cấp điện an toàn

1.2.2 Nguyên tắc chọn Ptt:

Mức đảm bảo được dùng để xác định các thông số của TTĐ và dùng để xácđịnh vai trò của TTĐ trong cân bằng công suất của hệ thống gọi là mức bảo đảmtính toán (Ptt).Ta thấy Ptt tăng thì công suất bảo đảm của TTĐ (Nđb) sẽ giảm xuống

P =(Thời gian làm việc bình thường / Tổng thời gian vận hành) x100%

1.2.3 Mức bảo đảm tính toán của TTĐ Huội Muồng P1:

Kinh nghiệm cho thấy, nếu:

- NMTĐ lớn có công suất Nlm> 50 Mw, thường chọn Ptt = (85÷ 95)%

- NMTĐ nhỏ làm việc độc lập hoặc tỷ trọng của nó trong hệ thống nhỏ thì Ptt =(50 ÷ 80)%

Các chỉ tiêu trên chỉ tính cho TTĐ có nhiệm vụ phát điện là chính Ngoài ra còn

sử dụng một số chỉ tiêu khác để tính cho TTĐ có nhiệm vụ lợi dụng tổng hợp Đốivới TTĐ Huội Muồng PA2 có nhiệm vụ phát điện là chính, ngoài ra nó còn có nhiệm

vụ phòng lũ cho vùng hạ du Theo QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT, công trình thuỷđiện Huội Muồng PA2 có công suất dự kiến > 50 MW thuộc công trình cấp I chọntần suất thiết kế là PTK = 90%

7

CHƯƠNG 2 :TÍNH TOÁN THỦY NĂNG VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG

ÁN TTĐHUỘI MUỒNG PA1

CHƯƠNG 2:TÍNH TOÁN THỦY NĂNG VÀ LỰA CHỌN CÁC

PHƯƠNG ÁN TTĐ HUỘI MUỒNG PA12.1 Chọn năm tính toán và các năm thuỷ văn đặc trưng:

2.1.1 Phân mùa dòng chảy :

Dựa vào bảng liệu thủy văn xác định được:

+ Từ tháng VI đến tháng X hàng năm là tháng mùa lũ: 4 tháng

+ Từ tháng XI đến tháng V hàng năm là tháng mùa lũ: 8 tháng

Dựa vào số liệu đã cho ta tiến hành vẽ đường tần suất dòng chảy kiệt và lũ

2.1.2 Xác định 3 năm điển hình:

- Xây dựng các đường tần suất:

+ Đường tần suất lưu lường trung bình mùa kiệt

Mùa kiệt: từ tháng XI đến tháng V Với:

Q

+ Đường tần suất lưu lường trung bình năm Với: 12

12 1

∑

=

= i

i tb

n

Q Q

Từ các đường tần suất lưu lượng ta xác định được:

Qtbmk 130,88 50,875 33,89Qtbml 267,26 163,48 111,878

Năm kiệt thiết kế :

Dựa vào đường tần suất ta tìm được P = PTK = 90%

= 1,00Kết quả sau khi thu phóng là :

Năm trung bình nước:

Dựa vào đường tần suất ta có:

=

50,875 56,87

= 1,1Kết quả sau khi thu phóng là :

Năm nhiều nước :

Dựa vào đường tần suất ta tìm được :

P = Ptk =10%

10%

ml Q

267,26 m3/s10%

2.2 Lựa chọn mực nước dâng bình thường (MNDBT):

MNDBT là mực nước cao nhất trong hồ ứng với các điều kiện thuỷ văn và chế độlàm việc bình thường Nó là thông số chủ chốt quan trọng vì có ảnh hưởng đến quy

mô, kích thước công trình (chiều cao đập, kích thước các công trình xả lũ), các chỉtiêu năng lượng khác (dung tích hồ chứa, cột nước, lưu lượng, công suất đảm bảo vàđiện năng hàng năm của trạm thủy điện) và các vấn đề có liên quan về vùng hồ.Trong đồ án này, tôi được giao phương án: MNDBT = 245 m

2.3 Xác định MNC hay độ sâu công tác có lợi (hct):

Mực nước chết (MNC): Là mực nước thấp nhất của hồ chứa trong điều kiện làm việc bình thường của hồ chứa

2.3.1 Mối quan hệ giữa MNC với lợi ích.

Đối với các ngành lợi dụng tổng hợp MNC thấp ⇒

Vhi tăng (hct tăng ) dẫn tới: + Lợi ích về cấp nước

+ Cấp nước công nghiệp, sinh hoạt tăng…

+ Thủy sản cũng tăng

+ Giao thông thủy phía thượng lưu giảm và phía hạ lưu tăng

2.3.2 Mối quan hệ giữa MNC với chi phí.

Khi MNDBT = const, thay đổi hct => C thay đổi, hct tăng => MNC giảm => vốnđầu tư vào cửa lấy nước tăng, vốn đầu tư vào đường dẫn cũng thay đổi, hct tăng =>tiền mua thiết bị tăng lên, tiền lắp ráp tăng lên, kích thước nhà máy tăng lên

=>KNM lớn lên

2.3.3 Xác định MNC giới hạn và độ sâu công tác cho phép của hồ:

Đối với mỗi phương án MNDBT vấn đề đặt ra là nên chọn độ sâu công tác là baonhiêu thì có lợi nhất

hct = MNDBT - MNC

11

Từ điều kiện về bồi lắng lòng hồ và điều kiện làm việc của Tuabin ta sẽ chọn ra

được độ sâu công tác cho phép (

cf ct

a, Xác định độ sâu công tác cho phép theo điều kiện làm việc của tuabin

Sơ bộ chọn kiểu tuabin tâm trục:

ax

1 3

+ Qhlmin : Lưu lượng nhỏ nhất ở hạ lưu nhà máy

Do không có tài liệu cụ thể về yêu cầu nước ở hạ lưu và chưa xác định được số tổmáy, hơn nữa qua việc nghiên cứu quan hệ Q ~ Zhl ta thấy mực nước hạ lưu thayđổi tương đối ít so với sự thay đổi của lưu lượng chảy về hạ lưu Vì vậy sơ bộ talấy:

b, Xác định độ sâu công tác cho phép theo điều kiện bồi lắng lòng hồ:

Là điều kiện đảm bảo trong suốt quá trình sử dụng hồ chứa không bị bồi lắng quá cửa

Hình 2.3:Các mực nước trong hồ

Trong đó:

+ d2 là khoảng cách an toàn để tránh bùn cát vào cửa lấy nước, chọn d2 = 1m

+ d1 là khoảng cách từ MNC đến mép trên CLN nhằm tránh không khí vào đườnghầm, chọn d1 = 1m

+ D là chiều cao của của lấy nước

+ Zbc là cao trình bùn cát bồi lắng vào long hồ trong thời gian vận hành công trình

: là dung trọng của bùn cát Sơ bộ lấy bằng 1,5 T/m3

* T : Tuổi thọ công trình, sơ bộ chọn công trình cấp I, lấy T = 100 năm

* 0

W

: Lượng nước trung bình nhiều năm

13

= vậy

4*Q t D

: Là lưu lượng nước lớn nhất chảy qua nhà máy

VCLN: Là vận tốc trước cửa lấy nước VCLN = ( 1 ÷ 1,2) (m/s) chọn VCLN = 1 m/s

Sơ bộ chọn số tổ máy của trạm thủy điện là Z = 2 tổ, khi đó:

h = min h h = min = ≈

(m)Vậy mực nước chết theo độ sâu công tác cho phép là:

[MNC]= 245 – 28 = 217 (m)

c, Kiểm tra hình thức điều tiết của hồ chứa:

Xét hệ số điều tiết :

6 6 0

=> Trạm thủy điện điều tiết năm

d, Xác định độ sâu công tác có lợi nhất ( hct0):

Với trạm thủy điện điều tiết năm thì tiêu chuẩn chọn MNC tối ưu hay độ sâu côngtác có lợi nhất là Emk đạt tới trị số lớn nhất

Cách xác định hct0 như sau : giả thiết hctgt< hctcf , sau đó ta tính toán thủy năng đểxác định ứng với mỗi giá trị hctgt Khi đó hct0 sẽ là độ sâu mà đạt max

Lập bảng tính toán:

+ Cột (1): các giá trị hct giả thiết

+ Cột(2): MNC tương ứng với hctgt, MNC= MNDBT- hctgt

+ Cột(3): Dung tích chết VC tra từ quan hệ Z~F~W

+ Cột(4): Dung tích hữu ích Vhi = VMNDBT - Vc

+ Cột (5): Lưu lượng trung bình thủy điện mùa kiệt

+ Cột(6): Dung tích trung bình Vtb = 0,5Vhi+ Vc

+ Cột(7): Mực nước thượng lưu trung bình , tra theo quan hệ Z~F~W

15

+ Cột (8): Mực nước hạ lưu trung bình, tra theo quan hệ Q~Zhl

+ Cột(14): Cột nước trung bình Hpđ = Ztltb – Zhltb

+ Cột (15): Công suất trung bình mùa kiệt N = 8,5.Q.H

+ Cột (16): điện năng trung bình mùa kiệt Etbmk = N.720

Kết quả tính toán xemphụ lục 2.3

Trong đồ án này dùng phương pháp Emk = max để xác định hct Trên biểu đồ quan

hệ Emk~hct ta thấy đường Emk ~ hct luôn tăng Vậy ta chọn cột nước công tác tối

ưu là hct = 28 (m) ứng với thỏa mãn điều kiện làm việc của tuabin và điều kiện bồi lắng

MNC = MNDBT - hct0 = 234 – 28 = 217 (m)

2.4 Tính toán thuỷ năng cho ba năm thuỷ văn điển hình:

Phương pháp tính thuỷ năng là tính toán theo QTĐ = const, thời đoạn tính toán

∆t= 1tháng = 2,62.106 (s)

* Các bước tính toán:

+ Tính lưu lượng phát điện từng tháng (chưa kể đến các tổn thất thấm và bốc hơi):

- Đối với mùa lũ (mùa trữ nước):

Ð 1

L tn i

Q

V Q

tn i

Q: Tổng lưu lượng các tháng mùa lũ

+ L: Số tháng mùa lũ (n = 4 tháng)

+ Vhi: Dung tích hữu ích của hồ chứa, Vhi = 481,37.106 m3

Nếu

Ð T

ml

Q

>

tn i

Qthì trong tháng lũ thứ i sẽ phát điện với lưu lượng thiên nhiên

Q

<

tn i

Q Cứ như vậy cho

đến khi tất cả các tháng mùa lũ đều có:

Ð T ml

Q

≤

tn i

Q.16

- Đối với mùa kiệt (mùa cấp):

Ð 1

K tn i

Q

V Q

tn i

Q: Tổng lưu lượng các tháng mùa kiệt

+ L: Số tháng mùa kiệt (n = 8 tháng)

+ Vhi: Dung tích hữu ích của hồ chứa, Vhi = 481,37.106 m3

Nếu

Ð T

mk

Q

<

tn i

Qthì trong tháng kiệt thứ i sẽ phát điện với lưu lượng thiên nhiên

Q

>

tn i

Q Cứ như vậy cho

đến khi tất cả các tháng mùa kiệt đều có:

Ð T mk

Q

≥

tn i

Q

+ Tính lưu lượng cấp và trữ trong hồ: ∆Q =

Ð T tn

+ Tính lượng nước cấp và trữ trong hồ: ∆V = ∆Q.∆t với ∆t = 2,62.106 s

+ Tính dung tích của hồ tại các thời điểm đầu và cuối tháng:

Vđ1 = VMNC = 200,62.106 m3

Vci = Vđi + ∆Vi với i = 1 ÷ 12 tháng

Vci = Vđi+1

+ Tính mực nước trung bình của hồ ở thời đoạn tính toán: Vtbi = (Vđi + Vci)/2

+ Tính mực nước thượng lưu bình quân của hồ ở thời đoạn tính toán( tli

bhi i

h F

hhi: Lớp nước bốc hơi mặt hồ tháng thứ i

17

+ Cột nước bình quân của thời đoạn tính toán: i tli hli

Z Z

Kn: Hệ số công suất, sơ bộ lấy: Kn = 8,5

+ Điện lượng bình quân tháng:

720 N

do công suất bảo đảm quyết định Nó chỉ ra mức độ tham gia vào cân bằng côngsuất điện lượng trong hệ thống điện

2.5.2 Các phương pháp tính Nbđ:

+ Phương pháp 1: Xác định Nbđ theo năm kiệt thiết kế

+ Phương pháp 2: Xác định Nbđ theo đường tần suất công suất trung bình mùa kiệt+ Phương pháp 3: Xác định Nbđ theo đường tần suất công suất trung bình tháng

18

2.5.3 Xác định công suất bảo đảm(Nbđ)

Với TTĐ Huội Muồng PA1 có hồ điều tiết năm em chọn cách 2 để xác địnhNbđ

Nội dung của phương pháp: Tiến hành xác định công suất trung bình mùa kiệtcủa các năm trong liệt năm thuỷ văn hiện có của công trình thiết kế:

mki

N

= Kn

TÐ mki

mki

Q

: Lưu lượng thiên nhiên bình quân mùa kiệt năm thứ i

Vhi dung tích hữu ích của hồ

Kết quả tính toán xem Phụ lục 2.5

Sau đó tiến hành xây dựng đường tần suất công suất bình quân mùa kiệt, ứng với PTK ta tìm được Nbđ

Hình 2.5: Đường tần suất công suất trung bình mùa kiệt

Ứng với tần suất đảm bảo là 90% ta tra trên đường tần suất công suất trung bìnhmùa kiệt ta được: Nbđ = Ntbmk = 29,3 (MW)

2.6 Xác định công suất lắp máy (Nlm).

2.6.3 Xác định công suất lắp máy:

Trong phạm vi đồ án này do thiếu tài liệu về phụ tải nên ta tính Nlm theo công thức kinh nghiệm: Nlm = (2 ÷ 5).Nbđ Với: Nbđ = 29,3MW → Nlm = (58,6 ÷ 146,5) (MW)

Tùy theo khả năng điều tiết của hồ chứa, hình dáng biểu đồ phụ tải, vị trí làm việc của TTĐ mà ta chọn phương án phù hợp

20

Theo kinh nghiệm thiết kế và vận hành các TTĐ trong hệ thống: thì số giờ làm

việc của Nlm nằm trong khoảng: hNlm = lm

và số giờ lợi dụng công suất lắp máy hNlm

Vì lưu lượng thiên nhiên đến trong năm thay đổi tương đối nhiều nên chọn số giờ lợi dụng Nlm lớn kết hợp với khoảng khống chế (3500 ÷ 4500) ta chọn Nlm phù hợp nhất Nlm = 110 (MW) với số giờ lợi dụng công suất lắp máy tương ứng là: hNlm = 3871,802

(giờ) => Điện lượng bình quân năm Enn = 425898,2 (MWh)

21

2.7 Xác định các cột nước đặc trưng.

Xác định các cột nước đặc trưng của TTĐ để tìm ra giới hạn có thể đạt được củacột nước phát điện Từ đó tạo ra điều kiện cho việc lựa chọn thiết bị cho nhà máy thủy điện phù hợp với khả năng của dòng nước để đạt hiệu quả cao nhất

2.7.1 Xây dựng quan hệ Q ~ H tìm Hmax

Hmax = MNDBT – ZHL(Qmin)

Trong đó:

+ MNDBT = 245 m

+ ZHL(Qmin) : mực nước hạ lưu ứng với Qtđ min

Lưu lượng phát điện nhỏ nhất của TTĐ là:

min min

ax

m

N Q

Nmin = 0.6 *110/2 = 33.0 MW Với Z: là số tổ máy của TTĐ Sơ bộ chọn Z = 2+ Lập bảng tính thử dần, giả thiết giá trị Hmaxgt => Qmin => Hmax Tiếp tục tính thử dần cho đến khi giá trị Hmax = Hmaxgt

85.5 45.4 164.0 81.0Trong đó: Q – lưu lượng qua nhà máy

Công thức: H =

Q

* 8.5

2.7.2 Xác định cột nước Htt, cột nước nhỏ nhất Hmin

Lập bảng tính thử dần , Giả thiết Hgtmin => Qmax => Hmin

Đến khi Hmin = Hmingt thì lấy giá trị đó

Bảng tính xác định cột nước Hmin & Htt

m(Các giá trị Ni, Hi lấy từ bảng tính toán thủy năng 3 năm điển hình)

PHẦN III - LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN3.1 CHỌN SỐ TỔ MÁY

3.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy của TTĐ

Việc chọn số tổ máy có ảnh hưởng đến loại turbine, đường kính bánh xe côngtác (D1), đến kích thước nhà máy Do đó, nó ảnh hưởng đến vốn đầu tư vào côngtrình Chọn số tổ máy (Z) là một vấn đề tính toán kinh tế và kỹ thuật rất phức tạp

Do vậy khi chọn số tổ máy cần phải xem xét các yếu tố sau:

1 Về mặt kỹ thuật

Trong quá trình làm việc của TTĐ các tổ máy có thể bị sự cố Để đảm bảo antoàn cung cấp điện thì trong hệ thống đã có một phần công suất gọi là công suất dựtrữ sự cố của hệ thống Do đó ta phải chọn số tổ máy tối thiểu của TTĐ sao chocông suất của một tổ máy (Ntm) phải nhỏ hơn hoặc bằng công suất dự trữ sự cố của

hệ thống Có như vậy khi tổ máy này hỏng thì hệ thống vẫn an toàn cung cấp điện

2 Về mặt năng lượng: Turbine phải làm việc trong vùng hiệu suất cao

Turbine cánh quay có hiệu suất thấp, nhưng vùng làm việc với hiệu suất cao thì rộng, nên số tổ máy thay đổi mà hiệu suất bình quân của TTĐ ít thay đổi vì thế nên chọn ít tổ máy

3 Về mặt quản lý vận hành Khi số tổ máy ít thì việc quản lý vận hành thuận lợi hơn so với phương án số tổ máy nhiều Số tổ máy nhiều thì ảnh hưởng của sự cố tới

hệ thống là nhỏ nhưng khả năng xảy ra sự cố nhiều

4 Vốn đầu tư vào thiết bị và xây dựng công trình

Nếu chọn số tổ máy nhiều thì vốn đầu tư vào thiết bị và xây dựng công trình sẽ tăng

3.1.2 Chọn số tổ máy cho TTĐ Huội Muồng PA1

Số tổ máy quyết định đến quy mô, kích thước nhà máy, vốn đầu tư vào nhà máy vàthiết bị Việc lựa chọn số tổ máy phù hợp phải thông qua tính toán kinh tế Trongluận chứng kinh tế số tổ máy phải xác định được chi phí vào thiết bị, nhà máy vàcác chi phí vào tổ máy khi tổ máy gặp sự cố Việc xác định xác suất sự cố tổ máy làkhó khăn, thời gian gấp rút nên trong giới hạn đồ án em đưa ra phương án Z=2 tổmáy để tính toán

3.2 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TURBINE VÀ MÁY PHÁT

3.2.1 Xác định các thông số cơ bản của turbine

Công suất định mức của turbine theo công thức sau:

Nlm - công suất lắp máy của TTĐ, Nlm = 115 (MW)

Z- số tổ máy của TTĐ (Z = 2)

Căn cứ vào công suất turbin của từng phương án và với dao động cột nước Hmax= 81.0(m) đến Hmin =51.8(m) Ứng với cột nước tính toán Htt= 64.0 m Sử dụng biểu đồ (hình 8.1) trang 133 giáo trình TuaBin ta được loại Tuabin PO115/697(Tuabin tâm trục, trục đứng, cột nước lớn nhất Hmax= 115m; buồng xoắn kim loại) 26

27

Hình 3.1- Đường ĐTTHC của Turbine PO115/697

3.2.1.1 Xác định đường kính bánh xe công tác (D1)

Đường kính BXCT xác định theo công thức sau:

tt tt Itt tt

tb tt

H H Q

N D

*

*'

*η

- Htt: Cột nước tính toán của TTĐ, Htt = 64 (m)

ηtt: hiệu suất của tuabin thực tại điểm tính toán (Sơ bộ chọn ηtt = ηM)

Q’Itt: lưu lượng dẫn suất của tuabin thực tại điểm tính toán (Sơ bộ chọn Q’Itt=Q’IM)

Q’1M, ηM lần lượt là lưu lượng dẫn suất, hiệu suất của tuabin mô hình tại điểmtính toán, nó chính là giao điểm giữa đường n’1Mtt (số vòng quay dẫn suất củatuabin mẫu tại điểm tính toán) với đường hạn chế công suất 95%

Tìm số vòng quay quy dẫn của turbin mẫu tại điểm tính toán (n’IMtt)

n’IMtt = n’I0 + (2 ÷ 5) v/ph

(Mục đích của việc chọn chênh lệch (2÷5) (v/ph) là để đảm bảo Tuabin làm việc ởvùng có hiệu suất cao)

n’I0 : Số vòng quay quy dẫn của turbin mẫu tại điểm có hiệu suất lớn nhất

Nó được tra trên đường đặc tính tổng hợp chính (ĐTTHC) của Turbine PO115/697

ta được: n’I0 = 67 (v/ph)

28

D =

= 3,37 (m) Đối với tuabin tâm trục ta chọn D1tc nhỏ hơn D1tt vì cần đảm bảo có phầncông suất dự trữ từ (1-2)% nhờ khả năng thoát nước cũng như hiệu suất của tuabinđều lớn hơn mẫu tính toán

Theo đường kính chuẩn, ta chọn D1tc= 3,2 (m)

Trong đó: Hbq: Cột nước bình quân, Hbq = 67,5 (m)

D1tc: Đường kính tiêu chuẩn của BXCT

n’Itư : Số vòng quay quy dẫn tối ưu của turbin thực được tính theo:

n’Itư = n’I0 + ∆ n’I; ∆n’I = n’I0

max Tηη

Trong đó:

∆n’I: Chênh lệch giữa số vòng quay quy dẫn của turbin thực và mẫu

ηT max, ηM max: Hiệu suất lớn nhất của turbin thực và turbin mẫu, tra trên đường ĐTTHC của turbin PO155/697 ta được ηM max = 91,5%

Với cột nước tính toán Htt = 48,6 m < 150 m thì ηT max được tính như sau:

5 max max

29

T M

Để xác định số vòng quay tiêu chuẩn n ta tra (bảng 8.3) giáo trình Tua bin

Với n = Trong đó: f_ tần số điện (f = 50 Hz)

p- số cặp cực

Từ đó ta chọn được ntc = 187,5 (v/ph)

p = 16 (cặp cực)

Kiểm tra lại các thông số của turbin

+ Xác định lại điểm tính toán

Số vòng quay quy dẫn tại điểm tính toán của turbin thực:

57,3 10 ^ 3

tb IMtt

tt tc tt tt

N Q

Như vậy điểm tính toán mới lúc này là A = (Q’IM tt; n’IM tt) = (1104; 74.1) Đưa

và lên đường ĐTTHC thấy điểm tính toán có nằm trong phạm vi cho phép

Xác định số vòng quay lồng của turbin (nl)

Số vòng quay lồng là xảy ra khi mômen lực chuyển động của rotor tổ máy (Mđ) lớnhơn mômen cản chuyển động rotor máy phát (Mc) Trong quá trình vận hành TTĐ,

vì một lý do nào đó cần phải đóng cánh hướng nước mà bộ phận hướng nước chưa kịp đóng thì số vòng quay của turbin tăng lên đột ngột trong thời gian ngắn, nó sẽ đạt tới trị số cực đại nào đó gọi là số vòng quay lồng tốc (nl)

tc

Il l

D

H n n

1

max

'

=

Trong đó: n’Il: Số vòng quay lồng quy dẫn turbin PO155/697 Tra bảng 8-2 “Giáotrình turbin thuỷ lực” – ĐH Thuỷ Lợi, trang 132 được số vòng quay lồng quy dẫncủa turbin PO75/702 là n’Il = 132 v/ph

Số vòng quay lồng là xảy ra khi mômen lực chuyển động của rotor tổ máy (Mđ) lớnhơn mômen cản chuyển động rotor máy phát (Mc) Trong quá trình vận hành TTĐ,

vì một lý do nào đó cần phải đóng cánh hướng nước mà bộ phận hướng nước chưakịp đóng thì số vòng quay của turbin tăng lên đột ngột trong thời gian ngắn, nó sẽđạt tới trị số cực đại nào đó gọi là số vòng quay lồng tốc (nl)

Độ cao hút HS là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nước hạ lưu đến điểm có áplực nhỏ nhất Với tuabin tâm trục người ta quy ước điểm có cao trình tương đươngđáy cánh hướng nước Sơ bộ có thể xác định HS như sau:

32

Hs = 10 - 900

∇

- (σM+∆σ).HTrong đó:

σM: Hệ số khí thực của tuabin mẫu tra trên đường ĐTTHC với điểm tính toán(n’1M tt, Q’1M tt); σM = 0,11

∇: Cao trình lắp máy so với mặt biển, là mực nước ứng với lưu lượng nhỏ nhấttháo xuống hạ lưu, Qmin = 60,7 (m3/s)

Tra quan hệ Q~Zhl ta có Zhl(Qmin) = 164,15 (m) Sơ bộ ta chọn ∇ = Zhl(Qmin)

H là cột nước làm việc của tuốc bin ở chế độ đã cho (sơ bộ lấy H = Htt)

∆σ: Độ điều chỉnh hệ số khí thực do có sự sai khác giữa tuabin thực và tuabin mẫu,tra trên hình (7- 4) giáo trình “tuabin thuỷ lực” ứng với Htt = 64 m ta được ∆σ =0,021

→ Hs = 10 -

164,15 900

- (0,11 + 0,021) 64 = 1,43 (m)

f Xác định cao trình lắp máy (∇lm)

Cao trình lắp máy (∇lm) là cao trình lắp tuabin, đối với tuabin tâm trục, trục đứng

nó là cao trình tính đến trung tâm cánh hướng nước Đây là cao trình quan trọng củanhà máy thuỷ điện vì nó là cơ sở để xác định các cao trình khác và nó được xác địnhnhư sau:

Δlm = Zhlmin + Hs + 2

b0 (m)

Trong đó bo là chiều cao cánh hướng nước, với kiểu tuabin PO115/697 ta có

bo= 0,25D1

→ ∇lm = 164,15 + 1,43 + 0,25 × 3,2 = 166,4 (m)

33

Bảng 3.1- Kết quả tính toán Tuabin của 2 phương án số tổ máy

TT Các thôngsố Đơn vị

Phương án2Tổ

III Kiểm tra lại các thông số Tuabin

Xác định lại điểm tính toán

3.2.2 Sơ bộ chọn máy phát điện (MF) cho các phương án số tổ máy

III.2.2.2 Xác định các thông số chính của máy phát

_ Công suất định mức của MPĐ được tính theo công thức:

Công suất tính toán được điều chỉnh:

35

S0 = k.Smf =1.08×68,75 = 74,25 (MVA)

(k = 1,08 là hệ số phụ thuộc ứng với hệ số công suất cosφ=0,8)

Công suất trên mỗi cực MP

= 2,15 (MVA)Chiều dài cung tròn vành bố trí cực Roto:

*

τ

=A.S*α = 0.451×2,150.239 = 0,54 (m) (A và tra bảng 1.2 trang 227 giáo trình CCT ứng với chế độ làm mát bằng nước

+ Đường kính Roto Di phải đảm bảo để vận tốc dài của các bộ phận quay lớn nhất không vượt quá trị số cho phép khi Tuabin ở trạng thái quay lồng:

×

= 7,65 (m)

Vp- vận tốc dài quay lồng cho phép lớn nhất (Vp = 160 m/s vì Smf 175 MVA)

kp – hệ số quay lồng của Tuabin ( kp = =

371,25174,3 = 2,13)

( n’Ip – số vòng quay quy dẫn ở chế độ lồng tốc

n’Io- số vòng quay quy dẫn ở chế độ tính toán của tổ máy

no- số vòng quay tiêu chuẩn)

36

+ Theo điều kiện tháo lắp turbin mà không phải tháo dỡ Stato máy phát:

m0.6

Từ hai điều kiện trên ta lấy Di = 5,5 m

Tính chiều cao lõi thép:

Chiều cao lõi thép từ xác định theo công thức:

la =

2

30

i O

O A

D n

S C

π

Với CA = R/S*y = 8.9/2,150.105 = 8,2(R và y tra trong bảng 1.2 trang 227 giáo trình CCT ứng với chế độ làm mát bằng nước và không khí)

→ Kích thước cơ bản của máy phát là: Di = 5,50 m và la = 1,0 m

Da = Di + (0,5÷0,9) = (6,0÷6,4)m Chọn Da= 6,2m

Vậy kí hiệu MPĐ được chọn là: CB 620/100-32

CB - loại máy phát đồng bộ 3 pha trục đứng

Da =620 (cm) - Đường kính ngoài lõi thép từ

La = 100 (cm) – chiều cao lõi thép từ

2p = 32 là số cực máy phát

3.3 CÁC THÔNG SỐ CỦA TURBINE VÀ MÁY PHÁT

3.3.1 Các thông số của Turbin

Nhãn hiệu turbin: PO115/697

Công suất: Ntb = 57,3 (MW)

37

Số vòng quay: n = 187,5 (v/ph)

Đường kính BXCT: D1 = 3,2 (m)

Đường kính trong stato turbin: Db = 4,26 (m)

Đường kính ngoài stato turbin: Da = 5,00 (m)

Đường kính đi qua trung tâm các cánh hướng nước: D0 = 3,75 (m)

Chiều cao lõi thép từ: la = 1,0 (m)

Số vòng quay đồng bộ của máy phát: n = 187,5 (v/ph)

Số cặp cực từ: 2p = 32 (cặp)

Hiệu suất máy phát: η

= 96,7 %Điện áp máy phát: U = 10,5 KV (vì 15MW ≤

Nmf ≤

70MW)Hình thức lắp đặt:

Ta có

550

5100

i

a

D

l = ≥

Vậy bố máy phát kiểu ô

Bảng 3.3 - Xác định các kích thước khác của máy phát

T

T Bộ phận Thông số

Ký hiệu

Kiểu máy phát (kiểu ô)Công thức tính Kết quả tính Đơn vị

1 Stato

Đ.k ngoài lõi thép Da= Di +(0,5 ÷0,9)m 6,20 mChiều cao máy

phát hst= la + 0,75m (hoặc +1,5m) 1,75 mĐkính máy phát Dst= (1,05+0.0007no)Di 6,50 m

38

T Bộ phận Thông số

Ký hiệu

Kiểu máy phát (kiểu ô)Công thức tính Kết quả tính Đơn vị

KZ hệ số áp lực nước dọc trục, tra bảng (82) “Giáo trình Turbin thuỷ lực ĐHTL” ứng với turbin PO115/697 ta được: KZ = 0,24 (T/m3)

-39

D1- đường kính tiêu chuẩn bánh xe công tác của Turbin, D1 = 3,2 m

Hmax - cột nước làm việc lớn nhất của TTĐ, Hmax = 81,0 m

3.4 CHỌN THIẾT BỊ DẪN VÀ THOÁT NƯỚC

3.4.1 Thiết bị dẫn nước turbin (buồng xoắn)

3.4.1.1 Khái niệm

Buồng xoắn turbin là phần nối liền công trình dẫn nước của nhà máy thuỷ điện vớiturbin, buồng turbin được dùng để dẫn nước từ đường dẫn (đường ống áp lực, hoặccửa lấy nước) đến turbin và hình thành dòng chảy vòng tại cửa vào của bộ phậnhướng nước

Buồng turbin cần đảm bảo những yêu cầu chính sau:

Dẫn nước đều đặn lên chu vi các cánh hướng nước, để tạo lên dòng chảy đối xứng với trục turbin

Tổn thất thuỷ lực trong buồng và đặc biệt trong BPHN nhỏ nhất

Buồng có kích thước nhỏ nhất và kết cấu đơn giản

Thuận tiện cho việc bố trí turbin và các thiết bị phụ của nó trong gian máy của TTĐ, thoả mãn các yêu cầu xây dựng của nhà máy

Phân bố đều lượng nước chảy vào các cơ cấu hướng nước để đảm bảo lực tác dụnglên cơ cấu hướng nước xung quanh BXCT của turbin là đều nhau, tức là không có

sự tác động lệch tâm

Dễ nối tiếp với đường ống áp lực, thuận tiện cho việc bố trí turbin và các thiêt bịphụ trợ khác

3.4.1.2 Chọn kiểu buồng xoắn turbin

Tuỳ theo cột nước, công suất của trạm thuỷ điện mà buồng turbin gồm các kiểu:

hở, chính diện và buồng xoắn Trạm thuỷ điện Huội Muồng PA1 đang thiết kế cócột nước H(min÷max) = (51.8 ÷ 81.0 m), cột nước tính toán là Htt= 64.0(m) công40