ĐỒ án tốt NGHIỆP kỹ sư KHOA THỦY điện PHẦN 3

Thiết bị và số tổ máy của trạm thuỷ điện phải đợc lựa chọn sao chokinh tế.. Vì vậy, khi chọn số tổ máy Z ta cần quan tâm đến các yếu tốsau: • Công suất 1 tổ máy phải nhỏ hơn hoặc bằng cô

phần III Chọn thiết bị

3.1 Khái quát chung

Sau khi xác định đợc các thông số cơ bản của trạm thuỷ điện ta tiến hành chọnthiết bị cho TTĐ Thiết bị và số tổ máy của trạm thuỷ điện phải đợc lựa chọn sao chokinh tế Đây là một vấn đề rất quan trọng trong việc tính toán thiết kế NMTĐ, bởi

nó ảnh hởng tới: kích thớc, quy mô công trình, kết cấu công trình , nó ảnh hởngtrực tiếp đến vốn đầu t vào TTĐ Chọn số tổ máy và chọn thiết bị cho NMTĐ là haicông việc liên quan chặt chẽ với nhau, trong vấn đề chọn số tổ máy, phải dựa vào

điều kiện kinh tế và điều kiện kỹ thuật Do đó, khi chọn ta phải giả thiết nhiều

ph-ơng án rồi tính toán, so sánh để chọn ra một phph-ơng án có lợi nhất: cung cấp điện antoàn, vốn đầu t nhỏ, chi phí vận hành nhỏ, tức là đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật và cólợi hơn về kinh tế Vì vậy, khi chọn số tổ máy (Z) ta cần quan tâm đến các yếu tốsau:

• Công suất 1 tổ máy phải nhỏ hơn hoặc bằng công suất dự trữ sự cố của hệthống Có nh vậy thì khi một tổ máy bị hỏng, công suất chung mới đảm bảo:NHTdtsc = (10 ữ 12) % PmaxHT

• Về mặt năng lợng, vùng làm việc turbin của phơng án đợc chọn phải nằm trongvùng có hiệu suất cao

• Về mặt quản lý vận hành: Số tổ máy ít dễ quản lý vận hành hơn số tổ máynhiều

• Vốn đầu t vào thiết bị và xây dựng công trình Nếu số tổ máy ít thì công suất

sẽ lớn, vốn đầu t vào cả nhà máy nhỏ, kích thớc nhà máy nhỏ, tăng tiến độ thi công

• Về vận chuyển lắp ráp: Kích thớc và trọng lợng thiết bị nếu lớn quá thì sẽ gâykhó khăn cho quá trình vận chuyển Việc chọn thiết bị phải phù hợp với tình hìnhthực tế: phơng tiện giao thông, đờng xá, cầu cống Hiện nay, nớc ta các thiết bị đềuphải nhập từ nớc ngoài vì thế nên chọn số tổ máy sao cho các thiết bị đã có sẵn trongbảng tra, nếu phải đặt chế tạo một loại thiết bị mới thì rất tốn kém, sẽ làm tăng vốn

đầu t

• Về cung cấp điện: Để đảm bảo an toàn cung cấp điện nên chọn số tổ máynhiều vì TTĐ có tỷ trọng lớn trong hệ thống điện thì sự cố mỗi tổ máy ảnh hởng rấtlớn đến an toàn cung cấp điện của hệ thống Nếu chọn số tổ máy ít thì dẫn đến việccung cấp điện không an toàn.Vì mỗi tổ máy đảm nhận một phần phụ tải rất lớn khigặp sự cố dẫn đến tổn thất lớn cho hộ dùng điện

- Căn cứ vào điều kiện địa hình và khả năng vận chuyển đến công trình ta kiếnnghị xét 2 phơng án số tổ máy: NMTĐ với 2 tổ máy và NMTĐ với 3 tổ máy

- Công suất định mức của một tổ máy (Ntm) cho từng phơng án:

Z

N

tm =Trong đó:

Nlm : là công suất lắp máy của nhà máy thuỷ điện

Z : là số tổ máy

- Công suất định mức của một Turbin (Ntb):

mf

tm tb

N N

η

=

' 1 T

tb

H.H.Q 81,9

N

ηTrong đó :

Ntb : công suất của một Turbin

ηT: Hiệu suất Turbin ηT = (0,88 ữ 0,9), chọn sơ bộ ηT = 0,89

Q1’ : Lu lợng quy dẫn lấy ở điểm tính toán trên đờng hạn chế côngsuất 5% của đờng đặc tính tổng hợp chính của Turbin PO82 ( Tra từ n’

IM)

Ta có số vòng quay quy dẫn tại điểm tính toán: ( đối với Tuarbin tâm trục)

n’

IM = n’ IMO + (2ữ5) (v/ph)Tra trên đờng ĐTTHC, ta đợc:

∆ : §é hiÖu chØnh sè vßng quay quy dÉn Turbin thùc vµ mÉu.

ηTmax= 1- (1- ηMmax)5

T 1

M 1

- KiÓm tra l¹i ®iÓm tÝnh to¸n.

• Sè vßng quay quy dÉn t¹i ®iÓm tÝnh to¸n cña Turbin thùc:

n’ 1Ttt =

tt

1

H

D n

• Sè vßng quay quy dÉn mÉu:

n’ 1Mtt = n’

1Ttt - '

1n

∆

• Lu lîng quy dÉn t¹i ®iÓm tÝnh to¸n :

Q’ 1tt =

tt tt tt

tb

H H D

N

81 ,

1

η

Để kiểm tra việc chọn D1 và n có chính xác không ta tính các giá trị n’

1max, n’

1min..Khi cột nớc của TTĐ dao động từ Hmax đến Hmin

D.n

- ' 1n

∆

• Đờng n’

1max ứng với cột nớc Hmin = 74,9 (m):

n’ 1Mmax =

min

1H

D.n

- ' 1n

(m3/s)) Q

’ 1M Hmax

Đa lên đờng ĐTTHC, ta thấy khi cột nớc dao động từ Hmin ữHmax Vùng làmviệc của Turbin giới hạn bởi hai đờng n’

1max, n’

1min nằm trong vùng có hiệu suất cao.Phơng án 2 tổ máy: hiệu suất nằm trong vùng hiệu suất >91% Phơng án 3 tổ máy:hiệu suất nằm trong vùng hiệu suất 90% ữ 91%

Vậy ta chọn: D1 = 1,0 (m), n = 600 (v/ph) cho phơng án 2 tổ máy là hợp lý

D1 = 0,84 (m), n = 750 (v/ph) cho phơng án 3 tổ máy là hợp lý

3.2.2 Xác định chiều cao hút Hs.

Trong quá trình Turbin làm việc trên bề mặt BXCT xuất hiện những vết rỗ Hiệntợng đó xảy ra do hiện tợng khí thực Để Turbin làm việc không sinh ra khí thựchoặc hạn chế hiện tợng khí thực thì đòi hỏi độ cao hút :

Hs ≤ [ ]Hs

Độ cao hút Hs là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nớc hạ lu min đến điểm có

áp lực nhỏ nhất Với Turbin tâm trục thì điểm này nằm ở đáy của cánh hớng nớc

-H là cột nớc làm việc của Turbin: H = Htt = 74,9 m

-σM: hệ số khí thực Turbin mẫu, tra trên đờng ĐTTHC tại điểm tính toán

đợc σM = 0,09

Trang 28

∆σ là độ điều chỉnh khí thực tra hình (7- 4)giáo trình Turbin thuỷ lực,ứng với Htt = 74,9 (m) đợc ∆ σ= 0,019

( 0 , 09 0 , 019 ) 74 , 9 1 , 53

900

5 , 275

A, α, R, y : hệ số phụ thuộc vào chế độ làm mát của máy phát, Tra bảng

1-2_Giáo trình Công Trình Trạm Thủy Điện, làm mát bằngkhông khí: A=0,529 ; α= 0,246; R= 18,8 ; y= 0,18

- Đờng kính rôto máy phát:

Di=π

S C

πTrong đó: CA= y

Căn cứ vào tỷ số Di/la, tốc độ quay n ta chọn kiểu máy phát Máy phát kiểu treo

đợc sử dụng khi Di/la<4, máy phát kiểu ô đợc sử dụng khi Di/la>4 :

Phơng án CA la ( m ) Chọn la ( cm ) Di/la n (v/ph) Kiểu máy phát

-Trọng lợng một turbin sơ bộ theo bảng 1-2_ Tài liệu chọn thiết bị TTĐ, phụ thuộc vào đờng kính bánh xe công tác

Sơ bộ chọn 1kg thép thành phẩm là kthép =40.000 (VNĐ/kg)

Vốn đầu t vào turbin NMTĐ:

KTB = GTB.kthép.Z (Z: là số tổ máy)

• Vốn đầu t vào máy phát:

Trọng lợng một máy phát theo công thức kinh nghiệm ta có nh sau:

GMF = ψ.Di.la (ψ=48ữ58, chọn ψ= 54) Sơ bộ chọn 1kg thép thành phẩm là kthép =40.000 VNĐ

Vốn đầu t vào máy phát NMTĐ:

Kmf = Gmf.kthép.Z

• Giá thành bêtông cốt thép xây dựng NMTĐ.Khối lợng bêtông cốt thép tính sơ

bộ theo công thức kinh nghiệm của Liên Xô, khối lợng bêtông toàn nhà máy (kểcả gian lắp ráp và sửa chữa):

W= 222.D H0 , 4.(Z 1)

tt 7 , 1

• Khi chọn số tổ máy lớn thì có các u điểm sau:

+ Độ an toàn cung cấp điện cao

+ Khả năng sử dụng tối đa nguồn nớc vì Qnim nhỏ

+ Có thể sửa chữa các tổ máy mà không làm ảnh hởng tới sự thiếu hụt năng ợng của cả hệ thống.

l-+ Do số tổ máy lớn dẫn đến đờng kính bánh xe công tác nhỏ, thuận lợi choviệc vận chuyển, không phụ thuộc lớn tới đờng giao thông

Nhợc điểm:

+ Số tổ máy lớn thì giá thành thiết bị của cả trạm thuỷ điện lớn

+ Công tác bê tông khó khăn hơn

• Khi chọn số tổ máy nhỏ thì có các u điểm sau:

+ Giá thành thiết bị cho toàn nhà máy thấp hơn

+ Công tác bê tông đơn giản hơn khi có nhiều tổ máy

Nhợc điểm:

+ Độ an toàn cung cấp điện cho hệ thống thấp

+ Khó khăn khi bố trí sửa chữa tổ máy

+ Do bánh xe công tác có đờng kính lớn nên khó khăn trong việc vận chuyển,

- Trong cả 2 phơng án thì đều không có máy phát chế tạo sẵn do vậy cần phảitiến hành thiết kế máy phát chính xác đồng bộ với turbin

- Điện năng của TĐ Iapuch3 sản xuất ra chủ yếu cung cấp cho khu vực Tỉnh GiaLai và lợng điện cung cấp cũng không nhiều nên nếu NMTĐ gặp sự cố thì cũngkhông ảnh hởng nhiều đến hệ thống điện Quốc Gia Do vậy trong các phơng án sosánh số tổ máy để đánh giá độ an toàn cung cấp điện thì không hợp lý

- Do kích thớc các thiết bị không lớn nên việc vận chuyển cũng diễn ra dễ dàngkhông phụ thuộc lớn tới đờng giao thông

- Phơng án 3 tổ máy so với 2 tổ máy thì việc bố trí thiết bị phụ phức tạp hơn nh :

hệ thống điện , hệ thống nớc kỹ thuật, hệ thống dầu, hệ thống tháo nớc và việcvận hành hệ thống các thiết bị cũng phức tạp hơn

Do vậy chọn số tổ máy cho trạm thuỷ điện Iapuch3 là 2 tổ máy là hợp lý để tiếptục tính toán ở phần sau

3.3 kích thớc máy phát (ứng với phơng án 2 tổ máy):

3.3.1 Stato:

- Đờng kính ngoài lõi thép:

Da = Di + 0,5 = 1,4 + 0,5 = 1,9 (m)

Trang 32

ChiÒu cao m¸y ph¸t:

Dkt = (0,35 ữ 0,45).Di = 0,49 ữ 0,63 (m)Chọn Dkt= 0,55 (m)

- Chiều cao máy kích từ:

hkt =(0,4 ữ 1,2)la = 0,32 ữ 0,96 (m)Chọn hkt = 0,4 m

3.3.8 Đờng kính ngoài trục Tuabin :

Buồng xoắn là bộ phận có thể dẫn toàn bộ lu lợng nớc vào trong BXCT củaTuabin và chịu toàn bộ áp lực nớc ở trớc Tuabin Phân bố đều lợng nớc chảy vào cơcấu hớng nớc để đảm bảo lực tác dụng lên cơ cấu hớng nớc xung quanh BXCT củaTuabin là đều nhau, tức là không có lực tác dụng lệch tâm

Kích thớc và hình dạng buồng xoắn ảnh hởng tới tổn thất năng lợng trong buồngxoắn và các phần qua nớc tiếp theo Mặt khác kích thớc buồng xoắn quyết định kíchthớc khối Tuabin và quyết kích thớc phần dới nớc của nhà máy Vì vậy kích thớc vàhình dạng của buồng xoắn không những ảnh hởng tới tổn thất thuỷ lực, đến bố tríthiết bị nh máy điều tốc trong gian lắp máy mà còn ảnh hởng trực tiếp đến giá thànhnhà máy

3.4.2 Chọn kiểu buồng xoắn:

Tuỳ theo cột nớc, công suất của trạm thuỷ điện mà chọn kiểu buồng xoắn Dựavào phạm vi sử dụng buồng turbin (hình 2-1, tài liệu chọn thiết bị TTĐ) ứng vớitrạm thuỷ điện Iapuch3, tra đợc buồng xoắn kim loại tiết diện tròn Trị số góc bao

ϕmax tối u đối với cột nớc tơng ứng, ta chọn góc bao ϕmax=2700ữ3450, ở đây lấy

ϕmax=3450

Tính toán thuỷ lực buồng xoắn dựa vào nguyên tắc momen tốc độ bằng hằng số

Vu.R = const Việc tính toán cho ta kích thớc chủ yếu của các tiết diện buồng xoắn

và hiệu suất dòng chảy trong buồng xoắn đạt giá trị lớn nhất

Phơng pháp này giả thiết lu lợng Qi chảy qua tiết diện i bất kỳ của buồng xoắn

có bán kính ngoài Ri, đợc xác định theo 2 giả thiết cơ bản :

• Dòng chảy phân bố đều chu vi các cánh hớng nớc, điều ấy có nghĩa là thànhphần vận tốc Vr= const ở mọi điểm vòng quanh cánh hớng nớc

• Vận tốc vòng Vu tại điểm bất kỳ trong buồng xoắn theo quy luật: Vu.r=const

-⇒ Qcv =

360

345 4 ,

= 6,14 (m3/s)

- Vận tốc dòng chảy tại cửa vào buồng xoắn:

Vcv = k.x Htt

Trong đó: kx là hệ số kinh nghiêm xét đến tổn thất thủy lực và kích thớc

kinh tế của buồng xoắn kx = 0,8 ữ 1,1, sơ bộ chọn kx =1,0

52 , 6

71 , 0

C

r i a

ϕ

.

1 = 0,95 (m)c: hệ số xác định theo công thức:

C =

) 2 r r )

max

ρ +

− ρ +

ϕ

) 475 , 0 2 95 , 0 ( 95 , 0 ) 475 , 0 95 , 0 (

ì +

ì

− +

Bán kính tiết diện tròn ρ của buồng xoắn ứng với góc ϕ bất kỳ:

ϕ

C r

ống hút của Tuabin phản kích có các tác dụng sau:

+ Dẫn dòng nớc sau khi ra khỏi BXCT về hạ lu với tổn thất năng lợng là nhỏnhất

+ Lợi dụng đợc cột nớc từ cửa ra BXCT cho đến mực nớc hạ lu (Hs)

+ Thu hồi một phần cột nớc (động năng dòng chảy) ở cửa ra của ống hút

-3.6 thiết bị điều chỉnh Tuabin.

3.6.1 Nhiệm vụ cơ bản của thiết bị điều chỉnh Tuabin

Trong quá trình vận hành của TTĐ, để đảm bảo yêu cầu dòng điện không đổi

f =

30

n

p = constTrong đó:

f: tần số dòng điện, ở nớc ta f =50 Hz, sai số cho phép ±2% Để p:

số đôi cực máy phát, p =5n: số vòng quay của máy phát, n phải đảm bảo là không đổi

Theo cơ học thì phơng trình cơ học đặc trng cho chuyển động quay của tổ máylà:

J: Mômen quán tính của bộ phận quay của tổ máy

ω: Tốc độ góc roto của tổ máy

Mđ: Mômen lực chuyển động roto tổ máy

Mc: Mômen cản chuyển động quay của tổ máy

Muốn cho n=const thì tốc độ góc cũng là hằng số (ω = const) tức là

dt

d ω

= 0, dovậy cần duy trì sự cân bằng Mômen lực chuyển động và mômen lực cản chuyển

động ( Mđ = Mc )

Mômem cản phụ thuộc phụ tải máy phát điện NMF, còn Mômen chuyển động

Mđ quyết định bởi công suất của Turbin NTB

thì phải thay đổi lu lợng Q vào trong BXCT của Tuabin Để thay đổi Q thì đối vớiTuabin tâm trục ngời ta thờng thay đổi cánh hớng nớc ( thay đổi độ mở a0)

3.6.2 Động cơ tiếp lực.

Với tuabin tâm trục ta tiến hành chọn động cơ tiếp lực để quay cánh hớng nớc

Để quay đợc cánh hớng nớc động cơ tiếp lực phải tạo ra đợc một mômen kéo đủ lớn

để thắng mômen thuỷ lực tác dụng lên tất cả cánh hớng nớc, mômen ma sát trong ổtrục cánh hớng nớc, trong các khớp của thanh kéo để làm kín cánh hớng nớc khi

đóng

- Chọn đờng kính động cơ tiếp lực dH (đờng kính trong của xilanh máy tiếp lực).

Chọn theo đuờng kính tiêu chuẩn dH = 200 mm.

- Tính độ dịch chuyển lớn nhất của động cơ tiếp lực (S Hmax ):

SHmax = (1,4 ữ 1,6).aomax

Trong đó

aomax là độ mở của cánh hớng nớc lớn nhất của tuabin thực

aomax = aoM

o oM

oM o

Z D

Z D

aoM: Độ mở cánh hớng nớc của tuabin mô hình Từ điểm tính toán trên ờng đặc tính tổng hợp chính ta có aoM=32mm = 0,032 m

đ-Do, DoM là đờng kính vòng tròn đi qua trung tâm cánh hớng nớc củatuabin thực và tuabin mẫu DoM=0,565 m, Do= 1,2 m

Zo, ZoM: là số cánh hớng nớc của tuabin thực và tuabin mẫu

ZH: số pitton của động cơ tiếp lực, chọn ZH = 2

ψH: hệ số co hẹp do có cần pitton chiếm chỗ trong xi lanh,

Do A nằm trong khoảng 25KGm ữ 2500 KGm nên máy điều tốc đợc chọn làmáy điều tốc loại nhỏ Ta chọn máy điều tốc của Nga có sẵn PC-3000 Vớí PC3000

nó đã có sẵn thùng dầu áp lực phù hợp cho turbin

3.7 Phần điện của nhà máy

3.7.1 sơ đồ đấu điện chính.

3.7.1.1 Khái niệm:

Sơ đồ đấu điện chính là bản vẽ mà trên đó các thiết bị điện nh máy biến áp, daocách ly, máy cắt,…đợc vẽ theo ký hiệu và nối với nhau theo đúng yêu cầu thiết kế.Sơ đồ đấu điện chính phải đảm bảo yêu cầu:

• Đảm bảo cung cấp điện liên tục thỏa đáng cho các hộ dùng điện, có khảnăng điều chỉnh khi thiết bị có sự cố

• Phải đảm bảo linh hoạt: Thích ứng với mọi chế độ phụ tải thờng xuyên thay

đổi

• Phải đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị trong nhà máy

• Chi phí đầu t vào thiết bị và chi phí vận hành nhỏ nhất có thể

Thủy điện Iapuch 3 nằm trên địa bàn xã Ia O, huyện Ch Prông tỉnh Gia Lai, lới

điện hiện có tại khu vực xung quanh công trình đợc cung cấp chủ yếu từ đờng dây

371 của trạm trung gian 35/15kV Trà Bá (F7) và một phần hỗ trợ của các nhà máythủy điện nhỏ tại khu vực, lới điện 35kV tại khu vực đợc phân bố theo hình tia vớichiều dài tổng cộng vào khoảng 50km Căn cứ vào thông số kỹ thuật lới điện khuvực, mức công suất của nhà máy kiến nghị đấu nối nhà máy vào lới điện 35kV khuvực tại vị trí cột số 83 của đờng dây 35kV thủy điện Ia Đrăng 3

Các thông số ban đầu để chọn ra phơng án sơ đồ:

- Công suất lắp máy: 8,4 MW

- Công suất mỗi máy phát điện: 5250 KVA

- Số tổ máy: 2 tổ

- Cấp điện áp máy phát: 6,3 KV

- Cấp điện áp phụ tải: 35 KV

3.7.1.2 Các phơng án thiết kế:

Trên cơ sở phân tích các số liệu trên để đa ra các phơng án có thể, sau đó phântích về mặt kinh tế kỹ thuật để chọn ra phơng án tối u, ta đa ra 3 phơng án để sosánh lựa chọn phơng án tối u nhất

• Sơ đồ đấu bộ:

35 KV

6,3 KV

Máy cắt Máy Biến áp

Máy phát 1

Dao cách ly

B1

Máy Biến áp

Máy phát 2

B2

Điện tự dùng

Điện tự dùng

Hệ thống

+ Đặc điểm: Mỗi tổ máy đấu trực tiếp với một máy biến thế, máy biến thế

đấu với đờng dây cao thế Điện tự dùng lấy từ đầu ra máy phát

+ u điểm: -Việc đóng ngắt, chuyển mạch điện diễn ra dễ dàng

- Khi một tổ máy bị sự cố thì không ảnh hởng đến khả năng cungcấp điện của tổ máy còn lại Đảm bảo an toàn cung cấp điện + Nhợc điểm:

- Do các thiết bị độc lập nên số lợng thiết bị nhiều dẫn đến vốn

Dao cách ly Máy Biến áp

Điện tự dùng

Máy phát 2

Máy phát 2

Điện tự dùng

Máy Biến áp

B1

Dao cách ly

Máy phát 1

Máy Biến áp Máy cắt

đảm cung cấp điện năng không đặt yêu cầu quá cao

Vì vậy ta chọn sơ đồ đấu bộ để tiếp tục nghiên cứu ở phần sau để chọn lựa thiết

bị điện cho phù hợp

3.7.2 Chọn máy biến áp.

3.7.2.1 Khái niệm Máy biến áp (MBA):

MBA là thiết bị để biến đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác phục vụ truyền tải

và phân phối điện năng cùng tần số MBA là thiết bị thay đổi điện áp theo yêu cầuphụ tải TTĐ đợc thiết kế với công suất đầu ra máy phát là 6,3 KV, cần biến đổi sangcấp điện áp cao 35 KV, nên MBA đợc chọn là MBA 3 pha 2 dây quấn, điện áp cao là35KV, điện áp hạ thế là 6,3 KV, công suất định mức của hệ thống Sđm HT =300 MVA.Công suất định mức MBA phải lớn hơn hoặc bằng công suất của máy phát