Thiết kế trạm thuỷ điện ‘’ mường hóa’

Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thuỷ điện, được sự đồng ý củaNhà trường khoa Năng lượng, em được giao đề tài: Thiết kế trạm thuỷ điện MườngHóa Cấu trúc của đồ án: Thiết kế

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn tới cô giáo ThS.Lê Thi Minh Giang làngười trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế trạmthủy điện Mường Hóa ”

Đồ án này là kết quả của sự tổng hợp và vận dụng toàn bộ kiến thức của 4,5năm học tập nghiêm túc và rèn luyện liên tục tại trường Em cũng xin chân thànhcảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Thủy Lợi, các thầy cô trong bộ môn Kỹthuật thủy điện và Năng lượng tái tạo, khoa Năng lượng đã trang bị cho em nhữngkiến thức cơ bản và chuyên sâu cũng như tạo điều kiện để em có thể hoàn thiện đồ

án tốt nghiệp này

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã luôn cổ vũ, độngviên và trợ giúp em trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp

Trong thời gian thực hiện đồ án, do kiến thức và thời gian còn hạn chế, chưa

có kinh nghiệm thực tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhậnđược nhiều ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các bạn để đồ án tốt nghiệp đượchoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 01 tháng 01 năm 2017

Sinh viên thực hiện Trần Văn Tùng

1

Sinh viên: Trần Văn Tùng Lớp: 54Đ1

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng điện có vai trò vô cùng to lớn trong sự phát triển văn hoá và đờisống nhân loại Nhu cầu điện năng của cả thế giới tăng trưởng ngày càng mạnh hoànhịp với tốc độ tăng trưởng nền kinh tế chung, có thể nói một trong những tiêuchuẩn để đánh giá sự phát triển của một quốc gia đó là nhu cầu sử dụng điện năng.Nguồn điện năng chủ yếu là nhiệt điện than, nhiệt điện khí đốt, thuỷ điện, điệnnguyên tử và một số nguồn năng lượng khác như năng lượng gió, năng lượng mặttrời

Hiện nay tại Việt Nam, thủy điện đang chiếm tỷ trọng lớn trong cơ cấu sản xuấtđiện, đóng vai trò quan trọng cho an ninh năng lượng quốc gia Ngoài mục tiêu phátđiện, các nhà máy thủy điện còn có nhiệm vụ cắt và chống lũ cho hạ du trong mùamưa bão, đồng thời cung cấp nước phục vụ sản xuất và nhu cầu dân sinh trong mùakhô Nó chiếm tỷ trọng khoảng 60% công suất của hệ thống điện Việt Nam Tuynguồn thuỷ điện chiếm một tỷ trọng lớn nhưng chúng ta cũng mới chỉ khai thácđược khoảng 20% trữ năng lý thuyết của các con sông ở Việt Nam

Mặt khác do nhu cầu sử dụng điện của các hộ dùng điện thay đổi từng giờ vì vậy đểđáp ứng sự thay đổi đó thì trong hệ thống điện không thể thiếu các trạm thuỷ điện

có khả năng thay đổi công suất trong thời gian ngắn

Chính vì tầm quan trọng cũng như tiềm năng của thuỷ điện là rất lớn, do đó đòihỏi người thiết kế và thi công các trạm thuỷ điện phải nắm vững những kiến thức vềthuỷ điện

Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thuỷ điện, được sự đồng ý củaNhà trường khoa Năng lượng, em được giao đề tài: Thiết kế trạm thuỷ điện MườngHóa

Cấu trúc của đồ án: Thiết kế trạm thuỷ điện ‘’ Mường Hóa’’ gồm 6 phần:Phần I: Tổng quan và các tài liệu về công trình

Phần II: Tính toán thuỷ năng

Phần III: Chọn thiết bị cho nhà máy thuỷ điện

Phần IV: Công trình thuỷ công

Phần V: Nhà máy thuỷ điện

2

Sinh viên: Trần Văn Tùng Lớp: 54Đ1

PHẦN I: TỔNG QUAN VÀ TÀI LIỆU VỀ CÔNG TRÌNH

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH

1.1 Giới thiệu về công trình.

Mục tiêu và nhiệm vụ dự án thuỷ điện Mường Hoá - PA2 là sản xuất điệnnăng cung cấp cho ngành điện theo hợp đồng kinh doanh bán điện cho EVN, phục

vụ nhu cầu điện sản xuất và sinh hoạt trực tiếp cho tỉnh Sơn La với công suất lắpmáy khoảng 8-10MW

Lượng điện năng của thuỷ điện Mường Hoá được hoà mạng vào lưới Quốc giavới lượng điện trung bình năm khoảng 30.106kWh Ðây là trạm thuỷ điện điều tiếtngày đến tuần nên trong điều kiện phủ đỉnh thì công trình thuỷ điện Mường Hoáphát hết công suất vào lưới điện Quốc gia Ðồng thời, công trình thuỷ điện MườngHoá còn là nguồn dự phòng cho hệ thống điện của tỉnh với điện lượng sơ cấp khácao

Ngoài ra, khi dự án thi công xây dựng, việc sử dụng nhân công địa phương sẽtạo công ăn việc làm cho người dân trong khu vực dự án, cải thiện thu nhập, nângcao đời sống kinh tế của người dân trong lân cận khu vực dự án

Khi vận hành, với diện tích mặt hồ sẽ tạo điều kiện cải thiện môi trường, pháttriển nuôi trồng thuỷ sản và bước đầu làm cơ sở phát triển du lịch của vùng

1.2 Điều kiện tự nhiên.

Thuộc địa bàn xã Mường Bám, huyện Thuận Châu, tỉnh Sơn La

1.2.2 Đặc điểm chung của lưu vực.

Lưu vực sông Mã là một trong hai hệ thống sông chính chảy qua địa bàn tỉnhSơn La Lưu vực sông Mã nằm trên cả hai quốc gia: Cộng Hoà Dân Chủ Nhân DânLào (phần thượng nguồn) và Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Lưu vực sông

Mã thuộc các tỉnh:

Suối Mường Hoá là nhánh thượng nguồn sông Mã, diện tích lưu vực của suốithuộc địa bàn 14 xã huyện Tuần Giáo và 5 xã huyện Ðiện Biên Ðông, tỉnh ÐiệnBiên, và 02 xã huyện Thuận Châu tỉnh Sơn La Diện tích lưu vực của suối tính đếncửa sông Mã là 1520km2 ở cao độ khoảng 385m Phần đầu nguồn suối Mường Hoá4

là hợp phần của hai nhánh chính là Mường E và Mường Hóa Phần suối chảy trongđịa bàn Thuận Châu là nhánh chính suối Mường Hoá Dòng chảy tại khu vực tuyếncông trình chảy theo hướng Tây Bắc - Ðông Nam, tuyến công trình có diện tích lưuvực khoảng 1345,5,0km2 thuộc địa bàn xã Mường Bám, tỉnh Sơn La.

Phần lưu vực suối dự kiến xây dựng công trình có độ dốc trung bình khoảng0.32% với cao độ thay đổi từ khoảng 385m đến 470m

Suối Mường Hoá (Nậm Khoai) là nhánh suối tương đối lớn, với tổng lượngdòng chảy năm khoảng 1054,5.106m3, dòng chảy trung bình năm khoảng 33,44m3/scho thấy đây là một nhánh suối có lưu lượng tương đối lớn cần được khai thác

1.3 Điều kiện khí hậu của khu vực.

5

1.4.1 Dòng chảy năm

1.4.1.1 Chuỗi dòng chảy năm.

Bảng P1-8 Ðặc trưng dòng chảy năm tại các tuyến công trình.

T

FLV(km2)

Qo(m3/s)

Yo(mm)

Mo (l/s.km2)

1.4.2.3 Đường duy trì lưu lượng bình quân ngày.

Bảng P1-10 Đường duy trì lưu lượng tại tuyến theo KP của trạm Nậm Công(m3/s)

1.4.1.2 Tổng lượng lũ và đường quá trình lũ.

Tổng lượng lũ thiết kế được tính từ quan hệ Qmax ~ hi của trạm thủy văn NậmCông Quan hệ lưu lượng đỉnh lũ với lớp dòng chảy lũ thời đoạn h1ngày, h3ngày đượckhái quát bằng phương trình:

h1 = 0,0486.Qmax + 1,2758

h3 = 1,5778.h1 + 9,0675

Từ đó tính toán được tổng lượng lũ ứng với P% tại tuyến đập

+Ðặc trưng dòng chảy lũ tuyến Nậm Hoá - PA2

Bảng P1-12 Ðặc trưng dòng chảy lũ tuyến Mường Hoá - PA2.

1.4.3.1 Quan hệ mực nước-lưu lượng hạ lưu nhà máy

Bảng P1-16 Quan hệ lưu lượng - mực nước tuyến Mường Hoá - PA2.

PHẦN II: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG VÀ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ TTĐ

CHƯƠNG 1 : NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

1.1 Mục đích tính toán thủy năng:

Mục đích của tính toán thủy năng là từ tài liệu Thuỷ văn, khí tượng Thuỷ văn, địahình, địa mạo khu vực xây dựng công trình, tình hình địa chất, địa chất thuỷ văn,các đặc trưng lòng hồ, tính toán để xác định các thông số cơ bản của hồ chứa và củatrạm thuỷ điện

1.2 Chọn mức bảo đảm tính toán:

1.2.1 Khái niệm về mức bảo đảm tính toán:

Mức bảo đảm tính toán hay tần suất thiết kế được biểu thị bằng công thức sau:

P = 100%

Ý nghĩa của biểu thức trên là trong suốt quá trình vận hành trạm thủy điện sẽđảm bảo cung cấp điện bình thường trong P% tổng thời gian, còn lại (100-P)% thờigian thì không thể cung cấp đầy đủ công suất và điện lượng như chế độ bình thườngđược do chế độ thủy văn bất lợi

1.2.2 Mức bảo đảm tính toán của TTĐ Nậm Hóa:

Cấp công trình TTĐ Mường Hóa theo QCVN 0405:2012 được xác định qua 2điều kiện sau:

+ Theo cấp công trình của cụm công trình đầu mối (Chiều cao của đập dâng):

+ Theo năng lực phát điện của TTĐ (Công suất lắp máy):

Theo QCVN 04.05.2012 Sơ bộ chọn cấp công trình cho TTĐ Mường Hóa là côngtrình cấp III, ứng với cấp công trình ta có tần suất thiết kế P = 85%

1.3 Phương thức khai thác thủy năng, chọn tuyến và vị trí nhà máy:

1.3.2 Chọn phương thức khai thác thủy năng và tuyến năng lượng cho TTĐ:

Với đặc điểm địa hình địa mạo cho thấy phương án khai thác thuỷ điện Mường Sơnhợp lý là thuỷ điện kiểu lòng sông (kiểu đập)

Tuyến năng lượng của nhà máy thuỷ điện Mường Hóa thuộc công trình cấp III Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông tiếp giáp với đập tràn và đâp dâng

Kênh dẫn ra của nhà máy tiếp giáp với sân tiêu năng của đập tràn bằng tườngphân dòng

12

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ CHỦ YẾU

CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 2.4 Xác định thông số chủ yếu của TTĐ:

Các thông số của hồ chứa có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình tính toán xácđịnh các thông số của trạm thủy điện Nó quyết định quy mô kích thước của côngtrình, vốn đầu tư vào nhà máy

2.4.1 Mực nước dâng bình thường (MNDBT):

- MNDBT là mực nước cao nhất trong hồ trong điều kiện làm việc bình thường.Dung tích của hồ ứng với MNDBT gọi là dung tích toàn phần, ký hiệu Wtp

- Các nhân tố ảnh hưởng trong việc chọn MNDBT:

MNDBT càng cao thì khả năng phát điện và cung cấp nước càng cao, nhưng quy

mô công trình lớn, chiều cao và chiều dài đập tăng, phải xây dựng nhiều đập phụ,vùng ngập lụt càng lớn do đó làm tăng chi phí của dự án Việc xác định MNDBTphải thông qua so sánh các phương án trên cơ sở tính toán kinh tế Tức là đưa ra cácphương án MNDBT, tiến hành tính toán kinh tế từng phương án, trên cơ sở đó đi sosánh kinh tế xem phương án nào cho hiệu quả kinh tế cao nhất

Trong giới hạn đồ án, do chỉ đi thiết kế sơ bộ và chỉ chọn một phương án thiết kếduy nhất nên em lấy phương án MNDBT = 445 m

γ – Dung trọng bùn cát, sơ bộ lấy = 1,3 (T/m3)

T = 20 năm (Chu kì nạo vét công trình)

- Tổng lượng nước trung bình nhiều năm

= QO.31,5.106 = 29,6.31,5.106= 9,324.108 (m3)

Vbc = Vbcll + Vbcdd = 1,3.Vbc ll = 1,3 γ

.T.V

Kρ 0

→ Vbc = 0,287.10^6 (m3)

Từ Vbc nội suy từ quan hệ Z~F~V => Zbc = 437,11 (m)

- Xác định sơ bộ kích thước cửa lấy nước

* F =

CLN CLN

Qmax : Sơ bộ được xác định như sau:

Qmax = (1,6 ÷2 ) QO = (1,6 ÷2).29,6 = (47,36 ÷59,2) (m3/s)

Chọn Qmax = 50 m3/s => = 25m3/s)

14

F = 25m2 => Kích thước cửa lấy nước là b.h =25m2

Chiều cao cửa lấy nước sơ bộ chọn : h = 4m ; b= 6.25 m

- d1: là khoảng cách an toàn để bùn cát không lấp đầy cửa lấy nước

Q - lưu lượng dòng chảy trung bình năm, Q = 29,6(m/s)

t - thời gian 1 năm, t = 31,5.10 s

15

→ W = 29,6 31.5.10 = 0,932.10 m

→β = 0,0015< 0,0167

⇒ TTĐ có khả năng điều tiết ngày đêm

2.4.2.4 Xác định theo điều kiện dung tích tổi thiểu

Do hồ chứa điều tiết ngày có nhiệm vụ phân phối lại lưu lượng thiên nhiên đến chophù hợp với biểu đồ phủ tải và có nhiệm vụ phủ đỉnh biểu đồ phụ tải (BĐPT) Nhưvậy hồ TTĐ cần đảm bảo dung tích hữu ích tối thiểu

VMNC = VMNDBT - Vtt

hi Trong đó : + : Dung tích hữu ích tối thiểu của hồ chứa (hay dung tích điều tiết ngày đêm)được tính theo công thức

= K.Qbd.(24-T).3600 (m 3 )

K : Hệ số an toàn (K = 1,1- 1,15), chọn K = 1,15

Qbd : Lưu lượng đảm bảo ngày

Tra đường duy trì lưu lượng ứng với P = 85% ta được Qbd = 8,739 (m3/s)

T : Số giờ phát điện phủ đỉnh, chọn T = 5 giờ,

→

= 1,15 8,739.(24 – 5).3600 = 0,687 106 m3

VMNC = VMNDBT - Vtt

hi = (0,982– 0,687 ).106 =0,295.106 m 3

Từ VMNC = 0,295.106 m 3 tra quan hệ Z – V ta được MNCtt = 440,8 m

Vậy ta chọn MNC = 442 m , ta lấy max (MNCTT;MNCBL)

Vậy ta chọn MNC = 442 m thỏa mãn điều kiện dung tích tối thiểu và thỏa mãn điều

kiện bồi lắng

2.5 Công suất bảo đảm:

Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất trung bình tính theo khả năng dòng nướctrong thời kỳ nước kiệt tương ứng với mức bảo đảm tính toán của TTĐ Công suấtbảo đảm là một trong những thông số chủ yếu của TTĐ, nó quyết định khả năngphủ phụ tải đỉnh của TTĐ cũng như vai trò và mức độ tham gia vào cân bằng côngsuất và điện lượng trong hệ thống điện

Với TTĐ điều tiết ngày đêm, do cột nước biến động trong vòng một ngày đêm làkhông nhiều Công suất bình quân ngày lấy lưu lượng bình quân ngày để tính toán

16

nên tần suất công suất trùng với tần suất lưu lượng Q Từ đường duy trì lưu lượngứng với tần suất thiết kế ta sẽ xác định được công suất bảo đảm như sau :

- Xác định công suất lắp máy (Nlm):

Nguyên lý xác định Nlm

Công suất lắp máy khi chọn phụ thuộc vào công suất bảo đảm và nhiệm vụ cung

cấp điện của TTĐ trong hệ thống điện

Theo quan điểm thiết kế công suất lắp máy được xác định theo công thức:

17

Ta giả thiết 1 số giá trị Nlm = 7,314 (MW) Với mỗi phương án đó, tiến hành tínhtoán thủy năng xác định các thông số của TTĐ Trên cơ sở đó, so sánh lựa chọnphương án Nlm phù hợp Bảng kết quả tính toán thủy năng được trình bày

Ta có kết quả bảng sau :

18

Cột 1 : P(%) - Là tần suất xuất hiện.

Cột 2: t - Thời gian ứng với tần suất phát điện trong năm Pi; t = (giờ), 8760 là sốgiờ trong một năm

Cột 3: - Thời đoạn phát điện ứng với ∆

P (∆

t = 87,6 h)Cột 4: Qtn - Lưu lượng thiên nhiên đến ứng với tần suất P(%)

Cột 5: Qth - Lưu lượng tổn thất do thấm Qth = Qtn

: hệ số thấm, lấy = 2 %Cột 6: Qthực - Lưu lượng thực đến sau khi trừ đi tổn thất (thấm, bốc hơi) ứng vớiP(%)

Qthực = Qtn - Qthấm

Cột 7: Lưu lượng hạn chế giả thiết (giả thiết 1 giá trị bất kỳ ở vòng lặp đầu tiên).Giá trị này thể hiện lưu lượng lớn nhất có thể qua tuabin nếu tổ máy phát được côngsuất tối đa

Cột 8 : Qtđ - Lưu lượng qua nhà máy TĐ; Qfd = min(Qthực; Qhc gt)

Cột 9: Mực nước thượng lưu Ztl = MNDBT nếu Qthực lớn hơn hoặc bằng Qfđ vàZtl = MNTL trung bình nếu Qthực nhỏ hơn Qfđ

Cột 10: Zhl : tra từ đường quan hệ Q~Zhl (ứng với Qthực)

Cột 11: Hw : tra từ đường quan hệ Qfd~hw

Cột 17: Ei.Hi – Tích số giữa điện năng và cột nước

- Xác định điện lượng trung bình năm (En)

Điện lượng trung bình năm chính là sản lượng điện mà TTĐ phát ra trong 1 năm

Ở đây En được xác định dựa vào đường tần suất công suất trung bình thời đoạn19

(ngày) Quy đổi đường tần suất công suất (quan hệ N~P) sang đường duy trữ côngsuất (quan hệ N~t) Tức là đổi trục tần suất P% của đường tần suất công suất thànhtrục thời gian (sao cho trị số tần suất 100% trùng với trị số 8760h của 1 năm) trục thời gian (sao cho trị số tần suất 100% trùng với trị số 8760h của 1 năm).

N

= ∑

Kết quả tính toán thủy năng

Điện lượng bình quân nhiều năm và số giờ lợi dụng công suất lắp máy

Điện lượng trung bình năm (Enn) chính là sản lượng điện m à TTĐ phát ra trongmột năm.Từ bảng tính toán thủy năng ta tính được Enn == 33818,71 (MWh)

Số giờ lợi dụng công suất lắp máy xác định thông qua việc tính toán thủy năng theocông thức sau:

hld = = =4831(giờ)

2.7 Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của Mường Hóa

2.7.1 Xây dựng quan hệ QH với N= Nmin:

Nmin = (40-60%)Nđm 1 tổ máy

Sơ bộ ta chọn số tổ máy z =2, Nmin = 0,5 8/2= 2 MW

Q – lưu lượng qua nhà máy

Hw - tổn thất cột nước trên tuyến năng lượng

Công thức: H =

Giả thiết các giá tri Hx từ Hmin tới Hmax, sử dụng công thức trên ta xác định được Qxtương ứng với cột nước Hx,Zhl và Hw tra quan hệ Q – Zhl và quan hệ Q – Hw ứng với20

Qx, Ztl được xác định bằng : Ztlx = Zhl + Hx + Hw Quan hệ Q~ H khi N= Nmin đượcthể hiện trong bảng phụ lục tính toán.

2.7.2 Xây dựng quan hệ QH với N = Nlm:

- Zhl mực nước hạ lưu tương ứng với Q

2.7.4 Xây dựng quan hệ Q H khi Ztl = MNC:

H = MNC– Zhl(Q) – Hw,

trong đó

- Q – lưu lượng qua nhà máy giả thiết từ 0 ÷ Qmax

- Hw tra quan hệ với Q tương ứng

- Zhl - mực nước hạ lưu ứng với Q

Quan hệ Q~ H khi Ztl = MNC được thể hiện trong bảng

Từ các bảng qan hệ Q-H ta xác định được phạm vi làm việc của của TTĐ

Ta có biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ Nường Hóa như hình sau :

PHẦN III - CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

CHƯƠNG I :CHỌN SỐ TỔ MÁY 1.1 Những vấn đề chung:

Việc lựa chọn thiết bị đặc biệt là tuabin và mát phát có ý nghĩa rất quan trọngtrong việc thiết kế nhà máy Nó quyết định kích thước, quy mô nhà máy, khối lượngxây dựng, đào đắp, đặc biệt là ảnh hưởng tới việc cung cấp điện và hiệu quả kinh

21

tế của nhà máy Do vậy, khi chọn thiết bị đòi hỏi phải tiến hành tính toán cho cácphương án lựa chọn khác nhau để chọn ra phương án tối ưu nhất.

1.1.1 Các thông số dùng để chọn thiết bị :

Qua tính toán thủy năng ta có các thông số sau:

Công suất lắp máy Nlm = 8 MW Cột nước nhỏ nhất Hmin = 19,6 m

Cột nước tính toán Htt = 19,6 m Lưu lượng lớn nhất qua TTĐ Qmax =

55,64(m3/s)

Cột nước bình quân Hbq = 21,18 m Cột nước lớn nhất Hmax = 22,21 m

1.1.2 Yêu cầu lựa chọn thiết bị

- Đảm bảo an toàn cung cấp điện , thiết bị phải có hiệu suất cao,

- Vốn đầu tư, mua sắm nhỏ, chi phí quản lý, vận hành ít,

- Điều kiện vận chuyển thiết bị thuận tiện

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA

TURBIN VÀ MÁY PHÁT

2.2 Chọn số tổ máy:

2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy:

Bảng 2-1 : các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy

Yếu tố

Kỹ thuật Zmin phải đảm bảo an toàn cung cấp điện cho hệ thống Ntm<NdtscNăng lượng

Tuabin làm việc trong vùng có hiệu suất cao:

-Tuabin tâm trục: Z↑→ηmaxTB↑, nên chọn nhiều tổ máy

-Tuabin cánh quay: Z ít thì η ít thay đổi, nên chọn ít tổ máy.↓

Quản lý vận

hành

Z nhiều→ quản lý vận hành khó khăn, phức tạp

Z ít → quản lý vận hành đơn giản hơn

Vốn đầu tư Z↑→ chi phí tăng gồm ( chi phí thiết bị, kích thước nhà máy tăng,

khối lượng xây lắp lớn)

Vận chuyển,

lắp ráp

Z nhỏ, kích thước thiết bị lớn→ vận chuyển gặp khó khăn ( thiết bị liền khối, cồng kềnh…), cần chọn Z sao cho thiết bị phù hợp với phương tiện giao thông, đường xá,…

2.2.2 Lựa chọn số tổ máy

22

Số tổ máy quyết định đến quy mô, kích thước nhà máy, vốn đầu tư vào nhàmáy và thiết bị Việc lựa chọn số tổ máy phù hợp phải thông qua tính toán kinh tế.Trong thực tế phải xác định được chi phí vào thiết bị, nhà máy và các chi phí vào tổmáy khi tổ máy gặp sự cố Việc xác định xác suất sự cố tổ máy cũng như tính toánkinh tế rất khó khăn nên trong giới hạn đồ án, em chỉ đưa ra phương án với số tổmáy là 2 tổ máy.

2.3 Xác định các thông số cơ bản của tua bin và máy phát (PA 2 tổ máy):

2.3.1 Xác định các thông số cơ bản của tua bin:

Công suất định mức cho một tổ máy: Ntm= z

Nlm

= = 4 (MW)

Công suất định mức của tuabin: Ntb = mf

lm.z

Nη

== 4.21 (MW)Trong đó:

- ηmf - hiệu suất của máy phát, ηmf =(0,95÷0,98), sơ bộ chọn ηmf = 0,95

Dựa vào công suất Tuabin và dao động cột nước từ H = (19,6 ÷ 22,3)(m)

Tra tài liệu ta chọn được loại Tuabin CQ30/587

+ Ntb- công suất định mức của một turbin

+ ηtt- hiệu suất của turbin thực tại điểm tính toán.(Sơ bộ chọn ηtt = ηM)

+ Q1tt’- lưu lượng dẫn suất của turbin thực tại điểm tính toán.(Sơ bộ

chọn Q1tt’= Q1M’)

+ Q’1M, ηM- lần lượt là lưu lượng dẫn suất, hiệu suất của turbin mẫu tại điểm tínhtoán nó chính là giao điểm giữa đường n’1Mtt (số vòng quay dẫn suất của turbin mẫutại điểm tính toán) với đường giới hạn góc đặt cánh BXCT

23

+ Htt- cột nước tính toán của TTĐ, Htt = 19,6(m).

Tìm số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm tính toán (n’1Mtt)

H n

max T η

η

= 115

0,925

10,9

1 ∆n’1- chênh lệch giữa số vòng quay dẫn suất của tuabin thực và mẫu

2 ηT max-ηM max: ta cóηM max = 0,9

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

5 T 1

M 1 max M max

T

D

D)

1(

H n

== 268,25 (v/ph)24

Thay số vào công thức tính ntt ta được ntt=268,25 (v/ph) dựa vào bảng (8-3) GTTBTL ta chọn được số vòng quay đồng bộ là ntc = 250 (v/ph).

2.3.4 Xác định số vòng quay lồng của turbin n l ( v/ph):

Là số vòng quay đột biến của BXCT, nó xảy ra khi mômen lực chuyển động củarôto tổ máy (Mđ) lớn hơn mômen cản chuyển động rôto máy phát (Mc) Trong quátrình vận hành TTĐ, vì một lý do nào đó cần phải đóng cánh hướng nước mà bộphận hướng nước chưa kịp đóng thì số vòng quay của turbin tăng lên đột ngột trongthời gian ngắn, nó sẽ đạt tới trị số cực đại nào đó gọi là số vòng quay lồng tốc (nl)

,

11 max 1

1tc

n H n

D

=

Trong đó: n’1l-số vòng quay lồng quy dẫn turbin HL260, ta được

' 11

n

= 1,4ntt (v/ph)Thay số ta đươc: nl = =826,4(v/ph)

Vậy số vòng quay lồng là nl = 826,4 (v/ph)

2.3.5 Kiểm tra lại các thông số của turbin:

2.3.5.1 Xác định lại điểm tính toán:

Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của tuabin thực, tuabin mẫu là:

(v/ph)

' 1

' tt 1

' Mtt

n = −Δ = 105,88– 1,58= 117,54(v/ph).

Lưu lượng dẫn suất tại điểm tính toán của Tuabin mẫu:

tt tt

2 tc 1 tt

tb Mtt

1

H.H.D 81,9

N'

= 0,878 + 0,025 = 0,903 Đưa n’

1M tt và Q’1M tt lên đường ĐTTHC xem điểm tính toán có nằm trong phạm vicho phép, ta thấy điểm tính toán trước và sau khi chọn D1tc nằm trong vùng hiệu suất cao

25

2.3.5.3 Xác định chiều cao hút (Hs):

Độ cao hút HS là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nước hạ lưu đến điểm có

áp lực nhỏ nhất Với turbin cánh quay người ta quy ước điểm có cao trình tươngđương đáy cánh hướng nước Sơ bộ có thể xác định HS theo công thức sau

Hs = 10 - 900

∇

- k.σM.HttTrong đó: + σM - Hệ số khí thực của turbin mẫu tra trên đường ĐTTHC vớiđiểm tính toán (n’1M tt =117,38 , σM = 0,45

+ ∇ - Cao trình lắp máy so với mặt biển, sơ bộ lấy

chọn Hs hợp lý cần phải xét các tổ hợp mực nước và cột nước khác nhau, từ đó tính

ra trị số Hs cho phép với mỗi tổ hợp nói trên, sau đó chọn ra Hs cho phép hợp lýnhất

2.3.5.4 Xác định cao trình lắp máy ∇lm :

Cao trình lắp máy (∇lm) là cao trình lắp turbin Đối với turbin cánh quay, trục đứng

∇lm là cao trình đi qua trung tâm cánh hướng nước Đây là cao trình quan trọng của nhà máy thuỷ điện vì nó là cơ sở để xác định các cao trình khác

∇lm = Zhlmin + Hs + χ.D1

Trong đó χ = (0,38 ÷ 0.41) Lấy χ = 0,4

→ ∇lm = 423,53 + 0,0952 + 0,4 2= 423, 95 (m)

2w+`2.4 Chọn máy phát điện:

2.4.1 Điều kiện chọn máy phát:

Chọn máy phát phải thoả mãn 2 điều kiện: Kinh tế và kỹ thuật

Theo Kỹ thuật thì: Nmf = [Nmf]

± 5%

nmf = [ ]nmf

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

Nmf= =4 MW

+ Số vòng quay đồng bộ của MPĐ: n = 250 (v/ph)

+ Số đôi cực từ của máy phát: 2p = 24 (Tra GT Tuabin trang 139)

=> Từ bảng tra các loại máy phát điện thủy lực ta xác định được các giá trị Da=3m

1 Stator Đ.K ngoài lõi thép Da= Di+(0,5-0,9m) 3

Chiều cao MF hst= la+0,75m 1,18

27

5 Chóp MF Chiều cao ho= (0,3-0,5).Di 0.75

Đường kính do= (0,2-0,25).Di 0.5

6 Hố MF

Đường kính Dh= (1,5-1,85)Di 4.625 Chiều dày máy làm mát t= (0,35-0,375)m 0,35 Khoảng cách đi lại b> (0,4-0,5)m 0,45

28

CHƯƠNG 3 - CHỌN THIẾT BỊ DẪN NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC

3.1 Thiết bị dẫn nước turbin (buồng xoắn)

3.1.1 Khái niệm

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

3.1.2 Chọn kiểu buồng xoắn tuabin

Tùy theo cột nước, công suất của trạm thuỷ điện mà buồng tuabin gồm các kiểu: hở,chính diện và buồng xoắn Trạm thuỷ điện Mường Hóa đang thiết kế có cột nước

Hmin ÷ max = (19,06 ÷ 22,21 m), cột nước tính toán là Htt= 19,06 (m), công suất của một

tổ máy là Ntm= 4 (MW), trong phạm vi ứng dụng các kiểu buồng tuabin (hình 5-1 giáo trình TBTL- ĐHTL trang 84) kết hợp với tuabin CQ30/587 tra được buồng xoắn bê tông

3.1.3 Các thông số cơ bản của buồng xoắn

• Góc bao ϕmax của buồng xoắn

Phương án buồng xoắn lợi nhất được lựa chọn trên cơ sở xác định kết quả thínghiệm mô hình BXCT đã chọn với các kiểu buồng xoắn khác nhau Đối với TTĐNậm Sơn có cột nước dao động Hmin ÷ max = (19,06 ÷ 22,21 m), buồng xoắn bê tôngchọn góc bao ϕmax = 2250

• Vận tốc tại cửa vào buồng xoắn Vcv

Vận tốc tại cửa vào buồng xoắn theo công thức kinh nghiệm như sau:

Vcv = kx

ttH

trong đó kxlà hệ số kinh nghiệm xét đến tổn thất thuỷ lực và kích thước kinh tế củabuồng xoắn, kx = 0,8 ÷ 1,1; Htt cột nước tính toán, Htt = 19,06 m

Thay số: Vcv = (0,8÷1,1) = (3,49 ÷ 4,80) (m/s), ta chọn Vcv = 4 m/s

• Hình dạng tiết diện vào buồng xoắn

29

Đối với TTĐ Mường Hóa , em chọn buồng xoắn có tiết diện kiểu trần bằng để

có thể giảm thể tích khối bê tông phần dưới nước của nhà máy, rút ngắn khoảngcách giữa các trục tổ máy và dễ bố trí động cơ tiếp lực

3.1.4 Nguyên lý tính toán thủy lực buồng xoắn

Đối với TTĐ Mường Hóa, góc bao ϕmax> 180o em sử dụng nguyên lý vận tốc

bình quân bằng hằng số (V u = const ) để tính toán xác định kích thước buồng xoắn.

Phương pháp này giả thiết tốc độ trung bình của dòng nước tại tất cả các điểmtrên cùng một mặt cắt hay tốc độ trên tất cả các mặt cắt khác nhau là bằng nhau Các bước xác định kích thước mặt bằng buồng xoắn

Phương pháp momen vận tốc bằng hằng số dựa trên sự phân bố vận tốc củachất lỏng trong buồng xoắn tuân theo quy luật: Vu.R=const (R - là khoảng cách từđiểm đang xét trong buồng tuabin đến trục tuabin)

Bảng 3.3 - Kích thước cơ bản của Buồng xoắn

+)Lưu lượng lớn nhất vào buồng soắn Qo

Qo=Qi’tt.D12 trong đó Qi’tt=Qi’(A)=1.408 (m3/s)

Qo=1,408.22 =24,59(m3/s)

Lưu lượng tại cửa vào Qmax

30

Qmax===15,37 (m3/s)

Vận tốc cửa vào buồng xoắn: Vcv= 4 (m/s),

Lưu lượng chảy qua mặt cắt cửa vào buồng xoắn (Qcv) được xác định theo

công thức:Qcv = 360

Qtmϕmax

(m3/s), trong đó:

ϕmax- Góc bao lớn nhất của buồng xoắn ϕmax = 2250

Qtm - lưu lượng lớn nhất chảy qua tuabin

1Diện tích mặt cắt cửa vào của buồng xoắn được xác định theo công thức:

Fcv = =

Chọn Rv = 1,55 D1 = 1,55 2 = 3,1 m → av = Rv – ra = 3,1– 1,56 = 1,54 m

Mặt khác ta có: Fcv = acv.bcv

.tgγ 2

) b (b 2

(b 0,5)

.tg10 2

Xác định kích thước các tiết diện tiếp theo:

+ Chọn quy luật thay đổi các tiết diện tiếp theo nằm trên đường thẳng

+ Trong khoảng r = 1,56 m đến R = 3,1 m chia ra khoảng 6 tiết diện trung gian, với

∆R = 0,257 m

+ Dùng phương pháp đồ giải để vẽ đường bao ngoài:

Ta tiến hành vẽ đường quan hệ :F=f(R) và =f(F)

Ống hút là đoạn ống có nhiệm vụ dẫn nước từ bánh xe công tác xuống hạ lưu.

Ống hút cho phép sử dụng phần động năng, thế năng còn lại dòng chảy sau khi ra

xe công tác 4H 1.915 1 1.915 3.5 2.2 1.1 1.1 0.5 1.417 1 ∏30

Với loại turbin đã chọn, buồng xoắn đã chọn, ta căn cứ vào Bảng 6-3 và Bảng 6-4

Giáo trình Turbin thuỷ lực- ĐHTL ta chọn được ống hút loại ống hút cong loại 4A

với các kích thước được thể hiện ở Bảng 3.5 và 3.6 (phụ lục)

32

CHƯƠNG 4: CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH TURBIN

4.1 Nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh turbin:

Trong nhiều trường hợp, turbin nước được dùng làm động cơ cho các máyphát điện Thông thường, đối với các turbin loại vừa và lớn thì trục turbin được nốitrực tiếp với trục máy phát mà không qua một khâu truyền động trung gian nàokhác

Trong quá trình làm việc của TTĐ, nhu cầu điện năng ( phụ tải của các máyphát điện) luôn luôn thay đổi trong phạm vi rất rộng Nếu không có biện phápchuyên môn để điều chỉnh công suất do các động cơ turbin phát ra cho lưới điện thì

sẽ xảy ra sự thay đổi tần suất điện quá giới hạn cho phép

Quy trình kĩ thuật vận hành điện ngày nay quy định tần số điện không đổi, độsai lệch tạm thời của tần số điện xoay chiều với giá trị định mức (50 Hz) không quá

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

W - tốc độ góc rôto tổ máy

Mq - mômen lực chuyển động rôto tổ máy

33

Mc - mômen cản chuyển động rôto tổ máy

t - thời gian

Từ phương trình trên ta thấy muốn cho tốc độ góc là hằng số hay dt

d ω

= 0, thìcần sự duy trì sự cân bằng giữa mô men lực chuyển động và mô men lực cảnchuyển động tức là: Mq = Mc

Mô men cản phụ thuộc phụ tải máy phát điện Nmp , còn mô men chuyển động

Mq quyết định bởi công suất của turbin NT Nếu phụ tải máy phát điện thay đổi, màcông suất của turbin vẫn không đổi thì dẫn đến tốc độ quay của tổ máy thay đổi

Khi công suất turbin có dư, thì tốc độ quay tăng lên 

d

, còn nếu công suất

của turbin không đủ thì tốc độ quay giảm xuống 

d

Do đó phải thay đổimômen lực chuyển động hay công suất turbin bằng cách thay đổi lưu lượng Q, cộtnước H, hiệu suất (η) của turbin Sự thay đổi cột nước H hay hiệu suất η để thayđổi NT là điều mà về mặt kĩ thuật cũng như kinh tế rất khó thực hiện và bất hợp lí

+ Cơ cấu ổn định: tác dụng làm tăng tính ổn định và chất lượng điều chỉnh

+ Cơ cấu phụ trỡ: làm các động tác phụ như thay đổi chỉnh định máy điều tốc, hạn chế độ mở…

4.3 Chọn các thiết bị điều chỉnh turbin:

4.3.1 Chọn động cơ tiếp lực ( ĐCTL):

34

Với tuabin tâm trục ta tiến hành chọn động cơ tiếp lực để quay cánh hướngnước Để quay được cánh hướng nước động cơ tiếp lực phải tạo ra được mộtmômen kéo đủ lớn để thắng mômen thuỷ lực tác dụng lên tất cả cánh hướng nước,mômen ma sát trong ổ trục cánh hướng nước, trong các khớp của thanh kéo đểlàm kín cánh hướng nước khi đóng.

Chọn động cơ tiếp lực chuyển động thẳng tác động hai bên, mỗi động cơ có 1pittông, mỗi Tuabin có 2 động cơ

Các thông số động cơ tiếp lực:

* Đường kính trong của xi lanh động cơ tiếp lực : dH

dH = λD1

max

o H b

0M 0

ZD

ZD

a, a - độ mở cánh hướng nước của tuabin và mẫu, a = 27 mm (ứng với điểmtính toán trên đường ĐTTHC)

Z0 , Z0M : Số lượng cánh hướng dòng của tuabin thực và mẫu :

Z0 = Z0M = 16

D0 , D0M: Đường kính đi qua tâm cánh hướng nước của tuabin thực và tuabinmẫu D0M = 538 mm

D0 = 2,4 m = 2400 mmVậy a0max= 120 mm

Vậy SHmax = (1,4 ÷ 1,6).120 = ( 168 ÷ 192 ) mm, SHmax = 180 mm =0.18m

* Thể tích động cơ tiếp lực: VH

35

VH =

Hmax H H

2

H Z ψ S d

4 π

Trong đó :

ZH : Số lượng pit tông của ĐCTL : ZH = 2

ψH : Hệ số co hẹp có cần pit tông nằm trong xilanh:ψ = 0.7 ÷ 1, chọn ψ = 0.8

Vậy : VH =

2 3.14 , 0, 2 2.0,8.0,18 4

dbc và dbt : đường kính bầu BXCT tuabin,ở tiết diện cầu và trụ

dbx : đường kính trong của động cơ tiếp lực BXCT

* Độ di chuyển lớn nhất của pittong ĐCTL và BXCT:

Với loại không có vành sao và pittong nằm trên bầu BXCT thì :ψbx =(0.84 ÷ 0.88)Loại tuabin em chọn thì không có vành sao và pittong nằm trên bầu BXCT thì : ψbx

=(0.95÷ 0.97) Em chọn ψbx =0.96

 Pbx =40.10

23,14.0,654.0,96=12,73.105 (N) = 1273,58(KN)

* Lưu lượng dầu có áp đi vào van trượt chính của máy điều tốc (Qvt):

Qvt = S

HTV

VH : Thể tích của ĐCTL , VH = 0,00904 (m3)

TS : Thời gian đóng của ĐCTL , sơ bộ lấy TS = 5 (s)

Qvt =

0.19468 5

Vd: vận tốc dầu có áp trong ống dẫn dầu, nói chung vd= (4÷6) (m/s)

37

4.3.3 Chọn thùng dầu áp lực MHY:

Kích thước thiết bị dầu áp lực phụ thuộc vào thể tích nồi hơi, dung tích của nóphải đủ để đóng bộ phận hướng nước trong điều kiện bất lợi khi áp lực nồi hơi thấphơn áp suất định mức 40 (at) khoảng (35÷40)%, đồng thời đủ để bổ sung lượng dầu

rò rỉ.Thiết bị dầu có áp được tính theo dung tích của nồi hơi (V), dung tích đó đượcxác định như sau

V = (18 ÷ 20).VH + (4÷ 5)Vbx ( Đối với turbin cánh quay )

* VH: tổng dung tích ĐCTL của BPHN, VH = 0,00904 (m3) Vbx = 0,0318

→

V = (0,2899÷ 0,339) (m3)

Chọn V theo tiêu chuẩn ta có V = 0,3(m3)

Từ đó tra Bảng (9-1 GTTBTL) ta chọn được thiết bị dầu áp lực có ký hiệu:

TBDAL – 5.6

(Các thông số được thể hiện ở bảng 3.7 phụ lục)

38

dien tu dùng

duong dây 115 KV

MC MC

6,6 KV

5.1.2 Các yêu cầu khi thiết kế sơ đồ đấu điện chính

+ Tính chắc chắn của sơ đồ: Đảm bảo sự truyền tải điện năng của nhà máy vào

hệ thống hoặc các hộ dùng điện trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi bị

sự cố

+ Phải đảm bảo tính linh hoạt và thuận tiện trong vận hành: nghĩa là thích ứngvới mọi tình trạng làm việc có thể xảy ra và thao tác các thiết bị phải đơn giản + Tính kinh tế: Chi phí đầu tư và vận hành là nhỏ nhất

5.1.3 Chọn sơ đồ đấu điện chính :

+ Sơ đồ đấu điện như sau: mỗi tổ máy đấu trực tiếp với một MBA, MBA đấuvới đường dây cao thế Mỗi mạch có một MBA và một máy cắt

39

+ Ưu điểm:MBA có kích thước và khối lượng nhỏ nên chi phí vận chuyển vàlắp đặt giảm, các MBA làm việc độc lập, không cần kiểm tra quá tải sự cố, SĐĐĐđơn giản, số lượng dao cắt không lớn

+ Nhược điểm: số lượng MBA nhiều, khả năng xẩy ra sự cố cao, khi mộtmạch bị sự cố thì máy phát ở mạch đó ngừng hoạt động, không phát huy đươc khảnăng quá tải của MBA

Đối với TTĐ Mường Hóa có 2 tổ máy và công suất định mức Nđm = 8 MW Đểđảm bảo an toàn cấp điện liên tục và ít xảy ra quá tải trên các MBA nên ta chọn sơ

đồ đấu bộ

5.2 Chọn máy biến áp:

5.2.1 Chọn máy biến áp chính:

Theo sơ đồ trên ta có số lượng máy biến áp : Z = 2 máy

Công suất biểu kiến toàn TTĐ: S = cosϕ

Nlm = = 10 MVACông suất tự dùng của NMTĐ: S1 = 1% S = 0,1 MVA

Công suất đưa lên hệ thống điện: S2 = S – S1 = 10 – 0,1 = 9,9 MVA

Công suất yêu cầu 1 MBA: SBA = S2/2 = 4,95MVA

Tra trong bảng tra ta chọn được máy biến áp 3 pha 2 dây quấn làm mát bằngdầu do Nga chế tạo : TPДH có các thông số sau

Điện áp cuộn dây (KV)

Kích thước lớn nhất(m)

Trọng lượng (T)

5.2.2 Hiệu chỉnh công suất và kiểm tra quá tải:

a) Hiệu chỉnh công suất

Giả sử nhiệt độ của nơi Sản xuất và Việt Nam như sau (lấy theo giáo trình40