Thiết kế trạm thuỷ điện mường xén

2.3 Xác định công suất bảo đảm Công suất bảo đảm Nbđ là công suất trung bình tính theo khả năng dòngnước trong thời kỳ nước kiệt tương ứng với mức bảo đảm tính toán của TTĐ.Công suất bảo

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng điện có vai trò vô cùng to lớn trong sự phát triển văn hoá và đời sống nhân loại Nhu cầu điện năng của cả thế giới tăng trưởng ngày càng mạnh hoà nhịp với tốc độ tăng trưởng nền kinh tế chung, có thể nói một trong những tiêu chuẩn 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, điện nguyên tử và một số nguồn năng lượng khác như năng lượng gió, năng lượng mặt trời …

Ở nước ta, điện năng luôn đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế của đất nước Để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế đất nước thì yêu cầu

về điện năng đòi hỏi ngày càng nhiều Hiện nay ở nước ta nguồn năng lượng thuỷ điện chiếm vai trò quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam Nó chiếm tỷ trọng khoảng 60% công suất của hệ thống điện Việt Nam Tuy nguồn thuỷ điện chiếm một tỷ trọng lớn nhưng chúng ta cũng mới chỉ khai thác được khoảng 20% trữ năng

lý thuyết của các con sông ở Việt Nam.

Mặt khác nhu cầu sử dụng điện của các hộ dùng điện thay đổi từng giờ vì vậy

để đáp 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 đòi hỏi người thiết kế và thi công các trạm thuỷ điện phải nắm vững những kiến thức về thuỷ điện

Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thuỷ điện, được sự đồng ý của nhà trường và Hội đồng tốt nghiệp khoa Năng Lượng, em được giao đề tài “ Thiết

kế trạm thuỷ điện Mường Xén”.

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

TỔNG QUAN

Suối Nậm Cắn là nhánh suối cấp I bờ trái sông Nậm Mô Nậm Mô lànhánh sông lớn của sông Lam chảy từ đất Lào sang đất Việt Nam và nhập vàosông Lam tại địa phận xã Xá Lượng huyện Tương Dương tỉnh Nghệ An SuốiNậm Cắn bắt nguồn từ các đỉnh núi giữa biên giới Việt Lào của hai tỉnh XiêngKhoảng (Lào) và Nghệ An (Việt Nam) Suối Nậm Cắn chảy từ thượng nguồn về

hạ lưu luôn thay đổi hướng chảy Đoạn đầu khoảng 3km suối chảy theo hướngBắc - Nam, tiếp tục suối chảy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam trên đoạn 3km,sau đó suối tiếp tục đổi hướng chảy theo hướng Đông Nam - Tây Bắc sau đó nhậpvào sông Nậm Mô

Lưu vực suối Nậm Cắn phía Bắc và phía Tây nằm trên địa phận huyệnXiêng Khoảng nước Lào, phía Đông giáp với lưu vực suối Huổi Póc và phía Nam

là phần lưu vực đổ vào sông Nậm Mô

Công trình được xây dựng trên suối Nậm Cắn thuộc xã Nậm Cắn và xã Tà

Cạ, huyện Kỳ Sơn tỉnh Nghệ An Công trình có tọa độ vị trí địa lý như sau:

Tuyến đập:

104005'43" kinh độ Đông

19026'59" vĩ độ BắcTuyến nhà máy:

104006'21" kinh độ Đông

19024'10" vĩ độ BắcĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH

2.1 Tuyến đập

Đặc điểm địa hình địa mạo

Vị trí thiết kế tuyến đập được đặt trên nền đá vôi của hệ tầng Bắc Sơn Pbs) Lòng suối tại vị trí tim đập có dạng hình chữ V, cao độ khoảng 887.0m,chiều rộng lòng sông khoảng 10m - 15m, phần lớn lộ đá gốc là đá vôi màu xámđen, xám trắng, bề mặt lồi lõm do đá bị rửa giũa, bào mòn

(C-Vai trái có độ dốc dao động từ 350 - 400, lộ đá gốc đới IB từ cao trình 887.0lên trên từ 1.5- 2m là đá vôi màu xám, xám đen bị bào mòn khá mạnh, đôi chỗ bịhoa hoá có màu xám trắng - trắng nhạt Chuyển dần lên sườn là các thành tạo edQmàu xám đen, xám vàng với bề dày khoảng 2-3m

Vai phải có độ dốc dao động từ 150 - 200, gặp dải đá gốc IB dài khoảng 30m từ thượng lưu đến hạ lưu tim đập, cao từ 1-2m, là đá vôi mầu xám đen phânlớp trung bình từ 10 đến 30cm, trong đá vôi có nhiều mạnh nhỏ calcit mầu trắngxuyên cắt Đá bị rửa giũa khá mạnh tạo bề mặt lồi lõm, chuyển dần lên sườn làtầng phủ edQ màu xám vàng dày khoảng 1,5-3m

25-Cấu trúc địa chất

Tổng hợp tài liệu đo vẽ bản đồ địa chất, tài liệu hố khoan và hố đào khảo sáttại tuyến đập, từ trên xuống dưới các thành tạo đất đá được phân chia theo mức độphong hóa của đá gốc:

− Đới sườn tàn tích và đới phong hóa mãnh liệt (edQ+IA1): Phân bố hầuhết ở khu vực tuyến đập, ngoài vị trí dải đá sát bờ suối lộ đá gốc đới IB Căn

cứ vào hình trụ hố khoan và trụ hố đào cho thấy bề dày đới sườn tàn tích tại vịtrí hai vai đập tương đối mỏng (Hố đào HĐ-04 là 2,3m) Vai trái bề dày trungbình của đới từ 2,5-3m, vai phải 1,5-3m Càng tăng lên bề dày tầng phủ tănglên Thành phần của đới gồm đất từ á sét nhẹ đến á sét nặng, đá vôi bị silichóa, đolômit hóa phong hóa mãnh liệt thành đất á sét màu xám nâu, xámvàng, trạng thái nửa cứng đến cứng

− Đới đá phong hoá mạnh (IA2): Thành phần là đá vôi, đá vôi silic, đávôi bị đolômit hoá màu xám nâu, xám đen bị phong hóa mạnh thành đá cómàu xám nâu lẫn xám trắng, xám đen lẫn xám Đá mềm yếu Chiều dày trungbình của đới 1,0-2,0m (tại hố khoan HK-01 là 1,5m và HK-02 là 0,8m)

− Đới đá phong hoá trung bình (IB): Thành phần là đá vôi, đá vôi silic,

đá vôi bị đolômit hoá màu xám nâu, xám đen bị phong hóa vừa Đá có cấu tạophân lớp trung bình đến dày, kiến trúc hạt nhỏ đến hạt mịn, nhiều chỗ có chứa

di tích vi cổ sinh, thành phần khá đồng nhất (chủ yếu là calcit) Các đá vôi

này thường bị các mạch calcit thứ sinh xuyên cắt gây tái kết tinh yếu Đá có

độ cứng trung bình, RQD tại hố khoan HK-01 và HK-02 trung bình đạt 70% Chiều dày đới khoảng 5-8m

Theo kết quả thí nghiệm, cường độ kháng nén mẫu đá hố khoan HK-02 ởtrạng thái bão hòa là 686 kG/cm2, cường độ kháng kéo là 86 kG/cm2 Cần lưu

ý đây là cường độ khối đá dạng thỏi, có chất lượng tốt Vì vậy trong thực tế cường độ đới IB có thể nhỏ hơn Khi đưa vào tính toán cường độ mẫu đới IB (trạng thái bão hòa) kiến nghị là 670kG/cm2

− Đới đá tươi, nứt nẻ (IIA): Gặp ở vị trí hố khoan tại tim đập từ khoảngcao trình 884m trở xuống Thành phần là đá vôi, đá vôi silic, màu xám nâu,xám đen bị nứt nẻ Đá có cấu tạo phân lớp trung bình đến dày, kiến trúc hạtnhỏ đến hạt mịn, nhiều chỗ có chứa di tích vi cổ sinh, thành phần khá đồngnhất (chủ yếu là calcit) Các đá vôi này thường bị các mạch calcit thứ sinhxuyên cắt gây tái kết tinh yếu Đây là loại đá trầm tích của hệ tầng Bắc Sơn

(C-Pbs) Đá cứng chắc, RQD đạt từ 82-85%.

Tổng hợp tài liệu khảo sát tại tuyến đập, từ trên xuống dưới các thành tạo đất

đá được phân chia theo mức độ phong hóa của đá gốc:

− Đới sườn tàn tích (edQ+IA1): Thành phần gồm đất từ á sét nhẹ đến ásét nặng, đá vôi bị silic hóa, đolômit hóa phong hóa mãnh liệt thành đất á sétmàu xám nâu, xám vàng, trạng thái nửa cứng đến cứng Vai trái bề dày trungbình của đới từ 2,5-3m

− Đới đá phong hoá mạnh (IA2): Đá vôi, đá vôi silic, đá vôi bị đolômithoá màu xám nâu, xám đen bị phong hóa mạnh thành đá có màu xám nâu lẫnxám trắng, xám đen lẫn xám Đá mềm yếu Chiều dày trung bình của đới 1,5-2m

− Đới đá phong hoá trung bình (IB): Đá vôi, đá vôi silic, đá vôi bịđolômit hoá màu xám nâu, xám đen bị phong hóa vừa Đá có cấu tạo phân lớptrung bình đến dày, kiến trúc hạt nhỏ đến hạt mịn, nhiều chỗ có chứa di tích vi

cổ sinh, thành phần khá đồng nhất (chủ yếu là calcit) Các đá vôi này thường

bị các mạch calcit thứ sinh xuyên cắt gây tái kết tinh yếu Đá có độ cứngtrung bình Chiều dày đới khoảng 5-8m.

− Đới đá tươi, nứt nẻ (IIA): Đá vôi, đá vôi silic, màu xám nâu, xám đen

bị nứt nẻ Đá có cấu tạo phân lớp trung bình đến dày, kiến trúc hạt nhỏ đến hạtmịn, nhiều chỗ có chứa di tích vi cổ sinh, thành phần khá đồng nhất (chủ yếu

là calcit) Các đá vôi này thường bị các mạch calcit thứ sinh xuyên cắt gây tái

kết tinh yếu Đây là loại đá trầm tích của hệ tầng Bắc Sơn (C-Pbs).

Kiến tạo

Theo kết quả đo vẽ bản đồ địa chất tỷ lệ 1/2000 tuyến đập cho thấy trongphạm vi tuyến đập có một đứt gãy bậc V (FV1) Đứt gãy này nằm bên vai phải đập,chạy theo phương Tây Bắc - Đông Nam dài khoảng 670m với chiều rộng đới pháhuỷ khoảng 0.5 - 1.0m và chiều rộng đới khe nứt tăng cao ước khoảng 1.0 - 1.5m.Đứt gẫy này là đứt gẫy nhỏ không ảnh hưởng lớn đến tuyến đập Thiết kế cần cóbiện pháp khoan phụt xi măng xử lý thấm cũng như xử lý nền đập tại vị trí đứt gẫy

để đem lại sự ổn định lâu dài cho tuyến đập cũng như tránh mất nước xuống hạlưu theo đứt gẫy này

Đặc điểm địa chất thủy văn

Nước mặt: Nguồn nước trên mặt ở khu vực đập đầu mối phụ thuộc vào lưulượng của suối chính và các suối nhánh Nhìn chung, về mùa cạn cũng không hếtnước Các kết quả phân tích mẫu nước suối thu thập thuộc phạm vi tuyến đập chothấy nước nhạt Nước có đủ tiêu chuẩn cho ăn uống và sinh hoạt

Kết quả phân tích 1 mẫu nước mặt lấy tại tuyến đập:

Công thức Cuốc lốp:

Nước thuộc loại Bicacbonat - Canxi

Theo TCVN 3394: 85 mẫu nước trên có mức độ ăn mòn yếu lên kết cấu bêtông và bê tông cốt thép

Các phức hệ chứa nước dưới đất: Nước ngầm tại khu vực tuyến đập tồn tạichủ yếu trong các hệ thống khe nứt, đứt gãy của đá vôi thuộc hệ tầng Bắc Sơn (C-Pbs), đá có màu xám nâu, xám đen, đá vôi silic, đá vôi bị đolômit hoá Đây lànhững đối tượng tương đối nghèo nước hoặc không chứa nước, phía trên đá bịphong hoá, độ nứt nẻ giảm dần theo chiều sâu, xuống sâu đá ít nứt nẻ hoặc khôngnứt nẻ Nước xuất lộ dọc theo hai bờ suối và suối nhánh dưới dạng thấm rỉ

2 Đường duy trì lưu lượng trung bình ngày đêm tuyến đập thủy điện Nậm Cắn 2

DÂN SINH, KINH TẾ

Đặc điểm tự nhiên, xã hội, dân sinh

Nghệ An là tỉnh thuộc vùng Bắc Trung Bộ, trải dài theo hướng Tây Bắc Đông Nam như một bức tranh nhiều màu sắc

-Lãnh thổ của Nghệ An nằm trong tọa độ từ 18033'10" đến 19024'43" vĩ

độ Bắc và từ 103052'53" đến 105045'50" kinh độ Đông Về phía Bắc, Nghệ Angiáp tỉnh Thanh Hóa với đường biên dài 196,13km; phía Nam giáp tỉnh HàTĩnh với đường biên dài 92,6km; phía Tây giáp nước bạn Lào thuộc phạm vi

3 tỉnh Xiêng Khoảng, Bôn Khăm Xay và Hứa Phần với đường biên 419km;phía Đông giáp với Biển Đông với chiều dài đường bờ biển khoảng 82km

Về mặt diện tích, Nghệ An là tỉnh dẫn đầu trong số các tỉnh thuộc vùngBắc Trung Bộ và là một trong những tỉnh có diện tích lớn nhất nước ta Toàntỉnh có diện tích tự nhiên là 16.487,29 km2, chiếm khoảng 5% diện tích cảnước và với số dân 3.030.946 người (theo Niên giám thống kê năm 2005),chiếm khoảng 3,74% dân số Việt Nam Mật độ dân số trung bình là 183người/km2

Tỉnh Nghệ An có 1 thành phố loại 2, 1 thị xã và 17 huyện: Thành phốVinh; Thị xã Cửa Lò; 10 huyện miền núi: Thanh Chương, Kỳ Sơn, TươngDương, Con Cuông, Anh Sơn, Tân Kỳ, Quế Phong, Kỳ Sơn, Quỳ Hợp, NghĩaĐàn; 7 huyện đồng bằng: Đô Lương, Nam Đàn, Hưng Nguyên, Nghi Lộc,

Diễn Châu, Quỳnh Lưu, Yên Thành Với 17 thị trấn (mỗi huyện có 1 thị trấn),

18 phường (gồm 13 phường thuộc thành phố Vinh và 5 phường của thị xãCửa Lò) và 431 xã.

PHẦN II: TÍNH TOÁN THỦY NĂNG

1.1 Mục đích tính toán thủy năng

Tính toán thủy năng là sự tiếp tục của phần tính toán thủy lợi Mục đíchcuối cùng của tính toán thủy năng là dựa vào tình hình dòng chảy thiên nhiênđến, điều kiện địa hình, địa chất, yêu cầu dùng điện của các hộ, các ngành vàcác nơi dùng nước có liên quan khác để chọn ra các thông số của hồ chứa vàcác thông số có lợi nhất của trạm thủy điện cần thiết kế

1.2 Chọn mức bảo đảm tính toán

Trạm thủy điện làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nước đến trongthiên nhiên Do đó nên không thể đảm bảo bất kỳ thời gian nào cũng có thểphát đủ 100% công suất, đảm bảo an toàn cấp điện Để đánh giá mức độ chắcchắn trong việc cung cấp điện của trạm thủy điện người ta đưa ra chỉ tiêu Pgọi là “mức bảo đảm” và nó được biểu thị bằng công thức sau:

Tổng thời gian vận hànhCông trình thủy điện Nậm Cắn được tính toán với công trình cấp III, do

đó Ptk = 85%

1.3 Chọn phương thức khai thác thủy năng

Căn cứ vào điều kiện địa hình tuyến công trình cho thấy địa hình tạiđoạn sông thượng nguồn có độ dốc khá lớn, lòng sông hẹp dùng đập dâng thìđập sẽ rất cao, hồ điều tiết không lớn, chi phí đầu tư lớn mà không có lợinhiều.Trong trường hợp này, để tận dụng toàn bộ lợi thế địa hình đặc biệt là

độ dốc của lòng sông nên chọn phương thức khai thác thủy năng là kiểuđường dẫn Các hạng mục dự định xây dựng bao gồm: Đập bê tông trọng lực,cửa lấy nước không áp, kênh không tự điều tiết, hồ điều tiết ngày đêm, cửalấy nước có áp, đường ống áp lực dẫn nước vào nhà máy, nhà máy thủy điện

và kênh xả hạ lưu

CHƯƠNG 2 - TÍNH TOÁN THỦY NĂNG, LỰA CHỌN PHƯƠNG

ÁN

2.1 Xác định mực nước dâng bình thường (MNDBT)

MNDBT là một thông số quan trọng của hồ chứa Đây là mực nước caonhất của hồ chứa trong điều kiện làm việc bình thường của TTĐ

Việc xác định MNDBT phải thông qua so sánh các phương án trên cơ sởtính toán kinh tế Đối với các công trình thuỷ điện khi các điều kiện về địachất, thấm bốc hơi, biên giới quốc gia được thoả mãn thì việc xác địnhMNDBT được tính toán trên cơ sở so sánh giữa chi phí và lợi ích

Trong đồ án này phương án của em được giao là MNDBT =890(m)

 MNDBTBAL = MNDBThồ-iL-∆hCLN= 0.04=888.8(m)

890-0.001×1102.82-Trong đó : L : chiều dài kênh

2.2.2 Xác định MNC theo điều kiện bồi lắng bùn cát

Trạm thủy điện Mộc Châu theo thiết kế sơ bộ là TTĐ đường dẫn với cửalấy nước không áp

Hình II-2- 1Các loại mực nước trong hồ.

Vậy MNC theo điều kiện bồi lắng bùn cát được xác định theo công thứcsau:

MNC BAL bc = Z bc + h o + d 1 +∆h

trong đó:

 Zbc là cao trình bùn cát bùn cát, được xác định từ Vbc

 ho là chiều cao dòng đều trong kênh dẫn nước

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

bc

.

0

- T: Tuổi thọ công trình, T= 3 (năm)

- Vo:Tổng lượng nước trung bình nhiều năm

2.2.2.2Xác định độ sâu dòng đều trong kênh dẫn

Kênh chính của công trình TTĐ Mộc Châu dự kiến là kênh bêtông cốtthép không tự điều tiết với chiều dài kênh dẫn khoảng L= 1062.4(m) Mặt cắtngang sơ bộ là hình chữ nhật với bề rộng kênh Bk= bCLN, độ dốc mái kênh là

m = 0, hệ số nhám n =0,013, độ dốc đáy kênh io= 0,1%

-Ta chọn sơ bộ cửa lấy nước hình chữ nhật kích thước bxh với

h = (1÷1.3)×b

o R i n

A

Q= 3

,trong đó

-Q là lưu lượng thủy điện lớn nhất QmaxTĐ = 3.22(m3/s)

-A0 là diện tích mặt cắt ướt ứng với dòng chảy đều A0= bk.ho

Theo kinh nghiệm, vận tốc có lợi nhất trong kênh nằm trong khoảng

MNCBALbc= 885.15+ 1 + 1+ 0,2= 887.35(m)

Nhận thấy ứng với tuổi thọ công trình là 3 năm, MNC= 887.35 (m) sấp

xỉ MNDBT= 889.59 (m) Vậy ta phải có biện pháp công trình nạo vét lòng hồkết hợp với xây dựng cống xả cát đáy Chọn chu kỳ nạo vét lòng hồ là 3 năm

Từ MNC theo điều kiện bồi lắng, tính được dung tích BALứng với

MNC, từ đó ta tra quan hệ Z~F~W được dung tích hữu ích theo điều kiện bồi

V

W ,trong đó:Vhi= 0.073×106(m3) là dung tích hữu ích của BAL

Wbq= Q0×31,5×106 = 1.61×31,5×106 = 50.72×106(m3) là lượng nướctrung bình nhiều năm, với Qo lưu lượng trung bình nhiều năm,

Qo= 1.61 (m3/s)

2.2.3 Tính toán MNC theo sự đảm bảo dung tích tối thiểu của BAL

 Dung tích hữu ích tối thiểu để TTĐ có thể phát điện là:

Vhi = K1×Qdb×(24-T)×3600 (m3),trong đó:

-K1 là hệ số an toàn có kể đến sai sót của tài liệu ( K = 1,1÷1,15), chọn

K = 1,1

-Qbd là lưu lượng ứng với mức bảo đảm tính toán

Tra đường duy trì lưu lượng ứng với P = 85% ta được Qbd = 0.55 (m3/s)

-T là số giờ phát điện phù đỉnh, T = 4 ÷ 6 h, chọn T = 5(h).

Vhi2 = 1.1×0.55×(24-5)×3600 = 0.041×106 (m3)

Từ đó ta có = VMNDBTBAL - Vhi = (0.15-0.041)×106=0.109×106 (m3).Tra quan hệ Z~W ta được MNChi = 886.62(m).

 Dung tích hữu ích lớn nhất của hồ chứa là:

Vhi,max = K2×(QmaxTĐ - Qbd)×T×3600với K2 = 1÷1,15 chọn K2 = 1,1

2.3 Xác định công suất bảo đảm

Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất trung bình tính theo khả năng dòngnước trong thời kỳ nước kiệt tương ứng với mức bảo đảm tính toán của TTĐ.Công suất bảo đảm là một trong những thông số chủ yếu của TTĐ, nó quyếtđịnh khả năng phủ phụ tải đỉnh của TTĐ cũng như vai trò và mức độ tham giavào cân bằng công suất và điện lượng trong hệ thống điện

Với TTĐ điều tiết ngày đêm, do cột nước biến động trong vòng mộtngày đêm là không nhiều Công suất bình quân ngày lấy lưu lượng bình quânngày để tính toán nên tần suất lưu lượng Q trùng với tần suất công suất Từđường duy trì lưu lượng ứng với tần suất thiết kế ta sẽ xác định được côngsuất bảo đảm như sau :

Nbd = K.Qbd.H(Qbd),trong đó:

- K là hệ số công suất của TTĐ, đối với TTĐ điều tiết ngày đêm ta lấy K=8,5

- H(Qbd): Là cột nước của TTĐ ứng với Qbđ.

H(Qbd) = Z tl – Zhl(Qbd)- hw,

là mực nước thượng lưu trung bình và bằng MNDBTBAL=888.8(m)

ta được Z tl = 888.8 (m)

+Zhl(Qbd) =157 (m) là mực nước hạ lưu ứng với Qdb = 0.55(m3/s)

+ hw = là tổn thất cột nước tra quan hệ Q~ hw ứng với Qbđ = 0.55(m3/s)

→H(Qbd)= 888.8 – 157 = 731.8(m)

Vậy Nbđ = 8.5×0.55×731.8 =3.425 (Mw)

2.4 Xác định lựa chọn công suất lắp máy

Công suất lắp máy của TTĐ là tổng công suất định mức của các tổ máytrong nhà máy thủy điện Nó chính là công suất tối đa mà trạm thủy điện cóthể phát ra khi nó làm việc với hệ số cosⱷ tiêu chuẩn và điện áp định mức

Nlm= Nctmax+Ntr+Ndt,trong đó:

 Nctmax là công suất công tác lớn nhất của TTĐ

 Ntr là công suất trùng- là công suất lắp thêm khi có cột nước thừa

 Ndt là công suất dự trữ bao gồm dự trữ sự cố, dự trữ phụ tải và dự trữ sửachữa

Do tài liệu thuỷ văn chỉ có đường duy trì lưu lượng bình quân ngày đêmnên ta xác định công suất lắp máy theo đường duy trì lưu lượng Theo kinhnghiệm thiết kế, TTĐ điều tiết ngày đêm có Nlm = (2÷ 8)Nbđ =(6.84÷ 27.36)MW

Ta giả sử 1 số giá trị Nlm = 17,18,19 (MW) Với mỗi phương án đó, tiếnhành tính toán thủy năng xác định các thông số của TTĐ, trên cơ sở đó, sosánh lựa chọn phương án Nlm phù hợp Bảng kết quả tính toán thủy năng sẽđược trình bày trong phụ lục của đồ án

Tuy nhiên trong giới hạn làm đồ án, việc tính toán công trình gặp nhiềukhó khăn

nên dựa vào số giờ lợi dụng sử dụng công suất lắp máy là chính.Hiện nay nguồn năng lượng cạn kiệt, Nlm lấy thiên lớn để tận dụng thủy năng nên số giờlợi dụng lấy thiên nhỏ.Theo kinh nghiệm số giờ lợi dụng sử dụng công suất lắp máy là (3500 4000) giờ

kinh nghiệm sử dụng số giờ phát N lm = 3438 giờ cho các tính toán tiếp theo

2.5.2 Cột nước nhỏ nhất của TTĐ (H tt =H min )

Hmin là cột nước nhỏ nhất của TTĐ mà ứng với cột nước đó, TTĐ vẫnphát được công suất lắp máy

- Với TTĐ điều tiết ngày dao động cột nước nhỏ, sơ bộ chọn Htt = Hmin.(1)

- Ta có Hmin= MNDBTBAL- Zhl(Qxả,max)- hwmax, (2)

- Htt = (3)

Vòng 1 : Giả thiết Q sau đó thay vào phương trình (2) tìm đc Hmin,thay tiếpvào (1) tìm được Htt thay ngược lại vào phương trình (3) tìm được Qtđmax Vòng 2 : Lấy Qgt bằng Qtđmax tính được ở vòng 1,làm tương tự tính được Hmin

, Htt , Qtđmax Nếu Qgt = Qtđmax vòng lặp kết thúc Sau khi kết thúc vòng lặp tìmđược 3 giá trị Hmin , Htt , Qtđmax So sánh Htt vừa tính được với Hfđứng với P =1% tìm ra H phù hợp, tính ngược lại được Qtđmax

Tính toán ta được kết quả như sau :

3.00 157 25.69 704.44 704.44 3.01 0.01

 Ta sẽ tìm được :Qtd max = 3.01(m3/s) ; Hmin = 704.34 (m)

2.5.3 Cột nước lớn nhất của TTĐ H max :

Hmax là cột nước lớn nhất xảy ra trong quá trình vận hành của TTĐ

Hmax = MNDBT(BAL) – Zhl(Qmin) – Hw(Qmin)

Với Qmin = 50%Q1tổ

max

Chọn số tổ máy Z = 2

 Qmin= 50% (m3/s)

Tra quan hệ Q – Zhl với Qmin = 0.81(m3/s) ta được Zhl= 157 (m)

Tra quan hệ Q – hw với Qmin = 0.81(m3/s) ta được hw = 1.95(m)

2.6 Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ Mường Xén

2.6.1 Xây dựng quan hệ Q - H với Z TL = MNDBT(BAL)= 888.8(m)

Trong đó :

+ Q – lưu lượng qua nhà máy

+ Hw - tổn thất cột nước trên tuyến năng lượng.

+ Zhl - mực nước hạ lưu ứng với Q

2.6.2 Xây dựng quan hệ Q - H với Nlm=18 (MW)

Công thức:H =

Giả thiết các giá trị Hx, sử dụng công thức trên ta xác định được Qx

tương ứng với cột nước Hx

2.6.3 Xây dựng quan hệ Q - H với N min

Giả thiết các giá trị Hx, sử dụng công thức trên ta xác định được Qx

tương ứng với các cột nước Hx, Zhl tra quan hệ Q– Zhl tương ứng với Qx, Ztl

được xác định bằng: Ztlx= Zhl + Hx Gỉa thiết đến khi nào Ztlx= MNDBT thì khi

đó Qx= Qmin và Hx= Hmax= (m)

2.6.4 Biểu đồ phạm vi làm việc

PHẦN III: LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

CHƯƠNG 1: LỰA CHỌN TUABIN

Tuabin thủy lực và máy phát điện là hai thiết bị quan trọng nhất trongnhà máy thủy điện.Tuabin thủy lực là một động cơ chạy bằng sức nước, dùng

để biến đổi thủy năng thành cơ năng làm quay máy phát điện

Việc lựa chọn thiết bị đặc biệt là tuabin và mát phát có ý nghĩa rất quantrọng trong việc thiết kế nhà máy Nó quyết định kích thước, quy mô nhà máy,khối lượng xây dựng, đào đắp, đặc biệt là ảnh hưởng tới việc cung cấp điện

và hiệu quả kinh tế của nhà máy Do vậy, khi chọn thiết bị đòi hỏi phải tiếnhành tính toán cho các phương án lựa chọn khác nhau để chọn ra phương ántối ưu nhất

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= 18MW

- Cột nước tính toán Htt = 704.34 (m)

- Cột nước bình quân Hbq= 706.37 (m)

- Cột nước lớn nhất Hmax= 730.74(m)

- Cột nước nhỏ nhất Hmin= 704.34 (m)

- Lưu lượng lớn nhất qua TTĐ Qmax= 3.01 (m3/s)

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 2 : CHỌN SỐ TỔ MÁY

2.1Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy

Bảng 24.Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy

Tuabin làm việc trong vùng có hiệu suất cao:

-Tuabin cánh quay: Z ít thì η ít thay đổi, nên chọn ít

tổ máy.↓

Quản lý vậ

n hành

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

Z ít → quản lý vận hành đơn giản hơn

2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy.

a.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 côngsuất dự trữ sự cố của hệ thống Do đó ta phải chọn số tổ máy tối thiểu củaTTĐ sao cho công suất của một số tổ máy (Ntm) phải nhỏ hơn hoặc bằngcông suất dự trữ sự cố của hệ thống Có như vậy khi tổ máy này hỏng thì hệthống vẫn an toàn cung cấp điện

TB gáo

CQ PO

c 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

d Vốn đầu tư vào xây dựng công trình.

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

- Turbin và máy phát có công suất nhỏ thì giá thành đơn vị của nó lớn hơn

- Các thiết bị phụ kèm theo ( điều tốc, đường ống áp lực, cửa van, cửa nướcvào) vàcác thiết bị cơ điện nhiều lên dẫn đến vốn đầu tư tăng lên

- Do Z nhiều nên kích thước nhà máy lớn lên

- Khối lượng công tác lắp ráp và sửa chữa đại tu tăng lên

e Vận chuyển , lắp ráp.

Nếu chọn số tổ máy nhỏ thì kích thước và trọng lượng của Tuabin và máyphát lớn mà BXCT của Tuabin tâm trục thường vận chuyển liền khối nên việcvận chuyển đến công trường sẽ gặp khó khăn

đó so sánh số tổ máy về chi phí thiết bị quyết định em chọn số tổ máy Z= 2

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TUABIN

VÀ MÁY PHÁT

3.1 Xác định các thông số cơ bản của tuabin

Công suất định mức cho một tổ máy: Ntm= = (MW)

Công suất định mức của tuabin: Ntb = = (MW)

Trong đó:

- ηmf - hiệu suất của máy phát, ηmf =(0,95÷0,98), sơ bộ chọn ηmf = 0,96Với cột nước dao động từ Hmin = 704.34(m)đến Hmax = 730.74 (m) thìTurbin phù hợp với các thông số của TTĐ là tua bin Gáo Tra tài liệu TBTrung Quốc ta được loại

CJA237-Từ điểm tính toán T, gióng song song với trục tung cắt trục hoành tại

là lưu lượng quy dẫn tại điểm tính toán, = 0.032 (m3/s)

3.2Xác định lưu lượng thiết kế :

3.3 Kích thước cơ bản của cánh gáo tính như sau:

- Chiều rộng của gáo: B = (2.84)d0 =

Chiều rộng miệng gáo: b = 1.2d0 + 5mm =

- Khoảng cách từ tâm đến mũi gáo:

e = (0.91.2)d0 =

Chọn e = 0.15 (m)

Trong đồ án này em chọn số cánh gáo là 20 cánh

3.4 Tính toán, kiểm tra vùng làm việc của tuabin

- Lưu lượng quy dẫn được xác định bắt đầu từ lưu lượng tuabin gáo có một BXCT và Z0 = 2 vòi phun:

- Xác định kích thước đường ống tới vòi phun

Vận tốc qua mỗi vòi phun là V = (0,5÷ 0,7) H tt=(13.25÷18.58) (m3/s )

3.5 Các thông số máy phát điện

Máy phát là một thiết bị động lực của nhà máy thuỷ điện, dùng để biến cơnăng ở trục turbin thành điện năng ở đầu ra của máy phát

- Chọn máy phát phải đảm bảo cả điều kiện kinh tế và kỹ thuật:

a) Về kinh tế:

Các loại máy phát hiện nay nước ta chưa sản xuất được mà phải nhập từnước ngoài mà chủ yếu là từ Nga, do đó việc chọn máy phát phải căn cứ vàoCATALO của nơi sản xuất, phải đảm bảo đồng bộ, sản xuất hàng loạt, giáthành rẻ Ưu tiên cho những máy phát có trong CATALO, trường hợp khôngthể chọn được có thể thiết kế (và đặt hàng) theo công thức kinh nghiệm

3.5.1 Chọn máy phát :

+ Lựa chọn và xác định kích thước máy phát điện dựa vào các thông số vàthoả mãn 2 điều kiện sau:

- *)

[ ] [ ]mf mf

mf mf

n n

N N

=

=

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

Nmf = + Số vòng quay đồng bộ của: n = 600 (v/ph)

+ Số đôi cực từ của máy phát: 2p = 10 (Tra GT _Tuabin thủy lực trang 139)

Với cosϕ là hệ số công suất lấy cosϕ= 0.8

+Tra tài liệu hướng dẫn đồ án Nhà Máy Thuỷ Điện với S = 11.25 MVA,trađươc máy phát điện mã hiệu : CB250/100-10

Công su t ấ Hi usu tệấ Momen Tr ng lọ(T n)ấượng Kích th ướ c MP (m)

stato

ĐK trong stato

Chi u ề cao

3.5.2 Xác định kích thước của máy phát:

xác định theo công thức:

dn = (12 ÷ 14)

3 mfn

N(m)

Đường kính ngoài lõi thép(stato máy phát) Da

Trong đó: n là số vòng quay đồng bộ của máy phát → n =750(v/p)

Di là đường kính trong Stato máy phát→ Di = 1.95 (m)

⇒ Dst = (0.92 + 0.0016×750)×1,6 = 3.4(m)

Chiều dài giá chữ thập trên (Lt)

Lt = (0.2 ÷ 0.25).Lst =(0.2 ÷0.25)×1.95

⇒Lt= (0.39 ÷ 0.48 ) cm Chọn chiều cao ht = 0.40(m )

- Đường kính giá chữ thập trên (Dt)

- Đường kính giá chữ thập trên bằng đường kính ngoài Stato máy phát:

Dt = Di = 1.95 (m)

Chiều dài giá chữ thập dưới (hd):

thập trên Đường kínhChiều dài D1L1 cmcm 19540

D h

h

h

c 0

D d

c 0

CHƯƠNG 4: CHỌN MÁY BIẾN ÁP, THIẾT BỊ NÂNG

CHUYỂN CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN

4.1 Chọn sơ đồ đấu điện chính, thiết bị nâng hạ

4.1.1 Sơ đồ đấu điện chính

4.1.1.1 Khái niệm:

Sơ đồ đấu điện chính là bản vẽ mà trên đó các thiết bị điện như máybiến áp, dao cách ly, máy cắt, được vẽ theo ký hiệu và nối với nhau theođúng trình tự thiết kế

4.1.1.2 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 nhưkhi 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 đơngiản

Tính kinh tế: Chi phí đầu tư và vận hành là nhỏ nhất

4.1.1.3 Chọn sơ đồ đấu điện chính:

4.1.1.3.1 Các sơ đồ thường dùng:

Sơ đồ đấu bộ:

+ Sơ đồ đấu điện như sau:

Mỗi tổ máy đấu trực tiếp với một MBA, MBA đấu với đường dây cao thế.Mỗi mạch có một MBA và một dao cách ly

§ iÖn tù dï ng

+ Ưu điểm:

MBA có kích thước và khối lượng nhỏ nên chi phí vận chuyển và lắp đặtgiảm

Các MBA làm việc độc lập, không cần kiểm tra quá tải sự cố

SĐĐĐ đơn giản, số lượng dao cắt không lớn

+ Nhược điểm:

Số lượng MBA nhiều

Khả năng xẩy ra sự cố cao

Khi một mách bị sự cố thì máy phát ở mạch đó ngừng hoạt động

Không phát huy đươc khả năng quá tải của MBA

+Áp dụng: cho TTĐ có công suất lớn, làm việc trong hệ thống điện quantrọng

Sơ đồ đấu bộ mở rộng:

+ Sơ đồ đấu điện như sau:

Hai máy phát đấu với một MBA, MBA nối với đường dây cao thế

Số lượng dao cách ly nhiều.

Không phát huy được khả năng quá tải của MBA

+Ứng dụng:Áp dụng thường được áp dụng cho TTĐ quan trọng nhưng côngsuất tổ máy không quá lớn, số tổ máy nhiều

Sơ đồ thanh góp kép không phân đoạn:

+ Sơ đồ đấu điện như sau:

Tất cả các máy phát điện được đấu vào cặp thanh góp ở cấp điện áp máy phát,các MBA chính cũng được đấu vào cặp thanh góp thứ hai và đưa vào hệ thốngđiện Tuỳ theo tính chất của hộ dùng điện mà thanh góp có thể là thanh gópđơn hoặc kép, có phân đoạn hoặc không phân đoạn Ở đây đưa ra SĐĐĐC vớithanh góp đơn không phân đoạn

MC MC

Sơ đồ đấu điện phức tạp

Số lượng thiết bị lớn làm tăng giá thành công trình rất lớn

+Ứng dụng : Thường dùng khi có nhiều hộ dùng điện tại chỗ Điện tự dùngcủa nhà máy cũng được lấy từ thanh góp điện áp máy phát

4.1.1.3.2 Chọn sơ đồ đấu điện chính cho TTĐ MƯỜNG XÉN

Đối với TTĐ MƯỜNG XÉN ta thấy chọn sơ đồ đấu bộ là sơ đồ đấu điệnchính là hợp lý nhất bởi vì: Số lượng tổ máy của TTĐ ít nên khi ta chọn sơ đồđấu bộ thì số lượng thiết bị cũng không nhiều, mặt khác TTĐ MƯỜNG XÉNcần đản bảo an toàn cung cấp điện

4.2.Chọn thiết bị phân phối điện cho TTĐMƯỜNG XÉN

4.2.1 Chọn máy biến áp chính (MBA)

a ) Công dụng của máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện từ tính, nó có tác dụng biến đổi điện áp từcấp này sang cấp khác có cùng tần số để phục vụ cho quá trình truyền tải vàphân phối điện năng (không biến đổi công suất)

b ) Chọn máy biến áp chính cho TTĐ

- Số lượng MBA : Dựa vào sơ đồ đấu điện ta chọn số MBA là Z = 2

- Thông số của MBA

- Công suất biểu kiến của toàn TTĐ là:

(MVA)Dựa vào các thông số trên tra giáo trình trạm biến áp và nhà máy điện ta chọn

được loại máy biến áp TДH có các thông số sau:

Bảng các thông số của MBA chính

lượng(kg) (MVA

4.2.2 Chọn thiết bị nâng chuyển cho TTĐ:

Trong nhà máy thủy điện do các thiết bị động lực máy phát điện, bánh

xe công tác của turbin có trọng lượng rất lớn Trong quá trình lắp ráp, sửachữa, thay thế cần di chuyển các thiết bị này, vì vậy ta phải lắp ráp cầu trục

để phục phụ yêu cầu này

Việc chọn cầu trục dựa vào sức nâng của cầu trục Cầu trục chọn có sứcnâng phải lớn hơn trọng lượng của thiết bị có trọng lượng lớn nhất kể cả tảitrọng động.

Đối với TTĐ ta đã tính được các thông số sau:

Rôto máy phát điện + trục máy phát : Grôto = 32 (T)

Trọng lượng máy biến áp không kể dầu : GMBA = 38 -12,9=25,1 (T)

Vậy vật cẩu nặng nhất là roto máy phát điện: Grôto= 26 (T)

Khi tính thêm tải trọng động: Gy/c = Kđ.Grôto= 1.1×32= 35.2 (T)

Với Gmax = 35.2 (T) tra tài liệu “Hướng Dẫn Đồ Án Môn Học Nhà MáyĐiện” trường ĐHXD ta chọn cầu trục 50T có các thông số sau

Các kích thước cơ bản của cầu trụcnhư sau:

l2 = 2.36 (m), l4 = 1.2 (m)

- Trọng lượng:

l l

l 1

3 2 k