Bài giảng tin học ứng dụng trong thủy điện nguyễn văn sơn chủ biên, hồ sỹ mão, nguyễn thị nhớ

Trong thực tế thiết kế các trạm Thuỷ điện, việc tính toán nước va và tính toán dao động mực nước của tháp điều áp cần phải được tính toán chính xác hóa một cách nhanh chóng để đáp ứng đư

TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C THỦ Y LỢ I

BỘ MÔN THỦ Y ĐIỆ N VÀ NĂNG LƯ Ợ NG TÁI TẠ O

PGS.TS NGUYỄ N VĂN SƠ N ( chủ biên ) THS HỒ SỸ MÃO – THS NGUYỄ N THỊ NHỚ

BÀI GIẢ NG

TIN HỌ C Ứ NG DỤ NG TRONG

THỦ Y ĐIỆ N

HÀ NỘ I - 2017

TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C THỦ Y LỢ I

BỘ MÔN THỦ Y ĐIỆ N VÀ NĂNG LƯ Ợ NG TÁI TẠ O

PGS.TS NGUYỄ N VĂN SƠ N ( chủ biên ) THS HỒ SỸ MÃO – THS NGUYỄ N THỊ NHỚ

BÀI GIẢ NG

TIN HỌ C Ứ NG DỤ NG TRONG

THỦ Y ĐIỆ N

HÀ NỘ I - 2017

Lời nói đầu

Nhằm đáp ứng nhu cầu giảng dạy, học tập và nghiên cứu về mô phỏng số các đặc tính thủy lực của đường ống, đường hầm cũng như các đặc năng lượng của tổ máy Bộ môn Thủy

điện và Năng lượng tái tạo tiến hành biên soạn cuốn bài giảng “Tin học ứng dụng trong

Thủy điện” làm tài liệu học tập chính thức cho sinh viên nghành Thủy điện và năng lượng

tái tạo

Trong thực tế thiết kế các trạm Thuỷ điện, việc tính toán nước va và tính toán dao động mực nước của tháp điều áp cần phải được tính toán chính xác hóa một cách nhanh chóng để đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn sản xuất hiện nay, giúp nhà thiết kế nhanh chóng xác định được phương án khai thác, quy mô kích thước và các giải pháp kết cấu công trình hợp

lý Cuốn sách này tập trung giới thiệu phương pháp tính nước va, tháp điều áp và điều chỉnh

tổ máy bằng phương pháp mô phỏng số Ở Chương 1, những kiến thức căn bản về các

phương pháp truyền thống để tính toán nước va và tính toán thủy lực tháp điều áp sẽ được

thể hiện Chương 2 và Chương 3 sẽ giới thiệu phần mềm, các phương pháp và thuật toán căn bản để lập trình tính toán Chương 4 và Chương 5 giới thiệu các bước hướng dẫn sử

dụng và một số bài tập ví dụ

Cuốn bài giảng này do PGS.TS Nguyễn Văn Sơn chủ biên cùng với Th.s Nguyễn Thị Nhớ và Th.s Hồ Sỹ Mão biên soạn Chúng tôi xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp quí báu của PGS.TS Hồ Sĩ Dự, TS Trịnh Quốc Công, TS.Phan Trần Hồng Long cùng toàn thể các Thầy Cô trong bộ môn cũng như các nhà khoa học trong và ngoài trường Ngoài ra, cuốn sách này không thể được xuất bản nếu không có sự ủng hộ về tinh thần và vật chất của Trường Đại học Thủy lợi cũng như Ban giám hiệu nhà trường

Mặc dù đã cố gắng nhưng không tránh khỏi những khiếm khuyết, chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quí bạn đọc để tài liệu được hoàn thiện hơn

Mục lục

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍNH TOÁN NƯỚC VA VÀ THÁP ĐIỀU ÁP

6

1.1 Khái quát chung về nước va 6

1.2 Tính toán bảo đảm hạn chế vượt tốc tổ máy và các biện pháp giảm áp lực nước va khi cắt tải 7

1.3 Tháp điều áp 8

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TRANSIENTS 9

2.1 Giới thiệu về phần mềm TRANSIENTS 9

2.1.1 Sự cần thiết xây dựng phần mềm tính toán nước va, thủy lực tháp điều áp 9

2.1.2 Các ứng dụng tính toán 9

2.2 Các sơ đồ tuyến năng lượng của trạm thủy điện có thể ứng dụng 10

2.3 Các tổ hợp tính toán và tổng hợp kết quả 11

2.3.1 Các tổ hợp cơ bản 11

2.3.2 Tổ hợp đặc biệt và các tổ hợp cộng tác dụng 12

2.3.3 Thời gian đóng mở tuabin 13

2.3.4 Tổng hợp kết quả từ các tổ hợp tính toán 13

CHƯƠNG 3 THUẬT TOÁN LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN ÁP LỰC NƯỚC VA VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC THÁP ĐIỀU ÁP CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 14

3.1 Giải hệ phương trình lưới đặc trưng của sóng nước va 14

3.2 Hệ phương trình vi phân của tháp điều áp 15

3.3 Các điều kiện biên đơn giản 15

3.3.1 Cửa lấy nước 15

3.3.2 Cửa thoát nước 16

3.3.3 Các vị trí có tiết diện thay đổi 16

3.3.4 Vị trí rẽ nhánh (1n) 16

3.3.5 Vị trí hợp lưu (n+1) 17

3.4 Điều kiện tháp điều áp, tháp van 17

3.4.1 Tháp điều áp 17

3.4.2 Tháp van 18

3.5 Điều kiện biên tổ máy thủy điện 19

3.5.1 Phương trình cơ bản về lưu lượng và chuyển động quay của tổ máy 20

3.5.2 Đặc tính của tuabin thủy lực 20

3.5.3 Tính vận tốc quay của tổ máy thuỷ điện 21

3.5.4 Lập bài toán biên tổ máy thủy điện 22

3.6 Mô phỏng nguyên lý hoạt động của máy điều tốc tổ máy thủy điện 23

3.6.1 Mô hình toán máy điều tốc 23

3.6.2 Mô phỏng điều khiển tự động tổ máy thủy điện 24

3.6.3 Mô phỏng tổ máy thủy điện làm việc song song trong hệ thống điện lực 26

3.6.4 Ví dụ ứng dụng tính toán cho công trình thực tế 28

CHƯƠNG 4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRANSIENTS 30

4.1 Cài đặt phần mềm 30

4.1.1 Cài đặt và gỡ phần mềm 30

4.1.2 Khởi động - kết thúc chương trình và các ứng dụng xử lý file số liệu 30

4.1.3 Demo 30

4.1.4 Một số thuật ngữ 30

4.2 Thực hiện lập sơ đồ tính toán tuyến năng lượng 31

4.2.1 Vẽ sơ đồ bố trí hệ thống đường dẫn nước 31

4.2.2 Bố trí các hạng mục công trình trên sơ đồ tính toán: 31

4.3 Nhập số liệu tính toán của các hạng mục công trình 32

4.3.1 Nhập số liệu các đoạn đường dẫn nước có áp (Pipeline) 32

4.3.2 Nhập số liệu các tháp điều áp (Tank) 33

4.3.3 Nhập số liệu các tổ máy thủy điện (Hydropower unit) 34

4.3.4 Nhập số liệu các chế độ chuyển tiếp (Transitive regime) 35

4.3.5 Nhập sô liệu loại tuabin 36

4.3.6 Nhập số liệu các van nước (Valve) 37

4.3.7 Nhập số liệu các tháp van (Gate) 39

4.4 Thực hiện tính toán nước va và dao động mực nước trong tháp điều áp 40

4.4.1 Đặt các yêu cầu tính toán 40

4.4.2 Thực hiện tính toán 40

4.5 Khai thác kết quả tính toán 41

4.5.1 Xem kết quả dạng bảng số 41

4.5.2 Xem kết quả dạng đồ thị 42

4.5.3 Lưu file kết quả 42

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TRANSIENTS GIẢI CÁC BÀI TOÁN NƯỚC VA, ĐIỀU CHỈNH TỔ MÁY 44

5.1 Bài toán 1 44

5.1.1 Số liệu tính toán 44

5.1.2 Vẽ sơ đồ tính toán 44

5.1.3 Hướng dẫn nhập dữ liệu 47

5.1.4 Chạy chương trình 52

5.1.5 Khai thác kết quả 53

5.2 Bài toán 2 – Mô hình công trình thực tế 57

5.2.1 Giới thiệu về công trình 57

5.2.2 Sơ đồ hóa đường tuyến năng lượng 60

5.2.3 Nhập số liệu 60

5.2.4 Kết quả tính toán tổ hợp 1, chế độ cắt tải 66

5.2.5 Kết quả tính toán tổ hợp 2, chế độ tăng tải 70

5.2.6 Kết quả tổ hợp tính toán với mực nước lớn nhất trong hồ ở chế độ cắt tải 72

5.3 Một số bài tập áp dụng 73

Tài liệu tham khảo 76

Danh mục Hình vẽ và đồ thị

Hình 1-1 Sự ảnh hưởng của T s đến max và max 7

Hình 1-2 Sơ đồ đặt Tháp điều áp 8

Hình 3-1 Sơ đồ lưới đặc trưng 14

Hình 3-2 Mô hình toán máy điều tốc PID 24

Hình 3-3 Mô hình toán điều khiển hệ thống của tổ máy làm việc độc lập 25

Hình 3-4 Mô hình toán các tổ máy thuỷ điện 26

Hình 3-5 Sơ đồ khai thác 28

Hình 3-6 Kết quả tính toán quá trình biến đồi vận tốc quay của tổ máy thủy điện theo thời gian 28

Hình 4-1 Cửa sổ chính để nhập sơ đồ tính toán 31

Hình 4-2 Cửa sổ nhập liệu kết cấu đoạn đường dẫn nước có áp 33

Hình 4-3 Cửa sổ nhập liệu kết cấu tuyến đường dẫn nước có áp nhiều lớp 33

Hình 4-4 Cửa sổ nhập liệu của tháp điều áp 34

Hình 4-5 Cửa sổ nhập liệu của tổ máy thủy điện 35

Hình 4-6 Cửa sổ nhập liệu chế độ chuyển tiếp 35

Hình 4-7 Cửa sổ nhập liệu loại tuabin 36

Hình 4-8 Đường đặc tính tổng hợp của tuabin 37

Hình 4-9 Cửa sổ nhập liệu của van 38

Hình 4-10 Cửa sổ nhập liệu của van (van đang trong quá trình đóng hoặc mở) 38

Hình 4-11 Cửa sổ nhập liệu của tháp van 39

Hình 4-12 Cửa sổ nhập liệu trạng thái của tháp van 39

Hình 4-13 Cửa sổ Options 40

Hình 4-15 Kết quả tính toán 41

Hình 4-16 Biểu đồ dao động mực nước trong tháp điều áp 42

Hình 5-1 Sơ đồ tính toán 44

Hình 5-2 Giao diện chính của phần mềm 45

Hình 5-3 Sơ đồ các đoạn ống 46

Hình 5-4 Sơ đồ tuyến năng lượng khi chưa nhập số liệu 46

Hình 5-5 Nhập mực nước 47

Hình 5-6 Nhập thông số đường ống 1 47

Hình 5-7 Nhập thông số đoạn ống 2 48

Hình 5-8 Nhập thông số đoạn ống 3 48

Hình 5-9 Thực hiện lệnh copy dữ liệu từ ống 3 sang 4 49

Hình 5-10 Sơ đồ tuyến năng lượng khi nhập xong dữ liệu 49

Hình 5-11 Nhập thông số tháp điều áp 50

Hình 5-12 Nhập thông số van 51

Hình 5-13 Nhập thông số chuyển tiếp 51

Hình 5-14 Nhập thông số van 52

Hình 5-15 Cửa sổ options 52

Hình 5-16 Cửa sổ options 53

Hình 5-17 Thực hiện tính toán 53

Hình 5-18 Phân bố áp lực nước trên đoạn đường ống 1 54

Hình 5-19 Diễn biến H, Q cuối đoạn ống 1 54

Hình 5-20 Phân bố áp lực nước trên đoạn đường ống 2 54

Hình 5-21 Diễn biến H, Q đầu đoạn 2 55

Hình 5-23 Phân bố áp lực nước đoạn ống 3, 4 55

Hình 5-24 Diễn biến H, Q đầu đoạn 3 56

Hình 5-25 Diễn biến H, Q cuối đoạn 3 56

Hình 5-26 Dao động mực nước trong TĐA 56

Hình 5-27 Sơ đồ hóa tuyến năng lượng công trình thủy điện 60

Hình 5-28 Nhập số liệu đoạn hầm 60

Hình 5-29 Nhập kết cấu đường hầm 61

Hình 5-30 Nhập thông số tháp điều áp 61

Hình 5-31 Nhập thông số đoạn đường ống áp lực 62

Hình 5-32 Nhập thông số đoạn ống nhánh 62

Hình 5-33 Đường đặc tính tổng hợp chính tua bin tâm trục HL200 63

Hình 5-34 Đường đặc tính tổng hợp chính tua bin tâm trục HL200 được số hóa 63

Hình 5-35 Cửa sổ nhập thông số tua bin 64

Hình 5-36 Cửa sổ nhập thông số đường đặc tính tổng hợp chính 64

Hình 5-37 Thông số đường đặc tính tổng hợp chính tua bin HL200 được số hóa 65

Hình 5-38 Nhập thông số tua bin, máy phát điện 65

Hình 5-39 Nhập chế độ chuyển tiếp tổ máy 66

Hình 5-40 Nhập thông số đoạn kênh xả hạ lưu nhà máy 66

Hình 5-41 Phân bố áp lực nước toàn tuyến năng lượng 67

Hình 5-42 Dao động mực nước, lưu lượng trong tháp điều áp 67

Hình 5-43 Diễn biến H, Q đầu đoạn ống 2 67

Hình 5-44 Diễn biến H, Q cuối đoạn ống 2 68

Hình 5-45 Diễn biến H, Q đầu đoạn 3, 5 68

Hình 5-46 Diễn biến H, Q cuối đoạn 3, 5 68

Hình 5-47 Diễn biến H, Q tại tua bin 69

Hình 5-48 Quan hệ độ mở a 0 ~t 69

Hình 5-49 Quan hệ Q~t 69

Hình 5-50 Số vòng quay vượt tốc tuyệt đối 70

Hình 5-51 Số vòng quay vượt tốc tương đối 70

Hình 5-52 Diễn biến công suất tổ máy 70

Hình 5-53 Sơ đồ tuyến năng tượng tổ hợp tăng tải 71

Hình 5-54 Phân bố áp lực nước va toàn tuyến 71

Hình 5-55 Dao động mực nước trong TĐA 71

Hình 5-56 Sơ đồ tuyến năng lượng tổ hợp cắt tải ở mực nước lũ kiểm tra hồ chứa 72

Hình 5-57 Phân bố áp lực nước va toàn tuyến 72

Hình 5-58 Dao động mực nước trong TĐA 72

CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TÍNH TOÁN NƯỚC VA VÀ THÁP ĐIỀU

ÁP 1.1 Khái quát chung về nước va

Chế độ không ổn định của Trạm thủy điện xẩy ra khi có sự biến đổi theo thời gian của các đại lượng như công suất, cột nước, lưu lượng, số vòng quay v.v Chế độ này xuất hiện khi có sự thay đổi phụ tải dẫn đến phải điều chỉnh lưu lượng qua tuabin Khi đó tổ máy thuỷ điện sẽ chuyển đổi từ trạng thái làm việc ổn định này sang trạng thái làm việc ổn định khác, quá trình đó chính là chế độ chuyển tiếp của trạm thủy điện Trong các quá trình chuyển tiếp này, các bộ phận gồm cánh hướng nước; cửa van; lưu lượng và lưu tốc trong ống dẫn nước

có áp sẽ thay đổi Sự thay đổi lưu tốc trong ống dẫn nước gây nên sự thay đổi áp lực trong ống Sự thay đổi áp lực lúc tăng lúc giảm, xảy ra liên tục và nó tác dụng lên thành ống gây nên sự rung động thân ống, hiện tượng này gọi là hiện tượng nước va, phần áp lực gia tăng hoặc giảm đi so với áp lực ban đầu gọi là trị số áp lực nước va

Cơ sở lý thuyết để tính toán nước va là từ phương trình biến đổi động lượng Dalamber của khối nước, tính chất cộng tác dụng của sóng áp lực nước va, ta sẽ xây dựng được hệ phương trình truyền sóng nước va dạng tương đối như phương trình (1-1) như sau:

n j n j

n j n

j n j n j n j n j

n j n

q q k q

q

q q k q

q

, , 1

, ) 1 ( , 1

, ) 1 ( ,

, , ,

) 1 ( 1 , ,

) 1 ( 1 ,

.

2

.

T gFH

cQ gH

Q

Q

q  - lưu lượng tương đối; Q0max - lưu lượng lớn nhất qua tuabin tương ứng

cột nước Ho ở chế độ ổn định với độ mở lớn nhất của cửa van hoặc cánh hướng nước tuabin;

Q(m3/s) chỉ lưu lượng nước tại các mặt cắt; chỉ số j, j+1 chỉ vị trí các mặt cắt liên tiếp; ký

hiệu  chỉ thời gian cần thiết để sóng nước va lan truyền giữa 2 mặt cắt nghiên cứu; ký hiệu

n là số tự nhiên, thể hiện tính tổng quát của hệ phương trình; n, (n+1) chỉ các thời điểm liên tiếp nhau; F(m2) là tiết diện thông thủy của đường dẫn có áp giữa 2 mặt cắt nghiên cứu; c(m/s) là vận tốc truyền sóng nước va trong đường dẫn có áp giữa 2 mặt cắt nghiên cứu;

g=9,81(m/s2) – gia tốc trọng trường; f là hệ số ma sát

Sử dụng hệ phương trình này kết hợp với các điều kiện ban đầu và các điều kiện biên ta

có thể xác các đặc trưng H, Q của chế độ không ổn định ở tiết diện bất kỳ và thời điểm bất

kỳ Có nhiều phương pháp để tính toán, nhưng phổ biến nhất là các phương pháp giải tích

và sử dụng phần mềm để tính toán Tính toán nước va bằng phương pháp giải tích được trình bầy chi tiết trong tài liệu “Giáo trình công trình trạm thủy điện” Phương pháp này có tính học thuật cao rõ ràng nhưng có nhược điểm là khối lượng tính toán rất lớn, nên phải đưa vào nhiều giả thiết gần đúng dẫn đến kết quả tính toán tương đối đơn giản và hạn chế Phương pháp lập trình hoặc sử dụng các phần mềm chuyên dụng có sẵn sẽ khắc phục được các vấn

đề nêu trên được trình bày ở Chương 4 và Chương 5

1.2 Tính toán bảo đảm hạn chế vượt tốc tổ máy và các biện pháp giảm áp lực nước va khi cắt tải

Nước va có ảnh hưởng xấu đến khả năng chịu lực của các bộ phận công trình và thiết bị thuỷ điện cũng như vận hành chúng Nước va làm gia tăng áp lực nước lên đường ống và nhiều bộ phận thiết bị thuỷ điện, làm cản trở, gây khó khăn trong quá trình điều chỉnh công suất và tăng thêm nguy hiểm trong các trường hợp đóng tuabin vì sự cố, làm giảm mức độ bảo đảm điều chỉnh tổ máy Một trong các chế độ chuyển tiếp nguy hiểm nhất của các tổ máy thuỷ điện là quá trình cắt tải Khi đó tổ máy bị cắt rời khỏi hệ thống điện, số vòng quay

tổ máy tăng lên, đồng thời sẽ làm tăng cột nước do nước va khi đóng cánh hướng nước Để hạn chế những tác hại này, ngoài các biện pháp công trình như thay đổi kích thước đường

ống hoặc xây Tháp điều áp nhằm thay đổi Tw và tf thì việc điều chỉnh thời gian đóng mở

tuabin Ts mang lại hiệu quả cao Tuy nhiên, nếu tăng TS sẽ giảm áp lực nước va nhưng lại có ảnh hưởng ngược lại với độ chênh lệch tạm thời max = nmax /no (chỉ số về đảm bảo điều chỉnh

tổ máy) Khi chỉ số max vượt quá trị số cho phép, với tốc độ quay lớn tổ máy có thể bị phá hỏng các bộ phận phần quay do tác động của lực ly tâm Trị số này đạt được khi cắt tải toàn

bộ từ phụ tải lớn nhất po =1 với thời gian đóng kín tuabin từ độ mở lớn nhất TS và có thể xác định theo công thức (1-2):

2 2

o

S a a

S

n GD

T

N T





Phương trình (1-2) cho thấy max đồng biến với tỷ số TS/Ta, có nghĩa là muốn giảm max

cần phải hoặc giảm TS hoặc tăng Ta Nếu tăng Ta, với công suất và số vòng quay tổ máy đã

xác định cần phải tăng mômen đà GD 2 của nó nếu không đóng tuabin TS = , max sẽ tăng đến vô hạn Nhưng như chúng ta đã biết tốc độ quay của tuabin không thể vượt quá tốc độ quay lồng, lý do ở đây là công thức (1-2) được thành lập không xét tới đặc tính tuabin và các ảnh hưởng khác trong quá trình chuyển tiếp Sai số của công thức (1-2) có thể đạt tới 2030%, cho nên nó chỉ ứng dụng trong các bước thiết kế sơ bộ Thông thường trong điều kiện chế tạo max  1.50  1.65, trong trường hợp đặc biệt với tổ máy công suất không lớn, nếu trạm thuỷ điện làm việc độc lập thì lấy max  1.35  1.40 Nhưng nếu giảm Ts thì lại làm tăng áp lực nước va , do vậy thời gian đóng mở TS phải được chọn trên cơ sở vừa đảm bảo điều kiện ổn định điều chỉnh tổ máy sao cho max không vượt quá trị số cho phép đồng thời vẫn hạn chế được nước va trong một khoảng giới hạn cho phép

Hình 1-1 Sự ảnh hưởng của T s đến max

và max

Để làm được vậy, ta giả thiết nhiều giá trị TSkhác nhau, sau đó xác định max và max, xây dựng các quan hệ max TS và max TS ứng với các chế độ chuyển tiếp Từ max cho phép trên

biểu đồ Hình 1-1 xác định TS và max Nếu trị số nước va vượt quá trị số cho phép thì phải nghiên cứu biện pháp công trình để giảm nó Mặt khác cần lưu ý rằng lựa chọn thời gian đóng mở

tuabin TS có liên quan đến thiết bị điều tốc, TScàng nhỏ năng lực của máy tiếp lực phải càng lớn và ngược lại

1 Tháp điều áp phía thượng lưu

2 Tháp điều áp phía hạ lưu

3 Nhà máy thuỷ điện

4 Đường hầm dẫn nước

Theo hình dạng cấu tạo thường gặp các kiểu tháp sau: Tháp điều áp kiểu viên trụ; viên trụ có màng cản; kiểu hai ngăn (có ngăn trên và ngăn dưới); kiểu có máng tràn; kiểu có lõi trong (còn gọi là kiểu kép hay kiểu sai phân); kiểu nén khí hoặc kiểu nửa nén khí Tháp điều

áp kiểu viên trụ thường áp dụng cho Trạm thủy điện có cột nước thấp; Tháp điều áp kiểu viên trụ có cản thường áp dụng cho Trạm thủy điện nhỏ có cột nước trung bình; Tháp điều

áp kiểu viên trụ kết hợp ngăn trên thường áp dụng cho Trạm thủy điện vừa có cột nước trung bình và cột nước lớn Tháp điều áp hai ngăn áp dụng cho Trạm thủy điện lớn, cột nước tương đối cao, với địa chất là đá thì ngăn trên bố trí trong khối đào hở trên mặt đất, với Tháp điều

áp của Trạm thủy điện vừa và lớn, cột nước trung bình, Tháp điều áp để hở hoàn toàn trên mặt đất thì thường sử dụng loại có lõi trong và làm bằng bê tông cốt thép Tháp điều áp kiểu khí nén thường áp dụng cho Trạm thủy điện vừa và lớn, có cột nước cao

Khi thiết kế thường phải so sánh kinh tế, nếu thấy chi phí để xây tháp nhỏ hơn chi phí giảm bớt do đường hầm dẫn nước không phải chịu áp lực nước va hoặc nhỏ hơn chi phí bằng các giải pháp giảm áp lực nước va khác, thì xây dựng Tháp điều áp là hợp lý Trường hợp ngược lại thì không nên xây dựng Tháp điều áp Có thể dựa vào tiêu chuẩn gần đúng cần thiết phải xây dựng Tháp điều áp như sau:

s F

l gH

Q T

i

i o

trong đó: Qmax- lưu lượng lớn nhất chảy trong ống; Ho - cột nước tính toán; li , Fi - tương ứng là chiều dài và diện tích tiết diện đoạn ống thứ i

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TRANSIENTS 2.1 Giới thiệu về phần mềm TRANSIENTS

2.1.1 Sự cần thiết xây dựng phần mềm tính toán nước va, thủy lực tháp điều áp

Thuỷ điện là nguồn năng lượng tái tạo rất quan trọng trong đời sống kinh tế xã hội Việc phát triển thủy điện cần phải được đẩy mạnh và khai thác triệt để Trong thực tế thiết kế các trạm Thuỷ điện, việc tính toán Nước va và tính toán dao động mực nước của tháp điều áp cần phải được tính toán chính xác hóa một cách nhanh chóng để đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn sản xuất hiện nay, giúp nhà thiết kế nhanh chóng xác định được phương án khai thác, quy mô kích thước và các giải pháp kết cấu công trình hợp lý

Việc tính toán nói trên hiện nay ở nước ta còn một số tồn tại sau:

1 Nhiều đơn vị còn tính toán áp lực nước va và tính toán dao động mực nước của tháp điều áp được tính toán riêng rẽ, không xét được ảnh hưởng qua lại giữa các hạng mục, kết quả kém chính xác

2 Dựa vào các công thức kinh nghiệm để tính toán, đưa vào nhiều giả thiết để giảm

bỏ bớt các nhân tố ảnh hưởng dẫn đến kết quả tính toán kém chính xác

3 Tính toán thủ công tốn nhiều thời gian công sức đặc biệt là khi tính cho nhiều phương án, không trực quan, dễ nhầm lẫn

4 Không tính toán được các tổ hợp vận hành phức tạp có thể xẩy ra trong thực tế (tăng tải tổ máy cuối cùng sau đó gặp sự cố phải cắt tải đột ngột… Tổ hợp này rất nguy hiểm và cũng dễ xẩy ra, vì các sự cố hầu hết xẩy ra trong quá trình điều khiển) Hiện nay các tổ hợp này đã được áp dụng để tính toán ở các nước phương tây và ở Trung Quốc

5 Đặc biệt là khi tính toán đối với các hệ thống phức tạp như có nhiều tổ máy thuỷ điện trên cùng một hệ thống đường hầm cấp nước, có tháp điều áp thượng lưu, tháp điều áp hạ lưu (như thủy điện Huội Quảng…) các phương pháp tính toán cũ khó áp dụng, kết quả tính toán rất kém chính xác, có thể dẫn đến không an toàn cho việc vận hành công trình sau này

Xuất phát từ tình hình thực tế nói trên chúng tôi đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp đường đặc trưng hệ phương trình truyền sóng nước va, mô hình hoá sơ đồ, phần tử hoá, lập chương trình trên máy tính giải quyết đồng thời các tồn tại nêu trên Chương trình lập bằng ngôn ngữ VISUAL BASIC Chương trình ngày càng được cải tiến năng cấp với giao diện

đồ hoạ thân thiện, trực quan sinh động tính toán nhanh Giúp các nhà tư vấn tiết kiệm thời gian công sức và nâng cao độ tin cậy

Nhưng kết quả tính toán của chương trình làm căn cứ cho nhà thiết kế lựa chọn giải pháp công trình, lựa chọn thời gian đóng mở hợp lý, bố trí cao trình tim, kích thước và kết cấu đoạn các đường dẫn nước có áp, thiết kế kích thước và kết cấu tháp điều áp…

 Tính toán các tham số điều khiển ổn định

 Tính toán hiệu suất sử dụng nước của tổ máy thủy điện khi có xét đến tổn thất thủy lực trong đường hầm dẫn nước, giúp lựa chọn chế độ vận hành hợp lý, nâng cao hiệu quả dùng nước, tăng sản lượng điện

 Chương trình được bổ sung tính toán vi chỉnh lại hệ số nhám của đường hầm khi

có số liệu đo đạc tổn thất từ hiện trường trạm thuỷ điện

 Chương trình cho phép vẽ đường phân bố áp lực trên toàn tuyến (tất cả các tuyến được nối tiếp với nhau) hoặc trên từng tuyến riêng biệt

 Có chương trình riêng hỗ trợ việc số hóa đường đặc tính tổng hợp chủ yếu của tuabin từ hình ảnh quét thu được từ máy quét

 Có thể tính toán giúp các kỹ sư chọn các tổ hợp mô men đà (GDD), vận tốc quay

lồng, thời gian đóng mở và quy trình đóng mở hợp lý

 Đối với trạm thuỷ điện có tháp điều áp, chương trình có thể tính toán cho các tổ hợp cộng tác dụng: Như sau khi tổ máy thuỷ điện tăng tải được một khoảng thời gian (khi mực nước trong tháp điều áp vẫn chưa ổn định trở lại) thì gặp sự cố phải ngắt tải đột ngột Khi đó sẽ xẩy ra cộng tác dụng của hai việc điều khiển, tổ hợp này rất nguy hiểm

 Chế độ của tháp van được thể hiện bằng hình ảnh động rất trực quan, tránh cho người sử dụng lựa chọn nhầm lẫn

 Vẽ cao trình tim đường dẫn và đường đo áp lớn nhất và nhỏ nhất trên cùng biểu đồ, giúp người sử dụng dễ dàng thấy được sự phân bố áp lực và các vị tri xuất hiện áp suất chân không

 Đường đặc tính của tuabin được biểu diễn trong nhiều hệ toạ độ khác nhau, như trong hệ toạ độ không gian 3 chiều Đường đặc tính tổng hợp của tuabin được chương trình tự động mở rộng số liệu sang những vùng thiếu hụt số liệu

2.2 Các sơ đồ tuyến năng lượng của trạm thủy điện có thể ứng dụng

1 Các loại sơ đồ có thể áp dụng:

 Sơ đồ tuyến năng lượng cấp nước độc lập

 Sơ đồ rẽ nhánh nhiều tổ máy

 Sơ đồ tuyến năng lượng có tháp điều áp thượng lưu hoặc tháp điều áp hạ lưu

 Sơ đồ tuyến năng lượng có cả tháp điều áp thượng lưu và tháp điều áp hạ lưu

 Sơ đồ tuyến năng lượng cung cấp nước cho nhiều vị trí khác nhau

2 Các loại đường dẫn áp lực có thể áp dụng:

 Đường ống thép lộ thiên có hoặc không có khớp co dãn nhiệt

 Đường hầm không áo

 Đường hầm có một hoặc nhiều lớp áo (ví dụ như đường hầm bọc thép và bọc bê tông phía ngoài)

 Các loại tiết diện bất kỳ khác, (người sử dụng tự tính tiết diện, chu vi ướt, vận tốc sóng nước va của đường dẫn, sau đó nhập số liệu vào phần mềm)

3 Các loại tháp điều áp có thể áp dụng:

 Tháp điều áp kiểu viên trụ có hoặc không có màng cản

 Tháp điều áp kiểu hai ngăn có hoặc không có màng cản

 Tháp điều áp kiểu có ngăn trên

 Tháp điều áp kiểu tiết diện thay đổi theo cao trình

4 Các loại tuabin có thể áp dụng:

 Các loại gáo

 Các loại tuabin tâm trục

 Các loại tuabin cánh cố định

 Các loại tuabin cánh quạt

 Các loại tuabin cánh quay làm việc trong trường hợp không mất đồng bộ (=f(ao))

5 Tính toán ảnh hưởng của các trạng thái vận hành của van đĩa, van cầu, tháp van:

 Van đĩa, van cầu, tháp van ở trạng thái mở

 Van đĩa, van cầu, tháp van ở trạng thái đóng

 Đang vận hành đóng hoặc mở van đĩa, van cầu, tháp van

6 Các chế độ chuyển tiếp:

 Chế độ mở máy

 Chế độ tăng tải hoặc giảm tải

 Chế độ cắt tải đột ngột tổ máy bị tách khỏi lưới điện

 Tổ hợp các chế độ khác nhau giữa các tổ máy

 Các tổ hợp chế độ phức tạp khác (như tổ hợp cộng tác dụng…)

2.3 Các tổ hợp tính toán và tổng hợp kết quả

Các tổ hợp tính toán ở dưới đây đưa ra với sơ đồ khai thác có một đường hầm chính cấp nước cho một nhóm (n) tổ máy Với các sơ đồ khai thác khác, người sử dụng có thể đưa ra các tổ hợp tính toán trên cơ sở lý luận các trường hợp đó có thể xẩy ra và có tính chất nguy hiểm đến các hạng mục công trình trên sơ đồ khai thác đó

2.3.1 Các tổ hợp cơ bản

A – Các tổ hợp tăng tải

Mục đích xác định khả năng xuất hiện mực nước thấp nhất trong TĐA và khả năng xuất hiện các đường phân bố áp lực nhỏ nhất trong các tuyến đường dẫn nước có áp

Kịch bản: (n-1) tổ máy đang làm việc với khả năng phát điện tối đa, thì tiến hành tăng tải

tổ máy cuối cùng đến khả năng phát điện tối đa của nó, ứng với các mực nước thượng, hạ lưu như sau:

1 Mực nước thượng lưu (Ztl) là MNC, mực nước hạ lưu (Zhl) lấy thiên nhỏ, lưu lượng một tổ máy (Tổ hợp 1A1) Tổ hợp này mực nước thượng

lưu thấp nhất nhưng lưu lượng lại không lớn lắm

B – Các tổ hợp cắt tải toàn bộ

Mục đích xác định khả năng xuất hiện mực nước cao nhất (ở 1/4 chu kỳ dao động của tháp) và mực nước thấp nhất nhất (ở 3/4 chu kỳ dao động của tháp) trong TĐA và khả năng xuất hiện các đường phân bố áp lực lớn nhất trong các tuyến đường dẫn nước có áp

Kịch bản: (n) tổ máy đang làm việc với khả năng phát điện tối đa, thì gặp sự cố phải cắt

tải đột ngột, ứng với các mực nước thượng, hạ lưu như sau:

1 Mực nước thượng lưu (Ztl) là MND, mực nước hạ lưu (Zhl) lấy thiên lớn, lưu lượng một tổ máy (Tổ hợp 1B1) Tổ hợp này mực nước thượng

lưu cao nhất nhưng lưu lượng lại nhỏ hơn Qtt

2 Mực nước thượng lưu (Ztl) là MNC, mực nước hạ lưu (Zhl) lấy thiên nhỏ, lưu lượng một tổ máy (Tổ hợp 1B4) Tổ hợp này mực nước thượng

lưu thấp nhất

Mực nước cao nhất trong TĐA và đường phân bố áp lực lớn nhất trong các tuyến đường dẫn nước có áp có thể xuất hiện ở tổ hợp 1B1 Mực nước thấp nhất trong TĐA và đường phân bố áp lực nhỏ nhất trong các tuyến đường dẫn nước có áp có thể xuất hiện ở tổ hợp 1B4

2.3.2 Tổ hợp đặc biệt và các tổ hợp cộng tác dụng

A – Các tổ hợp cắt tải toàn bộ khi MNDGC

Mục đích xác định khả năng xuất hiện mực nước cao nhất trong TĐA và khả năng xuất hiện các đường phân bố áp lực lớn nhất trong các tuyến đường dẫn nước có áp

Kịch bản: (n) tổ máy đang làm việc với khả năng phát điện tối đa, thì gặp sự cố phải cắt

tải đột ngột Mực nước thượng lưu (Ztl) là MNL, mực nước hạ lưu (Zhl) lấy thiên lớn, lưu

Mực nước cao nhất trong TĐA và đường phân bố áp lực lớn nhất trong các tuyến đường dẫn nước có áp ở tổ hợp này có thể nguy hiểm hơn kết quả tính toán ở các tổ hợp cơ bản

B – Các tổ hợp cộng tác dụng

Mục đích xác định khả năng xuất hiện mực nước cao nhất (ở 3/4 chu kỳ dao động của tháp) và mực nước thấp nhất (ở 1/4 chu kỳ dao động thứ 2 của tháp) trong TĐA và khả năng xuất hiện các đường phân bố áp lực lớn nhất, nhỏ nhất trong các tuyến đường dẫn nước có

áp

tt tt

hw Zhl Ztl Q

H Q







tt tt

hw Zhl Ztl Q

H Q







Kịch bản: (n-1) tổ máy đang làm việc với khả năng phát điện tối đa, ta tiến hành tăng tải

tổ máy cuối cùng đến hết khả năng làm việc của nó, sau 1/2 chu kỳ dao động của tháp điều

áp thì gặp sự cố phải cắt tải đột ngột

1 Mực nước thượng lưu và mực nước hạ lưu lấy theo tổ hợp nguy hiểm hơn trong 2

tổ hợp 1B1 và 2A1 (Tổ hợp 2B1) Tổ hợp này có thể xuất hiện mực nước lớn nhất

trong TĐA và phân bố áp lực lớn nhất trong các tuyến đường dẫn có áp

2 Mực nước thượng lưu và mực nước hạ lưu lấy theo tổ hợp 1B4 (Tổ hợp 2B2) Tổ hợp này có thể xuất hiện mực nước thấp nhất trong TĐA và phân bố áp lực nhỏ nhất trong các tuyến đường dẫn có áp

2.3.3 Thời gian đóng mở tuabin

Thời gian đóng mở tuabin Ts được xác định sao cho đảm bảo hạn chế được áp lực nước

va và đảm bảo vận tốc quay lồng nằm trong phạm vi cho phép Quá trình đóng tuabin có thể

là đóng theo đường thẳng hoặc đường gẫy khúc Thời gian đóng thực tế của từng tổ hợp tính toán phụ thuộc vào độ mở ban đầu của tuabin Ví dụ nếu đóng tuabin theo đường thẳng thì

T*s=Ts.τđ với τđ - Độ mở tương đối ban đầu

2.3.4 Tổng hợp kết quả từ các tổ hợp tính toán

Từ kết quả tính toán của các tổ hợp tính toán khác nhau, tổng hợp ra các kết quả về:

- Mực nước lớn nhất; mực nước nhỏ nhất; áp lực lớn nhất; áp lực nhỏ nhất; lưu lượng của các vị trí trên tuyến năng lượng của tất các các tổ hợp tính toán

- Các biện pháp công trình, thiết kế kết cấu, yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị tổ máy, chế độ vận hành trạm thuỷ điện hợp lý để tránh các tổ hợp nguy hiểm

- Mực nước cao nhất và thấp nhất trong tháp điều áp là mực nước cao nhất và thấp nhất trong tất cả các tổ hợp tính toán mà trong thực tế vận hành công trình sau này có thể xẩy ra

- Cao trình đáy tháp điều áp và đỉnh tháp điều áp được tính từ các mực nước cao nhất

và thấp nhất cộng với hoặc trừ đi độ cao an toàn Độ cao an toàn lấy theo quy phạm

và nó phụ thuộc vào mực nước cao nhất và mực nước thấp nhất nêu trên xuất hiện ở

tổ hợp nào

- Đường phân bố áp lực lớn nhất và nhỏ nhất trong các tuyến đường dẫn áp lực phải là đường bao của tất cả các kết quả tính toán đường phân bố áp lực của tất cả các tổ hợp tính toán mà có thể xẩy ra trong thực tế vận hành công trình sau này Căn cứ vào kết quả đó nhà thiết kế dễ dàng kiểm tra có xuất hiện áp suất chân không hay không cũng như kiểm tra áp lực lớn nhất tại các vị trí trên tuyến năng lượng đề có thiết kế kết cấu chịu lực phù hợp

CHƯƠNG 3 THUẬT TOÁN LẬP TRÌNH TÍNH TOÁN ÁP LỰC NƯỚC VA VÀ TÍNH TOÁN THỦY LỰC THÁP ĐIỀU ÁP CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN

3.1 Giải hệ phương trình lưới đặc trưng của sóng nước va

Từ hệ phương trình (1-1) có thể viết dưới dạng hệ phương trình dây chuyền sóng nước va như sau:

Hình 3-1 Sơ đồ lưới đặc trưng

Giải phương trình lưới dặc trưng trên, kết quả như sau:

(3-2) (3-3)

Trong đó:

(3-4) (3-5) (3-6) (3-7) Với:

1 c C g

 ; 2 1

P

C F

 ; 3

L

Q C F

 ; 4 P L

F F C



1

1 2

c C g

P

C F

 ; 31 R

R

Q C F

 ; 41 P R

F F C



(3-8)

P L P

P R M

7 6 3 1 4 3 1 5 3 3

1C C C C C C C C C C C

H

C P  L    

7 6 2 1 4 2 1 5 2 2

1C C C C C C C C C C C

1 7

1 6

1 3

1 1 4

1 3

1 1

1 5

1 3

1 3

1C C C C C C C C C C C

H

1 7

1 6

1 2

1 1

1 4

1 2

1 1

1 5

1 2

1 2

1

1C C C C C C C C C C C

– Chu vi ướt, x –chiều dòng chảy, α -góc nghiêng của tim đường dẫn nước có áp, –

Hệ số ma sát Từ phương trình (3-3) và (3-4) ta giải được lưu lượng và cột nước tại các mặt cắt trung gian:

(3-9) (3-10)

3.2 Hệ phương trình vi phân của tháp điều áp

thap v

thap

r v

Z h Z L

gF dt

dQ

F

Q

Q dt

dZ

(3-11)

Zt: là mực trong nước tháp điều áp

Fthap: là tiết diện tháp điều áp Tiết diện tháp điều áp thay đổi theo chiều cao hình thành các loại tháp điều áp khác nhau

Qv: Là lưu lượng chảy đến trong đường hầm trước tháp điều áp

Qr: Là lưu lượng chảy vào trong đường dãn sau tháp điều áp

Fdh: Là tiết diện đường hầm dẫn nước trước tháp điều áp

Ldh: Là chiều dài đường hầm dẫn nước trước tháp điều áp

htt: Là tổn thất thuỷ lực, (htt = hd +hc)

hd: Là tổn thất dọc đường trong đường hầm trước tháp điều áp

hc: Là tổn thất cục bộ khi nước chảy vào tháp điều áp

f: Là hệ số cản của màng cản tháp điều áp

Zhồ: Là mực nước hồ chứa ở cửa vào đường hầm dẫn nước

3.3 Các điều kiện biên đơn giản

Ở phần này chủ yếu giới thiệu để người sử dụng nắm được các công thức các thành phần tổn thất cục bộ trong chương trình để nhập số liệu cho chính xác Để đảm bảo không làm phức tạp hoá vấn đề nên ở phần này không đi sâu vào giới thiệu phương pháp giải các hệ phương trình biên

3.3.1 Cửa lấy nước

M P

C C Q







P L P

2

2

P P

P

P u P

gA

Q Q gA

Q H

H   

3.3.2 Cửa thoát nước

3.3.3 Các vị trí có tiết diện thay đổi

Có 2 phương trình sóng thuận và sóng nghich

2 2 2 2 2

2 2 2

2 1

1 1 1 2 1

2 1

Q Q gA

Q H

gA

Q Q gA

Q

P P

P P

1 1 0 1 2 1

2 1 1

P P P

P

Q Q gA

Q H

2

2

P P P

P d P

gA

Q Q gA

Q H

C H P1C P1B L1Q P1



 n i

R M

R M

Q B C H

Q B C H

Q B C H

2 2 2 2

1 1 1 1

P P P p

P

Q

Q gA

Q H

2

2 0

2 2

2 2 2 0 2 2

2 2 2 0

2 1

1 1 1 0 2 1

2 1 1 0

22

2 2

22

n

n n n n

n n

gA

Q Q gA

Q H H

gA

Q Q gA

Q H H

gA

Q Q gA

Q H H

2

2 0

2 2

2 2 2 0 2 2

2 2 2 0

2 1

1 1 1 0 2 1

2 1 1 0

22

2 2

22

n

n n n n

n n

gA

Q Q gA

Q H H

gA

Q Q gA

Q H H

gA

Q Q gA

Q H H

L P

L P

Q B C H

Q B C H

Q B C H

2 2 2 2

1 1 1 1

 1

C H P C M B R Q P

Trong đó: - mực nước trong tháp, α - hệ số sức kháng

(3-31)

- năng lượng đơn vị của vị trí chân tháp, - lưu lượng chảy vào tháp

Phương trình liên tục của TĐA:

(3-32) Trong đó: - mực nước TĐA ở thời điểm trước, - lưu lượng chảy vào TĐA ở thời

điểm trước, - tiết diện TĐA, Δt - bước thời gian Đặt , kết hợp (3-30) và (3-32) được：

(3-33) Phương trình liên tục tại vị trí chân tháp：

(3-34) Các phương trình sóng：

Trong đó: Zp- Mực nước trong tháp van tại thời điểm tính toán, HP1 - cột nước toàn phần

tại điểm P1, QTP - lưu lượng chảy vào tháp van, α - hệ số sức kháng chảy vào tháp van

F

F

t w

T

T P

wQ Z H

n

i Pi

Q Q

Q

1 1

 

Li

P Pi

H C

Rj

Mj P

C H

Li

m

j Rj

Mj T

T n

i Li Pi

P

B Q

w B

B

C Q

w

wQ

Z B

C H

1 0

0 0

1

11

1





(3-39)

Phương trình liên tục：

(3-40)

Trong đó: Zo - mực nước trong tháp van tại thời điểm trước, QTo - lưu lượng chảy vào

trong tháp van tại thời điểm trước, F - Tiết diện ngang của tháp van Đặt , kết hợp (3-38) và (3-40) được：

Trong đó, - Cột nước toàn phần tại điểm P2

Tổn thất thuỷ lực chảy qua cánh van：

(3-45) Trong đó: - Tiết diện mở cánh van, - Hệ số tổn thất chảy qua cánh van (tương ứng với độ mở cánh van) Giải hệ các phương trình trên ta được:

(3-46)

Thay HP1 vào các phương trình trên sẽ tìm được các đại lượng còn lại

3.5 Điều kiện biên tổ máy thủy điện

Trong quá trình vận hành trạm thuỷ điện, hầu hết các sự cố của tổ máy thuỷ điện xẩy ra trong các quá trình chuyển tiếp như mở máy, tăng tải, giảm tải, dừng máy Trong các trạng thái này áp lực trong đường ống thượng lưu và đường dẫn hạ lưu đều thay đổi theo xu hướng bất lợi cho quá trình điều khiển, áp lực tăng cao hoặc hạ xuống thấp gây nguy hiểm cho đường dẫn và các công trình trên tuyến Trong một số trường hợp đặc biệt như sự cố về điện trên hệ thống điện, sự cố điện của chính máy phat điện Tổ máy buộc phải tách ra khỏi lưới điện, để tránh xẩy ra vận tốc quay của tổ máy tăng quá cao vượt trị số cho phép phải đóng tuabin với vận tốc đóng lớn điều này làm cho áp lực trong đường ống tăng rất cao, áp lực trong đường dẫn hạ lưu lại hạ xuống có thể làm xuất hiện áp suất chân không Để giải quyết

1

T

T P

wQ Z H

H C

C H

Q  22

1

P P m P P

gA

Q Q H

H  

m

R T L

R m

P P m R

M T

T L

P P

B Q w B

B gA

Q Q B

C Q w

wQ

Z B

C

0

2 2020 0

0 0 1

mâu thuẫn trên một cách thoả đáng, trong khi thiết kế công trình thuỷ điện, cần phải tính toán một cách chính xác để có giải pháp công trình hợp lý nhằm bảo đảm vận hành an toàn

và giảm nhỏ chi phí xây dựng công trình Việc tính toán chính xác các đặc trưng của quá trình chuyển tiếp là rất cần thiết, nhưng do tính phức tạp của bài toán, nhiều nhân tố ảnh hưởng do đó phải từng bước nghiên cứu đưa các nhân tố ảnh hưởng vào tính toán để có kết quả chính xác nhất phục vụ cho thiết kế công trình cũng như vận hành công trình

3.5.1 Phương trình cơ bản về lưu lượng và chuyển động quay của tổ máy

Tại các biên đường ống, đường dẫn nối tiếp tuabin và máy phát điện có các đặc tính thủy lực, đặc tính năng lượng thể hiện trên đường đặc tính tổng hợp (các số liệu này được số hóa) của tuabin, phương trình động lực tổ máy và các công thức liên quan khác

d J

H D Q

Q



2 1 '1

(3-47)

Q – Lưu lượng chảy qua tuabin (m3/s); Q1’ – Lưu lượng quy dẫn (m3/s); D1 - Đường kính

tiêu chuẩn của tuabin (m); H – Cột nước làm việc của tuabin (m); J – Mômen quán tính của tuabin và máy phát; Md – Mômen động lực; Mc – Mômen cản;  - Vận tốc góc của tổ máy (rad/s)

3.5.2 Đặc tính của tuabin thủy lực

Mỗi loại tuabin đều có 2 đặc tính cơ bản sau:

1 Đặc tính lưu lượng thể hiện dưới dạng lưu lượng quy dẫn Q1’(l/s) Q1’ được tính chuyển đổi từ tuabin thực bằng công thức:

H D

Q

1 '1 1000  Q là lưu lượng của tuabin thực (m3/s)

 D1 là đường kính tiêu chuẩn của tuabin thực (m)

 H là cột nước làm việc của tuabin thực (m)

2 Đặc tính năng lượng thể hiện dưới dạng hiệu suất (%), công suất quy dẫn N1’(KW) và

mô men quy dẫn M1’ (KN.m) Chỉ cần nhập số liệu một trong các đại lượng trên (2 đại lượng còn lại có thể tính chuyển đổi sang), các đại lượng trên được tính chuyển đổi từ

tuabin thực bằng công thức η=ηT

H H D

N

1 '1  1000

H D

M

1 '

1 

 ηt là hiệu suất của tuabin thực (%)

 N là công suất của tuabin thực (MW)

 M là mô men động lực của tuabin thực(KN.m)

Số liệu các đặc tính trên của tuabin được nhập vào dưới dạng bảng số (dạng ma trận)

3.5.3 Tính vận tốc quay của tổ máy thuỷ điện

Trong chể độ chuyển tiếp, vận tốc quay của tổ máy biến đổi theo thời gian do đó vận tốc quay của tổ máy được tính theo tiến trình thời gian Cơ sở tính toán là định luật bảo toàn năng lượng

t M t N

E

E o   co

2

2 2308

N  

Q

H D

Q

Q

1000

2 1

1 f a ,n

Q  q o

H

D n

N M





2

10001

15 



 n là vận tốc quay tại thời điểm tính toán (v/ph)

 GDD là mô men đà của tổ máy (10KN.m2 lấy gần đúng bằng T.m2)

 J là mô men quán tính (T.m2)

 E là động năng của tổ máy tại thời điểm tính toán (Kj)

 Eo là Động năng của tổ máy tại thời điểm trước

 N Công suất tuabin tại thời điểm trước (KW)

 là thời đoạn tính toán (s)

 ao là độ mở cánh hướng nước tại thời điểm tính toán

 Mc là mô men cản của máy phát (KN.m)

 (rad/s), (v/ph) là vận tốc quay của tổ máy tại thời điểm trước (đã biết)

 Ndm là công suất định mức của tổ máy (MW)

 ndb là vận tốc quay đồng bộ của tổ máy (v/ph)

 là số pi lấy gần đúng ( =3,14)

 là hiệu suất lớn nhất của máy phát

Mô men cản của máy phát bao gồm lực cản do ma sát, lực cản do dòng phu cô trong sắt

từ, tổn hao trong dây dẫn điện, lực cản của phụ tải Trong chế độ sự cố, không có phụ tải nên tổn hao trong dây dẫn điện và lực cản của phụ tải không còn, chỉ còn lại các thành phần tổn thất năng lượng do dòng phu cô và lực ma sát Trong chương trình tạm lấy các thành phần tổn thất này bằng 50% tổn thất của máy phát khi làm việc với công suất định mức

 mf dm

N 0.51 (KW) Khi tính toán có thể điều chỉnh Nc cho phù hợp thông qua việc

điều chỉnh số liệu giá trị hiệu suất lớn nhất của máy phát ηmf

Các hàm số  '

1

, n

a f

n n o ,  '

1 '

1 f a ,n

Q  q o là các hàm nội suy tra trên đường đặc tính tổng hợp của tuabin thực, trong trường hợp không có đường đặc tính tổng hợp của tuabin thực thì dùng ĐĐTTH của tuabin mẫu tính hiệu chỉnh sau đó mới nhập số liệu hoặc nhập trực tiếp

số liệu của tuabin mẫu để tính gần đúng

GDD

E j

3.5.4 Lập bài toán biên tổ máy thủy điện

Tại biên tổ máy có 01 phương trình truyền sóng thuận trong đường ống áp lực phía thượng lưu tổ máy, 01 phương trình truyền sóng nghịch trong đường hầm dẫn nước có áp phía hạ lưu tổ máy và các phương trình điều kiện biên tổ máy như đã nêu trên

3.5.4.1 Phương trình sóng thuận trong đường ống áp lực

1 , 1 ,

1 ,

n

o n t

o n t o

n t

o n t o n

o n o

n t

o n t

F

Q Q f Q Q

gF

c H

n

o n t

o n t o

n t

o n t o n

o n

gF

c B F

Q Q f H

Q gF

o n

Các chỉ số trên (o) chỉ đường ống áp lực, chỉ số dưới (t-1), (t) chỉ thời điểm trước thời điểm tính toán và thời điểm tính toán, chỉ số dưới (n-1), (n) chỉ mặt cắt trước mặt cắt cuối

cùng và mặt cắt cuối cùng của đường ống áp lực

3.5.4.2 Phương trình sóng nghịch trong đường thoát nước hạ lưu

1 1 , 1 ,

1 , 1 1

1 , 1 ,

h t t h

o t

h t h

h h o t

h t

F

Q Q f Q Q gF

c H

Đặt :

h h

h t t h

t

h t h

h

gF

C B F

Q Q f H Q gF

C A

1

1 2 2 1

1 , 1

1 1 , 1 1

, 1 1 , 1 1

h o

Các chỉ số trên (h) chỉ đường hầm dẫn nước có áp phía hạ lưu tổ máy, chỉ số dưới (0), (1)

chỉ mặt cắt đầu tiên của đường hầm dẫn nước có áp hạ lưu và mặt cắt tiếp theo

3.5.4.3 Các phương trình điều kiện biên tổ máy

Đặc tính thuỷ lực và năng lượng của Tuabin và máy phát điện rất phức tạp, chúng được thể hiện thông qua các phương trình và thể hiện trên đường đặc tính tổng hợp của tuabin Lưu lượng qua tuabin:

Độ mở cánh hướng nước:

  t f

Phương trình liên tục:

(3-59) Cột nước của tổ máy:

3.6 Mô phỏng nguyên lý hoạt động của máy điều tốc tổ máy thủy điện

Hiện nay ở nước ta, cùng với sự phát triển kinh tế, số lượng các trạm thuỷ điện tham gia cung cấp điện cho hệ thống điện ngày càng nhiều Việc đánh giá được chất lượng điện cũng như tính ổn định và an toàn khi điều chỉnh các tổ máy phát điện là rất cần thiết Do đó cần phải tính toán nghiên cứu đánh giá khả năng điều khiển cũng như chất lượng điều khiển tổ máy thuỷ điện Việc tính toán chọn các thông số điều khiển hợp lý, tối ưu ngoài việc nâng cao chất lượng điện cũng bảo đảm an toàn, kéo dài tuổi thọ của các thiết bị tổ máy và sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các tổ máy

Từ việc nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy điều tốc, nguyên lý của hệ thống tự động khống chế, đặc tính năng lượng và quán tính của các tổ máy và hệ thống điện, từ đó xây dựng mô hình toán của máy điều tốc

3.6.1 Mô hình toán máy điều tốc

Khi gặp sự cố phải cắt tải đột ngột, việc đóng tổ máy được thực hiện theo một quy trình đóng cánh hướng nước xác định, ngược lại khi điều chỉnh tăng tải, giảm tải, phụ tải thay đổi vv việc thay đổi độ mở cánh hướng nước phụ thuộc vào sự biến động của tần số dòng điện

và đặc điểm của máy điều tốc, độ mở cánh hướng nước do máy điều tốc quyết định, do đó chúng ta phải dựa vào phương trình của máy điều tốc để tính toán Căn cứ vào cấu tạo các

bộ phân của máy điều tốc, người ta đó xây dựng mô hình toán của máy điều tốc thường dùng PID (Proportion Integral Dirivative - đây là mô hình điều khiển đang được sử dụng rộng rãi) như Hình 3-2

O n t

h t

Q  ,0 ,

h t

O n t

H  ,  ,0

Hình 3-2 Mô hình toán máy điều tốc PID

x – Độ sai lệch tương đối của vận tốc quay

Tn – Hằng số thời gian gia tốc

Xc – Tín hiệu điều khiển bên ngoài

Ty1 – Hằng số thời gian của máy tiếp lực bổ trợ (hằng số này rất nhỏ)

Ty – Thời gian công tác của động cơ tiếp lực

y – Vị trí tương đối của động cơ tiếp lực cánh hướng nước

Td –Hằng số thời gian hoãn xung

c

d d

o n

T

x y y

X x x x

x T t

y btT x

bpy

x x T x x

4

4 2 1 4

3 3

2 1

(3-62)

Trong đó: yo - Vị trí tương đối của động cơ tiếp lực cánh hướng nước tại thời điểm trước

đó một thời đoạn, xo – Độ sai lệch tương đối của vận tốc quay tại thời điểm trước đó một thời

đoạn, t – Thời đoạn (s) Hệ phương trình (3-62) có 5 phương trình và 6 ẩn số chưa xác

định, do đó có thể rút gọn lại dưới dạng hàm số

3.6.2 Mô phỏng điều khiển tự động tổ máy thủy điện

Mặc dù hiện nay hầu hết các tổ máy thuỷ điện đều làm việc song song trong hệ thống điện, nhưng cũng không thể tránh khỏi sự tổ máy thuỷ điện làm việc độc lập như khi mở máy, độc lập cung cấp điện cho vùng phụ tải riêng khi đường dây nối với hệ thống điện lưới quốc gia có sự cố hoặc cần phải sửa chữa, do đó việc nghiên cứu sự làm việc của tổ máy độc lập là rất cần thiết Từ việc nghiên cứu cấu tạo hệ thống, đặc điểm hệ thống thuỷ lực, đặc tính năng lượng và quán tính của tổ máy, đặc tính của các thiết bị điện và hệ thống điện, phương thức truyền và phản hồi các tín hiệu điều khiển của hệ thống tự động khống chế Mô hình toán hệ thống tự động khống chế của tổ máy làm việc độc lập như Hình 3-3



),

( Xc x f

y y

Hình 3-3 Mô hình toán điều khiển hệ thống của tổ máy làm việc độc lập

Ta – hằng số thời gian quán tính của tổ máy, Tb – hằng số thời gian quán tính của phụ tải,

eg – hệ số đặc tính của phụ tải Căn cứ vào kết quả nghiên cứu của các nước phương tây ta có:

r

r

n GD T

365

2 2



r

o a

P T

o g g

m t

c y

m m T T

t x

y

m x e m

x y f m

X x f y

,,

(3-64)

Trong đó mt – Mô men động lực tương đối của tổ máy

(3-65)

Mr – Mô men động lực của tổ máy khi làm việc với công suất định mức và vận tốc quay

đồng bộ, Mt – Mô men động lực của tổ máy tại thời điểm tính toán (t), mg – Mô men cản

tương đối của máy phát điện, mg,o – Mô men cản tương đối của máy phát điện khi máy phát

điện quay với vận tốc quay đồng bộ

Po –Yêu cầu của phu tải tổ máy quay với vận tốc quay đồng bộ, Pr – Công suất định mức

của tổ máy Hàm số (fm) là hàm số liên hệ giữa mô men động lực với vận tốc quay và độ mở cánh hướng nước, hàm số này cũng phụ thuộc vào hệ thống đường dẫn nước của trạm thuỷ điện v.v.Hệ phương trình trên có thể viết rút gọn lại như sau:

X x f y

x

c y

Hệ phương trình này có 02 phương trình và 02 ẩn số (x – độ lệch tương đối của tần số điện; y – vị trí tương đối của động cơ tiếp lực cánh hướng nước của tổ máy nghiên cứu) nên

hệ phương trình này có thể giải bằng phương pháp thích hợp dần hoặc phương pháp lặp

3.6.3 Mô phỏng tổ máy thủy điện làm việc song song trong hệ thống điện lực

Hình 3-4 Mô hình toán các tổ máy thuỷ điện

Cùng với sự phát triển kinh tế, hệ thống điện ngày càng được mở rộng, do đó thực tế trong

hệ thống điện có rất nhiều tổ máy cùng làm việc song song cung cấp điện đáp ứng yêu cầu của phụ tải hệ thống Do đó việc nghiên cứu sự làm việc song song của các tổ máy trong hệ thống điện là rất cần thiết Từ việc nghiên cứu mô hình toán các tổ máy thủy điện, cấu tạo

hệ thống điện, đặc tính năng lượng và quán tính của tổ máy, đặc tính của các thiết bị điện và

hệ thống điện, sự cân bằng năng lượng trên hệ thống, hệ thống tự động khống chế của các tổ máy Căn cứ vào các mô hình toán, và đưa ra giả thiết: Trong quá trình vận hành, độ sai lệch tương đối vận tốc quay của các tổ máy tại mỗi thời điểm là bằng nhau và bằng độ sai lệch tương đối của tần số dòng điện tại thời điểm đó

(3-68)

Trong đó:nr,i , ni - Vận tốc quay đồng bộ và vận tốc quay tại một thời điểm nào đó của tổ

máy thứ (i), k - là số lượng tổ máy làm việc trong hệ thống điện fr, f là tần số chuẩn của lưới

điện và tần số của lưới điện tại một thời điểm nào đó Trên cơ sở giả thiết nêu trên chúng ta xây dựng được mô hình toán các tổ máy thuỷ điện làm việc song song trong hệ thống điện như Hình 3-4

Các tổ máy thuỷ điện làm việc song song trong hệ thông điện (Hình 3-4) có thể chuyển đổi viết dưới dạng hệ phương trình như sau:

r i

r

i r i

f

f

f n

n n

, ,









(3-69)

Trong đó, – Mô men động lực tương đối của tổ máy thứ n, – Tỷ lệ mô men

động lực tương đối của tổ máy thứ n trên toàn hệ thống, mg – Mô men cản tương đối của phụ

tải hệ thống, mgo – Mô men cản tương đối của phụ tải hệ thống khi độ sai lệch tần số của lưới điện bằng không:

(3-70)

Po –Yêu cầu của phụ tải hệ thống khi độ sai lệch tần số của lưới điện bằng không, Pri – Công suất định mức của tổ máy thứ (i), – Hằng số thời gian quán tính của tổ máy:

(3-71) – Hằng số thời gian quán tính của tổ mỏy thứ (i):

(3-72) – Hằng số thời gian của phụ tải hệ thống:

(3-73)

x – độ sai lệch tương đối của tần số dòng điện tại thời điểm x1, x2 là độ sai lệch tương

đối vận tốc quay của các tổ máy Từ giả thiết (4) ta có x1=x2= xn=x

Hàm số (fy) được nêu trong mục 3.6.2 Hàm số (fm) là hàm số liên hệ giữa mô men động lực với vận tốc quay và độ mở cánh hướng nước, hàm số này còn phụ thuộc vào hệ thống đường dẫn nước của trạm thuỷ điện v.v Các đại lượng khác như ở các phần trên

Hệ phương trình trên chúng ta có thể viết rút gọn lại như sau:

) 1

(

) , (

) , (

) , (

) , (

* ,

*

*

,

, ,

,

* ,

, ,

,

2 2

, 2

1 1

1

g n

b a o

o g g

g

n i

i n

i r i

n i

i i m i

n n

y n

y y

m m

T T

t x

x

m x e m

m P

P m

x y f m

Xc x f y

Xc x f y

Xc x f y

P m

,,

i r i i

n GD T

,

2 , 2 , 365

P T T

,

*

* (0,24~0,3)

(3-74)

Hệ phương trình (3-74) rất phức tạp, nhiều biến số, các biến số đa dạng và mức độ ảnh hưởng cũng rất khác nhau có thể giải bằng phương pháp thích hợp dần hoặc phương pháp lặp

3.6.4 Ví dụ ứng dụng tính toán cho công trình thực tế

Từ lý thuyết nêu trên, lập trình bằng VISUAL BASIC 6.0 giải trên máy tính, áp dụng tính toán cho trạm thuỷ điện Lưu Gia Hiệp khi đang làm việc độc lập với công suất định mức, sau đó đột ngột cắt giảm 10% phụ tải Các thông số cơ bản của tổ máy như sau: Tuabin: HL-

180-LJ-46; mô men đà GDD=24500 Tấn.m2; đường kính chuẩn D1=4.8m; công suất định

mức N=153,1MW; vận tốc quay đồng bộ n=136,4v/ph Các thông số của máy điều tốc:

bt=0,4; Td=6(s); Tn=0,4 Kết quả tính toán xem Hình 3-5 và Hình 3-6

) , (

) , (

) , (

2 1 ,

2 2

, 2

1 1

1

n x

n n

y n

y y

y y

y x f x

Xc x f y

Xc x f y

Xc x f y

Tính toán áp dụng tính toán cho trạm thuỷ điện Lưu Gia Hiệp, kết quả phù hợp với kết quả thí nghiệm và phù hợp với công trình thực tế

Việc đánh giá được chất lượng điện cũng như tính ổn định và an toàn khi điều chỉnh các

tổ máy phát điện thực hiện trên mô hình toán cho kết quả rất phù hợp với với thực tế mà giá thành lại rẻ hơn rất nhiều so với mô hình vật ly Thông qua mô hình toán cho chúng ta xem xét lựa chọn được các thông số điều khiển hợp lý, tối ưu, nâng cao chất lượng điện, bảo đảm

an toàn, kéo dài tuổi thọ của các thiết bị tổ máy đem lại hiệu quả kinh tế

CHƯƠNG 4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TRANSIENTS

4.1.2 Khởi động - kết thúc chương trình và các ứng dụng xử lý file số liệu

 Chạy file Transients.exe như các ứng dụng thông thường chạy trên môi trường windows khác

 Kết thúc chương trình bằng “menu-file-exit” hoặc sử dụng controll box như các ứng dụng khác

 Việc tạo file (New), ghi file (Save và Save as), và mở file (Open…) được thực hiện bằng thanh công cụ và menu như các ứng dụng khác

4.1.3 Demo

Phần mềm đã chuẩn bị sẵn tập tin số liệu demo, bạn có thể mở file demo (để mở file demo bạn dùng menu-File-Demo, số liệu demo sẽ được mở ra), chạy chương trình tính toán thử sau đó xem và cất kết quả

 Van nước: Bao gồm các loại van cầu van đĩa…

 Áp lực nước trong đường dẫn: Bao gồm áp lực nước (thế năng) và cột nước toàn phần (cả thế năng và động năng), đều được thể hiện dưới dạng cao trình

4.2 Thực hiện lập sơ đồ tính toán tuyến năng lượng

4.2.1 Vẽ sơ đồ bố trí hệ thống đường dẫn nước

Sơ đồ tính toán được lập trình dưới dạng mở rộng, do người sử dụng chương trình vẽ trực tiếp trên cửa sổ đồ họa “Outline of systems”(Hình 4-1) bằng thanh công cụ (Toolbar) và chuột

Hình 4-1 Cửa sổ chính để nhập sơ đồ tính toán

 Các điểm nút được tạo ra sau mỗi lần người sử dụng bấm chuột Các điểm nút được chương trình tự động đánh số thứ tự từ 1,2,3…

 Các đoạn đường dẫn nước có áp được thể hiện bằng các đoạn thẳng hoặc cung tròn nối các nút với nhau trên sơ đồ tính toán Việc vẽ các đoạn đường dẫn nước

có áp trên sơ đồ tính toán được thực hiện bằng các nút lệnh “Pipeline” và nút lệnh

“Arc” trên thanh công cụ Để nối nhiều tuyến đường dẫn nước có áp đến cùng một nút được thực hiện bằng cách bật-tắt chế độ bắt điểm “Catch point” trên thanh công cụ Các tuyến đường dẫn nước có áp sẽ được tự động đánh số thứ tự liên tục

từ 1,2,3… theo theo thứ tự vẽ của người sử dụng

4.2.2 Bố trí các hạng mục công trình trên sơ đồ tính toán:

 Cửa lấy nước được đặt tại đầu tuyến đường dẫn nước có áp (tại nút trên sơ đồ) Việc đặt các cửa lấy nước lên sơ đồ tính toán được thực hiện bằng nút lệnh “Upper” trên thanh công cụ

 Cửa thoát nước được đặt tại cuối tuyến đường dẫn nước có áp (tại nút trên sơ đồ) Việc đặt các cửa thoát nước lên sơ đồ tính toán được thực hiện bằng nút lệnh “Lower” trên thanh công cụ

 Tháp van được đặt tại nút trên sơ đồ Việc đặt các tháp van lên sơ đồ tính toán được thực hiện bằng nút lệnh “Gate” trên thanh công cụ

 Van đĩa được đặt tại nút trên sơ đồ Việc đặt các van đĩa lên sơ đồ tính toán được thực hiện bằng nút lệnh “Valve” trên thanh công cụ

 Tháp điều áp (bao gồm tháp điều áp thượng lưu và tháp điều áp hạ lưu) được đặt tại nút trên sơ đồ Việc đặt các tháp điều áp lên sơ đồ tính toán được thực hiện bằng nút lệnh “Tank” trên thanh công cụ

 Tổ máy thủy điện được đặt tại nút trên sơ đồ Việc đặt các tổ máy thủy điện lên sơ

đồ tính toán được thực hiện bằng nút lệnh “Hydropower unit” trên thanh công cụ

 Khi vẽ các tuyến đường dẫn nước có áp hoặc đặt các hạng mục lên sơ đồ tính toán bằng cách bấm phím bên trái chuột lên các điểm nút, còn muốn kết thúc lệnh hoặc loại bỏ lệnh bằng cách bấm phím bên phải chuột

 Muốn xóa một hạng mục nào đó bằng bằng nút lệnh “Delete” trên thanh công cụ sau

đó bấm phím bên trái chuột lên đối tượng cần xóa

4.3 Nhập số liệu tính toán của các hạng mục công trình

Việc nhập số liệu của các hạng mục trên sơ đồ tính toán bằng menu Edit, nháy chuột phải, nháy kép chuột trái hoặc nút lênh “Properties” trên thanh công cụ (Click vào nút lênh

“Properties” sau đó click vào đối tượng cần nhập số liệu) Số liệu của mỗi loại hạng mục khác nhau đều được thiết kế một cửa sổ chuyên biệt để nhập số liệu

4.3.1 Nhập số liệu các đoạn đường dẫn nước có áp (Pipeline)

 Nháy chuột trái vào tuyến đường dẫn cần nhập liệu trên sơ đồ tính toán, cửa sổ nhập liệu của đoạn đường dẫn đó sẽ suất hiện như Hình 4-2

 Trên cửa sổ nhập liệu kết cấu tuyến đường dẫn nước có áp bạn cần nhập các số liệu sau:

 Số lượng đoạn con có kết cấu khác nhau trên tuyến đường dẫn nước có áp Chương trinh được thiết kế cho tối đa là 10 đoạn con

 Nhập số thứ tự từng đoạn con, lần lượt nhập kết cấu cho từng đoạn

 Lựa chọn kết cấu của từng đoạn con bằng cách lựa chọn các kiểu kết cấu đã được thiết kế sẵn trong hộp lựa chọn Hình 4-2 như đường ống thép có khớp co dãn, đường ống thép không có khớp co dãn, đường hầm không áo, đường hầm một lớp áo, đường hầm nhiều lớp áo và các loại đường hầm khác

 Tùy thuộc kết cấu tuyến đường dẫn nước có áp mà bạn lựa chọn, chương trình sẽ tự động thay đổi kết cấu cửa sổ cho phù hợp với yêu cầu nhập liệu

 Trên cửa sổ nhập liệu tuyến đường dẫn nước có áp có thiết kế các ô để nhập liệu như:

đường kính trong (D), chiều dài từng đoạn con (L), chiều dày các lớp vật liệu thành

đường dẫn nước có áp, mô đuyn đàn hồi của vật liệu, hệ số nở hông của vật liệu và các thành phần tổn thất thủy lực (xem Hình 4-2 và Hình 4-3)

Hình 4-2 Cửa sổ nhập liệu kết cấu đoạn đường dẫn nước có áp

Hình 4-3 Cửa sổ nhập liệu kết cấu tuyến đường dẫn nước có áp nhiều lớp

 Đối với đoạn con có kết cấu là đường hầm các loại, cần phải nhập mô đuyn đàn hồi

và hệ số nở hông của môi trường đá xung quanh đường hầm Khi tính toán coi môi trường đá là đồng nhất đẳng hướng và vô hạn

4.3.2 Nhập số liệu các tháp điều áp (Tank)

Sau khi bạn đã đặt tháp điều áp vào sơ đồ tính toán, bạn có thể dùng một trong các cách sau để mở cửa sổ nhập liệu của tháp điều áp

Hình 4-4 Cửa sổ nhập liệu của tháp điều áp

1 Bấm chuột vào nút lênh “Properties” sau đó bấm chuột vào biểu tượng của tháp điều áp cần nhập liệu trên sơ đồ tính toán

2 Bấm kép chuột vào biểu tượng của tháp điều áp cần nhập liệu trên sơ đồ tính toán

3 Bấm chuột trái vào biểu tượng của tháp điều áp cần nhập liệu trên sơ đồ tính toán

4 Dùng menu-Edit-Surge tank

Sau khi bạn dùng một trong các cách trên cửa sổ nhập liệu tháp điều áp sẽ suất hiện như Hình 4-4 Trên cửa sổ nhập liệu tháp điều áp bạn cần nhập các số liệu sau:

1 Chọn một trong các kiểu tháp điều áp mà chương trình đã thiết kế sẵn, cửa sổ nhập

số liệu sẽ tự động thay đổi thiết kế cho phù hợp với lựa chọn của người sử dụng

2 Tiết diện họng cản nối vào tháp điều áp

3 Các thành phần tổn thất thủy lực khi nước chảy ra, chảy vào tháp điều áp (Tùy theo các giá trị này và giá trị của tiết diện họng cản mà tháp điều áp là tháp có màng cản hay tháp không có màng cản)

4 Tùy theo kiểu tháp điều áp mà bạn lựa chọn chương trình sẽ yêu cầu bạn nhập số liệu cho phù hợp Ví dụ như tháp có tiết diện thay đổi theo cao trình thì bạn phải nhập tiết diện tháp điều áp thay đổi theo cao trình, tháp 2 ngăn (Hình 4-4) bạn nhập tiết diện các ngăn và các cao trình đáy ngăn, đỉnh ngăn…

4.3.3 Nhập số liệu các tổ máy thủy điện (Hydropower unit)

Sau khi bạn đã đặt biểu tượng của tổ máy thủy điện vào sơ đồ tính toán, tương tự như nhập số liệu của tháp điều áp, bạn có thể dùng một trong các cách nêu trên để mở cửa sổ nhập liệu của tổ máy thủy điện Cửa sổ nhập liệu của tổ máy thủy điện sẽ suất hiện như Hình 4-5 Trên cửa sổ nhập liệu của tổ máy thủy điện bạn cần nhập các số liệu sau:

1 Công suất định mức của của tổ máy thủy điện Nđm(MW)

2 Hiệu suất của máy phát điện khi phát với công suất định mức

3 Mô men đà của rôto máy phát và tuabin GDD(Tm2)

4 Số vòng quay đồng bộ của máy phát n(vòng/phút)

5 Kiểu tuabin Xem phần nhập số liệu loại tuabin

6 Đường kính tiêu chuẩn của tuabin D1(m)

7 Cột nước tính toán của trạm thủy điện Htt(m)

8 Chế độ chuyển tiếp Xem phần nhập số liệu chế độ chuyển tiếp

9 Trên cửa sổ này cũng thông báo cho bạn biết tổ máy này nằm ở vị trí nào trên sơ

đồ tính toán

Hình 4-5 Cửa sổ nhập liệu của tổ máy thủy điện

4.3.4 Nhập số liệu các chế độ chuyển tiếp (Transitive regime)

Hình 4-6 Cửa sổ nhập liệu chế độ chuyển tiếp