Thiết kế trạm thuỷ điện Sông Ba 1

Nội dung của phương pháp: Tiến hành tính toán thủy năng xác định công suất trung bình mùa kiệt của các năm trong liệt năm thủy văn hiện có của công trình thiết kế, sau đó tiến hành xây d

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 thi tốt nghiệp khoa Năng Lượng, em được giao đề tài

‘Thiết kế trạm thuỷ điện Sông Ba 1” công trình này nằm trên địa bàn 2 tỉnh Phú Yên và Gia Lai.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1

1.1 Vị trí địa lý công trình 1

1.2 Nhiệm vụ của công trình 1

1.3 Tài liệu dân sinh kinh tế khu vực sông Ba 1

1.4 Sơ đồ khai thác và bố trí tổng thể công trình 1

1.5 Các tài liệu cơ bản 2

1.5.1 Tài liệu về địa hình 2

1.5.2 Tài liệu về địa chất 2

1.5.3 Tài liệu khí tượng thủy văn 2

1.5.4 Tài liệu thiết kế 3

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THỦY NĂNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 4

2.1 Mục đích của tính toán thủy năng 4

2.2 Chọn phương thức khai thác thủy năng và tuyến công trình 4

2.2.1 Chọn phương thức khai thác thủy năng 4

2.2.2 Chọn tuyến công trình 4

2.3 Chọn mức bảo đảm tính toán 4

2.3.1 Khái niệm về mức bảo đảm tính toán 4

2.4 Xác định các thông số của hồ chứa 5

2.4.1 Mực nước dâng bình thường (MNDBT) 5

2.4.2 Mực nước chết (MNC) 5

2.5 Tính toán thủy năng cho 29 năm 8

2.6 Xác định các thông số năng lượng của TTĐ 8

2.6.1 Xác định công suất bảo đảm (N bđ ) 8

2.6.2 Xác định công suất lắp máy 10

2.6.3 Điện năng trung bình nhiều năm 11

2.6.4 Xác định số giờ lợi dụng công suất lắp máy 12

2.7 Xác định cột nước đặc trưng của TTĐ 12

2.7.1 Cột nước bình quân 12

2.7.2 Cột nước tính toán 12

2.7.3 Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc 12

CHƯƠNG 3 CHỌN THIẾT BỊ 15

3.1 Chọn số tổ máy 15

3.1.1 Các phương án số tổ máy 15

3.1.2 Tính toán cho phương án Z = 2 15

3.1.3 Tính toán cho phương án Z = 3 21

3.1.4 Sơ bộ xác định vốn đầu tư vào thiết bị và nhà máy thủy điện 24

3.1.5 So sánh lựa chọn phương án 26

3.2 Các thông số của tuabin và máy phát 26

3.2.1 Các thông số của tuabin 26

3.2.2 Các thông số của máy phát 26

3.3 Lựa chọn thiết bị dẫn nước và thoát nước 28

3.3.1 Thiết bị dẫn nước (buồng xoắn) 28

3.3.2 Thiết bị thoát nước (ống hút) 30

3.4 Chọn thiết bị điều chỉnh tuabin 30

3.5 Lựa chọn sơ đồ đấu điện và các thiết bị điện trong nhà máy 33

3.5.1 Lựa chọn sơ đồ đấu điện 33

3.5.2 Lựa chọn máy biến áp (MBA) 34

3.6 Chọn thiết bị nâng chuyển (cầu trục) 35

3.6.1 Xác định trọng lượng lớn nhất cần nâng 35

3.6.2 Chọn cầu trục 36

3.7 Chọn van trước tuabin 36

CHƯƠNG 4 CÁC CÔNG TRÌNH THỦY CÔNG 37

4.1 Khái quát chung 37

4.1.1 Nhiệm vụ của công trình thủy công 37

4.1.2 Cấp công trình và các chỉ tiêu thiết kế 37

4.2 Công trình dâng nước 38

4.2.1 Chọn loại đập 38

4.2.2 Mặt cắt cơ bản 38

4.2.3 Mặt cắt thực dụng đập không tràn 41

4.2.4 Mặt cắt thực dụng của đập tràn và tiêu năng 45

4.3 Các công trình trên tuyến năng lượng 49

4.3.1 Đường hầm 49

4.3.2 Cửa lấy nước (CLN) 52

4.3.3 Tháp điều áp 57

4.3.4 Tính toán nước va trong đường hầm sau cửa lấy nước 57

4.3.5 Tính toán tháp điều áp 61

4.3.6 Tính toán nước va trong đường hầm sau tháp điều áp 64

CHƯƠNG 5 KẾT CẤU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 70

5.1 Khái quát chung 70

5.1.1 Các loại nhà máy thủy điện 70

5.1.2 Kết cấu nhà máy thủy điện 70

5.2 Khối dưới nước 71

5.2.1 Khái niệm 71

5.2.2 Các kích thước cơ bản 71

5.3 Khối trên nước 74

5.3.1 Khái niệm 74

5.3.2 Các kích thước và cao trình chủ yếu 74

5.4 Các phòng phụ của nhà máy 77

5.4.1 Phòng điều khiển trung tâm 77

5.4.2 Phòng quản lý vận hành (phòng các thiết bị phụ trợ) 77

5.4.3 Phòng điện một chiều 77

5.4.4 Các phòng chức năng khác 77

5.5 Hệ thống thiết bị phụ 77

5.5.1 Mục đích yêu cầu khi bố trí thiết bị phụ 77

5.5.2 Thiết kế hệ thống dầu 78

5.5.3 Hệ thống khí nén 79

5.5.4 Hệ thống cung cấp nước kỹ thuật 81

5.5.5 Hệ thống tháo nước tổ máy 82

5.5.6 Hệ thống đo lường kiểm tra 82

5.5.7 Bố trí máy biến áp và trạm phân phối điện 82

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 Vị trí địa lý công trình

Nhà máy thủy điện sông Ba 1 là một công trình thủy điện độc lập nằm trên sông EaKrông Hnăng Công trình là một trong 10 bậc thang thủy điện trên hệ thống sông

Ba - là một sông lớn thuộc miền Trung Việt Nam bắt nguồn từ đỉnh núi Ngọc Rô thuộc dải Trường Sơn và đổ ra biển Diện tích toàn bộ lưu vực khoảng 14.000km2 thuộc ba tỉnh Gia Lai, Phú Yên và Đăk Lăk với khoảng 50 sông nhánh, trong đó có

3 sông nhánh chính đó là Yayun, Krông Hnăng và sông Hinh Công trình thủy điện Sông Ba 1 cách đuôi hồ thủy điện Sông Ba Hạ ( thủy điện cuối cùng trong bậc thang thủy điện) khoảng 15 km theo đường sông

Nhà máy thủy điện sông ba 1 thuộc địa phận xã Ea Ly – huyện Sông Hinh – tỉnh Phú Yên, xã Ea Sô – huyện Ea Kar và xã Cư Prao – huyện M’Đrăk – tỉnh Đăk lak, cách thành phố Tuy Hòa tỉnh Phú Yên gần 70 km về phía Tây

Hồ chứa của thủy điện Sông Ba 1 nằm trên địa phận thuộc 2 xã Ea Sô – huyện Ea Kra và xã Cư Prao – huyện M’Đrăk – tỉnh Đắk Lăk

1.2 Nhiệm vụ của công trình

Thủy điện Sông Ba có nhiệm vụ chính là phát điện cung cấp cho lưới điện Quốcgia, ngoài ra còn tham gia cắt giảm lũ cho vùng đồng bằng tỉnh Phú Yên thuộc hạ

du sông Ba, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế xã hội khu vực

1.3 Tài liệu dân sinh kinh tế khu vực sông Ba

Công trình thủy điện sông Ba 1 được dự kiến xây dựng trên sông Ba thuộc tỉnh Phú Yên, cách thị xã Tuy hòa 60 Km về phía tây và cách thị trấn Cúng Sơn 10 Km

về phía Tân Bắc Hồ chứa thuộc địa phận huyện Sông Hinh và Sơn Hòa tỉnh Phú Yên và huyện Krong Pa tỉnh Gia Lai Tuyến đập chính nằm ở 2 huyện Sông Hinh ( bên bờ phải) và Sơn Hòa ( Bên bờ trái)

1.4 Sơ đồ khai thác và bố trí tổng thể công trình

Kết quả nghiên cứu bản đồ thực tế, sơ bộ dự kiến sơ đồ khai thác thủy điện Sông Ba

1 với hình thức khai thác sử dụng đập dâng nước kết hợp với đường dẫn bằngđường hầm dẫn nước có áp và đường ống dẫn nước áp lực

Tuyến năng lượng bao gồm cửa lấy nước kiểu bên bờ Tuyến dẫn nước vào nhà máy

dự kiến là đường hầm dẫn nước, tháp điều áp và đường ống dẫn nước áp lực vàonhà máy

1.5 Các tài liệu cơ bản

1.5.1 Tài liệu về địa hình

Bình đồ địa hình tỷ lệ: 1 đơn vị vẽ bằng 10 cm thực tế

1.5.2 Tài liệu về địa chất

Khu vực lòng sông đặt trên đá granít lộ nứt nẻ, cứng chắc Bên vai đập có 6 lớp đất

đá Dưới đới phong hóa là đới nứt nẻ trung bình đến mạnh Do vậy, đập tràn và tường chắn bê tông được xây dựng trên nền đá, phải đào bỏ đới phong hóa và lớp bồi tích gồm cát lẫn cuội tảng bên trên

Lượng bốc hơi hàng năm trên lưu vực sông Ba biến đổi trong khoảng 1000 –

1500 mm, trong đó tại thượng lưu và hạ lưu có lượng bốc hơi năm trong khoảng 1100-1300mm Vùng trung lưu của lưu vực, đặc biệt là khu vực máng trũng dọc theo sông Ba từ Ayun Pa đến Krong Pa là vùng có mưa lượng ít, thường xảy ra khô hạn thì có lượng bốc hơi năm là lớn nhất, từ 1400-1500 mm

Lưu vực sông Ba nằm trong cả hai sườn của dãy Trường Sơn là Trường Sơn Tây và sườn Trường Sơn Đông, địa hình chia cắt phức tạp khiến cho chế độ mưa trên các phần lưu vực biến đổi cũng phức tạp, ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy của sông

Số liệu thể hiện ở bảng 1.2 phụ lục 1

d Gió, bão

Trên nền chung của cơ chế hoạt động của gió mùa cùng với sự chia cắt của địa hình và hướng của các dãy núi cao, hàng năm lưu vực sông Ba chịu ảnh hưởng của hai hướng gió chính: Tây, Tây nam và Đông, Đông Bắc

Số liệu thể hiện ở bảng 1.3 phụ lục 1

1.5.4 Tài liệu thiết kế

Chuỗi dòng chảy đến tuyến đập công trình thủy điện Sông Ba 1 được xây dựng cho thời đoạn tháng, trên cơ sở dòng chảy thực tại trạm thủy văn Củng Sơn từ năm 1977- 1978 đến năm 2005

Hàm lượng bùn cát trong dòng chảy: ρ = 99 (g/m3)

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THỦY NĂNG XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ

CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 2.1 Mục đích của tính toán thủy năng

Từ những tài liệu đã có (tài liệu về hồ chứa, tài liệu về tổn thất, tài liệu về thủy văn,bùn cát…) tiến hành tính toán xác định các thông số cơ bản của hồ chứa và củaTTĐ

2.2 Chọn phương thức khai thác thủy năng và tuyến công trình

2.2.1 Chọn phương thức khai thác thủy năng

Qua phân tích tài liệu địa hình địa chất ta thấy vừa có thể xây dựng được đập vừa cóthể lùi nhà máy về phía hạ lưu nên ta chọn phương thức khai thác kiểu hỗn hợp làthích hợp nhất

2.2.2 Chọn tuyến công trình

Tuyến công trình gồm có đập dâng cao 122 (m), cửa lấy nước đặt bên bờ phải,đường hầm dẫn nước có chiều dài khoảng 605,88 (m), tháp điều áp, nhà máy

2.3 Chọn mức bảo đảm tính toán

2.3.1 Khái niệm về mức bảo đảm tính toán

Đ đánh giá m c đ ch c ch n trong vi c cung c p đi n c a tr m thuể ứ ộ ắ ắ ệ ấ ệ ủ ạ ỷ

đi n ngệ ười ta dùng khái ni m m c b o đ m và nó đệ ứ ả ả ược bi u th b ng côngể ị ằ

th c sau: ứ

P = 100%

Cấp công trình TTĐ Sông Ba 1 được xác định theo tiêu chuẩn TCXDVN 285:2002theo 2 điều kiện sau:

- Theo cấp công trình của cụm công trình đầu mối

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

Giả sử chiều cao đập bằng: MNDBT – Zhl min = 260 – 134,62 = 125,38 (m)

(trong đó: Zhl min : tra quan hệ Q~ Zhl min với Q = 0 (m3/s))

Chiều cao đập lớn nhất trên 100 (m), theo TCXDVN 285:2002, sơ bộ chọn cấpcông trình cho TTĐ Sông Ba 1 là công trình cấp I

Từ cấp công trình là cấp I tra bảng 4.1 tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam 285:2002 tađược mức bảo đảm tính toán cho công trình là 90%

a Phân mùa dòng chảy

Dựa vào bảng lưu lượng trung bình tháng tại tuyến công trình :

- Có 3 tháng lũ là các tháng 10,11,12

- Có 9 tháng kiệt là các tháng 1,2,3,4,5,6,7,8,9

b Chọn năm tính toán

Năm kiệt điển hình

Ứng với P = Ptk = 90%, từ bảng tần suất bình quân lưu lượng Q n và Q mk (bảng 2.1 và bảng 2.2 phụ lục 2) ta có:

Năm điển hình cần chọn thỏa mãn:

Dựa vào phụ lục , xác định được năm kiệt điển hình là năm 1983:

Bảng lưu lượng thiên nhiên năm 1983

2.4 Xác định các thông số của hồ chứa

2.4.1 Mực nước dâng bình thường (MNDBT)

MNDBT là mực nước cao nhất trong hồ chứa ứng với các điều kiện thủy văn và chế

+ : hàm lượng phù sa, = 99 (g/m3)

+ : dung trọng của bùn cát Sơ bộ lấy bằng 1,4 T/m3

+ T: tuổi thọ của công trình, công trình cấp I theo TCXDVN 285:2002 bảng 7.1 tuổi thọ T = 100 (năm)

+Wo: tổng lượng dòng chảy bình quân nhiều năm

Từ Vbc tra quan hệ Z ~ V ta được Zbc = 221,93 (m)

+ D – đường kính cửa lấy nước (ở đây sơ bộ ta chọn cửa lấy nước hình tròn)

Q

V D =

ax

4 CLN m CLN

Q V



�

�+ VCLN – vận tốc trước cửa lấy nước

Sơ bộ chọn VCLN = (1 2) m

Chọn VCLN = 1 (m/s)

+

ax ax

CLN m

m

Q Q

z



Z – số cửa lấy nước Chọn phương thức cấp nước là liên hợp nên số CLN = 1

Qmax – sơ bộ được xác định như sau:

Q = 185,76 (m3/s)

d1 = (13)m, chọn d1 = 2 (m)

+ d2 – khoảng cách từ mép trên của cửa lấy nước đến MNC

d2 = (0,5 1)m, chọn d2 = 1 (m)

MNCbc = 221,93 + 2 + 1 +15,38 = 240,31 (m)

Chọn MNC theo điều kiện bồi lắng bằng 240 (m)

 Xác định MNC theo điều kiện làm việc của tuabin

Lấy theo công thức kinh nghiệm:

Khi: Hmax < 170 m thì h ct TB = 40%.Hmax

Từ 2 điều kiện trên em chọn MNC theo điều kiện bồi lắng MNC = 240 (m)

 Xác định hct theo tiêu chuẩn ax

mk m

E

Từ bảng tính xác định hct theo tiêu chuẩn ax

mk m

E (bảng 2.3 phụ lục 2) ta thấy MNC

= 240 (m) có ax

mk m

= 0,146 Vậy hồ chứa điều tiết năm

2.5 Tính toán thủy năng cho 29 năm

Tiến hành tính toán thủy năng cho 29 năm Sử dụng phương pháp lập bảng để tính toán

Kết quả tính toán thủy năng cho 29 năm trình bày ở các bảng 2.4 (từ 2.4.1 đến 2.4.29) phụ lục 2

2.6 Xác định các thông số năng lượng của TTĐ

2.6.1 Xác định công suất bảo đảm (N bđ )

a Khái niệm công suất bảo đảm

Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất bình quân của thời đoạn tính toán ứng với mức bảo đảm tính toán của TTĐ

b Cách xác định công suất bảo đảm

 Xác định công suất bảo đảm của TTĐ từ bảng tần suất công suất bình quân mùa kiệt của liệt năm

Nội dung của phương pháp: Tiến hành tính toán thủy năng xác định công suất trung bình mùa kiệt của các năm trong liệt năm thủy văn hiện có của công trình thiết kế, sau đó tiến hành xây dựng bảng tần suất công suất bình quân mùa kiệt, ứng với PTK ta tìm được Nbđ

Nbđ = TK

mk P

D

T mk

Q : lưu lượng trung bình mùa kiệt của từng năm

D

T mk

+ Cột 6: mực nước thượng lưu trung bình: tra quan hệ Z~V

+ Cột 7: diện tích trung bình: tra quan hệ Z~F

+ Cột 8: lưu lượng bốc hơi: 2, 62 106

bh bh

V



�+ Cột 10: *

+ Cột 13: tổn thất cột nước: hw =

w max

ax

i m

Q h

Q

�

, với Qi là Q TD* của từng tháng,

Qmax lấy sơ bộ bằng 185,76 (m3/s) , hw max = 2%Hmax

(sơ bộ lấy Hmax = MNDBT – Zhlmin(Qmin)

hw max = 2%Hmax =0,02 123,53 = 2,4706 (m)+ Cột 14: H* = H – hw

+ Cột 15: N = K Q TD* H*

+ Cột 16: N sắp xếp: sắp xếp các giá trị N theo giá trị giảm dần

+ Cột 17: Tính 1

m P n



 với m là số thứ tự, n là tổng số năm thủy văn

 Xác định Nbđ bằng N của năm kiệt thiết kế mk

 Xác định Nbđ từ đường tần suất bình quân tháng

+ Có PTK tra bảng tần suất công suất xác định được Nbđ

Phương pháp này cho giá trị công suất bảo đảm thiên lớn và không đặc trưng cho cảmùa kiệt

c Lựa chọn phương pháp và xác định N bđ cho TTĐ Sông Ba 1

Trong 3 cách xác định Nbđ, phương pháp xác định Nbđ từ bảng tần suất công suất công suất bình quân mùa kiệt của liệt năm tuy có khối lượng tính toán lớn nhưng tránh được tác động chủ quan của người thiết kế khi chọn năm nước kiệt nên kết quả tính toán là đáng tin cậy Vậy em chọn xác định Nbđ theo phương pháp xác định

Nbđ từ bảng tần suất công suất bình quân mùa kiệt của liệt năm

Dựa vào bảng tần suất công suất bình quân mùa kiệt của liệt năm (bảng 2.5 phụ lục 2) ứng với PTK = 90% xác định được: Nbđ = 15 (MW).

2.6.2 Xác định công suất lắp máy

a Khái niệm công suất lắp máy

Công suất lắp máy là công suất tối đa mà trạm có thể phát huy trên cơ sở sử dụng toàn bộ số tổ máy của TTĐ

b Xác định công suất lắp máy

Để xác định được chính xác Nlm thì tài liệu phải có biểu đồ phụ tải, vị trí làm việc trong biểu đồ phụ tải Do không có đủ tài liệu đồng thời đây là TTĐ điều tiết năm nên Nlm được xác định theo công thức kinh nghiệm

Nlm = (25)Nbđ = 3075 ( MW)

Để chọn ra trị số công suất lắp máy hợp lý sơ bộ đưa ra các phương án sau Nlm = 30,

45, 60,75 sau đó tính toán năng lượng để đưa ra nhận xét để chọn

vị công suất lắp máy như nhau thì khi tăng Nlm từ 60 lên 75 thì số giờ lợi dụng côngsuất lắp máy hld = (3500 4500)giờ Vậy chọn công suất lắp máy Nlm = 75 (MW) Với

Nlm = 75 (MW) cấp công trình theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN285:2002 là cấp I Như vậy giả thiết cấp công trình là đúng

Bảng tính toán xác định E với Nlm = 75 (MW) được thể hiện ở các bảng 2.6(bảng 2.6.1 đến 2.6.29)

2.6.3 Điện năng trung bình nhiều năm

a Các phương pháp xác định

 Phương pháp 1: Điện lượng bình quân nhiều năm bằng điện lượng bình quân

của năm trung bình nước: E = nn E50%

Phương pháp này có ưu điểm là tính toán đơn giản nhưng độ chính xác không cao nên ít được sử dụng

 Phương pháp 2: Tính điện lượng bình quân theo ba năm điển hình:

E E

n



�

ni

E : điện lượng năm thứ i

n: số năm thủy văn

Phương pháp này cho kết quả chính xác nhất nhưng tính toán lớn

b Xác định E cho trạm thủy điện Sông Ba 1 nn

Với TTĐ Sông Ba 1 em chọn phương pháp tính điện lượng bình quân nhiều năm theo liệt năm thủy văn

Điện lượng bình quân nhiều năm Enn = 301283,2 (MWh)

2.6.4 Xác định số giờ lợi dụng công suất lắp máy

301283, 2 401765

nn Nlm

lm

E h

N

(giờ)Vậy số giờ lợi dụng công suất lắp máy là h N lm= 4017 (giờ)

2.7 Xác định cột nước đặc trưng của TTĐ

2.7.3 Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc

Biểu đồ phạm vi làm việc là vùng được giới hạn bởi 5 đường sau:

+ H(Q) khi Ztl = MNDBT

+ H(Q) khi Ztl =MNC

+ Đường hạn chế máy phát

+ Đường hạn chế tuabin

+ Đường hạn chế công suất phát tối thiểu

a Xây dựng đường H(Q) khi Z tl = MNDBT

H = MNDBT – Zhl (Q)Với: Q – lưu lượng qua nhà máy

Giả thiết các giá trị Q, ta có bảng tính ở bảng 2.7.1 phần phụ lục 2

b Xây dựng đường H(Q) khi Ztl = MNC

Làm tương tự đối với H(Q) khi Ztl = MNC, H = MNC - Zhl (Q) Kết quả bảng tính ởbảng 2.7.2 phần phụ lục 2

c Đường hạn chế công suất lắp máy

Cách xác định:

+ Giả thiết H

+ Qi = Nlm/(K.Hi)

� =88,23(m3/s)+ Giả thiết các Hgt, từ đó xác định Q:

Q =

3 min

N 18,75.10

=K.H 8,5.HBảng quan hệ lưu lượng phát điện và cột nước trình bày ở bảng 2.7.5 phần phụ lục 2

Dựa vào các quan hệ H~Q ta có biểu đồ phạm vi làm việc:

Các thông số của TTĐ như sau:

Điện năng trung bình nhiều năm MWh 301283,2

Số giờ lợi dụng công suất lắp máy h 4017

Lưu lượng lớn nhất Qmax m3/s 88,23

Lưu lượng nhỏ nhất Qmin m3/s 8,052

Mực nước hạ lưu lớn nhất Zhl max m 141,915

Mực nước hạ lưu nhỏ nhất Zhl min m 136,47

3.1 Chọn số tổ máy

Tổ hợp tuabin thủy lực và mát phát điện gọi là tổ máy phát điện thủy lực

3.1.1 Các phương án số tổ máy

Dựa vào điều kiện cụ thể của TTĐ Sông Ba 1, em có nhận xét sau:

- TTĐ Sông Ba 1 là một TTĐ loại vừa, chiếm tỷ trọng không lớn trong hệthống điện Do đó điều kiện về công suất dự trữ sự cố của hệ thống không ảnhhưởng đến việc chọn số tổ máy của TTĐ Sông Ba 1

- TTĐ có hệ thống giao thông thuận lợi: Có đường Quốc lộ 29 và đường Tỉnh

lộ ĐT649 đi ngang qua địa bàn huyện – nơi xây dựng công trình nên điều kiện giaothông không có ảnh hưởng nhiều đến việc chọn số tổ máy

- TTĐ Sông Ba 1 là TTĐ có cột nước cao, công suất vừa nên thiết bị sẽ nhỏ,việc chọn số tổ máy lớn là không có lợi

- Phương án nhà máy thủy điện có 1 tổ máy là không hợp lý vì khi nhà máy có

1 tổ máy thì khi gặp sự cố hoặc sửa chữa định kỳ, toàn bộ nhà máy ngừng hoạtđộng Khi đó ảnh hưởng rất lớn tới các hộ dùng điện do nhà máy đảm nhận

- Phương án có số tổ máy lớn hơn hoặc bằng 4 tổ máy, với các cột nước đặctrưng như đã tính toán thì với công suất một tuabin Ntb 18,75 (MW) thì thiết bị củanhà máy quá nhỏ gây khó khăn cho việc bố trí thiết bị, số lượng thiết bị nhiều làmtăng giá thành nhà máy

Từ các lý do trên em đưa ra 2 phương án số tổ máy chọn cho TTĐ Sông Ba 2

là Z = 2 và Z = 3

3.1.2 Tính toán cho phương án Z = 2

a Xác định các thông số của tuabin

- Công suất định mức cho một tổ máy:

752

lm tm

N N

tm tb mf

N N

 - hiệu suất của máy phát, với mf = (0,960,98) Sơ bộ chọn mf=0,96

Từ Ntb và các cột nước đặc trưng tra hình 8.1: biểu đồ phạm vi sử dụng của các kiểutuabin (trang 133 giáo trình Tuabin thủy lực) chọn loại tuabin PO170/741 Phươngthức lắp trục: lắp trục đứng

Loại Tuabin PO170/741 có đường đặc tính tổng hợp là hình 10.17 trang 211 – giáotrình tuabin thủy lực.

 Đường kính D 1 được xác định theo công thức:

n - lần lượt là lưu lượng dẫn xuất, hiệu suất của tuabin mẫu tại điểm

tính toán, nó chính là giao điểm của đường n 1Mtt' (số vòng quay dẫn xuất của tuabin mẫu tại điểm tính toán) với đường hạn chế công suất 95%

Số vòng quay dẫn xuất của tuabin mẫu tại điểm tính toán (n 1Mtt' )

' '

1Mtt 1o (2

n n  5) v/pTra đường đặc tính ta có số vòng quay dẫn xuất của tuabin mẫu tại điểm có hiệu suất lớn nhất: n 1o' = 67 v/p

tt bq tt

 , Mmax - hiệu suất lớn nhất của tuabin thực và tuabin mẫu, tra trên đường đặc

tính tổng hợp chính của tuabin PO170/741 ta xác định được Mmax= 0,91

Với cột nước tính toán Htt = 100m <150m thì Tmax được tính như sau:

1 5

Số vòng quay tính toán:

' 1

1

tt bq tt

Dựa vào bảng (8–3) GTTBTL ta chọn được số vòng quay đồng bộ là ntc =300(v/p) với số cặp cực từ là 2p = 20.

 Xác định số vòng quay lồng của tuabin n L (v/p)

'

1

L m L

n

D

Trong đó:

 Kiểm tra lại các thông số của tuabin

- Xác định lại điểm tính toán

tc tc Mtt

T tc tt tt

N Q

- Kiểm tra lại vùng làm việc của tuabin

Khi cột nước làm việc của tuabin dao động từ (HmaxHmin) thì vùng làm việc của tuabin sẽ được giới hạn bởi hai đường nằm ngang n1 ax'm và n1min' trên đường ĐTTHC

' 1

1 ( max)

max

300 2, 25122,3

- Xác định chiều cao hút (Hs)

Độ cao hút là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nước hạ lưu đến điểm có áp lựcnhỏ nhất Với tuabin tâm trục người ta quy ước điểm có cao trình tương đương đáycánh hướng nước Sơ bộ có thể xác định Hs theo công thức sau:

+  - Độ điều chỉnh hệ số khí thực do có sự sai khác giữa turbin thực vàturbin mẫu, tra trên hình 7-4 trang 126 giáo trình “turbin thuỷ lực” ứng với Htt =100

- Trọng lượng bánh xe công tác:

Tra hình 8.11a trang 156 giáo trình Tuabin thủy lực ta có:

GBXCT = 5 tấnTrọng lượng trục tuabin:

0,8

TTB BXCT

G  �G =0,85 = 4 tấnTrọng lượng BXCT+trục tuabin:

+ Số đôi cực từ của máy phát: 2p = 20 (tra GT tuabin thủy lực trang 139)Tra tài liệu chọn ta tìm được kiểu máy cho TTĐ là CB425/220-20

Các thông số kỹ thuật của máy phát CB425/220-20

Cos

Hiệusuất

%

Đườngkínhtrong Di(m)

Toàn bộ(Tấn)

 Hiệu chỉnh:

⇒ PZ = 0,232,252122,3 + 1,1(165 + 9) = 333,8 tấn

3.1.3 Tính toán cho phương án Z = 3

a Xác định các thông số của tuabin

- Công suất định mức cho một tổ máy:

753

lm tm

N N

tm tb mf

N N



= 26,04 (MW)Trong đó:

Nlm – công suất lắp máy của TTĐ

Z – số tổ máy

Ntm – công suất 1 tổ máy

mf

 - hiệu suất của máy phát, với mf = (0,960,98) Sơ bộ chọn mf=0,96

Dựa vào cột nước Hmax = 122,3 (m) tra tài liệu chọn tuabin nhỏ của Trung Quốc ta được loại tuabin A153-40

Tính toán tương tự như Z = 2 ta có kết quả tính toán cho Z = 3 tổ máy như sau:+ Loại tuabin: A153 – 40

+ Đường kính BXCT D1 : 1,8 m

+ Số vòng quay n: 428,6 v/p

+ Số vòng quay lồng nl: 839 v/p

+ Đường kính ngoài stato tuabin Da: 3,05 m

+ Đường kính trong stato tuabin Db: 2,6 m

+ Số vòng quay đồng bộ của máy phát điện: n = 428,6 (v/p)

+ Số đôi cực từ của máy phát: 2p =14 (tra GT tuabin thủy lực trang 139)

Tra tài liệu chọn thiết bị không chọn được máy phát phù hợp nên phải thiết kế máy phát

Trình tự thiết kế:

Công suất biểu kiến:

Smf = 31,25 MVAVới cos là hệ số công suất lấy bằng 0,8 (do S 125 MVA)

+ Điện áp đầu ra của máy phát: U = 10,5KV ( do Nmf < 70MW)

- Xác định công suất tính toán:

S0 = KSmf = 1,0831,25 = 33,75 (MVA)Với : K – hệ số điều chỉnh công suất

Với cos = 0,8 thì K = 1,08 (tra bảng 1-1 trang 225 giáo trình Công trình trạm thủy điện)

- Công suất trên mỗi cực máy phát:

*

2

mf

S S p

- Đường kính roto được xác định theo công thức:

+ kP= 1,698 là hệ số quay lồng của Tuabin

là số vòng quay quy dẫn ở chế độ lông tốc, số vòng

quay quy dẫn ở chế độ tính toán

=4,2 m

+ Theo điều kiện tháo lắp turbin:





Với Dg đường kính giếng Tuabin, sơ bộ có thể lấy bằng đường kính trong Db của stato tuabin, Db = 2,45 m

2,6 + 0,6 = 3,2 m

Từ hai điều kiện trên ta lấy Di = 4 (m)

- Chiều cao lõi thép từ xác định theo công thức:

0,38 m = 38 cmVới CA = *y

R

8,9

2, 23 = 8,18

- Mặt khác phải thỏa mãn điều kiện: : la/=1,54 la=0,8192,184

Theo tiêu chuẩn đã có sẵn ta lấy la = 1m =100 cm

Căn cứ vào tỉ số Di/la để xác định máy phát kiểu ô hay kiểu treo

4

Vì Di/la = 4, tốc độ quay ntc = 428,6 (v/p) > 150 (v/p) ⇒ chọn máy phát kiểu treo

- Trọng lượng toàn bộ máy phát điện

Gmf=232 tấn

- Trọng lượng của roto

Groto=50%.Gmf = 0,5232 = 116 tấn

3.1.4 Sơ bộ xác định vốn đầu tư vào thiết bị và nhà máy thủy điện

Để chọn được số tổ máy ta phải giải bài toán kinh tế và tiêu chuẩn tính toán là tiêu

chuẩn NPV = ( B C )⇒ max Trong đồ án này khi tính toán cho các phương án số

tổ máy đã xem như công suất lắp máy không thay đổi, và điện năng bình quân nhiềunăm của các phương án cũng xấp xỉ bằng nhau, dẫn đến lợi ích của các phương án cũng gần như nhau Vì vậy ta có thể áp dụng tiêu chuẩn chi phí của công trình quy

về hiện tại nhỏ nhất (C ⇒ min).

Mặt khác MNDBT của các phương án như nhau do đó vốn đầu tư vào công trình chính là như nhau, nên sơ bộ ta chỉ cần so sánh vốn đầu tư trực tiếp vào thiết bị và nhà máy giữa các phương án để chọn phương án tối ưu Vốn đầu tư vào nhà máy bao gồm vốn đầu tư vào mua sắm thiết bị tuabin, máy phát, bê tông và cốt thép xây dựng nhà máy được xác định theo các công thức kinh nghiệm như sau:

- Giá thành của tuabin (KTB)

KTB = GTBZk+ GTB – trọng lượng của tuabin

+ Z – số tổ máy của TTĐ

+ k – giá của 1 tấn thiết bị, lấy K = 50000000 (đ)

- Giá thành của máy phát (Kmf)

Kmf = GmfZk+ Gmf – trọng lượng của máy phát

- Giá thành bê tông xây dựng nhà máy (KBT)

+ Khối lượng bê tông của nhà máy kể cả gian lắp ráp và sửa chữa

WBT = 222 �D11,7�H tt0,4� (Z 1) (m3)+ Giá thành bê tông: KBT = kbtWBT

Giá 1 m3 bê tông thành phẩm lấy bằng kbt = 1000000 đồng

- Tổng vốn đầu tư vào nhà máy (�K)

Vốn đầu tư vào nhà máy sơ bộ lấy bằng tổng vốn đầu tư vào tuabin, máy phát và vốn đầu tư vào bê tông, cốt thép xây dựng nhà máy

K

� =KTB + KMF + KBT

Giá thành tuabin KTB (triệu đồng) 900 1080

Giá thành máy phát KMF (triệu đồng) 33500 34800

Khối lượng bê tông WBT (m3) 16679,5 15218,65

Giá thành bê tông KBT (triệu đồng) 16679,5 15218,65

Tổng vốn đầu tư K (triệu đồng) 51079,5 51098,65

- Về mặt kinh tế: qua tính toán sơ bộ, với phương án 2 tổ máy thì tổng vốn đầu

tư nhỏ hơn so với phương án 3 tổ máy

⇒ Từ các phân tích trên em chọn số tổ máy cho TTĐ là 2 (tổ máy)

3.2 Các thông số của tuabin và máy phát

3.2.1 Các thông số của tuabin

 Nhãn hiệu tuabin: PO170/741

 Công suất: Ntb = 39,06 (MW)

 Số vòng quay đồng bộ: n = 300 v/p

 Số vòng quay lồng tốc: nL = 629 v/p

 Đường kính BXCT: D1 = 2,25 m

 Đường kính ngoài stato tuabin: Da = 3,75 m

 Đường kính trong stato tuabin: Db = 3,2 m

 Chiều cao hút: Hs = -0,75 m

 Cao trình lắp máy: lm = 136 m

3.2.2 Các thông số của máy phát

a Các thông số cơ bản

 Công suất của máy phát: Nmf = 36000 kW

 Đường kính trong stato: Di = 3,65 m

 Số vòng quay đồng bộ của máy phát: n = 300 v/p

 Trọng lượng của máy phát: Gmf = 335 tấn

 Trọng lượng roto máy phát: Groto = 165 tấn

 Xác định các kích thước máy phát

- Đường kính trục máy phát (d)

+ Đường kính ngoài trục tuabin:

= (6070)Chọn dv = 60 cm

+ Đường kính trong trục tuabin:

= 59 cmChọn d v' = 50 cm

+ Chiều dày máy làm mát: t = 36 cm

+ Khoảng cách đi lại: b = 50 cm

3.3 Lựa chọn thiết bị dẫn nước và thoát nước

3.3.1 Thiết bị dẫn nước (buồng xoắn)

a Khái niệm chung

Buồng xoắn tuabin là phần nối liền công trình dẫn nước của nhà máy thủyđiện với tuabin

Công dụng của buồng xoắn

- Dẫn nước từ đường ống áp lực vào trong cơ cấu hướng nước của tuabin

- Tạo cho dòng nước trước khi vào cơ cấu hướng nước có một độ vòng nhấtđịnh để tránh lực xung kích giữa dòng nước và mép ngoài của cánh hướng nước

- Phân bố đều lượng nước vào xung quanh bánh xe công tác để tránh lực tácdụng lệch tâm

b Tính toán thủy lực buồng xoắn

Tính toán thủy lực buồng xoắn theo nguyên tắc Vu.r = const

- Chọn hình thức buồng xoắn

Căn cứ vào công suất và cột nước dao động từ Hmin = 98,2m đến Hmax = 122,3

m tra hình 5.1 trang 84 giáo trình tuabin thủy lực ta chọn được loại buồng xoắn làbuồng xoắn kim loại

- Chọn góc bao max

Với max = 2700 3450 , Chọn max = 3450

- Chọn vận tốc dòng chảy tại cửa vào Vv

Vv =kx H

+ H – cột nước tính toán, H = Htt = 100 m

+ kx – hệ số kinh nghiệm có xét đến tổn thất thủy lực, kx = 0,8 1,1

Khi cột nước lớn thì lấy hệ số vận tốc kx nhỏ

Q



+ max- góc bao lớn nhất của buồng xoắn max = 3450

+ QT – lưu lượng qua tuabin

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

cv cv cv

Q F V

+   - bán kính tiết diện buồng xoắn tại mặt cắt ứng với góc bao

+ R - bán kính bao ngoài của buồng xoắn tại mặt cắt ứng với góc bao

+ ra – bán kính ngoài của stato tuabin

3,751,875

a a

D

(m)+ C – hệ số tính toán, được xác định bằng biểu thức:

2

a

R   �r 

Kết quả tính toán buồng xoắn trình bày ở phần bảng 3.2 phần phụ lục 3

3.3.2 Thiết bị thoát nước (ống hút)

b Tính toán ống hút

Với loại tuabin đã chọn, căn cứ vào bảng 6-3 và bảng 6-5 giáo trình Tuabin thủy lực

ta chọn được kiểu khuỷu và ống hút cong 4H:

Bảng kích thước cơ bản của khuỷu cong số 4 (đơn vị m) và bảng kích thước cơ bản của ống hút cong (đơn vị m) trình bày ở bảng 3.3 và 3.4 phụ lục 3

3.4 Chọn thiết bị điều chỉnh tuabin

a Chọn động cơ tiếp lực để cánh quay hướng nước

Căn cứ vào tuabin đã chọn PO170/741 và công suất định mức của tổ máy em chọnđộng cơ tiếp lực chuyển động thẳng và tác dụng 1 bên mỗi tuabin có 1 động cơ

 Đường kính pit tông (đường kính trong) của ĐCTL:

+  - hệ số phụ thuộc cánh hướng nước Z0

Với Z0 = 16 tra bảng trang 175 giáo trình tuabin thủy lực ta được = 0,034

⇒ d Htt  .D H1 max.b0  0,034 2,25� �122,3 0, 2 0,378�  (m)

Chọn dH theo đường kính tiêu chuẩn được dH = 400 (cm)

 Độ dịch chuyển lớn nhất của động cơ tiếp lực (SHmax)

SHmax = (1,4 1,6).a0max

+ a0max – độ mở cánh hướng nước lớn nhất của tuabin thực

0 0 0max 0

0 0

.

M M

a0M – độ mở cánh hướng nước của tuabin mẫu, a0M = 0,054 (mm)

D0 và D0M – đường kính vòng tròn đi qua tâm các cánh hướng nước củatuabin thực và mẫu D0 = 2750 mm, D0m = 1,16D1 = 2,61 m (tra tuabin mẫuPO170/741)

Z0 và Z0M – số lượng cánh hướng nước của tuabin thực và mẫu Z0 = 16,

Z0M = 24

Thay số vào biểu thức trên ta được:

2,75 24 0,054 0, 085( )

+ ZH – số lượng pittong của các ĐCTL, ZH = 1

+ H - hệ số co hẹp do có cần pittong chiếm chỗ trong xi lanh, có thể lấy theo kinh

100, 150, 200, 250 mm)

Cách chọn đường kính van trượt như sau:

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

H vt s

V Q T

Trong đó: VH – thể tích của ĐCTL, VH = 0,01 (m3)

Ts – thời gian đóng của ĐCTL, sơ bộ lấy Ts = 8 (s)

Q V

trong đó: Vd – vận tốc dầu có áp trong ống dẫn dầu, nói chung: Vd = (4 6) m/sTrong đồ án này em chọn Vd = 5 (m/s) thay vào biểu thức trên ta có:

dô =

4 0,001253,14 5

�

� = 0,0178 (m)Chọn dô = 100 (mm)

Vậy em chọn loại máy điều tốc có kí hiệu như sau: P – 100.

 Chọn thùng dầu áp lực (MHY)

Kích thước thiết bị dầu áp lực phụ thuộc vào thể tích nồi hơi, dung tích của nó phải

đủ để đóng bộ phận hướng nước trong điều kiện bất lợi khi áp lực nồi hơi thấp hơn

áp suất định mức 40 (at) khoảng (3540)%, 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 được xác định như sau:

V = (1820).VH (đối với tuabin tâm trục)+ VH – tổng dung tích ĐCTL của bộ phận hướng nước, VH = 0,01 (m3)

→ V = (0,18 0,2) (m3)Chọn V theo tiêu chuẩn ta có V = 0,5 (m3)

Từ đó tra bảng 9-1 trang 180 giáo trình Tuabin thủy lực ta chọn được thiết bị dầu áplực có ký hiệu: TBDAL 0,5, các thông số được thể hiện trong bảng 3.5 phụ lục 3

3.5 Lựa chọn sơ đồ đấu điện và các thiết bị điện trong nhà máy

3.5.1 Lựa chọn sơ đồ đấu điện

Đối với TTĐ Sông Ba 1 ta thấy chọn sơ đồ đấu bộ là sơ đồ đấu điện chính là hợp lý nhất bởi vì: Số lượng tổ máy của TTĐ ít nên khi ta chọn sơ đồ đấu bộ thì số lượng thiết bị tăng thêm so với các sơ đồ khác cũng không nhiều Mặt khác nếu chọn các

sơ đồ khác chỉ có 1 máy biến áp thì khi máy biến áp đó bị sự cố thì cả TTĐ đều ngưng cung cấp vào hệ thống điện

 Sơ đồ đấu bộ

+ MBA có kích thước và khối lượng nhỏ nên chi phí vận chuyển giảm.

+ Sơ đồ đấu điện đơn giản

+ Bảo đảm an toàn cung cấp điện

- Nhược điểm:

Số lượng MBA và các thiết bị đi kèm nhiều nên giá thành phần thiết bị tăng

3.5.2 Lựa chọn máy biến áp (MBA)

c 

(MVA)+ Công suất tự dùng của TTĐ

Theo kinh nghiệm thì Std = (0,2 3)%.S = (0,1875 2,8125) MVA

Chọn Std = 0,2 (MVA) = 200 (KVA)

+ Công suất định mức yêu cầu chuyển lên lưới điện

Syc = S – Std = 93,75 – 0,2 = 93,55 (MVA)

→

46, 7752

yc MBA yc

MBA

S S

Z

(MVA)+ Điện áp hạ: Uh = 10,5 (KV)

+ Điện áp cao: Uc = 220 (KV)

Tra bảng: Các thông số và kích thước cơ bản của máy biến áp ( do Nga chế tạo) em

chọn được loại máy biến áp TДЦ có các thông số trình bày ở bảng 3.6 phụ lục 3.

 Hiệu chỉnh MBA:

- Theo nhiệt độ trung bình

+ Theo tài liệu về chế độ nhiệt của TTĐ Sông Ba 1, ta có nhiệt độ trung bình năm là: t = 26,4 sd 0C, nhiệt độ lớn nhất năm tmax sd = 290C

+ Nhiệt độ trung bình năm tại nơi sản xuất (Nga) là: t = 5 sx 0C, nhiệt độ cao nhất năm: tmax sx = 350C

+ S’ – công suất hiệu chỉnh theo nhiệt độ trung bình

td

S S

Z

(KVA)Chọn MBA tự dùng thỏa mãn các điều kiện

3.6 Chọn thiết bị nâng chuyển (cầu trục)

3.6.1 Xác định trọng lượng lớn nhất cần nâng

Trong NMTĐ có 3 thiết bị cần nâng có trọng lượng lớn là: BXCT + trục tuabin, roto+ trục máy phát, MBA chính

+ Trọng lượng BXCT + trục Tuabin: GTB = 9 tấn

+ Trọng lượng roto + trục máy phát: Groto = 165 tấn

+ Trọng lượng MBA chính: GMBA = 146 tấn

→ Trọng lượng lớn nhất cần cẩu:

Gmax = max(GTB, Groto, GMBA) = 165 (tấn)

Khi kể đến cả tải trọng động thì trọng lượng lớn nhất cần cẩu là: