Nghiên cứu thông số cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc tính vận hành của hệ thống điện tự dùng của nhà máy thủy điện nậm mô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Đề tài: NGHIÊN CỨU THÔNG SỐ CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM MÔ Si

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

Đề tài: NGHIÊN CỨU THÔNG SỐ CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ

LÀM VIỆC VÀ ĐẶC TÍNH VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

TỰ DÙNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM MÔ

Sinh viên thực hiện: TRẦN VĂN SƠN Lớp: 54K2 – CNKTĐ, ĐT

Giảng viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN TRUNG

Nghệ An, tháng 05 năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Viện Kỹ thuật & Công nghệ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Trần Văn Sơn MSSV: 135D51031010098 Khoá: 54K2 - Điện, điện tử Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện - điện tử

I Tên đề đồ án:

Nghiên cứu thông số cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc tính vận hành của hệ thống điện tự dùng của Nhà máy thủy điện Nậm Mô

II Yêu cầu :

- Tìm hiểu tổng quan về nhà máy thủy điện Nậm Mô

- Nghiên cứu chức năng, nhiệm vụ của hệ thống điện tự dùng

- Thông số và các đặc tính kỹ thuật của hệ thống điện tự dùng

- Cấu tạo của các thiết bị hệ thống điện tự dùng

- Các quy định khi vận hành hệ thống điện tự dùng

- Các bản vẽ sơ đồ công nghệ liên quan đến hệ thống điện tự dùng

III Nội dung thực hiện :

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM MÔ

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của nước ta đang trên đà phát triển mạnh mẽ, đời sống của người dân ngày càng nâng cao Nhu cầu sử dụng điện năng trong đời sống sinh hoạt cũng như trong các nghành công nghiệp, nông nghiệp và dịch vụ là tăng không ngừng Đây là cơ hội nhưng cũng là thách thức cho ngành điện với việc phát triển điện năng, phục vụ nhu cầu của xã hội Một yêu cầu thiết yếu đặt ra đó chính là việc cung cấp điện một cách liên tục cho những nơi đặc biệt, những công ty xí nghiệp lớn, bệnh viện … và xa hơn nữa là cung cấp điện năng cho sinh hoạt khi lưới điện quốc gia bị xảy ra sự cố Ngành công nghệ kỹ thuật điện, điện tử đã ra đời từ rất lâu rồi và

nó ngày càng khẳng định được vai trò cũng như tầm quan trọng trong việc phát triển

xã hội, nâng cao đời sống nhân dân,… Vì vậy đòi hỏi yêu cầu đào tạo kỹ sư ngành công nghệ kỹ thuật điện phải nắm vững kiến thức cơ bản của trạm phát điện dự phòng Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy cô giáo trong ngành công nghệ kỹ thuật điện trường Đại học Vinh, em đã kết thúc khoá học và đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định Được sự đồng ý của nhà

trường và thầy cô giáo trong khoa em được giao đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu thông số cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc tính vận hành của hệ thống điện tự dùng của nhà máy thủy điện Nậm Mô’’ Đi sâu phân tích đánh giá một số hệ thống

cung cấp điện Đồ án tốt nghiệp của em gồm bốn chương:

Chương 1: Tổng quan về nhà máy thủy điện Nậm Mô

Chương 2: Thông số và đặc tính kỹ thuật của hệ thống điện tự dùng

Chương 3: Cấu tạo của các thiết bị hệ thống điện tự dùng

Chương 4: Các quy định khi vận hành hệ thống điện tự dùng

Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo của thầy giáo Nguyễn Văn Trung, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn Do thời gian làm đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như là của các bạn sinh viên để bài đồ án này hoàn thiện hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Văn Trung, các thầy cô giáo trong ngành công nghệ kỹ thuật điện trường Đại học Vinh đã tạo điều kiện giúp đỡ

em trong thời gian qua

Nghệ An, ngày 25 tháng 04 năm 2018

Sinh viên Trần Văn Sơn

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM MÔ 6

1.1 Vị trí địa lý 8

1.2 Một số thông số cơ bản 8

1.3 Sơ đồ tổ nối điện khu vực của nhà máy 9

CHƯƠNG II: THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT 10

2.1 Thông số MBA tự dùng TD61 và TD32 10

2.2 Thông số các thiết bị đóng cắt 11

2.3 Thông số máy phát Diesel 11

2.4 Thông số hệ thống Ắc – qui 12

2.5 Thông số hệ thống Inverter 13

CHƯƠNG III:CẤU TẠO THIẾT BỊ HỆ THỐNG ĐIỆN TỰ DÙNG 14

3.1 Khái niệm 14

3.1.1 Trong nhà máy thủy điện có các cơ cấu tự dùng sau 14

3.1.2 Nguồn cung cấp điện và cấp điện áp tự dùng trong NMĐ 14

3.2 Cấu tạo hệ thống tuabin thủy lực 14

3.2.1 Cánh hướng nước (cánh hướng nước động) 14

3.2.2 Servormotor 15

3.2.3.Bánh xe công tác 15

3.2.4 Ổ hướng tuabin và ổ hướng máy phát 15

3.2.5 Ổ chặn tuabin máy phát 15

3.2.6 Hệ thống gioăng chèn trục 15

3.2.7.Hệ thống phanh 15

3.3 Cấu tạo máy cắt 16

3.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy cắt điện hạ thế 16

3.3.2 Cấu tạo máy cắt điện hạ thế 16

3.4 Cấu tạo của hệ thống tự dùng xoay chiều 17

3.5 Cấu tạo của hệ thống tự dùng một chiều: 18

3.6 Cấu tạo của hệ thống Inverter 19

3.6.1 Nguyên lý làm việc của Inverter 19

3.6.2 Cấu tạo cơ bản của biến tần 20

3.7 Cấu tạo của máy biến áp tự dùng 25

3.7.1 Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây 25

3.8 Cấu tạo của hệ hệ thống Ắc – qui 25

3.8.1 Nguyên lý hoạt động của Ắc quy 25

3.8.2 Phân loại Ắc quy 27

3.8.3 Cấu tạo của bình Ắc quy 27

3.9 Cấu tạo của máy phát Diesel 29

3.9.1 Động cơ 30

3.9.2 Đầu phát 30

3.9.3 Hệ thống nhiên liệu 31

3.9.4 Ổn áp 31

3.9.5 Hệ thống làm mát 32

3.9.6 Hệ thống bôi trơn 33

CHƯƠNG IV :CÁC QUY ĐỊNH KHI VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN TỰ DÙNG 34

4.2 Quy định chung khi vận hành hệ điện tự dùng xoay chiều 34

4.3 Quy định chung khi vận hành hệ thống điện tự dùng một chiều 35

4.4 Quy định chung khi vận hành MBA tự dùng 35

4.5 Quy định chung khi vận hành hệ thống Inverter 35

4.6 Quy định chung khi vận hành hệ thống chiếu sáng và chiếu sáng sự cố 36

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Tổng quan nhà máy thủy điện Nậm Mô

Hình 1.2 Sơ đồ tổ nối điện khu vực nhà máy

Hình 3.1 Máy cắt hạ thế

Hình 3.2 Sơ đồ tổng quát hoạt động của biến tần

Hình 3.3 Sơ đồ hoạt động của biến tần

Hình 3.4 Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra biến tần Hình 3.5 Cấu tạo cơ bản của biến tần

Hình 3.6 Bộ chỉnh lưu

Hình 3.7 Tuyến dẫn một chiều

Hình 3.8 Thiết bị IGBT

Hình 3.9 Hình ảnh sóng mang và đường tròn biểu thị Hình 3.10 Bộ kháng điện xoay chiều

Hình 3.11 Bộ điện kháng một chiều

Hình 3.12 Bộ điện trở hãm

Hình 3.13 Phản ứng hóa học xả/nạp Ắc quy Axit-chì Hình 3.14 Cấu tạo các bản cực của Ắc quy

Hình 3.15 Cấu tạo bình Ắc quy

Hình 3.16 Các bộ phân của máy phát điện

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

2 NMĐ&TBA Nhà máy điện và trạm biến áp

8 PĐKTT Phòng điều khiển trung tâm

CHƯƠNG I TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NẬM MÔ 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÝ

Thủy điện Nậm Mô là thủy điện xây dựng trên dòng Nậm Mô tại vùng đất bản Cánh, xã Tà cạ, huyện Kì Sơn, tỉnh Nghệ An, Việt Nam

Sông Nậm Mô hay Nậm Mộ là phụ lưu cấp 1 của sông Lam, khởi nguồn từ hợp lưu nhiều suối trên đất nước Lào Trong đó dòng chính bắt nguồn từ sườn tây nam dãy núi Phu Xai Lai Leng tại huyện Khamkeuth và Viengthong, tỉnh Bolikhamxay, chảy về hướng tây bắc 19°8′55″B 104°9′59″Đ Núi Phu Xai Lai Leng ở biên giới giáp vùng đất các xã Nậm Càn và Na Ngoi huyện Kỳ Sơn

Sau đó đến huyện Mok Mai tỉnh Xiengkhuang sông đổi hướng đông bắc 19°16′51″B 103°48′59″Đ, rồi là ranh giới tự nhiên cho biên giới Việt - Lào đoạn ở các xã Mường Ải, Mường Típ và Tà Cạ

Tại bản Nhạn Lý xã Tà Cạ 19°25′3″B 104°4′11″Đ sông đổi hướng đông nam, chảy vào đất Việt Đến bản Cửa Rào, xã Xá Lượng, huyện Tương Dương 19°17′10″B 104°25′39″Đ thì đổ vào sông Lam

Hình 1.1 Tổng quan nhà máy thủy điện Nậm Mô

1.2 MỘT SỐ THÔNG SỐ CƠ BẢN

Một số thông số cơ bản của Nhà máy thủy điện Nậm Mô:

- Cấp công trình: Công trình có cấp thiết kế III theo TCXD VN 285:2002

- Số tổ máy: 02 tổ

- Công suất lắp máy: 18MW

- Loại tuabin bóng đèn trục ngang

- Dung tích điều tiết: 1,19 triệu m3

- Dung tích toàn bộ: 2,68 triệu m3

1.3 SƠ ĐỒ TỔ NỐI ĐIỆN KHU VỰC CỦA NHÀ MÁY

Trạm phân phối 110kV Nậm Mô gồm 2 lộ đường dây xuất tuyến:

- L171(đường dây nhôm lõi thép phân pha AC-240 có chiều dài 43,1km) được đấu nối trực tiếp với trạm biến áp 110kV Hòa Bình – Tương Dương – Nghệ An qua cột VT147 thuộc đường dây 110kV Tương Dương – Kỳ Sơn

- L172 (đường dây nhôm lõi thép phân pha AC-185 có chiều dài 0,98km) được đấu nối trực tiếp với trạm phân phối NMTĐ Nậm Cắn2

Hình 1.2 Sơ đồ tổ nối điện khu vực nhà máy

CHƯƠNG II THÔNG SỐ VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT 2.1 THÔNG SỐ MBA TỰ DÙNG TD61 VÀ TD32

8 Kiểu điều chỉnh điện áp - Không tải Không tải

2.2 THÔNG SỐ CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT

2.2.1 Cầu chì tự rơi FCO-TD32

kích thích

8 Phạm vi tác động của bộ điều chỉnh điện áp %

2.3.2 Động cơ

9

Dầu bôi trơn

11 Thời gian vận hành liên tục cho ph p h

13 Nhiệt độ môi trường cao nhất cho ph p 0

a Thông số đầu vào

2 Điện áp định mức đầu vào một chiều VDC 220

b Thông số đầu ra

3 Thời gian quá tải đến 125% phụ tải cho

CHƯƠNG III CẤU TẠO THIẾT BỊ HỆ THỐNG ĐIỆN TỰ DÙNG 3.1 KHÁI NIỆM

Để sản xuất và truyền tải điện năng, ngoài phấn cung cấp cho các hộ tiêu thụ, bản thân NMĐ & TBA cũng tiêu thụ một lượng điện năng Phần điện này gọi là điện

tự dùng của NMD & TBA

3.1.1 Trong nhà máy thủy điện có các cơ cấu tự dùng sau

- Cơ cấu của tuabin thủy lực

- Các cơ cấu phục vụ cho đập, cửa đập, gián máy,

- Ngoài các cơ cấu phục vụ cho quá trình chính trên còn có các cơ cấu phụ như: Máy cắt, hệ thống điện tự dùng xoay chiều, hệ thống tự dùng một chiều, inverter, máy biến áp, ắc quy, máy phát diesel,

- Tính đảm bảo của hệ thống tự dùng quyết định đến sự làm việc đảm bảo của toàn

- Cấp 6,3kV được dùng cấp điện cho các động cơ công suất lớn hơn 200kW

- Cấp 0,4kV được dùng cấp điện cho các động cơ công suất b hơn như thắp sáng, tín hiệu,

- Nguồn điện tự dùng trong nhà máy thường lấy trực tiếp từ bản thân nhà máy

- Nếu nhà máy điện có xây thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát thì điện tự dùng được lấy ngay từ thanh góp điện áp máy phát qua máy biến áp tự dùng hoặc qua kháng điện

- Ngoài nguồn tự dùng làm việc, còn phải có nguồn tự dùng dự trữ Đó có thể là các MBA nối với thanh góp đáp cao có liên lạc với hệ thống

3.2 CẤU TẠO HỆ THỐNG TUABIN THỦY LỰC

3.2.1 Cánh hướng nước (cánh hướng nước động)

- Cánh hướng nước có chức năng phân bố đều lưu lượng nước qua tuabin;

- Các cánh hướng nước được phân bố đều xung quanh bánh xe công tác, có nhiệm vụ

đóng mở để điều chỉnh lưu lượng nước qua bánh xe công tác

- Ngoài ra ổ hướng tuabin, ổ hướng máy phát còn tham gia đỡ một phần tải trọng của

tổ máy và thực hiện việc nâng trục tuabin - máy phát trong quá trình khởi động và

và chèn trục sữa chửa Việc làm mát và tạo áp lực cho gioăng chèn trục được thực hiện qua hệ thống nước chèn trục được lấy từ hệ thống nước kỹ thuật của tổ máy

hoặc lấy từ bể nước sạch đặt tại sàn 169m

- Khi tổ máy dừng, hệ thống khí chèn trục sẽ làm việc để ngăn lượng nước trong

buồng bánh xe công tác xâm nhập vào buồng tuabin

3.2.7 Hệ thống phanh

- Trong quá trình dừng tổ máy, khi tốc độ tổ máy giảm về 30% tốc độ định mức, hệ thống phanh sẽ tự động tác động để giảm tốc độ tổ máy cho đến khi tổ máy dừng

hẳn

- Ngoài ra hệ thống phanh tổ máy còn được sử dụng để phục vụ công tác sửa chữa

khi cần

3.3 CẤU TẠO MÁY CẮT

Máy cắt điện hạ thế ACB là máy cắt không khí sử dụng nguồn cắt hạ áp có công suất cao Cấu tạo của chúng bao gồm các chi tiết bộ phận như: tiếp điểm chính, móc nhảy, cầu nhảy, nam châm điện (sử dụng khi nhấn cắt điện), nam châm điện (sử dụng khi mất điện áp), bộ phận nhẩy điện, lưỡng kim, bộ phận gia nhiệt, nút nhấn cách điện (thường đóng), nút nhấn

3.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy cắt điện hạ thế

Khi phát hiện sự cố ngắn mạch, bộ phận quá dòng (nam châm điện) đột ngột tác động, phát ra tín hiệu nháy điện làm cho máy cắt ngắt điện Khi dây bị quá tải, bộ phận gia nhiệt sẽ tác động làm cong bản lưỡng kim và làm nhảy điện, máy cắt sẽ ngắt điện

Khi điện áp đường dây giảm xuống nghiêm trọng, nam châm mất điện sẽ nhả

ra, lò xo k o thanh sắt động làm nhảy điện và ngay lập tức máy cắt cũng ngắt điện Nếu nút ngắt điện làm cho nam châm mất điện thì điện cũng nhảy và ngắt

Hình 3.1 Máy cắt hạ thế

3.3.2 Cấu tạo máy cắt điện hạ thế

- Hệ thống tiếp điểm: Bao gồm tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh, dây nối mềm, tải

dòng Hình thức tiếp điểm kiểu đối đầu, kiểu cắm và kiểu cầu Các loại tiếp điểm gồm có: tiếp điểm đơn, gh p hai tiếp điểm và gh p ba tiếp điểm

- Tiếp điểm đơn có 1 tiếp điểm chính và nó kiêm luôn tiếp điểm sinh hồ quang

- Gh p hai tiếp điểm: Bao gồm một tiếp điểm chính và một tiếp điểm sinh hồ quang

- Gh p ba tiếp điểm: Gồm 1 tiếp điểm chính, một tiếp điểm sinh hồ quang và một tiếp điểm phụ Tiếp điểm phụ có chức năng hỗ trợ tiếp điện hồ quang để bảo vệ hai

lần tiếp điểm chính Tiếp điểm chính dẫn dòng điện khi vận hành và được sản xuất từ những miếng hợp kim bạc

- Cơ cấu dập hồ quang: Thường là buồng dập hồ quang có nhiều ngăn hẹp để khử

ion

- Cơ cấu thao tác: Giúp máy cắt điện thực hiện chức năng đóng ngắt Hình thức cơ cấu thao tác bằng tay, bằng điện động hoặc điện từ khí động Theo phương thức đóng ngắt thì phân chia cơ cấu thao tác thành hai loại: đóng điện bằng trữ năng hoặc không dùng trữ năng (trữ năng là năng lượng tích trữ được) Khi đóng điện bằng năng lượng tích trữ thì không phục thuộc vào lực tác động và tốc độ của người thao tác

- Cơ cấu nhảy tự: Là cơ cấu liên hệ giữa cơ cấu thao tác và cơ cấu hệ thống tiếp điểm Khi thao tác ở vị trí đóng máy cắt tác động vào cơ cấu nhảy tự do thì máy phát điện sẽ hoạt động, các tiếp điểm rời nhau

3.4 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG TỰ DÙNG XOAY CHIỀU

3.4.1 Hệ thống các nguồn cấp

- Nguồn cấp từ thanh cái 6,3 kV (phía hạ áp T1, T2) qua TD61

- Nguồn cấp từ lưới địa phương điện áp 35 kV qua TD32

 GDB3: cấp cho phụ tải tự dùng chung số 1

 GDB4: cấp cho phụ tải tự dùng chung số 2

 Bảo vệ k m điên áp MBA

 Bảo vệ nhiệt độ cuộn dây MBA

- Hệ thống kiểm soát nhiệt độ được trang bị trên MBA TD61

- Liên động điện được trang bị giữa MC 441 và MC442 và MC 400

- Bộ ATS tự động chuyển đổi nguồn giữa MC 441 với MC 442

- MF Diesel có các chức năng bảo vệ sau:

 Bảo vệ quá tải

 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh và quá dòng chạm đất có thời gian

- Hệ thống thông tin liên lạc, đo lường, điều khiển, giám sát

- Nguồn kích từ ban đầu cho H1, H2

3.5.3 Các tủ phân phối điện một chiều lắp đặt tại nhà máy thủy điện Nậm Mô

- Tủ phân phối điện một chiều chính (tủ BUA1)

- Tủ phân phối điện một chiều cho Tổ máy (tủ BUA2)

- Tủ phân phối điện một chiều chung (tủ BUA3)

- Tủ Inverter

3.6 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG INVERTER

- Tủ Inverter được cấp nguồn xoay chiều trực tiếp từ ATM-A5 tại tủ GDB4 hoặc

nguồn 1 chiều từ tủ BUA1 qua ATM-QF4 Inverter dùng để cung cấp nguồn xoay chiều liên tục cho hệ thống máy tính, một số mạch điều khiển và giám sát và một số thiết bị quan trọng khác trong trường hợp mất nguồn tự dùng xoay chiều nhà máy

3.6.1 Nguyên lý làm việc của Inverter

Hình 3.2 Sơ đồ tổng quát hoạt động của biến tần Cách thức hoạt động cơ bản của bộ biến tần cũng khá đơn giản Chủ yếu qua 2 công đoạn sau:

 Công đoạn 1: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu

và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định

 Công đoạn 2: Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Mới đầu, điện áp Một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện Điện áp một chiều này ở mức rất cao Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ viết tắt của Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp Xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động

cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ