Xác định các thông số chủ yếu của trạm thủy điện

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

Đặt vấn đề

Hệ thống sông Cả, bắt nguồn từ Lào và chảy qua Nghệ An, là một trong những hệ thống sông lớn nhất miền Trung Việt Nam, với diện tích lưu vực khoảng 27.200 km² Gần 9.500 km² trong số đó nằm trên lãnh thổ Lào, ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của hơn 3,8 triệu người trong khu vực Đây là vùng có khí hậu khắc nghiệt, thường xuyên phải đối mặt với thiên tai như hạn hán và lũ lụt Việc xây dựng các công trình thủy lợi để tận dụng tài nguyên nước, phục vụ đời sống và giảm thiểu thiệt hại từ thiên tai là cần thiết, tuy nhiên, hiện tại chỉ có một số đập dâng được xây dựng, bao gồm cả các đập trước năm 1945 như Đô Lương – Nam Đàn, nhằm mục đích tưới tiêu và ngăn mặn.

Sông Cả có nguồn nước dồi dào và tiềm năng thủy năng phong phú nhờ độ dốc lớn và nhiều thác nước Mặc dù đã có nghiên cứu quy hoạch khai thác thủy năng, nhưng chưa có công trình thủy điện nào được xây dựng Trong bối cảnh thiếu hụt điện năng sắp tới, việc xây dựng các công trình thủy điện trên sông Cả đã trở nên cấp thiết Dự kiến sẽ có khoảng 12 – 17 công trình thủy điện với công suất từ 10 - 400MW, trong đó nổi bật là thủy điện Bản Vẽ, có công suất 100 – 200MW, với khả năng chống lũ và cung cấp nước cho hạ du.

Công trình thủy điện Bản Vẽ không chỉ đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế của Miền Trung mà còn đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lưới điện quốc gia Việc khai thác nguồn thủy năng sông Cả, đặc biệt là từ thủy điện Bản Vẽ, có ý nghĩa thiết thực cho sự phát triển kinh tế khu vực và toàn quốc Bài viết này sẽ trình bày tổng quan và chi tiết về quá trình tính toán sơ bộ thiết kế công trình thủy điện Bản Vẽ.

Điều kiện tự nhiên lưu vực sông Cả

1 Đặc điểm địa lý tự nhiên.

Sông Cả là hệ thống sông lớn nhất Nghệ An, diện tích lưu vực khoảng 27200Km 2 Trong đó phần chảy trên lãnh thổ Lào chiếm 23,5% (9.470 Km 2 ) Sông

Cả và sông La hợp thành sông Lam tại xã Đức Quang huyện Đức Thọ cách của

Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1

Tiểu luận Tư tưởng HCM

Sông ở Lào có độ cao trên 1.500m, chảy theo hướng Tây-Bắc và Đông-Nam, đi qua các huyện Kỳ Sơn, Tương Dương, Anh Sơn, Thanh Cương, và Nam Đàn Đoạn từ cửa rào trở lên có lòng sông hẹp và độ dốc lớn, với độ dốc đáy trung bình là 3% Sông có hơn 100 nghềnh lớn nhỏ và hai phụ lưu lớn là sông Nậm Mo (bên phải) và sông Huôi Nguyên (bên trái), với diện tích lưu vực tương ứng là 37.800 km² và 800 km².

Lớp phủ thực vật trên lưu vực rất phong phú với nhiều loại rừng như rừng tre, nứa và rừng cây gỗ quý Theo số liệu điều tra, rừng chiếm khoảng 46% tổng diện tích lưu vực, chủ yếu tập trung ở biên giới Việt – Lào Khu vực đồng bằng chủ yếu được trồng lúa nước và các loại hoa màu khác.

2 Đặc điểm khí hậu lưu vực sông Cả.

Việc quan trắc khí tượng và đo mưa trên hệ thống sông Cả đã được thực hiện từ sớm tại nhiều trạm, như trạm khí tượng thủy văn cửa Rào và Mường Xén, với tài liệu đo đạc từ năm 1959 phục vụ thiết kế công trình thủy điện Bản Vẽ Phân tích và đánh giá tài liệu quan trắc khí tượng thủy văn trên toàn bộ lưu vực sông cho thấy chất lượng dữ liệu tốt, ít gián đoạn, có thể sử dụng hiệu quả trong tính toán thủy văn cho các công trình.

Lưu vực sông Cả chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa với mùa đông lạnh và khô, mùa hè nóng và mưa nhiều Địa hình núi cao và hiểm trở cùng với sự chi phối mạnh mẽ của biển tạo ra sự tương phản rõ rệt giữa hai mùa Nhiệt độ trung bình trong lưu vực dao động từ 22°C đến 25°C, với tháng 6 và 7 là tháng có nhiệt độ cao nhất, có thể đạt tới 41°C – 43°C Ngược lại, tháng 1 là tháng lạnh nhất, nhiệt độ có thể xuống tới 1°C Nhiệt độ chung có xu hướng tăng dần từ Bắc vào Nam và giảm dần từ Đông sang Tây.

Gió trung bình trong khu vực dao động từ 1 – 2m/s, trong khi vùng đồng bằng và ven biển có tốc độ gió từ 2 – 3m/s, với khả năng đạt đến 200m/s Một đặc điểm nổi bật là khu vực này chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của gió Lào, thường xuất hiện vào tháng 5, 6 và 7 Trong những ngày có gió Lào mạnh, nhiệt độ có thể tăng cao từ 50°C đến 55°C, và trong năm có khoảng 25 - 30 ngày gió Lào xảy ra.

Nghệ Tĩnh là một trong những khu vực chịu ảnh hưởng nhiều nhất từ bão ở Việt Nam, với trung bình 3 – 4 trận bão mỗi năm, chiếm khoảng 30% tổng số bão đổ bộ vào nước ta Các trận bão thường tác động mạnh mẽ đến vùng đồng bằng ven biển và trung du, gây ra mưa lớn trên diện rộng, với lượng mưa có thể lên tới 300 – 400mm, và ở một số khu vực đặc biệt, lượng mưa có thể đạt từ 800 – 900mm.

Tiểu luận Tư tưởng HCM những tháng mưa độ ẩm có thể đạt 90%, mùa khô độ ẩm hạ xuống khoảng 80 – 83%.

Bốc hơi là một yếu tố quan trọng trong chu trình thủy văn, với lượng bốc hơi trung bình dao động từ 800 đến 1000mm mỗi năm Mùa hè thường là thời điểm có lượng bốc hơi cao nhất trong năm.

Mưa trên lưu vực sông Cả phân bố không đều, với lượng mưa trung bình nhiều năm ở vùng Tây Bắc thượng nguồn dao động từ 1600 - 2000mm, trong khi khu đồng bằng ghi nhận từ 1500 – 1600mm Thung lũng Mường Xén (Tương Dương) có lượng mưa thấp nhất cả nước, chỉ đạt khoảng 1300 – 1400mm Sự phân bố mưa trong năm rất không đồng đều, mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm khoảng 85% tổng lượng mưa cả năm Các tháng có lượng mưa lớn nhất là tháng 7, 8, 9, trong khi tháng 1, 2 có lượng mưa thấp nhất, thường xuất hiện mưa phùn.

Trong quá trình theo dõi và tổng hợp kết quả từ các trạm thủy văn trong lưu vực của các công trình thủy điện Bản Vẽ, chúng tôi đã thu thập được dữ liệu về phân phối lượng mưa và bốc hơi theo từng tháng trong năm, được trình bày chi tiết trong bảng dưới đây.

Mưa (mm) 6,4 10,2 49 76 160 109 171 210 304 151 40 20,5 Lượng bốc hơi bình quân năm: 830 mm/năm.

Chế độ dòng chảy trên sông Cả phụ thuộc vào lượng mưa, địa hình và cấu tạo địa chất của lưu vực Mô đun dòng chảy trung bình nhiều năm dao động từ 201 m³/s/km², trong khi ở thượng lưu đạt khoảng 301 m³/s/km² Dòng lũ trên sông Cả kéo dài từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm 70-75% tổng lượng dòng chảy hàng năm, với lưu lượng lớn nhất vào tháng 8 và 9, đạt khoảng 22% tổng lượng dòng chảy Mùa kiệt thường kéo dài từ 7 đến 8 tháng, với lượng dòng chảy trong mùa này chiếm một tỷ lệ đáng kể.

Lượng dòng chảy hàng năm của sông Cả chiếm từ 25% đến 30%, với ba tháng có lượng dòng chảy thấp nhất thường rơi vào tháng 2, 3 và 4 Dòng chảy lũ hàng năm có sự biến động lớn, với những năm có lũ lớn nhất ghi nhận vào các năm 1960, 1961, 1964, 1971, 1973, 1978, 1979 và 1988 Số lượng lũ lụt lịch sử trên lưu vực sông Cả xảy ra không đồng bộ, trong đó dòng chảy lũ lớn nhất được quan sát đạt 590m³/s vào ngày 28 tháng 7 năm 1973 Dòng chảy thiết kế tại tuyến công trình Bản Vẽ được xây dựng dựa trên dữ liệu thực tế từ các trạm quan sát.

Tiểu luận về Tư tưởng Hồ Chí Minh hiện nay tập trung vào việc áp dụng phương trình hồi quy và tương quan hệ Q = f(h) để tính toán thủy văn, đặc biệt là chế độ phân phối dòng chảy năm cho tuyến công trình Bản Vẽ Các tính toán này được thực hiện dựa trên 3 năm điển hình, và kết quả phân phối dòng chảy được trình bày trong bảng dưới đây.

P%\tháng VI VII VIII IX X XI

P%\tháng XII I II III IV V

Lưu lượng bụi cát lơ lửng trung bình o = 155kg/s Trọng lượng riêng bụi cát r = 1,5 tấn/m 3

Tuổi thọ công trình T = 100 năm

Đặc điểm địa hình địa chất công trình lưu vực sông Cả

Địa hình và cấu trúc địa chất của lưu vực sông Cả rất phức tạp Trong bài viết này, chúng tôi sẽ chỉ trình bày cấu tạo địa hình và địa chất của tuyến công trình cùng lòng hồ Bản Vẽ.

TÀI LIỆU VÀ DÂN SINH KINH TẾ TRONG LƯU VỰC VÀ LÒNG HỒ BẢN VẼ

Nghành nông nghiệp

Ngành kinh tế chủ đạo của Nghệ An tập trung vào việc thâm canh khai thác tổng hợp, chú trọng cả lúa và cây màu cũng như cây công nghiệp như lạc, dứa, thuốc lá, cói, chè, cà phê, và cam Tỉnh đẩy mạnh chăn nuôi và thâm canh thực phẩm xung quanh các thành phố, thị trấn, khu công nghiệp và vùng dân cư tập trung Diện tích đất nông nghiệp đã tăng từ 350.000ha năm 1990 lên 420.000ha vào năm 2000, trong đó đầu tư thâm canh cho các vùng trọng điểm lúa với tổng diện tích 79.200ha, sản lượng đạt 692.550 tấn vào năm 2000.

Thủy lợi

Thủy lợi là biện pháp hàng đầu với phương hướng đến năm 2015:

+ Củng cố vững chắc các hệ thống đê điều để chống lũ, ngăn mặn.

+ Quản lý, khai thác, sử dụng có hiệu quả các công trình đã xây dựng, chú ý phục vụ tốt các vùng trọng điểm.

+ Xây dựng một số công trình trên cơ sở có luận chứng đạt hiệu quả nhanh.

Lâm nghiệp

Trường Sơn, hình thành các vùng đặc sản.

Các khu công nghiệp

Nghệ An đã phát triển và phân bố lại lượng sản xuất thành ba khu công nghiệp, dựa trên không gian địa lý và các yếu tố kinh tế xã hội trong quá trình phát triển.

- Vinh, Cửa Lò, Cửa Hội.

- Thị xã Hà Tĩnh, Thạch Khê với nhiều nhà máy thuộc nhiều nghành công nghiệp khác nhau: Dệt, thực phẩm, khai thác mỏ …

Năng lượng

Tỉnh này đang đối mặt với nhiều khó khăn, với mức bình quân đầu người chỉ đạt 30% so với cả nước Nguồn điện tại chỗ chưa đáp ứng đủ nhu cầu, chỉ cung cấp 10% tổng nhu cầu Do đó, tỉnh sẽ tập trung phát triển năng lượng, chủ yếu dựa vào nguồn điện quốc gia, trong năm tới.

- Cải tạo hệ thống lưới điện của tỉnh trước hết là thành phố Vinh, đảm bảo cấp điện an toàn liên tục.

- Kết hợp thủy lợi, thủy điện nhỏ ở các huyện trung du miền núi, các vùng lâm trường phục vụ cho sản xuất công nghiệp đời sống.

- Xây dựng một số trạm thủy điện lớn trên hệ thống sông Cả như Bản Mai, Bản Vẽ.

Hồ trạm thủy điện Bản Vẽ có diện tích khoảng 71 km², chứa đựng 4 xã với gần 3000 hộ dân chủ yếu sinh sống bằng nông nghiệp và lâm nghiệp Trong lòng hồ còn có các công trình văn hóa công cộng, cây cối lâu năm, cũng như hệ thống giao thông thủy lợi và bưu điện Việc xây dựng hồ sẽ dẫn đến những thiệt hại đáng kể cần được thống kê.

+ Các công trình văn hóa công cộng của các xã (trường học, trạm xá,trụ sở

…) chủ yếu là nhà lợp ngói, tranh tre, diện tích bình quân mỗi xã 850m 2 cả vùng là 5.950m 2

+ Nhà và tài sản của dân: Nhà của dân chủ yếu là nhà gỗ cột kê, cột chân lợp tranh, tổng số là 3000 nhà.

Các cây lâu năm chủ yếu của người dân trong khu vực là cam và chanh Trung bình, các loại cây trồng trong gia đình tương tự như các bộ phận khác trong vùng Hệ thống công trình phục vụ giếng nước bao gồm khoảng 1.300 cái, với tổng giá trị ước tính lên tới hàng chục tỷ đồng.

+ Các công trình giao thông thủy lợi, bưu điện:

70km đường số 7 (15km đường nhựa).

50km đường liên xã rải đá.

60km đường dây điện thoại.

7 công trình thủy lợi, thủy điện.

Lâm nghiệp

Theo viện quy hoạch lâm nghiệp điều tra, giá trị lâm nghiệp bị thiệt hại do ngập lụt là 10 tỷ đồng.

Nhà máy thủy điện Bản Vẽ không chỉ phục vụ nhu cầu điện của tỉnh Nghệ An mà còn đóng góp vào mạng lưới điện quốc gia, cung cấp điện chủ yếu cho các tỉnh miền Bắc Theo dự báo, nhu cầu phụ tải hệ thống các tỉnh miền Bắc từ năm 2000 đến năm 2010 là 10 tỷ 9 Kwh.

Nguồn nước sông Cả rất phong phú với tổng lượng nước bình quân hàng năm khoảng 24 tỷ m³, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước cho các ngành kinh tế trong khu vực Nghệ Tĩnh với tần suất đảm bảo từ 75-80% Nguồn nước này có thể khai thác 3,3 tỷ kWh điện với công suất lắp máy 700 MW Hiện tại, nước chủ yếu được sử dụng cho nông nghiệp, tưới 10.723 ha, với tổng lượng nước đã sử dụng khoảng 1,5 tỷ m³, trong khi các ngành khác chưa có sự đóng góp đáng kể Mặc dù nguồn nước dồi dào, nhưng sự phân bố không đều theo thời gian và không gian đã dẫn đến mâu thuẫn với nhu cầu sử dụng nước tại các địa bàn Trong kế hoạch giai đoạn 1990-2000, yêu cầu dùng nước của các ngành đối với hệ thống sông Cả cần được xem xét kỹ lưỡng.

+ Công nghiệp: 0,6 – 0,7 tỷ m 3 + Chăn nuôi: 0,55 tỷ m 3

+ Nông nghiệp và các nghành khác: 0,5 tỷ m 3 Như vậy, tổng nhu cầu dùng nước của tỉnh Nghệ Tĩnh trên sông Cả khoảng 1,65 tỷ m 3

ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH VÀ KHẢ NĂNG

Điều kiện địa chất công trình Bản Vẽ

Tuyến công trình thủy điện Bản Vẽ cách thị trấn Tương Dương 22km hạ lưu, tọa độ 2123-464 Tuyến dài 650m với lòng sông rộng từ 50-70m, chủ yếu bị phủ bởi lớp lăn, cuội, sỏi cát dày khoảng 1m Một số khu vực lộ đá gốc cát bột kết và phiến sét của hệ thống sông Cả có dấu hiệu nứt nẻ mạnh Độ dốc hai bên sườn đạt 30-35 độ, trong khi thảm thực vật phát triển, bờ phải rậm rạp hơn bờ trái.

Tuyến đường nằm trên nền đá trầm tích của hệ thống sông Cả, với bột kết mịn dày 20-25cm và các lớp phiến sét mỏng khoảng 10cm Cát kết chủ yếu chứa thạch anh (50-70%) và được gắn kết bằng xi măng sét xeti, trong khi bột kết cũng là bột thạch anh với xi măng từ sét Mặt cắt của tuyến đường bao gồm nhiều lớp khác nhau.

Lớp sườn trầm tích phủ gần như toàn bộ mặt sườn thung lũng bao gồm a sét và a cát màu nâu vàng, nâu đỏ, lẫn nhiều dăm và sạn, là các mảnh vụn cát bột kết đã bị phong hóa Đất ở đây có trạng thái khô, nửa cứng với chiều dày trung bình từ 2-3m Một số tiêu chí cơ lý đặc trưng cần được chú ý.

Dăm sạn 27%, cát 42%, bụi sét 31%, wth = 72%.

Lớp dưới của địa chất bao gồm sự phong hóa mạnh mẽ của đá, cát, bột kết và phiến sét Mặc dù các đá vẫn giữ được hình dạng cơ bản của đá gốc, nhưng chúng trở nên mềm hơn do sự xuất hiện của các khe nứt có kích thước từ 2-5mm, được lấp đầy bởi bột sét Đá trong lớp này có độ bền thấp và độ dày dao động từ 7-10m Một số chỉ tiêu cơ lý của phiến sét đã được xác định.

Đối phong hóa nứt nẻ mạnh có độ dày từ 15-20m, và khi xuống sâu, mật độ khe nứt giảm dần Các khe nứt này ít bị lấp và có độ chắc chắn tương đối cao, cho thấy sự ổn định trong cấu trúc địa chất.

Nền đá tại khu vực này chủ yếu là đá cát bột kết và phiến sét phong hóa, có màu xám đen và rất rắn chắc Đá gối bên bờ phải có thế nằm từ 170-190 độ, trong khi bờ trái nằm từ 110-120 độ Đặc biệt, bờ trái có một đồi nứt nẻ mạnh, với các khối đá nằm đối xứng, có thể liên quan đến đứt gãy cắt qua bờ trái công trình ở độ sâu 180-200m, cần nghiên cứu thêm Hoạt động của đới lăn phát triển ở bờ phải, với nhiều tảng đá có kích thước khoảng 15cm và rộng 2m, trong khi không có dấu hiệu hoạt động của nước ngầm trên mặt sườn.

2 Điều kiện địa chất của công trình vùng hồ chứa Bản vẽ

Với diện tích 180km² và cấu trúc địa chất phức tạp, hồ này không có điểm gì quá nổi bật Tuy nhiên, việc nghiên cứu kỹ lưỡng các đứt gãy trong lòng hồ là cần thiết, vì chúng có thể dẫn đến tình trạng mất nước.

3 Vùng xây dựng công trình năm ở nơi có động đất cấp 8.

4 Khả năng cung cấp vật liệu xây dựng.

Đất á sét lẫn dăm sạn có thể được khai thác tại thượng lưu tuyến cách 1,2km gần bản Định Tiến, Định Phong Ngoài ra, có thể lấy đất ở bản Long Na cách 5km hoặc ở bản Mai cách 3km Loại đất này có nguồn gốc từ sườn tan tích trên các đá bột kết phiến sét thuộc hệ tầng sông Cả.

Đất á sét có lẫn sỏi sạn tại bản Tam Bông, cách tuyến 5-7km, có chất lượng tốt và đồng nhất, dày 4-5m, dễ khai thác Cát sỏi trong khu vực khá hiếm, mặc dù dọc dòng chính sông Cả có nhiều bãi cát sỏi nhưng trữ lượng không lớn Đối với tuyến đập bản Vẽ, có thể khai thác tại bản Xắn, cách tuyến 3-4km.

- Vật liệu đá: Chủ yếu là đá vôi lấy tại bản Tam Bông cách tuyến đập 7km.

5 Tài liệu bùn cát dòng chảy

Thời gian lũ lên Tl&h Thời gian lũ xuống 50h Đỉnh lũ Qmax = 2340m 3 /s ứng với tần suất 0,1%

Tổng lượng lũ thiết kế V126,3.10 6 m 3 Đường quá trình lũ dạng tam giác Tuổi thọ công trình T0 năm.

TÍNH TOÁN THỦY NĂNG

Mục đích của việc tính toán thủy năng là dựa trên các tài liệu về thủy văn, khí tượng, địa hình và địa mạo của khu vực xây dựng công trình Ngoài ra, cần xem xét tình hình địa chất, địa chất thủy văn và các đặc trưng của lòng hồ để xác định các thông số cơ bản một cách chính xác.

- Mực nước dâng bình thường (MNDBT).

- Mực nước chết ( MNC ), hay là độ sâu công tác (hct).

- Công suất bảo đảm (Nbđ).

- Công suất lắp máy (Nlm).

- Điện lượng bình quân nhiều năm (Enn).

- Số giờ lợi dụng công suất lắp máy (hldNlm).

- Cột nước lớn nhất (H max ).

- Cột nước nhỏ nhất (H min ).

- Cột nước bình quân gia quyền (H bq ).

- Cột nước tính toán (H tt ).

Dựa trên các thông số tính toán thuỷ năng, việc lựa chọn thiết bị cho nhà máy thuỷ điện trở nên chính xác hơn, đồng thời giúp xác định kích thước phù hợp cho nhà máy, công trình thuỷ công và các vấn đề liên quan khác.

1.2: Chọn tuyến đập và phương thức khai thác thuỷ năng

* Nguyên tắc chọn tuyến đập:

- Tuyến đập được chọn phải đảm bảo các yêu cầu đề ra về công suất, điện lượng.

- Tuyến đập chọn có chi phí nhỏ nhất.

Tuyến đập được lựa chọn nhằm đảm bảo thuận lợi cho giao thông, đồng thời tận dụng tối đa vật liệu có sẵn tại địa phương Đồ án tuyến đập cho Trạm Thủy Điện Bản Vẽ được thể hiện rõ ràng qua hình vẽ kèm theo.

1.2.1 Chọn phương thức khai thác thuỷ năng

Dựa vào tài liệu địa hình và địa chất của tuyến công trình TTĐ Bản Vẽ, địa chất tại tuyến đập cho thấy phù hợp với việc xây dựng đập cao để tạo cột nước Địa hình có khả năng tạo hồ chứa và độ dốc đáy sông hạ lưu tương đối nhỏ, do đó việc khai thác cột nước từ độ dốc lòng sông không mang lại hiệu quả kinh tế Vì vậy, đối với trạm thủy điện Bản Vẽ, phương thức khai thác thủy năng được lựa chọn là kiểu đập và nhà máy thủy điện kiểu sau đập.

1.3.1 Khái niệm về mức bảo đảm tính toán

Trạm thủy điện hoạt động hiệu quả phụ thuộc vào nguồn nước Khi điều kiện thủy văn thuận lợi, trạm có thể vận hành bình thường Tuy nhiên, trong mùa kiệt, lưu lượng nước giảm khiến công suất giảm Ngược lại, trong trường hợp lũ lớn, các trạm thủy điện kiểu đập với cột nước thấp cũng có thể bị giảm công suất do chênh lệch mực nước giữa thượng và hạ lưu giảm đáng kể.

Khi trạm thủy điện hoạt động không ổn định, việc cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ và cơ sở sản xuất sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến việc phải hạn chế cung cấp điện Điều này gây ra khó khăn và thiệt hại cho người dùng Để đánh giá độ tin cậy trong cung cấp điện của trạm thủy điện, khái niệm “mức bảo đảm” được sử dụng, thể hiện bằng công thức cho biết rằng trong suốt quá trình vận hành, trạm sẽ đảm bảo cung cấp điện bình thường trong P% tổng thời gian, trong khi (100-P%) thời gian còn lại sẽ không đủ công suất và điện lượng do điều kiện thủy văn không thuận lợi.

Khi chọn mức bảo đảm thấp, công suất của TTĐ tăng, dẫn đến giảm công suất lắp máy của TNĐ và tổng đầu tư vào hệ thống giảm, nhưng thời gian phá hoại lại tăng, gây thiệt hại lớn do mất điện Do đó, việc lựa chọn mức bảo đảm tính toán cần dựa vào phân tích kinh tế Tuy nhiên, phân tích kinh tế gặp nhiều khó khăn, vì vậy cần dựa vào các quy phạm hiện hành để xác định mức bảo đảm phù hợp.

1.3.2 Các nguyên tắc chọn mức bảo đảm tính toán

Công suất lắp máy của trạm thủy điện càng lớn, mức bảo đảm tính toán cần chọn càng cao Điều này là do thiệt hại từ việc chế độ làm việc bình thường của trạm có công suất lớn bị phá vỡ sẽ nghiêm trọng hơn so với trạm có công suất nhỏ.

Khi tỷ trọng công suất của trạm biến áp (TTĐ) lớn hơn so với tổng công suất của hệ thống điện, mức bảo đảm tính toán cần được chọn cao hơn Điều này là do khi trạm không hoạt động bình thường, việc bù đắp công suất thiếu hụt trở nên khó khăn hơn, đặc biệt trong những thời điểm mà công suất dự trữ của hệ thống đã gần cạn kiệt.

Các hộ tiêu thụ điện có vai trò quan trọng trong kinh tế và khoa học kỹ thuật, do đó, yêu cầu về độ tin cậy của trạm cung cấp điện cần phải được nâng cao Việc thiếu điện có thể dẫn đến những tổn thất nghiêm trọng.

Nếu trạm thủy điện (TTĐ) có hồ điều tiết lớn và hệ số điều tiết cao, cùng với sự phân bố dòng chảy trong sông tương đối ổn định, thì có thể lựa chọn mức bảo tính toán cao mà vẫn đảm bảo lợi ích.

Tiểu luận Tư tưởng HCM điều tiết dài hạn, muốn lợi dụng năng lượng nước được nhiều, không nên chọn mức bảo đảm cao.

Nếu TTĐ là yếu tố chính trong công trình lợi dụng tổng hợp hoặc chỉ có nhiệm vụ phát điện mà không có ngành dùng nước nào khác tham gia, mức bảo đảm tính toán sẽ được chọn theo các nguyên tắc đã đề ra Trong trường hợp này, có thể chọn mức bảo đảm tính toán của TTĐ ở mức cao Tuy nhiên, nếu TTĐ chỉ đóng vai trò thứ yếu trong công trình lợi dụng tổng hợp, mức bảo đảm tính toán của TTĐ cần phải phù hợp với yêu cầu dùng nước chính, do đó sẽ phải chọn mức thấp hơn cho hợp lý.

1.3.3 Chọn mức bảo đảm tính toán cho trạm TĐ Bản vẽ

Theo tiêu chuẩn TCXD 285:2002, cấp công trình được xác định như sau:

Cụm công trình đầu mối bao gồm đập xây dựng trên nền đá, với chiều cao tối đa lên tới 90 m và được phân loại là cấp II Theo tiêu chuẩn TCXD 285:2002, tần suất lưu lượng và mực nước lớn nhất dùng để tính toán thiết kế công trình là 1%, trong khi tần suất lũ kiểm tra được xác định là 0,2%.

Trạm thuỷ điện Bản Vẽ có công suất lắp máy từ 100 đến 200 MW và thuộc cấp công trình II Theo tiêu chuẩn TCXD 285:2002, mức bảo đảm tính toán cho cấp công trình này đạt 90%.

Dựa vào bảng số liệu lưu lượng tháng bình quân tháng(m 3 /s) ta phân liệt năm thành 2 mùa:

+ Mùa lũ: Là các tháng liên tiếp có P(Qi > Qtb) > 50%

+ Mùa kiệt: Các tháng liên tiếp còn lại.

P%\tháng VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V

Mùa lũ thường bắt đầu từ tháng 6 và kéo dài đến tháng 10, trong những năm có nhiều nước, mùa lũ có thể kéo dài đến tháng 11, trong khi đó, thời gian còn lại trong năm là mùa kiệt.

XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TRẠM THỦY ĐIỆN 2.1 Xác định mực nước dâng bình thường.

LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

CHỌN SỐ TỔ MÁY

1.1 Các phương án số tổ máy (Z).

Qua phần tính toán thuỷ năng tôi đã chọn được các thông số sau.

 Công suất lắp máy : NLm = 140.10 3 (KW).

 Cột nước tính toán : Htt = 59,317 (m).

 Cột nước bình quân : Hbq = 62,439(m)

 Cột nước lớn nhất : Hmax= 75,916 (m).

 Cột nước nhỏ nhất : Hmin = 49,876(m).

 Lưu lượng lớn nhất qua TTĐ : Qmax = 277,67(m 3 /s).

Việc lựa chọn số tổ máy chính thực chất là một quá trình tính toán kinh tế nhằm xác định công suất lắp máy (Nlm) Do đó, cần xem xét các yếu tố quan trọng liên quan đến hiệu suất, chi phí và nhu cầu sử dụng để đưa ra quyết định tối ưu.

1.1.1.Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy của TTĐ

Trong quá trình vận hành của trạm thủy điện (TTĐ), các tổ máy có thể gặp sự cố, vì vậy cần có công suất dự trữ sự cố để đảm bảo an toàn cung cấp điện Để đạt được điều này, số tổ máy tối thiểu phải được lựa chọn sao cho công suất của mỗi tổ máy (Ntm) không vượt quá công suất dự trữ sự cố của hệ thống Điều này giúp hệ thống vẫn có khả năng cung cấp điện an toàn ngay cả khi một tổ máy gặp trục trặc Tại TTĐ Bản Vẽ, các tổ máy đã được lắp đặt với công suất lớn, đảm bảo tính ổn định và an toàn trong quá trình hoạt động.

Turbin phù hợp với các thông số của TTĐ Bản Vẽ là turbin tâm trục, nổi bật với hiệu suất tối đa (max) cao Tuy nhiên, vùng hiệu suất cao của loại turbin này lại khá hẹp.

Để nâng cao hiệu suất bình quân của trung tâm điện lực (TTĐ), theo tư tưởng Hồ Chí Minh, việc lựa chọn nhiều tổ máy là rất cần thiết Việc này không chỉ giúp tăng cường khả năng phát điện mà còn mở rộng phạm vi điều chỉnh công suất từ Nmin đến Nmax, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả hơn trong hoạt động.

3 Về mặt quản lý vận hành

Khi số tổ máy ít thì việc quản lý vận hành thuận lợi hơn so với phương án số tổ máy nhiều.

4 Vốn đầu tư vào thiết bị và xây dựng công trình

Khi lựa chọn số lượng tổ máy nhiều, vốn đầu tư vào thiết bị và công trình sẽ tăng lên, do turbin và máy phát có công suất nhỏ thường có giá thành đơn vị cao hơn.

Việc sử dụng các thiết bị phụ kèm theo như điều tốc, đường ống áp lực, cửa van và cửa nước vào dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong vốn đầu tư cho các thiết bị cơ điện.

- Do Z nhiều nên kích thước nhà máy lớn lên.

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

5 Về vận chuyển, lắp ráp

Khi lựa chọn kích thước Z nhỏ, kích thước và trọng lượng của turbin và máy phát sẽ tăng lên, gây khó khăn trong việc vận chuyển do BXCT của turbin tâm trục thường được vận chuyển liền khối Hơn nữa, các trạm điện thường nằm ở những khu vực sâu và xa với điều kiện giao thông khó khăn Do đó, việc chọn thiết bị cần phải phù hợp với thực tế về phương tiện giao thông, đường xá và cầu cống.

Việt Nam thường phải nhập khẩu thiết bị do điều kiện sản xuất trong nước còn hạn chế Do đó, cần lựa chọn các thiết bị có sẵn trong Catalog của Z Trong trường hợp không tìm được thiết bị phù hợp, việc thiết kế và đặt chế tạo riêng sẽ làm tăng chi phí và vốn đầu tư cho công trình.

1.1.2.Các phương án số tổ máy

Từ những phân tích ở trên tôi đưa ra ba phương án số tổ máy có khả năng để so sánh và chọn phương án tối ưu.

 Phương án 1: Nhà máy thuỷ điện có 2 tổ máy

 Phương án 2: Nhà máy thuỷ điện có 3 tổ máy

 Phương án 3: Nhà máy thuỷ điện có 4 tổ máy.

Dựa trên yêu cầu công suất, tiến hành tính toán để lựa chọn thiết bị cụ thể, bao gồm Turbin và máy phát Tiếp theo, thực hiện đánh giá sơ bộ về kỹ thuật và kinh tế để chọn phương án tối ưu cho trạm thủy điện.

1.2 Tính toán với các phương án.

1.2.1 Sơ bộ xác định các thông số cơ bản của turbin (TB).

Đối với từng phương án số tổ máy, chúng ta có thể xác định công suất định mức cho mỗi tổ máy cũng như công suất định mức của turbin thông qua công thức được quy định.

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

 Công suất định mức của turbin: Ntb =

mf - hiệu suất của máy phát ( 0,96  0,98), sơ bộ chọn mf = 0,97

Nlm - công suất lắp máy của TTĐ Bản Vẽ, Nlm = 140 (MW).

Z- số tổ máy của TTĐ.

Căn cứ vào công suất turbin của từng phương án và với dao động cột nước

Trong biểu đồ phạm vi sử dụng của các kiểu turbin, với Hmax là 916(m) và Hmin là 49,876(m) (theo Giáo trình turbin thuỷ lực Trường Đại học Thuỷ Lợi, trang 133), chúng ta nhận thấy kiểu turbin có ký hiệu PO 75/702 phù hợp cho cả ba phương án.

1 Xác định đường kính bánh xe công tác ( D 1 ) Đối với turbin tâm trục, D1 là đường kính lớn nhất cửa vào của BXCT Nó được tính theo công thức:

Ntb- công suất định mức của một turbin.

tt- hiệu suất của turbin thực tại điểm tính toán ( Sơ bộ chọn tt M).

Q1tt’- lưu lượng dẫn suất của turbin thực tại điểm tính toán (Sơ bộ chọn Q1tt’= Q’1M).

Q’1M và M là lưu lượng dẫn suất và hiệu suất của turbin mẫu tại điểm tính toán Đây là giao điểm giữa đường n’1Mtt, biểu thị số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu, và đường hạn chế công suất 5%.

Htt- cột nước tính toán của TTĐ, Htt = 59,317 (m).

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

Tiểu luận Tư tưởng HCM n’1Mtt= n’10 n’10 – số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm có hiệu suất lớn nhất: n’10 = 70 (v/ph) n’1Mtt = n’10 p = 71,82 (v/ph).

Dựa vào đường đặc tính tổng hợp chính của turbin PO75/702 ta tìm được điểm tính toán của turbin mẫu thuộc đường hạn chế công suất 5% là:

Q’1M = 1,140 (m 3 /s), M = 89,4 (%) Thay số vào công thức ta được đường kính D1tt sau đó ta chọn theo đường kính tiêu chuẩn (bảng (5-5) giáo trình turbin thuỷ lực) ta được D1tc( m).

Nlm Loai tuabin z Nmf Ntb D1tt D1tc

2 Xác định số vòng quay đồng bộ (n)

Số vòng quay đồng bộ của turbin được tính theo công thức: ntt Trong đó:

Hbq- cột nước bình quân gia quyền, Hbq = 62,439 (m ).

D1tc - đường kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác. n , 1tư - số vòng quay quy dẫn tối ưu của turbin thực được tính theo. n’1tư = n’10 +  n’1

n’1- chênh lệch giữa số vòng quay dẫn suất của turbin thực và mẫu.

T max, M max- hiệu suất lớn nhất của turbin thực và turbin mẫu, tra trên đường ĐTTHC của turbin PO75/702 ta được M max = 0,9.

Với cột nước tính toán Htt = 75,916 m < 150 m thì T max được tính như sau:

D1M, D1T- đường kính BXCT của turbin mẫu và turbin thực

Thay số vào ta được ntt(v/ph), dựa vào bảng (8-3) GTTBTL ta chọn được số vòng quay đồng bộ là ntc (v/ph)

Nlm z Nmf n10' n’1Mtt M D1 ηTmax n’1 n'1tư ntt ntc

MW MW v/ph v/ph m v/ph v/ph v/ph

3 Xác định số vòng quay lồng của turbin (n I )

Số vòng quay đột biến của BXCT xảy ra khi mômen lực chuyển động của rôto tổ máy (Mđ) vượt quá mômen cản của rôto máy phát (Mc) Trong quá trình vận hành TTĐ, nếu cần đóng cánh hướng nước nhưng bộ phận này chưa kịp thực hiện, số vòng quay của turbin sẽ tăng đột ngột trong thời gian ngắn, đạt tới trị số cực đại gọi là số vòng quay lồng tốc (nl).

Trong đó: n’1l- số vòng quay lồng quy dẫn turbin PO-75/702 tra bảng (8-2) GT-TBTL (n’1l = 132 v/ph)

Nlm z Nmf loai tuabin n'11 Dtc nI

4 Kiểm tra lại các thông số của turbin

Tiểu luận Tư tưởng HCM a Xác định lại điểm tính toán.

 Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin thực:

 Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin mẫu:

 Lưu lượng dẫn suất tại điểm tính toán của Turbin mẫu:

(m 3 /s) Đưa n , 1M tt và Q’1M tt lên đường ĐTTHC xem điểm tính toán có nằm trong phạm vi cho phép.

Ntb Dtc n’1 n'1tư ntc n'1tt n’1Mtt ηtt Q'1Mtt

36.08 2.8 1.16 72,98 187,5 77.91 76.75 0.925 1110.1 b Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin.

Khi cột nước làm việc của turbine dao động trong khoảng (Hmax  Hmin), vùng làm việc của turbine sẽ được xác định bởi hai đường nằm ngang n’1MHmin và n’1MHmax trên đường ĐTTHC.

Sau khi xác định n’1MHmin và n’1MHmax, chúng ta cần đưa dữ liệu lên đường đặc tính tổng hợp chính để kiểm tra xem vùng làm việc của turbin có nằm trong khu vực hiệu suất cao hay không Dựa vào kết quả này, ta sẽ quyết định lựa chọn D1tc và ntc cho các phương án thiết kế tiếp theo.

CÁC THÔNG SỐ CỦA TURBIN VÀ MÁY PHÁT

2.1 Các thông số của turbin

 Đường kính ngoài Stato turbin: Da = 6,15 (m).

 Đường kính trong Stato turbin: Db = 5,32 (m).

 Số vòng quay lồng tốc: nl = 254(v/ph).

 Cao trình đặt máy: lm = 70,414 (m).

2.2 Các thông số của máy phát.

2.2.1 Các thông số cơ bản

 Máy phát mang nhãn hiệu: CB-900/140-40.

 Công suất của máy phát: Nmf = 70 (MW).

 Đường kính trong Stato: Di = 8,32 (m).

 Số vòng quay đồng bộ của máy phát: n = 150 (v/ph).

 Trọng lượng của máy phát: GMF = 641 (T).

 Trọng lượng rôto máy phát: Gr = 320,5 (T).

 Hiệu suất của máy phát: = 98%.

 Điện áp đầu ra: U = 10,5 (KV).

2.2.2 Các kích thước cơ bản của máy phát

1 Xác định kiểu máy phát

Máy phát trục đứng có thể được thiết kế dưới dạng treo hoặc kiểu ô, và cả hai kiểu này đều sử dụng hai loại ổ trục: ổ trục đỡ và ổ trục hướng.

Ổ trục đỡ (chính) là bộ phận quan trọng trong tổ máy, chịu trách nhiệm tiếp nhận lực theo phương thẳng đứng, bao gồm trọng lượng của phần quay và lực dọc trục từ áp lực dòng chảy qua BXCT Nó được đặt trên giá chữ thập trên và Rôto, với Rôto và BXCT được treo trên giá chữ thập này; trong khi ổ trục hướng nằm trong giá chữ thập trên và dưới.

Do phần quay nằm dưới nên ổn định cao, ít rung động khi quay, nhưng có

Tiểu luận về tư tưởng Hồ Chí Minh chỉ ra rằng nhược điểm của giá chữ thập trên cao ảnh hưởng đến chiều cao của gian máy, dẫn đến việc chiếm dụng không gian lớn Khi thực hiện sửa chữa Rôto, việc tháo ổ trục chính là cần thiết để khắc phục vấn đề này.

Ổ trục đỡ của MP kiểu ô được đặt dưới Rôto và trên giá chữ thập dưới, giúp giảm thời gian sửa chữa mà không cần tháo ổ trục đỡ Giá chữ thập trên có chiều cao thấp, tạo cảm giác thoáng đẹp cho gian máy Tuy nhiên, nhược điểm là trục tổ máy dễ bị rung động, và giá chữ thập dưới cao có thể ảnh hưởng đến phần dưới nước Do đó, thường sử dụng giá chữ thập dưới dạng thùng chụp hình nón cụt trên nắp thiết bị, giúp giảm kích thước và trọng lượng của MP khoảng 7-10% so với giá chữ thập ngang thông thường.

Căn cứ vào số vòng quay của máy phát để phân biệt máy phát kiểu ô hay kiểu treo.

Máy phát kiểu treo hoạt động hiệu quả ở tốc độ 150 v/ph, trong khi máy phát kiểu ô thích hợp với tốc độ 75 v/ph Khi tốc độ quay nằm trong khoảng từ 75 đến 150 v/ph, việc lựa chọn kiểu máy phù hợp cần dựa vào các điều kiện cụ thể của trạm điện.

Với máy phát CB-900/140-40 đã chọn có số vòng quay đồng bộ n 0 (v/ph) ta chọn kiểu máy phát cho TTĐ Bản Vẽ là kiểu treo.

2 Xác định các kích thước máy phát a Đường kính trục máy phát (d).

- Đường kính ngoài trục Turbin bằng đường kính ngoài trục máy phát và xác định theo công thức: dv = (12  14) (m)

Nmf - công suất máy phát Nmf = 70.10 3 (kW) n - số vòng quay của máy phát n = 150 (v/ph) dv = (12  14) (cm) dv = (93,08  108,59) (cm) Chọn dv = 100 (cm).

- Đường kính trong trục Turbin: cm, chọn

Tiểu luận Tư tưởng HCM b Đường kính giếng turbin.

Chọn đường kính giếng Turbin Dg phải thoả mãn đồng thời cả hai điều kiện sau: (nó quyết định bởi cấu tạo của máy phát và turbin).

 Dựa vào điều kiện tháo lắp máy phát:

 Dựa vào yêu cầu tháo lắp turbin:

Từ hai điều kiện trên ta chọn được đường kính giếng Turbin là: Dg 6(m). c Stato máy phát.

 Đường kính Stato máy phát D a : Máy phát được chọn mang ký hiệu CB-900/140-40, như vậy đường kính ngoài lõi thép từ là Da = 900 (cm).

 Chiều cao Stato máy phát (h st ). hst = la+ 0,75 Trong đó: la = 140 (cm) hst = 1,4 + 0,75 = 2,15 (m)

 Đường kính ngoài máy phát (D st ):

Dst = (1,15 + 0,0007.n).Di Khi n < 250 (v/p) Trong đó: n - số vòng quay đồng bộ của máy phát n 0 (v/ph).

Di - đường kính trong Stato máy phát: Di = 8,32 (m).

Dst = (1,15 + 0,0007.150).8,32 = 10,44 (m) d Giá chữ thập trên.

 Chiều cao giá chữ thập trên (h t ): h t = (0,2 0,25).Di = (0,2  0,25).8,32 ht = (1,66  2,08) (m ).

 Đường kính giá chữ thập trên (D t ) Đường kính giá chữ thập trên bằng đường kính ngoài Stato máy phát

Dt = Dst = 10,44 (m) e Giá chữ thập dưới

 Chiều cao giá chữ thập dưới (h d ): hd = (0,10,12).Dg

Dg - đường kính giếng Turbin Dg = 6 (m). hd= (0,10,12).6 =(0,60,72) (m) Chọn chiều cao hd = 0,7 (m).

 Đường kính giá chữ thập dưới (D d ):

 Khoảng cách an toàn (a): a = (0,2  0,3) (m ), chọn a = 0,3 (m).

 Khoảng cách trục (C): (độ dài rôi ra của trục)

C: khoảng cách tính từ mặt bích nối với trục Turbin đến đáy giá chữ thập dưới, C = (0,8  1) (m) Chọn C = 1 (m). f Ổ trục chính (ổ trục chặn).

 Chiều cao ổ trục chặn (h c ): hc = (0,20,25).Di = (0,20,25).8,32 = (1,66  2,08) (m) Chọn hc = 1,8 (m). g Chóp máy phát.

 Chiều cao chóp máy phát (h 0 ): ho = (0,300,50) (m).Chọn h0 = 0,4(m ).

 Đường kính chóp máy phát:(d o ) do = (0,2  0,25).Di = (0,20  0,25).8,32= (1,66 2,08) (m).

Chọn do = 1,8 (m). h Hố máy phát.

 Chiều dày máy làm mát (t). t = ( 0,35  0,375) (m), Chọn t = 0,35 (m).

 Đường kính hố máy phát (D h ).

Thoả mãn điều kiện : b  (0,4  0,5) (m) i Độ cao của máy phát kể từ mặt bích trục đến đỉnh.

Khoảng cách từ mặt bích nối với trục Turbin đến đáy giá chữ thập dưới (c) cần được xác định chính xác, trong khi khoảng cách từ đỉnh giá chữ thập dưới đến gối tựa Stato máy phát (a) cũng rất quan trọng Chiều cao giá chữ thập dưới (hd), chiều cao Stato máy phát (hst), chiều cao giá chữ thập trên (ht), chiều cao ổ trục chính (hc), và chiều cao chóp máy phát (ho) đều là các yếu tố cần xem xét để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho hệ thống.

Kích thước cơ bản của máy phát thể hiện trong bảng sau.

STT Bộ phận Thông số Kích thước

1 Trục turbin Đường kính trong và ngoài dv = 100 cm d = 95 cm

2 Stato Đ.Kính ngoài lõi thép từ Chiều cao máy phát Đường kính máy phát

Chiều cao Đường kính ht = 1,8 m

Chiều cao Đường kính Khoảng cách Khoảng cách trục hd = 0,7 m

5 Ổ trục chặn Chiều cao Đường kính hc = 1,8 m

Chiều cao Đường kính ho = 0,4 m do = 1,8 m

7 Hố máy phát Đường kính Chiều dày máy làm mát Khoảng cách đi lại

8 Giếng Turbin Đường kính Dg = 6,0 m

Kích thước cơ bản của máy phát

CHỌN THIẾT BỊ DẪN VÀ THOÁT NƯỚC

3.1.Thiết bị dẫn nước cho nhà máy thuỷ điện ( buồng xoắn).

Buồng xoắn turbin là bộ phận kết nối giữa hệ thống dẫn nước của nhà máy thủy điện và turbin Nó có chức năng dẫn nước từ đường ống áp lực hoặc cửa lấy nước đến turbin, đồng thời tạo ra dòng chảy vòng tại cửa vào của bộ phận hướng nước.

Buồng turbin cần đảm bảo những yêu cầu chính sau:

 Dẫn nước đều đặn lên chu vi các cánh hướng nước , để tạo lên dòng chảy đối xứng với trục turbin

 Tổn thất thuỷ lực trong buồng và đặc biệt trong BPHN nhỏ nhất

 Buồng có kích thước nhỏ nhất và kết cấu đơn giản.

 Thuận tiện cho việc bố trí turbin và các thiết bị phụ của nó trong gian máy của TTĐ, thoả mãn các yêu cầu xây dựng của nhà máy.

Để đảm bảo lực tác dụng lên các cơ cấu hướng nước xung quanh BXCT của turbin là đồng đều, cần phân bố đều lượng nước chảy vào các cơ cấu này Việc này giúp tránh hiện tượng tác động lệch tâm, đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả cho turbin.

 Dễ nối tiếp với đường ống áp lực , thuận tiện cho việc bố trí turbin và các thiêt bị phụ trợ khác

3.1.2 Chọn kiểu buồng xoắn turbin và nguyên lý tính toán.

Khi lựa chọn kiểu buồng xoắn cho trạm thủy điện, cần xem xét cột nước và công suất của trạm Đối với trạm thủy điện Bản Vẽ đang trong quá trình thiết kế, cột nước dao động từ 49,867 đến 75,916 mét, với cột nước tính toán là 59,317 mét và công suất của một tổ máy được xác định.

Ntmp(MW), trong phạm vi ứng dụng các kiểu buồng (hình 5-1 giáo trình TBTL- ĐHTL trang 84) tra được buồng xoắn kim loại tiết diện tròn.

1 Góc bao lớn nhất của buồng xoắn  max :

Phương án buồng xoắn tối ưu được xác định dựa trên kết quả thí nghiệm mô hình bánh xe công tác với các kiểu buồng xoắn khác nhau Kích thước buồng xoắn thường được tính toán dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm và kinh nghiệm thiết kế nhà máy thủy điện Đối với TTĐ, bản vẽ cho thấy cột nước dao động trong khoảng H(min  max) = (49,867  75,916) (m), với góc bao chọn là max45 o.

2 Các nguyên lý tính toán thuỷ lực buồng xoắn :

Tính toán thủy lực buồng xoắn tập trung vào việc xác định hình dáng bên ngoài của buồng xoắn, cũng như kích thước chính của các tiết diện trong buồng.

Dòng chảy trong buồng xoắn rất phức tạp, vì vậy trong tính toán sơ bộ, người ta thường áp dụng một số nguyên lý tính toán gần đúng Dựa trên những nguyên lý này, các mô hình sẽ được thí nghiệm để điều chỉnh các kích thước đã xác định cho phù hợp Một trong những nguyên lý quan trọng trong tính toán buồng xoắn là nguyên lý tốc độ không đổi, với công thức Vc = VCV = const.

Phương pháp này giả định rằng tốc độ trung bình của dòng nước tại các mặt cắt là bằng nhau, nhưng thực tế cho thấy vận tốc không đồng nhất do tổn thất theo chiều dài buồng xoắn, dẫn đến các tiết diện có trị số cột nước khác nhau Áp lực nước tác động lên BXCT gây mài mòn không đều cho ổ đỡ, tạo ra rung động Do đó, phương pháp này chỉ phù hợp với TTĐ cột nước thấp, với góc bao tối đa max  180 độ Nguyên lý mômen cho thấy tốc độ dòng chảy trong buồng xoắn giảm dần và phương pháp này ít được sử dụng Cuối cùng, nguyên lý mômen với tốc độ bằng hằng số (V u r = const) cũng được đề cập.

Vận tốc Vu tại các điểm cách trung tâm trục một bán kính như nhau thì bằng nhau nhưng trên cùng một tiết diện Vu giảm dần khi R tăng

Vu.R = k = cosnt; (trong đó k gọi là hằng số buồng xoắn) Nghĩa là Vu tỷ lệ nghịch với bán kính R.

Phương án tính toán phức tạp nhưng chế độ thuỷ lực trong buồng xoắn là lựa chọn tối ưu Phương pháp này thường áp dụng cho buồng xoắn khi góc bao max lớn hơn 180 độ Đối với TTĐ Bản Vẽ, tôi sử dụng nguyên lý mô men tốc độ hằng số để xác định kích thước buồng xoắn.

3.1.3.Các bước xác định kích thước mặt bằng buồng xoắn

Sự phân bố vận tốc của chất lỏng trong buồng xoắn tuân theo quy luật:

Vu.R=const (R - là khoảng cách từ điểm đang xét trong buồng turbin đến trục turbin).

 Vận tốc tại dòng chảy cửa vào được xác định theo công thức kinh nghiệm:

Hệ số kinh nghiệm Kx được sử dụng để đánh giá tổn thất thủy lực và kích thước kinh tế của buồng xoắn, với giá trị Kx dao động từ 0,85 đến 1,1 Khi cột nước lớn, cần chọn hệ số nhỏ hơn, trong khi đối với cột nước nhỏ, hệ số lớn hơn sẽ được áp dụng.

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

max- Góc bao lớn nhất của buồng xoắn max = 345 0

Qtm - lưu lượng lớn nhất chảy qua turbin

 Diện tích mặt cắt cửa vào của buồng xoắn được xác định theo công thức.

 Bán kính của buồng xoắn tại tiết diện cửa vào:

cv - Bán kính tiện diện cửa vào buồng xoắn:

cv Xác định kích thước tiết diện tại mặt cắt i.

Kết quả tính toán buồng xoắn theo nguyên tắc mômen tốc độ bằng hằng số:

Trong đó: i : bán kính tiết diện buồng xoắn tại mặt cắt i , ứng với góc bao i.

Ri : bán kính bao ngoài của buồng xoắn tại mặt cắt i. ra : bán kính ngoài của stato turbin, theo bảng 5-5 giáo trình turbin ta có:

Da = 6,15 (m). ra Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1

C : hệ số tính toán , được xác định bằng biểu thức

C C Lần lượt cho các giá trị góc bao i bất kỳ từ giá trị  = 0 0 đến giá trị góc bao

max = 345 o ta tính được bán kính của các tiết diện i tương ứng với các giá trị góc bao i từ đó tính được bán kính Ri = ra + 2.i

Kết quả tính toán buồng xoắn

3.2.Thiết bị thoát nước cho nhà máy.

3.2.1 Khái niệm và công dụng ống hút.

1 Khái niệm: Ống hút là đoạn ống có nhiệm vụ dẫn nước từ bánh xe công tác xuống hạ lưu Ống hút cho phép sử dụng phần động năng, thế năng còn lại dòng chảy sau khi ra khỏi bánh xe công tác

2 Công dụng của buồng hút:

 Tháo nước từ trong bánh xe công tác xuống hạ lưu với tổn thất năng lượng nhỏ nhất.

 Sử dụng cột nước hình học nếu bánh xe công tác của turbin bố trí ở trên mức nước hạ lưu

 Thu hồi một phần lớn cột nước động năng dòng nước chảy ra khỏi BXCT.

3.2.2 Chọn ống hút cho trạm thuỷ điện Bản Vẽ.

Với turbin PO75/702, dựa vào Bảng 6-3 và Bảng 6-5 trong Giáo trình Turbin thuỷ lực- ĐHTL, chúng ta đã chọn ống hút cong loại 4H với các kích thước phù hợp.

Kích thước cơ bản của khuỷu số 4.

Các kích thước cơ bản của ống hút.

Buồng xoắn và ống hút

CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH TURBIN

4.1 Nhiệm vụ của điều chỉnh Turbin

Trong nhiều trường hợp, turbin nước được sử dụng làm động cơ cho máy phát điện Đối với các turbin loại vừa và lớn, trục turbin thường được kết nối trực tiếp với trục máy phát mà không cần khâu truyền động trung gian Quy trình kỹ thuật hiện nay yêu cầu tần số điện phải ổn định, với độ sai lệch tạm thời của tần số điện xoay chiều so với giá trị định mức.

Tần số hoặc số chu kì biến thiên dòng điện xoay chiều trong một giây phụ thuộc tốc độ quay của phần quay (rôto ) của máy phát. f = (Hz)

 p - là số đôi cực từ của MP.

 n - số vòng quay của rôto MP trong một phút (v/ph).

Trong quá trình vận hành của TTĐ yêu cầu f = const (sai số cho phép 2%). Để đảm bảo f = const thì yêu cầu n = const.

Theo cơ học thì phương trình cơ học đặc trưng cho chuyển động quay của tổ máy là J = Mq - Mc.

Trong đó: J - Mômen quán tính của bộ phận quay của tổ máy.

- tốc độ góc rôto tổ máy.

Mq- mômen lực chuyển động rôto tổ máy

Mc- mômen cản chuyển động rôto tổ máy t - thời gian.

Để duy trì tốc độ góc hằng số hoặc bằng 0, cần đảm bảo sự cân bằng giữa mô men lực chuyển động và mô men lực cản, tức là Mq = Mc.

Mô men cản phụ thuộc vào phụ tải của máy phát điện Nmp, trong khi mô men chuyển động Mq lại phụ thuộc vào công suất của turbin NT Khi phụ tải máy phát điện thay đổi mà công suất turbin không thay đổi, điều này sẽ ảnh hưởng đến tốc độ quay của tổ máy.

Khi công suất của turbin vượt quá yêu cầu, tốc độ quay của nó sẽ tăng lên Ngược lại, nếu công suất không đủ, tốc độ quay sẽ giảm xuống.

Để điều chỉnh mômen lực chuyển động và công suất của turbin, cần thay đổi các yếu tố như lưu lượng Q, cột nước H và hiệu suất của turbin Việc điều chỉnh cột nước là một yếu tố quan trọng trong quá trình này.

Việc thay đổi hiệu suất của turbine là một thách thức lớn về mặt kỹ thuật và kinh tế Thông thường, để điều chỉnh hiệu suất, chúng ta thường điều chỉnh lưu lượng nước vào turbine Đối với turbine tâm trục, việc điều chỉnh độ mở của cánh hướng nước là phương pháp phổ biến để đạt được hiệu quả mong muốn.

4.2 Hệ thống điều chỉnh turbin

Hệ thống điều chỉnh tốc độ turbin (hệ thống điều tốc) gồm có các cơ cấu cơ bản sau đây:

+ Cơ cấu cảm ứng (CCCƯ) hoặc chỉ huy cảm giác độ sai lệch về tốc độ quay của tổ máy và thay đổi vị trí cơ cấu điều chỉnh.

+ Cơ cấu điều chỉnh (CCĐC) là bộ phận trực tiếp thay đổi momen lực chuyển động của turbin.

Cơ cấu chấp hành (khuếch đại) đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập mối liên hệ giữa cơ cấu cảm ứng và cơ cấu điều chỉnh chuyển dời, giúp đưa CCĐC đến vị trí tương ứng với tín hiệu của CCCƯ.

Cơ cấu thuộc loại này có động cơ tiếp lực và ngăn kéo phân phối điều khiển nó.

+ Các cơ cấu ổn định, tác dụng của nó là làm tăng tính ổn định và chất lượng quá trìnhđiều chỉnh (cơ cấu cân bằng ).

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

1 Chọn động cơ tiếp lực cho máy điều tốc (ĐCTL)

Để vận hành turbin tâm trục, cần lựa chọn động cơ tiếp lực có khả năng tạo ra mômen kéo đủ lớn nhằm quay các cánh hướng nước Mômen này phải vượt qua mômen thuỷ lực tác động lên cánh, mômen ma sát trong ổ trục và các khớp thanh kéo, cũng như mômen phụ để đảm bảo kín các cánh khi đóng Áp lực làm việc tối đa của dầu cũng cần được xem xét trong quá trình này.

Tiểu luận về tư tưởng Hồ Chí Minh thường có độ dài từ 25 đến 40 trang Áp lực dầu tối thiểu cần thiết để đóng cánh hướng nước dao động từ 16,7 đến 14,7 at khi áp suất làm việc là 25 at, và từ 26,7 đến 23,5 at khi áp suất làm việc là 40 at.

Dựa trên turbin PO 75/702 đã được lựa chọn, tôi đã xác định công suất định mức của tổ máy và quyết định sử dụng động cơ tiếp lực chuyển động thẳng Mỗi động cơ sẽ tác động từ hai bên và được trang bị một pitton riêng, với mỗi turbin được kết nối với 2 động cơ.

Sơ đồ tác động của động cơ tiếp lực.

+ Đường kính pitton được chọn dựa vào đường kính tính toán dHtt: dHtt = .D1. Trong đó: - là chiều cao tương đối của cánh hướng nước

 - Hệ số phụ thuộc số cánh hướng nước Z0

 = 0,03 (tra bảng 5-5 GTTBTL với PO 75/702 có Z0 = 24)

Thay tất cả vào công thức trên ta tính được : dHtt = .D1 = 0,03.4 = 0,572 (m)

Chọn dH theo đường kính tiêu chuẩn được dH = 550 (mm).

+ Tính độ dịch chuyển lớn nhất của động cơ tiếp lực (SHmax).

a0max độ mở lớn nhất của turbin thực a0max = a0M.

 aoM- độ mở lớn nhất của turbin mẫu a0M = 0,033(m), tra trên đường ĐTTHC

 D0 và D0M- đường kính vòng tròn đi qua tâm các cánh hướng dòng của turbin thực và mẫu Do = 4,65 (m), D0M = 0,534 (m).

 Zo và ZoM- số lượng cánh hướng dòng của turbin thực và mẫu Z0 24, Z0M = 24

Thay số vào biểu thức trên ta được : a0max = 0,033 = 0,287 (m)

SHmax = 1,5.a0max = 1,5.0,287 = 0,43 (m) + Tính thể tích của động cơ tiếp lực(VH).

Thể tích động cơ tiếp lực : VH= ZH.dH 2.H.SHmax

 ZH- số lượng pitton của các ĐCTL, ZH= 2.

 H-hệ số co hẹp do có cần pitton chiếm chỗ trong xi lanh , có thể lấy theo kinh nghiệm H= (0,71), chọn H = 0,8.

Thay vào công thức trên ta tính được:

+ Tính lực tác dụng lớn nhất của động cơ máy tiếp lực(PH).

Lực tác dụng lớn nhất của các động cơ tiếp lực được tính theo công thức

Trong đó : P0- áp lực làm việc lớn nhất của dầu có áp, lấy P0 = 40 (at) = 40.9,81

+ Tính khả năng công tác của động cơ tiếp lực(AH).

Khả năng công tác của các động cơ tiếp lực được tính theo công thức:

2 Lựa chọn máy điều tốc

Máy điều tốc được xác định dựa trên kích thước đường kính van trượt, tương ứng với đường kính ống dẫn dầu từ van trượt đến ĐCTL của bộ phận hướng nước, và được chọn theo cấp đường kính tiêu chuẩn như dvt0;150;200;250 mm Kích thước ngoài của máy điều tốc loại lớn đồng nhất với kích thước caodàirộng = 1,90,80,8 (m³).

Cách chọn đường kính van trượt như sau :

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

 VH - thể tích của ĐCTL : VH = 0,163 (m 3 )

 TS- thời gian đóng của ĐCTL , sơ bộ lấy TS = 8 (s).

- Đường kính đường ống dẫn dầu từ van trượt tới ĐCTL dô dô = dvt =

Vận tốc dầu có áp trong ống dẫn dầu thường dao động từ 4 đến 6 m/s, trong đó tôi đã chọn vận tốc vd = 5 m/s Thay vào biểu thức, ta tính được đường kính ống dẫn dầu là dô = 0,071 m, và tôi đã quyết định chọn đường kính ống là 100 mm.

Vậy tôi chọn loại máy điều tốc có kí hiệu như sau : P - 100.

4.2.2.Lựa chọn thiết bị dầu áp lực (TBDAL).

Kích thước thiết bị dầu áp lực cần được xác định dựa trên thể tích nồi hơi, đảm bảo dung tích đủ lớn để hoạt động hiệu quả trong điều kiện áp suất thấp hơn mức định mức 40 at khoảng 35-40% Đồng thời, thiết bị cũng phải có khả năng bổ sung lượng dầu bị rò rỉ.

Thiết bị dầu có áp được tính theo dung tích của nồi hơi (V), dung tích đó được xác định như sau Đối với turbin tâm trục ta có

Trong đó: VH- tổng dung tích ĐCTL của BPHN, VH = 0,163 (m 3 ).

V = (2,934  3,260) (m 3 ) Chọn V theo tiêu chuẩn ta có V = 4 (m 3 ).

Từ đó tra Bảng (9-1 GTTBTL) ta chọn được thiết bị dầu áp lực có ký hiệu: TBDAL-4.

Kích thước ngoài của MHY.

Các thông số và kích thước cơ bản của thiết bị dầu áp lực

Thể tích (m 3 ) Kích thước (mm) Trọng lượng ( T )

Thùng dầu Máy bơm dầu

Thể Kích thước (mm) Trọng Lưu Công Số vòng Đường tích Lượng Lượng suất quay kính ống

Kích thước ngoài của MHY

CHỌN SƠ ĐỒ ĐẤU ĐIỆN CHÍNH, THIẾT BỊ NÂNG HẠ

Sơ đồ đấu điện là bản vẽ thể hiện các thiết bị điện như máy biến áp, dao cách ly, và máy cắt, được ký hiệu rõ ràng và kết nối theo đúng trình tự thiết kế.

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

Sơ đồ điện cần đảm bảo tính chắc chắn để truyền tải điện năng từ nhà máy đến hệ thống hoặc các hộ dùng điện, không chỉ trong chế độ làm việc bình thường mà còn trong trường hợp xảy ra sự cố.

Để đảm bảo tính linh hoạt và thuận tiện trong vận hành, cần phải thích ứng với mọi tình huống làm việc có thể xảy ra, đồng thời thao tác các thiết bị phải được thực hiện một cách đơn giản và dễ dàng.

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

5.1.3 Chọn sơ đồ đấu điện chính.

Nhà máy thủy điện Bản Vẽ, đi vào hoạt động từ năm 2009, có công suất toàn bộ được phát lên lưới điện quốc gia với điện áp 220 kV.

Các thông số ban đầu để chọn ra phương án sơ đồ.

 Công suất lắp máy: 140 (MW).

 Số tổ máy: 2 (tổ máy).

 Cấp điện áp máy phát: 10,5 (KV).

1 Các sơ đồ thường dùng a Sơ đồ đấu bộ:

+ Sơ đồ đấu điện như sau:

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

Tiểu luận Tư tưởng HCM Đ iện tự dù ng

: dao cách ly, : dao cắt, : máy phát,

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

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

SĐĐĐ đơn giản, số lượng dao cắt không lớn + Nhược điểm:

Khả năng xẩy ra sự cố cao.

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

Không phát huy đươc khả năng quá tải của MBA. b Sơ đồ đấu bộ mở rộng:

Hai máy phát đấu với một MBA, MBA nối với đường dây cao thế. Đ iện tự dù ng + Ưu điểm:

Sơ đồ đấu điện đơn giản + Nhược điểm:

Không an toàn: khi một MBA bị sự cố thì hai máy phát ngừng làm việc Kích thước và khối lượng MBA lớn

Số lượng dao cách ly nhiều.

Không phát huy được khả năng quá tải của MBA. c Sơ đồ thanh góp kép không phân đoạn:

Tất cả máy phát điện được kết nối với cặp thanh góp ở mức điện áp của máy phát, trong khi các máy biến áp (MBA) chính được nối vào cặp thanh góp thứ hai để hòa vào hệ thống điện Thanh góp có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào tính chất của hộ dùng điện.

Tiểu luận Tư tưởng HCM góp đơn hoặc kép, có phân đoạn hoặc không phân đoạn Ở đây đưa ra SĐĐĐC với thanh góp đơn không phân đoạn.

Mc6 Mc5 hệ t hống mba2 mba1

An toàn cao, đảm bảo điều kiện làm việc bình thường trong rất nhiều trường hợp khác nhau.

Phát huy được khả năng quá tải của MBA + Nhược điểm:

Sơ đồ đấu điện phức tạp.

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

2 Chọn sơ đồ đấu điện chính Đối với TTĐ Bản Vẽ thì có số tổ máy là 2, công suất của một tổ máy lớn và làm việc trong hệ thống điện lớn Vì vậy tôi kiến nghị sử dụng sơ đồ đấu bộ cho TTĐ Bản Vẽ

5.2.Chọn thiết bị phân phối điện cho TTĐ Bản Vẽ.

1 Công dụng của máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện từ tính có chức năng biến đổi điện áp giữa các cấp khác nhau mà vẫn giữ nguyên tần số, nhằm hỗ trợ quá trình truyền tải và phân phối điện năng mà không làm thay đổi công suất.

Sau khi điện năng được sản xuất tại đầu ra của máy phát, việc sử dụng máy biến áp (MBA) là cần thiết để điều chỉnh điện áp, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho các phụ tải ở những vùng điện áp khác nhau.

2 Chọn máy biến áp chính cho TTĐ Bản Vẽ.(MBA)

Công suất tự dùng của nhà máy thường chiếm từ 0,2% đến 3% tổng công suất toàn phần Do đó, máy biến áp (MBA) được lựa chọn dựa trên tổng công suất của MBA phù hợp với tổng công suất của nhà máy, sau khi đã trừ đi phần công suất tự dùng.

SƠ ĐỒ ĐẤU ĐIỆN CHÍNH CỦA TTĐ BẢN VẼ

Công suất biểu kiến của một máy phát là.

Nmf - công suất định mức của một máy phát Nmf = 70 (MW). cos - hệ số công suất cos = 0,8.

Tổng công suất biểu kiến của các máy phát:

Công suất điện tự dùng của nhà máy thuỷ điện :

Stự dùng = (0,2  3) % SMF = (0,2  3) %.175 = (0,35  5,25) (MVA). Chọn : Stự dùng = 2 (MVA)

Tổng công suất định mức yêu cầu chuyển lên lưới điện là (Syc):

Syc = Smf -Stự dùng = 175 – 2 = 173 (MVA).

Smf - Tổng công suất biểu kiến của nhà máy.

Stự dùng - công suất tự dùng của nhà máy thuỷ điện.

Vậy công suất mà một máy biến áp phải chuyển lên lưới điện là

Căn cứ vào công suất yêu cầu chuyển tải của một máy biến áp là

Máy biến áp ba pha hai cuộn dây kiểu TДЦ 125/242 – 10,5 được chọn với công suất biểu kiến 125 MVA, phù hợp với điện áp đầu cực của máy phát U = 10,5 kV và điện áp cao Ucao = 220 kV Công suất định mức này được quy định bởi nhà máy chế tạo theo các điều kiện cụ thể.

Máy biến áp TДЦ 125/242 – 10,5 là sản phẩm được sản xuất bởi Liên Xô cũ, với công suất định mức được xác định dựa trên điều kiện nhiệt độ tại nơi sản xuất.

- Nhiệt độ trung bình trong năm tại nơi sản xuất là: Ttbsx = 5 o C.

- Nhiệt độ lớn nhất trong năm tại nơi sản xuất là: Tmax = 35 o C.

Khi áp dụng máy biến áp cho trung tâm điện Bản Vẽ, cần điều chỉnh công suất do điều kiện khí hậu Việt Nam khác biệt so với nhiệt độ ở Liên Xô Việc hiệu chỉnh này đảm bảo máy biến áp hoạt động hiệu quả và phù hợp với điều kiện nhiệt độ tại vị trí lắp đặt.

- Nhiệt độ trung bình trong năm tại TTĐ Bản Vẽ là: Ttb BV = 24 o C.

- Nhiệt độ lớn nhất trong năm tại TTĐ Bản Vẽ là: Tmax BV = 42 o C.

Hiệu chỉnh theo nhiệt độ trung bình.

Hiệu chỉnh theo nhiệt độ lớn nhất.

Kiểm tra điều kiện quá tải bình thường cho MBA chọn.

- Đối với MBA đặt trong nhà thì hệ số quá tải bình thường cho phép là [kqt]=1,2.

- Đối với MBA đặt ngoài trời thì hệ số quá tải bình thường cho phép là [kqt]=1,3.

Máy biến áp của TTĐ Bản Vẽ được lắp đặt ngoài trời và hoạt động với hệ số quá tải kqt = 1,09, nhỏ hơn [kqt] Do đó, lựa chọn máy biến áp này là hợp lý Các thông số cơ bản của máy biến áp đã chọn được trình bày trong bảng dưới đây.

Các thông số của máy biến áp chính.

Sđm Điện áp định mức

Chiều cao máy biến áp khi rút lõi

Ca o Hạ L B H Dầu Toà n bộ Dọc Ngang

3 Chọn máy biến áp tự dùng:

Theo kết quả tính toán ở trên ta có

Máy biến áp tự dùng có công suất định mức là 1000 KVA, tương đương với Stự dùng là 2000 KVA Do đó, công suất của máy biến áp tự dùng được xác định là 1000 KVA.

Máy biến áp này được sản xuất tại Việt Nam, do đó không cần hiệu chỉnh lại nhiệt độ Thông số kỹ thuật của máy biến áp tự dùng được trình bày trong bảng dưới đây.

Các thông số của máy biến tự dùng

S Thông số kỹ thuật Kích thước Khối lượng

5.3.Chọn thiết bị nâng chuyển cho TTĐ Bản Vẽ.

CÁC CÔNG TRÌNH THUỶ CÔNG

Công trình thủy công gồm các hạng mục công trình sau đây:

+ Đập dâng nước: đối với công trình thuỷ điện Bản Vẽ đập dâng nước có nhiệm vụ tạo cột nước và điều tiết lưu lượng để phát điện

+ Đập tràn và công trình xả lũ: có nhiệm vụ xả nước khi mực nước trong hồ vượt quá MNDBT.

+ Tuyến năng lượng và nhà máy thủy điện.

1 Nhiệm vụ của công trình thuỷ công

Công trình thuỷ công đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thuỷ điện, giúp tập trung nước tạo hồ chứa và điều tiết lưu lượng cho nhà máy Bên cạnh đó, nó còn có nhiệm vụ phòng chống lũ cho khu vực hạ lưu, nâng cao khả năng nuôi trồng thuỷ sản, cải thiện môi trường sinh thái và đảm bảo giao thông thuỷ hiệu quả hơn.

Công trình thuỷ công đóng vai trò quan trọng trong hiệu quả phát điện, do đó, việc thiết kế cần đảm bảo tiêu chí kinh tế và kỹ thuật Các thành phần chính của công trình thuỷ công bao gồm:

- Công trình đầu mối: đập dâng nước và công trình xả lũ

Công trình trên tuyến năng lượng bao gồm các hạng mục quan trọng như cửa lấy nước, đường hầm dẫn nước trước tháp, tháp điều áp, đường hầm dẫn nước sau tháp và kênh dẫn nước hạ lưu nhà máy Những cấu trúc này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo hiệu quả và an toàn cho hệ thống năng lượng.

Xác định từ 2 điều kiện: a Theo chiều cao đập và loại nền:

Chiều cao đập xác định sơ bộ : đỉnh đập = MNDBT+d Trong đó : d = 1,5 3 (m) , sơ bộ lấy d = 3 (m).

 Chiều cao đập là: Hđập =đỉnh đập - đáy đập

Với đáy đập – Cao độ điểm thấp nhất đáy đập sau khi đã bóc bỏ lớp phong hoá. Lớp phong hoá dày 5 m.

Vậy chiều cao đập là: Hđập = 148 – 45 = 103(m).

Theo TCVN 285-2002, với kết cấu đập bê tông trọng lực, công trình được phân loại là cấp I Nhiệm vụ chính của công trình là phát điện với công suất lắp máy 140 MW, theo bảng 2.1 của TCVN 285-2002, công trình được phân loại là cấp II.

Vậy từ hai điều kiện trên ta có cấp của công trình là cấp I.

Các chỉ tiêu khi thiết kế công trình thuỷ công:

- Tần suất lũ thiết kế: P = 0,1%.

- Tần suất lũ kiểm tra: P = 0, 02%.

- Tần suất gió lớn nhất: P = 2%.

- Tần suất gió bình quân lớn nhất: P = 50%

- Hệ số tin cậy: Kn = 1,25.

- Hệ số điều kiện làm việc: m = 0,95

- Các độ cao an toàn của đỉnh đập:

3 Các công trình đầu mối

Vị trí cụm công trình đầu mối

Vị trí cụ thể được thể hiện trên bản vẽ mặt bằng tổng thể công trình. Phương án bố trí công trình được mô tả như sau:

- Đập dâng: Đập bê tông trọng lực

- Tràn xả lũ: Tràn xả lũ kết cấu BTCT bố trí ở giữa lòng sông gồm tràn xả mặt và tràn xả sâu để điều tiết lũ

- Tuyến năng lượng: Bố trí bên trái đập dâng Gồm cửa lấy nước, hai đường ống dẫn nước được bố trí bên bờ trái.

Nhà máy có thiết kế kiểu kín với hai tổ máy tuabin tâm trục đứng, trong khi trạm phân phối 220kV được đặt tại khu vực bờ trái.

Tính toán điều tiết lũ nhằm hạ thấp lưu lượng xả để đáp ứng nhu cầu phòng lũ cho các công trình ven sông và khu vực hạ lưu Điều này giúp giảm chiều cao nhà máy thuỷ điện vượt Zhlmax Mục tiêu chính của việc tính toán là tìm ra biện pháp phòng lũ hiệu quả nhất.

3.2.2 Lưu lượng xả an toàn

Lưu lượng xả lớn nhất, qmax, đảm bảo sông không bị xói lở và mực nước hạ lưu không ngập lụt Nếu qmax nhỏ, dung tích phòng lũ sẽ lớn, kéo dài thời gian lũ và gây thiệt hại lớn về ngập lụt ở thượng lưu Mặc dù vốn đầu tư xây dựng công trình tăng lên, nhưng an toàn hạ lưu lại giảm và ngược lại Do đó, xác định qmax là vấn đề quan trọng cần được tính toán kinh tế để so sánh hiệu quả.

3.2.3 Các phương pháp phòng lũ

- Phòng lũ trên (phòng lũ siêu cao ).

Trạm thủy điện Bản Vẽ có dung tích hữu ích của hồ chứa là Vhi 756,5 x 10^6 m³, do đó, tôi đã lựa chọn phương pháp phòng lũ bằng dung tích siêu cao Biện pháp tháo lũ cũng được lựa chọn phù hợp để đảm bảo an toàn cho công trình.

Với lưu lượng đỉnh lũ lớn Qmax = 2430 m³/s, tôi đã quyết định sử dụng biện pháp tháo lũ bằng tràn có cửa van kết hợp với xả đáy Phần xả lũ đáy sẽ thực hiện nhiệm vụ tháo lũ ngay khi lũ bắt đầu xuất hiện, sau đó sẽ kết hợp xả mặt để đảm bảo hiệu quả thoát lũ tối ưu.

3.2.4 Tính toán điều tiết lũ. Điều tiết lũ có nhiệm vụ cơ bản là ngiên cứu cách hạ thấp mực nước lũ, nhằm đáp ứng các yêu cầu phòng lũ cho công trình Mục đích của điều tiết lũ là thông qua tính toán để tìm ra các biện pháp phòng chống lũ thích hợp và có hiẹu quả nhất như xác định quy mô và kích thước của công trình xả

Các phương pháp điều tiết lũ :

Theo tài liệu cho lưu lượng lũ theo tần suất thiết kế P = 0,1% là Qp=0,1% = 2430 m 3 /s và WL = 326,3.10 6 m 3 Ta tiến hành tính toán điều tiết lũ theo phương pháp Kôtrêrin,

Lưu lượng xả lũ lớn nhất được tính theo công thức : qmax = Qmax ( 1 - )

Trong đó : qmax – Lưu lượng xả lớn nhất kể cả qua nhà máy

WL – Tổng lượng lũ thiết kế

Vpl: dung tích phòng lũ

 Tính toán lưu lượng xả :

Đập Bản Vẽ được thiết kế với tràn tự do, có cao trình ngưỡng tràn là 145 mét Lưu lượng lũ không lớn, vì vậy việc lựa chọn hình thức tràn này là hợp lý để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quản lý nước.

W(MNDBT = 145) = 1146,5*10 6 m 3 Giả thiết MNL từ MNDBT trở lên Khi đó cột nước trước tràn Htr= Zgt - MNDBT

WMNL tra quan hệ Z~W thượng lưu

Zhl tra quan hệ Qxả~Zhl tại tuyến đập

WWMNL MNL WWsc sc qqmax max QQxả xả

Do thời gian còn hạn chế, và căn cứ vào chiều dài của tuyến đập dâng, trong phần này em chỉ tính toán với

2 Khoảng cách giữa các khoang tràn b m

3 Tổng chiều rộng tràn : Vậy ứng với các cột nước trước tràn Htr ta có các Qxả tương ứng Lúc này ta phải đi tìm cột nước trước tràn hợp lí (với ) Trình tự tính toán như sau:

Chúng tôi đã thực hiện tính toán với các cột nước khác nhau trước tràn Đối với mỗi giá trị, chúng tôi xác định tổng chiều rộng của tràn dựa trên công thức tính lưu lượng qua đập tràn.

Trong đó: Qxả : lưu lượng xả qua tràn (tương ứng với cột nước trước tràn) (m 3 /s)

n = 1 ( tràn tự do ) m: hệ số lưu tốc của tràn được xác định theo công thức: m = mtk . Đối với đập tràn ôphixểôp loại I thì mtk = 0,49

: Hệ số sữa chữa hình dạng σ hd = f(

 = 0,978 (tra bảng tra thuỷ lực) σ H : Hệ số sữa chữa cột nước khi H  Htk

= f( , ); Lấy =1 m = 0,49.0,978.1 = 0,479  là hệ số co hẹp bên khi qua các trụ pin,được xác định theo công thức:

 =1-0,2. n: số khoang tràn b: chiều rộng mỗi khoang tràn (m)

Ta chọn các mố trụ của tràn hình trụ tròn có : mb= 0,7 và mt = 0,45

Tính toán Htr tăng dần, n = 4, b , để lấy được n và b phù hợp (n.b tính~n và b dã chọn)

Sau khi kiểm tra lại Htr với giả thiết đã biết về n và b, chúng ta cần so sánh Htr với tt để xác định sự tương đồng Nếu hai giá trị này gần bằng nhau, kết quả sẽ được coi là chính xác.

Như vậy, theo bảng trên ta đã chọn được

Việc xác định cột nước tràn có ảnh hưởng lớn đến tình hình ngập lụt Nếu cột nước tràn lớn và chiều rộng tràn nhỏ, lưu lượng xả lũ sẽ chậm, dẫn đến ngập lụt lớn ở khu vực thượng lưu Ngược lại, khi cột nước tràn nhỏ và chiều rộng tràn lớn, lưu lượng xả lũ sẽ tăng, làm giảm ngập lụt ở thượng lưu nhưng lại gây ngập lụt lớn ở hạ lưu do lũ được xả nhanh.

Dựa vào bảng tính toán HT ta sơ bộ chọn tổng chiều rộng tràn là B = 40 m ứng với cột nước tràn Ht = 5m Với 4 khoang tràn, mỗi khoang rộng 10 (m).

Mố trụ và mố bên lượn tròn: Chọn chiều dày mố trụ dày dmt = 2m, chiều dày mố bên dmb = 2 m.

Tổng bề rộng khoang tràn : Btr = nb + 2.dmb + (n – 1)dmt = 4.10 + 2.2 + 3.2 50(m).

THIẾT KẾ ĐẬP DÂNG NƯỚC

2.1 Xác định mặt cắt cơ bản :

2.1.1 Hình dạng mặt cắt cơ bản:

Do đặc điểm chịu lực mặt cắt cơ bản của đập bê tông trọng lực có dạng tam giác. mnl t k

Hình 2-1: Mặt cắt cơ bản của đập bê tông.

2.1.2 Chiều cao mặt cắt cơ bản (H 1 ) : Đỉnh mặt cắt ở ngang MNLTK 0m, chiều cao mặt cắt:

đáy xác định trên mặt cắt địa chất dọc tuyến đập, lấy tại vị trí sâu nhất sau khi đã bóc bỏ lớp phủ, đáy = 45 (m).

2.1.3 Chiều rộng mặt cắt cơ bản (B) :

Chiều rộng đáy đập được ký hiệu là B, với mái thượng lưu có chiều chiếu là nB và mái hạ lưu có chiều chiếu là (1-n)B Trị số n có thể được lựa chọn dựa trên kinh nghiệm, thường nằm trong khoảng từ 0 đến 0,1; trong trường hợp này, có thể chọn n = 0 Giá trị của B sẽ được xác định dựa trên các điều kiện ổn định và ứng suất của đập.

2.1.3.1 Xác định B theo điều kiện ổn định.

H1- Chiều cao mặt cắt cơ bản; H1 = 104 (m).

 - Hệ số ma sát, sơ bộ lấy  = 0,6

 n- Dung trọng của nước  n= 1(T/m 3 ). n - Hệ số mái thượng lưu n = 0.

Hệ số cột nước còn lại sau màng chống thấm là yếu tố quan trọng trong việc xử lý chống thấm cho nền đập cao Để đảm bảo an toàn cho công trình, cần thực hiện phương pháp phụt vữa tạo màng chống thấm Trị số 1 được xác định theo mức độ xử lý nền, với giá trị sơ bộ có thể chọn trong khoảng từ 0,4 đến 0,6; trong trường hợp này, chúng ta chọn 1=0,6.

Kc - Hệ số an toàn ổn định cho phép là yếu tố quan trọng trong tính toán ổn định công trình Theo quy phạm mới, để đảm bảo ổn định của công trình trên nền, cần tuân thủ điều kiện: nc Ntt ≤ K m R n.

Trong đó: nc- Hệ số tổ hợp tải trọng, nc = 0,9 m- Hệ số điều kiện làm việc, m = 0,95.

Kn- Hệ số tin cậy Kn = 1,25

Ntt và R là giá trị tính toán quan trọng, với Ntt đại diện cho lực tổng quát gây trượt và R là lực chống trượt giới hạn Công thức này có thể được diễn đạt một cách đơn giản hơn, giúp người đọc dễ dàng hiểu rõ mối quan hệ giữa các lực này.

So sánh với công thức tính ổn định trong quy phạm cũ có thể coi

2.1.3.2 Xác định B theo điều kiện ứng suất.

2.1.4 Chọn trị số B : Để thoả mãn đồng thời cả hai điều kiện ổn định và ứng suất, ta chọn B là trị số lớn nhất trong 2 trị số trên  B = 115,1 (m).

2.2 Xác định cao trình đỉnh đập :

Cao trình đỉnh đập được xác định theo các công thức sau

Trong đó: h - độ dềnh do gió

s - độ dềnh cao nhất của sóng. a - độ vượt cao an toàn Đối với công trình cấp I: a1 = 1(m); a2 = 0,7 (m).

Cao trình đỉnh đập chọn theo trị số nào lớn nhất trong các kết quả tính toán.

Trong đó: V – vận tốc gió tính toán.

D - đà sóng ứng với các mực nước khác nhau. g - gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s 2 ).

H- chiều sâu nước trước đập  s- góc kẹp giữa trục dọc của hồ và hướng gió ,  s= 0 0

2.2.2 Xác định : Độ dềnh cao nhất của sóng được xác định như sau.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét đồ thị hình P2-4 trong giáo trình Đồ án môn học thuỷ công, liên quan đến chiều cao sóng với mức bảo đảm 1% Chiều cao sóng này được xác định theo quy trình QPTL- C1-78.

- Giả thiết trường hợp đang tính toán là sóng nước sâu : (H>0,5 )

- Tính các đại lượng không thứ nguyên ,

Trong đó: t(s) - thời gian gió thổi liên tục (t = 6 giờ = 21600s).

D g tra đồ thị hình (P2-1) đồ án môn học thuỷ công ta xác định được các đại lượng không thứ nguyên 2 tb

Chọn cặp giá trị nhỏ nhất Từ đó ta xác định được htb , ttb

- Bước sóng trung bình được xác định như sau:

- Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu

- Tính hs1 = k1 htb Trong đó k1% tra đồ thị hình P2-2 ta được, ứng với đại lượng

Bảng : Kết quả tính toán xác định cao trình đỉnh đập

TT Thông số Trường hợp tính toán

2 Cao trình đáy sông tại tuyến(m) 45 45

6 Góc kẹp giữa trục dọc hồ và hướng gió a (độ) 0 0

7 Chiều cao nước dềnh do gió (m) 0.004 0.0034

Từ bảng kết quả tính toán ta chọn được cao trình đỉnh đập là : 152,43 (m)

Chiều rộng đỉnh đập được xác định dựa trên yêu cầu bố trí cầu công tác và đường giao thông Để đảm bảo thuận lợi cho việc thi công và giao thông, bề rộng đỉnh đập được chọn là 10 mét.

2.3 Bố trí các lỗ khoét (hành lang) để đi lại kiểm tra

Các hành lang trong thân đập có vai trò quan trọng trong việc tập trung nước ngấm từ thân đập và nền, đồng thời hỗ trợ cho quá trình kiểm tra và sửa chữa Hành lang gần nền được thiết kế để phục vụ cho việc phụt vữa chống thấm Kích thước của các hành lang này được lựa chọn dựa trên yêu cầu sử dụng cụ thể và nhu cầu thi công.

Căn cứ vào mặt cắt của đập, bốn hành lang được bố trí với khoảng cách từ mặt đập thượng lưu đến hành lang được xác định dựa trên điều kiện chống thấm của bê tông.

Hành lang dưới cùng cách đáy đập 6 m:

Hành lang thứ hai cách hành lang dưới cùng 20m:

Hành lang thứ ba cách hành lang thứ hai 20m:

Hành lang thứ tư cách đỉnh đập 24m:

2.4 Xử lý chống thấm và gia cố nền đập

Nền đập, bao gồm nền đập dâng, đập tràn và cửa lấy nước vào nhà máy thủy điện, được thiết kế với đá có mức độ nứt nẻ và hệ số thấm trung bình Để tăng cường khả năng chống thấm và gia cố nền đập, cần thực hiện khoan phụt xi măng Việc xử lý nền đập giúp nâng cao khả năng chịu lực, chống trượt, chống lún không đều và giảm thiểu thấm nước.

Trước khi đổ bê tông ta tiến hành dọn nền, bóc lớp phong hoá, lớp phủ trên mặt nền để đặt đập lên nền đá gốc.

2.5 Tính toán màn chống thấm 2.5.1 Mục đích :

Để đảm bảo hiệu quả chống thấm, cần xác định các thông số quan trọng của màn chống thấm như chiều sâu, chiều dày và vị trí đặt Việc này giúp hạn chế lượng nước mất đi và giảm áp lực thấm lên đáy đập, từ đó nâng cao tính bền vững của công trình.

2.5.2 Xác định các thông số của màn chống thấm :

S1 phụ thuộc vào độ nứt nẻ của nền và chiều cao đập: Theo qui phạm Liên Xô

123 - 60, chiều sâu xử lý chống thấm xác định như sau:

Cột nước thấm lớn nhất của đập:

Ta thấy Hmax > 75 (m) nên cần xử lý đạt độ mất nước 0,01 (l/ph).

Từ tài liệu lượng mất nước chiều sâu màn chống thấm: S1 = 15m.

- Chiều dày màn chống thấm:

Xác định theo điều kiện chống thấm cho bản thân màn:

H - cột nước tổn thất qua màn,  = 1 - 1 = 1 – 0,6 = 0,4 (1 đó giả thiết ở trên)

- gradien thấm cho phép của vật liệu làm màn, với độ mất nước 0,01(l/ph) ta có: = 20.

- Vị trí màn chống thấm:

Màn chống thấm bố trí càng gần mặt thượng lưu càng tốt Nhưng để chống thấm cho thành phía trước của hành lang phụt vữa cần khống chế:

- H1 - cột nước lớn nhất tính đến đáy của hành lang, H1 = 99(m).

- Jb - gradien thấm cho phép của bê tông, có thể lấy Jb

Thay vào ta có: l1 Chọn l1 = 5 (m).

2.6 Cấu tạo các chi tiết của Đập :

2.6.1 Khe lún và khe nhiệt độ: Để tránh nứt nẻ do biến dạng nhiệt hoặc do lún không đều gây ra, người ta thường chia đập thành các đoạn, chúng được nối với nhau bằng những khe gọi là khe vĩnh cửu Khe vĩnh cửu có hai loại là khe lún và khe nhiệt độ Ta bố trí khe lún và khe nhiệt độ trùng nhau, các khe đặt cách nhau 25 m, khe cắt suốt chiều cao đập Chọn khe lún có dạng phẳng.

Đỉnh đập cần được thiết kế để thuận tiện cho việc kiểm tra và di chuyển của các phương tiện sửa chữa Mặt đập được dốc về hai phía để thoát nước mưa, với rãnh nhỏ hai bên để tập trung nước Ngoài ra, hai bên đỉnh đập cần có lan can làm bằng bê tông kín nước, do đó, cao trình đỉnh đập có thể được tính là cao trình đỉnh lan can, tương đương với tường chắn sóng.

- Lan can phía thượng lưu cao 1,0m; dày 0,4m;

- Lan can hạ lưu cao 1,0m; dày 0,4m.

THIẾT KẾ ĐẬP TRÀN VÀ TIÊU NĂNG

Chọn mặt cắt thực dụng đập tràn loại Ôphixêrôp không chân không loại

I Loại này có hệ số lưu lượng tương đối lớn và chế độ làm việc ổn định.

Cách xây dựng mặt cắt đập tràn như sau:

- Cao trình ngưỡng tràn: ng = 148,53 (m) (tràn không có cửa van)

Chọn hệ trục tọa độ xOy với trục Ox nằm ngang tại cao trình ngưỡng tràn, hướng về phía hạ lưu, trong khi trục Oy hướng xuống dưới Gốc O được đặt tại mép thượng lưu của đập, tương ứng với cao trình ngưỡng tràn.

- Vẽ đường cong theo tọa độ Ôphixêrốp trong hệ trục toạ độ đã chọn.

Mặt cắt hạ lưu nối tiếp với mũi phun bằng mặt cong bán kính R =(0,20,5). (P+Htr)

Htr: cột nước tràn ( Htr = 5m)

3.2.1 Xác định hình thức nối tiếp ở hạ lưu Để xác định được hình thức nối tiếp ta lập bảng tính như sau :

Cột 1 : Giả thiết cột nước tràn.( từ 0,5  Hmax= 5 m) Cột 2 : Tỷ số H0/HTK

Cột 3 : Hệ số thay đổi cột nước (tra bảng tra thuỷ lực với ) Cột 4 : Hệ số lưu lượng m = mtc H hd

Cột 5 : Hệ số co hẹp bên , lấy ở phần xác định cột nước tràn Cột 6 : Lưu lượng qua đập tràn tính theo công thức

Cột 7 : Năng lượng đơn vị của dòng chảy

 : Hệ số lưu tốc chọn  = 0,95 q : Lưu lượng đơn vị của đập tràn ,

Cột 9 :  C " – Hệ số tra ở BTTL Cột 10 : hc’’ =Eo* C " Độ sâu liên hợp ứng với hc’’

Cột 11 : MNHL ứng với cấp lưu lượng tính toán.

Cột 12 : Độ sâu mực nước hạ lưu hh = zh - đáy

Cột 13 : Hiệu số ( hc ” – hh )

Bảng tính toán hình thức nối tiếp

0 Ho/Htk m Qtr Eo F ( c) c’’ hc” Zh hh hc”-hh

Khi cột nước tràn Ho tăng, cả hc và hh đều tăng theo, với hc luôn nhỏ hơn hh Vì vậy, không cần tính toán tiêu năng cho công trình; chỉ cần đổ một lớp bê tông ở hạ lưu để gia cố nền.

3.2.2 Xác định chiều cao tường Để ngăn cách giữa nhà máy thuỷ điện và đập tràn ở phía trái và phần đập ở bờ phải ta cần phải xây dựng tường ngăn dòng, chiều cao tường phụ thuộc vào đường mặt nước trên mặt dốc tràn.

- Độ sâu dòng chảy cuối dốc giả thiết bằng độ sâu nước ở đầu mũi phun và được xác định: q – lưu lượng đơn vị cuối dốc q = (m 2 /s).

Trong đó: V – vận tốc dòng chảy ở cuối mũi phun lấy bằng vận tốc lớn nhất cho phép chảy trên mặt tràn Vmax>V.

Vậy ta bố trí tường cánh như sau: chiều cao tường trên đỉnh đập cao 5m, phần hạ lưu phải cao hơn mực nước hạ lưu max.

THIẾT KẾ TUYẾN NĂNG LƯỢNG

CÁC CÔNG TRÌNH CHUYỂN NƯỚC

1.1 Các công trình chuyển nước vào nhà máy thuỷ điện.

1.1.1 Lựa chọn phương thức cấp nước cho TTĐ Bản Vẽ.

Có các phương thức cấp nước cho nhà máy thuỷ điện như sau:

+ Phương thức cấp nước độc lập.

+ Phương thức cấp nước theo nhóm.

+ Phương thức cấp nước liên hợp. Đối với TTĐ Bản Vẽ có hai tổ máy, do đó có thể dùng một trong hai phương thức cấp nước sau:

1.Phương thức cấp nước độc lập.

Cấp nước kiểu độc lập là mỗi đường ống áp lực chỉ cấp nước cho một tổ máy của nhà máy thuỷ điện.

 Đường ống đơn giản, do đó tổn thất thuỷ lực nhỏ.

 Khi có một đường ống bị sự cố thì chỉ có một tổ máy ngừng làm việc, các tổ máy khác làm việc bình thường.

Khi thay đổi chế độ làm việc của một tổ máy, không làm ảnh hưởng đến các tổ máy khác Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là khối lượng đường ống lớn, dẫn đến việc tăng vốn đầu tư cho công trình Phương pháp này thường được áp dụng cho các nhà máy sau đập, nơi có lưu lượng chảy qua một tổ máy lớn.

2 Phương thức cấp nước liên hợp.

Với phương thức này cả nhà máy dùng chung một đường ống áp lực.

NMt ® đô a Ưu điểm : Khối lượng thiết bị ít do đó vốn đầu tư nhỏ. b Nhược điểm :

Đường ống cấu tạo phức tạp, do đó tổn thất thuỷ lực lớn.

Khi đường ống bị sự cố thì cả nhà máy phải ngừng làm việc.

Khi thay đổi chế độ làm việc của một tổ máy, điều này sẽ tác động đến toàn bộ hoạt động của nhà máy Ứng dụng chủ yếu của việc này thường thấy ở các nhà máy thuỷ điện nhỏ, đặc biệt là những nhà máy có tuyến đường ống dài.

Nhà máy thủy điện Bản Vẽ, với vị trí sau đập, có tuyến đường ống ngắn và lưu lượng nước lớn qua một tổ máy Do đó, tôi đã chọn phương thức cấp nước độc lập để cung cấp nước cho nhà máy.

1.1.2 Thiết kế đường ống áp lực cho trạm thuỷ điện.

1 Chọn tuyến đường ống áp lực.

Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng trạm thủy điện (TTĐ), có thể áp dụng các phương thức dẫn nước khác nhau Một trong số đó là trục đường ống vuông góc với nhà máy Phương pháp này có ưu điểm là giảm thiểu chiều dài đường ống và tổn thất thủy lực, nhờ vào việc đường ống không bị uốn cong khi vào nhà máy.

+ Nhà máy song song với đường đồng mức vì vậy khối lượng đào đắp nhỏ.

Khi đường ống đặt hở, nếu xảy ra sự cố vỡ ống, sẽ gây nguy hiểm cho nhà máy Mặc dù đường ống hở được sử dụng phổ biến, nhưng không phù hợp khi cột nước của trạm thủy điện quá cao Đối với trục đường ống song song với trục nhà máy, ưu điểm là giúp nhà máy vận hành an toàn Tuy nhiên, nhược điểm là việc uốn cong của đường ống làm tăng chiều dài và dẫn đến tổn thất thủy lực.

Trục nhà máy vuông góc với đường đồng mức dẫn đến khối lượng đào đắp lớn, phù hợp cho trường hợp cột nước cao và độ dốc địa hình không lớn Trong khi đó, việc đặt trục đường ống xiên góc với trục nhà máy làm tăng kích thước nhà máy và gây khó khăn cho việc bố trí thiết bị, nên phương thức này ít được áp dụng Đối với TTĐ Bản Vẽ, do cột nước không lớn và đường ống bằng thép được bọc bê tông bên ngoài, khả năng vỡ ống rất thấp Vì vậy, tôi chọn phương thức dẫn nước với trục đường ống vuông góc với nhà máy cho TTĐ Bản Vẽ.

2 Chọn loại đường ống và tính đường kính ống.

Hiện nay, trong các hệ thống truyền dẫn nước, hai loại ống phổ biến được sử dụng là ống bê tông và ống thép Ống thép nổi bật với nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng chịu áp lực nước cao, kết cấu nhẹ, giảm thiểu lượng nước tổn thất, độ nhám thấp và độ bền cao Do đó, trong thiết kế hệ thống truyền dẫn nước, tôi đã chọn sử dụng ống áp lực bằng thép.

+ Tính toán đường kính ống(D kt ):

Vốn đầu tư xây dựng cơ bản và chi phí vận hành hàng năm của đường ống dẫn nước tăng theo đường kính ống, trong khi tổn thất lại giảm.

Trong tiểu luận về tư tưởng Hồ Chí Minh, việc xác định đường kính của ống áp lực cần dựa vào các luận chứng kinh tế kỹ thuật Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, do thiếu tài liệu đầy đủ về các chỉ tiêu thiết kế, tôi đã áp dụng công thức kinh nghiệm để xác định đường kính của ống áp lực.

Dkt Trong đó : Qmax - lưu lượng thiết kế lớn nhất trong đường ống áp lực Đối với phương thức cấp nước độc lập Qmax = Qtm = 136,29 (m 3 /s).

Vkt - lưu tốc kinh tế trong đường ống áp lực Đối với ống thép

+ Tính chiều dày thành ống(  )

Sơ bộ tính chiều dày thành ống theo tải trọng tác dụng vào ống, chủ yếu là áp lực nước bên trong

 - trọng lượng riêng của nước, lấy  = 10 (kN/ m 3 ).

H - cột nước lớn nhất khi có kể đến áp lực nước va: H = Hmax + H

H - cột nước do áp lực nước va tạo nên sơ bộ có thể lấy.

Dkt - đường kính đường ống: Dkt = 6(m) [] - ứng suất cho phép của thép, (kN/m 2 ), với thép lấy có CT3 ta có: []!00(kg/cm 2 ) = 210.10 3 (kN/m 2 ).

1 - hệ số hạ thấp ứng suất cho phép, thường lấy 1 = 0,75

2 – hệ số đường hàn, 2 = 0,9  0,95, căn cứ vào kỹ thuật hàn và phương pháp kiểm nghiệm để quyết định.

 Sinh viên: Trịnh Hoài Nam Lớp 48Đ1

Chiều dày của đường ống cần đảm bảo độ cứng và khả năng chịu áp lực chân không, đồng thời không bị bóp méo trong quá trình thi công và vận hành Do đó, chiều dày của thành ống phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật cần thiết.

Từ hai điều kiện trên tôi chọn  = 50 (mm)

3 Chiều dài đường ống áp lực.

Chiều dài đường ống áp lực được tính từ cửa lấy nước của nhà máy thủy điện đến cánh hướng nước của turbine Dựa trên bố trí tuyến năng lượng trên mặt bằng tổng thể, chiều dài đường ống áp lực được xác định là 100m, trong khi chiều dài đường ống đi là 119m.

Do đường kính ống dẫn nước áp lực lớn hơn đường kính cửa vào turbin, cần thiết phải có đoạn chuyển tiếp Chiều dài của đoạn chuyển tiếp này được tính theo một công thức cụ thể.

Trong đó : Dkt - Đường kính đường ống dẫn nước áp lực; Dkt = 6(m).

Dcv - Đường kính cửa vào của buồng xoắn; Dcv = 2.cv = 4,7(m).

1.1.3 Thiết kế cửa lấy nước cho TTĐ Bản Vẽ

Cửa lấy nước (CLN) là công trình đầu tiên trên tuyến năng lượng, nó lấy nước trực tiếp từ hồ chứa.

1 Yêu cầu đối với CLN.

+ Cung cấp đủ lưu lượng trong mọi chế độ làm việc của TTĐ và các nhu cầu dùng nước khác.

+ CLN phải có khả năng ngừng cung cấp hoàn toàn lưu lượng khi có sự cố hoặc khi sửa chữa

+ CLN phải ngăn ngừa được các vật nổi, rác bẩn trôi vào ống dẫn nước hoặc turbin.

+ CLN phải đảm bảo điều kiện bền và điều kiện ổn định

2 Chọn hình thức cửa lấy nước.

Theo chế độ dòng chảy trong cửa lấy nước ta có hai hình thức cửa lấy nước.

CLN có áp là loại dòng chảy không có mặt thoáng, cho phép ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Đặc biệt, nó rất hữu ích trong các tình huống khi mực nước thượng lưu thay đổi đáng kể.

- CLN không áp: được ứng dụng trong trường hợp mực nước thượng lưu thay đổi ít.

Theo vị trí làm việc của cửa lấy nước ta có hai hình thức cửa lấy nước.

Cửa lấy nước trong đập được bố trí để thích ứng với sự thay đổi lớn của mực nước thượng lưu (127 m đến 145 m), do đó tôi đã chọn hình thức cửa lấy nước có áp kiểu đập.

3 Các thiết bị bố trí trong cửa lấy nước.

Các thiết bị chính được lắp đặt trên cửa lấy nước bao gồm lưới chắn rác (LCR), cửa van, thiết bị nâng chuyển, ống thông hơi và ống cân bằng áp lực Trong đó, lưới chắn rác (LCR) đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn rác thải và vật cản, đảm bảo dòng chảy nước được thông suốt và hiệu quả.

TÍNH TOÁN NƯỚC VA TRONG ĐƯỜNG ỐNG ÁP LỰC

Nước va là hiện tượng thay đổi áp lực trong đường ống dẫn nước, xảy ra do biến đổi lưu tốc hoặc lưu lượng Trị số nước va được xác định bằng sự gia tăng hoặc giảm sút cột nước tại các tiết diện của ống Ảnh hưởng của nước va trong quá trình chuyển tiếp của hệ thống điều khiển đối với các bộ phận công trình và chế độ điều chỉnh trong thiết kế và vận hành là rất đáng kể.

Nguyên nhân vật lý của sự thay đổi áp lực trong ống là do lực quán tính của khối nước chảy Khi cánh hướng nước của turbine đóng lại, lưu lượng và lưu tốc dòng chảy giảm, dẫn đến sự hình thành lực quán tính Theo định lý Đalămbe, lực quán tính có hướng ngược với gia tốc; do đó, khi tốc độ dòng chảy giảm, lực quán tính sẽ cùng hướng với lưu tốc, tạo ra áp lực tăng thêm trong ống dẫn, được gọi là nước va dương.

Khi mở cánh van, dòng nước trong ống trở nên nhanh hơn, dẫn đến lực quán tính đổi hướng ngược lại với dòng chảy Hệ quả là áp lực giảm ở khu vực trước cửa van, hiện tượng này được gọi là nước va âm.

2.3 Mục đích của việc tính toán nước va.

Mục đích của việc tính toán áp lực nước va dương là xác định trị số áp lực tối đa nhằm kiểm tra khả năng chịu lực của đường ống.

Mục đích của việc tính toán áp lực nước va âm là kiểm tra cao trình tuyến đường ống, nhằm xác định khả năng xảy ra áp suất chân không trong đường ống.

2.4 Tính toán áp lực nước va.

2.4.1 Tốc độ truyền sóng nước va và pha nước va. a Tốc độ truyền sóng áp lực nước va (C): phụ thuộc vào tính đàn hồi, tính đồng chất của vật liệu làm ống và của bản thân chất lỏng Tốc độ truyền sóng được xác định theo công thức tổng quát của I.E Jucốpki.

 Co: Tốc độ truyền sóng âm thanh trong nước.

: Trọng lượng riêng của chất lỏng

 : Môđun đàn hồi của nước;  = 2,1.10 4 (kg/cm 2 )

 E: Môđun đàn hồi của ống thép; E = 2,1.10 6 (kg/cm 2 ).

 : Chiều dày thành ống;  = 50 (mm) = 5.10 -2 (m).

 D: Đường kính trong của đường ống áp lực D = DKT = 6(m).

 C = b Tính toán pha nước va (t f )

Thời gian truyền sóng áp lực nước va từ khi xuất hiện đến hồ chứa và phản hồi lại cơ cấu điều chỉnh được gọi là pha nước va (tf) Đồng thời, thời gian cần thiết để đóng mở bộ phận hướng nước của turbine cỡ trung bình và lớn là Ts, dao động từ 3 đến 10 giây, trong đó tôi chọn Ts = 8 giây cho TTĐ Bản Vẽ.

Ta thấy Ts = 8 (s) > tf = 0,25 (s) Như vậy trong đường ống xảy ra nước va gián tiếp.

2.4.2 Tính toán nước va dương.

Để kiểm tra khả năng chịu lực của đường ống, cần xác định tổ hợp tính toán với áp lực tác dụng lớn nhất Tôi đã tính toán cho hai tổ hợp: cột nước tính toán và cột nước lớn nhất, nhằm chọn tổ hợp bất lợi nhất Trường hợp này xảy ra khi tổ máy thứ nhất đang hoạt động bình thường thì đột ngột cắt tải tổ máy thứ hai.

 Lưu lượng lớn nhất chảy qua đường ống là:

 Độ mở lớn nhất của cánh hướng nước là: a0 H max = 22.

 Độ mở tương đối ban đầu của cánh hướng nước:

đ Qo = QoHmax = đ =  Độ mở tương đối cuối của cánh hướng nước: c = 0.

Quá trình đóng cánh hướng nước có thể được coi như một đường thẳng, với thời gian hoàn toàn đóng từ độ mở ban đầu là đ = 0,8 đến độ mở cuối cùng c = 0 Thời gian này được tính bằng công thức Ts ’ = đ.Ts = 0,8.8 = 6,4 giây.

Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống:

Xác định chỉ số đặc trưng thứ hai của đường ống:

Trong đó: VH max-Lưu tốc lớn nhất trong đường ống ứng với trường hợp

VH max: Từ kết quả tính toán, ta có .đ = 2,55.0,8 = 2,04, cho thấy .đ > 1 Điều này chỉ ra rằng hiện tượng nước va pha giới hạn xảy ra khi 1 < m Độ tăng tương đối áp lực nước va dương lớn nhất được ghi nhận tại cuối đường ống trong trường hợp này.

max Trị số áp lực nước va dương lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là:

Cột nước lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là:

H = Hmax+max.Hmax = 75,916 + 0,103.75,916 = 83,736 (m). b Trường hợp 2:

 Lưu lượng lớn nhất chảy qua đường ống là Q max= 136,29 (m 3 /s).

 Độ mở lớn nhất của cánh hướng nước là: a0 max = 34.

 Độ mở tương đối ban đầu của cánh hướng nước : đ = 1.

 Độ mở tương đối cuối của cánh hướng nước : c = 0.

 Thời gian để đóng hoàn toàn cánh hướng nước từ độ mở tương đối ban đầu đ = 1 đến c = 0 là Ts = 8 (s).

Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống :

Trong đó : Vmax- Lưu tốc lớn nhất trong đường ống

Vmax cho thấy rằng .đ = 3,986.1 = 3,986 > 1, điều này chứng tỏ rằng nước va pha giới hạn xảy ra với 1 < m Độ tăng tương đối áp lực nước va dương lớn nhất được ghi nhận tại cuối đường ống trong tình huống này.

max Trị số áp lực nước va dương lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là:

Cột nước lớn nhất tại cuối đường ống trong trường hợp này là:

Trường hợp 1 được xác định là bất lợi nhất, với cột nước lớn nhất tại cuối đường ống đạt 83,736 m Để đơn giản hóa tính toán và tăng cường an toàn cho đường ống, áp lực nước va dương được coi là phân bố theo quy luật đường thẳng, trong khi bỏ qua mọi tổn thất thủy lực.

Kiểm tra khả năng chịu lực của đường ống cần tập trung vào tiết diện cuối, vì đây là tiết diện nguy hiểm nhất Dựa trên điều kiện này, yêu cầu về chiều dày của đường ống phải được xác định một cách chính xác.

Vậy chiều dày đường ống đảm bảo làm việc an toàn trong mọi trường hợp.

2.4.3 Tính toán nước va âm

Mục đích của việc xác định ALNV âm là để đo áp suất trong đường hầm và kiểm tra khả năng xuất hiện áp suất chân không Để đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng ta sẽ xác định giá trị ALNV âm lớn nhất tại cuối đường dẫn và phân bố chúng theo quy luật đường thẳng.

 Tổ máy thứ nhất đang làm việc bình thường, ta tăng tải đột ngột tổ máy thứ 2.

 Mực nước thượng lưu là MNC = 127(m).

 Lưu lượng lớn nhất chảy qua đường ống là:

 Độ mở lớn nhất của cánh hướng nước là: a0 max = 34.

 Độ mở tương đối ban đầu của cánh hướng nước : đ = 0.

 Độ mở tương đối cuối của cánh hướng nước : c = 1.

 Thời gian để mở hoàn toàn cánh hướng nước từ độ mở tương đối ban đầu đ =0 đến c = 1 là Ts = 8 (s).

Xác định chỉ số đặc trưng thứ nhất của đường ống :

Trong đó : VH min- Lưu tốc lớn nhất trong đường ống

Trong trường hợp này, giá trị của .đ là 4,433.0, cho thấy rằng .đ < 1 Điều này dẫn đến việc xảy ra hiện tượng nước va pha thứ nhất với điều kiện 1 > m Đặc biệt, độ tăng tương đối của áp lực nước va âm lớn nhất xuất hiện tại cuối đường ống trong tình huống này.

Trong đó: 1 - độ mở tương đối của cánh hướng nước ở cuối pha thứ nhất

Thay số vào công thức ta có:

Trị số áp lực nước va âm lớn nhất tại cuối đường ống là:

NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY

Nhà máy thuỷ điện là công trình thuỷ công, bao gồm các thiết bị động lực như turbin và máy phát điện, cùng với hệ thống thiết bị phụ trợ cần thiết cho hoạt động bình thường Mục tiêu chính của nhà máy là chuyển đổi năng lượng từ dòng nước thành điện năng, cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện Đây được coi là xưởng sản xuất điện năng của công trình thuỷ điện, vì vậy loại hình và kết cấu của nhà máy phải đảm bảo an toàn cho các thiết bị và thuận lợi trong quá trình vận hành.

1.1 Vị trí và loại nhà máy.

Như đã trình bày trong phần IV, nhà máy thuỷ điện Bản Vẽ được bố trí bên bờ trái của đập dâng.

1.1.2 Xác định loại nhà máy

Có ba loại nhà máy thủy điện chính dựa trên vị trí tương đối giữa đập dâng và nhà máy: Thứ nhất, nhà máy thủy điện ngang đập, là một phần của công trình dâng nước, với cửa lấy nước tích hợp trong nhà máy, phù hợp cho sơ đồ khai thác thủy năng kiểu đập và cột nước không vượt quá 35-40 m Thứ hai, nhà máy thủy điện sau đập, được đặt ngay sau đập dâng nước và không chịu áp lực từ thượng lưu, thường áp dụng cho sơ đồ khai thác thủy năng kiểu đập Cuối cùng, nhà máy thủy điện đường dẫn, hoạt động độc lập và tách biệt khỏi công trình đầu mối, thích hợp cho sơ đồ khai thác thủy năng kiểu đường dẫn hoặc kết hợp.

TTĐ Bản Vẽ sở hữu địa chất tốt và địa hình thích hợp cho việc xây dựng đập cao, tạo cột nước hiệu quả Tuy nhiên, với độ dốc nhỏ của địa hình, việc kéo dài đường dẫn để tận dụng cột nước trở nên không kinh tế Do đó, lựa chọn tối ưu là xây dựng nhà máy thủy điện sau đập cho TTĐ Bản Vẽ.

Kết cấu nhà máy thuỷ điện gồm hai phần: phần dưới nước và phần trên nước.

1.2 Kết cấu và kích thước phần dưới nước của TTĐ Bản Vẽ.

1.2.1 Các kết cấu phần dưới nước nhà máy

Phần dưới nước của nhà máy, bắt đầu từ cao trình máy phát trở xuống, là khu vực chính và chiếm một khối lượng bê tông lớn Dọc theo chiều dài của nhà máy, phần này bao gồm nhiều khối turbin giống nhau, với sàn lắp ráp nằm ở vị trí ngoài cùng.

Trong tầng turbin, bên cạnh turbin chính, còn có các thiết bị phụ trợ của trạm thủy điện (TTĐ) được lắp đặt Những hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của các thiết bị chính.

Do sự chênh lệch về tải trọng giữa các đoạn tổ máy và phần sàn lắp ráp, tôi đã thiết kế một khe lún giữa khu vực lắp ráp và các tổ máy để đảm bảo tính ổn định và an toàn cho công trình.

Kết cấu phần dưới nước của nhà máy thủy điện bao gồm buồng xoắn và ống hút Điều kiện địa chất nền ảnh hưởng lớn đến kích thước và hình dạng của phần dưới nước, đặc biệt là bản đáy tổ máy Tại khu vực nhà máy thủy điện Bản Vẽ, điều kiện địa chất tương đối tốt, vì vậy chiều dày bản đáy được ước tính là 2 mét.

1.2.2 Xác định các kích thước và cao trình chủ yếu của phần dưới nước

1 Kích thước chiều dài đoạn sổ máy (L đ )

Chiều dài đoạn tổ máy (Lđ) là khoảng cách giữa tâm của hai tổ máy liên tiếp Theo hình vẽ, chiều dài này phụ thuộc vào kích thước của buồng xoắn Chiều dài đoạn tổ máy được xác định dựa trên các yếu tố kỹ thuật cụ thể.

Lđ = max(R345,Dh/2) + max(R165,Dh/2) + 2.

R345: Bán kính hình bao ngoài của buồng xoắn tại góc bao max = 345 0 ;

R165: Bán kính hình bao ngoài của buồng xoắn tại góc bao  = 165 0 ;

Dh : Đường kính hố máy phát, Dh = 12,50 (m).

: Chiều dày lớp bê tông  = 1 (m).

Ta có: max(R345,Dh/2) = max(7,695; 6,25) = 7,695 (m). max(R165,Dh/2) = max(6,05; 6,25) = 6,25 (m).

Nhà máy thủy điện Bản Vẽ chỉ có 2 tổ máy và không bố trí khe lún giữa

2 đoạn tổ máy Theo cách bố trí ở hình vẽ dưới đây tôi tính chiều dài Lđ như sau:

2 Cao trình lắp máy (  lm )

Cao trình lắp máy (lm) là cao trình lắp đặt turbin, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các cao trình khác của phần dưới nước trong trạm thủy điện (TTĐ).

Trong phần III: Chọn thiết bị ta đã xác định được: lm= 70,414(m).

3 Cao trình đáy ống hút (  đôh )

Trong đó : h -: Chiều cao ống hút; h = 10 (m). b0 - Chiều cao cánh hướng nước; b0 = 1,2 (m).

4 Cao trình miệng ống hút (  moh )

Trong đó : h5 - Chiều cao miệng ra ống hút; h5 = 5,24 (m).

Kiểm tra điều kiện : môh < (Zhlmin - 0,5 m).

Trong đó : Zhlmin mực nước hạ lưu nhỏ nhất, được xác định từ lưu lượng nhỏ nhất chảy xuống hạ lưu (Qhlmin):

Qhlmin = Z.Q’1M Hmax.D1 2 = 2.0,7917.4 2 = 220,74 (m 3 /s).  Zhlmin =Zhl(Qhlmin)v,037 (m), môh = 66,98(m)< 76,037– 0,5 75,537(m) Vậy đảm bảo điều kiện không khí không chui vào ống hút được và turbin làm việc an toàn

5 Cao trình sàn Turbin (  stb )

stb = lm + max +  Trong đó :

+ max - là bán kính tiết diện cửa vào của buồng xoắn; max = 2,31 (m). +  - chiềudày lớp bê tông bảo vệ buồng xoắn;  = (0,5  1) (m).

6 Cao trình lắp máy phát (  lmf )

Cao trình đáy stato máy phát (lmf) là khoảng không gian giữa cao trình sàn turbin và cao trình đáy stato máy phát, xác định chiều cao của tầng turbin trong hệ thống máy phát điện.

+ a là khoảng cách từ mặt trên của giá chữ thập dưới đến mặt dưới stato máy phát; a = 0,3 (m).

+ hd là chiều cao của giá chữ thập dưới; hd = 0,7 (m).

+  là chiều dầy bệ đỡ máy phát; Chọn  = 1 (m).

+ hc là chiều cao cửa vào giếng turbin; Chọn hc= 2,5 (m).

Ta thấy: Zhlmax= MNHLTK = 77,133(m) < lmf = 78(m) Vậy đảm bảo điều kiện máy phát không bị ngập.

7 Cao trình sàn máy phát (  smf )

Trong đó: hst - chiều cao stato máy phát; hst = 2,15 (m). hgctt - chiều cao giá chữ thập trên, hgctt = 1,8 (m)

8 Cao trình đáy nhà máy (  d )

d = dôh - t t: là chiều dày bản đáy, lấy t = 2 (m) d = 59,814 - 2 = 57,814 (m)

1.3 Kết cấu và kích thước phần trên nước của TTĐ Bản Vẽ.

1.3.1 Kết cấu phần trên nước của nhà máy thuỷ điện Bản Vẽ

Phần trên nước của nhà máy thuỷ điện bắt đầu từ cao trình sàn nhà máy trở lên và có cấu trúc cùng kích thước liên quan chặt chẽ đến việc bố trí thiết bị trong gian máy Các sơ đồ kết cấu phần trên nước được thiết kế tùy thuộc vào điều kiện tự nhiên và khí hậu của khu vực.

+ Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu kín.

+ Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu hở.

+ Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu nửa hở.

Nhà máy thủy điện kiểu kín có cấu trúc tương tự như một nhà công nghiệp với hệ khung và cột hỗ trợ dầm cầu trục chính Thiết kế này cho phép lắp ráp và sửa chữa thiết bị trong mọi điều kiện khí hậu Đặc biệt, với khí hậu tại khu vực nhà máy thủy điện Bản Vẽ, việc sử dụng kết cấu nhà máy kiểu kín là lựa chọn tối ưu.

1.3.2 Kích thước chủ yếu phần trên nước nhà máy thuỷ điện Bản Vẽ

Lđ: Chiều dài đoạn tổ máy; Lđ = 17 (m). t = 0,25m, chiều dày tường.

Đoạn kích thước tăng thêm ở tổ máy cuối cùng chỉ cần tính khi lớn hơn khoảng cách từ tim tổ máy cuối đến tường nhà máy một đoạn an toàn Tại trạm thủy điện Bản Vẽ, khoảng cách này là 7,075m, nhỏ hơn khoảng cách an toàn 8m từ tim tổ máy cuối đến tường Do đó, không cần thiết phải tăng thêm kích thước ở tổ máy cuối cùng.

LSLR: Chiều dài gian lắp ráp.

Gian lắp ráp sửa chữa:

Gian lắp ráp sửa chữa là không gian thiết yếu để lắp ráp và sửa chữa thiết bị trong quá trình xây dựng và vận hành nhà máy Để tối ưu hóa chức năng này, gian lắp ráp được bố trí ở đầu hồi bên trái nhà máy, gần đường giao thông, với chiều rộng tương đương chiều rộng của nhà máy nhằm tạo điều kiện cho cẩu trục di chuyển dễ dàng Diện tích gian lắp ráp sửa chữa được xác định dựa trên số lượng tổ máy, cụ thể là đủ cho toàn bộ thiết bị của một tổ máy khi số tổ máy Z < 10 và cho hai tổ máy khi Z > 10 Với thiết kế có hai tổ máy, diện tích cần thiết phải đảm bảo cho cầu trục hoạt động hiệu quả, từ đó chiều dài sàn lắp ráp hợp lý được xác định là 19 mét.

Vậy chiều dài nhà máy là:

Chiều rộng nhà máy phụ thuộc kích thước cầu trục, phương thức cẩu, việc bố trí các thiết bị

 Tính theo kích thước máy phát:

B = Dh + 2. + 2.t Trong đó: Dh - đường kính hố máy phát, Dh = 12,50 m.

 - chiều rộng hành lang đi lại trên sàn máy phát,  2,0m. t – chiều dày tường gian tổ máy, t = 0,25(m).

 Theo kích thước cầu trục ta tính được chiều rộng nhà máy là:

Lk:Nhịp cầu trục; Lk = 21 (m).

B1: Khoảng cách từ tim đường ray cầu trục đến tường nhà máy, B1 1,5(m). t1: Chiều dày tường nhà máy lấy t = 0,25 (m).

Chiều rộng nhà máy thường lớn hơn so với kích thước máy phát, vì vậy để tối ưu hóa diện tích, chúng ta có thể cắt ngắn nhịp cầu trục Việc cắt nhịp cầu trục đi 3m sẽ giúp giảm chiều rộng nhà máy hiệu quả.

Vậy chiều rộng nhà máy là B = 24,5 – 3 = 21,5(m).

3 Cao trình sàn lắp ráp (  SLR )

4 Cao trình cầu trục (  ct )

Cao trình cầu trục (ct) là cao trình đỉnh đường ray cầu trục.

CÁC THIẾT BỊ VÀ PHÒNG PHỤ TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

2.1 Các thiết bị bố trí trong nhà máy thuỷ điện.

Thiết bị động lực trong nhà máy thủy điện bao gồm turbin thuỷ lực và máy phát điện, được lắp đặt thành tổ máy trục đứng Turbin sử dụng là loại PO75/702, kết nối trực tiếp với trục của roto máy phát Máy phát thuỷ điện là loại đồng bộ ba pha, model CB-900/140-40.

2.1.2 Các thiết bị cơ khí trong nhà máy thuỷ điện

Thiết bị cơ khí của TTĐ bao gồm các loại cửa van và các thiết bị nâng chuyển phục vụ cho việc đóng mở lắp ráp và sửa chữa.

1 Cửa van cửa ra ống hút

Mục đích của việc lắp đặt cửa van tại cửa ra ống hút là để đảm bảo khi tiến hành sửa chữa tổ máy, cửa van sẽ được đóng kín, giúp bơm cạn nước trong buồng xoắn và ống hút một cách hiệu quả.

Với TTĐ Bản Vẽ có số tổ máy z = 2, tôi đã bố trí một bộ cửa van cho toàn bộ nhà máy Cửa van được thao tác bằng cầu trục chân dê và khi không sử dụng, chúng sẽ được đặt cạnh gian lắp ráp.

2 Thiết bị nâng chuyển Để phục vụ cho việc lắp ráp, sửa chữa các thiết bị trong nhà máy thuỷ điện ta bố trí cầu trục chạy dọc từ nhà máy sang gian lắp ráp Như đã chọn trong phần thiết bị, cầu trục của TTĐ Bản Vẽ là cầu trục đơn có sức nâng là

Thiết bị điện của TTĐ bao gồm: dây dẫn điện từ máy phát, máy biến áp chính, trạm phân phối điện, hệ thống điện tự dùng.v.v.

1 Máy biến thế chính Để giảm tổn thất khi truyền dẫn điện trên đường dây ta phải tăng điện áp trước khi dẫn điện đi xa bằng máy biến thế chính Máy biến thế phải được đặt cùng cao trình với sàn lắp ráp để sử dụng cầu trục trong gian máy khi sửa chữa, đồng thời máy biến thế nên đặt gần gian máy Do đó với TTĐ Bản Vẽ là nhà máy thuỷ điện sau đập, do kết cấu giữa nhà máy với đập tương đối rộng nên tôi bố trí máy biến thế ở phía thượng lưu nhà máy.

Để giảm chiều cao của nhà máy trong khu vực lắp ráp và sửa chữa, tôi đã bố trí hố máy biến áp Chiều cao của máy biến áp khi rút lõi là 12,1m, vượt quá chiều cao tối đa cho phép là 8,15m Do đó, độ sâu tối thiểu của hố máy biến áp cần thiết là 3,95m.

2 Trạm phân phối điện cao thế

Trạm phân phối điện cao thế có vai trò quan trọng trong việc truyền tải toàn bộ điện năng từ trạm biến áp lên lưới điện Trạm này được thiết kế ngoài trời với diện tích sơ bộ là 1350 m².

3 Bộ phận phân phối điện thế máy phát

Bộ phận phân phối điện thế máy phát, hay còn gọi là bộ phận điện thế thấp, đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải điện từ máy phát điện đến máy biến áp tự dùng Phần này được lắp đặt ở phía thượng lưu của nhà máy, đảm bảo hiệu quả trong quá trình phân phối điện năng.

2.1.4 Hệ thống thiết bị phụ

Hệ thống thiết bị phụ trong nhà máy chủ yếu để đảm bảo chế độ vận hành bình thường của tổ máy, bao gồm.

Hệ thống điều chỉnh công suất của tổ máy bao gồm các thành phần quan trọng như thiết bị dầu áp lực, tủ điều khiển, động cơ máy tiếp lực và đường ống dẫn dầu áp lực, đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định của hệ thống.

Hệ thống khí nén được sử dụng để điều khiển tổ máy và hãm máy khi cắt tải, hỗ trợ cho các thiết bị kiểm tra và đo lường Ngoài ra, nó còn có chức năng đẩy nước trong ống hút khi tổ máy hoạt động ở chế độ bù đồng bộ.

Hệ thống thoát nước và tháo cạn nước đóng vai trò quan trọng trong việc sửa chữa và kiểm tra tổ máy Đồng thời, hệ thống cung cấp nước kỹ thuật trong nhà máy chủ yếu được sử dụng để làm mát máy phát, ổ trục chặn turbin và trong một số trường hợp, để làm mát MBA cũng như bôi trơn ổ trục turbin.

+ Hệ thống thiết bị đo lường kiểm tra.

1 Hệ thống dầu a Tác dụng: Trong nhà máy thuỷ điện sử dụng hai loại dầu là dầu bôi trơn và dầu cách điện Tác dụng của dầu bôi trơn là hình thành màng dầu giữa ổ và trục, thay thế ma sát khô bằng ma sát ướt, tăng tuổi thọ cho các thiết bị Mặt khác nó còn hấp thụ lượng nhiệt sinh ra khi các ổ trục làm việc để phân tán ra ngoài Tác dụng của dầu cách điện là cách điện và dập tắt hồ quang trong các máy cắt điện. b Xác định lượng dầu của nhà máy

 Lượng dầu dùng để vận hành được xác định theo công thức sau (G1).

Trong đó: G1 - trọng lượng dầu (kg).

K - hệ số phụ thuộc vào hình dạng turbin, với turbin tâm trục thì :

Z - số tổ máy của TTĐ Z=2.

Ntb: Công suất của Turbin Ntb = 72160 (KW).

H: Cột nước bình quân gia quyền H = Hbq = 62,439 (m).

Dung tích dầu cách điện của máy biến áp (MBA) phụ thuộc vào loại MBA và công suất của nó Đối với MBA cỡ lớn, cần khoảng 0,4 tấn dầu cho mỗi 1000 KW Với hai MBA có công suất 125.000 KVA, lượng dầu cách nhiệt cần thiết sẽ được tính toán dựa trên công suất và loại MBA.

Theo quy định kỹ thuật tại các trạm biến áp, cần dự trữ một lượng dầu nhất định: đối với dầu cách điện, phải dự trữ đầy một máy cộng thêm 1% tổng lượng dầu cách điện Đối với dầu vận hành và dầu bôi trơn, ngoài việc trữ đầy cho các tổ máy, cần thêm một lượng dầu dự trữ tương ứng với 5% tổng lượng dầu, đủ cho 45 ngày sử dụng.

G4 = 1%.G3 + 5%(G1 + G2) = 2,2327 (T) Vậy lượng dầu tổng cộng trong nhà máy là:

=> G = G1 + G2 + G3 + G4 = 18,264 + 6,39 + 100 + 2,2327 = 126,887 (T) c Bố trí phòng chứa dầu :

Theo quy định, bể dầu đặt trên mặt đất không được vượt quá 300 T, trong khi bể dầu dưới đất tối đa là 500 T, và bể dầu trong nhà máy không quá 100 T Do đó, trung tâm điều độ Bản Vẽ kho xử lý dầu được bố trí ngoài nhà máy.

Tiêu đề	Xác Định Các Thông Số Chủ Yếu Của Trạm Thủy Điện
Tác giả	Trịnh Hoài Nam
Trường học	Trường Đại Học
Chuyên ngành	Công Trình Thủy Điện
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp

Định dạng
Số trang	146
Dung lượng	4,75 MB