Môn học Thiết kế nhà máy thủy điện là một trong những môn học không thể thiếu đối với sinh viên và kỹ sư tương lai của ngành Thủy lợi Thủy điện, đặc biệt đối với sinh viên hệ dài hạn tập trung thuộc chuyên ngành Xây dựng công trình thủy và ngành Xây dựng công trình năng lượng. Khoa Công trình thủy, Trường Đại học Xây dựng.
VO HỮU HÃI - NGUYÊN THƯỢNG BẰNG CHU TIẾN ĐẠT - PHẠM ĐỨC CƯỜNG THIET KE NHA MAY THUY DIEN est EES ae OO NID 'VŨ HỮU HẢI - NGUYỄN THƯỢNG BẰNG CHU TIEN DAT- PHAM ĐỨC CƯỜNG THIET KE NHA MAY THUY DIEN NHA XUAT BAN XAY DUNG HÀ NỘI-2019 VHMT ae: ee Đối tượng phục vụ chủ yêu cuén giáo trình sinh viên ngành Xây dung Cơng trình thủy ngành Xây dựng cơng trình lượng - Khoa Cơng trình thủy - Trường Đại học xây dựng tài liệu tham khảo LOI NOI DAU cho bạn đọc quan tâm đến đề Thủy lợi - Thủy điện - Năng lượng Môn học “Thiết kế nhà máy thủy điện” môn hoc thiếu sinh viên kỹ sư tương lai ngành Thủy lợi - Thủy điện, đặc biệt sinh viên hệ dài hạn tập trưng thuộc chun ngành Xây dựng cơng trình thủy ngành Xây dựng cơng trình lượng, Khoa Cơng trình thủy, Trường Đại học Xây dựng Nội dụng môn học Thiết kế nhà máy thủy điện nghiên cứu loại nhà máy trạm thủy điện điều kiện để xây dung chúng, nghiên cứa lựa chọn thiết bị nhà máy thủy điện, nghiên cứu nguyên tắc giải pháp thiết ké thành phần nhà máy thủy điện Do đa dạng, phong phú thành phần cơng trình nhà máy mà độ phức tạp độ khó mơn học tăng lên đáng kễ thé hoc tot môn học, sinh viên người đọc cần trang bị tốt kiến thức liên quan đến thủy năng, thủy lực, thủy lực cơng trình, hồ chứa, tua bin thủy lực thiết bị thủy điện Từ thập kỷ sáu mươi thể kỷ trước đến nay, hàng loạt cơng trình thủy lợi, thủy điện quy mô lớn, vừa nhỏ xây dựng khắp miễn đất nước Những kiến thức, công nghệ kinh nghiệm đúc rút q trình cơng, khai thác cơng trình thơi thúc nhóm tác giả viết giáo trình “Thiết kế nhà máy tháy điện” để phục vụ tốt nhu cầu học tập sinh viên người đọc trình nghiên cứu Từ nội dung trên, mơi chương, ngồi kiến thức nhiệm vụ, phân loại, cấu tạo, tính tốn lựa chọn thiết bị thiết kế thành phân nhà máy, tác giả cập nhật phương pháp tính mới, chương trình tự động hóa tỉnh tốn Mơi chương có hình ảnh, thi dụ minh họa cuối chương câu hỏi tập phục vụ trình thảo luận, tự nghiên cứu người học BỐ cục giáo trình gỗm bảy chương, đỏ PGS TS Vũ Hữu Hải (Chủ biên) viết Chương Š Chương 6; PGS TS Nguyễn Thượng Bằng viết Chương 1, Chương 2, Chương 3; ThS Phạm Đức Cường viết Chương 4; TS Chu Tiền Đạt viết Chương Cuốn giáo trình xuất với động viên, tủng hộ nhiệt tình thầy giáo đồng nghiệp Bộ môn Xây dựng Thủy lợi Thủy điện, Khoa Xây dựng Cơng trình thủy, sinh viên ngành khoa Cơng trình thủy Qua đây, tác giả xin bảy tỏ cảm ơn chân thành giúp đỡ động viên cắn trường, khoa, đặc biệt ý kiến nhận xét phản biện góp ý xác đáng PGS TS Hồng Đình Dũng nội dung sách Do kiến thức lĩnh vực thiết bị tính tốn kết cầu sâu rộng nên nội dung giáo trinh khó tránh khỏi sai sót Vì vậy, tập thể tác giả mong đóng góp ý kiến để lần tái sau đáp ứng tốt câu học tập nghiên cứu sinh viên ngành bạn đọc Các tác giá CHU VIET TA’ Bộ phận hướng dòng tua bin Bê tông cốt thép Bánh xe công tác tua bin Cơng trình lấy nước Đường kính đường hằm, đường ống dẫn nước Dường kính bánh xe cơng tác Dao động riêng, Diện trung bình năm Tn sé dong điện Cột nước Lưới chắn rác Máy biến áp Mực nước chết Mực nước dâng bình thường Máy phát điện Số vòng quay Nhà máy thủy điện Phần tử hữu han Thủy điện tích Trạm thủy điện 'Vận tốc dịng chảy Sơ đồ bố trí trạm thủy điện ngang đập Chương Ï SO DO BO TRÍ CƠNG TRÌNH CỦA TRẠM THÚY ĐIỆN 1.1 THANH PHAN CUA MOT TTD Voi TTD kiểu ngang đập, hay gọi ?rạm thúy điện kiểu lịng xơng, NMTD phần đập dâng nước, tường thượng lưu NMTD trực tiếp tham gia ngăn giữ nước với đập phải đảm bảo điều kiện bền ổn định đập TTĐ kiểu lịng sơng sử dụng trường hợp cột nước tương, nhỏ Phạm vi cột nước thích hợp cho kiểu cịn phụ thuộc vào công su: máy thường không vượt 30m đến 40m Hình 1.1 minh họa thành phần TTÐ kiểu lịng sơng phương pháp tập trung khai thác lượng dịng chây nói chung dẫn tới việc ngăn dịng, lấp sơng để xây dựng đập dâng nước tạo hỗ chứa bể chứa nhà máy thủy điện Tuân thủ nguyên tắc sử dụng tổng hợp nguồn nước, tuyến đập dâng dọc theo bờ hồ thượng lưu dịng sơng hạ lưu người ta xây dựng thêm cống lấy nước (phục vụ tưới, cấp nước thượng hạ lưu), xây dựng công trình nâng tầu qua đập (đảm bảo giao thơng thủy thông suốt trước xây dựng đập), xây dựng đường cá qua đập nhằm đảm bảo sinh tổn cho lồi cá thủy sản có nhu cầu ngược dòng nước mùa sinh sản hay di trú Ngồi hạng mục cơng trình vừa nêu, để đảm bảo an tồn cho thân cơng trình cần phải xây dựng cơng trình tháo lũ (đập tràn mặt hay sâu kết hợp tràn mặt xả sâu), cơng trình xã cát Tập hợp cơng trình nằm xung quanh tuyến đập ngăn sơng đập dâng, tràn xả lũ, nhà máy thủy điện, âu tầu, đường cá đi, cống lấy nước gọi “các cơng trình dầu mối thủy lợi - thúy điện” hay “Cơng trình thủy điện” ngắn gọn Hình 1.1 Thành phần cơng trình trạm thủy điện lịng sơng cơng suất trung bình: hon la “Tram thiiy dié 1- tua bin; 2- máy phát điện; 3- cần trục cầu; 4- cửa van mặt trần; a 1.2 SƠ DO BO TRI TTD Trong sách này, đối tượng Nhà máy thủy điện (NMTĐ), nên nội dung toàn cuối sách tập trung vào vấn để liên quan đến NMTD Nhưng trước hết nghiên cứu sơ đồ bố trí loại hình trạm thủy điện (TTĐ) Dưới góc độ áp lực nước tác dụng vào mặt thượng lưu NMTD, nghiên cứu ba mơ hình tiêu biểu là: TTD kiểu ngang đập, TTD kiểu sau đập va TTD kiểu đường dẫn Sau sơ đỗ bố trí ba loại TTD ậ t; 7- đập tràn bê tông; 8- trụ pin tường phân đồng; 9-NMTĐ; 10- ống hút Ở nước ta có TTĐ Bàn Thạch tận dụng cột nước (4,05m) kênh tưới thuộc thống thủy lợi Bái Thượng loại TTĐ ngang đập, có cơng suất x 320 = 960kW xây dựng từ năm 1959 hoàn thành năm 1963 Sau sơng Chảy, tỉnh n Bái, TTD ngang đập Thác Bà với hồ chứa khai thác sử dụng tổng hợp nguồn nước, xây dựng từ năm 1960 đến 1971, cột nước trung bình khoảng 30m, cơng suất thiết kế x 36 — 108MW, tăng lên x 40 = 120MW năm cho khoảng 425 đến 500 triệu kWh hệ Nam 1973 TTD Iron Gate I Iron Gate II (năm 1984) xây dựng theo so đổ TTÐ ngang đập nằm lịng sơng (hình 1.4), cịn lại dự án nhà máy thủy điện khác chuyển sang sơ đồ truyền thống với khối nhà máy đặt lệch bên cơng trình tháo lũ Hình 1.2 TTĐ Thác Bà nhìn từ hạ lưu 'TTĐ Chiêm Hóa (tỉnh Tuyên Quang) loại TTĐ ngang đập, khởi công ngày 12/10/2009 khánh thành ngày 04/02/2013 Thủy điện Chiêm Hóa nhà máy thủy điện Việt Nam sử dụng công nghệ tua bin chảy thẳng kiểu bóng đèn phát điện với cột nước thấp (mức thấp 2,5m cột nước tính tốn 7m) Thủy điện Chiêm Hóa có cơng suất lắp máy 4§MW, cột nước 10m, vào vận hành, mở hướng cho phát triển thủy điện xanh Việt Nam Hình 1.4 NMTĐ Iron Gate Ì nằm biên giới Rumania - Serbia với công suất lắp máy bờ Romania t6 x 194,3 MW, bờ Serbia t6 x 180 MW Sơ đồ bố trí trạm thủy điện sau đập Khi cột nước phát điện lớn hơn, người ta chuyển sang sơ đồ bố trí 77Ð kiés saw đập hình 1.5 Trong sơ đồ này, NMTD đặt sau đập, đập đập đắt, đá đổ, bê tông trọng lực hay đập vịm Cơng trình lấy nước cho TTĐ đặt mặt trước đập dâng hay bên bờ đập Dường hằm dẫn nước vào NMTD đặt nằm thân đập bê tông, đập đắt, đập đá đỗ hay vòng qua vai đập Phạm vi cột nước phát điện loại thường nằm khoảng 30m đến 600m Loại hình nhà máy thủy điện kiểu sau đập nước ta phong phú Lớn Hình 1.3 TTD Chiém Hóa nhìn từ thượng lưu thủy điện Sơn La, nhà máy thủy diện nằm đỏng sơng Đà xã Ít Ong, huyện Mường La, tỉnh Sơn La, Việt Nam Nhà máy khởi công xây dựng ngày tháng 12 năm 2005 Sau năm xây dựng, Thủy đi: La khánh thành vào ngày 23 tháng 12 năm 2012, sớm kế hoạch năm, trở thành nhà máy thủy điện lớn Việt Nam khu vực Đơng Nam Á Diện tích hồ chứa: 224km”, dung tích tồn hồ chứa: 9,26 tỉ mét khối nước, công suất lắp máy: 2.400 MW, gồm t may, điện lượng bình quân năm: 10,2 ti KW Hình 1.7 Thủy điện Hịa Bình nhìn tit lew Thủy điện Lai Châu loại thủy điện sau đập Thủy điện Lai Châu cơng trình trọng điểm quốc gia Việt Nam, xây dựng dịng sơng Đà xã Nậm Hằng, huyện Mường Tè, tỉnh Lai Châu, Việt Nam Thủy điện Lai Châu có tổng cơng suất lắp đặt 1.200 MW với tổ máy, khởi công xây dựng ngày 5/01/2011, hòa lưới tổ máy tháng 11/2016, khánh thành tháng 12/2016, sớm năm so với tiêu Quốc hội đề Cơng trình xây dựng bậc thang dịng sông Đà Việt Nam, bậc thủy diện Sơn La Nhà máy Thủy điện Lai Châu cung cấp năm lên lưới điện quốc gia khoảng 4.670,8 triệu kWh Hồ chứa Lai Châu có MNDBT 295m, MNC 270m Hình 1.6 Thủy điện Sơn La nhìn từ hạ lưu Lớn thứ hai thủy điện Hịa Bình, bac thang sau TTD Son La va cing nim dòng sơng Dà, thuộc địa bàn thành phố Hịa Bình, tỉnh Hịa Bình, với phần nhà máy ngầm núi bao gồm tổ máy đưa tổng công suất lắp máy lên 1.920 MW, năm cung cấp cho hệ thống điện hon 10 ty kWh điện Hình 1.8 Thủy điện Lai Châu nhìn từ hạ lew 1.2 Sơ đồ bố trí trạm thủy điện đường dẫn Khi cột nước lớn lớn, người ta sử dụng TTD kiểu đường dẫn hình 1.9 Với kiểu TTD đường dẫn, đường dẫn nước khơng áp đường dẫn có áp Cột nước trạm thủy điện đường dẫn thay phạm vi lớn từ vài trăm đến hàng nghìn mét Hình 1.10 Thủy điện Đa Nhìn nhìn từ hạ lưu nhà máy Theo quy hoạch địng Sê San có bậc thang thuỷ lợi - thuỷ điện Trong bậc thang đất Việt Nam (với tổng công suất 1.768MW điện lượng trung bình năm 8.385 triệu kWh) Thuỷ điện Yaly bậc thang lớn với tổng công suất 720MW chia tổ máy Thuỷ điện Yaly có cơng trình đầu mối thuộc huyện ChuPah tỉnh Gia Lai lòng hồ phần lớn thuộc huyện Sa Thây, tỉnh KonTum Nhà máy thủy điện Yaly nhà máy thủy điện ngầm núi tương tự NMTD Hỏa Bình sông Dà Các thông số hồ Yaly: Mực nước chết: +490,0m; Mực nước dâng bình thường (MNDBT): +515,0m; Mực nước lũ: +S17,86m; Dung tính chết: §- đường ống áp lực dẫn nước vào tua bin; 9- NMTĐ, Ở nước ta, 06 kha nhiéu TTD duréng dan, nhu TTD Da Nhim, TTD Yaly, TTD Vinh Son, TTD Nam Chién 1, Duéi day hình ảnh thong s6 cua TTD Da Nhim va TTD Yaly 258,07 triệu m”; Dung tính hữu ích: 779,02 triệu m”; Dung tính hồ ứng với MNDBT: 1037,09 triệu mỶ; Đầu mối hồ Yaly gồm có: đập dâng, tràn xả lũ, cửa nhận nước TTD Da Nhim sông Đa Nhim (thượng nguồn dịng sơng Đồng Nai) người Nhật xây dựng (bồi thường chiến tranh) từ 4/1961 đến 1/1964 hoàn thành với Nụ„ — 160.000kW (4 tổ máy tua bin gáo), hồ chứa 165 triệu mỶ, cột nước phát điện 798m Thuy dign Yaly bậc thang thứ ba sông Sê San Sông Sê San lưu lớn sông Mê Kông tạo thành nhánh Dãkbia nhánh Krơngpơcơ Diện tích tồn lưu vực 17.000kmẺ Trên đất Việt Nam sông$ 237km, với với sông Xrêpốc diện tích lưu vực 11.450km” dé đỗ vào sơng Mê Kơng Sang đất Campuchia, sơng S Hình 1.11 Sơ đồ tuyển lượng TTĐ Yaly Téng hợp sơ đồ bố trí mặt loại TTĐ lịng sơng, sau đập đường dẫn cho hình 1.12 XX 1.3 NHU'NG DIEU KIEN ANH HUONG DEN SO DO BO TRÍ TTĐỀ Dưới điều kiện quan trọng ảnh hưởng đến việc bố trí sơ đồ khai a) thác TTD & Theo điều kiện địa hình, tuyến đầu mối nên chọn đoạn sơng hẹp phải đảm bảo điều kiện bồ trí mặt cơng cụm cơng trình đầu mối Tuyến Điều kiện địa hình lượng nên chọn phía địa hình đơn giản TTD đường dẫn hở Còn tuyến đường dẫn có áp chọn theo điều kiện địa chất Điều kiện địa chất Theo điều kiện địa chất, hạng mục cơng trình TTD phải đặt địa chất tốt dé dim bio điều kiện ổn định hạng mục cơng trình giảm phí xử lý nền, giảm thắm qua vai dập Diều kiện cột nước Khi xác định tuyến đầu mối tuyến lượng, sơ xác định cột nước phát điện Với cột nước xác định, nghiên cứu sơ đỗ í TTĐ dựa theo điều kiện địa hình địa chất khu vực dự án Diều kiện thủy văn Điều kiện thủy văn chủ yếu biến động dòng chảy theo thời gian, dịng chảy lũ cơng quan trọng ảnh hưởng đến phương án dẫn dịng thi cơng ngăn dịng Điều kiện thi công Điều kiện thi công thể mặt giao thơng ngồi cơng trường, giao thơng cơng trường, cơng trình tạm phục vụ thỉ cơng ngầm, cầu thi cơng, băng chuyển, xe gng Cơng tác thiết đủ diện tích để bố trí mặt thi công, kho, bãi, lan trai, cấp nước phục vụ thi công cẩn đảm bảo 9- giếng điều áp; 10-tháp lấy nước; 11- đường ham xả nước; 12- đường dẫn không 13bi I 14- kênh xã sau NMTĐ; xả có áp sau NMTD Nếu khu vực xây dựng khu vực mà xây dựng công trình ảnh hưởng đến bố trí sơ đồ khai thác cần xem xét Điều kiện khai thác vận hành Chương Theo điều kiện khai thác vận hành, cần đặt mục dích đưa tổ máy phát điện cảng sớm tốt, điều kiện vận hành thuận tiện, phí vận hảnh thấp 1.4 CÂU HƠI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG Hãy nêu hạng mục TTD? NMTD giữ vai trị hạng mục TTD? so dé TTD kiéu sau đập? CÁC LOẠI Nêu điều kiện áp dung? Mô tả sơ đồ TTD kiểu đường dẫn? Nêu điều kiện áp dụng? Hãy kể tên nêu thông số mt TTD Việt Nam mà anh/chị biết? NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Nhà máy thủy điện (NMTĐ) gọi nhà động lực TTD Đây cơng trình chủ yếu TTĐ NMTD nhà động lực nơi sản xuất điện \y NMTD bao gồm tất loại thiết bị chính, thiết bị phụ trợ, hệ thống phục vụ nhằm đảm bảo cho TTD vận hành thuận lợi an tồn Do đó, lựa chọn thiết kế NMTĐ phải đảm bảo yêu cầu sau: ~ Công trình phải đảm bảo bền vững; ~ Thuận tiện cho vận hành, sửa chữa vả bảo quản thiết bị; ~ Các kết cầu NMTD phải hợp lý dễ thi cơng: ~ Có điều kiện mở rộng pháttriỂn tương lai; ~ Cơng trình có giá trị thẩm mỹ cao NMTD nhà máy công nghiệp với quy trình sản xuất biến dịng nước thành điện Tuy nhiên, NMTĐ có đặc điểm riêng, khác nhà máy công nghiệp khác Ở điều kiện thiên nhiên mn hình mn vẻ, nên NMTD có kết cấu da dạng phong phú, từ việc khảo sát, thiết kế, thi cơng vận hành có nét riêng biệt so với nhà máy công nghiệp khác Việc lựa chọn loại NMTĐ thường gắn liền với việc xác định loại TTĐ, rõ ràng phương án NMTD yêu cầu tối ưu phương án nhà máy phải đảm bảo 2.1 PHÂN LOẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN NMTD làm việc với loại tua bin khác tua bin cánh quay, tua bin chong chéng, tua bin tâm trục, tua bin gáo nhiều loại tua bin khác Pham vi dao động cột nước lưu lượng NMTD thường lớn Có nhiều cách phân loại NMTD theo cách tiếp cận Sau xem xét số cách phân loại NMTD 18