báo cáo đồ án 2 khảo sát hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện

Nhà nước và chính phủ đã có những sự đầu tư phát triển hệ thốngthủy điện như một số nhà máy lớn : Tuyên Quang, Sơn La, Hòa Bình …Nhà máy thuỷ điện lợi dụng năng lượng dòng chảy bao gồm c

Sơ đồ tổng quan về nhà máy thủy điện

Nguyên lý chung

Nước trên sông, suối chảy từ nguồn ra biển, đi từ cao đến thấp mang theo nó một năng lượng, năng lượng này gọi là thuỷ năng. Để xác định năng lượng đó ta chia dòng chảy trên sông thành đoạn ngắn có chiều dài là l, được giới hạn bởi các tiết diện I-I và II-II:

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

Theo phương trình Becnuli ta có năng lượng riêng tại từng mặt cắt:

V, áp năng, vị năng, vận tốc trung bình tại mặt cắt và hệ số điều chỉnh động năng.

Hiệu năng lượng riêng của hai mặt cắt là năng lượng đơn vị của dòng chảy trên đoạn sông có chiều dài l và được gọi là cột áp của đoạn sông, ký

Hình 1.0 Sơ đồ xác định năng lượng dòng chảy trên đoạn sông

+Kênh vào +C a van ử +Đ ườ ng hầầm (gồầm Tháp và van) +Đ ườ ng ồống Nhà máy : + Thiêốt b c khí : ị ơ Chính : Tuabin cho t ng t máy Ph : (các thiêốt ừ ổ ụ b khác) ị + Thiêốt b đi n kyỹ thu t T máy ị ệ ậ ổ Tuabin

+ Tuabin, cánh h ướ ng … + B điêầu tồốc Máy phát ộ + Máy phát

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

Nếu một đoạn sông có cột áp H, lưu lượng Q thì năng lượng dòng chảy trên đoạn sông đó là: QHdt t Hay HW

Trong đó: W – thể tích nước đoạn sông.

Công suất nước của dòng chảy trên đoạn sông là: : N QH Để sử dụng năng lượng của đoạn sông thì phải tập trung năng lượng dòng nước phân bố trên đoạn sông đó tại một chỗ, tạo độ chênh mực nước thượng và hạ lưu, nghĩa là phải tạo nên cột áp.

Sơ đồ nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện là một tổ hợp phức tạp, sử dụng năng lượng của sông suối, để sản xuất điện năng bao gồm 3 tuyến :

- Tuyến áp lực (tuyến đầu mối)

Các thiết bị chính trong nhà máy thủy điện

1 Cửa nhận nước 3 Bình tạo áp lực

5 Ống áp lực 9 Hệ thống dầu áp lực và bộ điều tốc

6 Tuabin 10 Hệ thống nước làm mát

8 Hệ thống kích thích máy phát 12 Cửa hạ lưu

Trong thực tế có 3 phương pháp tập trung năng lượng của dòng nước tương ứng với ba sơ đồ nhà máy thủy điện: Nhà máy thủy điện kiểu lòng sông, nhà máy thuỷ điện đường dẫn và nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hơp. a Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông (hay sau đập). Để tập trung năng lượng người ta dùng đập cột áp H là độ chênh mực nước trước và sau đập (tương ứng thượng lưu và hạ lưu) Đập có hồ chứa nước lớn để điều tiết lưu lượng dòng sông.

Nhà máy thường đặt sau đập đối với cột nước lớn, hoặc là một bộ phận của đập đối với cột nước nhỏ Các trạm thuỷ điện với phương pháp tập trung năng lượng bằng đập gọi là nhà máy kiểu lòng sông hay sau đập.

Nó áp dụng cho các con sông ở đồng bằng, trung du nơi có độ dốc lòng sông nhỏ, lưu lượng sông lớn Trong thực tế, chiều cao của đập bị hạn chế bởi kỹ thuật đắp đập và diện tích bị ngập Cột áp ở các trạm thủy điện này

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong nhà máy thủy điện

Hình 1.2 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong nhà máy thủy điện

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang không lớn lớn, thông thường không lớn hơn 30 – 40m Tuy nhiên, nhà máy thủy điện kiểu này đã đạt cột áp cao nhất H = 300m là nhà máy thủy điện Nurec ở Liên Xô.

Nhà máy thủy điện Thác Bà trên sông Chảy là nhà máy thủy điện lòng sông có cột áp H = 37m, N = 40MW, ba tổ máy. b Nhà máy thủy điện đường dẫn:

Nước được ngăn bởi một đập thấp rồi chảy theo đường dẫn (Kênh, máng, tuy – nen, ống dẫn) đến nhà máy thủy điện. Ở đây cột áp cơ bản là do đường dẫn tạo nên, còn đập chỉ để ngăn nước lại để đưa vào đường dẫn Đường dẫn có độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòng sông Kiểu trạm này thường dùng ở các sông suối có độ dốc lòng sông lớn và lưu lượng nhỏ.

Trạm thủy điện Đa Nhim (Ninh Thuận) có cột nước H = 800m, N 160MW ( bốn tổ máy 40 MW/ tổ máy).

Trạm thủy điện có cột nước lớn nhất thế giới hiện nay là trạm Bogota (Colombia) có H = 2000m, N = 500MW.

Hình 1.3 Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu lòng sông Hình 1.3 Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu lòng sông

GVHD: PGS.TS Ng c Nhà máy thủy điện tổng hợp:

Năng lượng nước được tập trung là nhờ đập và cả đường dẫn Cột áp của trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đường dẫn tạo nên.

Nhà máy kiểu này được dùng cho các đoạn sông mà ở trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở phía dưới có độ dốc lớn thì xây dựng đường dẫn.

Nhà máy thủy điện Hoà Bình (H = 88m, N = 220MW, 8 tổ máy) và Trị

An (H = 50 m, N = 100MW, 3 tổ máy) là trạm kiểu tổng hợp.

Hình 1.4 Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu kênh dẫn

Hình 1.5 Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu tổng hợpHình 1.5 Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp

Khái niệm

Quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng có tính chất đặc biệt so với các sản phẩm khác, đó là sự cân bằng giữa cung và cầu diễn ra liên tục trong từng phút, từng giây…điều này có nghĩa là cân bằng công suất tác dụng trong hệ thống điện diễn ra một cách tự nhiên.

Một nhiệm vụ hết sức quan trọng của Nhà máy cung cấp điện là đảm bảo các chỉ tiêu về chất lượng điện năng của hệ thống điện, trong đó hai chỉ tiêu đặc biệt quan trọng là chỉ tiêu về điện áp và tần số phải nằm trong phạm vi cho phép theo quy định

Ulv = U ± 5%U và f = f ± 0,2Hz Trong đó thông số điện áp mang tính chất cụcđm đm lv đm bộ còn tần số mang tính chất hệ thống Đối với tổ máy phát điện, việc điều chỉnh điện áp chính là điều chỉnh dòng kích từ của tổ máy còn việc điều chỉnh tần số hệ thống chính là điều chỉnh công suất hữu công của tổ máy phát ra Đối với nhà máy thủy điện, việc điều chỉnh công suất hữu công của tổ máy chính là điều chỉnh công suất cơ của turbine thủy lực bằng cách điều chỉnh độ mở cánh hướng để thay đổi lưu lượng nước qua turbine.

Như vậy, hệ thống điều tốc trong nhà máy thủy điện là một hệ thống tự động điều chỉnh công suất cơ của turbine thủy lực để duy trì tốc độ quay (tần số) của tổ máy trong giới hạn cho phép, đồng thời đảm bảo cho tổ máy làm việc ở các chế độ: Tần số, công suất, điều khiển nhóm và chế độ bù đồng bộ. a Quan điểm về việc điều chỉnh tần số

Quan điểm để đưa ra kết luận phải thay đổi công suất phát tổ máy để duy trì ổn định tần số là khi có sự thay đổi về tần số thì có thể gây ra một số hậu quả xấu cho thiết bị như:

Các thiết bị được thiết kế và làm việc tối ưu ở tần số định mức.

Khi tần số giảm thì hiệu suất của thiết bị cũng giảm ví dụ như: Quạt, động cơ

Làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm như ngành dệt, mài, tiện Làm thay đổi trào lưu công suất trong hệ thống.

Làm giảm tính ổn định của khối turbine máy phát.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang b Nguyên nhân

Các yếu tố gây ra việc thay đổi tần số, công suất là do sự không phù hợp giữa sản xuất và tiêu thụ như:

Giờ trong ngày như: Vào giờ cao điểm

Ngày trong tuần như: Thứ bảy, chủ nhật Ảnh hưởng của thời tiết như: Mưa, nắng

Chính sách về giá theo giờ trong ngày

Những biến cố đặc biệt như: Lễ hội, thể thao

Những yếu tố ngẫu nhiên khác

Vai trò của điều chỉnh tần số trong hệ thống điện

- Tấn số và điện áp là hai chỉ tiêu quan trọng nhất của chất lượng điện năng. Mỗi một thiết bị tiêu thụ điện làm việcvới một tần số nhất định Khi tần số của nguồn cung cấp cho thiết bị tiêu thụ điện lệch khỏi tần số định mức của nó thì công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và các thông số khác của thiết bị đó cũng thay đổi. Người ta đã xây dựng được đặc tính về mối quan hệ giữa P và Q theo tần số ở một phụ tải tổng hợp có dạng như sau:

+ Đối với công suất tác dụng (P), đặc tính có dạng tuyến tính Độ dốc của đặc tính phụ thuộc vào thành phần động cơ đồng bộ (ĐB), động cơ không đồng bộ (ĐK) có trong phụ tải tổng hợp đó.

- Đối với ĐB: Khi tần số thay đổi 1% thì P thay đổi 1%;

- Đối với ĐK: Khi tần số thay đổi 1% thì P thay đổi 3%;

- Các lò điện trở, hồ quang …P không phụ vào tần số.

+ Đối với công suất phản kháng (Q), tại một nút phụ tải ta có:

Hình 2.0 Đặc tính phụ tải tổng hợp theo tần số Hình 2.0 Đặc tính phụ tải tổng hợp theo tần số

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

- Qo : Công suất phản kháng mà các động cơ và máy biến áp tiêu thụ (công suất từ hoá);

- ΔQ : Tổn thất công suất phản kháng trong hệ thống;

- Q c : Công suất phản kháng do đường dây sinh ra.

Khi tần số giảm, Q tăng, ΔQ và Q tăng Đối với một nút phụ tải, khi tần sốo giảm 1% thì Q tăng (1÷5)%.

Ngoài ra sự thay đổi tần số của hệ thống cũng có một phần ảnh hưởng đến điện áp, nhờ vậy khi hệ thống thiếu công suất phản kháng làm điện áp giảm, có thể giảm bớt độ sụt áp bằng cách nâng tần số lên.

Như vậy, tần số có vai trò quan trọng đến hệ thống điện, có ảnh hưởng trực tiếp đến các thiết bị tiêu thụ điện, cho nên việc giữ tần số ở một giá trị cố định (hay giữ cho tần số chỉ được sai lệch trong một phạm vi cho phép) là một yêu cầu quan trọng của hệ thống.

Khác với điện áp, tần số tại mọi điểm trong hệ thống đều như nhau và việc điều chỉnh tần số chỉ có thể thực hiện tại các nhà máy điện Quá trình điều chỉnh tại các nhà máy điện để duy trì tần số ở một giá trị nhất định (hay được sai lệch trong phạm vi cho phép) được gọi là điều tốc Vì vậy điều tốc là một trong những thiết bị quan trọng trong dây chuyền sản xuất điện năng.

Điều tốc

Nhiệm vụ của điều tốc

Ta có tần số dòng điện của máy phát điện xoay chiều được xác định theo biểu thức:

- f: Tần số dòng điện xoay chiều (Hz)

- n: Tốc độ quay của rotor máy phát (v/ph)

Vì số đôi cực p của máy phát không đổi nên muốn bảo đảm tần số dòng điện

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang không đổi ta phải duy trì số vòng quay n của rotor

Rotor của máy phát được nối vào trục của turbine Dưới tác dụng của năng lượng dòng nước, turbine thuỷ lực quay làm rotor máy phát quay theo Phương trình động lực trên trục turbine máy phát là:

- Mt: Moment động lực, có tác dụng làm turbine quay Moment này do năng lượng dòng nước sinh ra.

- M c : Moment cản trên trục turbine máy phát Moment này do ma sát, moment điện từ …Moment điện từ do dòng điện chạy trong phần ứng của máy phát sinh ra Moment này thay đổi khi phụ tải máy phát thay đổi.

- J: Moment quán tính của tổ máy, quy về trục turbine.

- ω: Tốc độ góc của trục turbine máy phát.

Ta thấy số vòng quay không đổi (n=const) khi dn/dt = 0 hay dω/dt = 0. Thay vào phương trình (1) ta được:

Vậy để giữ tốc độ turbine không đổi ta phải đảm bảo moment động lực bằng moment cản hay công suất turbine bằng công suất máy phát (N=M.ω) Vì công suất của phụ tải máy phát thay đổi liên tục nên muốn bảo đảm tần số dòng điện không đổi ta phải liên tục thay đổi công suất của turbine thuỷ lực cho phù hợp.

Công suất của turbine thuỷ lực do dòng nước cung cấp và được xác định bằng biểu thức:

NTB: Công suất turbine (kW) η : Hiệu suất sử dụng cột nước của turbine

H: Chiều cao cột nước hiệu dụng (m)

Từ công thức trên ta thấy có thể thay đổi η, Q hay H để điều chỉnh công suất của turbine nhưng tiện lợi và kinh tế nhất là điều chỉnh lưu lượng Q.

Lưu lượng Q của một dòng nước qua tiết diện S được xác định theo biểu thức:

Từ công thức trên ta thấy có thể thay đổi η, Q hay H để điều chỉnh công suất của turbine nhưng tiện lợi và kinh tế nhất là điều chỉnh lưu lượng Q.

Lưu lượng Q của một dòng nước qua tiết diện S được xác định theo biểu thức:

Với: v : Vận tốc dòng chảy qua tiết diện S (m/s)

S: Mặt cắt ngang dòng nước (m ) 2

Ta tính vận tốc dòng nước như sau: v

H: Độ cao cột nước, đó chính là chênh lệch mực nước hồ với hạ lưu turbine. v : Vận tốc của dòng chảy khi ra khỏi đường ống.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt (1-1) và (2-2) bỏ qua tổn thất và coi nước là chất lỏng lý tưởng, ta có:

Trong đó: p1 = p2 =po: Áp suất khí trời v1 = 0: Vì thể tích hồ chứa rất lớn γ : Trọng lượng riêng của nước

Z1, Z2 :Độ cao mặt đang xét so với mặt chuẩn (0-0)

Thay vào phương trình (2) ta được: v2

Vì độ cao cột nước H hầu như không đổi trong khoảng thời gian xét nên vận tốc dòng nước chảy qua turbine là không đổi.

Vậy để điều chỉnh lưu lượng Q người ta phải thay đổi tiết diện dòng chảy khi ra khỏi đường ống.

Tuỳ vào từng loại turbine mà có những biện pháp điều chỉnh lưu lượng khác nhau Đối với turbine tâm trục người ta thường thay đổi độ mở cánh hướng nước và góc quay của bánh xe công tác Đối với turbine cánh gáo người ta vừa điều khiển kim phun và vừa điều khiển cánh hướng dòng.

Vòi phun có tác dụng hướng dòng nước đến bánh xe công tác và để điều chỉnh lưu lượng cho phù hợp với yêu cầu phụ tải Trong vòi phun có van kim (kim phun). Nhờ có cơ cấu điều khiển van kim sẽ di chuyển dọc theo trục làm thay đổi tiết diện miệng vòi, do đó điều chỉnh được lưu lượng.

Tóm lại, điều tốc cho turbine thuỷ lực là điều khiển lưu lượng nước vào turbine để giữ cho tốc độ quay turbine không đổi khi phụ tải thay đổi.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

Máy điều tốc tự động

4.1 Máy điều tốc tác động trực tiếp (hình 2.1) Ở đây bộ phận cảm biến tốc độ quay của turbine chính là con lắc ly tâm Vì lực ly tâm tỉ lệ với bình phương tốc độ (F = ω R) nên mọi sự thay đổi về số vòng quay 2 của turbine đều được phản ánh qua vị trí con lắc.

Nếu phụ tải máy phát giảm, moment động lực sẽ lớn hơn moment cản, năng lượng thừa sẽ làm tốc độ của máy phát và con lắc ly tâm tăng lên Dưới tác dụng của lực ly tâm hai tải trọng của con lắc ly tâm càng cách xa nhau làm cho ống lồng (4) được nâng lên Đầu phải của tay đòn (5) đẩy van (6) về phía đóng để giảm lưu lượng.

Do đó công suất của turbine sẽ giảm đến trị số tương ứng với phụ tải mới, quá trình điều chỉnh chỉ dừng lại khi M = M Trong trường hợp này số vòng quay ổn định sẽđ c lớn hơn số vòng quay ban đầu một ít Trường hợp phụ tải tăng, quá trình điều chỉnh sẽ tương tự nhưng theo chiều ngược lại và kết quả là số vòng quay ổn định sẽ nhỏ hơn số vòng quay ban đầu một ít.

Máy điều tốc tác động trực tiếp tuy có kết cấu đơn giản nhưng có một số khuyết điểm sau:

+ Lực chuyển động để điều khiển thiết bị điều chỉnh bé nên chỉ dùng cho turbine công suất nhỏ.

+ Sự khác nhau giữa số vòng quay ứng với phụ tải khác nhau tương đối lớn Số vòng quay lớn nhất ứng với phụ tải nhỏ nhất còn số vòng quay nhỏ nhất ứng với phụ tải lớn nhất (vì sau khi điều chỉnh, số vòng quay bao giờ cũng khác với số vòng quay ban đầu), do cơ cấu điều chỉnh là khâu tỉ lệ nên có sai số điều chỉnh.

+ Hiệu suất của turbine giảm do tổn thất khá nhiều khi chảy qua van phẳng. Để giảm bớt tổn thất thuỷ lực khi chảy qua cửa van, người ta điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi chiều cao cánh hướng dòng như dùng cửa van hình trụ kiểu thùng chụp bao quanh bộ phận hướng dòng hay nắp turbine có thể di động lên xuống.

Hình 2.1 Máy điều tốc tác động trực tiếp

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

1 Bánh xe công tác 4 Ống lồng

2 Máy phát điện 5 Tay đòn

3 Con lắc ly tâm 6 Van

4.2 Máy điều tốc tác động gián tiếp (hình 2.2) Để thay đổi độ mở các bộ phận điều chỉnh turbine cở trung bình và lớn, đòi hỏi phải có môt lực rất lớn, mạnh đến hàng nghìn kN (tương đương hàng trăm tấn) nên lực ly tâm do quả lắc sinh ra qua hệ thống đòn không đủ để điều khiển các bộ phận điều chỉnh được Bởi vậy, đối với turbine cở trung bình và lớn và ngay cả đối với phần lớn các turbine nhỏ, người ta dùng máy điều tốc tự động tác động gián tiếp Loại máy này có kết cấu phức tạp hơn nhiều so với máy điều tốc tác động trực tiếp Giữa quả lắc ly tâm và bộ phận điều chỉnh lưu lượng là hệ thống khuếch đại tín hiệu, gồm van điều phối và động cơ tiếp lực để tạo nên lực đóng mở các bộ phận điều chỉnh lưu lượng khá lớn Để hệ thống điều chỉnh ổn định, trong máy điều tốc tác động gián tiếp còn có bộ phận phục hồi Bộ phận phục hồi gồm có hai loại: Phục hồi cứng và phục hồi mềm.Sau đây là sơ đồ nguyên lý làm việc của máy điều tốc tác động gián tiếp có bộ phận phục hồi cứng và mềm.

Hình 2.2 Máy điều tốc tác động gián tiếp

1 Con lắc ly tâm 7 Trục điều chỉnh

2 Cánh tay đòn 8 thanh kéo

3 Van phân phối 9 Trục turbine

5 Piston của servomotor 11 Cánh tay đòn của bộ phận phục hồi

6 Cần truyền động 12 Thiết bị giảm chấn

* Nguyên lý làm việc của sơ đồ tác động gián tiếp như sau:

Trục của con lắc ly tâm (1) liên hệ với trục turbine nhờ bộ phận truyền động bằng dây cu-roa hay bằng điện Cho nên mọi sự thay đổi về số vòng quay của turbine đều được thể hiện qua số vòng quay của con lắc ly tâm Giả sử phụ tải máy phát giảm

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang xuống, lúc đó số vòng quay của máy phát và con lắc ly tâm sẽ tăng lên làm cho tải trọng của con lắc ly tâm tách ra xa nhau và nâng ống lồng A lên vị trí A’ Đồng thời vì piston (5) của động cơ tiếp lực chưa chuyển động được (vì không có lực đủ lớn), điểm

B coi như vẫn cố định, nên đầu mút C của tay đòn (2) hạ xuống đến C’ Khi đầu mút C hạ xuống, piston của van phân phối (3) cũng bị đẩy xuống và cửa sổ phía dưới của van phân phối mở để cho dầu áp lực chảy vào phía phải của piston (5) của servomotor (4). Piston của servomotor chuyển động sang trái đóng bớt độ mở của cơ cấu hướng nước (hay dịch chuyển kim phun) làm công suất turbine giảm.

Nếu sự dịch chuyển của piston servomotor không bị hạn chế thì công suất của turbine đến lúc sẽ bị nhỏ hơn trị số công suất tương ứng với phụ tải của máy phát Và do đó sẽ làm cho vòng quay của turbine giảm xuống nhỏ hơn số vòng quay định mức. Qua con lắc ly tâm ống lồng A sẽ hạ xuống còn đầu C lại được nâng lên Cửa số phía trên của van phân phối sẽ được mở ra và dầu áp lực sẽ chảy vào phía trái của piston (5) làm mở rộng cánh hướng nước (mở kim phun) Cứ như thế sẽ xảy ra hiện tượng đóng mở liên tiếp bộ phận hướng nước, điều đó có nghĩa là quá trình điều chỉnh không ổn định Để tránh hiện tượng này cần kịp thời đưa piston của van phân phối về vị trí trung gian Muốn thế người ta lắp vào máy điều tốc một hệ thống truyền động tay đòn gọi là bộ phận phục hồi Bộ phận phục hồi gồm tay đòn (11), thiết bị giảm chấn (12).

Trường hợp máy điều tốc có bộ phận phục hồi cứng (chỉ có tay đòn 11 chứ không có bộ phận 12) thì quá trình điều chỉnh có khác Khi cần (6) của piston servomotor chuyển động sang trái, bộ phận hồi phục (11) nâng điểm B lên vị trí B’, đồng thời do ống lồng của con lắc ly tâm khi số vòng quay tăng đang ở vị trí A’ nên điểm C’ cũng được đưa về điểm C Nhờ thế piston của van phân phối trở về vị trí trung gian (cô lập đường dầu khoang đóng và mở) Sau khi van phân phối ngừng làm việc số vòng quay của tổ máy giảm xuống, nhưng vẫn còn lớn hơn số vòng quay ban đầu, do đó có độ không đồng đều của điều chỉnh. n max n min n o nmax : Số vòng quay của tổ máy khi không tải nmin : Số vòng quay của tổ máy khi đầy tải n :0 Số vòng quay định mức

Tổ máy làm việc với độ không đồng đều lớn chỉ cho phép với trạm thuỷ điện độc lập cung cấp cho phụ tải hoặc khi hai tổ máy làm việc riêng rẻ. Để hạn chế hoặc loại trừ “độ không đồng đều” nói chung người ta dùng máy của servomotor được nối với điểm B của tay đòn (2) nhờ bộ phận hồi phục đặc biệt bao gồm thiết bị giảm chấn (12) và lò so (13) Thiết bị giảm chấn là một xi lanh chứa dầu, ở trong piston có lỗ khoét nhỏ.

Trường hợp máy điều tốc có bộ phận hồi phục mềm thì quá trình điều chỉnh xảy ra như sau: Khi cần (6) của servomotor dịch chuyển về trái (giảm tải) điểm B nhanh chóng được nâng lên vị trí B’ đồng thời ép lò so (13) lại và đưa piston của van phân phối về vị trí trung gian Sở dĩ điểm B nhanh chóng chuyển được về vị trí B’ là vì qua lỗ khoét nhỏ của piston thiết bị giảm chấn, dầu không kịp chảy từ dưới lên trên và do đó bộ phận hồi phục mềm làm việc như hồi phục cứng Nhưng sau đó nhờ lực đẩy của lò so (13), dầu trong thiết bị giảm chấn chảy từ từ, từ dưới lên, chiều dài của bộ phận hồi phục bị giảm làm cho piston phân phối chuyển động về phía tiếp tục đóng bộ phận hướng nước Số vòng quay của tổ máy giảm từ từ đến trị số ban đầu. Điểm B sẽ chuyển động cho đến khi lò xo (13) ở trạng thái tự do Kết thúc quá trình điều chỉnh thì diểm B’ trở về điểm B và ống lồng của con lắc ly tâm ở điểm A.

Số vòng quay cúa tổ máy trước và sau khi điều chỉnh vẫn không thay đổi.

Quá trình điều chỉnh khi tăng tải cũng xảy ra tương tự như khi giảm tải nhưng các bộ phận của hệ thống điều chỉnh chuyển động ngược lại.

Máy điều tốc ta vừa xét ở trên chỉ thay đổi lưu lượng dòng nước (bằng cánh hướng hay kim phun) gọi là điều tốc đơn Ngoài ra trong thực tế còn có các loại điều tốc kép, vừa điều chỉnh cánh hướng vừa điều chỉnh góc quay cánh turbine (đối với turbine cánh quay), hoặc vừa điều chỉnh kim phun vừa điều chỉnh thiết bị lái dòng (đối với turbine cánh gáo).

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN

Hệ thống dầu áp lực và bộ điều tốc là các thiết bị quan trọng trong nhà máy thủy điện, có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ tuabin phục vụ cho điều chỉnh tần số để hệ thống điện luôn luôn ổn định Vì vậy chương này chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu nghiên cứu về nhiệm vụ cũng như nguyên lý hoạt động của bộ điều tốc.

Turbine là thiết bị dùng để biến đổi thế năng của cột nước thành cơ năng để quay máy phát điện.

Vì điều kiện thiên nhiên (địa hình, địa chất và thuỷ văn) của nhà máy thuỷ điện rất khác nhau nên cột nước, lưu lượng nước cũng rất khác nhau Vì vậy turbine cũng có nhiều kiểu, nhiều cỡ khác nhau.

Tuỳ theo kiểu tác động của dòng nước vào BXCT mà chia turbine thành hai loại chính: Turbine phản kích (do thành phần thế năng tác động là chủ yếu) và turbine xung kích (do thành phần động năng tác động là chủ yếu) Mỗi loại turbine lại được chia làm nhiều hệ khác nhau.

Turbine thủy lực dùng cho nhà máy thủy điện Ialy là loại turbine phản kích trục đứng mã hiệu PO230/791ДM1-B-360 do nhà máy kim loại LêNingrát thiết kế và chế tạo.

Turbine thủy lực sử dụng đồng bộ với máy phát đồng bộ 3 pha công suất 180

Chế độ làm việc của turbine:

Chế độ phát công suất;

Chế độ bù đồng bộ.

Quá trình điều khiển turbine thủy lực được thực hiện bởi bộ điều tốc thủy lực ЭГP-MΠ-100-15, hệ thống dầu MHY 4-1-1-40-4-2, thiết bị tự động turbine, và van đĩa trước turbine.

2 Các thông số kỹ thuật

Công suất định mức theo cột áp tính toán : 183,3 MW

Công suất tối đa ở cột áp tối đa : 183,3 MW

Lưu lượng turbine ở công suất định mức và cột áp tính toán : 104,4m 3 /s

- Số vòng quay: Định mức: 250v/ph

- Chiều quay: Chiều phải (theo chiều kim đồng hồ nhìn từ phía máy phát)

- Chiều cao hút ở chế độ công suất định mức và cột áp tính toán: - 6,8m

- Độ tăng áp suất lớn nhất tại tiết diện đầu vào của buồng xoắn, tại điểm giữa cánh hướng.

- Khi giảm tải toàn bộ

+ Đồng thời 2 tổ máy có tính đến địa chấn: 265.0m

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

- Mức tăng số vòng quay.

Tính bằng % từ số vòng quay định mức khi giảm tải toàn bộ

- Mô men lực tổ máy: 9000TC.M

- Tác động thủy lực tối đa lên trục: 340TC

- Lực dọc trục từ trọng lượng phần quay turbine và áp lực nước : 450TC

- Cao độ đường trung bình cánh hướng: 296.8m

- Đặc tính vận hành của turbine thuỷ lực: Hình 3.0

Hình 3.0 Đặc tính vận hành turbine thủy lực

3 Các thành phần chi tiết

- Bánh xe công tác là bộ phận làm việc cơ bản của turbine thủy lực làm nhiệm vụ biến năng lượng của dòng chảy thành cơ năng quay trục turbine và truyền chuyển động quay này tới máy phát thủy lực.

- Cánh hướng: Điều chỉnh lưu lượng nước qua turbine khi có sự thay đổi công suất tổ máy, đồng thời là một hệ thống bảo vệ turbine.

- Buồng xoắn: Cân bằng dòng chảy của nước từ đường hầm (ống dẫn) sang máy dẫn hướng được thực hiện qua buồng xoắn.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

- Stator: Là thân máy cơ bản Statorr chịu lực tác dụng của buồng xoắn, chịu tải trọng của khối bê tông trên máy và tải trọng các chi tiết turbine đè lên statorr.

- Ống hút: Ống hút có tác dụng tăng thêm cột nước sử dụng chính là độ chân không tạo ra sau BXCT, có nghĩa là tăng độ chênh áp lực tác dụng lên mặt BXCT turbine Tuy nhiên, độ chân không ở mặt sau BXCT bị hạn chế bởi điều kiện xảy ra khí thực turbine Như vậy nhiệm vụ của ống hút là:

- Dẫn nước từ BXCT của turbine xuống hạ lưu với ít tổn thất thuỷ lực nhất

- Sử dụng được phần lớn động năng còn lại của nước sau khi ra khỏi BXCT.

II Các bộ phận, hệ thống liên quan

Dùng để đóng mở, điều chỉnh cánh hướng trong quá trình turbine làm việc.

Số lượng động cơ: 2 cái, 1 đặt bên trái, 1 đặt bên phải (không đổi lẫn cho nhau được) đặt trong hốc giếng turbine, vỏ động cơ trợ động bắt chặt vào móng, còn cần đẩy lắp vào vành điều chỉnh qua chốt, đường kính piston động cơ 500mm, hành trình piston tính cả độ căng 404mm Động cơ bên trái có thước đo hành trình và trên cần piston được liên kết với cơ cấu phản hồi độ mở cánh hướng.

Trên đường ống dầu áp lực có lắp đồng hồ để đo áp suất khi đóng mở Ở 2 động cơ đều có lắp van giảm chấn hành trình đóng ở vị trí cuối piston.

2 Hệ thống điều khiển tự động turbine

Hệ thống điều khiển tự động turbine đảm bảo cho turbine hoạt động bình thường mà không cần sự có mặt thường xuyên của nhân viên vận hành.

Bộ điều tốc điện thủy lực ЭΓP-MΠ-100-15

Hệ thống dầu áp lực MHY

Hệ thống đóng sự cố cánh hướng

Hệ thống bảo vệ lồng tốc cơ khí a Bộ điều tốc điện thủy lực

Bao gồm: - Panel thiết bị điện PROFI-D

Hệ thống phản hồi vị trí cánh hướng

Trong panel thiết bị điện có lắp ráp thiết bị điện tử, các khối tín hiệu điều khiển cho cột điều khiển điện thủy lực, và một số lượng cần thiết các thiết bị đầu vào và đầu ra của rơ le điện từ, cho phép sử dụng các tín hiệu của hệ thống điều khiển, và chuyển các tín hiệu điều khiển và thông tin vào hệ thống điều khiển. b Hệ thống dầu áp lực MHY

MHY được sử dụng để tạo ra nguồn dầu áp lực 40kg/cm , cung cấp cho hệ 2 thống điều khiển phần cơ khí thuỷ lực của hệ thống điều tốc tổ máy (hình 3.1). c Hệ thống đóng sự cố cánh hướng

Hệ thống đóng sự cố cánh hướng dùng cho turbine thủy lực bao gồm:

Van trượt sự cố có điều khiển thủy lực, van trực tiếp tác động lên động cơ trợ động cánh hướng về phía đóng để bảo vệ tổ máy trong tình trạng sự cố.

Bình thường trượt sự cố (2) ở vị trí bên phải vì do lực căn lò xo nên kim trượt (4) ở vị trớ dưới ị dầu từ bỡnh MHY vào khoang trỏi của trượt sự cố ( hai bờn đều cú ỏp lực từ bỡnh MHY nhưng do vi sai của 2 đầu piston (2) ị dành quyền điều khiển từ van trượt chính.

Khi có lệnh sự cố khẩn cấp: Từ hệ thống bảo vệ đưa vào cuộn dây điện từ 5 hoặc từ thiết bị chống lồng tốc 160% (con lắc ly tâm) Lúc này trượt (4) đi lên trên làm thông khoang trên của trượt điều khiển (3) và khoang trái của piston (2) với đường xả ị piston này dịch chuyển sang trỏi ị bịt kớn đường đúng và mở từ ngăn kộo chớnh và dầu áp lực từ hệ thống MHY đi thẳng đến khoang đóng servomotor, còn dầu từ khoang mở đổ về bể xả theo đường trên hình 3.1.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống van đóng sự cố d Thiết bị chống tăng tốc

HỆ THỐNG DẦU ÁP LỰC

I Thiết bị dầu áp lực (MHY) và hệ thống làm mát dầu.

Hình 4.0 Sơ đồ hệ thống van đóng sự cố

Thiết bị dầu áp lực dùng để cung cấp dầu áp lực T/7-30 (OCT 9972-74) hoặc dầu tương đương với nó cho bộ điều chỉnh tốc độ tuabin. Để thao tác điều tốc cần có hệ thống dầu áp lực làm nguồn cung cấp năng lượng, thiết bị dầu áp lực là khâu trung gian truyền lực cho động cơ.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang

Hệ thống MHY gồm có:

Bình chứa dầu áp lực MHY, tổ máy bơm dầu, rơle điều khiển và thiết bị làm mát dầu được nối với nhau và nối với hệ thống thuỷ lực bằng các đường ống.

*Bình chứa dầu áp lực MHY chứa dung tích 12.5 m3 có kết cấu hình trụ làm bằng kiểu hàn, đáy hình elíp làm bằng thép tấm, bình có cửa chui để kiểm tra và sửa chữa, có các chân để lắp đặt lên móng, các tai cheo để vận chuyển, có mặt bích và các ống để nối với các ống dẫn dầu và khí Có trang bị các áp kế, ống thuỷ báo mức dầu, van khí một chiều, các đát trích báo mức, đát trích áp lực và các van khác.

Trong bình dầu chỉ chiếm 30 40% thể tích, phần còn lại là không khí nén Nhờ tính đàn hồi của không khí nén mà sóng áp lực sinh ra khi thao tác điều chỉnh tuabin được giảm đi nhiều Lượng dầu và áp lực dầu trong bình là nguồn dự trữ năng lượng, nên giảm nhẹ công suất bơm dầu(so với việc dùng bơm trực tiếp vào bộ phận điều chỉnh ) Trong quá trình làm việc, dầu và không khí nén trong bình bị hao hụt do rò rỉ.

Vì vậy cần thường xuyên kiểm tra và bổ xung dầu vào bình chứa bằng hệ thống bơm, còn không khí nén được cung cấp bởi các hệ thống nén khí Áp lực khí nén trong bình chứa dầu thường là 25 kg / cm 2 , 40 kg / cm 2 , do thao tác điều khiển động cơ secvo làm áp lực trong bình chứa sụt xuống Khi áp lực trong bình sụt xuống 2 3 kg / cm 2 so với bình thường thì các bơm dầu hoạt động nhờ các rơle áp lực Khi áp lực đạt bình thường thì rơ le tự động điều chỉnh dừng máy bơm.

* Ống thuỷ báo mức dầu của bình MHY được lắp trên thành bình dầu khí, dùng để kiểm tra bằng mắt thường mức dầu trong bình MHY Ống thuỷ có các van chặn, ống trong suốt đánh dấu thang đo và vỏ trong suốt bảo hiểm.

Van chặn gồm có van chặn trên và van chặn dưới, ngoài ra còn có các van

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Quang bi một chiều Trường hợp ống đo dầu bị vỡ thì các viên bi sẽ đậy các lỗ thông, không cho dầu chảy ra ngoài Thang đo của ống thuỷ có các vạch chia độ tính bằng % so với thể tích bình dự trữ. bình MHY với bình chứa khí của nhà máy và dùng để ngăn không khí không cho ra khỏi bình MHY sau khi nạp.

* Bộ điều chỉnh mức dầu ở bình MHY.

Bộ điều chỉnh mức dầu PYM-3 dùng để nạp bổ xung không khí vào bình MHY trong suốt quá trình MHY làm việc Mức dầu trong bình MHY tăng quá mức (35% thể tích bình MHY) khoảng từ 15-20mm thì phao bộ điều chỉnh nổi lên và đẩy con đợi để mở van.

Không khí từ bình chứa khí của nhà máy qua bộ lọc và đi vào bình MHY Nếu mức dầu tụt quá mức thì phao cũng tụt xuống, giải phóng van bi áp lực dư của không khí sẽ làm bịt kín van.

Bể xẩ dầu có kết cấu kim loại hàn bằng thép tấm dùng để thu gom dầu từ hệ thống thuỷ lực, lọc và khử không khí trong dầu.

* Để duy trì chế độ nhiệt bình thường trong hệ thống thuỷ lực, MHY được nắp thiết bị làm mát dầu (MY-3b) có trị số chỉnh định chạy bơm ở 42 độ C và cắt bơm ở 38 độ C phát tín hiệu ở 37 độ C nhờ đát trích nhiệt độ báo hiệu.

* Nhiệt độ toả ra trong hệ thống thuỷ lực do tổn thất năng lượng được làm nguội bằng phương pháp bức xạ tự nhiên và phương pháp đối lưu qua thiết bị làm mát dầu Nhờ đó đảm bảo duy trì nhiệt độ môi trường trong phạm vi cho phép.