tổng quan về nhà máy thủy điện ialy

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

LỜI NÓI ĐẦU

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.Thông số điện áp mang tính chất cục bộ còn tần số mang tính chất hệ thống.Vì vậy điều chỉnh tần số nguồn phát là vấn đề cần quan tâm, đặc biệt điều chỉnh tốc độ cho tổ máy thuỷ lực là vấn

đề mà đòi hỏi các Nhà thiết kế phải có các phương pháp điều chỉnh tối ưu, bởi vì đặc thù của tổ máy thuỷ điện là số đôi cực từ nhiều, kích thước lớn, quán tính lớn Do đó để đáp ứng các yêu cầu về điều chỉnh tốc độ và ổn định tần số trong các chế độ làm việc khác nhau là vấn đề hết sức quan trọng.

Đặc điểm về địa lý của nhà máy thủy điện Ialy là điểm giữa của hệ thống điện quốc gia, có công suất lớn và tính cơ động sẵn có của nhà máy thuỷ điện Nhà máy Ialy đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền tải công suất cho các miền: Bắc-Trung-Nam, đồng thời góp phần nâng cao độ

ổn định của hệ thống về tần số và điện áp trong các chế độ vận hành của hệ thống điện quốc gia

Đề tài gồm hai phần:

- Phần I : Giới thiệu tổng quan về Nhà máy thuỷ điện Ialy.

- Phần II : Nghiên cứu, khảo sát hệ thống điều tốc turbine Nhà máy thuỷ điện Ialy.

Em xin được gởi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trường Đại Học Quy Nhơn đã truyền đạt cho em những kiến thức quý báu để em có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp này Đặc biệt em cảm ơn các kỹ sư Huỳnh Văn Chương và Đỗ Xuân Hòa công tác tại nhà máy thủy điện Ialy đã tận tình hướng dẫn động viên em trong suốt quá trình thực hiện để em có thể hoàn thành đề tài tốt nghiệp này Em xin được gởi lời biết ơn sâu sắc đến Lãnh đạo Công ty thủy điện Ialy đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài

Quy Nhơn,tháng 6 năm 2009

Nguyễn Hữu Có

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 1

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN IALY

I Đặc điểm địa lý tự nhiên

Sông Sê San là sông có trữ năng thủy điện đứng thứ 3 sau sông Hồng và sông Đồng Nai Sông Sê San là phụ lưu bên bờ trái của sông Mê Công Sông bắt nguồn từ phía bắc cao nguyên Gia Lai – Kom Tum với 2 nhánh chính thượng nguồn là sông Prông Pôkô và sông ĐăkBla Sau khi 2 nhánh này nhập với nhau tạo thành dòng chính sông Sê San rồi tiếp tục chảy theo hướng Đông bắc – Tây nam ra hướng biên giới Việt Nam – Campuchia Tại đây sông tiếp nhận sông Sa Thầy ở bờ phải rồi chảy vào đất Campuchia qua 2 tỉnh Ratanakiri và Stung Treng rồi đổ về sông Mê Công tại thị trấn Stung Treng Tổng diện tích lưu vực sông Sê San trên đất Việt Nam là 11.450 km2 chủ yếu trong 2 tỉnh Kon Tum và Gia Lai, bằng 61,65% tổng diện tích lưu vực sông Sê San (18.570km2 ) Đặc trưng hình thái một số nhánh sông chính của lưu vực sông Sê San trên đất Việt Nam được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1

Lưu vực (km 2 )

Chiều dài Sông (km)

Độ rộng Trung bình (km)

Độ dốc Trung bình (%o)

Địa hình lưu vực Sê San khá phức tạp, bị chia cắt mạnh Phần phía Bắc của lưu vực địa hình là khối núi Ngọc Linh có đỉnh 2598 m, phần phía Tây là khối núi Ngọc Bin San có đỉnh cao 1939 m và phía Đông có dãy Ngọc Cơ Rinh cao 2025 m Do đặc điểm địa hình vùng này chia cắt mạnh dẫn đến sự khác biệt đáng kể về khí hậu trên từng phần của lưu vực đặc biệt là chế độ mưa, độ ẩm không khí

Khí hậu của lưu vực mang đặc điểm của khí hậu Tây Trường Sơn, thể hiện cả trong chế độ nhiệt, mưa, ẩm và nhiều yếu tố khác Mùa mưa trên lưu vực từ tháng 5 đến tháng 10 Lượng mưa trung bình năm dao động từ 2600 ÷ 3000 mm ở vùng núi phía Bắc và vùng cao nguyên Pleiku; ở phía Tây Nam lưu vực khoảng 1700 ÷ 1800 mm; ở vùng trũng KomTum do bị chắn gió và bị bao bởi các dãy núi, ở phía Nam lưu vực mưa vào khoảng 1700 mm

Dòng chảy trên sông Sê San được chia làm 2 mùa: mùa kiệt và mùa lũ Mùa lũ bắt đầu từ tháng 8 và kết thúc vào tháng 11, mùa kiệt bắt đầu từ tháng 12 đến tháng 5 năm sau

II Kế hoạch phát triển thủy điện trong lưu vực

Nghiên cứu quy hoạch phát triển thủy điện trên sông Sê San trải qua thời gian dài do nhiều cơ quan khác nhau Nghiên cứu mới nhất đã được Thủ tướng chính phủ thông qua tại văn bản số 496/CP-CN ngày 07/06/2001 Trên lưu vực sông Sê San có 6 công trình thủy điện lớn trên dòng chính với các thông số kỹ thuật trình bày trong bảng 1.2

Bảng 1.2

(km 2 )

MNDBT (m)

Whi (10 6 m 3 )

Nlm

Năm VH

* Tổng hợp thông số cơ bản các công trình thuỷ điện trên sông Sê San (bảng 1.3)

T

CÔNG TRÌNH Thượng

Kon tum

Kon-Tum

Tum

Kon-Kon- Tum

Lưu lượng TB

Ngày đêm

Hình 1.1: Biểu đồ dự án thuỷ điện trên sông Sê san

III CÔNG TRÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN IALY

III.1 Vị trí địa lý và đặc điểm khí hậu

Sông Sê san là một trong các nhánh bên trái của sông Mê công, bắt nguồn từ phía Bắc cao nguyên Gialai, Kontum và đổ vào sông Mê công gần thị trấn Xê rông tơ ren của Campuchia

Thượng nguồn sông Sê san gồm hai nhánh lớn: Đackbla bắt nguồn từ phía Nam núi Ngọc Cơ rinh (2025m) chảy theo hướng Đông Bắc -Tây Nam, và nhánh Krông Pơ

kô bắt nguồn từ phía Nam núi Ngọc linh (2500m) chảy theo hướng Bắc - Nam Hai nhánh sông hợp lưu tại địa điểm cách thác nước Ialy về phía thượng lưu 16 km và chảy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam đến biên giới Việt nam - Campuchia

Lưu vực sông Sê san nằm trọn trong vùng cao nguyên giữa hai tỉnh Gialai và Kontum phần phía Bắc Tây nguyên

Từ tháng 5 Gialai và Kontum thực sự bước vào mùa mưa, do đón gió mùa Tây nam từ vịnh Thái lan thổi đến Tháng mưa lớn nhất ở Gialai và Kontum thường là tháng 8 và tháng 9 Lưu vực sông Sê san nằm trong vùng nhiệt đới mang đặc điểm khí hậu Tây Trường sơn và được chia làm hai mùa rõ rệt: Mùa mưa từ tháng 5 đến hết tháng 10 thời tiết mát dịu; Mùa khô từ tháng 11 đến hết tháng 4 hằng năm thời tiết ít lạnh

Lượng mưa trung bình năm của Lưu vực là 2200mm Số ngày mưa trung bình

là 136 ngày/năm, lượng mưa của ngày lớn nhất là 282 mm

Sông Sê san có hai mùa nước : Mùa lũ và mùa khô Mùa lũ bắt đầu từ tháng 8

và kết thúc vào tháng 11 Mùa kiệt kéo dài từ tháng 12 đến tháng 7 năm sau Các tháng

6, 7 mức nước sông thường nâng lên do có lũ tiểu mãn Mức nước cao nhất thường xảy ra vào các tháng 8 đến tháng 11

III.2 Tầm quan trọng của NMTĐ Ialy đối với nền kinh tế quốc dân

Công trình thuỷ điện Ialy là thuỷ điện có nguồn điện lớn và có vị trí nằm ở Cao

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 5

nguyên Trung bộ Nhà máy thuỷ điện Ialy cung cấp một lượng điện năng đáng kể 3,6

tỉ kWh/ năm, hơn 10% sản lượng điện Quốc gia cho khu vực Miền trung, Tây nguyên

và miền Nam, giảm công suất lớn truyền tải điện 500kV từ NMTĐ Hoà bình vào khu vực này

Hệ thống điện Quốc gia hiện nay đang thiếu hụt công suất rất nhiều nên vận hành lưới điện trong những giờ cao điểm gặp rất nhiều khó khăn nên khi NMTĐ Ialy phát lượng công suất 720 MW sẽ làm tăng độ ổn định lưới điện trong các chế độ vận hành và cải thiện chất lượng điện năng (tần số và điện áp)

Vị trí địa lý của NMTĐ Ialy nằm ở đoạn giữa của đường dây 500kV sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận hành và khai thác đường dây truyền tải 500kV có hiệu quả hơn

Khu vực miền Trung và Tây nguyên từ trước đến nay có rất ít nguồn điện lớn tham gia vào lưới điện, nguồn điện dùng chủ yếu là truyền tải từ miền Bắc vào kể từ khi đường dây 500kV đưa vào vận hành nên việc phát triển các phụ tải công nghiệp gặp rất nhiều hạn chế Nên khi NMTĐ Ialy đi vào hoạt động sẽ tạo điều kiện cho việc phát triển các ngành công nghiệp trong vùng như:

+ Vùng cao nguyên trung bộ: Phát triển công nghiệp chế biến các loại sản phẩm

từ cây công nghiệp như cà phê, chè, cao su và công nghiệp chế biến sản phẩm từ gỗ

+ Vùng đồng bằng duyên hải miền Trung: Phát triển đông lạnh, chế biến thuỷ hải sản, công nghiệp ép dầu từ cây họ đậu và dừa, phát triển công nghiệp đóng tàu, phát triển mở rộng khu cảng biển và thành lập các khu công nghiệp

+ Ở miền Nam có nền công nghiệp nhẹ phát triển với nhịp độ rất cao do đó NMTĐ Ialy sẽ cung cấp một phần điện năng đáng kể cho khu vực miền Nam và tạo điều kiện cho việc duy trì nhịp độ phát triển công nghiệp và kinh tế khu vực này

Từ những điều kiện trên NMTĐ Ialy đã có một vị trí quan trọng và đóng góp đáng kể cho lưới điện Quốc gia trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước

III.3 Chọn thông số đặt cho công trình

- Căn cứ vào việc theo dõi khí tượng thuỷ văn và lưu lượng chảy của sông Sê san hơn 30 năm (Từ 1960 đến 1990); căn cứ vào địa lý vùng dân cư khu vực lòng hồ; căn cứ vào các cơ quan khảo sát thiết kế của Việt nam và Nga; căn cứ vào các tính toán kinh tế kỹ thuật để chọn ra thông số chính cho công trình NMTĐ Ialy như sau:

+ Quy mô hồ chứa: Chọn mực nước dâng bình thường và mực nước chết; Mực

nước dâng bình thường chọn càng cao thì hiệu ích năng lượng càng cao và tăng công

suất đặt của nhà máy nhưng vốn đầu tư cao và phải đền bù nhiều Và căn cứ vào các phương án dự trù đền bù khi tăng cho 1 m nước dâng và căn cứ vào việc phát triển các nhà máy thuỷ điện bậc thang trên NMTĐ Ialy nên đã chọn mức nước dâng bình thường là 515m Nếu chọn mực nước > 515m thì gây vùng ngập lụt lớn cho vùng

Kontum và số tiền đền bù sẽ rất cao Mực nước chết nếu ta chọn ở mức thấp (So với

MNDBT 515m) thì dung tích hữu ích của lòng hồ tăng nhưng sự sạt lở lòng hồ sẽ tăng

và công tác bảo quản lòng hồ sẽ gặp rất nhiều khó khăn, nhưng nếu chọn MNC cao thì

công suất đảm bảo và lượng điện trung bình hằng năm sẽ giảm Do đó chọn MNC là 490m là tối ưu và thoả mãn các yêu cầu về hồ chứa và phát điện.

+ Công suất đặt nhà máy: Căn cứ vào quy mô hồ chứa và chiều cao cột nước và lưu lượng đổ vào dòng sông vào mùa lũ nên đã chọn công suất đặt của nhà máy là 720MW Với công suất đặt là 720 MW thì ta có thể tận dụng được lượng nước thừa vào mùa lũ và giảm được lượng nước xã qua tràn Với quy mô hồ chứa và lượng nước

đổ vào hồ hằng năm nên ta không thể chọn công suất đặt NM cao hơn nữa Nếu chọn cao hơn thì vào mùa lũ có thể phát nhiều điện nhưng vào mùa khô lại thiếu nước và chi phí vốn đầu tư lớn không thoã mãn được các chỉ tiêu kinh tế

Tóm lại thông số chính của công trình là: MNDBT là 515m; MNC là 490m, công suất lắp đặt là 720MW là những thông số tối ưu nhất thoã mãn các chỉ tiêu kinh

tế kỹ thuật trong nhiều phương án đưa ra

IV CÔNG TRÌNH ĐẦU MỐI NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN IALY

IV.1 Hồ chứa

1 Công dụng: Hồ chứa là một công trình quan trọng của NMTĐ Ialy dùng để tích và cấp nước cho các tổ máy để sản xuất điện và còn điều tiết lượng nước trong một năm để vận hành nhà máy

2 Các thông số chính

- Diện tích lưu vực tính đến tuyến công trình là: 7455 km2

- Lưu lượng trung bình nhiều năm: 259,9 m3/s

- Mực nước dâng bình thường (MNDBT): 515m

2 Cấu tạo và các thông số chính:

- Cấu tạo là loại đập đá đổ lõi đập là đất sét dùng để chống thấm qua đập tiếp theo hai bên là lớp cát và bao ngoài cùng là lớp đá có nhiều kích cở, nền lõi đập được

xử lý bằng khoan phun xi măng Cấu tạo thân đập gồm có nhiều lớp khác nhau có tác

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 7

dụng là làm cho đập vững chắc và hạn chế lượng nước thấm qua đập cũng như thay đổi dòng nước thấm đi theo những hướng khác nhau để giảm bào mòn thân đập.

1 Công dụng: Dùng để xả lượng nước thừa trong hồ chứa vào mùa lũ Đập tràn

có lưu lượng qua đập tràn phải đảm bảo xả hết tần suất lưu lượng lũ lớn nhất để bảo vệ công trình một cách an toàn, (không cho nước lũ tràn qua đập dâng)

2 Các thông số chính:

- Tổng chiều rộng của tràn nước: 90 m

- Lưu lượng xã lũ với tần suất P=0,1%: 13733m3/s

IV.4 Cửa nhận nước

1 Công dụng: Dùng để tiếp nhận nước từ hồ chứa vào đường dẫn nước cấp cho turbine; dùng để đóng van trượt sự cố chặn không cho nước vào đường dẫn nước trong chế độ sự cố cũng như sửa chữa kiểm tra đường ống dẫn nước Ngoài ra còn có tác dụng không cho rác, cây gỗ vào turbine

2 Cấu tạo và các thông số chính:

Gồm có 4 khoang dẫn nước vào đường hầm áp lực; mỗi khoang có 3 dãy khe+ Dãy khe thứ nhất đặt lưới chắn rác mỗi lưới chắn rác có 5 xec xi truyền động bằng cẩu chân dê có sức nâng 63 tấn

+ Dãy khe thứ 2 đặt cửa phai sửa chữa dùng trong trường hợp sửa chữa phai sự

cố Thao tác truyền động bằng cẩu chân dê

+ Dãy khe thứ 3 đặt phai sửa chữa sự cố dùng để bịt kín nước vào đường hầm trong trường hợp có sự cố, truyền động bằng kích nâng thuỷ lực có sức nâng 450 tấn

- Lưu lượng qua cửa nhận nước: 420m3/s;

- Kích thước phai sửa chữa RxC: 4,5 x 7 m;

- Kích thước phai sửa chữa sự cố RxC: 4x 7m;

- Kích thước lưới chắn rác RxC: 7,6x14m

IV.5 Đường hầm dẫn nước vào

1 Công dụng: Dùng để dẫn nước từ CNN vào turbine của tổ máy Trên đường

hầm dẫn nước có bố trí các tháp điều áp dùng để giảm áp lực lên van đĩa và cánh hướng cũng như bảo vệ quá áp do quán tính của nước trong chế độ dừng bình thường cũng như dừng sự cố tổ máy (giảm áp lực nước va) Ngoài ra còn đảm bảo lưu lượng nước trong chế độ liên tục thay đổi công suất của tổ máy

2 Cấu tạo và các thông số chính:

- Đoạn đường hầm chung của 2 tổ máy làm bằng bê tông cốt thép có chiều dài:

+ Buồng dưới kích thước: 13x20,5x55m

+ Tháp điều áp trên kích thước: 13x14x118m

+ Đường kính giếng nối 2 đường: 13m nghiêng 450

- Đường ống dẫn nước vào turbine: Có 4 đường cho 4 tổ máy sau đoạn đường hầm nghiêng 760 so với phương nằm ngang, tiếp theo là đoạn nằm ngang và cuối cùng

là ống nối để chuyển tiếp đường hầm từ D = 4,5m đến D = 3,6m chiều dài đường hầm dẫn nước vào tổ máy (cả đoạn nghiêng và nằm ngang)

1 Công dụng: Dùng để dẫn nước thải của turbine ra hạ lưu Trên mỗi đường

hầm của tổ máy có đặt các cánh phai hạ lưu dùng để chặn nước từ hạ lưu khi thực hiện sửa chữa turbine của mỗi tổ máy

2 Cấu tạo và các thông số chính:

- Có 4 đoạn đường hầm riêng cho 4 tổ máy sau khi ra khỏi van sửa chữa ống xả thì 2 tổ máy nhập lại một đường hầm để ra hạ lưu và sau cùng có đặt một cửa van sửa chữa cửa ra

- Chiều dài từng đoạn của từng tổ máy

+ Tổ máy 1: 82m

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 9

+ Tổ máy 2: 86m+ Tổ máy 3: 42,37m+ Tổ máy 4: 52,44m

- Chiều dài đoạn ghép chung

+ Hầm 1: 120m+ Hầm 2 : 155,87m

- Kích thước đường hầm

+ Đoạn từng tổ máy: 4,8x6,5m+ Đoạn ghép chung: 6,0x10m

- Kích thước van sửa chữa ống xả là: 4,5x6,5m nâng bằng cẩu

- Kích thước van sửa chữa cửa ra là: 6,0 x 10m nâng bằng xe nâng

IV.7 Gian máy

1 Công dụng: Dùng để bố trí các tổ máy thuỷ lực các thiết bị công nghệ phụ trợ cho sự làm việc của tổ máy Tại gian máy có bố trí 2 cẩu có sức nâng là 250/80+10 tấn với khẩu độ 17m để phục vụ lắp ráp các tổ máy và các thiết bị phụ trợ

2 Kích thước gian máy: Rộng 21m, dài 118,5m, cao khối đào chính 42m Sàn gian máy 309,4m

IV.8 Gian biến áp

1 Công dụng: Dùng để bố trí các máy biến áp lực 500kV, các máy biến áp tự dùng, MBA dự phòng và các thiết bị phụ trợ cho sự làm việc của máy biến áp, các thiết bị điện của hệ thống điện tự dùng

2 Kích thước gian biến áp: Rộng15m, dài 164,15m, cao khối đào chính 22m Sàn gian biến áp 332m

IV.9 Trạm chuyển tiếp

1 Công dụng: Dùng để bố trí các dao cách ly 500kV nối từ tuyến cáp dầu áp lực 500kV đến trạm phân phối 500kV Ngoài ra còn bố trí các chống sét van và các máy biến dòng 500kV

2 Vị trí nằm ở cao độ 352,0m

IV.10 Trạm phân phối 500kV

1 Công dụng: Dùng để bố trí các máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa 500kV nối

từ trạm chuyển tiếp của nhà máy đưa ra 2 đường dây đi đến trạm 500 Pleiku Ngoài ra còn bố trí các chống sét van, các máy biến dòng, biến điện áp 500kV và các thiết bị phụ trợ phục vụ trạm

2 Vị trí nằm ở cao độ 550,0m kích thước: 99,5 x 165,5m

V CÁC THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ CHÍNH NHÀ MÁY

V.1 Turbine thủy lực

Là bộ phận chủ yếu của tổ máy thủy điện dùng để biến năng lượng dòng nước thành cơ năng để truyền lên trục quay rotor máy phát đồng bộ Gồm có các bộ phận sau:

- Bánh xe công tác: Là bộ phận chính của turbine chức năng biến năng lượng của dòng chảy thành cơ năng truyền qua trục turbine làm quay rotor MF điện

- Trục Turbine : Trục turbine có tác dụng liên kết giữa bánh xe công tác và rotor máy phát điện

- Buồng xoắn: Dùng để phân bố đều lưu lượng và áp lực cung cấp cho bánh xe công tác thông qua các cánh hướng tĩnh theo hướng tâm

- Ống xả: Xả nước từ buồng bánh xe công tác ra hạ lưu đồng thời tạo độ cao hút cho turbine thủy lực

- Cánh hướng động: Có tác dụng điều chỉnh lưu lượng dòng chảy qua turbine, tham gia vào quá trình khởi động và ngừng tổ máy

- Ổ hướng turbine : Dùng để định vị trục turbine theo hướng dọc trục, trong quá trình turbine làm việc ổ hướng chịu lực hướng tâm do không cân bằng dòng chảy qua turbine

- Servomotor: Dùng để truyền động đóng mở cánh hướng nước thông qua vành điều chỉnh

- Đệm chèn trục turbine : Là đệm kín làm việc của turbine có tác dụng ngăn nước từ trong buồng bánh xe công tác tràn lên nắp turbine trong quá trình tổ máy làm việc

- Đệm kín sửa chữa của turbine: Có tác dụng ngăn nước từ trong buồng bánh xe công tác tràn lên nắp turbine trong quá trình sửa chữa hoặc bảo dưỡng đệm kín làm việc (Khi turbine ngừng làm việc buồng xoắn đầy nước)

- Các phần tử của hệ thống điều chỉnh turbine:

+ Bộ điều tốc: Có chức năng khởi động và dừng tổ máy ở chế độ bình thường

và sự cố; tham gia điều chỉnh tần số, điều khiển turbine thủy lực ở các chế độ vận hành khác nhau

+ Hệ thống dầu áp lực: Có chức năng cung cấp dầu áp lực 40 kG/cm2 cho hệ thống điều chỉnh thủy lực để đóng - mở cánh hướng

- Công suất ứng với cột nước tính toán: 183,3MW

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 11

- Lưu lượng ứng với Pđm và Htt: 104,4m3/s

- Số lượng cánh hướng nước động: 20 cánh

- Số lượng cánh hướng nước tĩnh: 19 cánh

* Các thông số kỹ thuật của van đĩa:

- Kiểu van Biplan có hai tấm đĩa làm việc đối xứng (Van kép)

- Đường kính đĩa van : 3600mm

- Cột áp tĩnh lớn nhất : 221m

- Cột áp lớn nhất khi đóng van : 275m

- Lưu lượng lớn nhất qua van :105m3/s

- Đặc tính đệm chèn:

+ Đệm chèn làm việc là gioăng cao su

+ Đệm chèn sửa chữa là vòng bịt kín kim loại hình côn

- Kiểu dẫn động thủy lực dùng 2 secvomotor đóng mở đĩa van

- Thời gian mở van : ≤ 60 giây

- Thời gian đóng : ≤ 120 giây.

V.3 Hệ thống dầu áp lực điều khiển van đĩa

Dùng để dự trữ dầu áp lực để cung cấp cho hệ thống điều khiển thủy lực của van đĩa

* Các thông số kỹ thuật chính của MHY van đĩa: MHY8/1-40-8-2

- Áp lực ở bình tích năng định mức 40 kG/cm2

- Dung tích bình tích năng 8m3

- Áp lực điều khiển bơm làm việc 37 kG/cm2

- Áp lực điều khiển bơm dự phòng 35 kG/cm2

- Van an toàn bắt đầu mở 40,5 kG/cm2

- Van an toàn mở hoàn toàn 44 kG/cm2

V.4 Hệ thống dầu áp lực điều khiển tổ máy

Dùng để dự trữ dầu áp lực để cung cấp cho hệ thống điều khiển thủy lực của turbine

* Các thông số chính của hệ thống MHY tổ máy: MHY4/1-40-4-2

- Áp lực ở bình tích năng định mức 40 kG/cm2

- Áp lực điều khiển bơm làm việc 37 kG/cm2

- Áp lực điều khiển bơm dự phòng 35 kG/cm2

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 13

- Áp lực thấp sự cố 28,5 kG/cm2.

- Lưu lượng nước làm mát dầu 10 m3/h

- Mức dầu bình tích năng cao báo tín hiệu 50 mm

- Mức dầu bình tích năng thấp báo tín hiệu -150 mm

- Áp lực dầu trong bộ biến đổi điện thuỷ lực: 18-20 kG/cm2

- Đường kính của ngăn kéo chính: 100mm

- Hành trình tối đa của bộ biến đổi thuỷ lực: ±6mm

V.6 Máy phát thủy lực

Là thiết bị chính dùng để biến cơ năng từ turbine thành điện năng để phát lên lưới điện

* Các thông số chính của máy phát thủy lực CB 735/255-24TB4

- Công suất định mức (ứng với Uđm, fđm, Cosϕđm, nhiệt độ không khí lạnh làm

- Dòng điện rotor định mức (ứng với Sđm): 1840 A

- Dòng điện rotor không tải (ứng với Uđm, fđm): 915 A

- Điện áp rotor định mức (ứng với Sđm): 250 V

- Điện áp rotor không tải (ứng với Uđm, fđm): 100 V

(ứng với nhiệt độ cho phép của cuộn dây stator ≤ 80oC, lõi thép stator ≤ 80oC, cuộn

- Vòng ngắn mạch của rotor là những thanh đồng đặt xuyên qua các cực từ Hai đầu của các thanh đồng giữa các cực từ được nối lại với nhau Có công dụng đưa rotor

- Bội số cường hành về dòng điện kích từ 2

- Thời gian cường hành cho phép (Irotor =2Irotor đm), s 50

- Dòng điện DC cấp cho kích từ ban đầu 90A

b/ Bộ chỉnh lưu Thyristor:

- Điện áp 1 chiều định mức đầu ra, V 1200

- Dòng điện 1 chiều định mức đầu ra, A 3150

- Công suất định mức, KVA 2844.

- Bảo vệ quá dòng phụ thuộc điện áp 51V-1&2:

+ Cấp 1: Chống quá tải đối xứng cho MF

+ Cấp 2: Chống ngắn mạch ngoài đối xứng, dự phòng cho các bảo vệ chống ngắn mạch phía cao áp

-Bảo vệ chống quá dòng thứ tự nghịch 46-1,2&3:

+ Cấp 1: Chống quá tải không đối xứng cho MF

+ Cấp 2: Làm bảo vệ dự phòng chống quá tải KĐX & ngắn mạch ngoài KĐX

+ Cấp 3: Làm bảo vệ dự phòng chống ngắn mạch ngoài không đối xứng cho các bảo vệ trên hệ thống

- Bảo vệ chống mất từ trường 40: Chống mất từ trường máy phát

- Bảo vệ quá áp 59: Chống hư hỏng cách điện cuộn dây máy phát và các thiết bị nối vào đầu cực máy phát

- Bảo vệ chống điện áp giảm thấp 27:

+ Chống hư hỏng máy phát khi điện áp đầu cực giảm thấp

+ Dùng làm bảo vệ dự phòng phát hiện hư hỏng bộ tự động điều chỉnh điện áp

- Bảo vệ chống công suất ngược 32R: Chống hư hỏng về mặt cơ khí khi máy phát chuyển sang chế độ động cơ

- Bảo vệ công suất thuận thấp 32L: Chống lồng tốc máy phát khi cắt máy cắt với phụ tải lớn

- Bảo vệ chống tần số giảm thấp 81U: Chống hư hỏng máy phát do nhiệt gây ra bởi các thành phần KĐX khi tần số giảm thấp.

- Bảo vệ góc pha 78: Chống mất đồng bộ máy phát

- Bảo vệ cân bằng điện áp 60:

+ Dùng để phát hiện hư hỏng trong các mạch nhị thứ của các biến điện áp

+ Cảnh báo và ngăn chặn độ nhạy của các bảo vệ điện áp

- Bảo vệ khoảng cách 21: Dùng làm bảo vệ dự phòng chống các hư hỏng trong khối máy phát máy biến áp

- Bảo vệ chống giảm cách điện trong mạng 15,75kV 59N(S): Giám sát cách điện trong mạng 15,75kV

V.7 Máy biến áp lực 500kV

Dùng để biến đổi điện áp 15,75kV lên 500kV để nâng cao hiệu quả truyền tải điện và hoà vào lưới điện 500kV quốc gia

* Các thông số kỹ thuật chính của máy biến áp OЦ 72000/500 T1

6 Chuyển mạch các đầu phân áp: Phía cao ở trạng thái không điện

7 Dải điều chỉnh các đầu phân áp: ± 2x2,5%

9 Công suất động cơ điện làm mát dầu: 6 kW

10 Điện áp cấp nguồn cho tủ điều khiển hệ thống làm mát:

- Mạch động cơ xoay chiều 3 pha: 380V

- Mạch điều khiển xoay chiều 1 pha: 220V

* Các bảo vệ của MBA OЦ 72000/500 T1

- Bảo vệ quá nhiệt MBA (23T): Chống tăng cao nhiệt độ trong các cuộn dây MBA

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 17

- Bảo vệ quá cảm ứng MBA (24T-1&2): Bảo vệ chống quá từ trường cho MBA lực.

- Bảo vệ quá dòng trung tính (51N -1&2): Dùng làm bảo vệ dự phòng cho thanh cái bảo vệ 500 kV và các xuất tuyến 500 kV, chống ngắn mạch chạm đất trong lưới

500 kV

- Bảo vệ quá áp TTK phía hạ áp MBA (59N):

+ Giám sát cách điện phía đầu ra MF và phía hạ áp MBA lực trong khối MF-MBA

+ Dùng làm bảo vệ chống chạm đất cuộn dây hạ áp MBA và đầu ra MF

- Bảo vệ so lệch MBA chính (87T): Dùng làm bảo vệ chính chống các hư hỏng bên trong và các đầu ra MBA chính

- Bảo vệ rơle hơi MBA (95XT-1&2): Dùng làm bảo vệ chính chống các hư hỏng bên trong phát sinh khí cũng như để tránh giảm mức dầu đến mức sự cố

- Bảo vệ so lệch khối MF-MBA (87TG): Dùng làm bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ chính của khối MF-MBA và thanh dẫn 500 kV

V.8 Các thông số kỹ thuật chính của máy cắt và dao cách ly đầu cực

* Thông số kỹ thuật chính của MC đầu cực BBΓ-20 -160/ 8000 TC3.

- BBΓ: Máy cắt không khí sử dụng ở đầu cực máy phát

- Điện áp định mức cấp cho động cơ truyền động: 380V

V.9 Hệ thống cáp dầu áp lực 500kV

- Tuyến cáp dầu áp lực dùng để truyền tải điện năng từ máy biến áp lực ở gian biến áp lên đến trạm chuyển tiếp ở cao độ 352m.

- Cáp dầu có tiết diện 1 pha 625 mm2, ba pha đặt trong ống thép ф273 có chiều dày thành ống là 10mm

- Lõi dẫn điện của cáp gồm các sợi đồng kết lại, mặt ngoài cùng của lõi được quấn một lớp giấy bán dẫn, ngoài cùng của lớp bằng đồng đột lỗ có gắn 2 sợi dây trượt hình bán nguyệt để bảo vệ cách điện của cáp khi kéo và tăng khe hở làm mát giữa các pha

- Thiết bị khử khí được nối với hệ thống ống góp, thiết bị này có nhiệm vụ lọc dầu và khử khí trong dầu trước khi nạp dầu vào tuyến cáp lần đầu, sau sửa chữa đại tu,

và chuẩn bị dầu sạch để nạp cho tuyến cáp Ở chế độ làm việc bình thường thiết bị khử khí được tách ra khỏi hệ thống bằng cách đóng các van DC5-V12, DC5-V13

* Thông số kỹ thuật chính của cáp dầu áp lực 500kV.

- Tiết diện lõi dẫn điện: 625mm2

- Đường kính lõi dẫn điện: 32,7mm

- Đường kính ngoài của cáp kể cả phần cách điện và phần mành chắn: 105mm

- Dầu cách điện loại: 5RA

- Áp lực dầu định mức ứng với nhiệt độ 70oC : 11-16 kG/cm2

VI CÁC THIẾT BỊ TRẠM PHÂN PHỐI 500kV

VI.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của các thiết bị nhất thứ trạm 500kV

- Điện áp cho phép làm việc lâu dài: 318 kV.

VI.2 Các hệ thống bảo vệ được trang bị cho các đường dây 500kV

* Mạch 1:

- Bảo vệ so lệch dòng điện (F87L) sử dụng rơle LFCB102 ;

- Bảo vệ dòng điện chạm đất có hướng (F67NP) sử dụng rơle S67

* Mạch 2:

- Bảo vệ khoảng cách (F21) sử dụng rơle S21;

- Bảo vệ dòng điện chạm đất có hướng (F67NS) sử dụng rơle S67;

- Tự động đóng lặp lại đường dây (F79&) sử dụng rơle S79;

- Bảo vệ quá áp ( F59) nằm trong rơle S21;

Vùng bảo vệ và đối tượng tác động:

* F87L: Bảo vệ toàn bộ chiều dài đường dây Tác động cắt các MC ở 2 đầu đường dây

* F67NP (F67NS): Bảo vệ toàn bộ đường dây và dự phòng cho đoạn đường dây tiếp theo Tác động cắt các MC 2 đầu đường dây

* F21: Có 4 vùng bảo vệ:

- Vùng 1: Đặt khoảng 80 ÷ 85 % chiều dài đường dây Tác động cắt các MC ở 2 đầu đường dây không thời gian;

- Vùng 2: Không sử dụng trong chế độ vận hành bình thường;

- Vùng 3: Đặt khoảng 120% chiều dài đường dây Tác động cắt các MC ở 2 đầu đường dây với thời gian trễ t3 = 500ms;

- Vùng 4: Đặt lớn hơn 120% chiều dài đường dây Tác động cắt các MC ở 2 đầu đường dây với thời gian trễ t4 = 500ms

* F79&: Tác động khi nhận được tín hiệu tác động của bảo vệ không có thời gian

VI.3 Các hệ thống bảo vệ được trang bị cho các thanh cái 500kV.

- Thanh cái C51: - F87S sử dụng rơle LFCB102;

- Thanh cái C52: - F87S sử dụng rơle LFCB102;

- Thanh cái đường dây 572: - F87 sử dụng rơle MFAC34;

- Thanh cái đường dây 574: - F87 sử dụng rơle MFAC34

* Vùng bảo vệ và đối tượng tác động:

- Thanh cái C51: Phạm vi bảo vệ từ đầu ra của các MBAT1, T2 đến các MC571, 573 Tác động đi cắt các MC571, 573, 901, 902, 610;

- Thanh cái C52: Phạm vi bảo vệ từ đầu ra của các MBAT3, T4 đến các MC572, 574 Tác động đi cắt các MC 572, 574, 903, 904, 620;

- Thanh cái đường dây 572: Phạm vi bảo vệ từ đầu ra của các MC571, 572 đến DCL đường dây 572 Tác động đi cắt các MC 571, 572;

- Thanh cái đường dây 574: Phạm vi bảo vệ từ đầu ra của các MC573, 574 đến DCL đường dây 574 Tác động đi cắt các MC 573, 574

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 21

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 = Uđm ± 5%Uđm và flv = fđm ± 0,2Hz Trong đó thông số điện áp mang tính chất cục

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

I.1 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

I.2 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

II 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

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 23

Hình 2.1: Đặc tính phụ tải tổng hợp theo tần số

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:

Q = Q0 + ΔQ - Qc Với:

- 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;

- Qc : Công suất phản kháng do đường dây sinh ra

Khi tần số giảm, Qo tăng, ΔQ và Q tăng Đối với một nút phụ tải, khi tần số 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

III Điều tốc

III.1 Nhiệm vụ của điều tốc

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

60

n p

f =Trong đó:

- f: Tần số dòng điện xoay chiều (Hz)

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

- p: Số đôi cực từ của máy phát

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

- 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:

⇒ Mt = Mc

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 = 9,81.Q.H.ηTrong đó:

NTB: Công suất turbine (kW)

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 25

η : Hiệu suất sử dụng cột nước của turbineQ: Lưu lượng dòng nước (m3/s)

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:

Q = v.S (m3/s)Với:

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

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

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:

Z1, Z2 :Độ cao mặt đang xét so với mặt chuẩn (0-0)Thay vào phương trình (2) ta được:

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

III.2 Đặc tính điều chỉnh của turbine

Phương trình đặc tính điều chỉnh của turbine biểu diễn mối quan hệ giữa tần số đối với công suất tác dụng của tổ máy như sau:

(f0 - f) + Bp(P0 - P) = 0 ⇒ f = f0 + Bp(P0 - P)

Trong đó:

f : Tần số dòng điện máy phátf0 : Tần số định mức f0 =50Hz

P : Công suất điện phát ra của tổ máyP0: Công suất đặt

Có hai dạng đặc tính, đặc tĩnh và đặc tính phiếm định như đồ thị sau:

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 27

H 2.3a: Đặc tính tĩnh của turbine

H 2.3b: Đặc tính phiếm định của turbine

Độ giảm tốc thường xuyên của đặc tính được định nghĩa như sau:

dm ax

/

f f Bp

0 ax

/ m

Trong thực tế quá trình điều chỉnh sơ cấp và thứ cấp xảy ra đồng thời Khi phụ tải của hệ thống tăng lên tất cả các nhà máy có điều chỉnh tốc độ, tự động tăng công suất phát của mình lên để bù vào phụ tải Sau đó các nhà máy điều tần sẽ tăng công suất phát để đảm bảo phần phụ tải tăng lên, các nhà máy còn lại vẫn giữ nguyên công suất ban đầu để hệ thống duy trì ở tần số định mức.

III.3 Các nguyên tắc điều chỉnh tần số

- Phương pháp 1: Bộ điều tốc điều chỉnh với đặc tính điều chỉnh không đổi (hình

2.3b)

Đặc điểm của phương pháp này là luôn giữ được tần số cố định ứng với mọi mức công suất phát, nên chỉ dùng cho các tổ máy làm việc trên lưới độc lập Lưu ý, không làm việc được với hệ thống có từ 2 máy phát trở lên vì máy phát này sẽ quá tải nếu tổ máy này có công suất bé

- Phương pháp 2: Bộ điều tốc điều chỉnh với đặc tính điều chỉnh có độ dốc:

Như ta đã biết phụ tải trong hệ thống có 2 thành phần, một phụ thuộc vào tần

số gồm: Động cơ, quạt và phần còn lại không phụ thuộc vào tần số gồm: các điện trở, lò nhiệt do đó khi thay đổi tần số thì sẽ tồn tại một lượng ∆Pω, từ phần trăm giữa hai loại phụ tải trên Pt và Pω trong hệ thống kết hợp với công suất dự phòng quay trong hệ thống cũng như công suất đỉnh người ta đưa ra đặc tính máy phát có độ dốc

ký hiệu là Bp được đặt cho tất cả các máy phát làm việc song song trên lưới Bp có giá trị từ 0 ÷ 10%:

Ý nghĩa của việc đặt các tổ máy cùng 1 giá trị Bp là để đảm bảo phân chia tỉ lệ công suất tương ứng cho từng máy phát khi chúng làm việc song song tránh quá tải cho máy phát bé khi có sự biến động về tần số

Để minh hoạ về ý nghĩa của đặc tính độ dốc của các tổ máy làm việc trong hệ thống, ta xem ví dụ sau:

Hình 2.5: Phân bố công suất khi máy phát làm việc song song

Xem hình 2.5 ta thấy với hai tổ máy làm việc song song với công suất định mức của mỗi tổ máy khác nhau M1 > M2 làm việc với đặc tính độ dốc Bp1 = Bp2 = Bp ⇒

khi ta đặt cùng độ dốc thì khi có biến động về tần số ∆f thì tổ máy 2 thay đổi ∆P2 <

∆P1, phần công suất gánh thêm của mỗi máy tỷ lệ với công suất của mỗi máy

- Bộ điều tốc làm việc với đặc tính điều chỉnh điểm đặt:

Việc điều chỉnh tần số thực hiện bằng cách di chuyển lên hoặc xuống đường đặc tính điều chỉnh, đây là phương pháp được áp dụng trong các máy phát làm việc trong hệ thống điện Tác động của phương pháp điều chỉnh cho ta 1 họ các đường đặc tính song song nhau

Hình 2.6: Đặc tính điều chỉnh thay đổi điểm đặt

Tổ máy

2 (bp2)

∆P1

Hz

Tổ máy 1(bp1)

điểm đặt

P

III.4 Quá trình điều chỉnh tần số theo phụ tải

Để khảo sát được quá trình điều chỉnh tần số theo phụ tải ở các nhà máy điện, ta đặt chung hai đường biểu diễn đặc tính tần số phụ tải (1) và đặc tính điều chỉnh của turbine (2) trên cùng một hệ toạ độ (hình 2.7)

Hình 2.7: Quá trình điều chỉnh tần số theo phụ tải

Ban đầu điểm làm việc là A ứng với công suất phát Po và tần số f đm Giả sử phụ tải tăng một lượng là ΔP do đóng thêm các thiết bị tiêu thụ điện, tương ứng với sự dịch chuyển đặc tính tần - phụ tải từ (2) → (3) Tại thời điểm ban đầu, do công suất phát không thể tăng lên đột ngột, do đó tần số giảm xuống thấp f2 Phụ tải tăng, tần số giảm

và bộ điều tốc bắt đầu làm việc nhằm tăng công suất phát lên Ở điểm B ta có sự cân bằng mới ứng với tần số f1 < f đm Quá trình điều chỉnh sơ cấp dừng lại Sở dĩ tần số giảm xuống f1 vì lượng công suất phát ΔPF < ΔP Trong giai đoạn này thì tất cả các máy phát có điều chỉnh tốc độ đều tự động tăng công suất phát của mình lên Khi phụ tải của hệ thống giảm thì quá trình diễn biến ngược lại và cuối cùng tần số cao hơn định mức

Để đưa tần số về định mức các nhà máy điều tần trong hệ thống tăng công suất phát lên Đó chính là dịch chuyển đặc tính điều chỉnh của turbine từ (1) sang (4) Lúc này, điểm làm việc là C, tần số đạt giá trị định mức vì công suất phát bù hoàn toàn công suất phụ tải tăng lên

III.5 Quá trình thay đổi công suất đặt của tổ máy

Mỗi tổ máy của nhà máy thường có khả năng phát nhiều giá trị công suất khác nhau Khi tổ máy đang làm việc, muốn thay đổi lượng công suất phát (chủ động) thì yêu cầu tần số trong quá trình thay đổi đó chỉ được dao động trong phạm vi cho phép Xét quá trình thay đổi công suất từ P1 sang P2 như hình 2.8:

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 31

Hình 2 8: Quá trình thay đổi công suất đặt của tổ máy

Ban đầu điểm làm việc là A ứng với lượng công suất phát ra là P1 Khi có yêu cầu tăng lượng công suất lên P2 thì điểm làm việc không di chuyển ngay sang đường (2) Vì công suất phát ra không thể thay đổi nhảy cấp (do các van không di chuyển tức thời) và tần số chỉ được dao động trong phạm vi cho phép, do đó điểm làm việc di chuyển sang điểm A’ trên đường đặc tính (1’) Công suất của một tổ máy nhỏ hơn nhiều công suất của hệ thống nên lượng gia tăng công suất này làm tần số ít biến đổi Lượng công suất gia tăng khi chuyển sang đặc tính (1’) là ΔP’ Sau đó công suất đặt lại tiếp tục tăng lên, đặc tính turbine dời sang 1”, công suất gia tăn là ΔP” v.v…Quá trình cứ tiếp tục cho đến khi lượng công suất phát ra đạt được là P2 và đặc tính turbine đổi sang đường (2)

Như vậy quá trình thay đổi công suất phát thực chất là quá trình đặt lại liên tiếp nhiều giá trị công suất kế tiếp nhau Đó là kết quả của quá trình điều chỉnh sơ cấp và thứ cấp của turbine

IV Máy điều tốc bằng tay

Mỗi loại turbine có một kiểu điều tốc khác nhau Các loại điều tốc thường dùng là: Kiểu van lưỡi gà, kiểu cánh hướng nước, kiểu thùng chụp v.v…

IV.1 Kiểu van lưỡi gà

Van lưỡi gà đặt ở cửa vào turbine Khi thay đổi vị trí van lưỡi gà, lưu lượng nước vào turbine sẽ thay đổi, do đó thay đổi được công suất turbine Kiểu van này thường dùng cho loại turbine xung kích hai lần Sơ đồ turbine dùng van lưỡi gà như sau:

Hình 2.9: Kiểu lưỡi gà

1 Van lưỡi gà

2 Bánh xe công tác

3 Vỏ turbine

4 Tay quay điều khiển

Khi quay tay quay điều khiển (4) thông qua cơ cấu truyền động, van lưỡi gà sẽ quay theo, do đó điều khiển được công suất turbine

IV.2 Kiểu cánh hướng nước

Đối với loại turbine phản kích, nước từ ống dẫn chảy vào buồng turbine Sau khi qua cánh hướng dòng, nước sẽ chảy vào bánh xe công tác của turbine làm turbine quay Do đó, để thay đổi lưu lượng vào bánh xe công tác, người ta thay đổi vị trí cánh hướng nước Sơ đồ của turbine này như sau:

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 33

Hình 2.10: Kiểu cánh hướng nước

4 Tay đòn

Những thiết bị tham gia vào quá trình điều tốc turbine này gồm:

Vô lăng đặt trên trục điều chỉnh (5), vòng điều khiển (7), tay đòn (4) và thanh kéo (6)

Tất cả các bộ phận nhằm thay đổi vị trí cánh hướng (2) Khi quay vô lăng trên trục (5), thông qua cơ cấu truyền động cánh hướng sẽ quay theo, do đó điều chỉnh được lưu lượng Q Tất cả các cánh hướng có liên động với nhau do đó được đóng mở đồng thời

IV.3 Kiểu thùng chụp

Thiết bị điều tốc kiểu thùng chụp được sử dụng với các loại turbine phản kích Thay vì điều chỉnh cánh hướng dòng để thay đổi lưu lượng như trên, người ta dùng thùng hình trụ bao quanh bộ phận hướng nước Bằng cách dịch chuyển thùng hình trụ lên xuống, lưu lượng nước vào bánh xe công tác sẽ thay đổi

Sơ đồ turbine loại này như hình 2.11:

Hình 2.11: Kiểu thùng chụp

3 Thùng chụp

Thiết bị điều tốc bằng tay là những thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, vận hành dễ dàng, giá thành rẻ Tuy nhiên nó cũng có những nhược điểm sau:

- Vì phụ tải thay đổi liên tục, do đó để đảm bảo sự cân bằng công suất, giữ tần

số không đổi phải thay đổi liên tục công suất turbine Như vậy người vận hành phải sẵn sàng điều khiển máy điều tốc khi phụ tải thay đổi

- Do điều khiển bằng tay nên tính tác động nhanh, độ chính xác, …không đảm bảo, điều đó dẫn đến độ lệch tần số lớn

- Việc điều khiển bằng tay của máy điều tốc sẽ không kịp thời khi phụ tải biến động lớn có thể gây ra hiện tượng lồng tốc, ghìm turbine, gây ra hư hỏng turbine

- Khả năng tự động hoá của nhà máy kém

Tóm lại trong hệ thống điện hiện đại không thể tồn tại các loại máy điều tốc bằng tay vì nó không đảm bảo các thông số kỹ thuật cũng như các yêu cầu về chất lượng điện năng của hệ thống

V Máy điều tốc tự động

V.1 Máy điều tốc tác động trực tiếp (hình 2.12)

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 35

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 = ω2.R) nên mọi sự thay đổi về số vòng quay 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 Mđ = Mc Trong trường hợp này số vòng quay ổn định sẽ 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 2.12: Máy điều tốc tác động trực tiếp

1 Bánh xe công tác 4 Ống lồng

V.2 Máy điều tốc tác động gián tiếp (hình 2.13)

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 2.13: Máy điều tốc tác động gián tiếp

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 37

4 Servomotor 10 Vòng điều chỉnh

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

6 Cần truyền động 12 Thiết bị giảm chấn

13 Lò xo

* 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 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

ax min

m o

n

nmax : Số vòng quay của tổ máy khi không tải

nmin : Số vòng quay của tổ máy khi đầy tải

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)

SVTH: Nguyễn Hữu Có Trang 39

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 MW

Chế độ làm việc của turbine:

I.2 Các thông số kỹ thuật