Phát điện Thuỷ điện JE-HYO-B-01 127 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Lưu lượng (m 3 /s) Cột áp hữu ích (m) IV. Một số các hệ thống thiết bị phụ khác IV.1 Van nước vào (Main shut-off Valve) 1. Phân loại van nước vào Van nước vào được bố trí ở cuối đường ống áp lực và cửa vào tua bin phục vụ cho việc đóng dòng nước khi cần thiết, thí dụ khi tiến hành kiểm tra bên trong tua bin, tua bin dừng dài hạn hoặc hỏng hóc. Van nước vào chỉ tác động đóng hoặc mở hoàn toàn mà không là van mở điều chỉnh công suất tua bin. Trong trường hợp đối với các trạm thủy điện cột áp thấp và lưu lượng lớn, van nước vào có thể không bố trí mà thay vào nó là sử dụng cửa điều chỉnh. Yêu cầu cần thiết là van nước vào đảm bảo đóng kín nước, chắc chắn, vận hành thuận lợi, không rò rỉ nước, ít cản trở dòng chảy. Trong các loại van nước vào, van kiểu bướm và cánh phai được sử dụng rộng rãi hơn cả, các loại khác là van quay và van kiểu Johnson. Phạm vi ứng dụng phù hợp đối với cột áp hữu ích và lưu lượng thể hiện trong hình III.10, còn phạm viáp dụng cho đường kính van và cột áp hữu ích thể hiện trong hình III.11. van phai Van bướm Cột áp hữu ích (m) Không có van Hình III.10 Phạm vi ứng dụng van nước vào 2. Van Bướm Đường kính van(m) Hình III.11 Thí dụ thực tế sử dụng van nước vào Loại van này thích hợp với cột áp trung bình (dưới 150m) và tua bin có đường kính lớn. Đây là một cấu trúc trong đó có dạng đĩa đặt bên trong ống dẫn hình trụ và khi đĩa ở vị trí vuông góc với đường tâm ống dẫn nó sẽ đóng dòng nước lại như thể hiện ở hình III.12. So sánh với các loại khác, xét cấu trúc của van, bề mặt tiếp xúc với dòng nước rộng và tổn thất cột áp nhiều nhất. Đặc biệt khi cột nước cao, bởi lẽ độ bền vững, độ dầy của thân van được gia cố thêm, chính điều này có khuynh hướng làm tăng mức độ hạn chế. Mức độ rò rỉ nước khi van đóng hoàn toàn tương đối nhiều hơn so với các loại van khác. Tuy nhiên, do cấu trúc và cơ chế vận hành đơn giản hơn so với các loại van khác và không yêu cầu diện tích rộng, nên van bướm là loại kinh tế nhất. Hiện nay, biện pháp chống rò rỉ là dùng cao su cứng ghép xung quanh van tạo độ kín. Van By-path Xéc vơ mô tơ dùng dầu (nước) áp lực Operation lever Rubber packing Van By-path Xéc vơ mô tơ dùng dầu (nước) áp lực Operation lever Công tắc hạn chế Dầu áp lực đi đóng van Tua bin nước Ống áp lực Van Trục van CầnĐ/C trục van Tua bin nước Ống áp lực Dầu áp lực đi mở van Thân van Thân van Van xả (sluice) (a) Đóng hoàn toàn (b) Mở hoàn toàn Hình III.12 Van Bướm Hình III.13 Van Cửa phai 3. Van cửa phai (Van cánh cửa) Như thể hiện trong hình III.13, cửa phai cấu tạo dạng đĩa đặt vuông góc với trục đường ống, van đóng dòng chảy khi đĩa đóng từ phần trên của ống dẫn xuống phía dưới, loại này phù hợp với cột áp cao và đường kính ống nhỏ. Bởi lẽ xéc vơ mô tơ dùng dầu áp lực được sử dụng rộng rãi để vận hành van nên chiều cao theo hướng thẳng đứng trở nên lớn, xét theo điều kiện lắp ráp và sử dụng không gian, van loại này kém lợi thế so với van bướm. Trọng lượng nặng hơn đáng kể và giá thành cao. Tuy nhiên, tổn thất cột áp rất nhỏ, đó chính là một lợi thế trong nhà máy Thủy điện vận hành liên tục. Hơn nữa, lượng nước rò rỉ khi van đóng hoàn toàn là rất nhỏ. 4. Van quay (Van hình cầu) Như biểu thị trong hình III.14, trong vỏ van một đoạn trụ rỗng xoay 90 o quanh trục lắp vuông góc với đường tâm ống dẫn. Phần trụ quay của van có cùng đường kính với ống áp lực, khi mở hoàn toàn không gây nên bất kỳ một cản trở đối với dòng chảy của nước. Khi quay góc 90 o van đóng đường nước và dừng dòng chảy. Phạm vi ứng dụng cho cột nước khoảng từ 30 đến 100 m và đường kính ống dẫn 250-3000 mm. Đối với loại van này, khi mở hoàn toàn, tổn thất cột nước ít hơn so với các loại van khác. Lượng rò rỉ trong trạng thái đóng hoàn toàn nhỏ, song cấu trúc rất phức tạp và có những han chế về mặt cơ khí. Hơn nữa, trọng lượng nặng hơn đáng kể và giá thành cao, Tuy vậy những hạn chế đó đã được cải thiện và van loại này được sử dụng cho cột áp trung bình và cột áp cao. Trục van Van Trục van Tua bin nước Tua bin nước Ống áp lực Ống áp lực Mở hoàn toàn Đóng hoàn toàn Hình III.14 Van qua y 5. Van By-path Nhằm làm cho áp suất của nước phía đường ống áp lực và phía tua bin cân bằng và để đóng mở van nước vào trong trạng thái nước đứng yên, bố trí một van by-path đường kính nhỏ. Thông thường sử dụng loại van khóa, tuy nhiên đôi khi sử dụng cả loại có tên gọi là Johnson như thể hiện trong hình III.15. Máy phát Van nước vào Trục chính Van By-path Tua bin nước Ống áp lực Van nước thải Ống hút Hình III.15 Van By-path 6. Phương thức vận hành van nước vào Phương thức vận hành van nước vào gồm dùng sức nước, dùng sức dầu, điện và bằng tay, nhưng phổ biến là sử dụng nước và dầu áp lực. Phương thức vận hành bằng tay dùng cho NMTĐ công suất nhỏ, phương thức dùng điện sử dụng mô tơ điện thay cho xéc vơ mô tơ tuy thiết bị đơn giản song tác động không êm và không thể vận hành khi xảy ra mất điện, đây chính là những hạn chế dẫn đến ít được sử dụng. Phương thức dùng sức nước vận hành xéc vơ mô tơ bằng áp suất dòng nước lấy từ ống có đường kính nhỏ trích từ đường ống áp lực. Phương thức này phù hợp cho các NMTĐ nước có chất lượng tốt và cột áp trung bình. Tuy nhiên, vào mùa đông cần bảo đảm sao cho nước không bị đóng băng. Phương thức dùng dầu thủy lực là phương thức vận hành xéc vơ mô tơ bằng áp suất dầu. Phương thức này cần có thiết bị dầu áp lực và là phương thức có ít hạn chế nhất, và dĩ nhiên nó được sử dụng cho các NMTĐ mới, ngoài ra thường được sử dụng cho việc tự động hóa hệ thống của các nhà máy hiện hành khi nâng cấp việc sử dụng nó. áp suất dầu tiêu chuẩn là 15 kg/cm 2 ∼ 18 kg/cm 2 , ngày nay sử dụng cả 20 kg/cm 2 . Ngoài ra, vận hành van by-path trước đây thường bằng tay, nhưng ngày nay loại dùng dầu áp lực được sử dụng phổ biến trong các NMTĐ vận hành tự động. Sau khi mở van the by-path, van nước vào mở, đồng thời van by-path đóng lại sau khi van nước vào đóng, ở đây cả hai trường hợp đều tác động kế tiếp. Thời gian mở và đóng van nước vào là 2 ∼ 5 phút, khi sự gia tăng áp suất nước nhỏ có thể 40 ∼ 90 giây là đủ và thường đây chính là thời gian cần thiết. IV.2 Thiết bị cung cấp dầu áp lực 1. Đặc điểm cấu tạo hệ thống dầu áp lực Dầu áp lực được sử dụng cho nhiều thiết bị khác nhau trong các NMTĐ gồm cả điều chỉnh cánh hướng nước, van kim, cánh tua bin của tua bin cánh quay (Kaplan), đóng/mở van nước vào, điều khiển tự động của thiết bị điều khiển áp lực, máy điều chỉnh tốc độ và các thiết bị phụ. Chính vì vậy, thiết bị cung cấp dầu áp lực là nguồn cấp dầu áp lực được mang tính chất sống còn cho điều khiển NMTĐ. Sau đây là mô tả những nét chính từng thành phần cảu hệ thống dầu áp lực và hình III.16 thể hiện cấu tạo hệ thống cung cấp dầu áp lực. (1) Thùng dầu áp lực(chamber) Đây là thùng chứa dầu áp lực và phía trên dầu là khí nén. Dầu áp lực được cấp thêm hoặc tích trữ tùy theo sự tương quan giữa thể tích và áp suất của khí nén. Thùng dầu có lắp đặt van an toàn để giải phóng áp suất tăng quá mức bình thường. (2) Máy bơm dầu áp lực Nhiệm vụ của bơm này là cung cấp dầu cho thùng dầu áp lực và thường sử dụng loại bơm bánh răng. Để tránh trường hợp mất dầu áp lực do hỏng hóc bơm ở tất cả các NMTĐ đều bố trí một bơm dự phòng. (3) Thiết bị xả dầu Để điều chỉnh áp lực dầu, ở giữa thùng dầu áp lực và bơm dầu bố trí một máy cắt tải. Khi áp suất trong thùng dầu đạt mức điều chỉnh cho phép cao nhất, thiết bị này tác động nhằm tránh sự vượt quá giới hạn. Cùng lúc này, bơm dầu được đưa về chế độ vận hành không tải, kết quả là tiết kiệm điện năng. (4) Thùng khí nén Thùng khí nén được lắp đặt giữa thùng dầu áp lực và thiết bị cắt tải làm nhiệm vụ cung cấp khí nén. (5) Thùng chứa dầu Thùng này làm nhiệm vụ cung cấp dầu để bơm tại mọi thời điểm và thu nhận dầu chảy về. Dầu dùng ở đây là dầu tua bin. Các bơm dầu kể cả bơm làm việc lẫn bơm dự phòng đều được chạy bằng mô tơ điện. Dạng này của hệ thống được gọi là dạng có kí hiệu M-M và hiện nay được sử dụng ở rất nhiều NMTĐ. Hình III.16 Thành phần cấu tạo của hệ thống cung cấp dầu áp lực 2. Hệ thống dầu áp lực Các NMTĐ công suất lớn thường trang bị cho mỗi tổ máy một thiết bị dầu áp lực, tuy nhiên trong các tổ máy công suất nhỏ thiết bị này đôi khi hợp bộ vào máy điều chỉnh tốc độ. Ở những hệ thống đơn lẻ mỗi thiết bị dầu áp lực dùng riêng cho một tổ máy còn ở hệ thống tập trung mỗi thiết bị dầu áp lực dùng cho 2 đến 3 tổ máy. Đối với hệ thống đơn lẻ, bởi bơm được lắp cho từng tua bin nên kinh tế hơn khi có số lượng máy phát nhỏ. Với hệ thống tập trung, cần có thùng dầu áp lực lớn vì phải cung cấp cho tất cả các tua bin. Nếu số lượng tổ máy lớn hệ thống tập trung được đánh giá là kinh tế hơn hệ thống đơn lẻ. Trong vận hành, tỉ lệ hỏng hóc ở hệ thống đơn lẻ thường lớn vì nhiều máy bơm.Tuy nhiên đây là một lợi thế là khi xảy ra hỏng hóc chỉ một máy dừng. Những hạn chế của hệ thống loại này là cần khoảng trống lắp đặt lớn và giá thành cao hơn.Mặc dầu hệ thống tập trung luôn có bơm dự phòng nhưng toàn bộ nhà máy sẽ vẫn dừng trong trường hợp xảy ra sự cố. 3. Cơ cấu cấp dầu áp lực (1) Nạp dầu và xả dầu Mức áp suất dầu của hệ thống cung cấp dầu áp lực được quyết định bởi tầm cỡ nhà máy và bảo đảm duy trì trong khoảng từ 1,5 MP(Mega Pascals; 1MP=9,8kg/cm 2 ) đến 6,9 MP là áp suất dầu không tải (mức áp suất dầu cực đại: Max.OPL) của thùng dầu áp lực. Phạm vi biến động của mức dầu là khoảng chênh lệch giữa mức dầu không tải (Max.OPL) và mức dầu mang tải (mức dầu vận hành thấp nhất; Min.OPL), và được ấn định tùy theo hệ thống cụ thể. Hình III.17 Các thí dụ về mức áp suất dầu Khi các xéc vơ mô tơ sử dụng dầu áp lực và mức dầu đạt Min.OPL, dầu được cấp vào thùng bằng các bơm dầu để nâng áp suất đến Max.OPL. Khi đã đạt tới áp suất này (Max.OPL), dòng dầu được mở thông xuống thùng chứa dầu, và cả áp suất dầu lẫn mức dầu luôn duy trì trong khoảng đã định. Những chế độ này gọi là “Nạp dầu” và “Xả dầu”. Hình III.18 Nạp dầu và Xả dầu (2) Cấu trúc của thiết bị xả dầu Thiết bị xả dầu gồm có “Van xả dầu” có nhiệm vụ đóng cắt dầu từ bơm dầu áp lực, “Van cấp khí nén” làm nhiệm vụ điều chỉnh mực dầu trong thùng dầu áp lực và “Van điều chỉnh” tác động đóng mở van xả dầu. Hình III.19 thể hiện hình dáng bên ngoài của thiết bị xả dầu và hình III.20 thể hiện kết cấu bên trong của nó. Hình III.19 Hình dạng của thiết bị xả dầu Cần đ/chỉnh Van Khí nén Hình III.20 Cấu tạo thiết bị xả dầu Trong van xả, pít tông trên và pít tông van cùng liên kết với một trục và chuyển dịch lên xuống bên trong thân van. Van khí nén tạo bởi van kiểm tra mức dầu và van nạp khí. Đĩa van cầu bị nén vào vỏ bởi lò xo và được đóng mở theo sự chuyển dịch lên xuống của cần điều khiển. Trong van điều khiển, van pít tông ở bên trong thân van còn van điều chỉnh nằm bên trong van pít tông. Các van pít tông và van điều khiển chuyển động lên xuống thẳng đứng ngược chiều nhau. Áp lực sử dụng để tác động van điều khiển được ấn định bởi lò xo. Áp lực ấn định được điều chỉnh bằng cách nới khóa và xoay vít điều chỉnh. . Phát điện Thuỷ điện JE-HYO-B-01 127 Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN) Lưu lượng (m 3 /s) Cột áp hữu ích (m) IV. Một số các hệ thống thiết bị phụ khác IV.1. đây chính là thời gian cần thiết. IV.2 Thiết bị cung cấp dầu áp lực 1. Đặc điểm cấu tạo hệ thống dầu áp lực Dầu áp lực được sử dụng cho nhiều thiết bị khác nhau trong các NMTĐ gồm cả điều chỉnh. lực Các NMTĐ công suất lớn thường trang bị cho mỗi tổ máy một thiết bị dầu áp lực, tuy nhiên trong các tổ máy công suất nhỏ thiết bị này đôi khi hợp bộ vào máy điều chỉnh tốc độ. Ở những hệ thống