VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN THỦY LỰC

VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN THỦY LỰC: I.PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN THỦY LỰCI.1Phân loại:I.2Đặc điểm cấu tạo:II.CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN THỦY LỰCII.1Điều kiện để khởi động máy phát:II.2Phương pháp hoà máy phát vào lưới:II.3Chế độ hoạt động cho phép khi có sai lệch hệ số công suất so với định mứcII.4Trị số giới hạn nhiệt độ cho phép ở các bộ phận tác dụng của máy phátII.5Quá tải ngắn hạn cho phép theo dòng cuộn dây StatorII.6Quá tải ngắn hạn cho phép theo dòng kích thíchII.7Thời gian cho phép hoạt động ngắn hạn trong các chế độ không đối xứng:II.8Phụ tải không đối xứng kéo dài cho phép:II.9Các quy định phải ngừng máy phát:II.10Độ rung cho phép:II.11Độ ồn (tính theo deciben):II.12Số lần khởi động cho phép và chuyển đổi chế độ:III.NỘI DUNG KIỂM TRA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TUA BIN THỦY LỰCIII.1Kiểm tra tua bin nước và bảng điều khiển tua bin:III.2Kiểm tra máy điều tốc:III.3Kiểm tra bộ điều chỉnh mức nước:III.4Kiểm tra hệ thống cung cấp dầu áp lực:III.5Kiểm tra máy phát điện:III.6Kiểm tra thiết bị kích từ:III.7Kiểm tra hệ thống bôi trơn:III.8Kiểm tra hệ thống cấp thoát nước:III.9Kiểm tra khối cung cấp điện khẩn cấp:III.10Kiểm tra bảng rơle, bảng phân phối:III.11Kiểm tra hệ thống giám sát và điều khiển từ xa:III.12Kiểm tra bảng rơle, bảng phân phối:III.13Kiểm tra bộ nạp ắc quy:

VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN THỦY LỰC

NỘI DUNG

I PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN

THỦY LỰC 3

I.1 Phân loại: 3

I.1.1 Phân loại theo phương pháp kích từ: 4

I.1.2 Phân loại theo hướng trục của máy phát: 4

I.1.3 Phân loại theo cách bố trí ổ trục: 5

I.1.4 Phân loại theo phương pháp làm mát: 7

I.2 Đặc điểm cấu tạo: 11

I.2.1 Stato: 11

I.2.2 Rô to: 12

II CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN THỦY LỰC 24

II.1 Điều kiện để khởi động máy phát: 24

II.2 Phương pháp hoà máy phát vào lưới: 24

II.3 Chế độ hoạt động cho phép khi có sai lệch hệ số công suất so với định mức 25 II.4 Trị số giới hạn nhiệt độ cho phép ở các bộ phận tác dụng của máy phát27 II.5 Quá tải ngắn hạn cho phép theo dòng cuộn dây Stator 28

II.6 Quá tải ngắn hạn cho phép theo dòng kích thích 28

II.7 Thời gian cho phép hoạt động ngắn hạn trong các chế độ không đối xứng: 29

II.8 Phụ tải không đối xứng kéo dài cho phép: 29

II.9 Các quy định phải ngừng máy phát: 29

II.10 Độ rung cho phép: 30

II.11 Độ ồn (tính theo deciben): 30

II.12 Số lần khởi động cho phép và chuyển đổi chế độ: 30

III NỘI DUNG KIỂM TRA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ PHÁT ĐIỆN TUA BIN THỦY LỰC 31

III.1 Kiểm tra tua bin nước và bảng điều khiển tua bin: 31

III.2 Kiểm tra máy điều tốc: 31

III.3 Kiểm tra bộ điều chỉnh mức nước: 31

III.4 Kiểm tra hệ thống cung cấp dầu áp lực: 31

III.5 Kiểm tra máy phát điện: 32

III.6 Kiểm tra thiết bị kích từ: 32

III.7 Kiểm tra hệ thống bôi trơn: 32

III.8 Kiểm tra hệ thống cấp thoát nước: 32

III.9 Kiểm tra khối cung cấp điện khẩn cấp: 32

III.10 Kiểm tra bảng rơle, bảng phân phối: 33

III.11 Kiểm tra hệ thống giám sát và điều khiển từ xa: 33

III.12 Kiểm tra bảng rơle, bảng phân phối: 33

III.13 Kiểm tra bộ nạp ắc quy: 33

I PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN

THỦY LỰC

Máy phát điện thủy lực còn được gọi là máy phát điện tua bin nước Trong hệ

thống điện công suất phát của các máy phát điện thủy lực thường là S > 3MW,

máy phát điện thủy lực có công suất lớn thường xử dụng loại máy phát điện

đồng bộ

Nguyên lý làm việc chung của máy phát điện đồng bộ dựa trên sự chuyển động

tương đối của phần cảm (còn gọi là phần kích từ) và phần ứng (phát ra điện xoay

chiều) Khi rôto chuyển động quay đều với vận tốc , dòng điện một chiều chạy

trong cuộn dây kích từ của rôto sẽ sinh ra từ trường quay có từ thông  khép

mạch qua cuộn dây của phần ứng stato và sinh ra sức điện động cảm ứng Eo

biến đổi theo chu kỳ hình sin có tần số f = 50Hz hoặc f = 60Hz Chuyển động

tương đối của phần cảm và phần ứng cho phép phần cảm quay phần ứng đứng

yên hoặc phần ứng quay phần cảm đứng yên Mạch kích từ và cuộn dây kích từ

dùng điện áp một chiều thấp, có cấu tạo cực từ đơn giản hơn cực từ của phần

ứng.Các cuộn dây phần ứng thường có nhiều vòng chịu điện áp cao, có cấu tạo

mạch từ và cách đấu nối dây dẫn phức tạp Do những đặc điểm trên nên máy

phát điện đồng bộ thường chế tạo với phần cảm quay gọi là rôto, phần ứng đứng

yên gọi là stato

Máy phát điện đồng bộ hoạt động được là nhờ có hệ thống tuabin, tua bin của

máy phát có vai trò truyền lực và truyền mô men quay M1 vào làm quay trục

máy phát, năng lượng được dùng để quay cánh tua bin là sức nước, khí ga, hơi

nước, tùy theo việc xử dụng nguồn năng lượng nào mà có tua bin có tên gọi khác

nhau:

 Tua bin dùng năng lượng nước được gọi là tua bin nước Với các nhà máy

thủy điện công suất lớn có tốc độ quay của tua bin thấp khoảng 100 ÷ 150 vòng/

phút, các máy phát điện tua bin nước có tốc độ thấp thường dùng kiểu cực lồi

Với các nhà máy thủy điện được thiết kế có mức chênh áp nước lớn thường có

tốc độ quay tua bin cao khoảng 1000 ÷ 1500 vòng/ phút

 Các máy phát điện tua bin khí và tua bin hơi dùng các nguồn năng lượng

như khí ga (nhà máy tua bin khí) hoặc hơi (nhà máy nhiệt điện) Máy phát điện

tua bin khí hoặc tua bin hơi thường có 2 hoặc 4 cực được thiết kế chế tạo để làm

việc ở tốc độ cao khoảng 1500 ÷ 3600 v/ phút

 Các máy phát điện được kéo trực tiếp bằng động cơ Diesel hoặc bằng động

cơ xăng “không dùng tua bin” thường có tốc độ khoảng 100 ÷ 1000 v/ phút

Hiện nay máy phát điện Diesel không dùng trong lưới điện mà chỉ là nguồn phát

điện độc lập, vì công suất và hiệu suất thấp, giá thành sản xuất điện năng cao,chi

phí nhiên liệu và chi phí cho sửa chữa cao

I.1 Phân loại:

Các máy phát điện thủy lực thường dùng máy phát điện đồng bộ cực lồi được

phân loại như sau:

I.1.1 Phân loại theo phương pháp kích từ:

Các máy phát điện tua bin nước thường dùng hệ thống kích từ bằng nguồn

điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều được chỉnh lưu thành một chiều được đưa

vào cuộn dây kích thích máy phát bằng hệ thống chổi than và vành góp

I.1.2 Phân loại theo hướng trục của máy phát:

Máy phát điện thường dùng 2 loại: Kiểu trục đứng và kiểu trục ngang

Hầu hết các máy phát điện có công suất lớn đều dùng kiểu trục đứng là kiểu

mà trục của rô to máy phát có phương vuông góc với mặt đất (Hình 1)

Kiểu trục đứng có nhiều đặc điểm phù hợp với các máy phát điện công suất

lớn

Ưu điểm:

 Gian máy không yêu cầu có diện tích mặt bằng lớn

 Máy phát điện được đặt cao hơn tua bin nên rất thuận lợi trong việc giải

quyết độ cao của gian đặt máy ở trên mức nước lũ

 Hiệu suất khai thác cột nước rất hiệu quả

 Khung của stato được chế tạo thành nhiều phần nên rất thuận lợi cho

việc thi công lắp đặt phù hợp với loại máy phát điện có công suất lớn,

tốc độ thấp

 Trục máy không có độ võng

 Chiều dài của trục không hạn chế

Nhược điểm:

 Giá thành xây lắp, chế tạo cao

 Do không đặt được bánh đà nên bánh đà của máy phát phải dùng nhờ

rôto

 Trang bị hệ thống bôi trơn khá phức tạp

 Không thuận lợi trong việc sửa chữa bảo và dưỡng định kỳ, trên gian

máy phải được trang bị cẩu chuyên dụng loại lớn

Hình 1

Mô tả máy phát điện trục đứng

Kiểu trục ngang là kiểu mà trục rô to máy phát nằm song song với mặt đất,

kiểu trục ngang thường dùng cho các máy phát điện có công suất thấp (Hình 2)

Ưu điểm:

 Trang bị hệ thống bôi trơn đơn giản hơn so với kiểu trục đứng

 Thuận lợi trong việc sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ

 Giá thành xây lắp, chế tạo rẻ

Nhược điểm:

 Gian máy yêu cầu phải có diện tích mặt bằng lớn, chiều cao gian máy

thấp

 Máy phát điện được đặt cùng cao độ tua bin nên gặp khó khăn trong

việc giải quyết độ cao của gian đặt máy ở trên mức nước lũ

 Hiệu suất khai thác cột nước kém hiệu quả so với kiểu trục đứng

 Bất lợi trong việc giải quyết độ võng của trục rô to, chiều dài của trục

máy phát bị hạn chế bởi độ võng

`

I.1.3 Phân loại theo cách bố trí ổ trục:

Trục máy phát được đỡ bằng ổ trục

 Đối với loại máy phát kiểu trục ngang thì ổ trục được bố trí cả về hai phía

của rô to, hệ thống bôi trơn được bố trí ngay trên ổ trục

 Đối với loại máy phát kiểu trục đứng thì dùng ổ đỡ kiểu treo và ổ đỡ kiểu ô

 Ổ đỡ kiểu treo được ứng dụng rộng rãi cho các máy phát có công suất

lớn tốc độ thấp Ổ đỡ tải trọng của phần quay được lắp đặt trên rô to, ổ hướng

trên được lắp cùng phía với ổ đỡ, ổ hướng dưới được lắp đặt phía dưới rô to

(Hình 3)

Hình 2

Mô tả máy phát điện trục ngang

 Ổ đỡ kiểu ô thường được ứng dụng cho các máy phát có công suất lớn

tốc độ thấp, ổ đỡ tải trọng được bố trí phía dưới rôto các ổ hướng được bố trí

cùng phía với ổ đỡ (Hình 4) Kiểu ô cải tiến và bán ô được trình bày trên Hình 4,

Hình 5, Hình 6

Hình 3 Ổ đỡ kiểu treo

Hình 4 Ổ đỡ kiểu ô

Hình 6 Ổ đỡ kiểu bán ô Hình 5 Ổ đỡ kiểu ô cải tiến

I.1.4 Phân loại theo phương pháp làm mát:

Trong vận hành, việc làm mát cho máy phát là biện pháp trao đổi truyền dẫn

nhiệt của máy phát ra môi trường bên ngoài nhằm mục đích giảm nhiệt độ của

máy phát

I.1.4.1 Làm mát bề mặt:

a Làm mát bề mặt bằng không khí:

 Phương pháp làm mát thông dụng nhất là dùng không khí thổi tự nhiên

hoặc bằng quạt gió thổi không khí tuần hoàn cưỡng bức qua bề mặt máy phát

Không khí dùng để làm mát máy phát được lấy từ bên ngoài gian máy thổi qua

máy phát rồi thải ra ngoài

 Phương pháp làm mát bằng khí thổi còn được thực hiện trong một hệ

thống bơm tuần hoàn và đường ống dẫn không khí theo một chu trình kín kết

hợp với bộ lọc bụi và hệ thống làm lạnh bằng dàn phun nước Ưu điểm của biện

pháp này là cuộn dây của máy phát ít bị bẩn, hiệu suất cao, ít chịu tác động của

nhiệt độ môi trường bên ngoài

Hệ thống làm mát bằng không khí thổi tuần hoàn cưỡng bức được mô tả trên

Hình 9

Hình 9

Hệ thống làm mát bằng không khí thổi tuần hoàn cưỡng bức

Hình ảnh bên ngoài máy phát trục đứng

Hình 8 Hình ảnh bên ngoài máy phát trục ngang

Không khí được lưu thông tuần hoàn trong đường ống kín, từ “buồng lạnh

làm sạch” không khí sẽ có nhiệt độ < 200 để không mang theo hơi ẩm vào máy

phát được các quạt gió hút và thổi vào hai đầu máy phát Gió lạnh sau khi đi qua

máy phát sẽ hấp thụ nhiệt của máy phát trở thành gió nóng lại quay về buồng

lạnh làm sạch Buổng lạnh có dàn ống kim loại khoan nhiều lỗ nhỏ, nước xối

mạnh ra qua dàn ống có nhiệt độ 0 < 200 ÷ 300 Sau khi được hạ nhiệt độ và

được lọc bụi không khí sẽ quay trở lại đi vào hai đầu của máy phát Phương pháp

làm mát tuần hoàn không khí có hiệu suất cao và có khả năng điều chỉnh được

nhiệt độ làm mát Ngoài ra hệ thống làm mát khi cần còn có khả năng dập lửa

cho máy phát nếu xảy ra hỏa hoạn Phương pháp này được ứng dụng cho các

máy phát có công suất > 3MW

b Làm mát bề mặt bằng khí H2:

Làm mát bề mặt bằng khí hyđrô H2 được thực hiện giống như làm mát bằng

không khí tuần hoàn cưỡng bức H2 được sản xuất và duy trì với độ tinh khiết

đến 99,9% Khí H2 thuộc vào dạng khí trơ có khả năng cách điện cao không tác

dụng trực tiếp với khí ô xy O2

Ở áp suất 0,5at thì:

 Mật độ của hỗn hợp khí H2 thấp hơn khoảng 8 lần so với không khí

 Hệ số truyền nhiệt từ bề mặt làm mát tới H2 lớn hơn 1,35 lần so với

không khí

 Độ dẫn nhiệt lớn hơn khoảng 5 lần so với không khí

 Hệ số dẫn nhiệt của cách điện tăng lên được 1,3 lần

Phương pháp làm mát bằng khí H 2 có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương

pháp làm mát bằng không khí:

 Tổn hao ma sát và tổn hao thông gió của rôto tới khí làm mát giảm đi

khoảng 8 lần, hiệu suất làm mát tăng lên rất nhiều

Thí dụ: Ở các máy phát điện có công suất từ 25 ÷ 100MW khi làm mát bằng

không khí, các tổn hao này cộng lại khoảng 25 ÷ 50% của các tổn hao Khi làm

mát bằng khí H2 thì mức tổn hao này chỉ còn 3 ÷ 6% của các tổn hao

 Độ dẫn nhiệt của khí H2 lớn hơn độ dẫn nhiệt của không khí rất nhiều tạo

ra khả năng tản nhiệt nhanh của các phần tử truyền nhiệt trong máy phát Nếu

duy trì được chế độ làm mát bằng khí H2, giữ ổn định nhiệt độ cuả máy phát thì

có thể nâng được công suất của máy phát lên 1,2 lần

 Hệ thống làm mát bằng H2 ngăn chặn bụi bẩn và hơi ẩm chui vào máy

phát nên chống được lão hóa cho các vật liệu cách điện trong máy phát

 Thiết bị làm mát bằng H2 có kích thước nhỏ gọn

 Khí H2 không duy trì sự cháy

Tuy vậy phương pháp làm mát bằng khí H 2 cũng cần một số yêu cầu kỹ thuật

đặc biệt:

 Độ sạch của khí H2 trong đường ống dẫn cần phải đạt trên 99,9%,

 Trong đường ống cần phải có áp lực khí H2 nhỏ nhất là 0,035 ÷ 0,05at

Nếu không có áp lực khí H2 bên trong không khí dễ xâm nhập vào đường ống

qua các khe hở tại các đệm dầu hoặc qua lỗ thông khuyết tật của đường ống đưa

hơi ẩm vào trong cuộn dây máy phát

 Khi có kích nổ bằng ngọn lửa H2 sẽ gây nổ tạo ra áp lực lớn Áp lực tác

dụng khi xảy ra nổ không quá 3,5at do đó đường dẫn khí và vỏ máy phát cần có

độ bền cao chịu được áp lực tính toán đến 6at

 Phải trang bị hệ thống sản xuất và bình khí nén để dự trữ H2

Tuy nhiên việc làm mát bề mặt bằng khí H2 chưa đủ để giảm sự chênh lệch

nhiệt độ từ cuộn dây tới khí làm mát Sự tăng áp lực khí H2 chủ yếu để giảm

nhiệt độ từ bề mặt rãnh nhưng lại không gây được ảnh hưởng đến sự chênh lệch

nhiệt độ còn lại Bằng cách tăng áp lực khí trên đường ống sẽ giảm được nhiệt

độ trên cuộn dây và nâng cao được công suất cho máy phát trong khi kích thước

của máy phát vẫn giữ nguyên Nếu áp lực khí H2 trong hệ thống đường ống làm

mát đến 2at thì công suất giới hạn có thể đạt được đến 200MW

I.1.4.2 Làm mát trực tiếp:

Làm mát trực tiếp là phương pháp cho khí H2, gió, tuần hoàn trực tiếp bên

trong ống dây dẫn điện hay đi qua hệ thống đường ống dẫn có tiếp xúc với dây

dẫn điện Phương pháp này có hiệu suất làm mát cao hơn phương pháp làm mát

bề mặt vì làm giảm được độ chênh lệch nhiệt độ từ cuộn dây đến khí làm mát

Phương pháp này thường áp dụng cho các máy phát điện tua bin hơi cho phép

giảm được kích thước tác dụng, nâng cao được công suất tới hạn, nâng cao được

hiệu quả kinh tế do giảm được giá thành xây dựng, tăng hiệu suất và giảm được

chi phí vận hành Nếu đảm bảo được chỉ tiêu quá nhiệt tương tự như làm mát bề

mặt thì cho phép tăng công suất giới hạn đến 2,4 lần Nếu tăng áp lực khí trong

đường ống dẫn khí H2 làm mát thì hiệu quả làm mát cũng tăng lên

Nước cất tinh khiết cũng dùng để làm mát trực tiếp cho máy phát Làm mát

bằng nước đạt hiệu quả cao hơn so với việc dùng khí H2 rất nhiều nước có khả

năng tản nhiệt tốt hơn Làm mát trực tiếp bằng nước cất tinh khiết được ứng

dụng trong những máy phát điện tua bin khí có công suất lớn và các máy phát

điện thủy lực lớn có tốc độ thấp (khoảng 500v/phút)

Hình 10 mô tả hệ thống làm mát trực tiếp bằng nước Dây dẫn điện stato làm

bằng ống đồng rỗng có thể dùng làm đường dẫn nước được liên hệ với đường

dẫn nước làm mát bằng một đoạn ống dẫn nước cách điện bằng silicôn mềm dẻo

Đoạn ống dẫn nước cách điện có hình dáng bên ngoài giống như một quả sứ

xuyên nhiều tán, có chiều dài dòng rò cho phép 2,5cm/ 1kV Nước tinh khiết

được chưng cất và khử bỏ các thành phần kim loại do đó không dẫn điện Buồng

hạ nhiệt là một hệ thống dàn phun nước làm mát, nước trong ống sau khi đi qua

buồng hạ nhiệt sẽ tuần hoàn trở lại làm mát cho máy phát nhờ một máy bơm

nước đặt trên đường ống Các đầu cực stato thường có điện áp từ 6,6 kV đến

21kV được đấu qua sứ đỡ trung gian bằng thanh dẫn mềm được làm bằng các lá

đồng ghép lại Ống dẫn nước làm mát được nối vào hệ thống tiếp địa an toàn có

Rtđ  4 Với những máy phát điện có công suất nhỏ thì dây dẫn stato thường có

tiết diện nhỏ do đó không ứng dụng phương pháp làm mát bằng nước trực tiếp

qua dây dẫn

 Kiểu làm mát bằng gió tự nhiên: cả đầu hút và đầu thải được đặt phía trong

của gian máy, nhiệt độ bên trong gian máy tăng lên, phát ra tiếng ồn lớn, phần

bên ngoài máy không lắp vỏ nêm cuộn dây dễ bị nhiễm bẩn, diện tích mặt bằng

đặt máy nhỏ, chỉ được áp dụng cho các máy nhỏ, giá thành thấp

 Kiểu thông gió bằng ống ở lối ra: hút ở bên trong và thải ở bên ngoài

nhiệt độ bên trong không tăng, có tiếng ồn khá nhỏ, đây là loại trung gian giữa

loại mở và loại đóng hoàn toàn cuộn dây cũng dễ bị nhiễm bẩn

Hình 10

Sơ đồ hệ thống làm mát trực tiếp cho máy phát điện bằng nước

 Kiểu thông gió bằng ống ở lối ra và lối vào: cả đầu hút và đầu thải đặt ở bên

ngoài nhiệt độ phần bên trong không tăng tiếng ồn nhỏ cuộn dây và ống dẫn dễ

bị nhiễm bẩn phần bên ngoài lớn nên được bao bọc bằng vỏ chiếm diện tích mặt

bằng lớn thường áp dụng cho các máy nhỏ hơn 20MVA giá thành sản xuất cao

cần trang bị chống rung

 Kiểu trao đổi nhiệt làm mát bằng nước: không khí được sử dụng lại trong quá

trình làm mát việc làm mát không bị ảnh hưởng ngay cả khi phần bên trong có

nhiệt độ cao và không khí độ ẩm cao, tiếng ồn nhỏ, cuộn dây và ống dẫn không

bị nhiễm bẩn, phần bên ngoài lớn và phức tạp, chiếm diện tích mặt bằng lớn

thường áp dụng cho các máy công suất lớn giá thành sản xuất cao

I.2 Đặc điểm cấu tạo:

Máy phát điện thủy lực có nhiều đặc điểm riêng và cấu tạo khác các máy phát

điện tua bin khí, tua bin hơi

I.2.1 Stato:

Stato gồm có 5 phần tử chính: Lõi thép, cuộn dây, bệ, khung

I.2.1.1 Lõi thép stato:

Lõi thép là phần tử chính làm nhiệm vụ dẫn từ và tạo ra mạch từ, nó được ghép

bằng các lá tôn silích mỏng 0,35÷ 0,5mm hình dẻ quạt, có khe rãnh để đặt dây

stato Trên lõi thép chế tạo sẵn nhiều lớp các ống dẫn gió hoặc dẫn khí làm mát,

khoảng cách giữa các lớp ống thông gió 50÷60mm Hai mặt ngoài cùng của lõi

thép stato có hai đĩa thép dầy có độ bền cơ học tốt dùng làm gông ép lõi thép Bu

lông ép gông được làm bằng các bu lông chuyên dùng có kích thước lớn Các lá

thép được xử lý và tôi luyện tốt tạo ra hàm lượng sắt – Fe và Si lích – Si có trong

thành phần thép, sự đồng nhất và kích thước chính xác để hạn chế tối đa dòng

điện phu cô Si có trong tạo thành hợp kim Fe – Si trong đó Si chỉ chiếm tỉ trọng

khoảng 0,04%, Si không làm nhiệm vụ dẫn từ mà ngược lại làm tăng từ trở của

lõi thép có tác dụng ngăn cản dòng điện phu cô, nhưng nếu tỉ trọng Si lớn sẽ làm

cho hiệu suất truyền dẫn từ của của lõi thép giảm đi, lõi thép nhanh bão hòa từ

Tất cả các lá thép trước khi ghép với nhau sẽ được tráng một lớp mỏng sơn cách

điện để ngăn không cho chúng tiếp xúc với nhau Khi máy phát vận hành nếu

như các lá thép bị tiếp xúc trực tiếp với nhau thì dòng điện phu cô sẽ tăng lên

dẫn đến tổn thất trong lõi thép

I.2.1.2 Cuộn dây stato:

Cuộn dây stato được dùng để tạo ra điện áp trên đầu cực máy phát điện Cuộn

dây thường được làm bằng đồng đỏ dẹt có tiết diện hình chữ nhật, hình vuông,

hình tròn Dây dẫn được bọc các điện và thường dùng cấp cách điện B là loại có

khả năng chịu nhiệt cao: nhiệt độ cho phép lớn nhất là 1300C Cách điện chính

của cuộn dây stao to thường là mica được tăng cường bằng nhựa thông époci,

trước đây nó là vật liệu chính dùng cho chế tạo nhựa bê tông asphal Để ngăn

chặn hiệu ứng lân cận corona xảy ra giữa dây dẫn và lõi thép của stato người ta

tráng phủ bên ngoài dây dẫn một lớp sơn bán dẫn có tác dụng cân bằng điện thế

giữa cuộn dây với lõi thép

Cuộn dây stato được thiết kế có hình lục giác, thường được chế tạo theo

phương pháp quấn đồng tâm, quấn lớp kép, quấn bước ngắn…Hiện nay với các

máy phát điện công suất trung bình và lớn thường dùng áp dụng công nghệ mới

chế tạo kiểu cuộn dây một vòng, kiểu này không đòi hỏi cách điện giữa các vòng

dây, với công nghệ này giảm thiểu sự cố khi có ngắn mạch từ bên ngoài, nâng

cao được độ tin cậy của cách điện dây dẫn Các máy phát có công suất lớn, dây

dẫn stato thường dùng dây rỗng bên trong dẫn nước hoặc khí làm mát, hiệu suất

làm mát tăng lên rất nhiều khi ứng dụng công nghệ này

I.2.1.3 Khung stato:

Khung stato dùng để cố định lõi thép stato, chịu được toàn bộ tải trọng động

của stato Tùy theo thường loại máy phát mà khung có cấu tạo riêng Hầu hết

khung stato được làm bằng thép đúc được chế tạo liền với staoto có kết cấu gọn,

có độ bền cơ cao, có độ ổn định động cao Loại khung hàn cũng được dùng

nhiều trong các nhà máy phát điện, loại này thuận tiện cho lắp ráp vận chuyển

Khung có cấu tạo theo kiểu hàn liên kết các cột trụ thép đúc với nhau bằng các

đĩa thép đúc đặt phía trên cùng và dưới cùng Vì các máy phát có công suất lớn

thường có kích thước lớn nên phải chế tạo kiểu khung tách rời từng nhóm để dễ

vận chuyển, khi đến nhà máy mới lắp ráp tổ hợp lại

I.2.1.4 Bệ đỡ:

Bệ đỡ là phần tử quan trọng được thiết kế và tính toán có độ bền, kích thước,

độ rộng phù hợp với kích thước và tải trọng của từng máy phát bao gồm bản

thân stato và tất cả phần tải quay do nước từ tua bin tác động lên máy phát ở

trong chế độ bình thường Ngoài ra bệ đỡ stato phải được thiết kế cấu tạo có thể

chống được các các mô men, các lực quay gây ra các chấn động khi sự cố ngắn

mạch đột ngột

Có hai loại bệ:

 Loại bệ kiểu đế vòng là bệ hình tròn làm bằng thép hình đúc (như đế

stao to, dầm, thanh chữ thập) hàn liên kết với nhau có khả năng chịu được tải

trọng nặng Bệ stato là loại đúc đặc thường được dùng trong những máy phát

điện có công suất lớn, tốc độ cao

 Loại bệ kiểu khối được lắp đặt với 4 đến 12 khối dùng làm đế stato

được dùng cho các máy phát có công suất nhỏ và vừa Loại này bị hạn chế khả

năng chịu tải trọng, tải trọng của máy phát sẽ không được phân bố đều trên toàn

bộ bề mặt chịu lực

I.2.2 Rô to:

Rô to kiểu cực lồi thường được sử dụng trong máy phát điện thủy lực Các

cực lồi được gắn vào vành rô to Các rô to cực lồi có ưu điểm là sự phân bố từ

thông có dạng gần hình sin bằng cách tăng kích thước rãnh giữa các bề mặt cực

từ và cuộn dây stato, cũng nhờ đó mà sự làm mát cuộn dây rô to cũng tốt hơn

Rô to có 7 phần tử chính ghép lại

I.2.2.1 Trục chính:

Trong các máy phát trục đứng, trục chính của tổ máy thường bao gồm trục tua

bin nước và trục máy phát, đôi khi sử dụng trục trung gian bổ sung tuỳ theo mức

chênh lệch về độ cao giữa tua bin và máy phát Thép rèn được sử dụng làm vật

liệu chế tạo trục chính, nhưng gần đây loại đĩa đỡ làm bằng thép hàn có thể sử

dụng cho trục phía trên của máy phát có trục chính kiểu ô hoặc bán ô Trục chính

máy phát kiểu treo xuyên qua rotor do vị trí của ổ đỡ, trong khi đó trục của máy

phát kiểu ô hoặc bán ô được chia thành phần trên và phần dưới được gắn cố định

với rô to bằng các bu lông Trục phía trên của máy phát kiểu ô hoặc bán ô không

chịu tải lớn trừ vành trượt và ổ trục phía trên Đối với hai loại này, ổ trục đỡ toàn

bộ tải trọng của phần quay và tải do nước tác động trục phía dưới, vành đỡ

thường được chế tạo là một bộ phận của trục chính

Hình 12 Hình ảnh cuộn dây stato

3: Lá tản nhiệt 2: Vành bảo vệ

1: Lõi từ

Hình 14 Hình ảnh cuộn dây kích từ trên rô to 1- Lõi từ, 2- Vành bảo vệ, 3- lá tản nhiệt

Hình 13 Hình ảnh rô to

I.2.2.2 Tay nối chữ thập:

Trục chính và vành rotor của máy phát được nối với nhau bằng tay nối chữ

thập Các tay nối được làm bằng sắt đúc hoặc thép đúc bởi sức bền tốt của

chúng, nhưng gần đây thường sử dụng loại thép hàn Đối với các máy cỡ nhỏ và

trung bình, vành và tay nối hình chữ thập được chế tạo thành một bộ phận (Hình

15)

I.2.2.3 Khung rôto:

Vành rôto dùng để giữ các cực từ, phải dẫn từ tốt Vành phải chịu được lực

quay lớn ngay cả trong trường hợp trầm trọng nhất Vành là một trong những

phần quan trọng trong thiết kế mặt cơ khí và cấu tạo của máy phát Thường sử

dụng hai loại vành: loại đĩa hợp nhất làm bằng thép rèn và loại xéc măng hình

tròn hoặc hình quạt Rãnh hình đuôi én hoặc hình đầu búa được tạo ra trên vành

để lắp các cực từ (Hình 16)

Hình 15 Rô to kiểu cực lồi

Cực từ Mộng đuôi én Rãnh mộng đuôi én Vành rô to

Bu lông hoặc đinh tán Tay nối hình chữ thập

cuộn dây kích từ

Vành rô to

Chốt

Chốt Rãnh hình đuôi én Rãnh hình đầu búa

Hình 16 Kiểu rãnh ghép cực từ rô to vào vành

I.2.2.4 Các cực từ:

Cực từ nằm hầu hết ở phía ngoài của rotor Vì vậy chúng phải chịu lực ly tâm

lớn Chúng được chú ý trong thiết kế, chế tạo và bao bọc Hai phương pháp gắn

cực từ vào vành thường được sử dụng là loại mộng đuôi én và loại bu lông Chốt

bằng thép được sử dụng để xiết chặt cực từ Để hạn chế tổn thất do dòng rò trên

các cực từ, chúng được cấu tạo bởi các lá thép với đặc tính từ hoá tốt Dây dẫn

bằng đồng thường được sử dụng làm cuộn dây rotor Mica thường được sử dụng

làm cách điện Do tác động của lực li tâm, vòng đệm cách điện được chèn vào

giữa cuộn dây rotor và lõi từ, giấy gốm hoặc thừng xi măng được sử dụng để

chịu áp lực tránh tính trạng biến dạng có thể xảy ra

Do điện áp của cực từ không quá cao: 220V, 440V nên sức bền cơ khí và khả

năng cách điện không cần phải đáp ứng cùng một lúc (hình 4-16; hình 4-17)

I.2.2.5 Cuộn chống rung:

Thường được trang bị cho các máy phát công suất lớn Khi ngắn mạch hai pha

xảy ra trên đường dây truyền tải, cuộn chống rung có thể ngăn chặn điện áp

không bình thường trên các pha khác Nhưng dòng điện ngắn mạch trong máy

phát tăng lên khi có cuộn chống rung

Nhiệm vụ của cuộn chống rung là:

 Ngăn chặn “dao động hunting” là sự dao động góc tải hoặc góc lệch pha

bên trong của máy phát do sự thay đổi đột ngột của phụ tải, điện áp và tần số hệ

thống

 Tạo ra mô men khởi động giống cuộn dây của động cơ cảm ứng lồng sóc

 Ngăn chặn các hài bậc cao từ phản ứng phần ứng do tải không đối xứng

Cuộn chống rung các thanh chống rung được làm bằng thanh dẫn đồng hoặc

đồng thau Các thanh chống rung được nối với các bộ phận chống rung như các

vòng ngắn mạch, các vòng đai bằng các mối hàn bạc hoặc đồng thau để giảm

điện trở tiếp xúc và tăng sức bền cơ khí Cuộn chống rung được đặt lên trên bề

mặt phía đầu cực từ rô to Phần nối bộ phận chống rung được xiết chặt bằng các

bu lông để nối các vòng đai giữa các cực từ kề bên (Hình 17)

I.2.2.6 Ổ trục

Ổ trục thường được sử dụng để đỡ trọng lượng của phần quay của tổ máy phát

và tua bin nước và đỡ tải của nước, ngăn chặn độ lệch trục và rung của trục

chính Chúng thường được phân loại thành ổ đỡ và ổ hướng

 Ổ đỡ:

Ổ đỡ của máy trục đứng phải đỡ hầu hết tải trọng của các phần quay là tua bin

nước và máy phát và các lực hướng theo phương thẳng đứng do nước tác động

vào bánh xe công tác trong tua bin Tải trọng này khá lớn có thể vượt quá 1 tấn

trong các máy phát công suất lớn

 Ổ hướng:

Các ổ hướng cũng có bề mặt làm bằng kim loại Babit Ổ hướng được trang bị

hộp đựng dầu (có hộp chắn dầu ngắn không cho dầu chảy xuống trên trục và các

bình chứa dầu rò để thu lại dầu bị nhỏ giọt xuống) Đối với loại treo, ổ hướng

phía trên thường được đặt trong cùng hộp dầu với ổ đỡ Đối với loại dạng ô và

bán ô, ổ hướng phía dưới được đặt trong cùng một hộp dầu với ổ đỡ

Lực đỡ của ổ hướng không lớn như ổ đỡ và dao động trong khi điều chỉnh ban

đầu của tổ máy Các thành phần của lực này bao gồm lực điện từ không cân

bằng giữa rotor và stator do các khe hở khí không đều và lực quay của trục

chính Ổ trục loại xéc măng dễ điều chỉnh và thường được sử dụng gần đây thay

cho ổ trục hình trụ Ổ trục loại này đỡ trục chính bằng hợp kim được chia thành

nhiều phần theo hướng kính Hộp dầu ổ trục được trang bị ống nước làm mát

bên trong.Máy phát (và tua bin nước) có cả phần quay và phần đứng yên Phần

quay phải được đỡ trơn tru và đảm bảo giữ chúng trong tình trạng tốt trong thời

gian dài Các tổ máy trong NMTĐ to và nặng, hơn nữa chúng phải làm việc với

độ tin cậy cao thậm trí trong cả tình trạng vận hành xấu nhất Vì vậy các ổ trục

loại trượt với dầu bôi trơn được sử dụng trong ổ hướng và ổ đỡ của các tổ máy

trong NMTĐ Loại ổ trục này duy trì một lớp dầu rất mỏng giữa phần đứng yên

(bề mặt ổ trục) và phần quay là má trượt ổ trục để giảm ma sát Bề mặt của kim

loại thường được lót bằng kim loại mềm, ví dụ kim loại Babbitt hoặc bạch kim

Tổn thất về cơ khí bao gồm tổn thất do ma sát trên ổ trục và tổn thất dầu ổ trục,

tổn thất khe hở rotor và stator chiếm tỷ lệ khoảng 1% công suất [kVA] so với

các tổn thất khác: tổn thất lõi thép, tổn thất trên điện trở cuộn dây stator và rotor,

tổn thất không tải Tổn thất trên ổ trục ở dạng nhiệt, vì vậy dầu bôi trơn được

tuần hoàn làm mát bằng nước hoặc không khí Dầu bôi trơn và bề mặt kim loại

mềm không chịu được nhiệt độ cao Ổ trục là một trong các phần quan trong

nhất của NMTĐ cần được bảo dưỡng cẩn thận Đặc biệt là ổ đỡ của máy phát

trục đúng phải chịu tải rất lớn, các hư hỏng nghiêm trọng thường xảy ra trên

chúng Nhiệt độ của ổ trục và dầu bôi trơn phải được kiểm tra thường xuyên và

phân tích khả năng có thể thay đổi của chúng

Má đỡ còn gọi là tấm xéc măng được đỡ bằng nhiều cách khác nhau để đảm

tbảo sự làm việc ổn định của chúng Loại ngõng trục Kingsbury và loại lò xo

thường được sử dụng để làm ổ đỡ

Bốn bộ phận chính của ổ đỡ là: vòng đỡ, bánh đỡ, tấm xéc măng, bệ ổ đỡ

Bánh đỡ được lắp dưới vòng đỡ và quay cùng với trục Một số (hoặc nhiều hơn

mười) má đỡ là khối hình quạt được đặt trong một ổ đỡ Má đỡ là phần đứng yên