Tổng quan về nhà máy thủy điện

Trang 1

Tổng quan về nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện là một tổ hợp phức tạp bao gồm 3 tuyến chính :

Tuyến áp lực

Tuyến năng lượng

Tuyến hạ lưu

Trang 2

Sơ đồ tuyến năng lượng chính trong nhà máy thủy điện

Trang 3

Sơ đồ bố trí thiết bị trong nhà máy thủy điện

Trang 4

Truyền tải điện năng

Tiêu thụ

Kích từ

Sơ đồ khối chức năng sản xuất điện ở nhà máy thủy điện

Trang 5

Phân loại nhà máy thủy điện

Nhà máy thủy điện sau đập

Nhà máy thủy điện đường dẫn

Nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp

Trang 6

• Nhà máy thủy điện sau đập

Trang 7

• Nhà máy thủy điện sau đập thường dùng với cột nước từ

30÷45m ≤ H≤ 250÷300m và có thể lớn hơn Nhà máy được bố trí ngay sau đập dâng nước Nhà máy không trực tiếp chịu áp lực nước phía thượng lưu, do đó kết cấu phần dưới nước là biện pháp chống thấm đỡ phức tạp hơn nhà máy ngang đập dâng Nếu đập dâng nước là đập bê tông trọng lực thì cửa lấy nước và đường ống dẫn nước tuabin được bố trí trong thân

đập bê tông Khoảng cách giữa đập và nhà máy thường đủ để

bố trí các phòng và máy biến thế.

• Tùy thuộc vào cột nước công tác, nhà máy thủy điện sau đập thường dùng tuabin tâm trục, tuabin cánh quay cột nước cao hoặc tuabin cánh chéo Ở nhà máy thủy điện sau đập, phần điện thường bố trí phía thượng lưu giữa đập và nhà máy;

phần hệ thống dầu nước bố trí phía hạ lưu.

Trang 8

• Nhà máy thủy điện đường dẫn

Trang 9

• Nước được ngăn bởi một đập thấp rồi chảy theo đường dẫn (Kênh, máng, ống dẫn)

đến nhà máy thủy điện.

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.

Trang 10

• Nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp

Trang 11

• 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.

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.

Trang 12

Ưu điểm, nhược điểm của nhà máy thủy điện

• Ưu điểm :

• So với các nguồn năng lượng khác như nhiệt điện , điện hạt nhân hay điện chạy bằng tuabin khí và diezen… thì thủy điện là nguồn năng lượng tái sinh,

rẻ tiền, không phải chịu cảnh biến động giá nhiên liệu và là nguồn năng

lượng sạch, đồng thời góp phần tích cực vào việc cung cấp điện năng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước.

• Giá thành điện năng thấp, chỉ bằng 1/5 ÷ 1/10 nhiệt điện.

• Khởi động nhanh, chỉ cần một phút là có thể khởi động xong và cho mang công suất, trong khi đó để khởi động một tổ máy nhiệt điện (kể cả lò và

tuabin) phải mất hàng ngày.

• So với các nhà máy nhiện điện thì tuổi thọ của nhà máy thủy điện cũng cao hơn Một số nhà máy thủy điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng

từ 50 đến 100 năm trước

• Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hóa cao

và ít người làm việc tại hỗ khi vận hành thông thường

• Kết hợp các vấn đề khác như công trình thủy lợi, chống lũ lụt, hạn hán, giao thông vận tải,…

Trang 13

• Nhược điểm :

• Thực tế, việc sử dụng nước tích trữ khá phức tạp bởi vì yêu cầu chomục đích thủy lợi có thể xảy ra không trùng với thời điểm yêu cầuđiện lên mức cao nhất Những thời điểm hạn hán có thể gây ra cácvấn đề rắc rối bởi vì bổ sung nước không thể tăng kịp với mức yêucầu sử dụng

• Thời gian xây dựng một nhà máy thủy điện lâu hơn việc xây dựngmột nhà máy nhiệt điên

• Thường ở xa hộ tiêu thụ nên phải xây dựng đường dây cao áp rấttốn kém

• Khó khăn trong việc tái định cư dân chúng trong vùng hồ chứa

Trong nhiều trường hợp không một khoản bồi thường nào có thể bùđắp được sự gắn bó của họ về tổ tiên và văn hóa gắn liền với địađiểm đó vì chúng có giá trị tinh thần đối với họ Hơn nữa, về mặt lịch

sử và văn hóa các địa điểm quan trọng có thể bị biến mất

Ưu điểm, nhược điểm của nhà máy thủy điện

Trang 14

Vấn đề tự động hóa trong nhà máy thủy điện

• S ơ đồ khối chức năng điều khiển của nhà máy thủy điện

Trang 15

Các hệ thống tự động hóa trong nhà máy

Trang 16

• Nhóm hệ thống điều chỉnh thông số điện

– Hệ thống tự động điều chỉnh theo nhóm công suất

hữu công của các tổ máy ( hay còn gọi là nhóm hệ thống điều tốc thủy lực).

– Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp thanh cái 220kV theo nhóm các tổ máy (hay còn gọi là nhóm hệ thống điều chỉnh kích từ)

Trang 17

• Hệ thống tự động điều chỉnh theo nhóm công suất hữu công

– Nhiệm vụ của hệ thống này là điều chỉnh công suất của các tổ máysao cho :

– Không cho các tuabin hoạt động vào trong vùng cấm do xâm thực hay vượt quá mức công suất tổ máy

– Phân bố đều công suất lưới yêu cầu cho các tổ máy

– Điều chỉnh tần số lưới theo trị số đặt

– Hệ thống này tham gia vào việc điều chỉnh công suất phát cho các tổmáy bằng cách nhận tín hiệu tần số, độ lệch tần số, tốc độ thay đổi tần

số của lưới, qua khối xử lý thuật toán, sau đó phát một xung vào cuộndây điều chỉnh của máy biến đổi điện thủy nằm trong bộ điều tốc điệnthủy lực

Trang 18

Sơ đồ khối chức điều chỉnh công suất hữu công máy phát

Trang 19

• Hệ thống tự động điều chỉnh điều áp thanh cái

– Điện áp thanh cái 220kV được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện

áp đầu cực máy phát Bản chất của việc điều chỉnh này là thay đổidòng kích từ trong cuộn dây rôto máy phát

– Nhiệm vụ chính của hệ thống điều chỉnh này là :

– Giữa điện áp thanh cái 220kV theo một giá trị đặt trước

– Phân bố đều công suất vô công cho các tổ máy sao cho không xâmphạm vùng cấm (như quá tải rôto,…)

– Vận hành tối ưu các máy bù

– Hệ thống này nhận tín hiệu đầu vào là điện áp, độ lệch điện áp, tốc

độ thay đổi điện áp theo thời gian của thanh cái 220kV, dòng điện, tốc độ thay đổi dòng điện của hệ thống kích thích Sau đó đưa qua

bộ xử lý với thuật toán đã cài đặt trước và cuối cùng đưa ra một

xung vào bộ tự động điều chỉnh điện áp nằm trong hệ thống điềuchỉnh kích thích của mỗi tổ máy Do đó dòng kích thích của máyphát thay đổi dẫn tới thay đổi công suất vô công và làm thay đổi

điện áp đầu cực máy phát và thanh cái 220kV

Trang 20

• Nhóm hệ thống tự động chống sự cố

– Để đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống điện lưới quốc gia, nhà máy thủy điện đã trang bị các hệ thống tự động chống sự

cố :

– Hệ thống tự động cắt máy khi mất tải đường dây 500kV : để

chống sự tăng vọt của tần số hệ thống khi mất một lượng tải lớntrên đường dây 500kV, đưa nhanh tần số hệ thống về giá trị địnhmức để tăng cao mức độ ổn định của lưới

– Hệ thống tự động chuyển các máy dự phòng : để tự động đưacác máy đang dự phòng hay đang chạy bù vào làm việc kịp thờitheo tần số lưới Khi tần số giảm xuống 49,5Hz thì tự động

chuyển sang phát

– Hệ thống tự động cắt máy khi tần số tăng cao : mục tiêu của hệthống này là tự động sa thải nguồn khi tải hệ thống bị mất mộtlượng lớn (thường là do đứt một đường dây truyền tải quan

trọng)

Trang 21

• Nhóm hệ thống liên động trong mạch tự dùng nhà máy

– Hệ thống này có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp điện tự dùng cho nhà máy liên tục bằng cách đặt các liên

động cho các máy cắt cấp nguồn tự dùng Tự dùng nhà máy lấy từ bốn đường, hai đường từ đầu cực máy

1 và máy 8, hai đường từ phía hạ áp máy biến áp tự ngẫu Các máy cắt cấp nguồn tự dùng phải đảm bảo sao cho luôn có hai nguồn cấp tới.

Trang 22

HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

trong nhà máy bao gồm những bộ phận sau :

– Các thiết bị đo lường

MHY là hai bộ phận chính của hệ thống điều tốc thủy lực.

Trang 23

• Nhiệm vụ của bộ điều tốc

– Đảm bảo tốc độ của tuabin ổn định nhất trong giới hạn cho trước và tương ứng là đảm bảo độ ổn định tần số của dòng điện do máy phát sinh ra.

– Phân bố phụ tải của các tổ máy làm việc song song – Thực hiện quá trình mở và tắt máy trong điều kiện bình thường và trong điều kiện có sự cố tốt.

Trang 24

• Nguyên lý điều tốc

– Theo phương trình động học của hệ truyền động tuabin - máy phát viết cho đầu trục máy phát: thì để giữ tần số quay của tuabin thủy lực ở giá trị định mức thì phải giữ được cân bằng giữa mômen quay Mm của tuabin và mômen cản Me, tức là giữ cho – Trong đó :

– Mm là mômen quay của tuabin đầu trục máy phát.

– Me là mômen cản, phụ thuộc vào phụ tải điện.

– J là mômen quán tính của hệ tuabin – máy phát.

– là vận tốc góc của rôto máy phát.

– Khi mômen cản thay đổi phải điều chỉnh mômen quay của tuabin bằng cách tăng

hoặc giảm lượng nước qua tuabin Momen quay của tuabin được xác định theo công thức sau :

– Trong đó :

– Q là lượng nước; [m 3 /s]

– H là cột áp tính toán; [m]

– là hiệu suất của tuabin.

– Trong quá trình làm việc cột áp và hiệu suất hầu như không thay đổi, do đó mômen quay Mm của tuabin chỉ còn phụ thuộc vào lưu lượng nước Vì vậy, để điều chỉnh

mômen quay của tuabin, ta phải điều chỉnh lưu lượng nước vào tuabin thông qua điều chỉnh độ mở cánh hướng nước.

0



dt

Trang 25

• Quan hệ phụ thuộc tĩnh của tải và tuabin thủy lực

Trang 27

• Bộ điều tốc cơ khí – thủy lực

– 1 – Cơ cấu đo lường

– 2 – Cơ cấu khuếch đại thủy lực

– 3 – Cơ cấu chấp hành thủy lực :

Trang 28

• Bộ điều tốc kỹ thuật số

Bộ điều tốc kỹ thuật số DTL 595

Trang 29

• Bộ điều tốc kỹ thuật số gồm các bộ phận chính sau đây :

– Bộ điều khiển tốc độ có bộ xử lý trung tâm loại MC – 68341

– Các rơle ghép nối tín hiệu vào/ra

– Các khóa điều khiển, thiết bị, đồng bộ chỉ báo và đèn tín hiệu.– Hệ thống giám sát xâm thực và độ rung của tổ máy

– Bộ giám sát tốc độ có bộ xử lý trung tâm loại MC-68241 lắp

Trang 30

• Chức năng :

– Logic : lựa chọn chế độ làm việc, phát hiện máy phát đã cắt khỏilưới; giám sát; khởi động/dừng; dừng khẩn cấp

– Điều khiển vị trí cánh hướng nước

– Điều khiển giới hạn độ mở

– Điều khiển tốc độ

– Điều khiển công suất

– Điều khiển mức nước

• Các tín hiệu điều khiển : van phân phối bộ điều tốc thủy lực

• Các tín hiệu phản hồi :

– Tín hiệu phản hồi vị trí cánh hướng nước

– Tín hiệu phản hồi van phân phối chính

– Tín hiệu phản hồi tốc độ

– Tín hiệu phản hồi công suất

Trang 31

• Mô tả chi tiết chức năng :

• Bộ khóa Logic có các chức năng sau:

• [0.0] để lựa chọn chế độ điều khiển (tốc độ hoặc độ mở hoặc lưu lượng hoặc mức nước hoặc công suất).

• [0.1] để phát hiện máy phát nối lưới

• [0.2] để giám sát, kiểm tra các nguồn điện áp cung cấp, các chương trình tuần tự, các tín hiệu cung cấp từ ngoại vi, các đầu vào tương tự như các tín hiệu phản hồi tốc độ…; các mạch vị trí…

• [0.3] để đặt chế độ khởi động tự động và dừng tự động máy phát.

• Điều khiển vị trí: vị trí của cơ cấu servomotor cánh hướng nước được điều khiển thông qua bộ điều

khiển PD

• Điều khiển giới hạn độ mở : độ mở giới hạn có thể điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105%

• Điều khiển tốc độ : sử dụng thuật toán điều chỉnh PID, giá trị đặt của bộ điều khiển vận tốc có thể

được điều chỉnh trong khoảng 90 đến 110% thông qua bộ Bộ điều chỉnh PID sẽ xác định điểm đặt cho servomotor điều khiển cánh hướng bằng cách tính toán sự sai lệch giữa giá trị đặt và tốc độ thực tế Ngoài ra còn có bộ giới hạn tần số chết, bộ chỉnh độ giảm tốc độ thường xuyên.

• Điều khiển độ mở : giá trị đặt có thể điều chỉnh trong khoảng -5 đến 105% thông qua bộ đặt độ mở

[5.0], chế độ vận hành của bộ điều khiển này chỉ có thể được lựa chọn khi máy phát nối song song(

đã nối lưới), trong các chế độ khác điểm đặt độ mở sẽ là độ mở thực của cánh hướng nước Nếu có sai lệch tần số so với tần số định mức, giá trị bù tần số được xác định theo độ giảm độ mở thường xuyên

• Điều khiển mức nước : giá trị điểm đặt [8.0] đã được xác định trước, nó chỉ có thể xác định lại

thông qua các thiết bị đầu cuối, bảng vận hành hay giao diện thông tin Bộ điều khiển sử dụng thuật toán PI.

• Điều khiển công suất : giá trị đặt có thể được điều chỉnh từ -5 đến 105% thông qua bộ đặt điểm

đặt Chế độ hoạt động của điều khiển công suất chỉ được lựa chọn khi máy phát nối song song(đã nối lưới) Trong tất cả các chế độ khác, giá trị đặt công suất theo giá trị thực của công suất tác dụng

Bộ điều khiển sử dụng thuật toán PI ;

Trang 32

• Các tính năng tự động hóa của bộ điều tốc :

– Điều chỉnh vị trí các cánh hướng đồng bộ với điều chỉnh độ nghiên của bánh xe công tác.

– Giám sát và kiểm tra tốc độ, lưu lượng.

– Điều chỉnh việc chọn nhanh mức tải.

– Vận hành đa nhiệm theo thời gian thực.

– Giao diện Ethernet chuẩn với hệ thống SCADA.

– Giao diện HMI tại phòng điều khiển và tủ điều khiển tại chỗ.

– Ghi và thông báo các sự kiện trong quá trình vận

Trang 33

• Sơ đồ nguyên lí bộ điều tốc điện – thủy lực

Trang 34

• Những vấn đề khi điều chỉnh tần số

• Quan hệ giữa tần số và công suất tác dụng

• vấn đề điều chỉnh tần số liên quan chặt chẽ với điều chỉnh và phân phối công suất tác dụng giữa các tổ máy phát và giữa các nhà máy điện

Trang 35

• Tác động tương hỗ giữa các máy phát

• Nghĩa là phụ tải phân bố giữa các máy phát làm việc song song tỉ lệnghịch với hệ số tĩnh của đặc tuyến điều chỉnh

Trang 36

• Ảnh hưởng của ngưỡng không nhạy

Trang 37

• Hệ thống dầu áp lực MHY

– Nhiệm vụ của hệ thống dầu áp lực MHY như sau :

– Cung cấp dầu có áp suất không đổi để đóng mở cánh hướng nước.

– Cung cấp dầu bôi trơn và làm mát.

– Bộ điều chỉnh có nhiệm vụ duy trì áp lực dầu từ 36 –

39 (kg/m2) và duy trì mức dầu trong bình.

Trang 38

• Cấu trúc điều khiển áp lực và mức dầu hệ MHY

Trang 39

• Hệ thống dầu áp lực MHY có các bộ phận chính sau :

Định dạng
Số trang	40
Dung lượng	0,9 MB