nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện hòa bình

Phần động lực đầu tiên bao gồm tuabin và hệ thống thủy lực, do vậy các bộ điều khiển động lực đầu tiên liên quan tới việc điều chỉnh tốc độ và điều khiển các biến số của hệ thống cung cấ

lời Mở đầu

Chúng ta đợc biết rằng: Có thể sử dụng nhiều nguồn năng lợng khác nhau để phát điện Trong đó năng lợng truyền thống nh: Than, dầu, khí đốt, hạt nhân, thuỷ năng đợc coi là các dạng năng lợng cơ bản, còn năng lợng mặt trời, năng lợng gió, năng lợng thuỷ chiều và năng lợng thuỷ chiều cực nhỏ là những dạng năng lợng mới Với các nhà máy nhiệt điện, ngời ta sử dụng nhiên liệu là than đá, dầu hơi đốt

Nhà máy thuỷ điện lợi dụng năng lợng dòng chảy (bao gồm cả động năng và thế năng) Ngời ta còn xây dựng nhà máy điện bằng cách khai thác năng lợng nguyên tử, năng lợng mặt trời

ở nớc ta có 3 nguồn năng lợng chính đã đợc khai thác là than, dầu khí, và năng lợng các lòng sông, suối lớn Còn các nguồn năng lợng khác nh: Năng lợng hạt nhân, gió, thuỷ chiều, sóng biển, mặt trời đang đợc nghiên cứu sử dụng

Trong các nhà máy điện kể trên, thì phổ biến nhất là nhà máy thuỷ

điện và nhiệt điện Mỗi loại có những u điểm và nhợc điểm riêng

Nhà máy thuỷ điện gồm hàng loạt các u điểm sau :

- Hiệu suất nhà máy thuỷ điện có thể đạt đợc rất cao so với nhà máy nhiệt điện

- Thiết bị đơn giản, dễ tự động hoá và có khả năng điều khiển từ xa

- ít sự cố và cần ít ngời vận hành

- Có khả năng làm việc ở phần tải thay đổi

- Thời gian mở máy và dừng máy ngắn

- Không làm ô nhiễm môi trờng

Mặt khác, nếu khai thác thuỷ năng tổng hợp, kết hợp với tới tiêu, giao thông và phát điện thì giá thành điện sẽ giảm xuống, giải quyết vấn đề triệt

để của thuỷ lợi và môi trờng sinh thái của một vùng rộng lớn quanh đó Vốn đầu t xây dừng nhà máy thuỷ điện đòi hỏi lớn hơn so với xây dựng nhà máy nhiệt điện Nhng giá thành 1 KWh của thuỷ điện rẻ hơn

nhiều so với nhiệt điện, nên tính kinh tế vẫn là tối u hơn Tuy nhiên, ngời ta cũng không thể khai thác nguồn năng lợng này bằng bất cứ giá nào Xây dựng công trình thuỷ điện thực chất là thực hiện một sự chuyển đổi điều kiện tài nguyên và môi trờng

Sự chuyển đổi này có thể tạo ra một điều kiện mới, gía trị mới sử dụng cho các lợi ích kinh tế xã hội nhng cũng có thể gây ra những tổn thất

về xã hội và môi trờng mà chúng ta khó có thể đánh giá hết đợc

Ngời ta chỉ khai thác thuỷ năng tại các vị trí công trình cho phép về

điều kiện kỹ thuật, có hiệu quả kinh tế sau khi đã so sánh giữa lợi ích và tổn thất

Đối với những thành phố và khu công nghiệp lớn phải kết hợp nhiều nhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử và thuỷ điện Chúng cần làm việc đồng

bộ sao cho đạt hiệu quả cao nhất

ở nớc ta năng lợng của các dòng chảy trong sông, suối (thuỷ năng) rất phong phú, đứng hàng thứ 22 trên thế giới về tiềm năng thuỷ điện Nguồn năng lợng này đợc phân bố khắp đất nớc

Nhà nớc và chính phủ đã có những sự đầu t phát triển hệ thống thủy

điện nh một số nhà máy lớn : Tuyên Quang, Sơn La, Hòa Bình …

Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lợng điện năng là tần số của lới điện, tần số và sự suy giảm tần số của lới nó phản ánh sự cung cấp năng lợng đủ hay thiếu của hệ thống Trong hệ thống các nhà máy điện phải luôn luôn đảm bảo cung cấp đủ công suất cho tất cả các phụ tải của hệ thống và

có dự phòng, đảm bảo tần số lới dao động 49.5-50.5 Hz

ở lới điện Việt Nam, tần số lới điện bình thờng là 50 Hz Việc giữ tần số ổn định cho lới điện là một vấn đề quan trọng, vì nó giữ ổn định cho mạng điện quốc gia Khi tần số suy giảm dẫn đến giao động công suất trong khu vực làm mất ổn định hệ thống và hệ thống sẽ tan rã nếu không xử lý kịp thời

Thông qua việc điều khiển tốc độ quay tuabin ta có thể điều chỉnh tần số và phân bố công suất của máy phát từ đó có thể điều chỉnh tần số của

lới điện và phân bố công suất của tổ máy sao cho chi phí vận hành là nhỏ nhất Do vậy sau khi tìm hiểu về nhà máy thủy điện, đợc sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Văn Hòa và các thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự Động, cùng với sự chỉ bảo dẫn dắt của các cô chú trong nhà máy thủy điện Hòa Bình, chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp:

“Nghiên cứu phơng pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình ”

Để hoàn thành tốt đồ án này, trớc hết chúng em xin chân thành cảm

ơn tất cả các thầy cô giáo trong bộ môn Điều Khiển Tự Động – Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo hành trang kiến thức nhất định và tạo mọi

điều kiện trong học tập và nghiên cứu tại trờng Đặc biệt chân thành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Văn Hòa đã nhận hớng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện nhiệm vụ của đồ án và chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cô chú, các kỹ s tại Phân x… ởng Tự

động - Nhà máy thủy điện Hòa Bình

chơng 1: tổng quát chung nhà máy thuỷ điện.

1.1 Tổng quan về năng lợng điện và vai trò của nhà máy thủy

điện.

Năng lợng điện hay còn gọi là điện năng, là dạng năng lợng thứ cấp

đợc tạo ra từ nhiều nguồn năng lợng thứ cấp khác nhau nh nhiệt năng (dầu, khí đốt, than, năng lợng phóng xạ, năng lợng mặt trời ), thủy năng (sông,…suối, sóng biển, thủy chiều ), năng l… ợng gió Đây là loại năng l… ợng đóng

vai trò quan trọng và đợc sử dụng trên khắp thế giới trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống ngày nay nh công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, sinh hoạt

có thuỷ năng sau khi biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng lại đợc tái tạo thành dạng thủy năng, còn các dạng năng lợng khác trong quá trình biến

đổi không tự tái tạo trong tự nhiên Con ngời sử dụng nguồn thuỷ năng để phục vụ cho đời sống và sản xuất, đặc biệt là để phát điện

Tuỳ theo điều kiện từng nớc mà tỷ lệ phát triển các loại nhà máy điện

có khác nhau Theo số liệu năm 1978 thì nhìn chung trên toàn thế giới năng lợng của thuỷ điện chiếm khoảng 1/3 tổng sản lợng điện năng Trong khi các nguồn khai thác than đã hơn 40 % thì các nguồn thuỷ năng mới khai thác hơn 1,5 % (Điều đó không nói lên rằng sau này thuỷ điện sẽ phát triển mạnh)

Theo thống kê năm 1978: ở Châu âu tỷ lệ thuỷ điện chiếm khoảng 34% tổng sản lợng điện năng ở Liên Xô 19,8 %, Mỹ 18,6 %, Canada 95

%, Phần Lan 91,6 %, Triều Tiên 95-98 %, Na Uy 99 %, Thụy sỹ 99,5 % trái lại ở nhiều nớc châu á và Châu Phi tuy nguồn thuỷ năng rất phong phú nhng tỷ lệ cha đáng kể chính vì sự kìm hãm của chủ nghĩa đế quốc

Ví dụ ở nớc ta: Thời kỳ Pháp thuộc hầu nh không để lại một thuỷ

điện nào đáng kể, trong thời gian chiến tranh ta chủ trơng phát triển các thủy điện nhỏ ở các vùng miền núi nh : Lạng Sơn, Quảng Ninh, Sơn La, Lai Châu, giải quyết đợc ánh sáng, cơ sở xay xát, chế biến nhỏ, ở Thanh Hoá có thuỷ điện Bàn Thạch gồm 3x320 KW=960 KW, lợi dụng bậc núi Nông Giang

Thuỷ điện Thác Bà bị bom đạn tàn phá nặng nề, sau này đã khôi phục

đợc xong cả 3 tổ máy 3x36=108 MW, ở miền Nam có thuỷ điện Đa Nhim,

kiểu kênh dẫn, lợi dụng độ chênh mực nớc giữa hai con sông, công suất 160 MW

Hiện nay, trữ năng lý thuyết của thuỷ điện trên cả nớc ớc tính

270-300 tỷ KWh/năm, với công suất khoảng 32.106 KW Nhng trữ năng thuỷ

điện kỹ thuật (tiềm năng kinh tế) chỉ có khoảng 80 tỷ KWh, Với công suất lắp máy 17.438 MW Tiềm năng kinh tế kỹ thuật thuỷ điện nhỏ khoảng 60

tỷ KWh/năm, với công suất lý thuyết 10.000 MW

Miền bắc nớc ta có 1069 con sông lớn nhỏ, công suất thuỷ năng ớc ợng 13, 68.10 KW 6 với trữ lợng điện hàng năm trên 120 tỷ KWh, khả năng xây dựng thuỷ điện ở các con sông chính sau :

Thấy đợc lợi thế này cùng với sự giúp đỡ của Liên Xô và các điều kiện kỹ thuật cho phép, nớc ta đã tiến hành điều tra khảo sát và xây dựng thành công nhà máy Thuỷ điện Sông Đà với công suất đợt đầu khoảng 1,6 triệu KW gồm 8x200 MW, sau đó công suất có thể lên tới 3,2 triệu KW (Hiện nay công suất nhà máy đạt 1.92 triệu KW) Xây dựng công trình này nhằm sử dụng tổng hợp trong đó chống lũ là vấn đề cấp bách Công trình này có thể làm hạ mực nớc ở Hà Nội trong mùa lũ xuống 1,4 m

Đầu t về thuỷ điện của nớc ta không quá lớn nh các nớc khác Ta có thể tự lực xây dựng thuỷ điện: Đầu t cho thiết bị khoảng 30%, còn lại các công trình khác có thể tự lực đợc

Ngành thuỷ điện nớc ta mở ra một triển vọng vô cùng to lớn, đòi hỏi một số lợng rất lớn các cán bộ thiết kế, thi công, vận hành rất giỏi, đủ sức thăm dò giải quyết những vấn đề kỹ thuật do hoàn cảnh đất nớc ta đề ra, phải biết áp dụng những kỹ thuật tiến triển nhất vào trong lĩnh vực này Ngành ta đào tạo kỹ s điện thiết kế, vận hành mạng hệ thống điện, nhà máy điện và thuỷ điện, ta phải tự thiết kế thi công các nhà máy điện Ngời kỹ s vận hành điện ở nhà máy thuỷ điện ngoài những kiến thức tổng quát cần biết (công trình và thiết bị thuỷ lực) mà cần hiểu sâu về điều tiết

hồ chứa để vận hành đợc tốt Đây là một lĩnh vực nhiều lý thuyết khác nhau

1.2 Vấn đề tự động hóa trong nhà máy thủy điện

Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển của nhà máy thuỷ điên

Cấu trúc toàn bộ hệ thống có các bộ điều khiển vận hành trực tiếp trên các

bộ phận riêng rẽ Trong mỗi tổ máy phát gồm các bộ phận điều khiển động lực đầu tiên và các bộ điều khiển kích từ Phần động lực đầu tiên bao gồm tuabin và hệ thống thủy lực, do vậy các bộ điều khiển động lực đầu tiên liên quan tới việc điều chỉnh tốc độ và điều khiển các biến số của hệ thống cung cấp năng lợng Chức năng của điều khiển kích từ là điều chỉnh điện

áp máy phát và công suất phản kháng Công suất phát mong muốn của các

tổ máy phát đơn lẻ đợc xác định bởi các quá trình điều khiển phát điện của

hệ thống

Mục đích đầu tiên của điều khiển phát điện hệ thống là cân bằng tổng công suất phát của hệ thống với phụ tải hệ thống và các tổn thất, vì vậy tần số và công suất trao đổi với các hệ xung quanh đợc duy trì

Điều khiển truyền tải bao gồm các thiết bị điều khiển điện áp và công suất, nh các bộ bù phản kháng tĩnh, các bộ bù đồng bộ, các cuộn cảm và

điện dung chuyển mạch Điều khiển các máy biến áp dịch pha và truyền tải dòng một chiều điện áp cao (HVDC)

Các quá trình điều khiển đã mô tả ở trên góp phần cho sự thỏa mãn vận hành của hệ thống bằng cách duy trì điện áp và tần số hệ thống và các biến hệ thống khác trong giới hạn cho phép của chúng

Các đối tợng điều khiển phụ thuộc vào trạng thái vận hành của hệ thống Với các trạng thái bình thờng, đối tợng điều khiển vận hành có hiệu quả khi tần số và điện áp điều khiển gần với giá trị danh định

Hình 1.2 Sơ đồ xác định năng lợng dòng chảy trên đoạn sông

Theo phơng trình Becnuli ta có năng lợng riêng tại từng mặt cắt:

2 2

P I I I V

g

α γ

−

2 2

P II II II V

E II II Z II

g

α γ

−Trong đó: P, , ,Z V α

γ - áp năng, vị năng, vận tốc trung bình tại mặt cắt và hệ

số điều chỉnh động năng

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

Công suất nớc của dòng chảy trên đoạn sông là: N=γQH

Để sử dụng năng lợng của đoạn sông thì phải tập trung năng lợng dòng nớc phân bố trên đoạn sông đó tại một chỗ, tạo độ chênh mực nớc th-ợng và hạ lu, nghĩa là phải tạo nên cột áp

1.3.2 Sơ đồ nhà máy thủy điện:

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

- Tuyến áp lực (tuyến đầu mối)

- Tuyến năng lợng

- Tuyến hạ lu

Hình 1.3 Sơ đồ các tuyến của nhà máy thủy điện

• Các thiết bị chính trong nhà máy thủy điện.

Nhà máy : + Thiết bị cơ khí : Chính : Tuabin cho từng tổ máy Phụ : (các thiết bị khác)

+ Thiết bị điện kỹ thuật

Tổ máy Tuabin + Tuabin, cánh hớng … + Bộ điều tốc

Máy phát + Máy phát + Hệ thống kích từ

Hạ lu

1 Kênh xả

2 Các cửa

van hạ lu

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong nhà máy thủy điện

Trong thực tế có 3 phơng pháp tập trung năng lợng của dòng nớc

t-ơng ứng với ba sơ đồ nhà máy thủy điện: Nhà máy thủy điện kiểu lòng sông, nhà máy thuỷ điện đờng dẫn và nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hơp

1.3.2.1 Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông (hay sau đập).

đập và diện tích bị ngập Cột áp ở các trạm thủy điện này không lớn, thông thờng không lớn hơn 30 – 40m Tuy nhiên, nhà máy thủy điện kiểu này đã

đạt cột áp cao nhất H = 300m là nhà máy thủy điện Nurec ở Liên Xô

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

Hình 1.5 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông

1.3.2.2 Nhà máy thủy điện đờng dẫn:

Nớc đợc ngăn bởi một đập thấp rồi chảy theo đờng dẫn (Kênh, máng, tuy – nen, ống dẫn) đến nhà máy thủy điện

ở đây cột áp cơ bản là do đờng dẫn tạo nên, còn đập chỉ để ngăn nớc lại để đa vào đờng dẫn Đờng dẫn có độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòng sông Kiểu trạm này thờng dùng ở các sông suối có độ dốc lòng sông lớn và lu l-ợng nhỏ

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

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

Hình 1.6 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn.

1.3.2.3 Nhà máy thủy điện tổng hợp:

Hình 1.7 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp

Năng lợng nớc đợc tập trung là nhờ đập và cả đờng dẫn Cột áp của trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đờng dẫn tạo nên

Nhà máy kiểu này đợc dùng cho các đoạn sông mà ở trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nớc và hồ chứa, còn ở phía dới có độ dốc lớn thì xây dựng đờng dẫn

Nhà máy thủy điện Hoà Bình (H = 88m, N = 220MW, 8 tổ máy) và Trị An (H = 50 m, N = 100MW, 3 tổ máy) là trạm kiểu tổng hợp

1.4 Tuabin nớc trong nhà máy thủy điện

Tuabin nớc là một trong các thiết bị quan trọng nhất của nhà máy thủy điện, nhiệm vụ chính là chuyển đổi thủy năng thành cơ năng làm quay rôto máy phát và sinh ra điện năng

1.4.1 Sự ra đời của tuabin thủy lực.

Tuabin nớc là loại máy thuỷ lực đầu tiên loài ngời dùng để sử dụng nguồn năng lợng thiên nhiên để phục vụ đời sống và sản xuất, trớc tiên là trong công việc lấy nớc và chế biến lơng thực

Tuabin nớc đầu tiên là những bánh xe nớc đơn giản sử dụng động năng của dòng chảy Cho tới nay lịch sử cha xác định đợc ai là ngời đầu tiên phát minh ra bánh xe nớc Ngời ta biết rằng hàng nghìn năm trớc công nguyên ở Ai Cập, ấn Độ và Trung Quốc đã sử dụng bánh xe nớc dới dạng thiết bị biến đổi năng lợng Đến nay ở nớc ta bánh xe nớc vẫn còn đợc sử dụng trên các suối vùng núi và trung du

Hình 1.8 Bánh xe nớcTại Pháp từ thế kỷ IV đã có máy xay xát chạy bằng năng lợng của n-

ớc Tuy nhiên mãi đến thế kỷ thứ XVI với sự phát triển của chủ nghĩa t bản thì việc sử dụng năng lợng nớc mới có những cải tiến lớn Nhng từ bánh xe nớc tới tuabin nớc loài ngời phải trải qua tìm kiếm nghiên cứu lâu dài

Năm 1934 kỹ s ngời Pháp là Fuaray đã chế tạo thành công tuabin nớc

đầu tiên

Hình 1.9 Tuabin nớcSau đó ít năm, năm 1937 ngời thợ mộc Nga- Xaphon cũng chế tạo tuabin nớc kiểu li tâm Năm 1838 Hopd (Mỹ) đã cải tạo tuabin li tâm trên thành tuabin hớng tâm

Năm 1847-1849 một kỹ s mỹ là Dran Franxic đã cải tiến tuabin Hopd thành tuabin tâm trục có hiêu suất cao hơn Ngày nay ngời ta gọi tuabin tâm trục là tuabin Franxic

Năm 1837-1841 Ghensen (Đức) và Jonvan (Pháp) đã chế tạo tuabin hớng trục cánh cố định Sau đó năm 1912-1924 một giáo s ngời Tiệp Khắc

cũ là Kaplan cải tiến tuabin hớng trục cánh cố định thành tuabin hớng trục cánh điều chỉnh gọi là tuabin Kaplan Do điều chỉnh cánh làm tăng hiệu suất trong một phạm vi điều chỉnh công suất rộng

1880 Penton (Mỹ) đã cải tiến bãnh xe nớc và phát minh ra tuabin gáo Vì thế tuabin gáo còn gọi là tuabin Penton

Ngày nay các loại tuabin nớc kể trên đã đợc cải tiến và hoàn thiện ở mức độ cao Nhiều kiểu tuabin đã đợc ra đời nh: Tuabin hớng chéo, tuabin dòng thẳng (Capsun), tuabin bơm

Hiện nay ở nớc ta đã có nhiều cơ sở đầu t tiến bộ khoa học kỹ thuật cho việc chế tạo tuabin nớc Chúng ta đã chế tạo tuabin nhỏ (đến hàng ngàn KW) Trong tơng lai chúng ta sẽ chế tạo loại tuabin lớn hơn, góp phần cho việc điện khí hoá và phục vụ sản xuất ở các địa phơng xa lới điện quốc gia

1.4.2 Phân loại và phạm vi sử dụng của tuabin:

* Phân loại theo dạng năng lợng của dòng chảy qua tuabin:

Hình 1.10 Sơ đồ nhà máy thủy điện

Ta khảo sát các thành phần năng lợng của dòng chảy Năng lợng đợn

vị của dòng chảy truyền cho bánh xe công tác tuabin bằng độ chênh năng ợng riêng giữa hai tiết diện trớc và sau đó:

Tùy thuộc vào dạng năng lợng này mà chia tuabin nớc thành hai hệ khác nhau: tuabin xung lực và tuabin phản lực

Trong tuabin xung lực, chỉ có phần động năng của dòng chảy tác dụng lên bánh xe công tác còn phần thế năng bằng không Hệ tuabin này

phát ra công suất nhờ động năng của dòng chất lỏng, còn áp suất ở cửa vào

và cửa ra của tuabin là áp suất khí trời

Tuabin phản lực là loại tuabin làm việc nhờ cả hai phần thế năng và

động năng, mà chủ yếu là thế năng của dòng chảy Trong hệ tuabin này, áp suất ở cửa vào luôn lớn hơn ở cửa ra Dòng chảy qua tuabin là dòng liên tục

điền đầy toàn bộ máng dẫn cánh Trong vùng bánh xe công tác tuabin, dòng chảy biến đổi cả động năng và thế năng Trong đó vận tốc dòng chảy qua tuabin tăng dần, áp suất giảm dần Máng dẫn của cánh hình côn nên gây ra

độ chênh áp mặt cánh, từ đó tạo ra momen quay

Tuabin phản lực và xung lực có tính năng và phạm vi sử dụng khác nhau Tuabin phản lực dùng cho trạm có cột nớc thấp, lu lợng lớn còn tuabin xung lực dùng cho trạm có cột nớc cao, lu lợng nhỏ

a Tuabin hớng trục:

Tuabin hớng trục là loại tuabin trong đó hớng chuyển động của dòng chảy trong phạm vi bánh xe công tác song song với trục quay tuabin (hình 1.8a,b )

Tuabin hớng trục có thể là loại cánh cố định hoặc là loại cánh điều chỉnh bánh công tác gồm nhiều cánh đợc gắn với bầu Nếu cánh đợc gắn chặt với bầu thì gọi là tuabin hớng trục cánh cố định ( tuabin chong chóng ) Nếu cánh có thể quay quanh trục cánh cố định thờng dùng cho các trạm cỡ nhỏ và trung bình Tuabin hớng trục cánh điều chỉnh đợc sử dụng cho cỡ trung bình và lớn

Tuabin hớng trục cánh điều chỉnh phức tạp vì cơ cấu điều chỉnh cánh nằm trong bầu bánh công tác

Hình 1.11 Tuabin hớng trục

b Tuabin tâm trục (Hay còn gọi là tuabin Francis).

Trong tuabin tâm trục, hớng của dòng chảy ở vùng bánh công tác ban

đầu theo phơng hớng tâm, sau đó chuyển sang phơng song song với trục

Tuabin này còn gọi là tuabin Francis Nó đợc sử dụng rộng rãi trong các trạm có cột nớc cao : H = 30-600m Đối với các trạm nhỏ tuabin này có thể làm việc với cột nớc H > 4m

Bánh công tác gồm hệ thống cánh gắn chặt với hai vành đĩa trên và dới thành một khối cứng Cánh có dạng cong không gian và số cánh có từ 12

điều chỉnh.

Loại tuabin này làm việc trong phạm vi cột nớc H = 30-150m Nó có thể

điều chỉnh cánh nên phạm vi điều chỉnh công suất có hiệu suất cao tơng đối rộng so với tuabin tâm trục

Hình 1.13 Tuabin hớng chéo

1.4.2.2 Tuabin xung lực (xung kích):

a Tuabin gáo ( còn gọi là tuabin Pelton) hình vẽ 1.5/7 thanh 1.9:

Trong đó : 1- ống dẫn 2- Mũi phun 3- Hớng tia nớc

4- Cánh gáo 5- Trục 6- Vở tuabin

Tuabin gáo là loại tuabin xung lực đợc sử dụng nhiều nhất Phần dẫn dòng của nó gồm bánh công tác và vòi phun Bánh công tác gồm nhiều cánh hình gáo đợc gắn chặt lên bánh công tác

Bánh công tác gắn liền trên trục tuabin, trục này nối với trục máy phát

Thông thờng tuabin gáo đặt ngang, chỉ có một số tuabin cỡ lớn có tổ máy

đặt đứng

Vòi phun gồm có ống hình côn nối với ống dẫn, trong ống hình côn có

kim điều chỉnh lu lợng ra của vòi phun ở đây dòng chảy theo ống dẫn vào vòi phun, từ đó dòng chảy ra khỏi vòi phun với vận tốc đủ lớn tác dụng vào các cánh gáo và tạo thành momen quay

Ngoài ra vòi phun làm nhiệm vụ điều chỉnh lu lợng qua bánh công tác Tuabin gáo làm việc với cột nớc H = 40-300m và lớn hơn nữa ở nớc ta trạm thuỷ điện Đa Nhim dùng tuabin gáo có công suất một tổ máy N = 40MW

b Tuabin tia nghiêng:

Tuabin này khác với tuabin gáo là dòng chảy vào vòi phun hớng vào bánh công tác dới một góc nghiêng Bánh công tác gồm các cánh cong gắn chặt lên hai đĩa bên bánh công tác có hình dạng đơn giản hơn dạng gáo nên

dễ chế tạo Vòi phun của loại này tơng tự nh vòi phun của tuabin gáo

Tuabin tia nghiêng đợc lắp cho những trạm thuỷ điện nhỏ Hiệu suất của tuabin này thờng nhỏ hơn hiệu suất của tuabin gáo

c Tuabin tác dụng kép (Tuabin xung kích hai lần ) (Hình vẽ 2.6):

Dòng chảy từ vòi phun tác dụng lên bánh công tác hai lần : dòng chảy đi từ ngoài vào tâm sau đó lại hớng từ tâm ra ngoài, nên gọi loại này là tuabin tác dụng kép Vòi phun của tuabin này có tiết diện chữ nhật chứ không phải tiết diện tròn

ở đây thay đổi lu lợng bằng cách thay đổi một thành trong để thay

đổi tiết diện vòi phun

Tuabin tác dụng kép còn có tên gọi là tuabin xung kích hai lần, hay tuabin Banki Nó đợc dùng cho các trạm thuỷ điện cỡ nhỏ N = 5-100KW

- Buồng hút tuabin.

Trong đó bánh công tác là bộ phận chính làm nhiệm vụ biến đổi năng lợng Hai bộ phận buồng dẫn và buồng hút không trực tiếp biến đổi năng l-ợng nhng vai trò của chúng rất quan trọng giúp bánh công tác làm nhiệm vụ biến đổi năng lợng có hiệu quả tốt

Các bộ phận phụ của phần dẫn dòng gồm có: các van điều chỉnh lu ợng dòng chảy, van đóng nhanh khi có sự cố, lới chắn rác…

l-Nếu tuabin làm việc đồng bộ với máy phát điện thì một bộ phận quan trọng giúp cho sự đồng bộ này là máy điều tốc

Trong các trạm thuỷ điện còn có các thiết bị phụ trợ khác nh: các tổ máy bơm, các tổ máy nén khí, thiết bị nâng hạ, hệ thống điện…ở đây ta chỉ xét bộ phận chính của phần dẫn dòng tuabin

chơng 2 : Tổng quát chung nhà máy thuỷ điện Hoà bình

2.1.Đờng năng lợng của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình: Thủy năng - Cơ năng - Điện năng:

Nhà máy thủy điện Hoà Bình đợc thiết kế theo phơng pháp nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp Năng lợng nớc đợc tập trung là nhờ đập và cả đờng dẫn

Cột áp của trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại

do đờng dẫn tạo nên Kiểu thiết kế này áp dụng cho các đoạn sông mà ở trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nớc và hồ chứa, còn ở phía dới có

2.2.Cửa nhận nớc nhà máy thuỷ điện Hoà Bình

Cửa nhận nớc là cửa quan trọng của nhà máy thủy điện, nó là cửa ngõ khi vào nhà máy Tại đây dòng nớc đợc lọc rác bằng lới chắn rác, sau đó đ-

ợc dẫn vào tuabin Dòng nớc này đợc điều chỉnh bởi cửa sửa chữa và cửa vận hành Nh vậy cửa nhận nớc đã thực hiện một điều chỉnh trong toàn bộ

hệ thống của nhà máy

Trong đó :

Cẩu trục chân đê: Nhiệm vụ điều khiển gầu cào rác, nâng hạ gầu cào rác

và di chuyển tới nơi thải rác Bên cạnh đó, nó còn thực hiện việc nâng hạ lới chắn rác phục vụ cho việc tu sửa lới chắn rác

Gầu cào rác: Để vớt rác ra khỏi lới rác và vận chuyển tới nơi thải rác từ lới chắn rác thu gom đợc

Xi lanh thủy lực nâng hạ : Nhiệm vụ nâng hạ cửa vận hành

ổ hớng: Nhiệm vụ định hớng cho trục của xilanh thủy lực đúng hớng vì trục của xilanh dài

Lới chắn rác: Ngăn các vật trôi theo dòng nớc không cho vào trong đờng ống áp lực để không gây sự cố cho tổ máy

Cửa sửa chữa: Có nhiệm vụ đóng nhanh cửa nhận nớc vào tuabin, bảo vệ tuabin khi có sự cố Thờng đóng trong trờng hợp nớc tĩnh để không gây chấn động Tuy nhiên trong trờng hợp cần đóng nhanh khi dòng chảy lớn vẫn phải đảm bảo an toàn.

Cửa vận hành: Nó đợc điều chỉnh bởi xilanh thủy lực chính và đợc thiết

kế dùng trọng lợng đóng lại ở điều kiện dòng không bình thờng

2.3 Bộ dẫn động thuỷ lực nâng hạ cánh phai đập tràn xả đáy

Công dụng :

- Nâng cánh phai dới áp lực

- Giữ cánh pha ở tận cùng phía trên

- Hạ cánh phai xuống đến vị trí đóng hoàn toàn của xả đáy

- Nâng tự động cánh phai về vị trí ban đầu khi bị lún xuống 300mm

Trong đó :

1 Cẩu trục chân đê : Nâng hạ phai sửa chữa xả mặt và phai sửa chữa xả sâu

2 Thiết bị dầu áp lực : Tạo áp lực dầu để điều khiển xilanh thủy lực

3 Xilanh thủy lực : Nâng hạ van cung xả

4 Van cung xả mặt

5 Phai sửa chữa xả mặt

6 Van cung xả sâu

7 Phai sửa chữa xả mặt

2.3.1 Đập tràn xả đáy bao gồm 12 cửa van cánh cung có kích thớc

(6x10) m đợc chuyển động nhờ các xi lanh thuỷ lực, một cánh phai tơng ứng với một xi lanh thuỷ lực

2.3.2 12 cánh phai này đợc chuyển động nhờ có 6 bộ dẫn động thuỷ

lực.Thành phần của mỗi bộ dẫn động thuỷ lực bao gồm : (Máy bơm, Bảng panen, Xilanh thuỷ lực, Khối điều khiển, Thùng dầu, Trụ điều khiển, Trụ xi lanh, ống dẫn dầu )

2.4 Hệ thống khí nén OPY 220/110 KV–

2.4.1 Khái niệm :

Hệ thống khí nén dùng để cung cấp khí nén cho các máy ngắt không khí, khí nén này có tác dụng dập hồ quang giữa các cực khi cắt mạch điện, truyền động, hoặc để thông gió bên trong máy ngắt đề phòng hơi ẩm ngng

tụ tại đó

Các thiết bị hệ thống khí OPY đảm bảo

- Duy trì tự động áp lực 32 kg/cm2 và 20 kg/cm2 ở các hệ thống khí nén 220 KV và 110 KV

- Sấy nhiệt độ không khí tới độ ẩm tơng đối cần thiết

- Độ tổn hao cố định không khí để thông gió và dẫn trong hệ thống bằng 70m3 /giờ, khi đó áp lực đủ trong các bình chứa khí, sau thời gian các máy nén khí tạm dừng làm việc 2 tiếng đồng hồ mà vẫn đảm bảo độ ẩm không khí theo yêu cầu

- Thời gian khôi phục đầy đủ áp lực trong hệ thống sau khi có sự cố nặng nhất là bé hơn 2 giờ mà không cần phải chạy máy nén khí dự phòng

1.4.2 Cấu tạo hệ thống nén khí :

Hệ thống này bao gồm: có 4 máy nén khí (trong đó có 3 máy làm việc, 1 để dự phòng) và 3 cụm chai chứa mỗi cụm có dung tích 3m3 Mỗi máy nén cung cấp riêng cho từng cụm chai đặc biệt máy nén dự phòng có thể cấp đồng thời cho cả 3 cụm

Kết cấu riêng của các máy nén khí : Có pít tông định hớng cố định và các xi lanh lắp vuông góc với nhau khi pít tông chuyển động tạo chân không thì không khí tràn đầy vào Xi lanh qua van hút, lợng không khí đủ thì pít tông chuyển động ngợc lại van hút đóng lại không khí đợc nén tới một áp lực nhất định sau đó đợc đa qua van đẩy

2.5 Hệ thống khí nén cao và hạ áp gian máy trong nhà máy

Công dụng: Hệ thống khí nén hạ áp dùng để cung cấp khí nén áp lực 0,8

Mpa (8 kg/cm2) cho các hộ tiêu thụ sau :

2.7 Hệ thống dầu tuabin.

Hệ thống dầu tuabin đảm nhiệm mọi công việc tiếp nhận bảo quản làm sạch, phân phối kiểm tra số lợng, chất lợng loại dầu T/7-30 đang sử dụng tại nhà máy thuỷ điện Hoà Bình.Thiết bị dầu tuabin đợc bố trí tại nhà

bờ trái và gian máy Hệ thống ở gian máy đợc nối với hệ thống đặt ở nhà bờ trái qua tuyến ống công nghệ nằm ở hầm giao thông

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

Thiết bị dầu áp lực dùng để cung cấp dầu áp lực T/7-30 (OCT 9972-74)

hoặc dầu tơng đơng với nó cho bộ điều chỉnh tốc độ tuabin

Để thao tác điều tốc cần có hệ thống dầu áp lực làm nguồn cung cấp năng lợng, thiết bị dầu áp lực là khâu trung gian truyền lực cho động cơ sexcvomoto

Hệ thống MHY gồm có :

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

đờng ống

*Bình chứa dầu áp lực MHY chứa dung tích 12.5 m3 có kết cấu hình

trụ làm bằng kiểu hàn, đáy hình elíp làm bằng thép tấm, bình có cửa chui

để kiểm tra và sửa chữa, có các chân để lắp đặt lên móng, các tai cheo để vận chuyển, có mặt bích và các ống để nối với các ống dẫn dầu và khí Có trang bị các áp kế, ống thuỷ báo mức dầu, van khí một chiều, các đát trích báo mức, đát trích áp lực và các van khác

Trong bình dầu chỉ chiếm 30ữ40% thể tích, phần còn lại là không khí nén Nhờ tính đàn hồi của không khí nén mà sóng áp lực sinh ra khi thao tác điều chỉnh tuabin đợc giảm đi nhiều Lợng dầu và áp lực dầu trong bình là nguồn dự trữ năng lợng, nên giảm nhẹ công suất bơm dầu(so với việc dùng bơm trực tiếp vào bộ phận điều chỉnh ) Trong quá trình làm việc, dầu và không khí nén trong bình bị hao hụt do rò rỉ Vì vậy cần thờng xuyên kiểm tra và bổ xung dầu vào bình chứa bằng hệ thống bơm, còn không khí nén đợc cung cấp bởi các hệ thống nén khí áp lực khí nén trong bình chứa dầu thờng là 25kg cm/ 2, 40kg cm/ 2, do thao tác điều khiển động cơ secvo làm áp lực trong bình chứa sụt xuống Khi áp lực trong bình sụt xuống 2ữ3 kg cm/ 2so với bình thờng thì các bơm dầu hoạt động nhờ các rơle áp lực Khi áp lực đạt bình thờng thì rơ le tự động điều chỉnh dừng máy bơm

* ống thuỷ báo mức dầu của bình MHY đợc lắp trên thành bình dầu khí,

dùng để kiểm tra bằng mắt thờng mức dầu trong bình MHY ống thuỷ có các van chặn, ống trong suốt đánh dấu thang đo

và vỏ trong suốt bảo hiểm

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

van bi một chiều Trờng hợp ống đo dầu bị vỡ thì các viên bi sẽ đậy các lỗ thông, không cho dầu chảy ra ngoài Thang đo của ống thuỷ có các vạch chia độ tính bằng % so với thể tích bình dự trữ

* Van không khí một chiều đợc lắp trên đờng ống dẫn có áp lực nối bình

MHY với bình chứa khí của nhà máy và dùng để ngăn không khí không cho

ra khỏi bình MHY sau khi nạp

* Bộ điều chỉnh mức dầu ở bình MHY

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

Không khí từ bình chứa khí của nhà máy qua bộ lọc và đi vào bình MHY Nếu mức dầu tụt quá mức thì phao cũng tụt xuống, giải phóng van

bi áp lực d của không khí sẽ làm bịt kín van

* Bể xả dầu

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

* Để duy trì chế độ nhiệt bình thờng trong hệ thống thuỷ lực, MHY đợc

nắp thiết bị làm mát dầu (MY-3b) có trị số chỉnh định chạy bơm ở 42 độ C

và cắt bơm ở 38 độ C phát tín hiệu ở 37 độ C nhờ đát trích nhiệt độ báo hiệu

* Nhiệt độ toả ra trong hệ thống thuỷ lực do tổn thất năng lợng đợc làm

nguội bằng phơng pháp bức xạ tự nhiên và phơng pháp đối lu qua thiết bị làm mát dầu Nhờ đó đảm bảo duy trì nhiệt độ môi trờng trong phạm vi cho phép

2.9 Hệ thống cấp nớc kỹ thuật tổ máy và biến thế

Hệ thống cấp nớc kỹ thuật phải đợc đảm bảo cấp nớc sạch không ngừng cho các hộ tiêu thụ nh: Bộ làm mát không khí, bộ làm mát dầu ổ h-ớng tuabin, ổ đỡ, ổ hớng máy phát, hệ thống cấp dầu điều khiển tổ máy, bộ làm mát hệ thống thiết bị bán dẫn động lực kích thích máy phát và các bộ phận có nhu cầu làm mát khác, để giữ ổn định cho các thiết bị đó trong quá trình làm việc Lợng nớc sạch này đợc thiết kế tính toán sao cho lu lợng và

áp lực của nớc phải đảm bảo yêu cầu

Cấu tạo : Nó gồm có hai hệ thống :

- Hệ thống nớc làm mát tổ máy bao gồm cả hệ thống làm mát bộ biến

đổi thiristor

- Hệ thống nớc làm mát nhóm biến thế một pha

2.10 Hệ thống cung cấp nớc sản xuất nhà máy thuỷ điện Hoà Bình.

Hệ thống cung cấp nớc sản xuất đảm bảo dẫn nớc sạch đến cho các thiết bị tiêu thụ để giữ nhiệt độ theo quy định va bôi trơn các thiết bị đang vận hành của nhà máy thuỷ điện ở tất cả các chế độ ổn định, quá độ của tổ máy

2.11 Hệ thống trạm bơm thải sau cứu hoả các máy biến áp và hầm cáp:

Trạm bơm thải nớc và dầu dùng để bơm thải nớc sau cứu hoả các máy biến áp và hầm cáp ở cao độ 24,6m Trạm bơm nằm ở cao độ 9,8m trong gian máy biến áp Để gom nớc cứu hoả máy biến áp, các hầm cáp ở cao độ 24.6m và xả dầu sự cố ở các máy biến áp và cáp dầu áp lực, ngời ta làm bể số 2 ở cao độ 8.6m trong gian máy biến áp

2.12 Hệ thống làm khô phần nớc qua các tổ máy của nhà máy thuỷ

điện.

Hệ thống làm khô dùng để tháo cạn nớc ở các bộ phận phần nớc hạ

l-u và giữ cho chúng trong tình trạng khô ráo để sữa chữa, những bộ phận này gồm có: Phần nớc của ống dẫn nớc có áp lực, buồng xoắn, buồng bánh xe công tác và ống xả

2.13 Kết cấu các thành phần cơ khí của tổ máy thuỷ lực

- Chiều quay : Phải

- Hiệu suất tối đa ở cột áp định mức : 95 %

- Tải trọng tính toán tối đa trên ổ đỡ : 16,1 tấn

- Khối lợng dầu trong bể : 10 m3

- Loại dầu tuabin : T/7.30/OCT9972-74

- Tốc độ quay tuabin : 20,6 m/s

2.13.3 Kết cấu của tuabin

2.13.3.1 Bánh xe công tác : (đờng kính 5672 mm, chiều quay phải )

Là bộ phận làm việc chính của tuabin dùng để biến đổi năng lợng dòng chảy của nớc thành cơ năng quay rôto máy phát, bánh xe công tác gồm có vành trên 16 cánh và vành dới đợc hàn với nhau bằng hàn điện, ở phía dới của vành trên có các bulông bắt ghép nắp rẽ dòng

Nắp này tạo nên sự đổi hớng của dòng chảy từ hớng kính sang hớng dọc trục một cách êm dịu, để tháo nớc từ buồng phía trên bánh xe công tác

ở vành trên có 10 lỗ xả D 130mm, để giảm bớt tổn thất năng lợng rò rỉ giữa

bánh xe công tác và nắp tuabin và vành dới của cánh hớng với vành dới của bánh xe công tác có rãnh chèn hình răng lợc

*Buồng bánh xe công tác : Là chỗ lắp đặt bánh xe công tác, buồng bánh

xe công tác có dạng hình trụ Khe hỡ giữa buồng và bánh xe công tác nằm trong phạm vi (0.0005ữ0.001)D Trong đó D là đờng kính bánh xe công tác

Nớc đợc đổ vào bánh xe công tác qua các cánh hớng (lu lợng nớc là 301,5 m3/h)

2.13.3.2 Cánh hớng nớc (bộ phận hớc dòng): nằm ở phía stato

Bộ máy cánh hớng nớc điều chỉnh lu lợng nớc qua tuabin khi thay

đổi công suất tổ máy cũng nh ngăn không cho nớc vào bánh xe công tác lúc dừng máy

Các cánh hớng đợc bố trí đều xung quanh và đợc gắn vào hai vành trên và dới Cánh hớng nớc có dạng hình trụ và gồm những bộ phận sau:

Số lợng cánh hớng là 20 cánh Đều có 3 gối đỡ và đợc đúc bằng thép cácbon, các cánh đều có bạc định hớng làm bằng thép trong có phủ một lớp vật liệu chống mài mòn mà không cần bôi trơn

ổ đỡ giữa và dới đợc làm kín bằng gioăng cao su định hình, tất cả các gối trục của cánh hớng đều đợc ốp bọc bằng thép không rỉ ổ đỡ giữa cũng đồng thời là ổ chắn để bắt giữ chặt cánh hớng khỏi bị lực nớc nâng lên trên

Để giảm bớt lợng nớc rò qua cánh hớng đã đóng khi lắp ráp phải mài nhẵn các bề mặt tiếp giáp giữa các cánh, còn gioăng cao su giữa các khe rãnh của nắp tuabin và vành đỡ dới là để chèn kín nớc ở các đầu cánh

Mỗi cánh đều đợc treo lên nhờ bulông ở trên nắp chuyên dùng qua tay đòn và mặt bích của gối đỡ Nắp này ép chặt vào nắp tuabin và cũng nhờ các bulông treo này để điều chỉnh vị trí nâng cánh và các khe hở ở hai

đầu cánh việc quay cánh hớng thực hiện nhờ 4 xécvômôtơ đợc truyền qua vành điều chỉnh thanh giằng

Bản giằng tay đòn để truyền đến cho cánh hớng, Tay đòn đợc ghép với nhau bằng các chốt sắt, chốt sắt là khâu yếu nhất làm chức năng bảo vệ cánh hớng khỏi gẫy khi điều chỉnh không đều các thanh giằng hoặc các vật lạ lọt vào giữa các khe hở của cánh hớng

Các khớp bản lề của phần cơ khí quay động cơ đều có đặt các ống lót bằng nhựa pôlime tổng hợp không yêu cầu bôi trơn trong quá trình vận hành thanh giằng cánh hớng nớc có thể điều chỉnh đợc chiều dài

Có thể làm cho các cánh hoàn toàn sát kín với nhau khi các cánh hớng

n-ớc đóng hết, gối đỡ tiếp nhận lực dọc trục của rôto, tổ máy cũng nh mômen xoắn do ổ trục của tổ máy tạo ra kho rôto quay, để cố định cánh hớng ở vị trí mở hết, hoặc đóng hết có đặt 4 chốt hãm chịu đợc lực tổng hợp của 4xécvômôtơ

Việc quay các cánh hớng nớc, khi khởi động và ngừng máy đợc thực hiện bằng 4 xéc vô mô tơ trục thẳng đứng tác động 2 chiều

Đờng kính của pittông là 500 mm và hành trình của pittông là 730 mm áp lực định mức của xéc vô mô tơ lấy từ hệ thống điều chỉnh là 40kg/cm2

Cấu trúc của xéc vô mô tơ có 1 ống xi lanh thép kiểu hàn có các nắp

đợc bắt chặt 2 đầu bằng gioăng, pittông gang, thanh giằng của xéc vô mô tơ

có 1 đầu tự do đợc lắp vào lỗ của chốt trục Chốt này đợc nối khớp với bản

lề với vành điều chỉnh và có các ê cu chặn để bắt kẹp các thanh giằng với

nó và cũng nhờ các ê cu này để đảm bảo điều chỉnh thanh giằng theo hớng dọc trục

Trong xéc vô mô tơ có hệ thống điều tiết làm chậm chuyển động của pittông ở cuối hành trình đóng có hệ thống xả dầu từ 2 khoang của xéc vô mô tơ vào tổ máy vét dầu

2.13.3.3 Buồng xoắn stato : Là bộ phận dẫn nớc vào bánh xe công tác

có cấu tạo hình xoắn có tiết diện thay đổi không khép kín gồm có 20 khâu

và một ống nối đợc cấu tạo từ thép tấm có độ dày khác nhau Để vào đợc buồng xoắn có một lỗ tròn và có nắp đậy

2.13.3.4 ống hút : Tác dụng

- Dẫn nớc từ bánh xe công tác tuabin xuống hạ lu với ít tổn thất thủy lực nhất.

- Sử dụng đợc phần lớn động năng còn lại của nớc sau khi ra khỏi bánh

xe công tác

- Khi đặt bánh xe công tác cao hơn mực nớc hạ lu hơn mực nớc hạ lu để tiện sửa chữa và giảm bớt khối lợng nhà máy thủy điện, nhờ có ống hút

mà phần cột nớc từ bánh xe công tác đến mức nớc hạ lu đợc sử dụng 2.13.3.5 Stato tuabin : Nhận toàn bộ tải trọng của tổ máy, khối bê

tông phía trên và lực ép do áp suất nớc trong buồng xoắn, cánh hớng bánh

xe công tác tạo nên

2.13.3.6 Cấu trúc của roto gồm có hai phần : Phần đai trên và đai dới

cấu tạo từ 4 phần gắn với các vành đó là 48 trụ chịu lực, trong đó 5 trụ ở vành đầu vào buồng xoắn đợc chế tạo từ thép đúc còn các trụ khác đợc làm bằng thép tấm, đai trên của stato đợc nối đai tăng cờng chịu áp lực bằng bê tông cốt sắt

2.13.3.7 Trục tuabin : Truyền mô men quay từ bánh xe công tác đến

trục của máy phát có cấu tạo nguyên khối, kiểu rỗng có vành riêng để lắp ổ hớng tuabin, đờng kính trục là 1500 mm Độ dày thành trục là 130 mm, tổng chiều dài là 6800 mm, đờng kính của vành chỗ lắp ổ hớng là 1900

mm, mặt dới của trục đợc nối bằng 20 bu lông M140 với mặt trên của bánh

xe công tác tơng tự nh vậy đối với điểm nối của trục tuabin và roto máy phát

2.13.3.8 ổ hớng : Có tác dụng định vị trí của trục tuabin Trong quá

trình làm việc ổ hớng chịu tác dụng của lực hớng kính do không cân bằng

về lực cơ thuỷ lực và lực điện của roto ổ hớng gồm có 12 xéc măng bằng thép trên bề mặt có phủ một lớp ba bít qua ống lót cách điện

Vỏ của ổ hớng : Bằng thép và đợc bắt chặt lên nắp tuabin nhờ bu lông và

chốt định vị, phía dới vỏ ổ hớng là thùng dầu có thể tích 1m3 để bôi trơn các xéc măng

Việc tuần hoàn dầu trong ổ hớng đợc thực hiện khi các trục quay nên

nó có tính năng giống nh bơm li tâm dẫn dầu trong thùng dầu và khoang giữa các xéc măng và vỏ của ổ hớng làm cho mức dầu ở đó đẩy lên tới mức cần để bôi trơn các xéc măng Sau đó dầu qua lỗ ở thanh đứng của vỏ và đi theo đờng ống xả đến 12 bộ làm mát bằng xung quanh thùng dầu dới, từ d-

ới lên và tiếp tục vào thùng dầu Do đó trong qúa trình làm việc phải thờng xuyên kiểm tra mức dầu, nhiệt độ của dầu và nhiệt độ các xéc măng bằng các đát trích để biết tình trạng làm việc của tổ máy

2.13.4 Các phần tử của hệ thống điều chỉnh tốc độ tuabin :

Ngăn kéo sự cố : Có đờng ống phụ nối với đờng ống dầu áp lực và thông

với bình chứa MHY, nó đợc sử dụng để đóng cánh hớng nớc trong trờng hợp bộ điều tốc bị hỏng, ngăn kéo có truyền động điện từ để điều khiển ngăn kéo sự cố

Khi tổ máy làm việc bình thờng dầu dễ dàng chảy qua ngăn kéo sự

cố, còn khi bộ điều tốc bị hỏng và tốc độ quay của roto tăng cao thì rơ le tần số quay sẽ đợc tín hiệu đi khởi động ngăn kéo sự cố có bộ dẫn động

điện từ

Sau khi ngăn kéo sự cố tác động khi đó dầu sẽ đợc nối thông với khoang đóng các xéc vô mô tơ cánh hớng với đờng dầu áp lực, còn khoang

mở thông với đờng xả do đó cánh hớng nớc đợc đóng lại

Để đa ngăn kéo sự cố trở lại vị trí đóng bình thờng thì trớc tiên ta phải cắt mạch điện cho ngăn kéo có truyền động điện từ để kiểm tra áp lực dầu trong buồng xéc vô mô tơ bằng các đồng hộ đo áp lực mạch phản hồi

và đa các phần tử của bộ điều tốc thuỷ lực về vị trí ban đầu

Cáp truyền : Thực hiện phản hồi cơ giữa cánh hớng nớc và tủ điều tốc sẽ

làm cho thiết bị chỉ huy (thực chất là các tiếp điểm hành trình) chuyển động

và nó cho những tín hiệu khác nhau tuỳ theo vị trí của cánh hớng nớc Các tổ máy bơm vét dầu : Sử dụng để thu dọn dầu từ các cơ cấu điều

chỉnh và kiểm tra tuabin cũng nh định kỳ bơm dầu vào bể xả, ngoài ra còn dùng để tháo xả dầu cho đờng ống của hệ thống điều chỉnh và tốc độ

Thiết bị chỉ huy : Đảm bảo ghép và tách các mạch của hệ thống tự động

điều khiển ở các vị trí xác định của cánh hớng

Thiết bị dầu áp lực và thiết bị tự động MHY : Dùng để cung cấp dầu

áp lực cho các phần thuỷ lực của hệ thống điều chỉnh

Thiết bị tự động MHY : Dùng để tự động điều khiển các bộ phận của

MHY thiết bị này đợc xác định trên cơ sở sử dụng các hệ thống không tiếp

điểm và gồm có : Phần thông báo, Phần lôgic, và cơ cấu chấp hành

Ngoài ra còn một số các van xả để tháo hết nớc khi cần sửa chữa hoặc kiểm tra tổ máy khi dừng

2.13.5 Kết cấu của máy phát thuỷ lực :

2.13.5.1 Máy phát thuỷ lực : (kiểu CB1190/215 )

Trục của máy phát điện đợc nối trực tiếp với trục tuabin nên máy phát sẽ quay cùng với tốc độ quay của tuabin, do vậy việc điều chỉnh tần số

và điện áp cảu máy phát chính là việc điều khiển tốc độ của tuabin thủy lực Máy phát là nơi biến cơ năng do nớc sinh ra thành điện năng phát lên lới

điện quốc gia

Đợc cấu tạo theo kiểu ô dù có 1 ổ đỡ đợc tỳ nên nắp tuabin và có 1 ổ hớng ở phần trung tâm của giá chữ thập trên

2.13.5.2 Stato máy phát (phần đứng yên ):

Vỏ của stato có cấu tạo từ thép tấm đợc hàn lại với nhau, stato đợc ghép vào bệ nhờ các bu lông bệ

Lõi của stato đợc đợc ghép bằng thép kỹ thuật điện cán nguội và đợc sơn cả hai mặt bằng sơn cách điện chịu nhiệt Theo chiều cao của lõi thép

đợc chia thành 41 ngăn mà giữa các ngăn có khe hở không khí làm mát

Cuộn dây của stato có dạng thanh dẫn uốn sóng hai lớp có 4 nhánh song song trên một pha và có 6 đầu ra trung tính

- Số rãnh : Z= 576

- Số cực : 2P=48 pha

- Số rãnh cho một cực và một pha : g=4

- Bớc quấn dây : 1-15-25

- Số nhánh song song : a=4

2.13.5.3 Roto máy phát (phần chuyển động ): Gồm có đĩa roto, thân

roto có gắn đĩa phanh, các cực có cuộn dây kích từ và cuộn cảm, vành chổi than và may ơ của ổ đỡ

Đĩa roto là cấu trúc hàn đúc gồm có : Sáu nan hoa tiết diện hình hộp

có thể tháo ra đợc Phần trung tâm có ống lót đúc, đĩa gân và các tấm nối để bắp giữ các nan hoa

Mặt trong phía dới của ống đợc đấu ghép với trục tuabin bằng các bu lông, mặt bích trên ống lót roto nối với trục phụ

2.13.5.4 Máy phát phụ

Máy phát phụ dùng để cung cấp cho hệ thống kích thích độc lập bằng thiristor của máy phát thuỷ lực Stato máy phát phụ đợc ép vào chân giá chữ thập trên còn roto đợc gắn vào khung bệ của roto máy phát thuỷ lực

2.13.5.5 Máy phát điều chỉnh

Máy phát điều chỉnh thực chất là bộ xung tần số cho bộ điều tốc thuỷ lực của tuabin và nó cũng đợc làm máy phát đồng bộ 3 pha với phần kích thích bằng nam châm vĩnh cửu đợc nắp trên các cửa của roto

Để từ hoá các nam châm, mỗi cực từ có một cuộn dây đặc biệt Cần phải tiến hành nạp từ điện áp stato thấp dới 110 V Tiến hành nạp từ bằng dòng một chiều 600 A, thời gian nạp không quá 1 giây

Trong thời gian làm việc, cuộn dây nạp từ phải đợc nối ngắn mạch

2.13.5.6 Hệ thống thông gió

Để làm mát phần tác dụng của máy phát chính có dùng hệ thống thông gió tuần hoàn làm mát bằng không khí Roto máy phát làm việc giống nh quạt li tâm tạo nên áp lực gió làm mát cần thiết, làm mát các cực

từ roto, cuộn dây và lõi thép stato và đi vào các bộ làm mát gió bằng nớc, khi ra khỏi bộ làm mát khí theo hớng gió khép kín quanh stato, không khí lạnh đợc chia làm hai đờng quay trở lại roto

Các bộ làm mát khí đợc nắp vào thân stato máy phát chính

2.13.5.7 Hệ thống phanh

Để phanh roto khi ngừng máy và khi sửa chữa tổ máy có bố trí 24

bộ phanh kích, các phanh này có các êcu và các vít nâng 3 ngả để giữ roto,

ở trạng thái nâng phanh làm việc Thiết bị phanh gồm có van chặn không khí có bộ dẫn động điện áp kế và có khả năng điều khiển bằng tay

2.13.5.8 Hệ thống kiểm tra nhiệt độ

Máy phát đợc kiểm tra nhiệt độ nhờ các bộ biến đổi nhiệt điện trở và nhiệt điện kế áp lực có tín hiệu đợc nắp ở đầu nối để kiểm tra nhiệt độ của lõi sắt stato máy phát cả 3 pha, kiểm tra nhiệt độ các xéc măng của ổ đỡ và

ổ hớng, trong bể dầu cũng có lắp các nhiệt điện trở nhiệt kế áp lực có tín hiệu

2.13.5.9 Hệ thống cứu hoả

Máy phát thuỷ lực đợc trang bị hệ thống cứu hoả bằng nớc phun Thiết bị dập lửa máy phát chính có cấu tạo từ hai vòng ống dẫn bố trí

xung quanh phần trên và dới stato Theo vòng tròn của ống góp có rất nhiều lỗ nhỏ trong đó có lắp các ống phun Nguốn cung cấp nớc cứu hoả máy phát thuỷ lực phải là nguồn độc lập Máy phát phụ cũng đợc

bố trí 1 ống phòng hoả riêng, trên đờng ống dẫn có lắp thiết bị van chặn tác động điện

2.14 Máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên tắc cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp máy phát lên cấp điện áp truyền tải 110kV, 220kV, 500kV với tần số không thay đổi Công suất của máy biến áp đợc tính sao cho có thể đáp ứng

đợc công suất tối đa của máy phát

* Các loại máy biến áp đợc dùng trong nhà máy thuỷ điện Hoà Bình

Các máy biến áp 1 pha, 2 cuộn dây kiểu //-105000/220-85-TB-B dùng để đấu nối 3 pha và lắp đặt vào khối máy phát biến áp

- Máy biến áp tự ngẫu 3 pha, 3 cuộn dây kiểu

ATD//TH6-3000/220/110-TL, có bộ điều chỉnh điện áp dới tải, dùng để liên lạc OPY-220 và cung cấp cho tự dùng nhà máy

- Máy biến áp 3 pha, 2 cuộn dây kiểu TMH-6300/35-74-71 có bộ điều chỉnh điện áp dới tải, máy biến áp này đợc đấu vào các cuộn dây 35

KV của máy biến áp tự ngẫu và các thanh dẫn điện áp máy phát, dùng

để cung cấp điện tự dùng cho nhà máy