nguyên lý làm việc của nhà máy thuỷ điện hoà bình

Thuỷ điện Hoà Bình là một công trình đầu mối đem lại nhiều lợi Ých kinh tế, xã hội tổng hợp: khống chế ngập lụt ở đồng bằng Bắc Bộ, khai thác điện năng phục vụ phát triển kinh tế quốc dâ

MỤC LỤC Trang PHẦN 1:

GIỚI THIỆU CHUNG 3

I.Các nhiệm vụ của công trình thuỷ điện Hoà Bình 3

II.Các mốc thời gian 4

III sơ đồ tổ chức của nhà máy 4

IV nguyên lý làm việc của nhà máy thuỷ điện hoà bình 6

Phần 2: thuỷ năng I.các số liệu đặc trưng thuỷ năng 8

II các số liệu về hồ chứa 8

III các số liệu về đập chính 9

IV các thông số hồ chứa 11

V điều tiết hồ chứa 11

1 Điều tiết hồ trong thời gian chống lũ 11

2 Điều tiết hồ trong các tháng tích nước 13

3 Điều tiết lũ trong thời kỳ mùa khô từ 10/11 đến 15/06 14

PHẦN 3: CÁC THIẾT BỊ CHÍNH I TUA BIN 16

1.Các thông số kỹ thuật của tuabin PO115/810-B-567,2 16

2 Cấu tạo, hoạt động các bộ phận của tuabin 16

II MÁY PHÁT 1 Thông số điện của máy phát 18

2.Thông số cấu tạo của máy phát và nguyên lý làm việc 18

3 Các chế độ vận hành của máy phát điện 21 III MáY BIếN áP 24

IV MáY CắT 26

PHầN 4

Sơ đồ nối điện 25

PHầN 1GiớI THIệU CHUNG

có thể xây dựng được 4 công trình thuỷ lớn: Hoà Bình 1920MW, Sơn La

3600 MW, Huội Quảng 1440 MW, Lai Châu 800MW Đầu năm 1979 công trình đầu tiên là thuỷ điện Hoà Bình chính thức khởi công và khánh thành vào cuối năm 1994 Công trình tiếp theo cũng được bắt đầu đó là thuỷ điện Sơn La

Thuỷ điện Hoà Bình là một công trình đầu mối đem lại nhiều lợi Ých kinh tế, xã hội tổng hợp: khống chế ngập lụt ở đồng bằng Bắc Bộ, khai thác điện năng phục vụ phát triển kinh tế quốc dân, tăng lưu lượng nước mùa khôcho sông Đà và sông Hồng phục vụ tưới tiêu và giao thông đường thuỷ, tăng cường khả năng nuôi trồng và đánh bắt thuỷ sản Ngoài ra công trình nhà máy thuỷ điện và phần lòng hồ đã là một địa chỉ hấp dẫn cho khách thăm quan du lịch

I CÁC NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TRÌNH THUỶ ĐIỆN HOÀ BÌNH:

Thứ tự ưu tiên các nhiệm vụ:

• 8 tổ máy *240 MW = 1920 MW (công suất phụ tải max cả nước hiện nay là 7500 MW, tổng công suất đặt các nhà máy là 10500 MW).

• Là nhà máy điều tần trong HTĐ quốc gia

• Là nhà mày thuỷ điện lớn nhất Đông Nam Á

• Trung bình năm khai thác sản lượng là 8,4 tỷ kWh, năm nhiều nước

có thể lên tới 10,2 tỷ kWh, năm Ýt nước 5,7 tỷ (sản lượng điện tiêu thụ cả nước 2003 là 55 tỷ kWh)

3 Thuỷ lợi

• Đảm bảo lượng nước ngày đêm trung bình không nhỏ hơn 680m3/s phía hạ du phục vụ tưới tiêu

4 Giao thông

• Tuyến vận tải thuỷ dọc hồ chứa sông Đà dài 230 km

• Đảm bảo lưu lượng không nhỏ hơn 550m3/s phía hạ du phục vụ giao thông

5 Nuôi trồng thuỷ sản

6.Du lịch

II.CÁC MỐC THỜI GIAN

• Ngày 06-11-1979: Khởi công xây dựng công trình thuỷ điện Hoà Bình

• Ngày 31-12-1988:Tổ máy số 1 hoà lưới

• Ngày 04-11-1989:Tổ máy số 2 hoà lưới

• Ngày 27-03-1991: Tổ máy số 3 hoà lưới

• Ngày 19-12-1991: Tổ máy số 4 hoà lưới

• Ngày 19-01-1993: Tổ máy số 5 hoà lưới

• Ngày 29-061-993: Tổ máy số 6 hoà lưới

• Ngày 07-12-1994: Tổ máy số 7 hoà lưới

• Ngày 04-04-1994: Tổ máy số 8 hoà lưới

• Ngày 20-12-1994: Khánh thành nhà máy thuỷ điện Hoà Bình

• Ngày 27-05-1994: Trạm 500kV đầu nguồn Hoà Bình đi vào vận hành chính thức cung cấp điện cho miền Trung và miền Nam.

III SƠ ĐỒ TỔ CHỨC CỦA NHÀ MÁY

Số lượng nhân viên của nhà máy là 850 người , phân bổ theo các phòng ban chức năng và 6 phân xưởng( xem so đồ tổ chức ổ trên)

P Kỹ thuật

PGĐ kỹ thuật

P.Tổ chức

Văn phòng

Phòng bảo vệ P Vật tư

PX máy PX điện Trạm

200,500

PX Vận hành

PX Tự động

PX thuỷ lực

1 Phân xưởng vận hành: chịu trách nhiệm điều hành sản xuất trong nhà

máy PXVII quản lý phần gian máy (máy phát, tuabin, máy biến áp), làm theo chế độ 3 ca, mỗi ca trực có 22 chức danh:

- Trong gian máy gồm 14 người:

+ 1 trưởng ca, 1 trực chính trung tâm

+ 1 trưởng kíp gian máy (điện+máy)

+ 2 trực chính điện (mỗi người 4 máy), 3 trực phụ điện (2 người kia quản lý cả CRV6 + ắc quy).

2 Phân xưởng trạm 220, 500 kV: quản lý cả về phần nhị thứ của trạm

3 Phân xưởng điện: quản lý phần máy phát, các thiết bị phụ, thiết bị tự

dùng

4 Phần xưởng tự động: quản lý các thiết bị điều khiển tự động máy, thiết

bị BVRL, thiết bị phụ, đo lường, thông tin

5 Phân xưởng máy: quản lý về tuabin, tổ máy, các thiết bị nén khí, điều

nhiệt, các loại bơm, cơ khí thuỷ lực, các thiết bị phụ…

6 Phân xưởng thuỷ lực: quản lý công trình đê đập, xây dựng…

IV nguyên lý làm việc của nhà máy thuỷ điện hoà bình

Nhà máy thuỷ điện nói chung dùng năng lượng dòng chảy của sông suối để sản xuất điện năng Công suất trung bình của nhà máy thuỷ điện phụ thuộc vào lưu lượng nước Q(m3/s) và chiều cao hiệu dụng của cột nước H (m) của dòng nước tại nơi đặt nhà máy Công suất máy phát P (MW) được tính như sau:

P=k.H.Q.n

Với H: Chiều cao hiệu dụng của cột nước (m)

Q: Lưu lượng nước (m3/s)

k: Hằng số, k=8,91

n: Hiệu suất (85-99%)

Các máy phát điện được thiết kế phù hợp cột nước, điều kiện địa lý Thuỷ điện Hoà Bình được xây dựng bằng cách tận dụng độ dốc tự nhiên của sông Ở đây, công trình dẫn nước không đi theo sông mà tắt ngang gọi là thuỷ điện kiểu ống dẫn Đầu đoạn sông đặt công trình lấy nước, rồi từ đó qua ống

dẫn đi vào bể áp lực Đập làm dâng nước, tạo dòng nước mạnh đi vào ống dẫn nước Èng dẫn có độ nghiêng không đáng kể so với độ nghiêng tự nhiên của đoạn sông Èng dẫn áp lực đi vào tuabin trong gian máy rồi trở về sông qua kênh tháo nước.

Các công trình của nhà máy thuỷ điện gồm : Đập ngăn (ngăn nước tạo thế năng cho dòng chảy ), hồ chứa nước ( để giữ nước, thuỷ lợi, dịch vụ du lịch), cửa nhận nước (ngăn rác, nhận nước vào tua bin), ống dẫn lực, thoát nước (sau tua bin), hạ lưu ( chống lở, vỡ 2 bờ hạ lưu), gian máy (tuabin + máy phát), trạm phân phối điện ( nhận điện từ gian máy và cung cấp điện cho hệ thống điện) và các công trình khác

Các tổ máy thuỷ điện có tính cơ động cao, linh hoạt trong vận hành nên thường được giao nhiệm vụ điều chỉnh tần số trong hệ thống điện và làm việc ở phần biến đổi của đồ thị phụ tải và phủ đỉnh Do tận dụng được nguồn năng lượng tự nhiên nên giá thành sản xuất điện của nhà máy thuỷ điện rẻ hơn nhiều so với nhiệt điện

Nhà máy thuỷ điện cũng có nhược điểm là cách xa trung tâm phủ tải

và phụ thuộc nhiều vào yếu tố thời tiết

Phần 2: thuỷ năngI.các số liệu đặc trưng thuỷ năng

Sông Đà bắt nguồn từ núi Nhuỵ Sơn-Trung Quốc ở độ cao 1500m, có chiều dài 980km Với diện tích lưu vực là 51.700km2,bằng khoảng 31%diện tích lưu vực của sông Hồng, lưu lượng chiếm khoảng 48% của sông Hồng Về khí hậu thì nhiệt độ tmax =420,tmin =1,90 ,ttb =230 Số ngày mưa trung bình trong năm là 154 ngày với lượng mưa trung bình năm là 1960mm, lượng mưa lớn nhất một ngày đêm là 244mm Dòng chảy trung bình năm là 57,4.109m3

• Diện tích lưu vực sông Đà là 51.700km2

• Tổng dòng chảy trung bình nhiều năm là 57,4.109m3

• Lưu lương nước về trung bình là 1800m3/s

• Lượng mưa trung bình hằng năm là 1960mm

1,00%

0,10%

0,01%

14.69021.60026.60037.800

12.90018.60025.60036.400

 Chiều cao lớn nhất Hmax=117m.

 Mực nước dâng bình thường 115m

(4): Tầng aluvi: là tầng cát sỏi kéo dài từ đáy lòng sông đến tầng

đá mẹ phía dưới đây là tầng có độ thấm cao

(5): Cửa tràn : nằm trên một bên núi đá ở độ cao 56m tới độ cao 123m

Các số liệu chính :

• Cao độ đỉnh đập là 123m

• Chiều cao thi công đập là 128m

Lõi đập : cấu tạo bằng đất thịt có hệ số thấm nhỏ (K=10-7) có nhiệm vụ hạn chế đến tối đa nước thấm qua đập từ phía thượng lưu Để chống thấm cho tầng aluvi người ta tạo ra một màng chống thấm bằng dung dịch đặc biệt: Ở

độ cao 18m tiến hành khoan phun bơm dung dịch chống thấm xuống tận tầng

đá mẹ, ở độ cao 62m đến độ cao 50m tiến hành khoan đợt một và ở độ cao 90m tiến hành khoan đợt hai

Ngoài cùng của hai bên đập được lát bằng đá xếp để bảo vệ phần bên trong đập Bề mặt đập và các phần bên trong đập được đổ bê tông để làm đường giao thông.

IV các thông số hồ chứa

1 Phía thượng lưu :

• Mực nước dâng bình thường 115m

• Mực nước gia cường 120m

Hàng năm có thể lên đến 117m nhưng phải được phép của thủ tướng chính phủ

2 Phía hạ lưu:

• Mực nước khi dừng toàn bộ nhà máy 11m

• Mực nước khi chạy hết công suất 540MW(với 3 tổ máy )13,3m

• Mực nước khi chạy 8 máy công suất định mức 240MW với lưu lượng

• Mực nước khi xả lưu lượng không ảnh hưởng đến hạ lưu (400m3/s)

17,8m

• Mực nước khi xả lưu lượng tần suất 0,01%(37.800m3/s) 27,4m

V ĐIỀU TIẾT HỒ CHỨA

Điều tiết hồ chứa cho nhiệm vụ chống lũ và phát điện được thực hiện theo chu kỳ hàng năm Mỗi chu kỳ chia làm ba giai đoạn theo quy luật thay đổi của dòng chảy sông Đà:

+ Các tháng mùa khô: tháng 11, 12, 1, 2, 3, 4, 5, 6 đến 15/6

+ Các tháng mùa lũ: từ 15/6 đến tháng 8

+ Các tháng tích nước trong hồ : tháng 9 và 10

1 Điều tiết hồ trong thời gian chống lũ :

Để đảm bảo an toàn cho công trình thuỷ điện và vận hành tối ưu nguồn nước, điều tiết hồ trong thời gian chống lũ được chia làm ba giai đoạn :

Từ 15/06 đến 15/07: giai đoạn chống lũ đầu vụ

Từ 16/07 đến tháng 8: giai đoạn chống lũ chính vụ

Từ 26/08 đến 15/09: giai đoạn chống lũ cuối vụ

Trong thời kỳ chống lũ thuỷ điện Hoà Bình được giao cho UB chỉ đạo phòng chống lụt bão trung ương Trong thời kỳ này, khi hồ chứa làm nhiệm

vụ sẵn sàng cắt lũ cho hạ lưu, mực nước trong từng giai đoạn phải giữ ở mức sâu :

- Giai đoạn chống lũ đầu vụ (từ 15/06 đến 15/07):

Từ 15/06 đến 15/07 giữ mực nước hồ 90±2m Nhưng nếu trước ngày 25/06 có lũ tiểu mãn mà yêu cầu cắt lũ tiểu mãn để lưu lượng xả xuống hạ lưu không vượt quá 4000m3/s thì cho phép nâng mực nước hồ lên cao hơn nhưng không vượt quá 100m, và phải đưa mực nước 91±2m trước ngày 10/07

- Giai đoạn chống lũ chính vụ (16/07 đến 25/08):

Thời kỳ này phải giữ mực nước ở hồ là 89±1m , cố gắng giữ ở giới hạn dưới

- Giai đoạn chống lũ cuối vụ(26/08 đến 15/09):

Vì dung tích nước cho phép tích lại trong thời kỳ này có thể quyết định tới hiệu Ých phát điện trong các tháng sau mùa lũ, do vậy tuỳ theo tình hình thời tiết cuối tháng 8 và dự báo thuỷ văn trong tháng 9 làm căn cứ mà ban chỉ đạo phòng chống lụt bão trung ương sẽ trao đổi với Tổng công ty điện lực Việt Nam để có quyết định cụ thể về thời gian vận hành công trình cắt lũ thường xuyên

- Các phương án xả lũ (cắt lũ):

Vận hành công trình cắt lũ thường xuyên: khi dự báo lũ sông Hồng tại

Hà Nội có thể làm mực nước tại Hà Nội vượt quá mức 11m thì phải vận hành công trình Hoà Bình cắt lũ thường xuyên nhằm giữ mực nước Hà Nội không vượt quá 11,5 m, đồng thời mực nước tại Hoà Bình cũng không được phép vượt quá 100m

Vận hành công trình cắt lũ lớn cho hạ lưu sông Hồng Khi mực nước tại

Hà Nội đã đạt 11,5m và mực nước hồ đã đạt 100m mà theo dự báo trong 24h tới mực nước sông Hồng tại Hà Nội có thể vượt quá 13,3m và lũ sông Đà tiếp tục tăng nhanh thì phải vận hành công trình cắt lũ lớn cho hạ lưu sông Hồng nhằm giữ mực nước tại Hà Nội không vượt quá 13,3m và mực nước hồ không

vượt quá 117m (khi mực nước hồ đã ở mức 115m mà dự báo nước lũ sông

Đà tiếp tục dâng thì yêu cầu phải mở cửa xả đáy, xả mặt để sau khi xả xong thì giữ mực nước là 117m)

Vận hành công trình để chống lũ cho bản thân công trình: khi mực nước

hồ đã ở mức 115m mà dự báo lũ sông Đà tiếp tục tăng lên thì chuyển sang vận hành công trình chống lũ cho bản thân công trình Khi đó phải mở dần các cửa xả đáy sao cho khi mực nước hồ là 116,5m thì các cửa xả đáy mở hết, còn khi mực nước hồ đạt 117m thì các cửa xả mặt được mở hoàn toàn

Trong suốt mùa lũ, mực nước trong hồ có thể thay đổi lớn từ 88m đến 117m, vậy để điều tiết chống lũ cho hạ lưu hoặc khi gặp lũ đặc biệt lớn sau khi đã cắt lũ lớn mà công trình phải vận hành giai đoạn chống lũ cho bản thân công trình, mực nước hồ giai đoạn này có thể lên mức 120m, chính quyền địa phương có dân cư trong vùng hồ phải hướng dẫn nhân dân và tổ chức kiểm tra lòng hồ để không xảy ra thiệt hại đáng tiếc Khi mực nước hạ lưu hồ Hoà Bình vượt mức 24,6m thì ban chỉ đạo phòng chống lụt bão trung ương và giám đốc nhà máy thuỷ điện Hoà Bình phải thông báo cho BPCLBTW tỉnh Hoà Bình biết trước 24h

Trong thời kỳ chống lũ này thì 8 tổ máy làm việc liên tục để khai thác tối đa năng lượng dòng chảy mùa lũ Khi đó dự phòng của hệ thống không đặt tại nhà máy thuỷ điện Hoà Bình nữa

Khi mực nước hồ đạt độ cao 115m thì khả năng xả tối đa của mỗi cửa xả

và cửa đáy như sau :

•Lưu lượng xả qua tua bin : 300m3/s×8 tổ =2.400m3/s

•Lưu lượng qua cửa xả đáy :1700m3/s×12cửa =21.000m3/s

•Lưu lượng xả qua cửa xả mặt :1425m3/s×6cửa =8.550m3/s

Tổng khả năng xả là : = 31.950m3/s

- Vận hành cửa xả lũ :

•Trước mùa lũ nhà máy phải kiểm tra tốt các hệ thống nâng hạ cửa xả

•Phải mở hết các cửa xả đáy xong mới mở cửa xả mặt

•2 cửa xả ở cách nhau 6 giờ để tránh sói lở hạ lưu

•Thứ tự mở cửa xả mặt từ 1 tới 6

2 Điều tiết hồ trong các tháng tích nước :

Vào cuối tháng mùa lũ việc tích nước hồ đến 115m cần phải được thực hiện trong tháng 9 và tháng 10 việc tích nước phải đảm bảo trong tháng 9 và tháng 10 sao cho chậm nhất là 30/10 phải đưa mực nước thượng lưu là 115m

Để đảm bảo tích nước đầy hồ vào cuối tháng 10 và công suất phát điện cao, mực nước thượng lưu hồ cần giữ theo các mức giới hạn :

+ Đến cuối tháng 9 mực nước hồ đạt 92m

+ Đến 10/10 mực nước không thấp hơn mức 99m

Thực hiện các việc trên để đảm bảo tích nước đầy hồ vào hạ tuần tháng

10 Trong tháng 10 nếu có biến động thời tiết đặc biệt , quá tình tích nước cho phép giữ mực nước thượng lưu được vượt quá mực 115m nhưng không vượt qua mức 116m

Công suất đảm bảo thời kỳ tích nước là 540MW Trong thời kỳ tích nước, nếu phải xả xuống hạ lưu một lượng nước đủ lớn để đảm bảo việc ổn định của các công trình dưới hạ lưu: cầu cống, kè không bị sụt lở Lưu lượng

xả không được vượt quá lưu lượng tự nhiên vào hồ

Lưu lượng xả từ 10/09 đến 30/10 không được tạo ra con lũ nhân tạo gây thiệt hại cho phía hạ lưu và không được phép xả lớn hơn 4000m3/s

3 Điều tiết lũ trong thời kỳ mùa khô từ 10/11 đến 15/06:

Trong thời kỳ này việc điều tiết hồ đảm bảo phát điện sử dụng tối ưu toàn bộ khối lượng nước đã tích đầy hồ ở mức 115m Mực nước thấp nhất vào cuối mùa khô không được dưới mức nước chết 80m

- Nếu năm Ýt nước cho phép khai thác hồ không được dưới mức 75m

- Nếu công suất đảm bảo phát điện là 540MW

- Tuy nhiên để phục vụ sản suất nông nghiệp trong thời gian đổ ải 50 ngày từ 01/01 đến 20/02 yêu cầu lưu lượng xả xuống hạ lưu là 680m3/s

- Để cải thiện điều kiện vận tải trên sông Đà và sông Hồng yêu cầu lưu lượng xả xuống hạ lưu là 550m3/s.

1 Các thông số kỹ thuật của tuabin PO115/810-B-567,2:

 Đường kính bánh xe công tác 5672mm

 Cột nước tối thiểu 60m

 Tải trọng tính toán tối ưu trên ổ đỡ 16,1 tấn

 Tốc độ quay của tuabin 20,6m/s

 Áp lực nước trước đầu vào ống góp 2,5ata

2 Cấu tạo, hoạt động các bộ phận của tuabin:

Tuabin thuỷ lực PO115/810-B-567,3 được cấu tạo từ các thành phần sau

a Bulông xoắn

Có nhiệm vụ dẫn nước từ đường ống áp lực tới cánh hướng và phân bố đÒu lưu lượng nước theo khắp chu vi buồng xoắn được thiết kế theo hình xoắn ốc có thiết diện thay đổi , có 20cửa và 1 ống khuếch tán , các chi tiết

làm bằng thép tấm có độ dày khác nhau để chui vào bên trong buồng xoắn

có bố trí 1 cửa tròn

b Bánh xe công tác

Bánh xe công tác là bộ phận làm việc chính của tuabin dùng để biến đổi năng lượng của dòng chảy thành cơ năng quay máy phát điện Nước đổ vào bánh xe công tác qua các cánh hướng, cánh hướng điều chỉnh lưu lượng nước qua tuabin Việc dẫn nước đồng đÒu tới cánh hướng thực hiện bằng buồng xoắn stato và cánh hướng tĩnh Bánh xe công tác bao gồm vành trên 16 cánh

và vành dưới chúng được hàn gắn với nhau bằng phương pháp hàn điện hàn với mặt bích của stato còn phần dưới hàn với vỏ đoạn chóp côn ống xả

Ở phía dưới của tuabin có các bulông bắt ghép lắp rẽ dòng Nắp này tạo lên sự thay đổi của dòng chảy từ hướng tâm chuyển sang hướng trục một cách êm dịu

Để tháo nước từ buồng phía trên bánh xe công tác, ở vành trên có 10 lỗ

xả, có rãnh chèn hình răng lược ở giữa nắp tuabin và vành dưới của cánh hướng Để chui vào ống xả có bố trí một cửa vuông

c Stato tuabin

Stato tuabin nhận và truyền cho bệ móng tải trọng của tổ máy và bê tông nằm về phía trên, lực Ðp do áp suất của nước trong buồng xoắn, cánh hướng bánh xe công tác tạo nên

Cấu trúc của stato gồm có phần đai trên và đai dưới được cấu tạo từ 4 phần gắn với các vành đó là 48 trụ chịu lực, 5 trụ ở vành đầu vào buồng xoắn được làm bằng thép đúc, các trụ khác được làm bằng thép tấm Đai trên của stato được nối đai tăng cường chịu áp lực bằng bê tông cột sắt

d Trục tuabin:

Dùng để truyền mô men quay từ bánh xe công tác tới trục máy phát điện, trục tuabin có cấu tạo nguyên khối kiểu rỗng (có vành để lắp ổ hướng), đường kính 1,5m, độ dầy của thành trục 13cm, chiều dài 6,8m

e Cánh hướng nước:

Dùng để điều chỉnh lượng nước vào tuabin khi thay đổi công suất của

tổ máy cũng như ngăn không cho nước vào tuabin khi ngừng máy Bộ máy