Thiết kế trạm thủy điện nậm lúc

Phương pháp công suất bằng hằng số Thực tế việc xác định Ptt là bài toán kinh tế so sánh giữa chi phí của hệ thốngtăng lên với thiệt hại của các hộ dùng điện giảm hay tổng chi phí của hệ

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng điện có vai trò vô cùng to lớn trong sự phát triển văn hoá và đờisống nhân loại Nhu cầu điện năng của cả thế giới tăng trưởng ngày càng mạnh hoànhịp với tốc độ tăng trưởng nền kinh tế chung, có thể nói một trong những tiêuchuẩn để đánh giá sự phát triển của một quốc gia đó là nhu cầu sử dụng điện năng.Nguồn điện năng chủ yếu là nhiệt điện than, nhiệt điện khí đốt, thuỷ điện, điệnnguyên tử và một số nguồn năng lượng khác như năng lượng gió, năng lượng mặttrời …

Ở nước ta, điện năng luôn đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp phát triểnkinh tế của đất nước Để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế đất nước thì yêu cầu

về điện năng đòi hỏi ngày càng nhiều Hiện nay ở nước ta nguồn năng lượng thuỷđiện chiếm vai trò quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam Nó chiếm tỷ trọngkhoảng 60% công suất của hệ thống điện Việt Nam Tuy nguồn thuỷ điện chiếmmột tỷ trọng lớn nhưng chúng ta cũng mới chỉ khai thác được khoảng 20% trữ năng

lý thuyết của các con sông ở Việt Nam

Mặt khác nhu cầu sử dụng điện của các hộ dùng điện thay đổi từng giờ vìvậy để đáp ứng sự thay đổi đó thì trong hệ thống điện không thể thiếu các trạm thuỷđiện có khả năng thay đổi công suất trong thời gian ngắn

Chính vì tầm quan trọng cũng như tiềm năng của thuỷ điện là rất lớn, do đóđòi hỏi người thiết kế và thi công các trạm thuỷ điện phải nắm vững những kiếnthức về thuỷ điện

Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thuỷ điện, được sự đồng ýcủa nhà trường và Hội đồng thi tốt nghiệp khoa Năng Lượng, em được giao đề tài “Thiết kế trạm thuỷ điện Nậm Lúc trên Sông Nậm Lúc, thuộc xã Nậm Lúc - huyệnBắc Hà - tỉnh Lào Cai

PHẦN I: TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN NẬM LÚC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH

1.1 Vị trí địa lý công trình

Công trình thuỷ điện Nậm Lúc dự kiến xây dựng trên sông chảy là nhánh cấp Icủa sông lô và là nhánh lớn thứ hai sau nhánh sông gấm, thuộc địa phận xã NậmLúc - huyện Bắc Hà - tỉnh Lào Cai vị trí dự án nằm về phía Đông Nam của thànhphố Lào Cai, cách thành phố này khoảng 68km

Tọa độ địa lí của tuyến công trình thuỷ điện Nậm Lúc:

104022'40" kinh độ Đông

22020'60" vĩ độ Bắc

1.2 Địa hình sông suối

Địa hình dự án chạy dọc sông Chảy là vùng núi cao, độ dốc rất lớn tuy nhiênđịa hình trong khu vực công trình thuỷ điện Nậm Lúc có độ dốc không lớn lắm độcao trung bình khu đo khoảng 180m so với mặt nước biển độ dốc địa hình tăng dầntheo hai sườn núi cảu sông, trung bình 20o- 30o Địa hình được phủ lớp thực vật tăngdần theo vị trí khe

CHƯƠNG II: CÁC TÀI LIỆU TÍNH TOÁN

2.2 Tài liệu địa hình

Tài liệu địa hình sử dụng trong tính toán này dựa trên bản đồ vùng lòng hồ

và tuyến công trình tỷ lệ 1:1000 Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 1.1

2.3 Quan hệ Q = f(Zhl) tuyến nhà máy

Đường quan hệ Q=f(H) tại tuyến nhà máy được xác định bằng công thứcthủy lực:

Q = V.ω =ω

1

n

R 2/3J1/2(1.1)trong đó :

- Q là lưu lượng nước (m3/s)

- n là hệ số nhám, R là bán kính thủy lực (m)

- J là độ dốc mặt nước, ω diện tích mặt cắt ngang

Độ nhám n tính theo tài liệu hướng dẫn xác định độ nhám lòng sông thiên nhiên Độdốc J được lấy theo tài liệu đo đạc mực nước ở một số cấp mực nước Các trị số R,

ω tính theo mặt cắt thực đo.Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 1.2

2.4 Tài liệu khí tượng thủy văn

Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 1.3

2.4.1 Các đặc điểm khí hậu khí tượng

2.4.2.2 Tốc độ gió

Để tính tốc độ gió lớn nhất phục vụ thiết kế công trình đã sử dụng tốc độ gió max tại trạm Bắc Hà là trạm gần tuyến công trình nhất Tốc độ gió lớn nhất 8 hướngứng với các tần suất thiết kế tại trạm khí tượng Bắc Hà

Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 1.4

2.4.3 Dòng chảy lũ thiết kế

2.4.3.1 Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế

Bảng 1-6 Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế

PHẦN II – TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG CHƯƠNG 1 - NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

1.1 Mục đích của tính toán thuỷ năng

1.2 Chọn phương pháp tính thuỷ năng

1.2.1.Phương pháp lưu lượng không đổi

1.2.2 Phương pháp công suất bằng hằng số

Thực tế việc xác định Ptt là bài toán kinh tế so sánh giữa chi phí của hệ thốngtăng lên với thiệt hại của các hộ dùng điện giảm hay tổng chi phí của hệ thống là nhỏnhất

1.3.3 Chọn mức bảo đảm

Công trình thuỷ điện Nậm Lúc có nhiệm vụ chính là phát điện, thuộc côngtrình cấp III dựa vào TCXDVN 285-2002 em lấy Ptt= 85%

1.4 Chọn phương thức khai thác thuỷ năng

1.4.1 Phương pháp khai thác kiểu đập

1.4.2 Chọn phương pháp khai thác cho tram thủy điện Nậm Lúc

CHƯƠNG 2 - TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN

2.1 Tính toán lựa chọn mực nước dâng bình thường ( MNDBT )

2.1.1 Khái niệm MNDBT

2.1.2 Lựa chọn MNDBT

2.1.3 Lựa chọn MNC

2.1.3.1.Xác định MNC theo điệu kiện làm việc của Tua bin:

Đối với mỗi loại tuabin có phạm vi làm việc về cột nước khác nhau từ Hmin

-Hmax, để đảm bảo hiệu suất cao, công suất khả dụng lớn và đảm bảo điều kiện

về khí thực Để đảm bảo được điều kiện này thì độ sâu công tác (là khoảngcách giữa MNDBT và MNC) phải thỏa mãn điều kiện:

Trong đó: Hmax: cột nước lớn nhất của TTĐ

Hmax = MNDBT – Zhl (Qmin)

Với Qmin: lưu lượng nhỏ nhất chảy qua tổ máy về hạ lưu

Chọn sơ bộ Qmin= Qbđ= 36.7 m3/s.ứng với tần suất thiết kế P=85%

Tra quan hệ Q~Zhl ta tìm được

: là dung trọng của bùn cát Sơ bộ lấy bằng 1,25 T/m3

- T : Tuổi thọ theo cấp công trình.ở đây cấp 3 lấy =60nam

- W : lượng nước đến trung bình năm

→

V

ll

bc = 0,94276×106 (m3) Mặt khác V

dd bc

=0,47×103(m3).Tra theo tài liệuKhi đó ta có thể tích bùn cát :

V

bc

= = 0,94276×106 + 0,47×103 =0.94223×106 (m3)

Từ Vbc tra quan hệ Z –V trong quan hệ lòng hồ ta được Zbc = 92.37 (m)

d1 : khoảng cách an toàn không cho bùn cát lọt vào cửa lấy nước

=MAX[MNCbc,MNCtb]

vậy MNCgh=105.17m

2.1.3.4.Khả năng điều tiết của hồ chứa

Từ các tông số hồ chứa đã xác định và từ MNC của 2 điều kiện kỹ thuật đã tính

ở trên, ta tính hệ shố điều tiết:

β =

hi bq

V W

Trong đó: Vhi = VMNDBT - VMNC = 2,615 106 (m3) vớiMNC= 105,65m

Wbq : lượng nước trung bình nhiều năm, xác định theo công thức:

Wbq = 31,5.106.Qo (m3)

Với Qo: lưu lượng trung bình nhiều năm, Qo = 36,7 m3/s

→ β= 0,00226< 0,02 Như vậy hồ chứa có khă năng điều tiết ngày đêm

2.1.3.5.Xác định MNC của hồ chứa theo điệu kiện đảm bảo yêu cầu điều tiết ngày

Ta có:

Với : k- hệ số an toàn, k = (1,1÷1,2) Ta chọn k = 1,1

t- số giờ phủ đỉnh Chọn t = 6giờ

→Ứng với cao trình MNDBT là dung tích hồ Vh, tra quan hệ lòng hồ ta tìm được

Vh = 9,95 (106 m3)

→Lại sử dụng quan hệ Z-V của các đặc trưng hồ chứa ta tìm được cao trình MNCtương ứng với Vc vừa tìm được là 105.6 m

Và hồ có Vh = 9,95×106 m3 ; Vc = 7,334×106m3; Vhi = 2,615×106 m3

- Chế độ làm việc và điều tiết của TTĐ

+ Mùa lũ: Để phát huy tối đa hiệu suất năng lượng, TĐ ưu tiên phát công suất tối

đa vào các giờ cao điểm, trong các giờ còn lại sẽ phát công suất theo khả năng củadòng chảy

+ Mùa kiệt: Hằng ngày, TĐ phải tập trung lưu lượng ở các giờ thấp điểm tích lạitrong hồ để phát điện vào giờ cao điểm của biểu đồ phụ tải, lượng nước thừa còn lại(nếu có) mới được sử dụng để phát tăng công suất vào các giờ khác trong ngày

Vậy MNC= 105,6(m) và hồ chứa là hồ điều tiết ngày đêm.

Bảng 2.1 - Kết quả tính toán hồ chứa

2.2 Xác định các thông số năng lượng của TTĐ

2.2.1 Xác định công suất bảo đảm:

Với trạm thủy điện điều tiết ngày đêm, do cột nước biến động trong vòng một ngàyđêm là không nhiều, do đó có thể coi đường tần suất lưu lượng có dạng tương tự đường tần suất công suất Chính vì vậy có thể tính Nbd theo công thức sau:

Nbd = K.Qbd.H(Qbd)

+ K: là hệ số công suất của TTĐ

K = 9,81 = 9,81 × 0,9 × 0,98 = 8,65

+Qbd: Lưu lượng ứng với tần suất thiết kế, Qbd =36,7 (m3/s)

+Htb: Là cột nước trung bình của TTĐ

+ Zhl(Qbd): Mực nước hạ lưu ứng với Qdb

Tra quan hệ Q~Z ta tìm được: Zhltb = 84,878(m)

+ hw: Tổn thất cột nước, tra theo quan hệ Q~hw ta được hw = 0,1468 (m)

→H(Qbd) = Ztltb – Zhl(Qbd)– hw(Qbđ) =106,9– 84,878−0,1468 = 21,8752(m)

⇒

Nbd = 8,65×36.7×21,8752 = 6944,42 (KW)Chọn Nbđ = 6.94(MW)

2.2.2 Xác định công suất lắp máy (N lm )

Cơ sở để chọn công suất lắp máy là dựa vào các chỉ tiêu năng lượng của từngphương án:điện năng trung bình nhiều năm Enn, số giờ sử dụng công suất lắp máy

2.2.2 Xác định công suất lắp máy (N lm ):

Ta giả thiết 1 số giá trị Nlm = 36; 38; 40;42;44(MW) Với mỗi phương án đó,tiến hành tính toán thủy năng xác định các thông số của TTĐ Trên cơ sở đó, sosánh lựa chọn phương án Nlm =40(MW) phù hợp Bảng kết quả tính toán thủy năngđược trình bày trong (phụ lục từbảng 2.1đến bảng 2.5)

Qhcgt (m3/s)

Qfđ (m3/s)

Ztl (m)

Zhl (m)

Hw (m)

Hfd (m)

Nfd (MW)

Qhc (m3/s)

E (MW.h )

H*E ∆Q(m3/s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Giải thích bảng tính toán:

Cột 1 : P(%) - Là tần suất xuất hiện

Cột 2: Thời đoạn tính toán ∆t = ti – ti-1

Ứng với P = 100% ~ t = 8760h (thời gian trong 1 năm)

Suy ra:

*8760100%

i i

P

t =

(h)

Qbh =∆Zbh *

6

10 62 , 2

F

Trong đó:

• ∆Zbh : Là cột nước bốc hơi trung bình (m)

• F : Diện tích mặt thoáng trung bình của hồ chứa (m2)

F

được tra từ quan hệ Zhl -V-F ứng với Vsuy ra F =0,3815km2Cột 6: Qthực (m3/s) - Lưu lượng thiên nhiên sau khi đã trừ đi tổn thất

Qthực = Qtn– Qthấm – Qbh

Cột 7 : : Qhcgt (m3/s) - Lưu lượng hạn chế giả thiết

Cột 8: Lưu lượng phát điên thực tế của TTĐ Qpd= min(Qthực, Qhc )

Cột 9:Ztl (m) - Cao trình mực nước thượng lưu, lấy Ztl = Ztl tra quan hệ Ztl-V-F ứng

với V= Const

Cột 10: Zhl (m) - Cao trình mực nước hạ lưu Tra quan hệ Q ~ Zhl

Cột 11: hw (m) - Tổn thất cột nước Tra quan hệ Q ~ hw

Cột 12: Hfd (m) Cột nước phát điện của TTĐ :H = Ztl -Zhl – hw

Cột 13 : N (MW) Công suất phát điện của TTĐ : N = K.Q H

• K : là hệ số công suất, Lấy K = 8,65 ;K = 9,81.

1000

* N

Cột 15: E (kWh) - Điện năng trung bình năm :E = Ntđ ∆T

Cột 16: H*E

Cột 17 : ∆Q = Qhc -Qhcgt Tính đến khi nào bằng 0 thì dừng lại

Từ bảng tính toán thủy năng ta có:

• Điện lượng trung bình năm: Điện lượng trung bình năm chính là sản lượng điện màTTĐ phát ra trong 1 năm Ở đây En được xác định dựa vào đường tần suất côngsuất Quy đổi đường quan hệ N~P sang đường N~t

• Số giờ lợi dụng công suất lắp máy: Số giờ lợi dụng Nlm phản ánh mức độ khai thác

so với khả năng khai thác của Thiết bị

Thông qua việc tính toán thuỷ năng ở trên ta xác định được số giờ lợi dụngtổng hợp theo công thức sau:

Để chọn được công suất lắp ta phải tiến hành thiết kế TTĐ cho từng phương

án công suất lắp máy để tính ra chi phí và lợi ích cho từng phương án, sau đó sosánh kinh tế để chọn phương án công suất lắp máy cho hiệu quả công suất cao nhất.Trong đồ án ta chọn công suất lắp máy theo 2 tiêu chí:

 Có điện năng lớn

 Có số giờ lợi dụng tổng hợp lớn nhưng dao động trong khoảng 3500 -4500h

Từ bảng tính thủy năng cho giá trị của hld = 4018.557 là thuộc khoảng

3500-4500 cho điều tiết ngày đêm,và điện năng En lớn.Vậy ta chọn phương án công suấtlắp máy là 40 MW

Với phương án công suất lắp máy Nlm = 40(Mw) thì cấp công trình theo nănglực phát điện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285:2002 là công trình cấp III.Như vậy cấp công trình giả thiết là đúng

2.3 Xác định các cột nước đặc trưng của TTĐ

Các cột nước đặc trưng của trạm thủy điện được xác định cùng với phần tính toán thủy năng, kết quả có thể tóm lược như sau:

Xác định cột nước bình quân

Là cột nước bình quân của TTĐ trong suốt quá trình làm việc bình thường.

Trong đó: Ni: công suất trung bình thời đoạn thứ i

Hi: cột nước trung bình thời đoạn thứ i

Ei: điện năng tương ứng với cột nước trung bình và công suất trung bình.Vậy Hbq = 19.61(m).Xác định cột nước tính toán

Cột nước tính toán Htt là cột nước nhỏ nhất mà trạm thủy điện có thể phátđược công suất lắp máy.Htt = 15.7 m

2.4 Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ :

a, Xây dựng mối quan hệ Q~H với MNTL = MNDBT =108 (m) :

Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.6

b, Xây dựng mối quan hệ Q~H với MNTL = MNC =105.6 (m) :

Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.7

c, Xây dựng mối quan hệ Q~H với N = Nlm hay đường hạn chế máy phát :

N = Nlm = 40000 (kw) Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.8

d, Xây dựng mối quan hệ Q~H khi N=Nmin :

Sơ bộ chọn số tổ máy Z = 2, công suất tối thiểu của một tổ máy là :

Nmin = 50%Nlm/Z = 10000 (MW)

Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.9

e, Xây dựng mối quan hệ Q~H theo đường hạn chế TB :

Xác định lưu lượng lớn nhất max

Q

:

)/m(22.24863.18

*65,8

40000

H

H Q

Htt là cột nước phát điện tính toán của TTĐ

Qmax là lưu lượng ứng với Htt khi TTĐ làm việc với công suất lớn nhất có thể

Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.10

Hình 3.1 biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ

Từ biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ ta xác định được các thông số đặc trưngcủa TTĐ được tổng hợp dưới bảng sau :

PHẦN III: THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

CHƯƠNG 1- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

CHƯƠNG 2 - XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TURBIN VÀ MÁY PHÁT2.1 Tính toán lựa chọn số tổ máy (trường hợp Z = 2)

Công suất định mức cho mỗi tổ máy và công suất định mức của turbin theocông thức sau:

Công suất định mức cho một tổ máy: Ntm = Z

Nlm

= = 20 MWCông suất định mức của turbin: Ntb = mf

ηmf - hiệu suất của máy phát, với máy phát nhỏ sơ bộ chọn ηmf = 0.95

Nlm - công suất lắp máy của Nậm Lúc, Nlm = 40 (MW)

Z- số tổ máy của TTĐ, Z = 2

Căn cứ vào công suất turbin của từng phương án và với dao động cột nước

Hmin = 15.7 (m) đến Hmax = 20.69 (m) tra bảng 8-2 trang 132 giáo trình tuabin tađược loại tuabin CQ20/661

=

trong đó:

+ Ntb- công suất định mức của một turbin

+ ηtt- hiệu suất của turbin thực tại điểm tính toán (Sơ bộ chọn ηtt = ηM).+ QItt’- lưu lượng dẫn suất của turbin thực tại điểm tính toán

(Sơ bộ chọn QItt’= QIM’)

+ Q’IM, ηM- lần lượt là lưu lượng dẫn suất, hiệu suất của turbin mẫu tại điểmtính toán, nó chính là giao điểm giữa đường n’1Mtt (số vòng quay dẫn suất của turbinmẫu tại điểm tính toán)với đường giới hạn góc đặt cánh BXCT

+ Htt- cột nước tính toán của TTĐ, Htt = 15.7 (m).

Tìm số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm tính toán (n’1Mtt)

n’IMtt= n’I0 +( 10 ÷ 20)

+ n’I0 – số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm có hiệu suất lớn nhất:

n’I0 = 130(v/ph) + n’IMtt = n’I0 + 10 = 130 + 10 = 140 (v/ph)

Với n’IMtt = 140(v/ph) dựa vào đường đặc tính tổng hợp chính của turbinCQ20/661 ta tìm được điểm tính toán của turbin mẫu thuộc đường giới hạn góc đặtcánh BXCT:

Q’IM = 1.85(m3/s), ηM = 0.784Thay số vào công thức ta được đường kính D1tt như sau:

7.15

*7.15

*784.0

*85.181.9

21050

1tt =

D

D1tt=4.88 m

Chọn D1 theo đường kính tiêu chuẩn : D1 = 5 m

Các kích thước khác của Turbin:

H n

trong đó:

Hbq- cột nước bình quân gia quyền, Hbq = 19.61 (m )

D1tc - đường kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác D1tc = 5 (m)

max T

ηη

trong đó:

∆n’I- chênh lệch giữa số vòng quay dẫn suất của turbin thực và mẫu

ηTmax, ηMmax- hiệu suất lớn nhất của turbin thực và turbin mẫu, tra trên đườngĐTTHC của turbin mẫu ta được ηM max = 0.875

Với cột nước tính toán Htt = 15.7m < 150 m thì ηT max được tính như sau:

5 T 1

M 1 max M max

T

D

D)

1(

Dựa vào bảng (8-3) GTTBTL ta chọn được số vòng quay đồng bộ là ntc =120(v/ph)

2.1.3 Xác định số vòng quay lồng của turbin n l ( v/ph)

Ta có công thức tính nl:

tc 1

max 1 l

D

H'n

(3.1)trong đó:

n’1l- số vòng quay lồng quy dẫn turbin CQ20/661: n’1t = 280 v/ph

Hmax-là cột nước lớn nhất của trạm thủy điện

D1tc-là đường kính của tuabin thực

Tính lại số vòng quay lồng quy dẫn:

' ax 1

lt m lt

tc

n H n

D

=

= 254.72 (v/ph)

2.1.4 Kiểm tra lại các thông số của turbin

2.1.4.1 Xác định lại điểm tính toán

Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin thực:

' tc 1tc 1tt

tt

n Dn

H

=

Với ntc = 120 v/ph; Dtc =5 m; Htt = 15.7 m ta tính được:

' 1tt

n

= 151.43(v/ph)

Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin mẫu:

' 1

' tt 1

' Mtt

=

( m3/s)Với Ntb = 21.05 Mw;

1M tt =147.98(v/ph) và Q’1M tt =1.66 m3/s) lên đường ĐTTHC xem điểmtính toán có nằm trong phạm vi cho phép

2.1.4.2 Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin

Khi cột nước làm việc của turbin dao động từ (Hmax÷ Hmin) thì vùng làm việccủa turbin sẽ được giới hạn bởi hai đường nằm ngang n’1MHmin và n’1MHmax trên đườngĐTTHC

+ Với H = Hmax = 20.69 (m); Ntb = 21.05 Mw;

ηtt

=0.831 ; D1 =5m; ntc = 120v/p ta xác định được:

Số vòng quay dẫn suất turbin thực ứng với cột nước Hmax

Sau khi tính được các giá trị số vòng quay quy dẫn và lưu lượng quy dẫn ứngvới các cột nước Hmax, Hmin ta đưa lên đường đặc tính tổng hợp chính các điểm cótọa độ (n’1MHhmin ; QI’(Nmin,Hmin) ), (n’1MHmin ; QI’(Nmax,Hmin) ) , (n’1MHmax; QI’ (Nmax,Hmax)) và(n’1MHmax; QI’(Nmin,Hmax) ) ta thấy turbin làm việc trong vùng hiệu suất cao.Với nhữngkết quả kiểm tra trên cho thấy, các thông số của tuabin được chọn là hợp lý.

2.1.5 Xác định chiều cao hút Hs

Độ cao hút HS là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nước hạ lưu đến điểm có

áp lực nhỏ nhất Với turbin cánh quay người ta quy ước điểm có cao trình tươngđương trục đi qua cánh BXCT Sơ bộ có thể xác định HS theo công thức sau

Hs = 10 - 900

∇

- k.σM.HttTrong đó:

+ σM - Hệ số khí thực của turbin mẫu tra trên đường ĐTTHC với điểm tínhtoán (n’1M tt = 147.98 , Q’1M tt =1.66), σM = 0.61

+ ∇ - Cao trình lắp máy so với mặt biển, sơ bộ lấy ∇ = Zhl(Qmin) = 86.72 (m)

+ hệ số an toàn ,thường lấy k = 1.05 ÷ 1.10 , sơ bộ chọn K=1.1

Thay số :Hs = 10 – - 1.1*0.61*15.7 = -0.63 m

Trong thực tế khi công suất và cột nước của turbin thay đổi thì các đại lượngquy dẫn Q’1, n’1 sẽ thay đổi và do đó hệ số khí thực cũng thay đổi theo Bởi thế,chiều cao hút Hs cũng phụ thuộc vào công suất và cột nước làm việc của turbin Mặtkhác, cột nước của TTĐ lại phụ thuộc vào sự dao động của MNTL, MNHL Do đómuốn chọn Hs hợp lý cần phải xét các tổ hợp mực nước và cột nước khác nhau, từ

đó tính ra trị số Hs cho phép với mỗi tổ hợp nói trên, sau đó chọn ra Hs cho phéphợp lý nhất

∇lm = 86.72 + (-0.63) + 0.41*5 = 88.14(m)

Bảng 3 -1 :Các thông số turbin chọn

Đường kính trục cánh hướng nước D0 m 5.8

+ Số đôi cực từ của máy phát: 2p = 50 (Tra GT Tuabin trang 139)

Công suất biểu kiến

+ Điện áp đầu ra của máy phát: U = 10.5 KV

Tra tài liệu chọn thiết bị điện ta không tìm được kiểu máy phát phù hợp nên taphải thiết kế máy phát cho trạm thuỷ điện

2.2.1 Trình tự thiết kế

- Xác định công suất tính toán:

So= k Smf = 1.08*25= 27 MVA

Trong đó k là hệ số phụ thuộc cosϕ, tra ở bảng 1-1 trang 225 GT CTT

- Công suất trên mỗi cực của máy phát:

nπk

n

số vòng quay quy dẫn

ở chế độ tính toán: P 0

P i

nπk

60V

D ≤

==

60 160 3.14 2.09 107.1

×

= 13.48 m+ Theo điều kiện tháo lắp turbin: với Dg đường kính giếng Tuabin, sơ bộ cóthể lấy bằng đường kính trong Db của stato tuabin, Db = 6.75 m

i g

D D ≥ + 0.6 m

= 6.75 + 0.6 =7.34 m

Từ hai điều kiện trên ta lấy Di = 7.34 m = 7.34 cm

- Chiều cao lõi thép từ xác định theo công thức:

A 0

0 i

30 C Sl

Với

và So =27 MVA ; no = 120 v/ph ; Di = 7.34 m thay số vào (*) ta có la = 0.82 m

- Mặt khác phải thỏa mãn điều kiện: la/

*

τ

=1.5÷4 ⇒

la=0.54÷1.42 Theo tiêu chuẩn đã cho sẵn ta lấy la = 1 m = 100 cm

Căn cứ vào tỉ số Di/la để xác định máy phát kiểu ô hay kiểu treo

>4nên là máy phát kiểu ô

2.2.2 Các kích thước của máy phát

- Đường kính: D1 = Dst = 9 m

2.2.2.4 Giá chữ thập dưới

- Chiều cao: h2 = (0.25  0.3)Dg = (0.25  0.3)*6.75= (1.6882.025) mChọn h2 = 1.8 m

2.2.2.6 Hố máy phát

- Chiều dày máy làm mát: t = (0.35 0.375) chọn t = 0.36 m

- Khoảng cách đi lại: : b >(0.4 0.5) chọ b = 0.5 m

- Đường kính: Dh = Dst + 2t + 2b = 9 + 2*0.36+2*0.5 = 10.72 m

chọn Dh = 10.75 m

2.2.2.7 Ổ trục chặn

- Chiều cao: h3 = (0.15  0.20)Di = (0.15 0.20)*7.34 = (1.101 1.468 ) mChọn h3 = 1.4 m

- Đường kính: D3 = (0.4  0.5)Di = (0.4  0.5)*7.34 = ( 2.9363.67) mChọn D3 = 3.5 m

2.2.2.8 Trọng lượng toàn bộ máy phát điện (

Do 2p = 50 > 32 nên φi đượcxác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng : φi =

0.95-0.21

2

0.2 3.5

p

= 0.512

GD2=2.9 ×7.344 ×1.00×0.512= 43097.51 T.

Bảng kích thước máy phát , xem ở phụ lục tính toán bảng 3.1CHƯƠNG 3

- CHỌN THIẾT BỊ DẪN NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC

3.1 Thiết bị dẫn nước turbin (buồng xoắn)

Buồng xoắn là một dạng buồng tuabin, là bộ phận qua nước đầu tiên của tuabin, dẫn nước

từ đường ống áp lực (NMTĐ sau đập, đường dẫn) hoặc từ cửa lấy nước (NMTĐ ngangđập) vào bánh xe công tác

3.1.1, Chọn loại buồng xoắn:

TTĐ Nậm Lúc - 1 làm việc với cột nước dao động trong khoảng H÷ H = 15.7 ÷20.69 m, công suất mỗi tổ máy N = 20 MW, tra Hình 5.1 (T84 - [2]) ta tra được loạibuồng xoắn bê tông

3.1.2, Các thông số cơ bản của buồng xoắn:

* Góc bao ϕ== 180°

* Vận tốc tại tiết diện vào buồng xoắn:

Ta có V được tính theo công thức kinh nghiệm sau:

* Hình dạng tiết diện vào buồng xoắn:

Với việc sử dụng tuabin cánh quay cột nước thấp, ta dùng buồng xoắn có tiết diệnhình chữ T

Do phía dưới buồng xoắn không bố trí đường hầm xả nước và để giảm chiều caophần dưới nước của nhà máy ta sử dụng buồng xoắn kiểu hướng xuống, đỉnh bằng.Như vậy buồng xoắn ta chọn là buồng xoắn bê tông, tiết diện hình chữ T, hướngxuống, trần bằng, góc bao ϕ = 180°, vận tốc tại cửa vào V = 3.52 m/s

3.1.3, Tính toán thủy lực buồng xoắn:

Nguyên lý tính toán: Tính toán bằng đồ giải theo quy luật vận tốc bình quân khôngđổi V = K = const

Các bước tính toán:

- Góc bao ϕ = 180°

- Các thông số cửa vào:

+ Vận tốc cửa vào: V = 3.52 m/s

+ Lưu lượng cửa vào: Q =

Q - lưu lượng lớn nhất chảy qua tuabin,Q = Q =

= = 147.27 m/s

→ Q = = 73.64 m/s

+ Diện tích tiết diện cửa vào: F = = = 20.92 m

- Xác định kích thước tiết diện cửa vào:

Hình 3.2 - Minh họa mặt cắt buồng xoắn

+ Do ta chọn buồng xoắn trần bằng → n = 0, chọn γ = 10 ÷ 15°, chọn γ = 15°→ tanγ

D - đường kính mép ngoài vòng bệ, tra Bảng 5.5 (T101 - [2]) với D = 5m → D

= 7.77 m → r = = 3.885 m

→ a = 7.7 – 3.885 = 3.815 m

+ Mặt khác ta có: F = a*b - + (r - r)b

b - chiều cao tiết diện vào

b - chiều cao cánh hướng nước, b = 0.4D = 0.4*5= 2 m

- Xác định kích thước các tiết diện tiếp theo:

+ Chọn quy luật thay đổi các tiết diện tiếp theo nằm trên đường thẳng

+ Trong khoảng r = 3.885 m đến R = 7.7 m chia ra khoảng 6 tiết diện trung gian,với ∆R = 0.763 m

+ Tương ứng với một tiết diện trung gian i ta có bán kính R và đo được diện tích

F→ vẽ được quan hệ bổ trợ F = f(R)

+ Vẽ đường quan hệ ϕ = f(F):

Từ nguyên lý V = K = const → V = V = V⇔ = V⇔ = V

⇒ϕ =

V - vận tốc dòng chảy tại tiết diện i

Q - lưu lượng chảy qua tiết diện i

F - diện tích tiết diện i

ϕ - góc bao tương ứng tiết diện i

V = 3.52 m/s

Q = 147.27 m/s

→ϕ = = 8.6*F

Từ đó xác định được quan hệ giữa ϕ và F là quan hệ đường thẳng.

Kết quả tính toán thể hiện ở bảng 3.2 phụ lục

+ Xác định kích thước tiết diện tương ứng với góc ϕ cho trước: Trên trục hoành , từđiểm tương ứng với các góc ϕ cách nhau 10° ta kẻ đường thẳng đứng gặp đườngthẳng ϕ = f(F), rồi từ đó kẻ đường thẳng ngang gặp đường quan hệ F = f (R) vàdóng xuống ta sẽ tìm được R tương ứng

- Căn cứ kích thước của các tiết diện, ta sẽ vẽ được đường bao ngoài của buồngxoắn

-Kích thước buồng xoắn.Xem ở Bảng 3.3 phụ lục

3.2 Thiết bị thoát nước turbin ( ống hút)

CHƯƠNG 4 - CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH TURBIN

4.1 Nhiệm vụ cơ bản của điều chỉnh turbin

Tần số hoặc số chu kì biến thiên dòng điện xoay chiều trong một giây phụthuộc tốc độ quay của phần quay (rôto ) của máy phát.Được tính theo công thức:

f = 60

n.p

(Hz)trong đó:

J - Mômen quán tính của bộ phận quay của tổ máy

W - tốc độ góc rôto tổ máy

Mq - mômen lực chuyển động rôto tổ máy

Mc - mômen cản chuyển động rôto tổ máy

t - thời gian

4.2 Hệ thống điều chỉnh turbin

Hệ thống điều chỉnh tốc độ turbin (hệ thống điều tốc) gồm có các cơ cấu cơbản sau đây:

+ Cơ cấu cảm ứng: chỉ huy cảm giác độ sai lệch về tốc độ quay của tổ máy

và thay đổi vị trí cơ cấu điều chỉnh

+ Cơ cấu điều chỉnh: là bộ phận trực tiếp thay đổi momen lực chuyển động của turbin

+ Cơ cấu chấp hành: thực hiện sự liên hệ cần thiết giữa cơ cấu cảm ứng và

cơ cấu điều chỉnh

+ Cơ cấu ổn định: tác dụng làm tăng tính ổn định và chất lượng điều chỉnh.+ Cơ cấu phụ trỡ: làm các động tác phụ như thay đổi chỉnh định máy điều tốc, hạn chế độ mở…

4.3 Chọn các thiết bị điều chỉnh turbin

4.3.1 Chọn động cơ tiếp lực ( ĐCTL)

Chọn động cơ tiếp lực chuyển động thẳng tác động hai bên, mỗi động cơ có 1pittông, mỗi Tuabin có 2 động cơ

Các thông số động cơ tiếp lực:

* Đường kính trong của xi lanh động cơ tiếp lực : dH

dH = λD1

max

o H b

0M 0ZD

ZD

a, a - độ mở cánh hướng nước của tuabin và mẫu, a = 41 mm (ứng với điểmtính toán trên đường ĐTTHC)

Z0 , Z0M : Số lượng cánh hướng dòng của tuabin thực và mẫu :

Z0 = Z0M = 24

D0 , D0M: Đường kính đi qua tâm cánh hướng nước của tuabin thực và tuabinmẫu D0M = 534 mm

D0 = 5.8 m = 5800 mmVậy a0max= 445 mm

Vậy SHmax = (1.4 ÷ 1.6)*445 = ( 623÷ 667.5) mm, SHmax = 650 mm =0.65 m

* Thể tích động cơ tiếp lực: VH

VH =

Hmax H H

2

H Z ψ S d

4 π

Trong đó :

ZH : Số lượng pit tông của ĐCTL : ZH = 2

ψH : Hệ số co hẹp có cần pit tông nằm trong xilanh:ψ = 0.7 ÷ 1, chọn ψ = 0.8

dbc và dbt : đường kính bầu BXCT tuabin,ở tiết diện cầu và trụ

dbx : đường kính trong của động cơ tiếp lực BXCT

* Độ di chuyển lớn nhất của pittong ĐCTL và BXCT:

Với loại không có vành sao và pittong nằm trên bầu BXCT thì :ψbx =(0.84 ÷ 0.88)Loại tuabin em chọn thì không có vành sao và pittong nằm trên bầu BXCT thì : ψbx

=(0.95÷ 0.97) Em chọn ψbx =0.96

 Pbx =40*10*

2

3.14*1.64

* Lưu lượng dầu có áp đi vào van trượt chính của máy điều tốc (Qvt):

Qvt = S

H

TV

4.Q d vt

hơn áp suất định mức 40 (at) khoảng (35÷40)%, đồng thời đủ để bổ sung lượng dầu

rò rỉ.Thiết bị dầu có áp được tính theo dung tích của nồi hơi (V), dung tích đó đượcxác định như sau

V = (18 ÷ 20).VH + (4÷ 5)Vbx ( Đối với turbin cánh quay )

* VH: tổng dung tích ĐCTL của BPHN, VH = 0.2041 (m3) Vbx = 0.4823

→

V = (5.603÷ 6.494) (m3)

Chọn V theo tiêu chuẩn ta có V = 6 (m3)

Từ đó tra Bảng (9-1 GTTBTL) ta chọn được thiết bị dầu áp lực có kýhiệu:TBDAL – 5.6.Xem bảng 3.4 phụ lục

CHƯƠNG 5 - CHỌN MÁY BIẾN ÁP THIẾT BỊ NÂNG CHUYỂN VÀ VAN TURBIN

10.5 KV

+ Nhược điểm: số lượng MBA nhiều, khả năng xẩy ra sự cố cao, khi mộtmách bị sự cố thì máy phát ở mạch đó ngừng hoạt động, không phát huy đươc khảnăng quá tải của MBA

5.1.2.2 Chọn sơ đồ đấu điện chính cho Nậm Lúc

Đối với TTĐ Nậm Lúc có 2 tổ máy và công suất định mức Nđm = 40 MW Đểđảm bảo an toàn cấp điện liên tục và ít xảy ra quá tải trên các MBA Chọn sơ đồ đấubộ

5.2 Chọn máy biến áp

5.2.1 Chọn máy biến áp chính

Theo sơ đồ trên ta có số lượng máy biến áp : Z = 2 máy

Công suất biểu kiến toàn TTĐ: S = cosϕ

Nlm

= = 50 MVACông suất tự dùng của NMTĐ: S1 = 1% S = 0.5 MVA

Công suất đưa lên hệ thống điện: S2 = S – S1 = 50 – 0.5 = 49.5 MVA

Công suất yêu cầu 1 MBA: SBA = S2/2 = 24.47 MVA

Tra trong bảng tra ta chọn được máy biến áp 3 pha 2 dây quấn làm mát bằngdầu do Nga chế tạo : TPДH có các thông số sau

Điện áp cuộn dây (KV)

Kích thước lớn nhất(m)

Trọng lượng (T)

bộ

5.2.2 Hiệu chỉnh công suất và kiểm tra quá tải

5.2.2.1 Hiệu chỉnh công suất

Giả sử nhiệt độ của Nga và Việt Nam như sau (lấy theo giáo trình công trìnhtrạm và mạng lưới điện)

*Ở Nga:

Nhiệt độ trung bình hàng năm: tga = 5C

Nhiệt độ cao nhất trong năm: tga = 35C

* Ở Cao Bằng:

Nhiệt độ trung bình hàng năm: ttb = 20C

Nhiệt độ cao nhất trong năm: tmax = 39C

Công suất của MBA khi đưa về Việt Nam sử dụng được hiệu chỉnh

* Theo nhiệt độ trung bình

5 20 100

35 39 100

−

)= 32.64 MVA

5.2.2.2 Kiểm tra quá tải

* Kiểm tra quá tải bình thường:

Ta thấy Sdm’ = 34 MVA > Smax = 24.47 MVA,vậy MBA làm việc bìnhthường ở nhiệt độ bình thường

* Kiểm tra quá tải ở nhiệt độ max:

Có Sdm” = 32.64 MVA > Smax = 24.47 MVA, vậy MBA làm việc bình thường

ở nhiệt độ max

Vậy MBA đã chọn là phù hợp

5.2.3 Chọn máy biến áp tự dùng

Theo giáo trình công trình trạm ta có công suất của MBA tự dùng chiếm 0.2 ÷

1 % điện năng nhà máy sản xuất

Chọn NBAT = 1% Ndm = 0.01*40 = 0.4 MW

SBAT = NBAT/cosφ = 0.4 /0.8 = 0.5 MVA = 500 KVADựa vào bảng tra trong giáo trình nhà máy điện và trạm biến áp ta chọn đượcmáy biến áp do Việt Nam sản xuất với các thông số sau

Xem phụ lục bảng 3.5 phụ lục

5.3 Chọn cầu trục

Việc chọn cầu trục dựa vào sức nâng của cầu trục Cầu trục chọn có sức nângphải lớn hơn trọng lượng của thiết bị có trọng lượng lớn nhất kể cả tải trọng động.Đối với TTĐ Nậm Lúc tôi đã tính được các thông số sau:

Rôto máy phát điện + trục máy phát : Grôto = 187.65 (T)

Bánh xe công tác + trục tuabin: tính theo công thức kinh nghiêm:

G - trọng lượng BXCT, tra Hình 8.11 (T156 - [2]) tuabin cánh quay, D = 5 m

→ G = 930kN = 93 T

G - trọng lượng trục tuabin, G = 0.2*G = 0.2*93 = 18.9 T