Thiết kế trạm thuỷ điện nậm mô 1

Mục đích của việc tính toán thuỷ năng là xác định các thông số cơ bản của hồ chứa vàcủa trạm thuỷ điện TTĐ1.2.. Nguyên tắc chọn Ptt: Mức đảm bảo được dùng để xác định các thông số của TT

LỜI NÓI ĐẦU

Năng lượng điện có vai trò vô cùng to lớn trong sự phát triển văn hoá và đời sống nhân loại Nhu cầu điện năng của cả thế giới tăng trưởng ngày càng mạnh hoà nhịp với tốc độ tăng trưởng nền kinh tế chung, có thể nói một trong những tiêu chuẩn 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, điện nguyên tử và một số nguồn năng lượng khác như năng lượng gió, năng lượng mặt trời Song nguồn điện năng do thủy điện chiếm tỷ trọng lớn trong hệ thống điện quốc gia.

Đối với Việt Nam với ưu thế hệ thống sông ngòi dày đặc, đây là tiềm năng vững chắc cho chúng ta phát triển nguồn năng lượng thủy điện Việt Nam đang có khoảng 124 hệ thống sông với 2860 con sông có chiều dài hơn 10km, với trữ lượng

lý thuyết 271.3 tỷ KWh/năm và trữ năng kỹ thuật khoảng 90 tỷ KWh/năm Tuy nhiên chúng ta mới chỉ khai thác được 20% trữ năng thủy điện dồn dào đó.

Hiện nay ở nước ta nguồn năng lượng thuỷ điện chiếm vai trò quan trọng trong

hệ thống điện Việt Nam Nó chiếm tỷ trọng khoảng 60% công suất của hệ thống điện Việt Nam Nhận thức rõ tầm quan trọng đó, từ sau ngày Giải phóng miền Nam, với chủ trương đẩy mạnh khai thác nguồn thủy điện nhằm đảm bảo cho việc cân bằng hệ thống điện trong cả nước đáp ứng nhu cầu phát triển nền kinh tế quốc dân, nhiều công trình thủy điện đã được xây dựng như Thủy điện Sơn La (2400MW) ,Hoà Bình (1920 MW), Yali (720 MW), Trị An (400 MW), Đa Nhim (160 MW), Thác Bà (108 MW) và tương lai là Thủy điện Sơn La (3600 MW) sẽ đem lại nguồn lợi ích cho các ngành kinh tế, khắc phục nhiều tồn tại của thiên nhiên

Chính vì tầm quan trọng cũng như tiềm năng về thủy điện là rất lớn, do

đó đòi hỏi người kỹ sư thiết kế và thi công các Trạm thủy điện phải nắm vững những kiến thức về Thủy Điện.

Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thuỷ điện, được sự đồng ý của nhà trường và Hội đồng thi tốt nghiệp khoa Năng Lượng, tôi được giao đề tài

“Thiết kế trạm thuỷ điện NẬM MÔ 1”

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG TRÌNH 1.1 Vị trí địa lý:

Thủy điện Nậm Mô 1 nằm trên sông Nậm Mô, thuộc địa phận bản Nhạn Lỳ, xã

Tà Cạ, huyện Kỳ Sơn, tỉnh Nghệ An Vị trí tuyến công trình có toạ độ 19°24’37” Vĩ

độ Bắc, 104°04’50” Kinh độ Đông, cách biên giới Việt – Lào khoảng 1 km

1.2 Đặc điểm khí tượng thuỷ văn:

22,1

25,4

27,4

28,1

28,0

27,3

26,2

24,2

21,1

28,323,8

7

38,0

41,6

42,2

42,7

41,5

41,3

39,6

39,0

38,2

36,7

36,042,7

1

17,6

18,5

21,0

21,4

16,9

11,97,5 2,8 1,7

)

1.2.3 Tổn thất bốc hơi hồ chứa Nậm Mô 1(mm)

gZpich

e

59,

5

63,5

84,9

96,7

102,7

91,2

96,9

72,1

57,6

52,9

49,4

54,4

881,8

∆Z 35,

0

37,4

50,0

56,9

60,5 53,

7

57,1

42,5

33,9

31,2

29,1

Xung quanh khu vực tuyến đập không phát hiện ra nguồn vật liệu đá nào

có chất lượng tốt với trữ lượng dồi dào

Về xi măng, sắt thép, do ở địa phương chưa phát triển về ngành này, nên phải

đi mua ở nơi khác

Mục đích của việc tính toán thuỷ năng là xác định các thông số cơ bản của hồ chứa vàcủa trạm thuỷ điện (TTĐ)

1.2 Chọn mức bảo đảm tính toán:

1.2.1 Khái niệm về mức đảm bảo tính toán:

Tình hình làm việc của trạm thủy điện (TTĐ) luôn phụ thuộc vào tình hình thủyvăn Trong điều kiện thuận lợi thì TTĐ đảm bảo cung cấp điện, còn những năm ítnước thì TTĐ không đảm bảo cung cấp điện an toàn

1.2.2 Nguyên tắc chọn Ptt:

Mức đảm bảo được dùng để xác định các thông số của TTĐ và dùng để xácđịnh vai trò của TTĐ trong cân bằng công suất của hệ thống gọi là mức bảo đảmtính toán (Ptt).Ta thấy Ptt tăng thì công suất bảo đảm của TTĐ (Nđb) sẽ giảm xuống

P =(Thời gian làm việc bình thường / Tổng thời gian vận hành) x100%

1.2.3 Mức bảo đảm tính toán của TTĐ Nậm Mô 1:

Kinh nghiệm cho thấy, nếu:

- NMTĐ lớn có công suất Nlm> 50 Mw, thường chọn Ptt = (85÷ 95)%

- NMTĐ có công suất trung bình và tỷ trọng của nó trong hệ thống là không lớnlắm thì Ptt = (75÷ 85)%

- NMTĐ nhỏ làm việc độc lập hoặc tỷ trọng của nó trong hệ thống nhỏ thì Ptt =(50 ÷ 80)%

Các chỉ tiêu trên chỉ tính cho TTĐ có nhiệm vụ phát điện là chính Ngoài ra còn

sử dụng một số chỉ tiêu khác để tính cho TTĐ có nhiệm vụ lợi dụng tổng hợp Đốivới TTĐ Nậm Mô 1 có nhiệm vụ phát điện là chính, ngoài ra nó còn có nhiệm vụphòng lũ cho vùng hạ du Theo QCVN 04-05: 2012/BNNPTNT, công trình thuỷ điệnNậm Mô 1 có công suất dự kiến > 50 MW thuộc công trình cấp II, chọn tần suất thiết

kế là PTK = 85%

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THỦY NĂNG VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN

TTĐ NẬM MÔ 1 2.1 Chọn năm tính toán và các năm thuỷ văn đặc trưng:

2.1.1 Phân mùa dòng chảy :

Dựa vào bảng liệu thủy văn xác định được:

+ Từ tháng VI đến tháng X hàng năm là tháng mùa lũ: 5 tháng

+ Từ tháng XI đến tháng V hàng năm là tháng mùa lũ: 7 tháng

Dựa vào số liệu đã cho ta tiến hành vẽ đường tần suất dòng chảy kiệt và lũ

2.1.2 Xác định 3 năm điển hình:

- Xây dựng các đường tần suất:

+ Đường tần suất lưu lường trung bình mùa kiệt

Q Q

+ Đường tần suất lưu lường trung bình mùa lũ

Q Q

n

Q Q

Từ các đường tần suất lưu lượng ta xác định được:

Qtbmk 43,297 34,623 26,51

Qtbml 134,377 97,71 72,38

a. Năm kiệt thiết kế :

Dựa vào đường tần suất ta tìm được P = PTK = 85%

= 26,51 (m3/s) 50,477( m3/s)Dựa vào bảng số liệu thủy văn ta chọn năm kiệt điển hình là năm 1986-1987 vì

Kml = = = 0,96

Kết quả sau khi thu phóng là :

17,9 72,2 125,1 103,5 121,2 62,8 41,6 32,6 21,9 17,4 16 16,8 17,10 68,96 119,48 98,85 115,76 55,73 36,92 28,93 19,44 15,44 14,20 14,91

b. Năm trung bình nước:

Dựa vào đường tần suất ta có:

Kết quả sau khi thu phóng là :

c. Năm nhiều nước :

Dựa vào đường tần suất ta tìm được :

Q

34, 623 38,33

Dựa vào số liệu thủy văn ta chọn năm nhiều nước điển hình là năm 1996-1997 vì :

Hệ số thu phóng :

Kết quả sau khi thu phóng là :

2.2 Lựa chọn mực nước dâng bình thường (MNDBT):

MNDBT là mực nước cao nhất trong hồ ứng với các điều kiện thuỷ văn và chế độlàm việc bình thường Nó là thông số chủ chốt quan trọng vì có ảnh hưởng đến quy

mô, kích thước công trình (chiều cao đập, kích thước các công trình xả lũ), các chỉtiêu năng lượng khác (dung tích hồ chứa, cột nước, lưu lượng, công suất đảm bảo vàđiện năng hàng năm của trạm thủy điện) và các vấn đề có liên quan về vùng hồ.Trong đồ án này, tôi được giao phương án: MNDBT = 234 m

2.3 Xác định MNC hay độ sâu công tác có lợi (h ct ):

Mực nước chết (MNC): Là mực nước thấp nhất của hồ chứa trong điều kiệnlàm việc bình thường của hồ chứa

2.3.1 Mối quan hệ giữa MNC với lợi ích.

Đối với các ngành lợi dụng tổng hợp MNC thấp ⇒ Vhi tăng (hct tăng ) dẫn tới:

+ Lợi ích về cấp nước

+ Cấp nước công nghiệp, sinh hoạt tăng…

+ Thủy sản cũng tăng

+ Giao thông thủy phía thượng lưu giảm và phía hạ lưu tăng

2.3.2 Mối quan hệ giữa MNC với chi phí.

Khi MNDBT = const, thay đổi hct => C thay đổi, hct tăng => MNC giảm => vốn

Q Q

đầu tư vào cửa lấy nước tăng, vốn đầu tư vào đường dẫn cũng thay đổi, hct tăng

=> tiền mua thiết bị tăng lên, tiền lắp ráp tăng lên, kích thước nhà máy tăng lên

=>KNM lớn lên

2.3.3 Xác định MNC giới hạn và độ sâu công tác cho phép của hồ:

Đối với mỗi phương án MNDBT vấn đề đặt ra là nên chọn độ sâu công tác là baonhiêu thì có lợi nhất

Từ điều kiện về bồi lắng lòng hồ và điều kiện làm việc của Tuabin ta sẽ chọn ra

Độ sâu công tác cho phép

a, Xác định độ sâu công tác cho phép theo điều kiện làm việc của tuabin.

Sơ bộ chọn kiểu tuabin tâm trục:

Trong đó: + Hmax: cột nước lớn nhất của TTĐ

+ Hmax = MNDBT – Zhl (Qht min)

+ Qhlmin : Lưu lượng nhỏ nhất ở hạ lưu nhà máy

Do không có tài liệu cụ thể về yêu cầu nước ở hạ lưu và chưa xác định được số tổmáy, hơn nữa qua việc nghiên cứu quan hệ Q ~ Zhl ta thấy mực nước hạ lưu thay đổitương đối ít so với sự thay đổi của lưu lượng chảy về hạ lưu Vì vậy sơ bộ ta lấy:

Qhlmin≈ = 26,52 m3/s Tra quan hệ Qhl ~ Zhl : Z(Qhlmin) ≈ 152,35 m

Là điều kiện đảm bảo trong suốt quá trình sử dụng hồ chứa không bị bồi lắng quácửa lấy nước

Hình 4.3:Các mực nước trong hồ

Trong đó:

+ d2 là khoảng cách an toàn để tránh bùn cát vào cửa lấy nước, chọn d2 = 1m

hầm, chọn d1 = 1m

+ D là chiều cao của của lấy nước

+ Zbc là cao trình bùn cát bồi lắng vào long hồ trong thời gian vận hành công trình

+

Xác định Z bc : Wbc =

* K: hệ số lắng đọng (k =0,2 -0,8) lấy k = 0,8

* ρ: hàm lượng phù sa, ρ= 0,386 (kg/m3)

* γbc: là dung trọng của bùn cát Sơ bộ lấy bằng 1,5 T/m3

* T : Tuổi thọ công trình, sơ bộ chọn công trình cấp I, lấy T = 100 năm

* : Lượng nước trung bình nhiều năm

Chiều cao cửa lấy nước (ở đây sơ bộ ta chọn cửa lấy nước hình tròn )

Trong đó:

: Lưu lượng chảy qua một tổ máy (Một tổ máy thì đường ống dẫn turbin):

: Là lưu lượng nước lớn nhất chảy qua nhà máy

VCLN: Là vận tốc trước cửa lấy nước VCLN = ( 1 ÷ 1,2) (m/s) chọn VCLN = 1 m/s

Sơ bộ chọn số tổ máy của trạm thủy điện là Z = 2 tổ, khi đó:

Q F V

d, Xác định độ sâu công tác có lợi nhất ( h ct 0 ):

Với trạm thủy điện điều tiết năm thì tiêu chuẩn chọn MNC tối ưu hay độ sâucông tác có lợi nhất là Emk đạt tới trị số lớn nhất

Cách xác định hct0 như sau : giả thiết hctgt< hctcf , sau đó ta tính toán thủy năng

để xác định ứng với mỗi giá trị hctgt Khi đó hct0 sẽ là độ sâu mà

(263 94,47).10

hi V

0,02≤ ≤β 0,3

+ Cột(7): Mực nước thượng lưu trung bình , tra theo quan hệ Z~F~W

+ Cột (8): Mực nước hạ lưu trung bình, tra theo quan hệ Q~Zhl

+ Cột(14): Cột nước trung bình Hpđ = Ztltb – Zhltb

+ Cột (15): Công suất trung bình mùa kiệt N = 8,5.Q.H

+ Cột (16): điện năng trung bình mùa kiệt Etbmk = N.720

Kết quả tính toán xemphụ lục 4.3

Trong đồ án này dùng phương pháp Emk = max để xác định hct Trên biểu

đồ quan hệ Emk~hct ta thấy đường Emk ~ hct luôn tăng Vậy ta chọn cột nước công tác tối ưu là h ct = 24 (m) ứng với thỏa mãn điều kiện làm việc của tuabin và điều kiện bồi lắng

MNC = MNDBT - hct0 = 234 – 24 = 210 (m)

2.4 Tính toán thuỷ năng cho ba năm thuỷ văn điển hình:

Phương pháp tính thuỷ năng là tính toán theo QTĐ = const, thời đoạn tính toán ∆t=1tháng = 2,62.106 (s)

* Các bước tính toán:

+ Tính lưu lượng phát điện từng tháng (chưa kể đến các tổn thất thấm và bốc hơi):

- Đối với mùa lũ (mùa trữ nước):

.2, 62.10

L tn i

Q

V Q

=

Trong đó: + ∑

=

L 1 i

tn i

đến khi tất cả các tháng mùa lũ đều có: QTmlÐ≤Qitn.

- Đối với mùa kiệt (mùa cấp):

Trong đó: + ∑

=

K 1 i

tn i

Q

: Tổng lưu lượng các tháng mùa kiệt

+ L: Số tháng mùa kiệt (n = 7 tháng)

+ Vhi: Dung tích hữu ích của hồ chứa, Vhi = 168,63.106 m3

Nếu QTmkÐ<Qtni thì trong tháng kiệt thứ i sẽ phát điện với lưu lượng thiên nhiên

tn

i

Q Sau đó tính toán điều tiết lại với những tháng có QTmkÐ>Qitn Cứ như vậy cho

đến khi tất cả các tháng mùa kiệt đều có: QTmkÐ≥Qitn.

+ Tính lưu lượng cấp và trữ trong hồ: ∆Q =

Ð T tn

+ Tính lượng nước cấp và trữ trong hồ: ∆V = ∆Q.∆t với ∆t = 2,62.106 s

+ Tính dung tích của hồ tại các thời điểm đầu và cuối tháng:

Vđ1 = VMNC = 94,37.106 m3

Vci = Vđi + ∆Vi với i = 1 ÷ 12 tháng

Vci = Vđi+1

+ Tính mực nước trung bình của hồ ở thời đoạn tính toán: Vtbi = (Vđi + Vci)/2

+ Tính mực nước thượng lưu bình quân của hồ ở thời đoạn tính toán(Ztli):

Tra quan hệ: Ztli= Z

tl(Vtbi)

mk 2,62.10 6

K tn i

Q

V Q

=

+ Tính các tổn thất do thấm và bốc hơi trong thời đoạn tính toán:

Ði T

+ Cột nước bình quân của thời ðoạn tính toán: Hi =Ztli −Zhli

+ Công suất bình quân của thời đoạn tính toán:

Kn: Hệ số công suất, sơ bộ lấy: Kn = 8,5

+ Điện lượng bình quân tháng: Ei =Ni.720 Với 720: Số giờ trong một tháng.

Kết quả tính toán (Xem Phụ lục 2.4-1, Phụ lục 2.4-2, Phụ lục 2.4-3)

2.5 Xác định công suất bảo đảm (N bđ ):

2.5.1 Khái niệm:

Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất trung bình thời đoạn của dòng chảy tínhtoán ứng với tần suất thiết kế của TTĐ Công suất bảo đảm là một thông số cơ bảncủa trạm thuỷ điện bởi khả năng phủ phụ tải đỉnh của TTĐ lớn hay nhỏ chủ yếu là

do công suất bảo đảm quyết định Nó chỉ ra mức độ tham gia vào cân bằng công

suất điện lượng trong hệ thống điện

2.5.2 Các phương pháp tính N bđ :

+ Phương pháp 1: Xác định Nbđ theo năm kiệt thiết kế

+ Phương pháp 2: Xác định Nbđ theo đường tần suất công suất trung bình mùa kiệt+ Phương pháp 3: Xác định Nbđ theo đường tần suất công suất trung bình tháng

6

.2,62.10

bhi i

h F

6

2,62.10

th V tbi

α

* Ði

.

N =K Q H

2.5.3 Xác định công suất bảo đảm(N bđ )

Với TTĐ Nậm Mô 1 có hồ điều tiết năm em chọn cách 2 để xác định Nbđ

Nội dung của phương pháp: Tiến hành xác định công suất trung bình mùa kiệtcủa các năm trong liệt năm thuỷ văn hiện có của công trình thiết kế:

mki

N = K

n

TÐ mki

Q : Lưu lượng thiên nhiên bình quân mùa kiệt năm thứ i

Vhi dung tích hữu ích của hồ

F : Diện tích mặt hồ bình quân mùa kiệt

6

.2,62.10

th th

V

Q = α

6

2,62.10

mk bh

h F

Q =

Kết quả tính toán xem Phụ lục 2.5

Sau đó tiến hành xây dựng đường tần suất công suất bình quân mùa kiệt, ứng với

PTK ta tìm được Nbđ

Hình 2.5: Đường tần suất công suất trung bình mùa kiệt

Ứng với tần suất đảm bảo là 85% ta tra trên đường tần suất công suất trung bìnhmùa kiệt ta được: Nbđ = Ntbmk = 20,38 (MW)

2.6 Xác định công suất lắp máy (N lm ).

2.6.3 Xác định công suất lắp máy:

Trong phạm vi đồ án này do thiếu tài liệu về phụ tải nên ta tính Nlm theo côngthức kinh nghiệm: Nlm = (2 ÷ 5).Nbđ Với: Nbđ = 20,38MW → Nlm = (40,76 ÷ 101,9)(MW)

Tùy theo khả năng điều tiết của hồ chứa, hình dáng biểu đồ phụ tải, vị trí làmviệc của TTĐ mà ta chọn phương án phù hợp.

Theo kinh nghiệm thiết kế và vận hành các TTĐ trong hệ thống: thì số giờ làm

việc của Nlm nằm trong khoảng: hNlm = lm

nn

N

E = ( 3500 ÷ 4500 giờ)

Từ bảng tính toán thủy năng 3 năm điển hình ta giả thiết các phương án Nlm, ứngvới mỗi phương án Nlm ta sẽ xác định được điện năng trung bình nhiều năm E vànn

số giờ lợi dụng công suất lắp máy hNlm Kết quả xem các phụ lục tính toán (phụ lục

Vì lưu lượng thiên nhiên đến trong năm thay đổi tương đối nhiều nên chọn

số giờ lợi dụng Nlm lớn kết hợp với khoảng khống chế (3500 ÷ 4500) ta chọn Nlm

phù hợp nhất Nlm = 82 (MW) với số giờ lợi dụng công suất lắp máy tương ứng là:

hNlm = 3698 (giờ) => Điện lượng bình quân năm E = 303296,7 (MWh)nn

2.7 Xác định các cột nước đặc trưng.

Xác định các cột nước đặc trưng của TTĐ để tìm ra giới hạn có thể đạt đượccủa cột nước phát điện Từ đó tạo ra điều kiện cho việc lựa chọn thiết bị cho nhàmáy thủy điện phù hợp với khả năng của dòng nước để đạt hiệu quả cao nhất

2.7.1 Cột nước lớn nhất của trạm thủy điện (Hmax).

Cột nước lớn nhất Hmax là cột nước lớn nhất xảy ra trong quá trình vận hành củaTTĐ, tương ứng với mực nước thượng lưu là MNDBT mực nước hạ lưu là mực

D min

(20÷30)% với turbin cách quay.

giả thiết sơ bộ ta chọn Z=2 tổ máy và turbin tâm trục

Ta có bảng tính toán sau :

min

Z

Vậy ứng với Ztl = MNDBT ta tính được Hmax = 80,63m

2.7.2 Cột nước bình quân của TTĐ:

Là cột nước trung bình của TTĐ trong quá trình vận hành bình thường

Từ các bảng tính toán điều tiết 3 năm điển hình, ta có:

92140, 04

69,36( )1328,525

i i i

bq

i i

d

82*10 8.5*64

t

N TT

N Q

K H

TT

H H

X TT

H H

Thông số Đơn vị Giá trị

Phần III : LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

Chương 1: Chọn Số Tổ Máy 1.1 Khái quát chung.

Việc chọn thiết bị đặc biệt là tua bin và máy phát có ý nghĩa rất quan trọng trongviêc thiết kế nhà máy thuỷ điện, nó quyết định quy mô, kích thước, khối lượng xâydựng, đào đắt, các thiết bị đi kèm với nó Do vậy khi lựa chọn thiết bị ta phải tínhtoán đến nhiều phương án và tiến hành phân tích kinh tế kỹ thuật để chọn ra phương

án hợp lý nhất

1.2 Chọn số tổ máy.

vòng quay n do đó nó ảnh hưởng đến vốn đầu tư vào công trình chọn số tổ máy( Z ) là một vấn đề tính toán về mặt kinh tế và kỹ thuật rất phức tạp.Do vây khi chọn

số tổ máy ta cần phải tính đến các yếu tố : công suất, năng lượng, quản lý vận hành,vốn đầu tư, vận chuyển, cung cấp điện Với các thông số đã tính toán ở phần thuỷnăng tác giả đưa ra các phương án cho số tổ máy: Z = 2, 3 Tiến hành tính toán chọntua bin, máy phát, sau đó so sánh về mặt kinh tế, kỹ thuật và chọn ra các phương án

số tổ máy có lợi nhất

ηmf : hiệu suất máy phát (0,96 ÷ 0,98) lấy ηmf = 0,98

1.3 Chọn nhãn hiệu tua bin.

Căn cứ và công suất tua bin của từng phương án và với dao động cột

nướcHmax=80,62 ( m ), Hmin= 55,54 ( m ) Tra bảng 8-1 trang 131 Giáo trìnhTuabinthủy lực, ta chọn được tuabin tâm trục PO75/702 cho 2 phương án

N

z η

82 2*0.98

1.4 Tính toán thông số tuabin cho các phương án chọn:

1.4.1 Phương án 2 tổ máy.

Xác định đường kính bánh xe công tác (D1).

Với loại tua bin PO170/741ta có đường đặc tính tổng hợp chính ( ĐTTHC )

Đường kính bánh xe công tác (D1) được xác định theo công thức:

Trong đó: Ntb là công suất của một turbin, Ntb = 41,837 (Mw)

ηtb là hiệu suất của một turbin thực (sơ bộ chọn ηtb = ηM)

,

1

M 1

,

, ηM lần lượt là lượng quy dẫn và hiệu suất của turbin mẫu, nó được xác định từ

giao điểm giữa đường n’

1tt với đường hạn chế công suất 5% trên đường đặc tínhtổng hợp

Khi đó ứng với giao điểm n’

1 và đường hạn chế công suất 5% trên đường đặc tínhtổng hợp chính ta tìm được:

Q’

1 = Q’

1M = 1135 (l/s) = 1,135 (m3/s),ηtb= ηM = 89,6%

Htt là cột nước tính toán của trạm thuỷ điện Htt = 64 (m)

Thay số vào công thức ta được:

Xác định số vòng quay đồng bộ (n):

Số vòng quay đồng bộ của turbin được tính theo công thức:

Hbq là cột nước bình quân gia quyền Hbq = 69,36 (m)

D1tc là đường kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác

'

1

I tt bq tt

max

I M

M

T

D D

5 0, 462,8

0,9310,9 −

ntt = = 208,62(v/p)

Có ntt = 208,62 (v/p), dựa vào bảng (8-3) giáo trình turbin thuỷ lực ta chọn được số vòng quay đồng bộ là: ntc = 214,3 (v/p)

Xác định số vòng quay lồng của turbin nl ( v/ph)

Là số vòng quay đột biến của BXCT, nó xảy ra khi mômen lực chuyển động củarôto tổ máy (Mđ) lớn hơn mômen cản chuyển động rôto máy phát (Mc) Trong quátrình vận hành TTĐ, vì một lý do nào đó cần phải đóng cánh hướng nước mà bộphận hướng nước chưa kịp đóng thì số vòng quay của turbin tăng lên đột ngột trongthời gian ngắn, nó sẽ đạt tới trị số cực đại nào đó gọi là số vòng quay lồng tốc (nl)

nI=

Trong đó: n’1l- số vòng quay lồng quy dẫn turbin PO75/702, nIl’ = 132

Vậy số vòng quay lồng là nl = 423,3(v/ph)

1.4.2 Kiểm tra lại điểm tính toán:

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

2 1

Itt

n′ =

< 5% => Thõa mãn

- Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin

Khi cột nước làm việc của tuabin dao động từ H÷ H thì vùng làm việc củatuabin được giới hạn bởi 2 đường nằm ngang n’IM(Hmax) và n’IM(Hmin) trên đườngĐTTHC

→ n’IMmin = n’ITmin - ∆n = 66,82 – 1,14= 65,68 v/ph

→n’IMmax = n’ITmax - ∆n = 80,62 – 1,14= 79,48 v/ph

n’ITmax, n’ITmin - số vòng quay quy dẫn lớn nhất và nhỏ nhất đối với tuabin thực

n’IMmax, n’IMmin - số vòng quay quy dẫn lớn nhất và nhỏ nhất đối với tuabin mẫu

Nmin= 0,6Nmax = 0,6.41837= 25102,2 (kW)

thằng ngang đi qua n’ITmax ta tìm được Q’1=1,125 m3/s

214,3.2,8

66,8280,63

Sau khi xác định được n’IMHmin và n’IMHmax và 5 giá trị tương ứng ta đưa các giá

trị này lên đường đặc tính tổng hợp chính tạo nên vùng làm việc của tuabin

1M = 1,14 m3/s ) σM = 0,131

∇ - là cao trình lắp máy so với mặt biển, nó phụ thuộc vào chiều cao hút và mực nước hạ lưu nhỏ nhất

Ở đây là bước chọn số tổ máy nên em chi xét một trường hợp là cột nước tính toán

và mực nước hạ lưu lấy sơ bộ bằng Zhl ứng với trường hợp:

Có Qmin = 35,89 (m3/s) tra quan hệ Qhl~Zhl ta được Zhl(Qmin) = 153,15 (m)

∆σ - độ điều chỉnh khí thực tra trên hình (7-4) giáo trình turbin thuỷ lực ứng với

0.2⇒ bo = 2,8*0.2 = 0,56(m)

Trọng lượng tuabin:

Theo giáo trình Turbin Trang 198 ta có:

= 17.4*2,80.49*80,630.16 = 58,17 (T)H: là cột nước , lấy H = Hmax = 80,63 m

Với cột nước H từ (m) thì k2 = 17.4 ; a2 = 0.49 ; b2 = 0.16

Trường hợp với Z = 3 tổ máy tác giả tính tương tự như phương án Z = 2 ta có bảng tổng hợp kết quả chi tiết ở bảng 3.1 phụ lục 3

Các thông số máy phát

Yêu cầu khi lựa chọn máy phát

Về kinh tế:Ưu tiên cho những máy phát có trong Catalog, trường hợp không thể chọn được có thể thiết kế (và đặt hàng) theo công thức kinh nghiệm.

Về kỹ thuật:Đảm bảo an toàn cung cấp điện, Thao tác vận hành dễ dàng, Công suất máy phát chọn không chênh lệch quá 5% công suất thiết kế, số vòng quay phải đồng bộ với số vòng quay của turbin Trường hợp không thể chọn được thì phải đặt hàng

Chọn máy phát:

Chọn máy phát phải thoả mãn 2 điều kiện:

+ Công suất định mức của MPĐ được tính theo công thức:

Công suất biểu kiến

Trong đó cosϕ là hệ số công suất định mức, thường lấy cosϕ = 0,85 khi Sđm> 125 MVA, cosϕ = 0,8 khi Sđm< 125 MVA

Căn cứ vào số vòng quay đồng bộ (n) và công suất thiết kế (Nmf hoặc Smf) để chọn máy phát cho tất cả phương án.Với Nlm = 82 MW ta có:

mf mf

n n

N N

mf

N S

φ

=

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

+ Công suất trên mỗi cực của máy phát:

= 1,83 MVA

+ Số đôi cực từ của máy phát: 2p = 28 (Tra GT Tuabin trang 139)

Trong đó A, được xác định theo bảng 1-2 trang 227 GTCTT với hình thức làm mát nước + không khí

- Đường kính Di phải thoả mãn điều kiện sau:

P i

n πk

i

2 0.521 28D

3.14

p

τπ

≤

' Ip ' I0

132

n 72

n

=

= = 7,8( m )

Với Dg đường kính giếng Tuabin, sơ bộ có thể lấy bằng đường kính trong Db của stato tuabin, Db = 3,72 m

= 3,72+ 0.6 = 4,32 m

Từ hai điều kiện trên ta lấy Di = 4,6 m = 460 ( cm )

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

với

+ Mặt khác phải thỏa mãn điều kiện: la/τ *=1.5÷4 ⇒ la = 0,78 ÷ 2,1

Theo tiêu chuẩn đã cho sẵn ta lấy la = 1m

+ Chọn kiểu Máy phát điện:

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

chọn máy phát điện kiểu treo

1.5.2 Xác định các kích thước

của máy phát.

Kết quả thể hiện ở Bảng 3.2 phụ lục 3

P i

1.5.3 Sơ bộ xác định vốn đầu

tư vào thiết bị và nhà máy thủy điện

Để chọn được số tổ máy ta phải giải bài toán kinh tế và tiêu chuẩn tính toán là tiêu

đó vốn đầu tư vào công trình chính là như nhau Nên sơ bộ ta chỉ cần so sánh vốn đầu tư trực tiếp vào thiết bị và nhà máy giữa các phương án để chọn phương án tối

ưu Vốn đầu tưđược xác định theo các công thức kinh nghiệm như sau

a. Giá thành của Tuabin (KTB) :

Trong đó : + GTB : Là trọng lượng của tuabin

+ Z : Là số tổ máy của TTĐ

+ k : Giá của 1tấn thiết bị , lấy k = 100.000.000 (đ)

b. Giá thành của máy phát (Kmf)

với Gmf : Là trọng lượng của máy phát

Gmf = ψ.Di.la với ψ = 48 ÷ 58 đối với máy phát kiểu treo

c. Giá thành bê tông CT xây dựng nhà máy (KBT):

Khối lượng bê tông CT của nhà máy kể cả gian lắp ráp và sửa chữa

(m3 )Giá 1m3 bê tông thành phẩm lấy bằng kbt = 1.000.000 đồng

d. Tổng vốn đầu tư vào nhà máy (ΣK) :

Vốn đầu tư vào nhà máy sơ bộ lấy bằng tổng vốn đầu tư vào Turbin, máy phát và vốn đầu tư vào bê tông , cốt thép xây dựng nhà máy

Tính toán ta thu được kết quả :

Bảng 3.3: Kết quả tính toán kinh tế lựa chọn phương án số tổ máy

WBT = 222.D .H tt (Z + 1)

K =K +K +K

∑

Giá thành máy phát Kmf(tỷ đồng) 46 45,6

Phương án 2 tổ máy cho giá thành rẻ hơn so với phương án 3 tổ máy.

+ Phương án 2 tổ máy có nhược điểm là khả năng an toàn cung cấp điện không tốtbằng phương án sau.Tuy nhiên TTD Nậm Mô 1 làm việc trong hệ thống lớn , nênnhược điểm này có thể được hệ thống bù đắp khi xảy ra sự cố

+ Phương án 2 tổ máy thuận tiện trong quản lý vận hành hơn phương án còn lại.

- Với phương án Z = 3 tổ máy khi gặp sự cố thì ảnh hưởng của sự cố đến hệ thống

là nhỏ nhưng khả năng xảy ra sự cố nhiều

Qua phân tích trên thì ta thấy phương án 2 tổ máy có nhiều ưu điểm hơn, trong đồ

án này , tác giả kiến nghị chọn phương án 2 tổ máy

CHƯƠNG 2 : THIẾT BỊ DẪN NƯỚC VÀ THOÁT NƯỚC

2.1 Thiết bị thoát nước buồng xoắn

2.1.1 Khái niệm.

Buồng xoắn turbin là phần nối liền công trình dẫn nước của nhà máy thủy điện với turbin, buồng turbin dùng để dẫn nước từ đường dẫn (đường ống áp lực hoặc cửa lấy nước) đến turbin và hình thành dòng chảy vòng tại cửa vào của bộ phận hướng nước

2.1.2 Chọn kiểu buồng xoắn:

Tuỳ theo cột nước, công suất của trạm thuỷ điện mà chọn kiểu buồng xoắn Với trạm thuỷ điện Nậm Mô 1 có cột nước H(min ÷ max) = (55,4÷80,63) (m), cột nước tính toán Htt = 64 (m), công suất của một tổ máy là N1tổmáy = 41 (MW) trong phạm viứng dụng các kiểu buồng (hình 5-1 giáo trình TBTL – ĐHTL trang 84) tra được buồng xoắn kim loại tiết diện tròn, ở đây chọn góc bao ϕmax = 345o

2.1.2.1 Tính toán thủy lực buồng xoắn:

- Tính toán thuỷ lực buồng xoắn chủ yếu là xác định hình dáng đường bao quanh bên ngoài buồng xoắn

- Xác định được kích thước chủ yếu của các tiết diện buồng xoắn

2.1.2.2 Các nguyên lý tính toán:

+Nguyên lý tốc độ trung bình không đổi: Vu = const

+ Nguyên lý mômen tốc độ dòng chảy trong buồng xoắn giảm dần.

+ Nguyên lý mômen tốc độ bằng hằng số (Vu.r = const).

Vận tốc Vu tại các điểm trung tâm trục một bán kính như nhau thì bằng nhau nhưng trên cùng một tiết diện Vu giảm dần khi R tăng

Vu R = k = const (trong đó k là hằng số buồng xoắn) nghĩa là Vu tỷ lệ nghịch với bán kính R

Đối với trạm thuỷ điện sông Ba 1 tác giả sử dụng nguyên lý mômen tốc độ bằng hằng số để tính toán kích thước buồng xoắn

a Xác định lưu lượng chảy qua mặt cắt cửa vào:

+ Lưu lượng chảy qua mặt cắt cửa vào buồng xoắn (Qcv) được xác định theo công

+ Bán kính của buồng xoắn tại tiết diện cửa vào:

ρcv- bán kính tiết diện cửa vào buồng xoắn:

b Xác định kích thước tiết diện vào:

Turbin loại PO75/702 có đường kính BXCT D1 = 2,8 m tra bảng 5.5 (Giáo trình TBTL) tra có:

Bảng 3.4 : Kích thước cơ bản của tuabin.

cv CV

F

ρ

π

2,8 3,25 24 3,72 4,38 4,63 250 50

Kích thước buồng xoắn được xác định theo công thức R = ra+2ρϕ:

,

Trong đó:

ρϕ i là bán kính tiết diện buồng xoắn tại mặt cắt i ứng với góc bao ϕi.

Ri là bán kính bao ngoài của buồng xoắn tại mặt cắt i

ra là bán kính ngoài của stato turbin theo bảng 5-5 giáo trình turbin ta có:

Ri = ra + 2.ρ Thông số buồng xoắn được thể hiện trong Bảng 3.6 phụ lục 30.0

2.2 Thiết bị thoát nước ( Ống hút )

2.2.1 Khái niệm:

Ống hút là đoạn ống có nhiệm vụ dẫn nước từ bánh xe công tác xuống hạ lưu, ốnghút cho phép sử dụng phần động năng, thế năng còn lại của dòng chảy sau khi rakhỏi bánh xe công tác.Ống hút của turbin phản kích có các công dụng sau:

- Dẫn dòng nước sau khi ra khỏi BXCT về hạ lưu với tổn thất năng lượng min

- Lợi dụng được cột nước từ cửa ra của BXCT cho đến mực nước hạ lưu (HS)

- Thu hồi một phần cột nước động năng dòng chảy ra khỏi bánh xe công tác

2.2.2 Chọn ống hút cho trạm thuỷ điện Nậm Mô 1

a a

2

2 2 .r a

Với loại turbin PO75/702 buồng xoắn đã chọn, ta căn cứ vào bảng 6-3 và bảng 6- 5giáo trình turbin thuỷ lực – ĐHTL => ta chọn được loại ống hút cong loại 4H vớicác kích thước với D1 = 1 m vàD1 = 2,8 m thể hiện ở bảng 3.6, 3.7 phụ lục 3(cácđơn vị tính bằng m)

Hình : Kích thước ống hút cong của tuabin tâm trục

CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH TUABIN

3.1 Nhiệm vụ của thiết bị điều chỉnh tuabin

Với yêu cầu tần số điện không đổi (hay nói cách khác là phạm vi biến đổi rất nhỏ, 0.1%); do đó đòi hỏi tốc độ quay của tuabin không được thay đổi Muốn giữ tốc độ quay của tuabin không đổi thì phải thay đổi công suất phát để tương ứng với phụ tảimới bằng cách thay đổi độ mở cánh hướng dòng của bộ phận hướng nước Để đảm bảo chất lượng điện đưa lên lưới điện (gồm điện áp và tần số) cũng như đảm bảo yêu cầu dừng máy cấp tốc người ta phải tiến hành thao tác điều chỉnh tuabin tự động bằng thiết bị điều chỉnh tuabin

3.2 Hệ thống điều chỉnh turbin

Hệ thống điều chỉnh tốc độ turbin (hệ thống điều tốc) gồm có các cơ cấu cơ bản sau đây: Cơ cấu cảm ứng, Cơ cấu điều chỉnh, Cơ cấu chấp hành, Cơ cấu ổn định, Cơ cấu phụ trợ

3.3 Chọn các thiết bị điều chỉnh turbin

b - là chiều cao tương đối của cánh hướng nước

(tra bảng 8-1 GTTBTL lấy với tb gần với cột nước tính toán nhất

λ - hệ số phụ thuộc vào số lượng cánh hướng nước Zo Từ bảng 5-5 GTTBTL với

D1 = 2,8 m của turbin PO75/702 có Zo = 24 Với Zo = 24 tra GTTBTL trang 175 ta

có λ = 0.03

Chọn dH theo đường kính tiêu chuẩn dH = 450(mm)

Căn cứ vào turbin đã chọn PO 75/702 và công suất định mức của tổ máy tác giả chọn động cơ tiếp lực chuyển động thẳng và tác dụng 2 bên, mỗi động cơ có 2 pittong và mỗi tuabin có 2 động cơ Động cơ được đặt ngay trên nắp tuabin

( )

max 1