DATN thủy điện

Mặt khác nhu cầu sử dụng điện của các hộ dùng điện thay đổi từnggiờ vì vậy để đáp ứng sự thay đổi đó thì trong hệ thống điện không thểthiếu các trạm thuỷ điện có khả năng thay đổi công s

mục lục

mục lục 1

lời nói đầu 2

Phần I: tổng quan và các tàI liệu cơ bản 3

Chơng 1: tổng quan công trình 3

Chơng 2: điều kiện địa hình, địa chất vùng tuyến công trình 4

2.1 Đặc điểm địa hình 4

2.2 Đặc điểm địa chất 6

1.Đặc điểm Địa chất công trình vùng tuyến đập II 8

Tại vị trí tuyến đập II, lòng sông rộng 30(m), thung lũng dạng chữ V, hai bờ có độ dốc 35ữ45o Chiều dài đỉnh đập ứng với MNDBT 475(m) khoảng 406(m), chiều cao đập khoảng 120ữ125(m) Nền đập đặt trên đá phun trào octofia, trachit, riolit porphyr, thuỷ tinh núi lửa bị clorit hoá và biến chất nhiệt dịch không đồng đều hệ tầng Văn chấn (J3-K1vc), tạo nên khối đá gốc cứng chắc trung bình đến cứng chắc bị nứt nẻ ép phiến mạnh, cao trình bề mặt đới đá IIA biến đổi lớn với chiều dày của các đới phong hoá không đồng đều ở 2 bờ sông Nậm Mu 8

2 Đặc điểm Địa chất công trình vùng tuyến đập III 9

Chơng 3: điều kiện khí tợng thuỷ văn 12

3.1.Các đặc trng dòng chảy 12

3.2 Đặc điểm khí hậu 14

Chơng 4: Tài liệu dân sinh kinh tế 18

Phần Ii: Tính toán Thuỷ năng 19

Chơng 1:những vấn đề chung 19

1.1 Các thông số chủ yếu 19

1.2 Chọn tuyến đập và Phơng pháp khai thác thuỷ năng 19

1.3 Chọn mức bảo đảm tính toán 20

Chơng 2: xác định các thông số chủ yếu của trạm thuỷ điện 21

2.1 Xác định mực nớc dâng bình thờng 21

2.2 Xác định mực nớc chết 23

2.3 Xác định công suất bảo đảm 26

2.4 Xác định công suất lắp máy 26

2.5 Xác định các cột nớc đặc trng 27

Phần III: lựa chọn thiết bị cho nhà máy thuỷ điện 31

Chơng 1: Chọn số tổ máy 32

1.1 Các phơng án số tổ máy (Z) 32

1.2 Tính toán với các phơng án 33

1.3 Phân tích lựa chọn phơng án số tổ máy 43

Chơng 2: các thông số của turbin và Máy phát 44

2.1 Các thông số của turbin 44

2.2 Các thông số của máy phát 44

Chơng 3: Chọn thiết bị dẫn và thoát nớc 48

3.1.Thiết bị dẫn nớc cho nhà máy thuỷ điện ( buồng xoắn) 48

3.2.Thiết bị thoát nớc cho nhà máy 52

Chơng 4: Chọn thiết bị điều chỉnh Turbin 54

4.1 Nhiệm vụ của điều chỉnh Turbin 54

4.2 Hệ thống điều chỉnh turbin 55

Chơng 5: Chọn sơ đồ đấu điện chính, Thiết bị nâng hạ 59

5.1 Sơ đồ đấu điện chính 59

5.2.Chọn thiết bị phân phối điện cho TTĐ L2 60

5.3.Chọn thiết bị nâng chuyển cho TTĐ L2 69

Phần IV: Công trình thuỷ công 70

Chơng 1: những vấn đề chung 70

1.1 Nhiệm vụ và cấp thiết kế của công trình 70

1.2 Chọn tuyến và bố trí tổng thể công trình 71

1.3 Tính toán điều tiết lũ 72

Chơng 2: thiết kế đập dâng nớc 76

2.1 Xác định mặt cắt cơ bản 76

2.2 Xác định cao trình đỉnh đập 78

2.3 Bề rộng đỉnh đập 79

2.4 Thiết bị thoát nớc và hành lang trong thân đập 79

2.5 Xử lý chống thấm và gia cố nền đập 80

Chơng 3: thiết kế đập tràn và tiêu năng 81

3.1 Mặt cắt đập tràn 81

3.2 Tính toán tiêu năng 82

Chơng 4: thiết kế tuyến năng lợng 88

4.1 Các công trình chuyển nớc vào nhà máy thuỷ điện 88

4.2 Công trình chuyển nớc từ nhà máy thuỷ điện xuống hạ lu 95

4.3 Nớc va trong đờng ống áp lực 95

Phần V: nhà máy thuỷ điện 102

Chơng 1: các kích thớc cơ bản của nhà máy 102

1.1 Vị trí và loại nhà máy 102

1.2 Kết cấu và kích thớc phần dới nớc của TTĐ L2 103

1.3 Kết cấu và kích thớc phần trên nớc của TTĐ L2 106

Chơng 2: các Thiết bị và phòng phụ trong nhà máy thuỷ điện 109

2.1 Các thiết bị bố trí trong nhà máy thuỷ điện 109

2.2 Các phòng phụ của nhà máy 112

kết luận 113

tài liệu tham khảo 114

phụ lục đồ án tốt nghiệp 115

lời nói đầu Năng lợng 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 trởng ngày càng mạnh hoà nhịp với tốc độ tăng trởng 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 lợng khác nh năng lợng gió, năng lợng mặt trời

ở nớc ta, điện năng luôn đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp pháttriển kinh tế của đất nớc Để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế đất n-

ớc thì yêu cầu về điện năng đòi hỏi ngày càng nhiều Hiện nay ở nớc tanguồn năng lợng thuỷ điện chiếm vai trò quan trọng trong hệ thống điệnViệt Nam Nó chiếm tỷ trọng khoảng 60% công suất của hệ thống điệnViệt Nam Tuy nguồn thuỷ điện chiếm một tỷ trọng lớn nhng chúng tacũng mới chỉ khai thác đợc khoảng 20% trữ năng lý thuyết của các consông ở Việt Nam

Mặt khác nhu cầu sử dụng điện của các hộ dùng điện thay đổi từnggiờ vì vậy để đáp ứng sự thay đổi đó thì trong hệ thống điện không thểthiếu các trạm thuỷ điện có khả năng thay đổi công suất trong thời gianngắn

Chính vì tầm quan trọng cũng nh tiềm năng của thuỷ điện là rất lớn, do

đó đòi hỏi ngời thiết kế và thi công các trạm thuỷ điện phải nắm vữngnhững kiến thức về thuỷ điện

Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thuỷ điện, đợc sự đồng

ý của nhà trờng và Hội đồng thi tốt nghiệp khoa Thuỷ Điện, em đợc giao

đề tài ‘Thiết kế trạm thuỷ điện L2 trên sông Nậm Mu’ Đây là trạm thuỷ

điện đầu tiên trong bậc thang hệ thống Sông Đà

Cấu trúc của đề tài ‘Thiết kế trạm thuỷ điện L2 trên sông Nậm Mu’gồm sáu phần:

Phần I: Tổng quan và các tài liệu cơ bản

Phần II: Tính toán thuỷ năng

Phần III: Lựa chọn thiết bị cho nhà máy thuỷ điện

Phần IV: Công trình thuỷ công

Phần V: Nhà máy thuỷ điện

Phần VI: Chuyên đề đồ án tốt nghiệp

Đặc trng của sông Nậm Mu là độ dốc trung bình lòng sông tơng đốilớn 3,8o/oo Tại tuyến Huội Quảng nơi gần cửa ra sông Đà có thác HuộiQuảng với độ chênh cao địa hình khoảng 800 (m) Vì vậy tiềm năng thủy

điện trên sông Nậm Mu rất lớn Theo tính toán qui hoạch trên sông Nậm

Mu có thể khai thác từ 700(MW) đến 1000(MW)

Việc sử dụng tổng hợp sông Nậm Mu về các mặt phát điện, cắt lũ, cấpnớc đã đợc các cơ quan chuyên ngành nghiên cứu trong các báo cáo:quy hoạch phòng chống lũ đồng bằng sông Hồng, quy hoạch sử dụng n-

ớc sông Hồng và quy hoạch bậc thang thuỷ điện sông Đà Các nghiêncứu đều chỉ rõ tầm quan trọng và sự cần thiết của các dự án thuỷ điện L2

trên sông Nậm Mu

Công trình thuỷ điện L2 là công trình đợt đầu của bậc thang thuỷ điệntrên sông Nậm Mu thuộc hệ thống sông Đà, đợc nghiên cứu ở giai đoạnquy hoạch bậc thang thuỷ điện sông Đà và đã đợc Thủ tớng Chính phủ

thông qua tại văn bản số 1320/CP-CN ngày 22 tháng 10 năm 2002 Hồ

chứa của dự án thuỷ điện L2 có vị trí rất quan trọng vì nó có dung tích lớn,không chỉ có nhiệm vụ điều tiết cho thuỷ điện L2 mà còn điều tiết bổ sungcho các công trình phía dới là Huội Quảng, Sơn La và Hoà Bình

Công trình thủy điện L2 nằm trên sông Nậm Mu, thuộc địa phận xã ờng Kim, huyện Than Uyên, tỉnh Lai Châu Vị trí công trình thủy điện L2

M-cách thành phố Hà Nội khoảng 320(km) theo Quốc lộ 32 Diện tích luvực sông Nậm Mu đến tuyến công trình là 1929 (km2), chiếm 60% diệntích lu vực của toàn bộ sông Nậm Mu

Chơng 2: điều kiện địa hình, địa chất vùng tuyến công trình 2.1 Đặc điểm địa hình

Khu vực công trình đợc bố trí trên sông Nậm Mu thuộc xã Mờng Kim

huyện Than Uyên tỉnh Lai Châu cách thị trấn huyện Than Uyên 16(km)

về phía Tây Nam Khu vực này thể hiện rõ nét đặc điểm của địa hìnhvùng miền núi phía Bắc Địa hình núi cao bị chia cắt bởi các suối hẹp vàdốc Bờ trái phía thợng lu tuyến đập khoảng 400(m) là suối Chát lòngsuối hẹp và có nhiều thác cao Bờ phải cách tuyến đập 200(m) về phíathợng lu cũng có một suối lớn lòng suối hẹp và rất dốc Chênh cao trongkhu vực lớn chỗ thấp nhất 365(m) , đỉnh cao nhất 860(m) Độ dốc trungbình từ 25o đến 30o, dốc nhất lớn hơn 45o (không kể các vách đá) Độ caotrung bình khu vực vùng tuyến khoảng 450(m) Hai vai của tuyến đập

đều dựa trên sờn núi cao trên 600(m) dốc đều khoảng 37,5o xuống sôngNậm Mu

Căn cứ vào đặc trng địa hình của vùng hồ, trên cơ sở đo vẽ từ bản đồ

địa hình tỷ lệ 1/10.000, ngời ta đã xây dựng đợc các quan hệ tại vùng hồ

và đặc trng tuyến công trình nh sau:

Bảng quan hệ lòng hồ F, W = f (Z).

Z (m) 35

4 440 445 450 455 460 465 470 475 480F(km 2 ) 0 27,2

2 30,93 35,12 39,53 44,36 49,55 54,7 60,43 66,62 W(10 6 m 3

(m 3 /s) 262,5 311,1 360,3 410,8 465 522,4 583 650,7

Z hl (m) 369,3 369,5 369,7 369,9 370,1 370,3 370,5 370,7

2.2 Đặc điểm địa chất.

2.2.1 Đặc điểm địa chất chung.

1 Địa tầng kiến tạo.

Vùng nghiên cứu đợc xếp vào một phần “Võng Sông Đà” và “Mángchồng Tú Lệ” thuộc cấu trúc “Miền uốn nếp Bắc Bộ”, bao gồm các tổhợp đá lục nguyên, phiến sét và cacbonat tuổi Triat sớm và giữa- Rift nộilực sông Đà, tổ hợp các đá lục nguyên vụn thô đỏ sau Rift Triat muộn.Suối Bàng, tổ hợp các đá núi lửa, á núi lửa Mezozoi muộn – bồn trũngnúi lửa Tú Lệ, tổ hợp các đá vụn thô màu đỏ Kreta muộn- điệp YênChâu, tổ hợp các trầm tích nguồn gốc aluvi Đệ Tứ dọc các thung lũngsông suối dới dạng bậc thềm và bãi bồi

Trong phạm vi vùng hồ phân bổ các đá trầm tích, macma có thànhphần thạch học khác nhau bao gồm:

+ Các đá phiến sét, bột kết, cát kết, phiến sét vôi, đá vôi phân lớpthuộc hệ tầng Mờng Trai (T2mt) chiếm > 50% diện tích vùng nghiên cứu.

+ Các đá cát kết thạch anh phân lớp, bột kết, sét kết hệ tầng Nậm Mu(T3knm) Đá sạn kết, cát kết hạt thô, sét kết bột kết có chứa các thấu

kính than mỏng thuộc điệp Suối Bàng (T3nr-sb) Đá cuội kết, sạn kết xen

kẹp các lớp cát kết bột kết phân lớp dày màu nâu đỏ thuộc điệp YênChâu (K2yc).

+ Các đá phun trào bazan olivin hệ tầng Suối Bé (J2sb), đá Octophia,

Octophia thạch anh, riolit, trachitpofia hệ tầng Văn Chấn (J3-K1vc); đá

granosienit, sienit thạch anh phức hệ Phu Sa Phìn (γξKpp) phân bổ chủ

yếu tại vùng tuyến II

+ Các trầm tích hệ Đệ Tứ gồm cát, cuội sỏi nhỏ phân bố trên các bãibồi và thềm sông suối với diện tích nhỏ, chiều dày mỏng

Các hệ tầng phá huỷ kiến tạo chủ yếu phát triển theo 3 hệ thốngchính: Tây Bắc - Đông Nam, Đông Bắc - Tây Nam và á kinh tuyến có quymô từ bậc II đến bậc IV, trong đó đáng kể nhất là các đứt gãy bậc II M-ờng La - Bắc Yên cách tuyến II về phía Đông - Đông Bắc 2,5(km) và đứtgãy Than Uyên cách 4,2(km) Đứt gãy Nậm Mu (III.1) cách tuyến đập4(km) về phía Tây Các đứt gãy trên đều có biểu hiện hoạt động với mức

độ tơng đối bình ổn Dọc theo đứt gãy là các đới dập vỡ, milonit hóa làmbiến đổi đất đá, ảnh hởng đến điều kiện địa chất công trình nền.

2 Địa mạo.

Đặc điểm địa mạo vùng nghiên cứu mang đặc tính chung của miềnTây Bắc Việt Nam, bao gồm các dạng sau:

+ Địa hình xâm thực bóc mòn (85% diện tích) có độ cao tuyệt đối từ

400ữ1200(m), độ dốc bề mặt 20ữ35o, 40ữ450 Các quá trình ngoại sinh,xâm thực bóc mòn phát triển mạnh tạo thành các khe hẻm, rãnh xói, m-

ơng xói cắt sâu vào bề mặt sờn Các thung lũng sông, suối có dạng chữ

V, chảy theo phơng trùng với phơng các hệ thống đứt gãy trong vùng.+ Địa hình bóc mòn: Là các dải đồi thấp có độ cao 250ữ600(m), thunglũng dạng chữ V, độ dốc thoải Quá trình ngoại sinh chủ yếu là bóc mòn,rửa trôi bề mặt làm phát triển các mơng xói trong tầng phủ

+ Địa hình tích tụ: Chủ yếu là các dạng bề mặt proluvi, bãi bồi, cácbậc thềm, bề mặt tích tụ proluvi- deluvi phân bổ dọc theo sông Nậm Mu

4 Đánh giá độ mất nớc của hồ chứa.

Hiện nay cha có đủ tài liệu để tính toán lợng thấm mất nớc này nêntạm lấy theo kinh nghiệm nghiệm bằng 0,3% dung tích trung bình của hồtrong mỗi thời đoạn Lợng tổn thất này chỉ diễn ra một thời gian đầu vậnhành và sẽ giảm dần do quá trình bồi lắng, thời gian này dài hay ngắnphụ thuộc vào điều kiện địa chất lòng hồ và bờ hồ Do không xác định đ-

ợc thời gian mất nớc này nên trong tính thuỷ năng xem nh lợng tổn thấtnày tồn tại vĩnh viễn

Tổn thất thấm qua tuyến áp lực và rò rỉ qua cửa van cũng lấy theokinh nghiệm bằng 0,1 (l/s.m) và cũng không thay đổi theo thời gian

2.2.2 Đặc điểm địa chất khu vực tuyến công trình.

Tiến hành khảo sát đánh giá điều kiện địa chất công trìng theo các

ph-ơng án tuyến đập II và III Đặc điểm địa chất công trình tại các tuyến cụthể nh sau:

1.Đặc điểm Địa chất công trình vùng tuyến đập II.

Tại vị trí tuyến đập II, lòng sông rộng 30(m), thung lũng dạng chữ V,hai bờ có độ dốc 35ữ45o Chiều dài đỉnh đập ứng với MNDBT 475(m)khoảng 406(m), chiều cao đập khoảng 120ữ125(m) Nền đập đặt trên đáphun trào octofia, trachit, riolit porphyr, thuỷ tinh núi lửa bị clorit hoá và

biến chất nhiệt dịch không đồng đều hệ tầng Văn chấn (J 3 -K 1 vc), tạo nên

khối đá gốc cứng chắc trung bình đến cứng chắc bị nứt nẻ ép phiếnmạnh, cao trình bề mặt đới đá IIA biến đổi lớn với chiều dày của các đớiphong hoá không đồng đều ở 2 bờ sông Nậm Mu

Đới đá nứt nẻ IIA: Đá octophia, trachit bị phong hoá nứt nẻ mạnh.Chiều dày lớn hơn 35ữ58(m) Lợng mất nớc đơn vị q=0,01ữ0,09 (l/ph.m)

Đới đá tơng đối nguyên khối IIB: Đá octophia, trachit bị phong hoá nứt

=0,2(m/ngđ)

Đới đá phong hóa mạnh (IA2): Đá riolit, octophia bị phong hoá mạnh,nõn khoan dạng dăm cục nhét sét, á sét Chiều dày 8ữ11(m), tăng lên

đến 77(m) trong các đới phá huỷ kiến tạo (BC13, BC34) Hệ số thấmK=0,1ữ0,5(m/ngđ).

Đới đá phong hóa (IB): Đá riolit, octophia bị phong hoá mạnh, nõnkhoan dạng dăm cục Chiều dày 8ữ12(m), tăng lên đến 17(m) trong các

đới phá huỷ kiến tạo Lợng mất nớc đơn vị q= 0,1ữ0,2 (l/ph.m)

Đới đá nứt nẻ mạnh (IIA): Đá riolit, octophia bị nứt nẻ mạnh, nõnkhoan dạng dăm cục, ít thỏi 10ữ20(cm) Lợng mất nớc đơn vị q=0,02ữ0,1(l/ph.m)

Đới đá tơng đối nguyên khối (IIB): Đá riolit, octophia bị nứt nẻ trungbình đến mạnh Bề mặt đới thờng gặp ở độ sâu 45(m) đến lớn hơn 80(m).Lợng mất nớc đơn vị q= 0,01ữ0,02 (l/ph.m)

Nhận xét : Nền có điều kiện địa chất công trình phù hợp với các kết

cấu đập bêtông trọng lực và đập đá đổ bêtông bản mặt, vật liệu địa

ph-ơng

2 Đặc điểm Địa chất công trình vùng tuyến đập III.

Tại vị trí tuyến đập dự kiến, sông rộng 70(m), thung lũng dạng chữ V,hai bờ có độ dốc 30ữ35o Khu vực nghiên cứu phân bố các loại đá phuntrào sau:

a.Vai trái: gồm các đá xâm nhập granit, granosienit, sienit cứng chắcphức hệ Phu Sa Phìn (ξKpp) Đá có cấu tạo khối, kiến trúc dạng hạtkhông đều Thành phần khoáng vật gồm fenspat kali (40-45%),plagiocla (15-20%), piroxen (7-10%), biolit (10-12%), thạch anh (8-10%), quặng (hố khoan BC15) Tại hố khoan BC20 quan sát đợc ranhgiới giữa đá octofia hệ tầng Văn Chấn với đá granophia phức hệ Phu

Sa Phin ở độ sâu 21,0(m)

b.Vai phải: gồm các đá phun trào octofia, trachit, riolit porphyr cấu tạo

khối hệ tầng Văn chấn ( J 3 -K 1 vc) tơng tự tuyến Bản Chác II.

2.2.3 Đặc điểm địa chất khu vực vùng hồ.

Điều kiện địa chất công trình đất đá nền không đồng nhất do phân bốcác loại đất đá có đặc điểm thạch học, tính chất cơ lý khác nhau

Các hoạt động địa chất công trình xảy ra mạnh, hoạt động cactơ từtrung bình đến mạnh ở vùng I, ở vùng II xảy ra mạnh trên các thành tạo

đất đá hệ tầng suối Bàng và các thành tạo xâm nhập

Hiện tợng sạt lở tầng phủ phát triển trung bình đến mạnh trên các sờndốc bờ sông, suối

Theo dự báo tái tạo (Khositabili) các dải bờ hồ đều có khả năng tái tạotrung bình ( S = 0,51ữ0,63), xảy ra ở mức độ cục bộ, quy mô nhỏ, chủyếu xảy ra trong phạm vi phân bố các đá của hệ tầng Suối Bàng, MờngTrai

Không có khả năng thấm mất nớc từ hồ chứa sang các lu vực khác dotại khu vực phân thủy có cao trình lớn hơn 1000(m) phân bố các đá thấmnớc yếu, đợc coi là cách nớc

ít có khả năng thấm mất nớc về hạ lu đối với các phơng án tuyến đập

II, III, vì các khối vôi cắt qua hồ chứa dới cao trình 470(m) đều phần lớn

kết thúc ở cao trình > 470(m) ở khu vực phân thủy Các suối nhánh ở khuvực phân thủy có nớc xuất lộ ở cao trình > 475(m).

phức hệ Phu Sa Phìn Diện tích khai thác cấp B của mỏ đá IA khoảng

30.000ữ31.000(m2).Trữ lợng khai thác cấp B đến cao trình 380(m)khoảng 1,5ữ1,8 (triệu m3) Đá của mỏ đợc dùng làm cốt liệu bê tôngCVC Điều kiện khai thác vận chuyển thuận lợi Mỏ đợc dùng làm mỏ dựphòng

Bé (J1sb) đợc sử dụng để nghiên cứu làm phụ gia (puzolan) cho đập bê

tông đầm lăn Trữ lợng khai thác (tính đến cao trình 470m) khoảng 11(triệu m3).Cờng độ kháng nén của mẫu đá Rn=300ữ400(kg/cm2) phù hợp

đề nghiền thành bột đá nghiên cứu làm phụ gia cho bê tông đầm lăn

Điều kiện khai thác và vận chuyển thuận lợi

c Mỏ đá số 3

Nằm bên bờ phải sông Nậm Mu, độ dốc sờn đồi 40ữ45o, cách tuyến

đập II khoảng 1,5ữ2,0(km) về phía hạ lu Đá ở mỏ là đá bazan olivin hệtầng Suối Bé (J2sb) Phạm vi khảo sát mỏ có diện tích 100.000(m2), đợcchia làm 2 vùng khai thác

- Vùng I: Diện tích khoảng 30.000(m2), chiều dày bóc bỏ trung bình14,5(m) (min 9.0m; max 25.0m) Khối lợng bóc bỏ khoảng 0,5 (triệu m3).Trữ lợng khai thác đến cao trình 440(m) khoảng 3,4(triệu m3) Vùng I đợc

u tiên khai khác trớc

- Vùng II: Diện tích khoảng 70.000(m2), chiều dày bóc bỏ ≥ 18(m).Khối lợng bóc bỏ khoảng 1,3 (triệu m3), trữ lợng khai thác đến cao trình440(m) khoảng 3,4 (triệu m3)

Mỏ đợc kiến nghị là mỏ chính dùng để cung cấp đá xay xát và dămcho bê tông

d Mỏ đá số 4

Dự kiến bố trí trên sờn đồi bên bờ trái sông Nậm Mu có độ dốc 40ữ50o,

bề mặt địa hình bị phân cắt mạnh, nhiều đoạn tạo thành các thác đá cao

10ữ20(m) trên suối Chát, cách tuyến đập II khoảng 1,5ữ2,5(km) về phíathợng lu Đất đá trong mỏ đá là đá riolit của hệ tầng Văn Chấn Thảm

thực vật chủ yếu là cây thân nhỏ và ruộng nơng của dân địa phơng.Diệntích tìm kiếm dự kiến khoảng 100.000ữ200.000(m2) Khối lợng bóc bỏquá lớn, không có hiệu quả kinh tế.

về tuyến đập II từ 3-5 km Đất của các mỏ này là đất sét, á sét của hệtầng Mờng Trai, có tính chất cơ lý tơng tự mỏ số 1 Trữ lợng cấp Ckhoảng 0,5ữ0,8 (triệu m3)

3 Vật liệu cát cuội sỏi.

Các bãi cát phân bố dọc theo sông Hồng từ Lào Cai đến Bảo Hà phầnlớn là cát hạt nhỏ, về mùa ma thờng ngập dới mực nớc sông Các bãi cáttại cửa Ngòi Bo là cát hạt mịn đến trung, chất lợng đảm bảo cho bê tông,cần thiết khảo sát để tính trữ lợng Dọc theo Khe Lêch từ Bảo Hà đi VănBàn, Than Uyên phân bố các bãi cát nhỏ, chỉ đủ cho xây dựng dân dụngcủa địa phơng Các phơng án khai thác cát từ Sông Hồng đều khônghiệu quả kinh tế do vận chuyển đến công trình quá xa (100ữ150km) Do

đó kiến nghị xay đá bazan mỏ đá số 3 làm cát, dăm sử dụng làm cốt liệucho các loại bêtông CVC, RCC Các hạng mục thi công sớm có thể dùngcát tự nhiên lấy từ Ngòi Bo , cự li vận chuyển 140(km)

Chơng 3: điều kiện khí tợng thuỷ văn 3.1.Các đặc trng dòng chảy.

F

F Q

Q = (m3/s)

Trong đó :

-Fbc, Fkg là diện tích lu vực sông Nậm Mu tính đến tuyến thuỷ

điện L2 và diện tích lu vực khu giữa Bản Chát – Mù Căng Chải

-Qkg đợc tính từ lu lợng trạm Mù Căng Chải (Qmcc) và trạm BảnCủng (Qbc) bằng biểu thức cân bằng nớc đoan sông : Qkg = Qbc - Qmcc

Thống kê kết quả tính các đặc trng dòng chảy năm thuỷ văn tại

tuyến công trình

Thời kỳ tính Thông số dòng chảy năm Lu lợng bình quân năm ứng với p

% Qtb

(m3/s) Cv Cs (m3/s)Q10 (m3/s)Q50 (m3/s)Q90Năm thuỷ văn 117,1 0,15

1 Lu lợng đỉnh lũ thiết kế (Q maxp ).

Lu lợng lũ thiết kế tại tuyến thuỷ điện L2 đợc tính chuyển từ lu lợng ợng lũ thiết kế tại trạm thuỷ văn Bản Củng theo công thức:

l-) n 1 ( F

F pbc max p

n là hệ số biểu thị sự chiết giảm của mô đuyn đỉnh lũ theo diện tích

Qmaxp đợc tính theo phơng pháp thống kế dựa vào chuỗi số liệu lu ợng đỉnh lũ lớn nhất thời kỳ 1940, 1961-2004

Tuyến nghiên

cứu (mQ0.01%3/s) (mQ0,02%3/s) (mQ0,1%3/s) (mQ0,2%3/s) (mQ0,5%3/s) (mQ31%/s) (mQ35%/s) (mQ10%3/s)Bản Củng 21637 19120 14043 12052 10069 8614 5726 4654 (1- n) 0,544 0,552 0,567 0,582 0,579 0,586 0,607 0,618

3 Quá trình lũ thiết kế (Q - t) maxp

Quá trình lũ (Q- t)maxp tại các tuyến đập nghiên cứu đợc thu phóng từquá trình lũ đại biểu Trong chuỗi tài liệu thực đo từ 1961-2004 có các trận

lũ có đỉnh, lợng lớn là: VII- 1966, 1969 của trạm Bản Củng và lũ

VIII-2002 của trạm Tà Gia Qua tính toán điều tiết cho thấy quá trình lũ tínhtheo dạng lũ kép năm 1969 bất lợi hơn

3.1.3.Đặc trng dòng chảy bùn cát.

Theo số liệu đo phù sa tại trạm bản củng, độ đục trung bình nhiềunăm là 285,7(g/m3) Nếu coi độ đục phù sa lơ lửng trung bình tại cáctuyến công trình bằng độ đục phù sa lơ lửng trung bình hàng năm tạitrạm Bản Củng và bằng 285,7(g/m3) và tổng lợng phù sa di đáy lấy bằng40% tổng lợng phù sa lơ lửng Qua tính toán ngời ta đã xác định đợc tổnglợng phù sa bồi lắng hàng năm là : Wbl = 1,22.106 (m3/năm). 3.2 Đặc điểm khí hậu.

Là một lu vực nằm ở vùng núi cao bên sờn Tây Nam của dãy HoàngLiên Sơn nên khí hậu lu vực sông Nậm Mu vừa mang những nét chungcủa chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa, vừa có những đặc điểm riêng biệtcủa khí hậu vùng núi cao Trong năm khí hậu chia làm hai mùa: mùa

đông khô lạnh kéo dài từ tháng X đến tháng III, mùa hè nóng ẩm manhiều kéo dài từ tháng IV đến tháng IX Là lu vực nằm lân cận trung tâm

ma lớn Hoàng Liên Sơn và trong vùng ma lớn của lu vực sông Đà nên ợng ma trung bình năm của lu vực sông Nậm Mu lớn hơn hẳn

bình 12,7 14,4 17,8 20,7 22,3 22,8 22,7 22,5 21,4 19,3 15,9 12,9 18,8 Max 28,1 30,3 32,7 34,1 34,0 32,7 32,2 33,0 31,3 30,4 29,2 28,6 34,1 Min -2,0 2,0 2,9 7,4 11,2 12,2 14,3 15,5 11,0 7,9 2,8 -1,3 -2,0

Than Uyên Trung

bình 14,5 15,9 19,2 22,5 24,7 25,3 25,2 25,2 24,3 22,0 18,3 15,3 21,0 Max 30,8 34,2 35,8 36,9 37,3 35,6 36,2 35,3 35,1 33,2 32,4 30,0 37,3 Min -1,3 3,0 4,3 9,5 14,1 15,2 17,7 18,0 13,1 6,4 1,0 -1,5 -1,5

Độ ẩm không khí tơng đối trung bình tháng tại các trạm đại biểu

81,9 80,1 78,2 79,4 81,6 85,9 87,1 86,3 83,0 81,8 82,1 81,2 82,4

3.2.2 Chế độ gió.

Trong năm hớng gió thịnh hành chủ yếu là hớng Đông Bắc vào mùa

đông và Tây Nam vào mùa hè Tốc độ trung bình hàng tháng tại ThanUyên là (1ữ1,7)m/s, Mù Căng Chải là (1,5ữ2,6)m/s

Tần suất các hớng ứng gió trong năm tại trạm Than Uyên

Đơn vị:(%) Hớng Lặng

Trong năm phân ra làm hai mùa rõ rệt, mùa ma bắt đầu từ tháng VI vàkết thúc vào tháng X, mùa khô từ tháng XI đến tháng V năm sau Lợng

ma trong mùa ma chiếm khoảng (77ữ80)% lợng ma năm Ma lớn thờngxảy ra vào ba tháng VI, VII, VIII với lợng ma mỗi tháng đều lớn hơn300mm, tổng lợng ma ba tháng này chiếm (57ữ60)% tổng lợng ma năm.Lợng ma trong 7 tháng mùa khô chỉ chiếm (20ữ23)% tổng lợng ma năm,tháng có lợng ma nhỏ nhất năm là tháng XII, tháng I với lợng ma trungbình các tháng này không quá 45 mm

Lợng ma ngày lớn nhất đã quan trắc đợc ở Than Uyên là 192,4mm(1966), Sìn Hồ 188,2 mm (1969), Mù Căng Chải 228,6 mm (1992), BảnCủng 157,9 mm (1966), Tam Đờng 157mm

Lợng ma trung bình tháng tại các trạm đại biểu trên lu vực Nậm Mu

40,3 44,0 80,2 165 355 468 553 347 190 145 77,4 33,1 2499 Bình L

38,6 46,1 73,9 156 307 481 583 351 124 90,0 42,5 28,9 2322 Nậm Cuội

25,9 37,5 70,9 138 213 318 395 332 180 94,7 48,9 30,8 1884 Quỳnh Nhai

25,9 32,2 60,0 139 216 307 339 314 150 79,2 41,1 20,4 1724,8

Mù Căng

Chải 27,1 35,4 66,6 128 222 349 388 325 126 68,5 33,6 18,8 1791,6 Than Uyên

29,8 37,4 66,1 153 238 390 404 361 134 71,6 40,0 22,4 1945,4 Bản Củng

31,1 31,1 57,4 148 240 334 364 337 147 65,9 41,1 20,5 1816,1

Mêng Trai

24,7 19,9 67,4 170 252 387 404 500 143 66,9 45,7 19,9 2101 Mêng MÝt

20)mm 1 1 2 2 3 3 3 3 2 1 1 0 21 (20-

5 78,5 112 101 79,5 55,6 49,9 55,8 63,9 66,3 58,2 58,5 842,1 ZmÆt níc 76,9 97 138 124 98 68,5 61,4 68,7 78,6 81,6 71,7 72,0 1036 Tæn thÊt

∆ Z 39,2 49,2 70,4 63,3 49,8 34,9 31,3 35,0 40,1 41,6 36,5 36,7 589,1

Chơng 4: Tài liệu dân sinh kinh tế

Lào Cai là một tỉnh miền núi vùng cao, biên giới, thuộc vùng Đông BắcViệt Nam có vị trí đặc biệt quan trọng về an ninh, quốc phòng và quan

hệ kinh tế đối ngoại

+Phía Bắc giáp tỉnh Vân Nam Trung Quốc

+Phía Đông giáp tỉnh Hà Giang

+Phía Nam giáp tỉnh Yên Bái

+Phía Tây giáp tỉnh Sơn La và Lai Châu

Tổng diện tích tự nhiên 8049,54 (km2), bao gồm hai thị xã, tám huyệnvới 180 phờng xã - trong đó: 120 xã vùng cao có rất nhiều khó khăn Đếnnăm 1998 dân số trung bình toàn tỉnh khoảng 60,8 vạn ngời, mật độ 75ngời/km2 Trên địa bàn hiện có 27 dân tộc cùng sinh sống – trong đó:64,8% là dân tộc ít ngời Tổng số lao động của tỉnh: 266874 ngời, chiếm48% dân số Lao động kỹ thuật chỉ chiếm 8,2% lao động xã hội, lao

động nữ chiếm tỷ lệ 51,5% tổng số lao động của tỉnh

Hơn 80% dân số của tỉnh Lào Cai có nguồn kinh tế chủ yếu là Nông –Lâm Nghiệp Tổng GDP trên đầu ngời bình quân 107USD/ngời – năm Trình độ dân trí nói chung thấp, chỉ có 48,7% dân số từ 5 tuổi trở lênbiết đọc, biết viết Các cơ sở hạ tầng nh trờng học, trạm xá … còn rất ít

và nghèo nàn

Một điều đáng lu ý là có một bộ phận dân c không nhỏ còn đang ducanh du c hay định canh du c gây nhiều ảnh hởng xấu tới môi trờng, kinh

tế, xã hội Vì vậy, cần phải có kế hoạch xây dựng các công trình thuỷ lợi,thuỷ điện để cấp nớc cho nông nghiệp, sinh hoạt Xây dựng các cơ sở hạtầng khác để tập trung và ổn định đời sống nhân dân thì mới giải quyết đ-

ợc hiện tợng du canh du c hiện nay

Phần Ii: Tính toán Thuỷ năng

Chơng 1:những vấn đề chung 1.1 Các thông số chủ yếu.

Mục đích của tính toán thủy năng là từ tài liệu Thuỷ văn, khí tợng Thuỷvăn, địa hình, địa mạo khu vực xây dựng công trình, tình hình địa chất,

địa chất thuỷ văn, các đặc trng lòng hồ, tính toán để xác định các thông

- Điện lợng bình quân nhiều năm (Enn)

- Số giờ lợi dụng công suất lắp máy (h)

điện, công trình thuỷ công và các vấn đề có liên quan khác

1.2 Chọn tuyến đập và Phơng pháp khai thác thuỷ năng

D4 2418239,84 378665,75Trên cơ sở các tài liệu địa hình, địa chất tôi có một số nhận xét về cácphơng án tuyến công trình nh sau.

- Các phơng án tuyến đập đều có phần lòng sông hẹp, hai bờ có độdốc lớn, hình thái các phơng án tuyến đập không có sự khác biệt lớn Ph-

ơng án tuyến đập III do nằm cuối đoạn tuyến nên có địa hình ở khu vựchạ lu bờ phải thoải hơn đáng kể so với tuyến đập II

- Các phơng án tuyến đập nằm trong vùng phân bố của đá phun tràoriolit, chatxit, octophia hệ tầng văn chấn, riêng vai trái tuyến III có mộtphần nằm trong đá xâm thực granit hệ tầng phù sa phìn Bên bờ phảitầng phong hoá của hai tuyến khá dầy, đối với tuyến II là 10 ữ 30 (m), đốituyến III là 10 ữ 50 (m) Trên quan điểm địa chất công trình, về cơ bảnhai tuyến nh nhau, nhng tuyến III có bề rộng lòng sông lớn hơn, tầngphong hoá vai phải dầy hơn và do đó chiều dài tuyến lớn hơn đáng kể

- Do chênh lệch cao độ đáy sông giữa đầu và cuối đoạn tuyến không

đáng kể, cho nên với cùng MNDBT, chiều cao đập của các phơng ántuyến đập là không có sự khác biệt đáng kể Dung tích hồ chứa với cùngmực nớc xấp xỉ nhau, nên về mặt năng lợng các tuyến chênh lệch nhaukhông đáng kể

- Về điều kiện thi công, hai tuyến đều có hai bờ khá giống nhau, nênviệc bố trí các đờng thi công đến các cao trình về cơ bản nh nhau

Tóm lại, về điều kiện địa chất, thi công, năng lợng của cả hai tuyến làtơng tự nhau, nhng do tuyến III dài hơn, nên khối lợng thi công lớn hơn,tiến độ thi công chậm hơn Qua những phân tích trên tôi lựa chọn tuyến

II để tính toán

1.2.2 Chọn phơng thức khai thác thuỷ năng.

Căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất tuyến II của TTĐ L2 cho thấy

địa chất tại tuyến đập phù hợp với khả năng xây dựng đập cao để tạo cộtnớc, hơn nữa địa hình có khả năng tạo hồ chứa và khi tăng MNDBT thìkhông phải làm đập phụ Mặt khác, độ dốc đáy sông hạ lu tơng đối nhỏcho nên việc lợi dụng độ dốc lòng sông để tạo ra cột nớc địa hình làkhông kinh tế Vì vậy với TTĐ L2 tôi chọn phơng thức khai thác thủy năngkiểu đập và nhà máy thuỷ điện kiểu sau đập

1.3 Chọn mức bảo đảm tính toán.

1.3.1 Khái niệm về mức bảo đảm tính toán.

Trạm thuỷ điện luôn phụ thuộc vào tình hình nguồn nớc Trong điềukiện thuỷ văn thuận lợi, trạm làm việc bình thờng; gặp mùa rất kiệt, lu l-ợng rất nhỏ, công suất của trạm sẽ giảm; nếu lũ rất to, trạm kiểu đập cộtnớc thấp cũng có thể bị giảm công suất do chênh lệch mực nớc thợng hạ

th ờng binh việc làm gian Thời

ý nghĩa của biểu thức trên là trong suốt thời gian làm việc (vận hành),TTĐ sẽ đảm bảo cung cấp điện bình thờng trong P% tổng thời gian, còn(100-P)% thời gian không thể cung cấp đầy đủ công suất và điện lợng dotình hình thủy văn bất lợi

Khi ta chọn mức bảo đảm thấp thì công suất của TTĐ tăng, dẫn đếncông suất lắp máy của TNĐ giảm, làm cho tổng đầu t vào hệ thống giảmnhng thời gian phá hoại tăng, thiệt hại do mất điện lớn Do đó việc chọnmức bảo đảm tính toán phải thông qua phân tích kinh tế Việc phân tíchkinh tế gặp rất nhiều khó khăn, vì vậy để chọn mức bảo đảm tính toán taphải dựa trên các qui phạm hiện hành

Theo tiêu chuẩn TCXD VN 285:2002, cấp công trình đợc xác định nhsau:

- Cụm công trình đầu mối:

Đập đặt trên nền đá cứng, với chiều cao lớn nhất trên 100(m), cấpcông trình là cấp I Theo TCXD VN 285:2002, tần suất lu lợng, mực nớclớn nhất để tính toán thiết kế công trình chính là 0,1%, tần suất lũ kiểmtra là 0,02%

- Nhà máy thuỷ điện

Trạm thuỷ điện L 2 có công suất lắp máy khoảng 200MW, cấp côngtrình là cấp II, do đó theo TCXD VN 285:2002 ta có mức bảo đảm tínhtoán cho công trình là 90%

Chơng 2: xác định các thông số chủ yếu của trạm thuỷ điện 2.1 Xác định mực nớc dâng bình thờng.

2.1.1 Khái niệm (MNDBT).

MNDBT là một thông số quan trọng của TTĐ, đây là mực nớc caonhất trong hồ ứng với các điều kiện thuỷ văn và chế độ làm việc bình th-ờng nh đã tính toán Mực nớc dâng bình thờng có ảnh hởng quyết định

đến dung tích hồ chứa, cột nớc, lu lợng, điện lợng hàng năm của TTĐ Vềmặt công trình, nó quyết định đến chiều cao đập, quy mô công trình xảlũ

2.1.2 Các yếu tố ảnh hởng đến MNDBT.

1 Quan hệ giữa lợi ích với MNDBT.

Đối với các ngành lợi dụng tổng hợp khi MNDBT tăng thì Vhi tăng dẫn

đến lợi ích cho các ngành cấp nớc, phòng lũ, giao thông thuỷ và nuôitrồng thuỷ sản tăng

Đối với lợi ích về phát điện khi MNDBT tăng thì công suất của TTĐban đầu tăng nhanh, nhng khi MNDBT tăng đến một giới hạn nào đó thì

độ tăng công suất của TTĐ giảm mạnh vì khi đó lợng nớc sử dụng đểphát điện tăng không nhiều và vị trí của TTĐ chuyển dần xuống làm việcphần thân của biểu đồ phụ tải

2 Quan hệ giữa chi phí với MNDBT.

Khi MNDBT càng tăng thì vốn đầu t và chi phí hàng năm của TTĐcũng tăng nhanh vì:

- Khối lợng đập tăng nhanh

- Khi đập càng cao thì chi phí vào xử lý nền đập càng lớn

- Ngập lụt phía thợng lu tăng nhanh dẫn đến đền bù vào việc di dântái định c, môi trờng cũng tăng lên

Biểu đồ quan hệ giữa chi phí với MNDBT 2.1.3 Các bớc xác định MNDBT

- Xác định giới hạn trên MNDBTmax và giới hạn dới MNDBTmin củaMNDBT

MNDBTmax đợc xác định trên cơ sở phân tích điều kiện địa hình, địachất, môi trờng

MNDBTmin đợc xác định theo yêu cầu tối thiểu của các ngành LDTH

- Giả thiết các phơng án MNDBT trong giới hạn từMNDBTminữMNDBTmax

- Với mỗi phơng án MNDBT ta sẽ xác định đợc mực nớc chết, côngsuất tất yếu, công suất lắp máy tối u của TTĐ: MNC0 , Nty0 , Nlm0

- MNDBT đợc xác định trên cơ sở phân tích kinh tế, vì vậy ta phải xác

định đợc công trình thay thế hoặc giá của điện năng bảo đảm và điệnnăng thứ cấp

- Xác định đợc giá trị thu nhập ròng (ENPV) cho từng phơng ánMNDBT

i 1

c b

Trong đó :

B: thu nhập của công trình quy về thời điểm hiện tại Thời

điểm hiện tại có thể là lúc bắt đầu xây dựng công trình hoặc khi kết thúcviệc xây dựng công trình Trong phân tích kinh tế B chính là chi phí quy

về hiện tại của công trình thay thế hoặc là tổng giá trị kinh tế của điệnnăng bảo đảm và điện năng thứ cấp quy về hiện tại

C: chi phí trực tiếp vào việc xây dựng công trình quy về thời

điểm hiện tại

2.2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến MNC.

1 Quan hệ giữa lợi ích với MNC.

Đối với các ngành lợi dụng tổng hợp (LDTH): khi hct tăng thì Vhi tănglàm cho lợi ích của các ngành LDTH phía hạ lu tăng, đối với các ngànhLDTH phía thợng lu thì chỉ có ngành nuôi trồng thuỷ sản là có lợi, còn cácngành khác không có lợi

Đối với phát điện : ban đầu khi hct tăng thì điện năng bảo đảm tăng,nhng nếu tiếp tục tăng hct đến một giá trị nào đó thì điện năng bảo đảm

sẽ giảm Mặt khác, nếu dới TTĐ thiết kế có một số TTĐ nằm trong hệthống bậc thang thì độ sâu công tác của hồ trên càng lớn càng làm tăngsản lợng điện của các hồ dới

2 Quan hệ giữa chi phí với MNC.

Khi thay đổi hct thì vốn đầu t vào đập dâng, công trình xả lũ, di dân tái

định c … không thay đổi vì MNDBT = const, chỉ có phần vốn đầu t vàocửa lấy nớc, nhà máy, thiết bị, đờng ống … thay đổi, nhng thay đổi không

đáng kể so với tổng vốn đầu t vào công trình

2.2.3 Xác định MNC khi đã biết trớc MNDBT.

Qua sự phân tích trên, ta thấy phải phân tích tính toán kinh tế kỹ thuật

có xét tới mọi ảnh hởng của sự biến đổi độ sâu công tác ở trạm thiết kế

và các trạm trong hệ thống bậc thang để xác định độ sâu công tác có lợinhất Trong thiết kế sơ bộ, ta xác định hct có lợi nhất theo tiêu chuẩn điệnlợng bảo đảm lớn nhất

⇒ Wbc = 122.106 (m3)Tra quan hệ W = f(z) ta có cao trình bùn cát bồi lắng : Zbc = 409 (m).Theo điều kiện bồi lắng ta có :

hbl

ct = MNDBT – (Zbc + d1 + D + d2)Trong đó:

hbl - Độ sâu công tác cho phép theo điều kiện bồi lắng hồ chứa

d1- khoảng cách đảm bảo không cho bùn cát chảy vào đờng ống

d2 - khoảng cách đảm bảo không cho không khí lọt vào đờng ống

D - Chiều cao của cửa lấy nớc

Chọn sơ bộ : d1 = 3 (m) , d2 = 2 ( m )

Chiều cao cửa lấy nớc xác định theo công thức sau

cv

max T

V

Q 4 D

π

=

Trong đó : Vcv : vận tốc trong cửa lấy nớc , chọn Vcv = 0,7 (m)

QTmax : lu lợng lớn nhất chảy trong một đờng ống

Z

Q

Q TD max max

V

)

⇒ QTĐ max = 3.( 29,38 + 66

10 62 , 2 7

10 1721

) = 370 (m3/s)

⇒ 18 ( m )

7 , 0 2

370 4 V

Q 4 D

=

⇒ hbl = MNDBT –(Zbc + d1 + D + d2) = 475-(409+3+18+2) = 43(m).Vậy hct = Min(hTB

- Giả thiết các phơng án MNC là: 432;433;440 (m) Với các phơng án

đó ta thấy hệ số điều tiết dòng chảy [β>0,4], vì vậy hồ có khả năng điềutiết nhiều năm

- Tính toán điều tiết cho liệt năm thuỷ văn theo phơng pháp công suấtbằng hằng số ta đợc kết quả sau:

Công suất bảo đảm (Nbđ) là công suất bình quân thời đoạn tính toán

t-ơng ứng với mức bảo đảm tính toán của TTĐ Công suất bảo đảm là mộtthông số cơ bản của trạm thuỷ điện bởi khả năng phủ phụ tải của TTĐlớn 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 lợng trong hệ thống điện

Đối với: TTĐ điều tiết nhiều năm , thời đoạn tính toán là năm

TTĐ điều tiết mùa, thời đoạn tính toán là mùa kiệt

TTĐ điều tiết ngày hoặc không điều tiết, thời đoạn tính toán làngày

Giả thiết các giá trị Ngt khác nhau, tính toán thuỷ năng cho liệt năm vàduy trì công suất bằng công suất giả thiết, ứng với mỗi giá trị Ngt ta xác

định đợc tần suất p Giá trị Ngt nào có p=ptk thì đó là công suất bảo đảm

1 Nội dung của phơng pháp tính toán thuỷ năng theo công suất bằnghằng số (Mục này đợc trình bày trong phần chuyên đề Đồ án tốtnghiệp)

2 Kết quả tính toán:( đợc ghi ở phụ lục 1)

Với MNDBT=475(m), MNC=433(m) ta xác định đợc công suất bảo

i 1

c b

⇒ max

Nhng để xác định đợc B (lợi ích của TTĐ quy về thời điểm hiện tại) thìphải tiến hành cân bằng công suất trong hệ thống để xác định đợc côngsuất tất yếu của TTĐ (Nty) Từ Nty ta sẽ xác định đợc quy mô của côngtrình thay thế và toàn bộ chi phí trực tiếp vào công trình thay thế quy vềhiện tại(B=Ctt ) Đây là công việc rất phức tạp đòi hỏi nhiều tài liệu Vìvậy trong phạm vi đồ án tốt nghiệp tôi xác định công suất lắp máy theocác công thức kinh nghiệm:

+ Theo kinh nghiệm thiết kế: Nlm = (2 ữ 5).Nbđ

Tuỳ vào khả năng điều tiết của hồ chứa, hình dáng của biểu đồ phụtải, vị trí làm việc của TTĐ mà ta chọn hệ số cho thích hợp

+ Theo kinh nghiệm thiết kế và vận hành của các TTĐ trong hệ thống:thì số giờ lợi dụng công suất lắp (hld) thờng lấy bằng (3500 h ữ 5000 h)

N

E h

Căn cứ vào bảng kết quả trên ta chọn Nlm=200(MW), khi đó Enn

=760931(MW.h) và số giờ lợi dụng công suất lắp máy là hld = 3804 (h)

2.5 Xác định các cột nớc đặc trng

2.5.1 Xác định các cột nớc tính toán

1 Khái niệm (H tt ):

Cột nớc tính toán là cột nớc nhỏ nhất mà ở đó TTĐ vẫn phát đợc côngsuất lắp máy

2 Các yếu tố ảnh hởng đến việc chọn cột nớc tính toán

điện Vì vậy khi xác định cột nớc tính toán cần xem xét đến vấn đề này

- Về mặt thiết bị: Nếu cột nớc tính toán nhỏ thì thiết bị lớn, dẫn tới nhàmáy phải lớn, tăng tiền đầu t vào thiết bị và nhà máy

28 , 3861481 N

H N

2.5.2 Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ.

1 Xây dựng quan hệ (Q&H) khi MNTL=MNDBT

Sơ bộ chọn số tổ máy của TTĐ là Z= 2 tổ máy Công suất tối thiểu củamột tổ máy là: Nmin=50%.Nlm/z = 50(MW).

200000 H

k

b Xác định lu lợng chảy qua turbin khi Hx <Htt:

Lu lợng chảy qua tuốc bin khi Hx < Htt đợc xác định gần đúng nh sau:

Qx=

tt

x tt

H

H Q

Trong đó : Hx : cột nớc phát điện của TTĐ (Hx<Htt)

Qx : lu lợng phát điện ứng với Hx khi TTĐ làm việc vớicông suất lớn nhất có thể

Htt : cột nớc phát điện tính toán của TTĐ

Qtt : lu lợng phát điện ứng với Htt khi TTĐ làm việc với côngsuất lớn nhất có thể

14 Sè giê sö dông c«ng suÊt l¾p h 3804

PhÇn III: lùa chän thiÕt bÞ cho nhµ m¸y thuû ®iÖn

• Lu lợng lớn nhất qua TTĐ : Qmax = 266 (m3/s).

Thực chất của việc lựa chọn số tổ máy chính là việc tính toán kinh tếchọn công suất lắp máy (Nlm) cho nên cần xem xét các yếu tố sau:

1.1.1.Các yếu tố ảnh hởng đến số tổ máy của TTĐ

1.Về mặt kỹ thuật.

Trong quá trình làm việc của TTĐ các tổ máy có thể bị sự cố Để đảmbảo an toàn cung cấp điện thì trong hệ thống đã có một phần công suấtgọi là công suất dự trữ sự cố của hệ thống Do đó ta phải chọn số tổ máytối thiểu của TTĐ sao cho công suất của một tổ máy (Ntm) phải nhỏ hơnhoặc bằng công suất dự trữ sự cố của hệ thống Có nh vậy khi tổ máynày hỏng thì hệ thống vẫn an toàn cung cấp điện Trong hệ thống màTTĐ L2 làm việc đã lắp đặt những tổ máy có công suất rất lớn (Hoà Bình :

240 MW) Vì vậy về mặt kỹ thuật TTĐ L2 luôn đảm bảo

2 Về mặt năng lợng.

Turbin phù hợp với các thông số của TTĐ

L2 là turbin tâm trục Với turbin tâm trục thì

có ηmax cao, nhng vùng có hiệu suất cao lại

hẹp Cho nên muốn hiệu suất bình quân của

TTĐ cao thì nên chọn nhiều tổ máy Hơn

nữa khi chọn số tổ máy nhiều thì phạm vi

điều chỉnh công suất (NminữNmax) sẽ rộng

hơn

3 Về mặt quản lý vận hành

Khi số tổ máy ít thì việc quản lý vận hành thuận lợi hơn so với phơng

án số tổ máy nhiều

4 Vốn đầu t vào thiết bị và xây dựng công trình.

Nếu chọn số tổ máy nhiều thì vốn đầu t vào thiết bị và công trình sẽtăng vì:

-Turbin và máy phát có công suất nhỏ thì giá thành đơn vị của nó lớnhơn

- Các thiết bị phụ kèm theo ( điều tốc, đờng ống áp lực, cửa van, cửanớc vào ) và các thiết bị cơ điện nhiều lên =>vốn đầu t tăng lên

Với tình hình thực tế nớc ta thờng cha có điều kiện sản xuất thiết bịtrong nớc mà phải nhập thiết bị từ nớc ngoài Vì vậy nên cố gắng chọn Zsao cho các thiết bị đã có sẵn trong Catalog, trong trờng hợp đặc biệtkhông chọn đợc thì ta phải thiết kế và đặt chế tạo riêng Nh vậy sẽ rất tốnkém và làm tăng thêm vốn đầu t cho công trình

1.1.2.Các phơng án số tổ máy

Từ những phân tích ở trên tôi đa ra ba phơng án số tổ máy có khảnăng để so sánh và chọn phơng án tối u

• Phơng án 1 nhà máy thuỷ điện có 2 tổ máy

• Phơng án 2 nhà máy thuỷ điện có 3 tổ máy

• Phơng án 3 nhà máy thuỷ điện có 4 tổ máy

Sở dĩ ở đây không đa ra phơng án Z=1(tổ máy) vì TTĐ L2 là trạm đầutiên của bậc thang cho nên khi nó bị sự cố và khi sửa chữa sẽ làm giảmsản lợng điện không những của bản thân nó mà còn của cả hệ thống

Từ yêu cầu công suất mỗi phơng án tiến hành tính toán chọn thiết bị

cụ thể là chọn Turbin và máy phát Sau đó sơ bộ đánh giá về kĩ thuật,kinh tế và chọn phơng án hợp lý cho trạm thuỷ điện

ηmf - hiệu suất của máy phát ( 0,96 ữ 0,98), sơ bộ chọn ηmf =0,97

Nlm - công suất lắp máy của TTĐ L2, Nlm = 200 (MW)

Z- số tổ máy của TTĐ

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

n-ớc Hmax =106,9(m) đến Hmin =64(m) tra hình: (8-1) “Biểu đồ phạm vi sử

dụng của các kiểu Turbin” (Trang 133 - Giáo trình turbin thuỷ lực Trờng

Đại Học Thuỷ Lợi) ta đợc kiểu turbin có ký hiệu PO115/697 cho cả baphơng án

1 Xác định đờng kính bánh xe công tác ( D 1 ).

Đối với turbin tâm trục, D1 là đờng kính lớn nhất cửa vào của BXCT Nó

đợc tính theo công thức:

tt tt tt 1 tt

tb tt

1

H H ' Q 81 , 9

N D

η

=

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)

Q1tt’- lu lợng dẫn suất của turbin thực tại điểm tính toán (Sơ bộchọn Q1tt’= Q1M’)

Q’1M, ηM- lần lợt là lu lợng dẫn suất, hiệu suất của turbin mẫu tại

điểm tính toán, nó chính là giao điểm giữa đờng n’1Mtt (số vòng quay dẫnsuất của turbin mẫu tại điểm tính toán)với đờng hạn chế công suất 5%

n’10 – số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm có hiệu suấtlớn nhất: n’10 = 67 (v/ph)

96 = 70,5 (v/ph)

Dựa vào đờng đặc tính tổng hợp chính của turbin PO115/697 ta tìm

đ-ợc điểm tính toán của turbin mẫu thuộc đờng hạn chế công suất 5% là:

Q’1M = 1,120 (m3/s), ηM = 89,2 (%)Thay số vào công thức ta đợc đờng kính D1tt sau đó ta chọn theo đờngkính tiêu chuẩn (bảng (5-5) giáo trình turbin thuỷ lực) ta đợc D1tc( m)

2 Xác định số vòng quay đồng bộ (n).

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

ntt =

tc 1 bq

' tu 1

D

H n

Trong đó:

Hbq- cột nớc bình quân gia quyền, Hbq = 96,2 (m )

D1tc - đờng kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác.

max T

η η

M 1 max M max

D ).

1 (

3 Xác định số vòng quay lồng của turbin (n l ).

Là số vòng quay đột biến của BXCT, nó xảy ra khi mômen lực chuyển

động của rôto tổ máy (Mđ) lớn hơn mômen cản chuyển động rôto máyphát (Mc) Trong quá trình vận hành TTĐ, vì một lý do nào đó cần phải

đóng cánh hớng nớc mà bộ phận hớng nớc cha kịp đóng thì số vòngquay của turbin tăng lên đột ngột trong thời gian ngắn, nó sẽ đạt tới trị sốcực đại nào đó gọi là số vòng quay lồng tốc (nl)

tc 1

max 1 l

D

H ' n

n =

Trong đó: n’1l- số vòng quay lồng quy dẫn turbin PO-115/697 tra bảng(8-2) GT-TBTL (n’1l = 132 v/ph)

4 Kiểm tra lại các thông số của turbin

a Xác định lại điểm tính toán

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

(v/ph) H

.D n n'

tt

1tc tc tt

! =

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

' 1

' tt 1

' Mtt

n = − Δ

• Lu lợng dẫn suất tại điểm tính toán của Turbin mẫu:

tt tt

2 tc 1 tt

tb Mtt

1

H H D 81 , 9

N '

b Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin

Khi cột nớc làm việc của turbin dao động từ (Hmax ữ Hmin) thì vùng làmviệc của turbin sẽ đợc giới hạn bởi hai đờng nằm ngang n’1MHmin vàn’1MHmax trên đờng ĐTTHC

(v/f) H

.D n n'

max

1tc tc 1THmax = ⇒n '1MHmax = n '1THmax− Δ n '1 (v/ph)

v/f) ( H

.D n n'

mint

1tc tc 1THmin = ⇒ n ' 1 MH min = n ' 1 TH min − Δ n ' 1(v/ph)

Sau khi tính đợc n’1MHmin và n’1MHmax ta đa lên đờng đặc tính tổng hợpchính để kiểm tra xem vùng làm việc của turbin có nằm trong vùng hiệusuất cao không Từ đó ta quyết định chọn D1tcvà ntc cho các phơng án

1.2.2 Xác định chiều cao hút (H S )

Độ cao hút HS là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nớc hạ lu đến

điểm có áp lực nhỏ nhất Với turbin tâm trục ngời ta quy ớc điểm này nằm

ở mặt dới bộ phận hớng nớc Sơ bộ có thể xác định HS theo công thứcsau

Hs = 10 -

900

∇ - (σM+).Htt

Trong đó:

• σM - Hệ số khí thực của turbin mẫu tra trên đờng ĐTTHC với

điểm tính toán (n’1M tt , Q’1M tt) của từng phơng án số tổ máy

• ∇ - Cao trình lắp máy so với mặt biển, sơ bộ lấy ∇ = Zhl Caotrình mực nớc hạ lu ( Zhl) tơng ứng với lu lợng tháo xuống hạ lu là (Qt m)

• ∆σ - Độ điều chỉnh hệ số khí thực do có sự sai khác giữaturbin thực và turbin mẫu, tra trên hình (7- 4) giáo trình “turbin thuỷ lực”ứng với Htt = 87 m ta đợc ∆σ = 0,02

Trong thực tế khi công suất và cột nớc của turbin thay đổi thì các đại ợng quy dẫn Q’1, n’1 sẽ thay đổi và do đó hệ số khí thực cũng thay đổitheo Bởi thế, chiều cao hút Hs cũng phụ thuộc vào công suất và cột nớclàm việc của turbin Mặt khác, cột nớc của TTĐ lại phụ thuộc vào sự dao

l-động của MNTL, MNHL Do đó muốn chọn Hs hợp lý cần phải xét các tổhợp mực nớc và cột nớc khác nhau, từ đó tính ra trị số Hs cho phép vớimỗi tổ hợp nói trên, sau đó chọn ra Hs cho phép hợp lý nhất Nhng làm

nh vậy rất phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều thời gian, vì vậy trong bớc chọn

sơ bộ này tôi chỉ tính cho tổ hợp tổ máy làm việc với công suất định mức

và cột nớc là cột nớc tính toán (tổ hợp này thờng là tổ hợp bất lợi nhất)

1.2.3 Xác định cao trình lắp máy (∇lm ).

Cao trình lắp máy (∇lm) là cao trình lắp turbin, đối với turbin tâm trục,trục đứng nó là cao trình đi qua trung tâm cánh hớng nớc Đây là caotrình quan trọng của nhà máy thuỷ điện vì nó là cơ sở để xác định cáccao trình khác

100

v/ph

1

, ; n

78%

88%

σ=0,1σ=0,10 1 σ=0,12σ=0,13σ=0,14σ=0,15 σ=0,17

1.Khái niệm: Máy phát là một thiết bị động lực của nhà máy thuỷ

điện, dùng để biến cơ năng ở trục turbin thành điện năng ở đầu ra củamáy phát

2 Chọn máy phát theo các bảng tra.

• Công suất định mức của máy phát: Nmf = NTB .mf =

Z

Nlm

• Công suất toàn phần của một máy phát là: Smf = CosNmfϕ

Trong đó: Cos là hệ số tác dụng của công suất định mức.

Kết quả tính toán cho các phơng án

Căn cứ vào số vòng quay đồng bộ của máy phát, công suất thiết kếcủa máy phát và dựa vào tài liệu chọn thiết bị ta chọn đợc các loại máyphát cho từng phơng án nh sau:

• Phơng án 2 tổ máy chọn loại máy phát CB-835/180-36

• Phơng án 3 tổ máy chọn loại máy phát CB-650/220-28

• Phơng án 4 tổ máy chọn loại máy phát CB-550/200-24

Các thông số kỹ thuật của các máy tra đợc trong bảng tra

Phơng án Nmf.103(KW) Smf.103(KVA) n(v/f)

3 Hiệu chỉnh, kiểm tra máy phát đã chọn.

Vậy không phải hiệu chỉnh máy phát đã chọn

• Kiểm tra tốc độ quay lồng của máy phát (v p ).

Để đảm bảo cho ổ trục của máy phát và Turbin không bị pháhỏng khi tổ máy xẩy ra hiện tợng quay lồng tốc thì vận tốc quay lồng củamáy phát phải thoả mãn điều kiện sau:

ω (m/s)

Trong đó:

Di - đờng kính trong của Stato máy phát Di = 7,55 (m)

ω - vận tốc quay của trục máy phát:

2



Đờngkínhtrong Di(m)

Vp =

2

D 1

ω =

2

55 , 7 7 ,

39 = 149,7 (m/s)Kiểm tra thấy Vp = 149,7 (m/s) < 160 (m/s), vậy máy phát chọn thoảmãn điều kiện về tốc độ quay lồng Do đó tôi chọn máy phát tra đợctrong bảng tra (CB-835/180-36) là máy phát cho TTĐ L2 trong trờng hợpTTĐ có hai tổ máy

, a

7 , 66 220 'la= = (cm) ; chọn l’a =210 (cm)

• Kiểm tra tốc độ quay lồng của máy phát (v p ).

60

14 , 3 x n 60

2

ω =

2

9 , 5 6 ,

44 = 131,5 (m/s)Kiểm tra thấy Vp = 131,5 (m/s) < 160 (m/s), vậy máy phát chọn thoảmãn điều kiện về tốc độ quay lồng

Sau khi hiệu chỉnh và kiểm tra ta xác định đợc máy phát cho TTĐ L2

trong trờng hợp này là : CB-650/210-28

c Phơng án 3 (số tổ máy Z=4 ). CB-550/200-24.

• Hiệu chỉnh

Ta thấy : n=n’ ; N=N’

Vậy không phải hiệu chỉnh máy phát đã chọn

• Kiểm tra tốc độ quay lồng của máy phát (v p ).

60

14 , 3 2 n 60

2

ω =

2

9 , 4 15 ,

57 = 140 (m/s)