CÔNG TRÌNH TRẠM THỦY điện

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 của máy phát.. Trong đó: N mf ,[ ]N mf - tương ứng là công suất máy p

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG TRÌNH TRẠM THỦY ĐIỆN

PHẦN 1 : CÁC TÀI LIỆU CHO TRƯỚC

1.Tài liệu thủy năng:

Công suất lắp máy: NLm = 80 (MW)

Cột nước tính toán: Htt = 24,6 (m)

Cột nước lớn nhất: Hmax = 29.3 (m)

Cột nước nhỏ nhất: Hmin = 22,4 (m)

Cột nước bình quân: Hbq = 25,89 (m)

Lưu lượng lớn nhất qua TTĐ: Qmax = 463,86 (m3/s)

Mực nước hạ lưu lớn nhất: Zhlmax = 98,4(m)

PHẦN 2 :CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN

2 Sơ bộ chọn máy phát điện (MF)

2.1 Khái niệm chung.

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 của máy phát

Hình thức kết cấu, kích thước của máy phát có ảnh hưởng rất lớn đến kíchthước, kết cấu, bố trí và điều kiện vận hành của TTĐ Vì vậy chọn máy phát phảiđảm bảo được cả điều kiện kinh tế và kỹ thuật

- Về kinh tế:

Do điều kiện nước ta chưa sản xuất được máy phát mà phải nhập từ nướcngoài, do vậy việc chọn máy phát phải căn cứ vào mẫu ở nơi sản xuất, chọn phảiđảm bảo đồng bộ, sản xuất hàng loạt, giá thành rẻ Trong trường hợp đặc biệt khôngchọn được thì ta phải thiết kế theo các công thức kinh nghiệm

có thể xem gần bằng đường kính trong của stator) giữ nguyên và hiệu chỉnh lạichiều cao lõi thép từ la theo tỷ lệ với công suất:

[ ] [ ] i [ ]i

mf

D D

N la

Trong đó: N mf ,[ ]N mf - tương ứng là công suất máy phát thiết kế và công suấtmáy phát có sẵn trong bảng tra; l a,[ ]l a : - tương ứng là chiều cao lõi thép từ củarotor máy phát thiết kế và máy phát có sẵn trong bảng tra.

Trong trường hợp máy phát thiết kế không thoả mãn các điều kiện tượng tự nêntrên thì cũng có thể sử dụng các công thức kinh nghiệm sản xuất của các công trình

đã xây dựng để xác định các kích thước cơ bản của máy phát và trong các giai đoạntiếp theo sẽ chính xác hoá theo các điều kiện công nghệ cho từng công trình cụ thể

2.2 Chọn phương pháp xác định các thông số của máy phát.

Công suất định mức của máy phát:

Nmf = Ntb ηmf =

Z

Nlm ηmf =26,67(MW)Công suất toàn phần của máy phát là:

Căn cứ vào số vòng quay đồng bộ của máy phát, công suất thiết kế (Nmf)

của máy phát Tra tài liệu chọn thiết bị điện ta không tìm được kiểu máy phát phù

hợp nên ta phải thiết kế máy phát cho trạm thuỷ điện:

Trình tự thiết kế

- Xác định công suất tính toán:

So= k Smf = 1.08*33,33 = 35,99 MVA

Trong đó k = 1,08 là hệ số phụ thuộc cosϕ, tra ở bảng 1-1 trang 225 GT CTT.

- Công suất trên mỗi cực của máy phát:

- Chiều dài cung tròn vành bố trí cực Roto:

τ∗ = × A S∗ = 0,529 0,64 × = 0, 474 mTrong đó A,α được xác định theo bảng 1-2 trang 227 GTCTT với hình thứclàm mát nước

- Đường kính Rôto được xác định theo công thức:

nπk

+n0: Số vòng quay tiêu chuẩn n0=115,4 (vg/ph)

0 P

P i

nπk

Từ hai điều kiện trên ta lấy Di = 9 m = 900 cm

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

S O=33,33(MVA) ,công suất tính toán.

R=18.8, y=0.18 ,tra bảng 1-2 với phương thức làm mát bằng nước

- Mặt khác phải thỏa mãn điều kiện: la/τ*=(1,5÷4) ⇒ la= (0,67÷ 1,96)

Theo tiêu chuẩn đã cho sẵn ta lấy la = 1,75 m = 175 cm

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

i a

D 900

5,14

l =175 = >5 => Máy phát kiểu ô.

2.3 Các kích thước của máy phát.

a) Đường kính trục tuabin

- Đường kính ngoài trục turbin:

3 3

d =(12 14) N /n÷ =(12 14) 26670/115,4÷ = (73,64 -85,904) cm Chọn dv = 85 cm

- Đường kính trong trục turbin:

4 4

- Đường kính ngoài lõi thép từ: Da = Di + (0,5÷0,9m) = 900 + 50 = 950 cm

- Chiều cao máy phát : hst = la + 75 = 175 + 75 = 250 cm

- Khoảng cách từ mặt trên giá chữ thập dưới đến mặt dưới stato máy phát:

- Chiều dày máy làm mát: t = 0,35 m

- Khoảng cách đi lại: b =0,5 m

PHẦN 3: CHỌN THIẾT BỊ DẪN VÀ THOÁT NƯỚC

3.1 Buồng xoắn

3.1.1 Khái niệm.

Buồng xoắn turbin là phần nối liền công trình dẫn nước của nhà máy thuỷ điệnvới turbin, buồng turbin được 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 bộphận hướng nước

Buồng xoắn là bộ phận dẫn nước ngoài cùng của turbin với mục đích:

- Dẫn dòng nước từ đường ống áp lực vào BXCT của turbin

- Dẫn nước qua cơ cấu hướng nước với tổn thất thuỷ lực nhỏ nhất

- Có thể dẫn được toàn bộ lưu lượng nước vào trong BXCT của turbin và chịutoàn bộ áp lực nước ở trước turbin

- Phân bố đều lượng nước chảy vào các cơ cấu hướng nước để đảm bảo lực tácdụng lên cơ cấu hướng nước xung quanh BXCT của turbin là đều nhau, tức làkhông có sự tác động lệch tâm

- Trước khi chảy vào BXCT của turbin thì dòng nước phải có độ vòng nhấtđịnh để đảm bảo trong những trạng thái công tác nào đó (trạng thái công tác tối ưu)không xẩy ra lực xung kích ở cửa vào của BXCT

- Dễ nối tiếp với đường ống áp lực, thuận tiện cho việc bố trí turbin và các thiết

bị phụ trợ khác

Kích thước và hình dạng buồng xoắn ảnh hưởng tới tổn thất năng lượng trongbuồng xoắn và các phần qua nước tiếp theo Mặt khác kích thước buồng xoắn quyếtđịnh kích thước khối turbin và quyết định kích thước phần dưới nước nhà máy Vìvậy kích thước và hình dạng buồng xoắn không những ảnh hưởng tới tổn thất thuỷlực, đến việc bố trí thiết bị như máy điều tốc trong gian máy mà còn ảnh hưởng trựctiếp tới giá thành xây dựng nhà máy

3.1.2 Chọn kiểu buồng turbin.

Tuỳ theo cột nước, công suất của trạm thuỷ điện mà chọn kiểu buồng turbin.Với trạm thuỷ điện có cột nước Hmin÷Hmax = 22,4 ÷ 29,3 m công suất của một tổmáy là Ntm = 26,67 (MW), trong phạm vi của hình sử dụng kiểu turbin giáo trình

“Turbin thuỷ lực” tra được buồng xoắn bê tông tiết diện đa giác

3.1.3 Các thông số cơ bản của buồng xoắn

Góc bao ϕmax của buồng xoắn

Phương án buồng xoắn lợi nhất được lựa chọn trên cơ sở xác định kết quả thínghiệm mô hình bánh xe công tác đã chọn với các kiểu buồng xoắn khác nhau Khitính toán kích thước buồng xoắn thường sử dụng kết quả nghiên cứu bằng thựcnghiệm và kinh nghiệm thiết kế nhà máy thuỷ điện Đối với TTĐ có cột nướcHmin÷Hmax = 22,4 ÷ 29,3 m nên chọn góc bao ϕmax=225 o

3.1.4 Các bước xác định kích thước mặt bằng buồng xoắn.

Các bước xác định kích thước mặt bằng buồng xoắn

Xác định các thông số ban đầu:

+ Chọn hình dạng tiết diện buồng xoắn: Ta chọn buồng xoắn có tiết diện kiểutrần bằng để có thể giảm thể tích khối bê tông phần dưới nước của nhà máy, rútngắn khoảng cách giữa các trục tổ máy và dễ bố trí động cơ tiếp lực

+ Kích thước buồng xoắn: Với turbin CQ30/587 có D1 = 5 m (tra bảng 5.5GTTB thủy lực trang 101) ta có:

D1(m) Do(m) Zo(cánh) Db(m) Da(m) D4(m) R(m) h1(m) h2(m)

a

bcv

cv = ÷ , ta chọn: 1,6

a

bcv

+ Vận tốc tại dòng chảy cửa vào được xác định theo công thức kinh nghiệm: Vcv = kx Htt

Trong đó:

ϕmax- Góc bao lớn nhất của buồng xoắn ϕmax = 225 0

Qtt - lưu lượng lớn nhất chảy qua turbin max

2

) b

r r

cvr b(r) Q

⇒ K

∫

=

cv b

r

r

cvr b(r)

Q

96,643,314 29,16

• Xác định các giá trị của các tiết diện tiếp theo:

+ Chọn quy luật thay đổi của các tiết diện tiếp theo: Ta chọn quy luật thay đổi

vị trí các tiết diện tiếp theo là quy luật đường thẳng

rki = ra + mi.tgγ = 3,885 + mi.tg(15o)

Fi = ai.bi – mi.(ri – ra)

r b(r) dr b ln bln r cotgγln m

∫

∫

3.2.Thiết bị thoát nước cho nhà máy

3.2.1 Khái niệm và công dụng ống hút.

1.a Khái niệm.

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

1.b Công dụng của buồng hút.

Tháo nước từ trong bánh xe công tác xuống hạ lưu với tổn thất năng lượng nhỏnhất

Sử dụng cột nước hình học nếu bánh xe công tác của turbin bố trí ở trên mứcnước hạ lưu

Thu hồi một phần lớn cột nước động năng dòng nước chảy ra khỏi BXCT.1.c Chọn ống hút cho trạm thuỷ điện Nậm Lúc

Với loại turbin CQ30/587, buồng xoắn đã chọn, ta căn cứ vào Bảng 3 và Bảng

6-5 Giáo trình Turbin thuỷ lực- ĐHTL ta chọn được ống hút loại ống hút cong loại 4Cvới các kích thước như sau:

Các kích thước cơ bản của ống hút

L? P MÁY

Hình ảnh minh họa buồng xoắn và ống hút

PHẦN 4: CHỌN SƠ ĐỒ ĐẤU ĐIỆN, THIẾT BỊ NÂNG HẠ

4.1 Sơ đồ đấu điện chính.

4.1.1 Khái niệm

Sơ đồ đấu điện chính là bản vẽ mà trên đó các thiết bị điện như máy biến áp,dao cách ly, máy cắt, được vẽ theo ký hiệu và nối với nhau theo đúng trình tựthiết kế

4.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến việc chọn sơ đồ đấu điện chính và các yêu cầu khi thiết kế sơ đồ đấu điện chính.

- Các nhân tố ảnh hưởng:

+ Vai trò của nhà máy trong hệ thống điện

+ Các cấp điện áp nhà máy liên hệ

+ Số lượng máy biến áp , các loại máy biến áp

+ An toàn cho người và thiết bị

+ Kinh tế : Chi phí đầu tư và vận hành là nhỏ nhất

Các thông số ban đầu để chọn ra phương án sơ đồ:

- Công suất lắp máy: 80 MW

- Số tổ máy: 3 tổ máy

Cấp điện áp máy phát: 10,5 (KV)

4.1.3 Chọn sơ đồ đấu điện chính.

3.a Các sơ đồ thường dùng:

- Sơ đồ đấu bộ:

+ Sơ đồ đấu điện như sau: Mỗi tổ máy đấu trực tiếp với một máy biến áp(MBA), MBA đấu với đường dây cao thế Mỗi mạch có một MBA và một dao cáchly

Hình 3.6: Sơ đồ đấu bộ

+ Ưu điểm: MBA có kích thước và khối lượng nhỏ nên chi phí vận chuyển vàlắp đặt giảm Các MBA làm việc độc lập, không cần kiểm tra quá tải sự cố Sơ đồđấu điện (SĐĐĐ) đơn giản, số lượng dao cắt không lớn

+ Nhược điểm: Số lượng MBA nhiều, khả năng xẩy ra sự cố cao,khi một mách

bị sự cố thì máy phát ở mạch đó ngừng hoạt động Không phát huy đươc khả năngquá tải của MBA

MCDCL

Hình 3.7: Sơ đồ đấu bộ mở rộng

+ Ưu điểm: Số MBA ít, sơ đồ đấu điện đơn giản

+ Nhược điểm: Không an toàn ( khi một MBA bị sự cố thì hai máy phát ngừnglàm việc) Kích thước và khối lượng MBA lớn Số lượng dao cách ly nhiều Khôngphát huy được khả năng quá tải của MBA

- Sơ đồ hệ thống thanh góp:

+ Sơ đồ đấu điện như sau: Tất cả các máy phát điện được đấu vào cặp thanhgóp ở cấp điện áp máy phát, các MBA chính cũng được đấu vào cặp thanh góp thứhai và đưa vào hệ thống điện Tuỳ theo tính chất của hộ dùng điện mà thanh góp cóthể là thanh góp đơn hoặc kép, có phân đoạn hoặc không phân đoạn

F1

MCMC

3.b Chọn sơ đồ đấu điện chính cho TTĐ

Đối với TTĐ này ta thấy chọn sơ đồ đấu bộ là sơ đồ đấu điện chính là hợp lýnhất bởi vì: Số lượng tổ máy của TTĐ ít nên khi ta chọn sơ đồ đấu bộ thì số lượngthiết bị cũng không nhiều, SĐĐĐ đơn giản

4.2.Chọn máy biến áp cho TTĐ

4.2.1 Công dụng của máy biến áp.

Máy biến áp là thiết bị điện từ tính, nó có tác dụng biến đổi điện áp từ cấp nàysang cấp khác có cùng tần số để phục vụ cho quá trình truyền tải và phân phối điệnnăng (không biến đổi công suất)

MCF1

~

MCMC

Sau khi điện năng được sản suất ra tại đầu ra của máy phát, để có thể truyền đi

sử dụng cho các phụ tải ở các vùng điện áp khác nhau ta phải dùng MBA để có thểtăng hoặc giảm điện áp để phù hợp với nhu cầu dùng điện

4.2.2 Chọn MBA chính cho TTĐ

Công suất tự dùng nhà máy thường được lấy bằng (0.2÷3)% công suất toànphần của nhà máy Để an toàn cho việc cung cấp điện cho nhà máy điện tự dùng củaTTĐ được lấy đồng thời từ 3 tổ máy MBA được chọn trên cơ sở tổng công suấtMBA chọn phù hợp với tổng công suất nhà máy sau khi trừ đi phần công suất tựdùng của nhà máy

Công suất biểu kiến của một máy phát là

Nmf - công suất định mức của một máy phát Nmf = 26,67(MW)

cosϕ - hệ số công suất cosϕ = 0.8Tổng công suất biểu kiến của các máy phát:

∑Smf = Z.Smf = 3*33,33 = 99,99 (MVA)

Công suất điện tự dùng của nhà máy thuỷ điện:

∑Stự dùng = (0.2 ÷ 3)% ∑Smf = (0.2 ÷ 3)%*99,99 = (0.19998 ÷ 2,9997) (MVA).Chọn: ∑Stự dùng = 1(MVA)

Tổng công suất định mức yêu cầu chuyển lên lưới điện là (∑Syc):

Bảng 3.10: Các thông số của MBA chính

Trọng lượng(T)

Máy biến áp TPДH là loại máy biến áp do Liên Xô cũ sản suất, công suất địnhmức được quy định theo điều kiện nhiệt độ tại nơi sản xuất Nhiệt độ trung bìnhtrong năm tại nơi sản xuất là: Ttbsx = 5oC Nhiệt độ lớn nhất trong năm tại nơi sảnxuất là: Tmaxsx = 35oC.

Khi đem máy biến áp đó sử dụng cho TTĐ do điều kiện khí hậu tại Việt Namkhác so với điều kiện nhiệt độ ở Liên Xô cho nên ta phải hiệu chỉnh về công suấtcho phù hợp với điều kiện nhiệt độ tại nơi đặt máy biến áp

Nhiệt độ trung bình trong năm tại TTĐ là: Ttbsd = 23.5oC Nhiệt độ lớn nhấttrong năm tại TTĐ là: Tmaxsd = 38.3oC

Hiệu chỉnh theo nhiệt độ trung bình

S’mba =Smba_chọn

(1-100

tbsx tbsd T

) = 40*(1

-100

55

23 −

) = 32,6 (MVA)Hiệu chỉnh theo nhiệt độ lớn nhất

S’’ mba = S’mba.(1-

100

max maxsd T sx

) = 32,6*(1-

100

353

38 −

) = 31,52 (MVA)Kiểm tra điều kiện quá tải bình thường cho MBA chọn

Đối với MBA đặt trong nhà thì hệ số quá tải bình thường cho phép là [kqt]=1.2.Đối với MBA đặt ngoài trời thì hệ số quá tải bình thường cho phép là [kqt]=1.3.Máy biến áp của TTĐ này đặt ngoài trời, làm việc với hệ số quá tải

kqt=

,,

31,5232,99

4.3 Chọn thiết bị nâng chuyển cho TTĐ

Trong nhà máy thủy điện do các thiết bị động lực máy phát điện, BXCT của

turbin có trọng lượng rất lớn Trong quá trình lắp ráp, sửa chữa, thay thế cần di

chuyển các thiết bị này, vì vậy ta phải lắp ráp cầu trục để phục phụ yêu cầu này

Việc chọn cầu trục dựa vào sức nâng của cầu trục Cầu trục chọn có sức nâng

phải lớn hơn trọng lượng của thiết bị có trọng lượng lớn nhất kể cả tải trọng động

Trong nhà máy thủy điện các thiết bị có trọng lượng lớn nhất bao gồm: rotor máy

phát điện có kèm trục, BXCT và trục turbin, máy biến áp chính

Đối với TTĐ này tôi đã tính được các thông số sau: trọng lượng rotor máy phát

điện có kèm theo trục: Grotor = 354,375(tấn); BXCT và trục turbin: GBXCT = 304,

5(tấn); trọng lượng MBA chính không kể dầu: GMBA = 91,2 – 27 = 64,2 (tấn)

Vậy vật cẩu nặng nhất là rotor máy phát điện có kèm theo trục Khi tính thêm

tải trọng động: Gy/c = Kđ.Grotor= 1.1*354,375 = 389,8 (tấn)

Dựa và tài liệu chọn cầu trục trong “Hướng dẫn đồ án Nhà máy thủy điện – ĐH

Xây Dựng, tôi chọn loại cầu trục như bảng Như vậy, sức nâng của cầu trục lớn hơn

trọng lượng của vật cẩu nặng nhất Cầu trục đã chọn đảm bảo điều kiện làm việc an

toàn Các thông số của cầu trục như dưới đây:

750 0

275 0 707

Hình 3.10: Kích thước cầu trục

B

l L

H

l l

l 1

3 2 k

PHẦN V: NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG

1 Khái niệm chung:

Nhà máy thuỷ điện (NMTĐ) là công trình thuỷ công trong đó bố trí các thiết bịđộng lực (turbin, máy phát điện) và các hệ thống thiết bị phụ phục vụ cho sự làmviệc bình thường của các thiết bị chính nhằm biến năng lượng của dòng nước thànhđiện năng cung cấp cho các hộ dùng điện Có thể nói đây là một xưởng sản xuấtđiện năng của công trình thuỷ điện NMTĐ có hai phần: phần dưới nước và phầntrên khô

* Yêu cầu đối với thiết kế, bố trí thiết bị của nhà máy:

+ Tất cả các thiết bị bố trí trong nhà máy phải đảm bảo cho vận hành dễ dàng,

an toàn và tiện lợi khi có nhu cầu thay thế sửa chữa

+ Các thiết bị phụ bố trí tận dụng không gian trong nhà máy, không làm tăngkích thước nhà máy

+ Nhà máy phải có kết cấu đơn giản, giá thành rẻ, thi công nhanh, đảm bảo ổnđịnh trong mọi điều kiện

2 Vị trí nhà máy, loại nhà máy:

2.1 Vị trí nhà máy:

Chọn vị trí bố trí nhà máy cần căn cứ loại đập đã chọn và các điều kiện địahình, địa chất để chọn Trong phần thuỷ công, ta đã bố trí phần nhà máy thuỷ điện ởphần lòng sông phía bờ phải (nhìn từ thượng lưu), ngay sau đập

2.2 Loại nhà máy:

Các loại nhà máy bao gồm:

• Nhà máy thuỷ điện ngang đập: Được xây dựng trong các sơ đồ khai thácthuỷ năng kiểu đập với cột nước không quá 35 ÷ 40 m Bản thân nhà máy là mộtphần công trình dâng nước, nó thay thế cho một phần đập dâng Cửa lấy nước cũng

là thành phần cấu tạo của bản thân nhà máy Do vị trí nhà máy nằm trong lòng sôngnên loại nhà máy này còn được gọi là nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông

• Nhà máy thuỷ điện sau đập: Được bố trí ngay sau đập dâng nước Khi cộtnước cao hơn 35 ÷ 40 m thì bản thân nhà máy vì lý do ổn định công trình không thể