Hướng dẫn đồ án thủy điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN THỦY ĐIỆN VÀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS TRỊNH QUỐC CÔNG ( Chủ biên ) HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN THỦY ĐIỆN HÀ NỘI - 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN THỦY ĐIỆN VÀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS TRỊNH QUỐC CÔNG ( Chủ biên ) HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN THỦY ĐIỆN HÀ NỘI - 2017 LỜI NÓI ĐẦU Cuốn “Hướng dẫn đồ án thủy điện” xuất nhằm phục vụ cho sinh viên chun ngành Thủy điện cơng trình lượng hệ quy tài liệu tham khảo cho sinh việc chuyên ngành khác thuộc ngành kỹ thuật cơng trình thủy Cuốn sách biên soạn sở tài liệu hướng dẫn, giáo trình chun mơn dùng nội trước đây, đồng thời có tham khảo tài liệu liên quan nước từ thực tế thiết kế, giảng dạy, hướng dẫn đồ án cho môn học liên quan đến chun ngành kỹ thuật cơng trình thủy điện Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập môn đồ án thuộc chuyên ngành Thủy điện công trình lượng, nội dung sách chia làm phần: - Phần 1: Thủy Phần 2: Lựa chọn thiết bị thủy điện Phần 3: Thiết kế cơng trình tuyến lượng Phần 4: Thiết kế nhà máy thủy điện Cuốn sách thầy giáo TS Trịnh Quốc Cơng, TS Hồng Cơng Tuấn, TS Phan Trần Hồng Long, ThS Lê Ngọc Sơn, TS Nguyễn Đức Nghĩa biên soạn thảo luận thông qua môn Thủy điện lượng tái tạo, Trường Đại học Thủy lợi Trong trình biên soạn, tác giả nhận ủng hộ, góp ý thiết thực quý báu PGS.TS Hồ Sĩ Dự đồng nghiệp môn Thủy điện Năng lượng tái tạo Mặc dù tác giả có nhiều cố gằng khơng tránh khỏi sai sót Tập thể tác giả mong nhận góp ý, nhận xét đồng nghiệp, sinh viên bạn đọc quan tâm để lần tái sau sách hoàn thiện CÁC TÁC GIẢ i MỤC LỤC PHẦN THỦY NĂNG 1 TÀI LIỆU TÍNH TỐN U CẦU TÍNH TỐN .1 NỘI DUNG TÍNH TỐN 3.1 Lựa chọn tuyến cơng trình sơ đồ khai thác thủy .2 3.2 Lựa chọn mực nước dâng bình thường cấp thiết kế .2 3.3 Lựa chọn mực nước chết hình thức điều tiết 3.4 Xác định thông số lượng TTĐ .7 3.5 Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc TTĐ, xác định cột nước đặc trưng 17 PHẦN LỰA CHỌN THIẾT BỊ THỦY ĐIỆN 24 Yêu cầu tính tốn .24 Các tài liệu phục vụ thiết kế .24 Nội dung tính tốn, lựa chọn 24 3.1 Chọn số tổ máy cho trạm thủy điện 24 3.2 Lựa chọn loại tuabin 24 3.3 Xác định thông số tuabin phản kích 24 3.4 Xác định thông số tuabin xung kích gáo 31 3.5 Tính tốn xác định kích thước buồng xoắn 32 3.6 Lựa chọn thiết bị thoát nước ( ống hút) 38 3.7 Lựa chọn thiết bị điều chỉnh 39 3.8 Lựa chọn máy phát điện 41 3.9 Tính tốn lựa chọn sơ đồ đấu điện máy biến áp 44 3.10 Lựa chọn thiết bị nâng chuyển 46 PHẦN THIẾT KẾ CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN TUYẾN NĂNG LƯỢNG 49 TÀI LIỆU THIẾT KẾ 49 YÊU CẦU 49 ii 2.1 Tính tốn thiết kế hạng mục cơng trình cho sơ đồ tuyến cơng trình sử dụng kênh dẫn, bể áp lực, đường ống áp lực 49 2.2 Tính tốn thiết kế hạng mục cơng trình cho sơ đồ tuyến cơng trình sử dụng hầm có áp, tháp điều áp, đường ống áp lực .49 HƯỚNG DẪN TÍNH TỐN .50 3.1 Tính tốn thiết kế hạng mục cơng trình cho sơ đồ tuyến cơng trình sử dụng kênh dẫn, bể áp lực, đường ống áp lực 50 3.2 Tính tốn thiết kế hạng mục cơng trình cho sơ đồ tuyến cơng trình sử dụng hầm có áp, tháp điều áp, đường ống áp lực .58 3.3 Tính tốn vẽ biểu đồ phân bố áp lực nước va 66 PHẦN THIẾT KẾ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 72 TÀI LIỆU 72 YÊU CẦU 72 2.1 Thuyết minh tính tốn 72 2.2 Bản vẽ 72 HƯỚNG DẪN 72 3.1 Tính tốn xác định kích thước mặt cao trình chủ yếu phần nước NMTĐ 72 3.2 Tính tốn xác định kích thước mặt cao trình chủ yếu phần nước NMTĐ 76 3.3 Tính toán kiểm tra ổn định nhà máy 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Mức đảm bảo phục vụ cơng trình thủy điện Bảng 1.2 Bảng tính tốn xác định hct có lợi Bảng 1.3 Bảng tính thủy xác định Nbđ Bảng 1.4 Bảng tính tốn xác định cơng suất bảo đảm 10 Bảng 1.5 Bảng tính thủy cho năm thủy văn 11 Bảng 1.6 Bảng tính thủy theo đường trì lưu lượng 14 Bảng 1.7 Bảng tính xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc TTĐ Ztl = MNDBT Ztl = MNC .17 Bảng 1.8 Bảng tính xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc TTĐ N = Nmin .18 Bảng 1.9 Bảng tính xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc TTĐ N = Nmax .18 Bảng 1.10 Bảng tính xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc TTĐ theo điều kiện hạn chế Tuabin 19 Bảng 2.1 Góc bao υmax kiểu tuabin .33 Bảng 2.2 Góc bao υmax tỷ số bo/D1 .33 Bảng 2.3 Bảng quan hệ diện tích tiết diện buồng xoắn bê tơng với R 35 Bảng 2.4 Bảng tính buồng xoắn kim loại 38 Bảng 2.5 Bảng tra hệ số điều chỉnh công suất 42 Bảng 2.6 Bảng tra hệ số tính kích thước máy phát .43 Bảng 3.1 Bảng tính tổng chi phí tính tốn năm phần xây dựng biết độ dốc kênh i 51 Bảng 3.2 Xác định lực tác dụng 56 Bảng 3.3 Bảng tính tổn thất lượng (với phương án D) .62 Bảng 3.4 Tính tốn đường kính kinh tế hầm 62 Bảng 3.6 Mô đun đàn hồi loại vật liệu chất lỏng 67 Bảng 4.1 Các tải trọng tổ hợp tải trọng 80 Bảng 4.2 Hệ số phân bố lực theo độ sâu 83 Bảng 4.3 Tính tốn ổn định ứng suất 86 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Hình minh họa mực nước hồ chứa .3 Hình 1.2 Đồ thị quan hệ hct~E Hình 1.3 Biểu đồ phạm vi làm việc trạm thủy điện (khi chưa kể đến tổn thất) 20 Hình 1.4 Quan hệ tổn thất cột nước với trường hợp phương thức cấp nước liên hợp 21 Hình 1.5 Quan hệ tổn thất cột nước với trường hợp phương thức cấp nước độc lập21 Hình 1.6 Biểu đồ phạm vi làm việc trạm thủy điện xét đến tổn thất cột nước với phương thức cấp nước độc lập .21 Hình 2.1 Phạm vi làm việc tuabin cánh quay .28 Hình 2.2 Phạm vi làm việc tuabin tâm trục 29 Hình 2.3 Phạm vi làm việc tuabin gáo K600/461 32 Hình 2.4 Phạm vi ứng dụng loại buồng tuabin 33 Hình 2.5 Quan hệ cột nước tính tốn lưu tốc .35 Hình 2.6 Tính tốn buồng xoắn bê tơng 36 Hình 2.7 Mặt buồng xoắn bê tông 37 Hình 2.8 Các sơ đồ đấu điện 44 Hình 3.1 Mặt cắt dọc mặt bể áp lực .52 Hình 3.2 Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên mố cố định .56 Hình 3.3 Mặt cắt mặt cửa lấy nước có áp 59 Hình 3.4 Sơ đồ tính tốn ngưỡng cửa lấy nước 60 Hình 3.5 Sơ đồ dao động mực nước tháp điều áp 64 Hình 3.6 Biểu đồ phạm vi làm việc trạm thủy điện 66 Hình 3.7 Sơ đồ tính tốn nước va đường ống phức tạp 70 Hình 4.1 Mặt nhà máy 73 Hình 4.2 Mặt cắt ngang nhà máy thủy điện 74 Hình 4.3 Sơ đồ mặt trượt tính tốn 78 Hình 4.4 Sơ đồ tính tốn ổn định nhà máy thủy điện .79 Hình 4.5 Sơ đồ tính tốn áp lực sóng 82 Hình 4.6 Sơ đồ phân bố áp lực nước tăng thêm có động đất 84 v DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT B m BĐĐP Chiều rộng đáy móng nhà máy Biểu đồ điều phối C VND D m Đường kính Da m Đường kính ngồi vành bệ Db m Đường kính vành bệ DCLN m Đường kính cửa lấy nước Dhầm m Đường kính đường hầm Do m Đường kính vịng trịn qua trục cánh hướng nước D1 m Đường kính tiêu chuẩn bánh xe cơng tác D1M m Đường kính tiêu chuẩn bánh xe công tác mẫu D1T m Đường kính tiêu chuẩn bánh xe cơng tác thực D2 m Đường kính lớn cửa cánh bánh xe cơng tác Dống m Đường kính đường ống E kG.cm-2 Chi phí Mơ đun đàn hồi Emk triệu KWh Điện lượng mùa kiệt Eml triệu KWh Điện lượng mùa lũ Eo triệu KWh Điện lượng năm trung bình nhiều năm Etháng triệu KWh Điện lượng tháng Ebđ triệu KWh Điện bảo đảm F m2 Diện tích mặt trượt Ftb km2 Diện tích trung bình mặt thống hồ chứa thủy điện FCLN m2 Diện tích cửa lấy nước vi Các đường đặc tính kích thước tua bin mơ hình: Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ10/592 Đường đặc tính tổng hợp tua binCQ20/661 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ20/510 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ30/587 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ60/15A Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ60/642 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ80/642 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT45/123 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT75/702 10 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT115/697 11 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT170/638 12 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT170/741 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ10/592 Đường đặc tính tổng hợp tua binCQ20/661 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ20/510 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ30/587 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ60/15A Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ60/642 Đường đặc tính tổng hợp tua bin CQ80/642 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT45/123 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT75/702 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT115/697 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT170/638 Đường đặc tính tổng hợp tua bin TT170/741 ...TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BỘ MÔN THỦY ĐIỆN VÀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TS TRỊNH QUỐC CÔNG ( Chủ biên ) HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN THỦY ĐIỆN HÀ NỘI - 2017 LỜI NÓI ĐẦU Cuốn ? ?Hướng dẫn đồ án thủy điện? ?? xuất nhằm... máy không 30MW VN hưởng chế độ ưu đãi phát điện bán điện theo giá chi phí tránh Theo trạm thủy điện nhỏ ( N30MW) phép phát điện khơng hạn chế giá bán điện tính theo khung cao điểm, thấp điểm,... máy thủy điện 74 Hình 4.3 Sơ đồ mặt trượt tính tốn 78 Hình 4.4 Sơ đồ tính tốn ổn định nhà máy thủy điện .79 Hình 4.5 Sơ đồ tính tốn áp lực sóng 82 Hình 4.6 Sơ đồ