Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình

Ngành ta đào tạo kỹ sư điện thiết kế, vận hành mạng hệ thống điện,nhà máy điện và thuỷ điện, ta phải tự thiết kế thi công các nhà máy điện.Người kỹ sư vận hành điện ở nhà máy thuỷ điện n

lời Mở đầu

Chóng ta được biết rằng: Có thể sử dụng nhiều nguồn năng lượngkhác nhau để phát điện Trong đó năng lượng truyền thống như: Than, dầu,khí đốt, hạt nhân, thuỷ năng được coi là các dạng năng lượng cơ bản, cònnăng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thuỷ chiều và năng lượng

thuỷ chiều cực nhỏ là những dạng năng lượng mới Với các nhà máy

nhiệt điện, người ta sử dụng nhiên liệu là than đá, dầu hơi đốt

Nhà máy thuỷ điện lợi dụng năng lượng dòng chảy (bao gồm cảđộng năng và thế năng) Người ta còn xây dựng nhà máy điện bằng cáchkhai thác năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời

Ở nước ta có 3 nguồn năng lượng chính đã được khai thác là than,dầu khí, và năng lượng các lòng sông, suối lớn Còn các nguồn năng lượngkhác nh: Năng lượng hạt nhân, gió, thuỷ chiều, sóng biển, mặt trời đangđược nghiên cứu sử dụng

Trong các nhà máy điện kể trên, thì phổ biến nhất là nhà máy thuỷđiện và nhiệt điện Mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng

Nhà máy thuỷ điện gồm hàng loạt các ưu điểm sau :

- Hiệu suất nhà máy thuỷ điện có thể đạt được rất cao so với nhà máynhiệt điện

- Thiết bị đơn giản, dễ tự động hoá và có khả năng điều khiển từ xa

- Ýt sự cố và cần Ýt người vận hành

- Có khả năng làm việc ở phần tải thay đổi

- Thời gian mở máy và dừng máy ngắn

- Không làm ô nhiễm môi trường

Mặt khác, nếu khai thác thuỷ năng tổng hợp, kết hợp với tưới tiêu,giao thông và phát điện thì giá thành điện sẽ giảm xuống, giải quyết vấn đềtriệt để của thuỷ lợi và môi trường sinh thái của một vùng rộng lớn quanhđó

Vốn đầu tư xây dừng nhà máy thuỷ điện đòi hỏi lớn hơn so với xâydựng nhà máy nhiệt điện Nhưng giá thành 1 KWh của thuỷ điện rẻ hơnnhiều so với nhiệt điện, nên tính kinh tế vẫn là tối ưu hơn Tuy nhiên, người

ta cũng không thể khai thác nguồn năng lượng này bằng bất cứ giá nào.Xây dựng công trình thuỷ điện thực chất là thực hiện một sự chuyển đổiđiều kiện tài nguyên và môi trường

Sự chuyển đổi này có thể tạo ra một điều kiện mới, gía trị mới sửdụng cho các lợi Ých kinh tế xã hội nhưng cũng có thể gây ra những tổnthất về xã hội và môi trường mà chúng ta khó có thể đánh giá hết được Người ta chỉ khai thác thuỷ năng tại các vị trí công trình cho phép vềđiều kiện kỹ thuật, có hiệu quả kinh tế sau khi đã so sánh giữa lợi Ých vàtổn thất

Đối với những thành phố và khu công nghiệp lớn phải kết hợp nhiềunhà máy nhiệt điện, điện nguyên tử và thuỷ điện Chúng cần làm việc đồng

bộ sao cho đạt hiệu quả cao nhất

Ở nước ta năng lượng của các dòng chảy trong sông, suối (thuỷnăng) rất phong phú, đứng hàng thứ 22 trên thế giới về tiềm năng thuỷđiện Nguồn năng lượng này được phân bố khắp đất nước

Nhà nước và chính phủ đã có những sự đầu tư phát triển hệ thốngthủy điện nh một số nhà máy lớn : Tuyên Quang, Sơn La, Hòa Bình … Một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng là tần sốcủa lưới điện, tần số và sự suy giảm tần số của lưới nó phản ánh sự cungcấp năng lượng đủ hay thiếu của hệ thống Trong hệ thống các nhà máyđiện phải luôn luôn đảm bảo cung cấp đủ công suất cho tất cả các phụ tảicủa hệ thống và có dự phòng, đảm bảo tần số lưới dao động 49.5-50.5 Hz

Ở lưới điện Việt Nam, tần số lưới điện bình thường là 50 Hz Việcgiữ tần số ổn định cho lưới điện là một vấn đề quan trọng, vì nó giữ ổn địnhcho mạng điện quốc gia Khi tần số suy giảm dẫn đến giao động công suất

trong khu vực làm mất ổn định hệ thống và hệ thống sẽ tan rã nếu không xử

lý kịp thời

Thông qua việc điều khiển tốc độ quay tuabin ta có thể điều chỉnhtần số và phân bố công suất của máy phát từ đó có thể điều chỉnh tần số củalưới điện và phân bố công suất của tổ máy sao cho chi phí vận hành là nhỏnhất Do vậy sau khi tìm hiểu về nhà máy thủy điện, được sự giúp đỡ tậntình của thầy giáo TS Nguyễn Văn Hòa và các thầy cô trong bộ môn ĐiềuKhiển Tự Động, cùng với sự chỉ bảo dẫn dắt của các cô chú trong nhà máythủy điện Hòa Bình, chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp:

“Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ quay của tuabin trong nhà máy thủy điện Hòa Bình ”

Bản đồ án này gồm các chương:

Chương 1 : Tổng quát chung nhà máy thuỷ điện.

Chương 2 : Kết cấu của các thành phần cơ khí trong nhà máy thủy điện

và tạo mọi điều kiện trong học tập và nghiên cứu tại trường Đặc biệt chânthành cảm ơn thầy giáo TS.Nguyễn Văn Hòa đã nhận hướng dẫn và giúp

đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện nhiệm vụ của đồ án và chúng

em còng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các cô chú, các kỹ sư …tạiPhân xưởng Tự động - Nhà máy thủy điện Hòa Bình

chương 1: tổng quát chung nhà máy thuỷ điện.

1.1 Tổng quan về năng lượng điện và vai trò của nhà máy thủy điện.

Năng lượng điện hay còn gọi là điện năng, là dạng năng lượng thứcấp được tạo ra từ nhiều nguồn năng lượng thứ cấp khác nhau như nhiệtnăng (dầu, khí đốt, than, năng lượng phóng xạ, năng lượng mặt trời…),thủy năng (sông, suối, sóng biển, thủy chiều…), năng lượng gió… Đây làloại năng lượng đóng vai trò quan trọng và được sử dụng trên khắp thế giớitrong nhiều lĩnh vực của cuộc sống ngày nay như công nghiệp, nôngnghiệp, giao thông, sinh hoạt …

Việc sử dụng dạng năng lượng khác để biến thành điện năng của mỗinước là tùy vào tình hình tài nguyên và đường nối phát triển của nước đó Thuỷ năng là một dạng năng lượng tái tạo được Đây là đặc tính ưuviệt nhất của nguồn năng lượng này, các nguồn năng lượng khác nh :Nguyên tử, than, dầu … không thể tái tạo được Trong quá trình biến đổinăng lượng, chỉ có thuỷ năng sau khi biến đổi thành cơ năng và nhiệt nănglại được tái tạo thành dạng thủy năng, còn các dạng năng lượng khác trongquá trình biến đổi không tự tái tạo trong tự nhiên Con người sử dụngnguồn thuỷ năng để phục vụ cho đời sống và sản xuất, đặc biệt là để phátđiện

Tuỳ theo điều kiện từng nước mà tỷ lệ phát triển các loại nhà máyđiện có khác nhau Theo số liệu năm 1978 thì nhìn chung trên toàn thế giớinăng lượng của thuỷ điện chiếm khoảng 1/3 tổng sản lượng điện năng.Trong khi các nguồn khai thác than đã hơn 40 % thì các nguồn thuỷ năngmới khai thác hơn 1,5 % (Điều đó không nói lên rằng sau này thuỷ điện sẽphát triển mạnh)

Theo thống kê năm 1978: Ở Châu âu tỷ lệ thuỷ điện chiếm khoảng34% tổng sản lượng điện năng Ở Liên Xô 19,8 %, Mỹ 18,6 %, Canada 95

%, Phần Lan 91,6 %, Triều Tiên 95-98 %, Na Uy 99 %, Thụy sỹ 99,5 %trái lại ở nhiều nước châu Á và Châu Phi tuy nguồn thuỷ năng rất phongphú nhưng tỷ lệ chưa đáng kể chính vì sự kìm hãm của chủ nghĩa đế quốc

Ví dụ ở nước ta: Thời kỳ Pháp thuộc hầu như không để lại một thuỷđiện nào đáng kể, trong thời gian chiến tranh ta chủ trương phát triển cácthủy điện nhỏ ở các vùng miền núi như : Lạng Sơn, Quảng Ninh, Sơn La,Lai Châu, giải quyết được ánh sáng, cơ sở xay xát, chế biến nhỏ, ở ThanhHoá có thuỷ điện Bàn Thạch gồm 3x320 KW=960 KW, lợi dụng bậc núiNông Giang

Thuỷ điện Thác Bà bị bom đạn tàn phá nặng nề, sau này đã khôiphục

được xong cả 3 tổ máy 3x36=108 MW, ở miền Nam có thuỷ điện Đa

Nhim, kiểu kênh dẫn, lợi dụng độ chênh mực nước giữa hai consông, công suất 160 MW

Hiện nay, trữ năng lý thuyết của thuỷ điện trên cả nước ước tính

270-300 tỷ KWh/năm, với công suất khoảng 32.106 KW Nhưng trữ năng thuỷ

điện kỹ thuật (tiềm năng kinh tế) chỉ có khoảng 80 tỷ KWh, Với công suấtlắp máy 17.438 MW Tiềm năng kinh tế kỹ thuật thuỷ điện nhỏ khoảng 60

tỷ KWh/năm, với công suất lý thuyết 10.000 MW

Miền bắc nước ta có 1069 con sông lớn nhỏ, công suất thuỷ năngước lượng 6

13, 68.10 KW với trữ lượng điện hàng năm trên 120 tỷ KWh,khả năng xây dựng thuỷ điện ở các con sông chính sau :

- Sông Cả khoảng 34 vạn KW

- Sông Đà khoảng 254 vạn KW

- Sông Mã khoảng 25 vạn KW

- Sông Thao khoảng 52 vạn KW

- Sông Thái Bình khoảng 3,2 vạn KW

- Các hệ thống Nông Giang khoảng 3 vạn KW

Theo tính toán nếu xây dựng thuỷ điện được 4,8 triệu KW thuỷ điệnthì hàng năm sẽ thu được độ 9

20.10 KWh, tiết kiệm được khoảng 6

20.10

tấn than đá

Thấy được lợi thế này cùng với sự giúp đỡ của Liên Xô và các điềukiện kỹ thuật cho phép, nước ta đã tiến hành điều tra khảo sát và xây dựngthành công nhà máy Thuỷ điện Sông Đà với công suất đợt đầu khoảng 1,6triệu KW gồm 8x200 MW, sau đó công suất có thể lên tới 3,2 triệu KW(Hiện nay công suất nhà máy đạt 1.92 triệu KW) Xây dựng công trình nàynhằm sử dụng tổng hợp trong đó chống lũ là vấn đề cấp bách Công trìnhnày có thể làm hạ mực nước ở Hà Nội trong mùa lũ xuống 1,4 m

Đầu tư về thuỷ điện của nước ta không quá lớn nh các nước khác Ta

có thể tự lực xây dựng thuỷ điện: Đầu tư cho thiết bị khoảng 30%, còn lạicác công trình khác có thể tự lực được

Ngành thuỷ điện nước ta mở ra một triển vọng vô cùng to lớn, đòihỏi một số lượng rất lớn các cán bộ thiết kế, thi công, vận hành rất giỏi, đủsức thăm dò giải quyết những vấn đề kỹ thuật do hoàn cảnh đất nước ta đề

ra, phải biết áp dụng những kỹ thuật tiến triển nhất vào trong lĩnh vực này Ngành ta đào tạo kỹ sư điện thiết kế, vận hành mạng hệ thống điện,nhà máy điện và thuỷ điện, ta phải tự thiết kế thi công các nhà máy điện.Người kỹ sư vận hành điện ở nhà máy thuỷ điện ngoài những kiến thứctổng quát cần biết (công trình và thiết bị thuỷ lực) mà cần hiểu sâu về điềutiết hồ chứa để vận hành được tốt Đây là một lĩnh vực nhiều lý thuyết khácnhau

1.2 Vấn đề tự động hóa trong nhà máy thủy điện

Hình 1.1 Sơ đồ điều khiển của nhà máy thuỷ điên

Cấu trúc toàn bộ hệ thống có các bộ điều khiển vận hành trực tiếp trên các

bộ phận riêng rẽ Trong mỗi tổ máy phát gồm các bộ phận điều khiển độnglực đầu tiên và các bộ điều khiển kích từ Phần động lực đầu tiên bao gồmtuabin và hệ thống thủy lực, do vậy các bộ điều khiển động lực đầu tiênliên quan tới việc điều chỉnh tốc độ và điều khiển các biến số của hệ thốngcung cấp năng lượng Chức năng của điều khiển kích từ là điều chỉnh điện

áp máy phát và công suất phản kháng Công suất phát mong muốn của các

tổ máy phát đơn lẻ được xác định bởi các quá trình điều khiển phát điệncủa hệ thống

Mục đích đầu tiên của điều khiển phát điện hệ thống là cân bằngtổng công suất phát của hệ thống với phụ tải hệ thống và các tổn thất, vìvậy tần số và công suất trao đổi với các hệ xung quanh được duy trì

Điều khiển truyền tải bao gồm các thiết bị điều khiển điện áp vàcông suất, nh các bộ bù phản kháng tĩnh, các bộ bù đồng bộ, các cuộn cảm

và điện dung chuyển mạch Điều khiển các máy biến áp dịch pha và truyềntải dòng một chiều điện áp cao (HVDC)

Các quá trình điều khiển đã mô tả ở trên góp phần cho sự thỏa mãnvận hành của hệ thống bằng cách duy trì điện áp và tần số hệ thống và cácbiến hệ thống khác trong giới hạn cho phép của chúng

Các đối tượng điều khiển phụ thuộc vào trạng thái vận hành của hệthống Với các trạng thái bình thường, đối tượng điều khiển vận hành cóhiệu quả khi tần số và điện áp điều khiển gần với giá trị danh định

Hình 1.2 Sơ đồ xác định năng lượng dòng chảy trên đoạn sông

Theo phương trình Becnuli ta có năng lượng riêng tại từng mặt cắt:

2 2

Công suất nước của dòng chảy trên đoạn sông là: NQH

Để sử dụng năng lượng của đoạn sông thì phải tập trung năng lượngdòng nước phân bố trên đoạn sông đó tại một chỗ, tạo độ chênh mực nướcthượng và hạ lưu, nghĩa là phải tạo nên cột áp

1.3.2 Sơ đồ nhà máy thủy điện:

Nhà máy thủy điện là một tổ hợp phức tạp, sử dụng năng lượng củasông suối, để sản xuất điện năng bao gồm 3 tuyến :

- Tuyến áp lực (tuyến đầu mối)

- Tuyến năng lượng

- Tuyến hạ lưu

Hình 1.3 Sơ đồ các tuyến của nhà máy thủy điện

 Các thiết bị chính trong nhà máy thủy điện.

Nhµ m¸y : + ThiÕt bÞ c¬ khÝ : ChÝnh : Tuabin cho tõng tæ m¸y Phô : (c¸c thiÕt bÞ kh¸c)

+ ThiÕt bÞ ®iÖn kü thuËt

Tæ m¸y Tuabin + Tuabin, c¸nh híng … + Bé ®iÒu tèc

M¸y ph¸t + M¸y ph¸t + HÖ thèng kÝch tõ

H¹ lu

1 Kªnh x¶

2 C¸c cöa

van h¹ lu

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong nhà máy thủy điện

1 Cửa nhận nước 3 Bình tạo áp lực

2 Hầm dẫn 4 Nhà van

5 Èng áp lực 9 Hệ thống dầu áp lực và bộđiều tốc

6 Tuabin 10 Hệ thống nước làm mát

7 Máy phát 11 Èng xả

8 Hệ thống kích thích máy phát 12 Cửa hạ lưu

Trong thực tế có 3 phương pháp tập trung năng lượng của dòng nướctương ứng với ba sơ đồ nhà máy thủy điện: Nhà máy thủy điện kiểu lòngsông, nhà máy thuỷ điện đường dẫn và nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hơp

1.3.2.1 Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông (hay sau đập).

Để tập trung năng lượng người ta dùng đập cột áp H là độ chênhmực nước trước và sau đập (tương ứng thượng lưu và hạ lưu) Đập có hồchứa nước lớn để điều tiết lưu lượng dòng sông

Nhà máy thường đặt sau đập đối với cột nước lớn, hoặc là một bộphận của đập đối với cột nước nhỏ Các trạm thuỷ điện với phương pháptập trung năng lượng bằng đập gọi là nhà máy kiểu lòng sông hay sau đập

Nó áp dụng cho các con sông ở đồng bằng, trung du nơi có độ dốc lòngsông nhỏ, lưu lượng sông lớn Trong thực tế, chiều cao của đập bị hạn chếbởi kỹ thuật đắp đập và diện tích bị ngập Cột áp ở các trạm thủy điện nàykhông lớn, thông thường không lớn hơn 30 – 40m Tuy nhiên, nhà máythủy điện kiểu này đã đạt cột áp cao nhất H = 300m là nhà máy thủy điệnNurec ở Liên Xô

Nhà máy thủy điện Thác Bà trên sông Chảy là nhà máy thủy điệnlòng sông có cột áp H = 37m, N = 40MW, ba tổ máy

Hình 1.5 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông

1.3.2.2 Nhà máy thủy điện đường dẫn:

Nước được ngăn bởi một đập thấp rồi chảy theo đường dẫn (Kênh,máng, tuy – nen, ống dẫn) đến nhà máy thủy điện

Ở đây cột áp cơ bản là do đường dẫn tạo nên, còn đập chỉ để ngănnước lại để đưa vào đường dẫn Đường dẫn có độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòngsông Kiểu trạm này thường dùng ở các sông suối có độ dốc lòng sông lớn

Hình 1.6 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu kênh dẫn.

1.3.2.3 Nhà máy thủy điện tổng hợp:

Hình 1.7 Sơ đồ nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp

Năng lượng nước được tập trung là nhờ đập và cả đường dẫn Cột ápcủa trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đường dẫntạo nên

Nhà máy kiểu này được dùng cho các đoạn sông mà ở trên sông có

độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở phía dưới có độ dốclớn thì xây dựng đường dẫn

Nhà máy thủy điện Hoà Bình (H = 88m, N = 220MW, 8 tổ máy) vàTrị An (H = 50 m, N = 100MW, 3 tổ máy) là trạm kiểu tổng hợp

1.4 Tuabin nước trong nhà máy thủy điện

Tuabin nước là một trong các thiết bị quan trọng nhất của nhà máythủy điện, nhiệm vụ chính là chuyển đổi thủy năng thành cơ năng làm quayrôto máy phát và sinh ra điện năng

1.4.1 Sù ra đời của tuabin thủy lực.

Tuabin nước là loại máy thuỷ lực đầu tiên loài người dùng để sửdụng nguồn năng lượng thiên nhiên để phục vụ đời sống và sản xuất, trướctiên là trong công việc lấy nước và chế biến lương thực

Tuabin nước đầu tiên là những bánh xe nước đơn giản sử dụng độngnăng của dòng chảy Cho tới nay lịch sử chưa xác định được ai là ngườiđầu tiên phát minh ra bánh xe nước Người ta biết rằng hàng nghìn nămtrước công nguyên ở Ai Cập, Ên Độ và Trung Quốc đã sử dụng bánh xenước dưới dạng thiết bị biến đổi năng lượng Đến nay ở nước ta bánh xenước vẫn còn được sử dụng trên các suối vùng núi và trung du

Hình 1.8 Bánh xe nướcTại Pháp từ thế kỷ IV đã có máy xay xát chạy bằng năng lượng củanước Tuy nhiên mãi đến thế kỷ thứ XVI với sự phát triển của chủ nghĩa tưbản thì việc sử dụng năng lượng nước mới có những cải tiến lớn Nhưng từbánh xe nước tới tuabin nước loài người phải trải qua tìm kiếm nghiên cứulâu dài

Năm 1934 kỹ sư người Pháp là Fuaray đã chế tạo thành công tuabinnước đầu tiên

Hình 1.9 Tuabin nướcSau đó Ýt năm, năm 1937 người thợ mộc Nga- Xaphon cũng chế tạotuabin nước kiểu li tâm Năm 1838 Hopd (Mỹ) đã cải tạo tuabin li tâm trênthành tuabin hướng tâm

Năm 1847-1849 một kỹ sư mỹ là Dran Franxic đã cải tiến tuabinHopd thành tuabin tâm trục có hiêu suất cao hơn Ngày nay người ta gọituabin tâm trục là tuabin Franxic

Năm 1837-1841 Ghensen (Đức) và Jonvan (Pháp) đã chế tạo tuabinhướng trục cánh cố định Sau đó năm 1912-1924 một giáo sư người TiệpKhắc cũ là Kaplan cải tiến tuabin hướng trục cánh cố định thành tuabinhướng trục cánh điều chỉnh gọi là tuabin Kaplan Do điều chỉnh cánh làmtăng hiệu suất trong một phạm vi điều chỉnh công suất rộng

1880 Penton (Mỹ) đã cải tiến bãnh xe nước và phát minh ra tuabingáo Vì thế tuabin gáo còn gọi là tuabin Penton

Ngày nay các loại tuabin nước kể trên đã được cải tiến và hoàn thiện

ở mức độ cao Nhiều kiểu tuabin đã được ra đời nh: Tuabin hướng chéo,tuabin dòng thẳng (Capsun), tuabin bơm

Hiện nay ở nước ta đã có nhiều cơ sở đầu tư tiến bộ khoa học kỹthuật cho việc chế tạo tuabin nước Chúng ta đã chế tạo tuabin nhỏ (đếnhàng ngàn KW) Trong tương lai chóng ta sẽ chế tạo loại tuabin lớn hơn,góp phần cho việc điện khí hoá và phục vụ sản xuất ở các địa phương xalưới điện quốc gia.

1.4.2 Phân loại và phạm vi sử dụng của tuabin:

* Phân loại theo dạng năng lượng của dòng chảy qua tuabin:

Hình 1.10 Sơ đồ nhà máy thủy điện

Ta khảo sát các thành phần năng lượng của dòng chảy Năng lượngđợn vị của dòng chảy truyền cho bánh xe công tác tuabin bằng độ chênhnăng lượng riêng giữa hai tiết diện trước và sau đó:

Tùy thuộc vào dạng năng lượng này mà chia tuabin nước thành hai

hệ khác nhau: tuabin xung lực và tuabin phản lực

Trong tuabin xung lực, chỉ có phần động năng của dòng chảy tácdụng lên bánh xe công tác còn phần thế năng bằng không Hệ tuabin nàyphát ra công suất nhờ động năng của dòng chất lỏng, còn áp suất ở cửa vào

và cửa ra của tuabin là áp suất khí trời

Tuabin phản lực là loại tuabin làm việc nhờ cả hai phần thế năng vàđộng năng, mà chủ yếu là thế năng của dòng chảy Trong hệ tuabin này, ápsuất ở cửa vào luôn lớn hơn ở cửa ra Dòng chảy qua tuabin là dòng liên tụcđiền đầy toàn bộ máng dẫn cánh Trong vùng bánh xe công tác tuabin,dòng chảy biến đổi cả động năng và thế năng Trong đó vận tốc dòng chảyqua tuabin tăng dần, áp suất giảm dần Máng dẫn của cánh hình côn nêngây ra độ chênh áp mặt cánh, từ đó tạo ra momen quay

Tuabin phản lực và xung lực có tính năng và phạm vi sử dụng khácnhau Tuabin phản lực dùng cho trạm có cột nước thấp, lưu lượng lớn còntuabin xung lực dùng cho trạm có cột nước cao, lưu lượng nhỏ

a Tuabin hướng trục:

Tuabin hướng trục là loại tuabin trong đó hướng chuyển động củadòng chảy trong phạm vi bánh xe công tác song song với trục quay tuabin(hình 1.8a,b )

Tuabin hướng trục có thể là loại cánh cố định hoặc là loại cánh điềuchỉnh bánh công tác gồm nhiều cánh được gắn với bầu Nếu cánh được gắnchặt với bầu thì gọi là tuabin hướng trục cánh cố định ( tuabin chong chóng) Nếu cánh có thể quay quanh trục cánh cố định thường dùng cho các trạm

cỡ nhỏ và trung bình Tuabin hướng trục cánh điều chỉnh được sử dụng cho

cỡ trung bình và lớn

Tuabin hướng trục cánh điều chỉnh phức tạp vì cơ cấu điều chỉnhcánh nằm trong bầu bánh công tác

Hình 1.11 Tuabin hướng trục

b Tuabin tâm trục (Hay còn gọi là tuabin Francis).

Trong tuabin tâm trục, hướng của dòng chảy ở vùng bánh công tácban đầu theo phương hướng tâm, sau đó chuyển sang phương song songvới trục

Tuabin này còn gọi là tuabin Francis Nó được sử dụng rộng rãitrong các trạm có cột nước cao : H = 30-600m Đối với các trạm nhỏ tuabinnày có thể làm việc với cột nước H > 4m

Bánh công tác gồm hệ thống cánh gắn chặt với hai vành đĩa trên và dướithành một khối cứng Cánh có dạng cong không gian và số cánh có từ 12đến 22

Tuabin tâm trục có hiệu suất cao nhưng cánh cố định nên chỉ thíchhợp với trạm có cột nước Ýt thay đổi (hình 1.8 d)

Tuabin tâm trục có cột nước cao nhất thế giới H = 620m ở van (Đức)

Khot-xen-Ở nước ta các nhà máy thuỷ điện: Trị An, Hoà Bình, YaLy, Thác Mơdùng tuabin tâm trục cỡ lớn và trung bình, còn trạm Ta Sa, Na Ngần, SuốiCùn…dùng tuabin tâm trục cỡ nhỏ

Hình 1.12 Tuabin tâm trục

c Tuabin hướng chéo:

Tuabin hướng chéo kết hợp ưu điểm của cả hai loại tuabin tâm trục

và hướng trục cánh điều chỉnh

Dòng chảy qua vùng bánh xe công tác của tuabin này có hướng tạovới trục quay một góc nào đó (thường 45-60 độ) Bầu cánh là hình nón.Bầu cánh chứa toàn bộ cơ cấu điều chỉnh cánh nh bầu cánh của tuabinhướng trục cánh điều chỉnh

Loại tuabin này làm việc trong phạm vi cột nước H = 30-150m Nó có thểđiều chỉnh cánh nên phạm vi điều chỉnh công suất có hiệu suất cao tươngđối rộng so với tuabin tâm trục

Hình 1.13 Tuabin hướng chéo

1.4.2.2 Tuabin xung lực (xung kích):

a Tuabin gáo ( còn gọi là tuabin Pelton) HÌNH VẼ 1.5/7 THANH 1.9:

Trong đó : 1- Èng dẫn 2- Mòi phun 3- Hướng tia nước

4- Cánh gáo 5- Trục 6- Vở tuabin

Tuabin gáo là loại tuabin xung lực được sử dụng nhiều nhất Phầndẫn dòng của nó gồm bánh công tác và vòi phun Bánh công tác gồm nhiềucánh hình gáo được gắn chặt lên bánh công tác

Bánh công tác gắn liền trên trục tuabin, trục này nối với trục máy phát.

Thông thường tuabin gáo đặt ngang, chỉ có một số tuabin cỡ lớn có tổ máyđặt đứng

Vòi phun gồm có ống hình côn nối với ống dẫn, trong ống hình côn có

kim điều chỉnh lưu lượng ra của vòi phun Ở đây dòng chảy theo ống dẫnvào vòi phun, từ đó dòng chảy ra khỏi vòi phun với vận tốc đủ lớn tác dụngvào các cánh gáo và tạo thành momen quay

Ngoài ra vòi phun làm nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng qua bánh côngtác Tuabin gáo làm việc với cột nước H = 40-300m và lớn hơn nữa Ởnước ta trạm thuỷ điện Đa Nhim dùng tuabin gáo có công suất một tổ máy

N = 40MW

b Tuabin tia nghiêng:

Tuabin này khác với tuabin gáo là dòng chảy vào vòi phun hướngvào bánh công tác dưới một góc nghiêng Bánh công tác gồm các cánhcong gắn chặt lên hai đĩa bên bánh công tác có hình dạng đơn giản hơndạng gáo nên dễ chế tạo Vòi phun của loại này tương tự nh vòi phun củatuabin gáo

Tuabin tia nghiêng được lắp cho những trạm thuỷ điện nhỏ Hiệusuất của tuabin này thường nhỏ hơn hiệu suất của tuabin gáo

c Tuabin tác dụng kép (Tuabin xung kích hai lần ) (HÌNH VẼ 2.6):

Dòng chảy từ vòi phun tác dụng lên bánh công tác hai lần : dòngchảy đi từ ngoài vào tâm sau đó lại hướng từ tâm ra ngoài, nên gọi loại này

là tuabin tác dụng kép Vòi phun của tuabin này có tiết diện chữ nhật chứkhông phải tiết diện tròn

Ở đây thay đổi lưu lượng bằng cách thay đổi một thành trong để thayđổi tiết diện vòi phun

Tuabin tác dụng kép còn có tên gọi là tuabin xung kích hai lần, haytuabin Banki Nó được dùng cho các trạm thuỷ điện cỡ nhỏ N = 5-100KW.

1.4.3 Các bộ phận chính của tuabin nước:

Trong tuabin nước, bộ phận ảnh hưởng lớn đến hiệu suất tuabin đó làphần dẫn dòng Phần dẫn dòng gồm có ba bộ phận chính:

Các bộ phận phụ của phần dẫn dòng gồm có: các van điều chỉnh lưulượng dòng chảy, van đóng nhanh khi có sự cố, lưới chắn rác…

Nếu tuabin làm việc đồng bộ với máy phát điện thì một bộ phậnquan trọng giúp cho sự đồng bộ này là máy điều tốc

Trong các trạm thuỷ điện còn có các thiết bị phụ trợ khác nh: các tổmáy bơm, các tổ máy nén khí, thiết bị nâng hạ, hệ thống điện…Ở đây ta chỉxét bộ phận chính của phần dẫn dòng tuabin

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUÁT CHUNG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN HOÀ BÌNH

2.1.Đường năng lượng của nhà máy thuỷ điện Hoà Bình: Thủy năng - Cơ năng - Điện năng:

Nhà máy thủy điện Hoà Bình được thiết kế theo phương pháp nhàmáy thủy điện kiểu tổng hợp Năng lượng nước được tập trung là nhờ đập

và cả đường dẫn

Cột áp của trạm gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên, phần còn lại

do đường dẫn tạo nên Kiểu thiết kế này áp dụng cho các đoạn sông mà ởtrên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở phía dưới

có độ dốc lớn thì xây đường dẫn

Nước được tập trung trên hồ chứa nhờ đập sau đó được chảy qua cácđường dẫn tới tuabin Nhà máy thuỷ điện Hoà Bình có 8 tổ máy tương ứngvới 8 đường dẫn và 8 tuabin Nước chảy tới tuabin qua đường dẫn rồi tớibuồng xoắn

Buồng xoắn sẽ thay đổi dòng chảy từ hướng tâm sang hướng trụcqua cánh hướng nước tới bánh xe công tác Nước chảy làm bánh xe côngtác quay và kéo theo rôto của máy phát điện quay Rô to quay làm bộ phậnmáy phát hoạt động và phát ra điện Tuyến năng lượng của nhà máy đượcthể hiện rất rõ qua hình vẽ kèm theo

2.2.Cửa nhận nước nhà máy thuỷ điện Hoà Bình

Cửa nhận nước là cửa quan trọng của nhà máy thủy điện, nó là cửangõ khi vào nhà máy Tại đây dòng nước được lọc rác bằng lưới chắn rác,sau đó được dẫn vào tuabin Dòng nước này được điều chỉnh bởi cửa sửachữa và cửa vận hành Như vậy cửa nhận nước đã thực hiện một điều chỉnhtrong toàn bộ hệ thống của nhà máy

Trong đó :

Cẩu trục chân đê: Nhiệm vụ điều khiển gầu cào rác, nâng hạ gầu cào rác

và di chuyển tới nơi thải rác Bên cạnh đó, nó còn thực hiện việc nâng hạlưới chắn rác phục vụ cho việc tu sửa lưới chắn rác

Gầu cào rác: Để vớt rác ra khỏi lưới rác và vận chuyển tới nơi thải rác từlưới chắn rác thu gom được

Xi lanh thủy lực nâng hạ : Nhiệm vụ nâng hạ cửa vận hành

Ổ hướng: Nhiệm vụ định hướng cho trục của xilanh thủy lực đúng hướng

vì trục của xilanh dài

Lưới chắn rác: Ngăn các vật trôi theo dòng nước không cho vào trongđường ống áp lực để không gây sự cố cho tổ máy

Cửa sửa chữa: Có nhiệm vụ đóng nhanh cửa nhận nước vào tuabin, bảo

vệ tuabin khi có sự cố Thường đóng trong trường hợp nước tĩnh để khônggây chấn động Tuy nhiên trong trường hợp cần đóng nhanh khi dòng chảylớn vẫn phải đảm bảo an toàn

Cửa vận hành: Nó được điều chỉnh bởi xilanh thủy lực chính và đượcthiết kế dùng trọng lượng đóng lại ở điều kiện dòng không bình thường

2.3 Bộ dẫn động thuỷ lực nâng hạ cánh phai đập tràn xả đáy

Công dông :

- Nâng cánh phai dưới áp lực

- Giữ cánh pha ở tận cùng phía trên

- Hạ cánh phai xuống đến vị trí đóng hoàn toàn của xả đáy

- Nâng tự động cánh phai về vị trí ban đầu khi bị lún xuống 300mm

5 Phai sửa chữa xả mặt

6 Van cung xả sâu

7 Phai sửa chữa xả mặt

2.3.1 Đập tràn xả đáy bao gồm 12 cửa van cánh cung có kích thước

(6x10) m được chuyển động nhờ các xi lanh thuỷ lực, một cánh phai tươngứng với một xi lanh thuỷ lực

2.3.2 12 cánh phai này được chuyển động nhờ có 6 bộ dẫn động thuỷ

lực.Thành phần của mỗi bộ dẫn động thuỷ lực bao gồm : (Máy bơm, Bảng

panen, Xilanh thuỷ lực, Khối điều khiển, Thùng dầu, Trụ điều khiển, Trụ xilanh, Èng dẫn dầu ).

2.4 Hệ thống khí nén OPY – 220/110 KV

2.4.1 Khái niệm :

Hệ thống khí nén dùng để cung cấp khí nén cho các máy ngắt khôngkhí, khí nén này có tác dụng dập hồ quang giữa các cực khi cắt mạch điện,truyền động, hoặc để thông gió bên trong máy ngắt đề phòng hơi Èmngưng tụ tại đó

Các thiết bị hệ thống khí OPY đảm bảo

- Duy trì tự động áp lực 32 kg/cm2 và 20 kg/cm2 ở các hệ thống khínén 220 KV và 110 KV

- Sấy nhiệt độ không khí tới độ Èm tương đối cần thiết

- Độ tổn hao cố định không khí để thông gió và dẫn trong hệ thốngbằng 70m3 /giê, khi đó áp lực đủ trong các bình chứa khí, sau thờigian các máy nén khí tạm dừng làm việc 2 tiếng đồng hồ mà vẫnđảm bảo độ Èm không khí theo yêu cầu

- Thời gian khôi phục đầy đủ áp lực trong hệ thống sau khi có sự cốnặng nhất là bé hơn 2 giờ mà không cần phải chạy máy nén khí dựphòng

1.4.2 Cấu tạo hệ thống nén khí :

Hệ thống này bao gồm: có 4 máy nén khí (trong đó có 3 máy làmviệc, 1 để dự phòng) và 3 côm chai chứa mỗi cụm có dung tích 3m3 Mỗimáy nén cung cấp riêng cho từng cụm chai đặc biệt máy nén dự phòng cóthể cấp đồng thời cho cả 3 côm

Kết cấu riêng của các máy nén khí : Có pít tông định hướng cố định

và các xi lanh lắp vuông góc với nhau khi pít tông chuyển động tạo chânkhông thì không khí tràn đầy vào Xi lanh qua van hút, lượng không khí đủthì pít tông chuyển động ngược lại van hút đóng lại không khí được nén tớimột áp lực nhất định sau đó được đưa qua van đẩy

2.5 Hệ thống khí nén cao và hạ áp gian máy trong nhà máy

Công dông: Hệ thống khí nén hạ áp dùng để cung cấp khí nén áp lực 0,8

Mpa (8 kg/cm2) cho các hộ tiêu thụ sau :

2.7 Hệ thống dầu tuabin.

Hệ thống dầu tuabin đảm nhiệm mọi công việc tiếp nhận bảo quảnlàm sạch, phân phối kiểm tra số lượng, chất lượng loại dầu T/7-30 đang sửdụng tại nhà máy thuỷ điện Hoà Bình.Thiết bị dầu tuabin được bố trí tạinhà bờ trái và gian máy Hệ thống ở gian máy được nối với hệ thống đặt ởnhà bờ trái qua tuyến ống công nghệ nằm ở hầm giao thông

2.8 Thiết bị dầu áp lực (MHY) và hệ thống làm mát dầu

Thiết bị dầu áp lực dùng để cung cấp dầu áp lực T/7-30 (OCT 9972-74)

hoặc dầu tương đương với nó cho bộ điều chỉnh tốc độ tuabin

Để thao tác điều tốc cần có hệ thống dầu áp lực làm nguồn cung cấpnăng lượng, thiết bị dầu áp lực là khâu trung gian truyền lực cho động cơ

sexcvomoto

Hệ thống MHY gồm có :

Bình chứa dầu áp lực MHY, tổ máy bơm dầu, rơle điều khiển vàthiết bị làm mát dầu được nối với nhau và nối với hệ thống thuỷ lực bằngcác đường ống

*Bình chứa dầu áp lực MHY chứa dung tích 12.5 m3 có kết cấu hình

trụ làm bằng kiểu hàn, đáy hình elíp làm bằng thép tấm, bình có cửa chui

để kiểm tra và sửa chữa, có các chân để lắp đặt lên móng, các tai cheo đểvận chuyển, có mặt bích và các ống để nối với các ống dẫn dầu và khí Cótrang bị các áp kế, ống thuỷ báo mức dầu, van khí một chiều, các đát tríchbáo mức, đát trích áp lực và các van khác

Trong bình dầu chỉ chiếm 3040% thể tích, phần còn lại là khôngkhí nén Nhờ tính đàn hồi của không khí nén mà sóng áp lực sinh ra khithao tác điều chỉnh tuabin được giảm đi nhiều Lượng dầu và áp lực dầutrong bình là nguồn dự trữ năng lượng, nên giảm nhẹ công suất bơm dầu(sovới việc dùng bơm trực tiếp vào bộ phận điều chỉnh ) Trong quá trình làmviệc, dầu và không khí nén trong bình bị hao hụt do rò rỉ Vì vậy cầnthường xuyên kiểm tra và bổ xung dầu vào bình chứa bằng hệ thống bơm,còn không khí nén được cung cấp bởi các hệ thống nén khí Áp lực khí néntrong bình chứa dầu thường là 25 2

/

/

động cơ secvo làm áp lực trong bình chứa sụt xuống Khi áp lực trong bìnhsụt xuống 23 kg cm/ 2so với bình thường thì các bơm dầu hoạt động nhờcác rơle áp lực Khi áp lực đạt bình thường thì rơ le tự động điều chỉnhdừng máy bơm

* Èng thuỷ báo mức dầu của bình MHY được lắp trên thành bình dầu

khí, dùng để kiểm tra bằng mắt thường mức dầu trong bình MHY Èngthuỷ có các van chặn, ống trong suốt đánh dấu thang đo

và vá trong suốt bảo hiểm

* Van chặn gồm có van chặn trên và van chặn dưới, ngoài ra còn có các

van bi một chiều Trường hợp ống đo dầu bị vỡ thì các viên bi sẽ đậy các

lỗ thông, không cho dầu chảy ra ngoài Thang đo của ống thuỷ có cácvạch chia độ tính bằng % so với thể tích bình dự trữ

* Van không khí một chiều được lắp trên đường ống dẫn có áp lực nối

bình MHY với bình chứa khí của nhà máy và dùng để ngăn không khíkhông cho ra khỏi bình MHY sau khi nạp

* Bộ điều chỉnh mức dầu ở bình MHY

Bộ điều chỉnh mức dầu PYM-3 dùng để nạp bổ xung không khí vào bìnhMHY trong suốt quá trình MHY làm việc Mức dầu trong bình MHY tăngquá mức (35% thể tích bình MHY) khoảng từ 15-20mm thì phao bộ điềuchỉnh nổi lên và đẩy con đợi để mở van

Không khí từ bình chứa khí của nhà máy qua bộ lọc và đi vào bìnhMHY Nếu mức dầu tụt quá mức thì phao cũng tụt xuống, giải phóng van

bi áp lực dư của không khí sẽ làm bịt kín van

* Bể xả dầu

Bể xẩ dầu có kết cấu kim loại hàn bằng thép tấm dùng để thu gomdầu từ hệ thống thuỷ lực, lọc và khử không khí trong dầu

* Để duy trì chế độ nhiệt bình thường trong hệ thống thuỷ lực, MHY

được nắp thiết bị làm mát dầu (MY-3b) có trị số chỉnh định chạy bơm ở 42

độ C và cắt bơm ở 38 độ C phát tín hiệu ở 37 độ C nhờ đát trích nhiệt độbáo hiệu

* Nhiệt độ toả ra trong hệ thống thuỷ lực do tổn thất năng lượng được làm

nguội bằng phương pháp bức xạ tự nhiên và phương pháp đối lưu qua thiết

bị làm mát dầu Nhờ đó đảm bảo duy trì nhiệt độ môi trường trong phạm

vi cho phép

2.9 Hệ thống cấp nước kỹ thuật tổ máy và biến thế

Hệ thống cấp nước kỹ thuật phải được đảm bảo cấp nước sạch khôngngừng cho các hộ tiêu thụ như: Bộ làm mát không khí, bộ làm mát dầu ổhướng tuabin, ổ đỡ, ổ hướng máy phát, hệ thống cấp dầu điều khiển tổmáy, bộ làm mát hệ thống thiết bị bán dẫn động lực kích thích máy phát vàcác bộ phận có nhu cầu làm mát khác, để giữ ổn định cho các thiết bị đó

trong quá trình làm việc Lượng nước sạch này được thiết kế tính toán saocho lưu lượng và áp lực của nước phải đảm bảo yêu cầu

Cấu tạo : Nó gồm có hai hệ thống :

- Hệ thống nước làm mát tổ máy bao gồm cả hệ thống làm mát bộ biếnđổi thiristor

- Hệ thống nước làm mát nhóm biến thế một pha

2.10 Hệ thống cung cấp nước sản xuất nhà máy thuỷ điện Hoà Bình.

Hệ thống cung cấp nước sản xuất đảm bảo dẫn nước sạch đến cho các thiết bị tiêu thụ để giữ nhiệt độ theo quy định va bôi trơn các thiết bị đang vận hành của nhà máy thuỷ điện ở tất cả các chế độ ổn định, quá độ của tổ máy

2.11 Hệ thống trạm bơm thải sau cứu hoả các máy biến áp và hầm cáp:

Trạm bơm thải nước và dầu dùng để bơm thải nước sau cứu hoả cácmáy biến áp và hầm cáp ở cao độ 24,6m Trạm bơm nằm ở cao độ 9,8mtrong gian máy biến áp Để gom nước cứu hoả máy biến áp, các hầm cáp ởcao độ 24.6m và xả dầu sự cố ở các máy biến áp và cáp dầu áp lực, người

ta làm bể số 2 ở cao độ 8.6m trong gian máy biến áp

2.12 Hệ thống làm khô phần nước qua các tổ máy của nhà máy thuỷ điện.

Hệ thống làm khô dùng để tháo cạn nước ở các bộ phận phần nước

hạ lưu và giữ cho chóng trong tình trạng khô ráo để sữa chữa, những bộphận này gồm có: Phần nước của ống dẫn nước có áp lực, buồng xoắn,buồng bánh xe công tác và ống xả

2.13 KÕt cấu các thành phần cơ khí của tổ máy thuỷ lực

2.13.1 Công dụng :

Máy tuabin thuỷ lực trục đứng kiểu PO 150/810-B-567,2 dùng đểdẫn động cho máy phát điện 3 pha có công suất định mức 240.000KW.Điều khiển tuabin được thực hiện bằng bộ điều tốc thuỷ lực, trong hộp vớithiết bị dầu áp lực MHY Tổ máy có khả năng làm việc ở cả chế độ bù

- Hiệu suất tối đa ở cột áp định mức : 95 %

- Tải trọng tính toán tối đa trên ổ đỡ : 16,1 tấn

- Khối lượng dầu trong bể : 10 m3

- Loại dầu tuabin : T/7.30/OCT9972-74

- Tốc độ quay tuabin : 20,6 m/s

2.13.3 Kết cấu của tuabin

2.13.3.1 Bánh xe công tác : (đường kính 5672 mm, chiều quay phải )

Là bộ phận làm việc chính của tuabin dùng để biến đổi năng lượngdòng chảy của nước thành cơ năng quay rôto máy phát, bánh xe công tácgồm có vành trên 16 cánh và vành dưới được hàn với nhau bằng hàn điện,

ở phía dưới của vành trên có các bulông bắt ghép nắp rẽ dòng

Nắp này tạo nên sự đổi hướng của dòng chảy từ hướng kính sanghướng dọc trục một cách êm dịu, để tháo nước từ buồng phía trên bánh xecông tác ở vành trên có 10 lỗ xả D 130mm, để giảm bớt tổn thất nănglượng rò rỉ giữa bánh xe công tác và nắp tuabin và vành dưới của cánhhướng với vành dưới của bánh xe công tác có rãnh chèn hình răng lược

*Buồng bánh xe công tác : Là chỗ lắp đặt bánh xe công tác, buồng bánh

xe công tác có dạng hình trụ Khe hỡ giữa buồng và bánh xe công tác nằmtrong phạm vi (0.00050.001)D Trong đó D là đường kính bánh xe côngtác

Nước được đổ vào bánh xe công tác qua các cánh hướng (lưu lượngnước là 301,5 m3/h)

2.13.3.2 Cánh hướng nước (bộ phận hước dòng): nằm ở phía stato

Bộ máy cánh hướng nước điều chỉnh lưu lượng nước qua tuabin khithay đổi công suất tổ máy cũng như ngăn không cho nước vào bánh xecông tác lúc dừng máy

Các cánh hướng được bố trí đều xung quanh và được gắn vào hai vànhtrên và dưới Cánh hướng nước có dạng hình trụ và gồm những bộ phậnsau:

Số lượng cánh hướng là 20 cánh Đều có 3 gối đỡ và được đúc bằngthép cácbon, các cánh đều có bạc định hướng làm bằng thép trong có phủmột lớp vật liệu chống mài mòn mà không cần bôi trơn

Ổ đỡ giữa và dưới được làm kín bằng gioăng cao su định hình, tất cảcác gối trục của cánh hướng đều được ốp bọc bằng thép không rỉ Ổ đỡgiữa cũng đồng thời là ổ chắn để bắt giữ chặt cánh hướng khỏi bị lực nướcnâng lên trên

Để giảm bớt lượng nước rò qua cánh hướng đã đóng khi lắp ráp phảimài nhẵn các bề mặt tiếp giáp giữa các cánh, còn gioăng cao su giữa cáckhe rãnh của nắp tuabin và vành đỡ dưới là để chèn kín nước ở các đầucánh

Mỗi cánh đều được treo lên nhờ bulông ở trên nắp chuyên dùng quatay đòn và mặt bích của gối đỡ Nắp này Ðp chặt vào nắp tuabin và cũngnhờ các bulông treo này để điều chỉnh vị trí nâng cánh và các khe hở ở haiđầu cánh việc quay cánh hướng thực hiện nhờ 4 xécvômôtơ được truyềnqua vành điều chỉnh thanh giằng

Bản giằng tay đòn để truyền đến cho cánh hướng, Tay đòn đượcghép với nhau bằng các chốt sắt, chốt sắt là khâu yếu nhất làm chức năngbảo vệ cánh hướng khỏi gẫy khi điều chỉnh không đều các thanh giằnghoặc các vật lạ lọt vào giữa các khe hở của cánh hướng

Các khớp bản lề của phần cơ khí quay động cơ đều có đặt các ống lótbằng nhựa pôlime tổng hợp không yêu cầu bôi trơn trong quá trình vậnhành thanh giằng cánh hướng nước có thể điều chỉnh được chiều dài

Có thể làm cho các cánh hoàn toàn sát kín với nhau khi các cánh hướngnước đóng hết, gối đỡ tiếp nhận lực dọc trục của rôto, tổ máy cũng nhưmômen xoắn do ổ trục của tổ máy tạo ra kho rôto quay, để cố định cánhhướng ở vị trí mở hết, hoặc đóng hết có đặt 4 chốt hãm chịu được lực tổnghợp của 4xécvômôtơ

Việc quay các cánh hướng nước, khi khởi động và ngừng máy đượcthực hiện bằng 4 xéc vô mô tơ trục thẳng đứng tác động 2 chiều

Đường kính của pittông là 500 mm và hành trình của pittông là 730 mm

áp lực định mức của xéc vô mô tơ lấy từ hệ thống điều chỉnh là 40kg/cm2

Cấu trúc của xéc vô mô tơ có 1 ống xi lanh thép kiểu hàn có các nắpđược bắt chặt 2 đầu bằng gioăng, pittông gang, thanh giằng của xéc vô mô

tơ có 1 đầu tự do được lắp vào lỗ của chốt trục Chốt này được nối khớpvới bản lề với vành điều chỉnh và có các ê cu chặn để bắt kẹp các thanhgiằng với nó và cũng nhờ các ê cu này để đảm bảo điều chỉnh thanh giằngtheo hướng dọc trục

Trong xéc vô mô tơ có hệ thống điều tiết làm chậm chuyển động củapittông ở cuối hành trình đóng có hệ thống xả dầu từ 2 khoang của xéc vô

mô tơ vào tổ máy vét dầu

2.13.3.3 Buồng xoắn stato : Là bộ phận dẫn nước vào bánh xe công

tác có cấu tạo hình xoắn có tiết diện thay đổi không khép kín gồm có 20khâu và một ống nối được cấu tạo từ thép tấm có độ dày khác nhau Đểvào được buồng xoắn có một lỗ tròn và có nắp đậy

2.13.3.5 Stato tuabin : Nhận toàn bộ tải trọng của tổ máy, khối bê

tông phía trên và lực Ðp do áp suất nước trong buồng xoắn, cánh hướngbánh xe công tác tạo nên

2.13.3.6 Cấu trúc của roto gồm có hai phần : Phần đai trên và đai

dưới cấu tạo từ 4 phần gắn với các vành đó là 48 trụ chịu lực, trong đó 5 trụ

ở vành đầu vào buồng xoắn được chế tạo từ thép đúc còn các trụ khác đượclàm bằng thép tấm, đai trên của stato được nối đai tăng cường chịu áp lựcbằng bê tông cốt sắt

2.13.3.7 Trục tuabin : Truyền mô men quay từ bánh xe công tác đến

trục của máy phát có cấu tạo nguyên khối, kiểu rỗng có vành riêng để lắp ổhướng tuabin, đường kính trục là 1500 mm Độ dày thành trục là 130 mm,tổng chiều dài là 6800 mm, đường kính của vành chỗ lắp ổ hướng là 1900

mm, mặt dưới của trục được nối bằng 20 bu lông M140 với mặt trên của

bánh xe công tác tương tự như vậy đối với điểm nối của trục tuabin và rotomáy phát.

2.13.3.8 Ổ hướng : Có tác dụng định vị trí của trục tuabin Trong quá

trình làm việc ổ hướng chịu tác dụng của lực hướng kính do không cânbằng về lực cơ thuỷ lực và lực điện của roto Ổ hướng gồm có 12 xécmăng bằng thép trên bề mặt có phủ một lớp ba bít qua ống lót cách điện

Vỏ của ổ hướng : Bằng thép và được bắt chặt lên nắp tuabin nhờ bu lông

và chốt định vị, phía dưới vỏ ổ hướng là thùng dầu có thể tích 1m3 để bôitrơn các xéc măng

Việc tuần hoàn dầu trong ổ hướng được thực hiện khi các trục quaynên nó có tính năng giống như bơm li tâm dẫn dầu trong thùng dầu vàkhoang giữa các xéc măng và vỏ của ổ hướng làm cho mức dầu ở đó đẩylên tới mức cần để bôi trơn các xéc măng Sau đó dầu qua lỗ ở thanh đứngcủa vỏ và đi theo đường ống xả đến 12 bộ làm mát bằng xung quanh thùngdầu dưới, từ dưới lên và tiếp tục vào thùng dầu Do đó trong qúa trìnhlàm việc phải thường xuyên kiểm tra mức dầu, nhiệt độ của dầu và nhiệt

độ các xéc măng bằng các đát trích để biết tình trạng làm việc của tổ máy

2.13.4 Các phần tử của hệ thống điều chỉnh tốc độ tuabin :

Dầu áp lực từ bình chứa MHY được dẫn theo đường ống tới khốingăn kéo chính, từ đây có 3 đường ống dẫn tới ngăn kéo sự cố rồi sau đódẫn dầu tới các xéc vô mô tơ.

Ngăn kéo sự cố : Có đường ống phụ nối với đường ống dầu áp lực và

thông với bình chứa MHY, nó được sử dụng để đóng cánh hướng nướctrong trường hợp bộ điều tốc bị hỏng, ngăn kéo có truyền động điện từ đểđiều khiển ngăn kéo sự cố

Khi tổ máy làm việc bình thường dầu dễ dàng chảy qua ngăn kéo sự

cố, còn khi bộ điều tốc bị hỏng và tốc độ quay của roto tăng cao thì rơ letần số quay sẽ được tín hiệu đi khởi động ngăn kéo sự cố có bộ dẫn độngđiện từ

Sau khi ngăn kéo sự cố tác động khi đó dầu sẽ được nối thông vớikhoang đóng các xéc vô mô tơ cánh hướng với đường dầu áp lực, cònkhoang mở thông với đường xả do đó cánh hướng nước được đóng lại

Để đưa ngăn kéo sự cố trở lại vị trí đóng bình thường thì trước tiên taphải cắt mạch điện cho ngăn kéo có truyền động điện từ để kiểm tra áp lựcdầu trong buồng xéc vô mô tơ bằng các đồng hộ đo áp lực mạch phản hồi

và đưa các phần tử của bộ điều tốc thuỷ lực về vị trí ban đầu

Cáp truyền : Thực hiện phản hồi cơ giữa cánh hướng nước và tủ điều tốc

sẽ làm cho thiết bị chỉ huy (thực chất là các tiếp điểm hành trình) chuyểnđộng và nó cho những tín hiệu khác nhau tuỳ theo vị trí của cánh hướngnước

Các tổ máy bơm vét dầu : Sử dụng để thu dọn dầu từ các cơ cấu điều

chỉnh và kiểm tra tuabin còng nh định kỳ bơm dầu vào bể xả, ngoài ra còndùng để tháo xả dầu cho đường ống của hệ thống điều chỉnh và tốc độ

Thiết bị chỉ huy : Đảm bảo ghép và tách các mạch của hệ thống tự động

điều khiển ở các vị trí xác định của cánh hướng

Thiết bị dầu áp lực và thiết bị tự động MHY : Dùng để cung cấp dầu

áp lực cho các phần thuỷ lực của hệ thống điều chỉnh

Thiết bị tự động MHY : Dùng để tự động điều khiển các bộ phận của

MHY thiết bị này được xác định trên cơ sở sử dụng các hệ thống khôngtiếp điểm và gồm có : Phần thông báo, Phần lôgic, và cơ cấu chấp hành

Ngoài ra còn một số các van xả để tháo hết nước khi cần sửa chữahoặc kiểm tra tổ máy khi dõng

2.13.5 Kết cấu của máy phát thuỷ lực :

2.13.5.1 Máy phát thuỷ lực : (kiểu CB1190/215 )

Trục của máy phát điện được nối trực tiếp với trục tuabin nên máyphát sẽ quay cùng với tốc độ quay của tuabin, do vậy việc điều chỉnh tần số

và điện áp cảu máy phát chính là việc điều khiển tốc độ của tuabin thủylực Máy phát là nơi biến cơ năng do nước sinh ra thành điện năng phát lênlưới điện quốc gia

Được cấu tạo theo kiểu ô dù có 1 ổ đỡ được tỳ nên nắp tuabin và có

1 ổ hướng ở phần trung tâm của giá chữ thập trên

2.13.5.2 Stato máy phát (phần đứng yên ):

Vỏ của stato có cấu tạo từ thép tấm được hàn lại với nhau, statođược ghép vào bệ nhờ các bu lông bệ

Lõi của stato được được ghép bằng thép kỹ thuật điện cán nguội vàđược sơn cả hai mặt bằng sơn cách điện chịu nhiệt Theo chiều cao của lõithép được chia thành 41 ngăn mà giữa các ngăn có khe hở không khí làmmát

Cuộn dây của stato có dạng thanh dẫn uốn sóng hai lớp có 4 nhánhsong song trên một pha và có 6 đầu ra trung tính

- Số rãnh : Z= 576

- Số cực : 2P=48 pha

- Số rãnh cho một cực và một pha : g=4

- Bước quấn dây : 1-15-25

- Số nhánh song song : a=4

2.13.5.3 Roto máy phát (phần chuyển động ): Gồm có đĩa roto, thân

roto có gắn đĩa phanh, các cực có cuộn dây kích từ và cuộn cảm, vànhchổi than và may ơ của ổ đỡ

Đĩa roto là cấu trúc hàn đúc gồm có : Sáu nan hoa tiết diện hình hộp

có thể tháo ra được Phần trung tâm có ống lót đúc, đĩa gân và các tấm nối

để bắp giữ các nan hoa

Mặt trong phía dưới của ống được đấu ghép với trục tuabin bằng các

bu lông, mặt bích trên ống lót roto nối với trục phụ

2.13.5.4 Máy phát phụ

Máy phát phụ dùng để cung cấp cho hệ thống kích thích độc lậpbằng thiristor của máy phát thuỷ lực Stato máy phát phụ được Ðp vào chângiá chữ thập trên còn roto được gắn vào khung bệ của roto máy phát thuỷlực

2.13.5.5 Máy phát điều chỉnh

Máy phát điều chỉnh thực chất là bộ xung tần số cho bộ điều tốc thuỷlực của tuabin và nó cũng được làm máy phát đồng bộ 3 pha với phần kíchthích bằng nam châm vĩnh cửu được nắp trên các cửa của roto

Để từ hoá các nam châm, mỗi cực từ có một cuộn dây đặc biệt.Cần phải tiến hành nạp từ điện áp stato thấp dưới 110 V Tiến hành nạp từbằng dòng một chiều 600 A, thời gian nạp không quá 1 giây

Trong thời gian làm việc, cuộn dây nạp từ phải được nối ngắn mạch

2.13.5.6 Hệ thống thông gió

Để làm mát phần tác dụng của máy phát chính có dùng hệ thốngthông gió tuần hoàn làm mát bằng không khí Roto máy phát làm việcgiống như quạt li tâm tạo nên áp lực gió làm mát cần thiết, làm mát cáccực từ roto, cuộn dây và lõi thép stato và đi vào các bộ làm mát gió bằngnước, khi ra khỏi bộ làm mát khí theo hướng gió khép kín quanh stato,không khí lạnh được chia làm hai đường quay trở lại roto

Các bộ làm mát khí được nắp vào thân stato máy phát chính

2.13.5.7 Hệ thống phanh

Để phanh roto khi ngừng máy và khi sửa chữa tổ máy có bố trí 24

bé phanh kích, các phanh này có các êcu và các vít nâng 3 ngả để giữ roto,

ở trạng thái nâng phanh làm việc Thiết bị phanh gồm có van chặn khôngkhí có bộ dẫn động điện áp kế và có khả năng điều khiển bằng tay

2.13.5.8 Hệ thống kiểm tra nhiệt độ

Máy phát được kiểm tra nhiệt độ nhờ các bộ biến đổi nhiệt điện trở

và nhiệt điện kế áp lực có tín hiệu được nắp ở đầu nối để kiểm tra nhiệt độcủa lõi sắt stato máy phát cả 3 pha, kiểm tra nhiệt độ các xéc măng của ổ

đỡ và ổ hướng, trong bể dầu cũng có lắp các nhiệt điện trở nhiệt kế áp lực

có tín hiệu

2.13.5.9 Hệ thống cứu hoả

Máy phát thuỷ lực được trang bị hệ thống cứu hoả bằng nướcphun Thiết bị dập lửa máy phát chính có cấu tạo từ hai vòng ống dẫn

bố trí xung quanh phần trên và dưới stato Theo vòng tròn của ống góp

có rất nhiều lỗ nhỏ trong đó có lắp các ống phun Nguốn cung cấpnước cứu hoả máy phát thuỷ lực phải là nguồn độc lập Máy phát phụcũng được bố trí 1 ống phòng hoả riêng, trên đường ống dẫn có lắpthiết bị van chặn tác động điện

2.14 Máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyêntắc cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện ápmáy phát lên cấp điện áp truyền tải 110kV, 220kV, 500kV với tần sốkhông thay đổi Công suất của máy biến áp được tính sao cho có thể đápứng được công suất tối đa của máy phát

* Các loại máy biến áp được dùng trong nhà máy thuỷ điện Hoà Bình.

Các máy biến áp 1 pha, 2 cuộn dây kiểu //-105000/220-85-TB-Bdùng để đấu nối 3 pha và lắp đặt vào khối máy phát biến áp