(Way phat thủy iện dừng - kiểu treo)
‘CONSTRUCTION OF HYDRO.GENERATOR (Vertical Suspended Type) Si 0 tee i te
vanh 8 đỡ. Ũ b Ô hướng trên.
(Thrust cotiar) Ị (Upper Guide Bearing)
Bộ làm mát dâu (Ol Cooler) ‘3 3 u (Thrust Bearing) Ô đỡ tiểu treo) Gia cho thập tên (Upper Bracket) ust (gin tn RO to)
'Buồng máy phất Mộ — (Roto Fan)
revere Cuộn dây Stato. (Stato Cai)
Cuên đây Reo ‘Rotor Cal Khung So ‘eame)
Bộ lâm nát mea
hông khi ME 5 ni
(a Cooler) 1
iả chữ thắp dười. un st \ =
LAI .Ô hướng dưới.
Hà Mỏy phỏt điện kiểu ụ cú ụ đỡ đặt trờn dầm dưới. ệ hướng trục cú 1 hoặc 2 ử,
(Bracter ã dack) nếu chỉ có 1 ỗ hướng trục thì ổ này đặt ở dầm trên hoặc trong dầm dưới cùng với ổ đỡ. Khi có cả 2 ỗ hướng trục thì chúng được bố trí trong cả hai dầm trên và Hình 5.1. Kết cầu máy phát điện đặt đứng dưới. Dằm dưới là đầm chịu lực chính. Dam trên thường nhỏ và chỉ chịu tải trọng.
1 phần tĩnh của máy kích thích từ (hình 5.4).
6 if
/
Hình 5.4. Máy phát điện kiéu 6 Hình 5.2. Máy phát điện kiễu treo 1- stato; 2- rôto; 3- mặt tựa của ô đỡ; 4- các cá 1- mỏy kớch thớch; 2- ử đỡ; 3- ụ hướng trục trờn; 4- dầm đỡ trờn; 6- để tựa của trục; 7- đỡ; 8- chốt rụto; 9-
5- stato; 6- rôto; 7- dầm đỡ dưới; 8- ô hướng trục dưới; 9- lỗ bu lông néo.
inh cita réto; 5- đệm dâu;
hướng trục trên; 10- cung hăm;
im đỡ dưới; 14- lỗ bu lông néo.
11- máy hãm; 12- ống làm nguội; 13-
5.1.3.2. May phit điện có giá đỡ thấp
Máy phát điện có giá đỡ thấp dựa trên cơ sở MP kiểu ô nhưng thay dầm đỡ dưới bằng giá đỡ thấp đặt trên nắp tua bin với mục đích giảm tối đa chiều dài trục tổ máy (hình 5.5).
910800 ©
14000
Hình 5.5. Máy phát điện có giá đỡ thấp
'Ở những MPD lớn, dầm dưới có khi cao tới 2m và nặng tới 150 tấn, nếu dùng.
kiểu giá đỡ thấp, dầm dưới chỉ nặng 40 tắn. Nếu gọi L là chiều cao chung của máy, đo từ đỉnh của máy phát điện đến hết bầu của bánh xe công tác (hình 5.6),
taco:
~ Máy phát điện kiểu treo: L=42D,
~ Máy phát điện kiểu ô: L=38D,
~ Máy phát điện có giá đỡ thấp: L = 2,6 D,
Nhược điểm của kiểu giá đỡ thấp là làm hẹp không gian trên nắp tua bin, việc.
lắp ráp, sửa chữa, kiểm tra tua bin sẽ khó khăn hơn.
Hình 5.6. Sơ đồ so sánh kích thước của các tỔ máy trục đứng:
a) MPĐ kiểu treo; b) MPPĐ kiểu ô; c) MPĐ có giá đỡ thấp.
5.1.3.3. May phét điện trục ngang.
Mỏy phỏt điện trục ngang cú bệ mỏy trờn đú đặt cỏc ử trục, stato, may kich
thích, bánh đà. Ở các máy phát điện lớn, stato có thêm gối tựa phụ đỡ dưới, các ham dây dẫn vào, ra và hầm vào đầu dưới các bu lông néo (hình 5.7 và 5.8).
116
Hình 5.7. Máy phát điện trục ngang:
1- rato; 2- stato; 3- true may phat điện; 4- 6 dG; 5- máy kích thícl 6- bánh đả; 7- trục tua bìn; 8- bệ - đệm bê tông; 10- lỗ bu lông nóo.
Hình 5.8. TỔ máy trục ngang ở NMTĐ nhỏ Suối Tráng 3x 0.9MW'
(huyện Cao Phong, tỉnh Hòa Bình)
5.2. CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN
Máy phát điện kiểu treo được dùng trong những điều kiện sử dụng thích hợp sau:
~ Tổ máy có số vòng quay n lớn, cột nước cao;
~ Dùng cho tua bin tam trục và tua bin gio;
~ Khi đường kính của stato máy phát dign Dy < 10m.
Máy phát điện kiểu ô dùng trong các điều kiện sử dụng thích hợp sau:
~ Tổ máy có công suất lớn, số vòng quay nhỏ. Do đó, đường kính stato máy
phát sẽ lớn hơn nhiều so với đường kính BXCT D; của tua bin. Nếu là kiểu treo
thì dầm trên sẽ lớn quá, gây tốn kém và bất hợp lý cho việc sử dụng. Trong tính toán và thiết kế sơ bộ, có thể dựa vào các tiêu chí sau đây để lựa chọn.
~ Khi j/D, > 0,15 và n > 150 víph: chọn máy phát điện kiểu treo;
~ Khi //D, < 0,15 và n < 75 v/ph: chọn máy phát điện kiểu ô;
~ Khi 75 <n < 150 v/ph: phải lựa chọn kiểu MPD trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật cỏc phương ỏn. Tốt nhất là chọ ọ chế Khi khụng chọn
được máy phát có sẵn phù hợp công suất tính toán phải tiến hành thiết kế máy phát điện riêng.
trong đó:
D, - đường kính ngoài của rôto máy phát (m);
dài thanh thép hoạt động (m);
vòng quay của máy phát điện (w/ph).
Các kích thước cơ bản của MPD được xác định qua 2 thông số cơ bản của nó là tông suất toàn phần (hay công suất biểu kiến) S (KVA) và số vòng quay n (v/ph).
Có S và n ta chọn được máy phát điện với các kích thước cơ bản của nó dựa vào các công thức tính toán hoặc bảng, biểu đồ đã xây dựng.
Trong thiết kế sơ bộ, có thể dùng biểu đỗ trong hình 5.9 dưới đây để xác định
các kích thước D, và /, của máy phát điện.
Trên hình 5.9, cho thí dụ về cách xác định các kích thước D, và /, khi S = 300 MVA va n = 150 v/ph. Các trị số D, va J, tìm được sẽ làm tròn theo trị
số quy chuẩn và thiên lớn.
Ngoài ra có thể sử dụng các công thức gần đúng dưới đây để xác định các kích
thước D, và í, của máy phat điệ
Don trong đó:
S - công suất biểu kiến (KVA);
n- số vòng quay (víph).
D tì 18
ọ 100 200 300 400 500 800
Hình 5.9. Biểu đồ xác định các kích thước cơ bản của MPĐ
Kết quả tính toán cũng được làm tròn theo các trị số quy chuẩn cho trong các.
bảng tra.
Thí dụ: Với máy phát điện của LB Nga, máy phát điện chọn được loại đã chế
tạo có ký hiệu CB 550 - 150 — 36. Ý nghĩa của ký hiệu là: C - đồng bộ; B - kiểu
trục đứng; S50 - đường kính D, (cm); 150 - chiều dải thanh thép tác dụng /, (cm);
36 - số cực từ.
Khi chọn máy phát điện có sẵn nhưng không có công suất S theo tính toán thì ta chọn máy phát điện có S gần nhất và tính đổi í, theo công thức sau:
trong đó:
S (KVA) va /, (cm) tra bang;
S” (KVA) và /} (cm) là của máy phát điện cần xác định.
Khi máy phát điện có sẵn không có số vòng quay theo yêu cầu, kích thước /}
được tính đổi như sau:
Trường hợp cả S và n đều không trùng hợp với máy phát điện đang chọn, kích
thước /7 được xác định như sau:
Ss
Ký hiệu ( `) là của máy phát điện cần tìm.
5.3. CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN L
Hình 5.10. Kích thước máy phát điện
Các kích thước cơ bản của máy phát điện là:
5.3.1. Dường kính ngoài của lõi thép từ D,
D, = D, + (500+600) mm (5.6)
Với các máy phát điện lớn, D, có các kích thước tiêu chuẩn như sau: 2500;
3250; 4250; 5500; 6500; 7500; 9000; 10000; 11000; 12500; 14000 (mm).
5.3.2. Dường kính stato Dy,
Đường kính stato được tính theo công thức sau:
Dy = (1,07+1,10)D, (6.7)
Trong công thức (5.7), dùng hệ số nhỏ khi máy phát điện có đường kính lớn (D, > 6m).
5.3.3. Chiều cao lừi thộp từ ù„
Các kích thước tiêu chuẩn của /„ như sau: 330; 360; 400; 450; 500; 550; 600;
670; 750; 820; 900; 1000; 1100; 1220; 1350; 1500; 1650; 1820; 2000; 2200;
2450; 2700; 3000 mm.
5.3.4. Chiều cao stato he
Chiều cao stato xác định theo công thức:
1, = 1, + (1,0+1,035) s (5.8)
D, s % x à số đài
trong đó: s = = + là khoảng cách giữa các cực từ của rôto, p là số đôi cực của máy phát điện. Với s = (300 ~ 700) mm. Máy phát điện quay càng nhanh thì s P cảng lớn.
5.3.5. Dường kính ngoài của rôto D,
Đường kính ngoài của rôto được xác định theo công thức:
— 60v (5.9)
‘an trong đó:
v - vận tốc vòng của rôto (m/s), v được lấy trong khoảng (30 + 60) m/s và tỷ Ig nghich voi Ds
n-s6 vong quay ciia may phat dign (v/ph).
5.4. NHUNG THONG SO CO BẢN VA DAC TINH MPD 5.4.1. Những thông số co ban
Các thông số cơ bản của máy phát điện bao gồm: Công suất N, số vòng quay n, điện áp U, tần số dòng điện f, hiệu suất máy phát điện rị„,.
5.4.1.1. Công suất và hệ số công suất
Công suất hữu ích của máy phát điện hay công suất thực tế được tính theo
công thức sau:
Nag = Nr Mag (5.10)
trong đó:
Na - công suất hữu ích của máy phát điện (kW);
Nặ - công suất của tua bin (KW);
Tị„; - hiệu suất của máy phát điện.
Khi chọn máy phát điện thường dùng công suất biểu kiến S và được xác định như sau:
(6.11)
S - công suất biểu kiến hay công suất toàn phần của máy phát (kVA);
cos @ - hé sé cong suất bằng 0,8 + 0,9.
Công suất của máy phát điện có thể xác định theo công thức sau:
Nyy = V3 U Leos trong đó:
U - điện áp định mức của máy phát (kV);
1 - cường độ dòng điện định mức (A).
5.4.1.2. Dign ép
Diện áp của máy phát điện được quy định và phụ thuộc vào công suất của máy phát điện:
~ Khi N < 400kW thì U — 400/230 (V); với 400V điện áp dây và 230V điện áp pha.
~ Khi N< 4000kW thì U = 3,15kV;
N <20000kW thi U = 6,3kV;
N>20000kW thì U = 10,15kV;
N > 40000kW thi U = 15,75kV.
5.4.1.3. Số vòng quay và tần số dòng điện
Số vòng quay của máy phát điện phụ thuộc vào số vòng quay của tua bin. Ở máy phát điện lớn, tua bin và máy phát điện nói liền trục nên tua bin và máy phát điện có cùng số vòng quay.
‘Tan s6 dòng điện của máy phát điện xoay chiều 3 pha ở nước ta được quy định là f— 50hz. Một số vùng và quốc gia trên thế giới quy định f 60hz hoặc 33hz.
ữa n, p, Í theo công thức:
n=0L (5.13)
P
¡ cực của máy phát điện, thường p = 3 + 60. Khi f = 50hz thì vòng quay n = 1000 + 50 (v/ph).
5.4.1.4. Higu suất của máy phát điện
Khi máy phát điện làm việc sẽ có tốn thất năng lượng, những tổn thất này xảy.
ra do một số nguyên nhân:
- Tén that trong cuộn dây của stato;
~ Trong lõi thể
~ Do từ trường bị mất mát khi một số đường sức ra ngoài stato;
~ Tổn thất cơ khí trong ô đỡ và ô hướng;
~ Tổn thất ở kích thích từ của máy phát điện;
‘én that do toa nhiệt ở máy phát điện.
Với máy phát điện nhỏ, hiệu suất n„; — 0,92 + 0,93, với máy phát điện lớn hơn SO00KW thi thar — 0,95 + 0,97.
tua bin. Khi máy phát điện truyền động gián tiếp thì hiện suất máy phát sẽ giảm thấp hơn do tổn thất truyền động.
5.4.2. Đặc tính cơ học của máy phát điện
5.4.2.1. Tắc độ quay lồng
Khi cắt phụ tải đột ngột mà bộ phận điều chỉnh tua bin không làm vi
hướng đồng không đóng lại) tốc độ quay của tua bin sẽ tăng lên nhiều (hoặc
trường hợp xảy ra sự có), số vòng quay đó gọi là số vòng quay lỗng. Tốc độ quay lổng lớn quá có thể phá hỏng máy phát điện do lực ly tâm. Các máy phát điện thường được tính toán với với số vòng quay lồng lớn hơn số vòng quay định mức từ 1,8 + 2,2 lần phụ thuộc vảo tốc độ quay lồng của tua bin. Tốc độ quay lồng cho phép được quy định bởi nhà máy chế tạo máy phát điện và được xét đến khi tính độ bền của rôto.
5.4.2.2. Mé men dé
Khi phụ tải thay đổi đột ngột làm thay đổi số vòng quay của tổ máy do phân điện năng thay đồi đã biến thành động năng. Mô men đà của tổ máy bằng tổng số mô men đà phần quay của tỗ máy, mô men đà có tác dụng giữ cho tổ máy quay
ồn định khi phụ tải của tỗ máy thay đổi. Với máy phát điện lớn và trung bình, mô
men đà chỉ tính của rôto máy phát điện, bỏ qua mô men đà của các bộ phận khác như BXCT của tua bin, rôto của máy kích thích, ... vì chúng chỉ chiếm khoảng 10% của mô men đà của rôto máy phát. Trị số mô men đà có thể xác định theo.
công thức sơ bộ sau:
GD? = (4,5 +5,5) 10° D> |, (5.14)
trong đó:
GDỶ - ký hiệu mô men da (Tm’);
D/- đường kính ngoài của rôto máy phát (m);
1,- chiều cao lõi thép từ (m).
Trị số GD? cần cộng thêm 10%, khi tính đến mô men đà của máy kích thích
loại kích thích trực tiếp.
“Trọng lượng của máy phát điện lớn có thể tính sơ bộ theo công thức sau:
G =11,5(N/n)?2(tấn) G.15)
trong đó:
N - công suất định mức của MP (kW);
n - vòng quay đồng bộ của MPD (v/ph).
Trọng lượng rôto máy phát điện thường chiếm khoảng 50% dén 55% trong
lượng toàn bộ của MPD.
5.5. THIẾT BỊ KÍCH THÍCH TỪ:
Nguyên lý chung của MPD là để tạo ra trong cuộn đây một sức
cuộn đây phải chuyển động trong một từ trường tĩnh hoặc cuộn dây đứng yên trong một từ trường động. Trong máy phát điện, cuộn dây ở stato là đứng yên còn các cực từ của rôIo tạo ra từ trường động.
Để các cuộn đây của rôto tạo ra từ trường phải có dòng điện một chiều đi qua
cuộn dây của các cực từ trong rôto. Dòng điện một chiều đó gọi là dòng điện kích thích. Việc cho dòng điện một chiều đi qua cuộn dây ở các cực từ gọi là sự kích
thích từ. Máy phát điện một chiều để cung cấp dòng điện kích thích gọi là thiết bị
kích thích từ.
Với các máy phát điện lớn, thiết bị kích thích từ có công suất ở mức 0,5 + 1%
công suất máy phát điện đó, điện áp của thiết bị kích thích từ là 110 V đến 400 V.
Cho đến nay, trên thực tế thường gặp các hệ thống kích thích từ sau:
~ Kích thích từ dùng máy phát điện một chiều;
~ Kích thích từ không chỗi than;
~ Kích thích từ kiểu tĩnh, dùng thiết bị chỉnh lưu thyristor.
5.5.1. Hệ thống kích thích tĩnh Thiết bị kích thích từ bao gồm:
~ Máy biến áp kích thích từ;
~ Bộ chỉnh lưu thyristor;
~ Bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) va bộ phận điều chỉnh điện áp bằng
tay (MVR);
~ Hệ thống ngắt từ và các thiết bị phục vụ việc điều khiển và bảo vệ kích thích
từ trong vận hành bình thường và khi có sự có.
Máy biến áp kích thích từ được đấu nối vào mạch ra của máy phát điện tạo ra dòng điện xoay chiều đưa vào bộ chỉnh lưu thyristor nắn thành dòng điện một
chiều đưa vào cực từ rôto của máy phát điện bằng vòng góp. Bộ AVR thu tín
hiệu dòng điện và tín hiệu điện áp máy phát điện để đưa ra tín hiệu nhằm hiệu 125
chỉnh độ lệch giữa điện áp đầu cực máy phát thực so với giá trị cải đặt. Dòng
điện mỗi kích thích từ được lấy từ hệ thống điện một chiều của nhà máy. Ngày nay, hệ thống kích thích thích tĩnh được sử dụng rộng rãi, nhất là ở thủy điện lớn và đáp ứng nhanh đối với sự thay đổi điện áp. Sơ đổ nguyên lý kích thích tĩnh thể
hiện trên hình 5.11.
| ~ kien wr ban đầu Hình 5.11. Hệ thẳng kích thích tĩnh
ME- máy phát điện; BI- máy biến dòng điện; BU- máy biến điện áp;
'T- máy biến áp; AVR- bộ điều chỉnh điện áp tự động.
5.5.2. Hệ thống kích thích không chỗi than
Kích thích không chỗi than hiện nay cũng thường gặp ở nhà máy thủy điện nhỏ và vừa ở Việt Nam và các nước khác - nguyên lý làm việc như sau: Phần
quay của máy kích thích xoay chiều (AC) được gắn vào trục máy phát điện.
Dòng ra của máy kích thích AC được nắn thành dòng điện một chiều ngay
trên rôto máy phát điện như bộ chỉnh lưu đi-ốt rồi đi vào cực từ trên rôto máy
phát điện.
Đặc điểm của hệ thống kích thích từ nảy là loại bỏ hoàn toàn chỗi than, hơn cả
hệ thống kích thích tĩnh (vẫn còn vòng góp điện) nhưng chưa đáp ứng được yêu
cầu về thời gian khi thay đổi điện áp nên chỉ sử dụng rộng rãi ở thủy điện nhỏ và
vừa (hình 5.12).
Đến cuộn dây cực ứMPD — >>
'Cuộn day Stato của kích từ AC.
Cuộn day Roto
của kích từ AC. Chính lưu quay
Hình 5.12. Hệ thống kích thích không chỗi than
5.5.3. Kích thích từ bằng máy phát điện một chiều
Kích thích từ bằng máy phát điện một chiều trước đây được sử dụng rộng rãi,
song ngày nay ít dùng vì phải có chỗi than góp điện của máy phát điện một chiề và phải có vòng góp để đưa điện kích thích từ vào các cực từ ở rôto máy phát điện. Ở máy phát điện lớn, ngoài máy kích thích từ chính còn có máy kích thích
từ phụ lảm việc trên nguyên lý tự kích thích. Diều chỉnh điện áp bằng biến trở lắp trên mạch điện một chiều.
5.6. LÀM MÁT MÁY PHÁT ĐIỆN
Trong quá trình làm việc, máy phát điện tỏa ra một lượng nhiệt khá lớn làm
cho máy nóng lên. Nhiệt độ tăng cao làm giảm hiệu suất của máy và dẫn đến phá
hỏng máy phát điện.
Để làm mát máy phát điện thường sử dụng không khí hoặc nước. Không khí làm mát máy phát điện phải thỏa mãn yêu cầu sau:
~ Dũ lưu lượng không khí làm mát theo tính toán;
~ Không khí phải sạch đễ tránh bụi vào các cuộn dây của máy phát. Hàm lượng bụi cho phép giới hạn ở mức 2 mg/m” không khí. Đặc biệt phải tránh bụi than dé để phòng chá)
~ Không khí phải khô, nếu không khí ẩm phải sấy trước khi đưa vào máy.
Khi dùng không khí làm mát, tùy vào công suất máy phát lớn hay nhỏ để chọn một trong hai hệ thống làm mát là hệ thống làm mát không tuần hoàn và hệ thống làm mát tuần hoàn.
Việc làm mát máy phát điện dựa trên nguyên lý sử dụng không khí lạnh (hoặc nước lạnh) để làm mát các cuộn dây của stato và rôto máy phát. Như vậy, trong quá trình làm việc nhiệt độ ở các cuộn dây không vượt quá nhiệt độ cho phép.
Nhiệt độ cao nhất của máy phát điện do các hãng chế tạo máy phát quy định, thường nằm trong khoang 60 + 65°C.
5.6.1. Hệ thống làm mát không tuần hoàn
Hệ thống làm mát không tuần hoàn là hệ thống không sử dụng máy làm mát mà dùng không khí tự nhiên. Hệ thống làm mát không tuần hoàn thường áp dụng
cho các máy phát điện có công suất nhỏ (S < 4000 kVA).
Hệ thống làm mát không tuần hoàn có thể sử dụng với 4 cách thức làm mát sau.
5.6.1.1. Sơ đồ làm mát không tuần hoàn với MPĐ đặt hớ trong nhà máy
Hình 5.13. Sơ đồ làm mắt với MPĐ đặt hở:
không khí bên ngoài; 2- đưa không khí nóng ra ngoài;
3- đưa không khí nóng vào buồng máy; 4- bộ phận điều chỉnh lưu lượng;
5- cửa lấy không khí từ phòng dưới.