1.1. Lựa chọn tua bin và các thông số chính 1.1.1. Lựa chọn loại tua bin thuỷ lực
Công trình thủy điện Hà Tây là loại công trình thuộc phạm vi cột nước thấp, có thể lựa chọn 02 phương án tuabin Francis và tuabin Chong chóng. Tuabin Francis có phạm vi tỷ tốc 60 đến 400. Tuabin Chong chóng có phạm vi tỷ tốc từ 300 đến 800.
Với dải cột nước tác dụng lên tua bin thủy điện Hà Tây thay đổi từ 20,66m đến 22,23m, theo tính toán hệ số tỷ tốc Tuabin là ns=537,21 nên kiến nghị loại Tua bin dùng cho nhà máy thuỷ điện Hà Tây là tua bin Chong chóng.
Tuabin chóng chóng có thể sử dụng 2 dạng: Trục đứng và trục ngang.
Tuabin chóng chóng trục ngang có ưu điểm nhỏ gọn, dễ tháo lắp, bảo dưỡng.
Tuy nhiên thực tế tuabin chóng chóng trục ngang chỉ vận hành với hiệu suất cao trong phạm vi cột nước từ 5-15m bởi:
- Tuabin trục ngang được bố trí dòng thẳng nên yêu cầu độ chênh cột nước thượng hạ lưu không quá lớn.
- Tuabin chong chóng bị hạn chế bởi khí thực nên nhà máy trục ngang sẽ bị dìm sâu nếu hoạt động ngoài phạm vi cột nước trên.
Trong phạm vi cột nước của thủy điện Hà Tây, hiệu suất làm việc của tuabin trục ngang là không đảm bảo. Do đó, Tư vấn thiết kế kiến nghị sử dụng tuabin chong chóng trục đứng cho thủy điện Hà Tây.
1.1.2. Lựa chọn số tổ máy
Với công suất lắp máy NLM = 9,0 MW, để bảo đảm an toàn cho việc cấp điện và thoả mãn điều kiện vận chuyển thiết bị không chọn phương án 1 tổ máy. Nếu số tổ máy lớn hơn 3 tổ máy thì khối lượng thiết bị và xây lắp sẽ rất lớn đồng thời chi phí vận hành sẽ tăng. Do đó, chỉ nên xem xét hai phương án: 2 tổ máy và 3 tổ máy để tính toán và lựa chọn.
a. Phương án 1: Tua bin chong chóng 2 tổ máy Ưu điểm:
- Số tổ máy ít nên khối lượng thiết bị nhỏ đồng thời thuận tiện trong qúa trình giám sát, vận hành, bảo dưỡng.
- Vốn đầu tư thấp.
- Hiệu suất tuabin cao hơn so với phương án 2.
Nhược điểm:
BVTC - Khả năng an toàn cấp điện của phương án I thấp hơn vì khi sự cố một tổ máy thì mất 50% năng lượng điện toàn nhà máy.
b. Phương án 2: Tua bin chong chóng 3 tổ máy Ưu điểm:
- Khả năng an toàn cấp điện của phương án 2 tốt hơn phương án 1. Tuy nhiên do phạm vi điều chỉnh lưu lượng của tua bin chong chóng rất hẹp nên số tổ máy lớn hơn không cải thiện được nhiều hiệu suất trung bình toàn nhà máy.
Nhược điểm:
- Hiệu suất tuabin thấp hơn phương án 1.
- Mặc dù đường kính bánh xe công tác giảm nhưng không nhỏ hơn đáng kể so với phương án 1 nên kích thước nhà máy sẽ lớn hơn. Kích thước và khối lượng tuyến năng lượng sẽ tăng lên.
- Do Hệ số tỷ tốc không đổi nên Phương án 2 bị hạn chế bởi yếu tố khí thực, cao trình đặt bánh xe công tác thấp hơn phương án 1. Chi phí xây dựng nhà máy sẽ lớn hơn đáng kể.
- Số tổ máy nhiều nên khối lượng thiết bị, khối lượng xây dựng và chi phí vận hành tăng nên chi phí đầu tư lớn hơn phương án I.
- Vận hành phức tạp so với quy mô công suất nhà máy.
Qua phân tích ưu nhược điểm của 2 phương án và căn cứ vào các kết quả phân tích chỉ tiêu kinh tế tài chính, kiến nghị chọn phương án 02 tổ máy.
Các thông số kỹ thuật chính của tua bin được chọn như sau:
- Số tổ máy Z : 02 tổ
- Kiểu Tuabin : Chong chóng trục đứng
- Công suất định mức tổ máy Nđm : 4,5 MW - Công suất trên trục tua bin Nt : 4,737 MW
- Đường kính BXCT D1 : 2,00 m
- Số vòng quay định mức nđm : 300 v/ph
- Số vòng quay lồng nl : 480,0 v/ph
- Cột nước cao nhất Hmax : 22,23 m
- Cột nước tính toán Htt : 21,05 m
- Hiệu suất tua bin ηT : 91,65 %
- Lưu lượng qua tua bin QT : 25,50 m3/s
- Chiều cao hút Hs : -1,0 m
- Khối lượng tua bin GT : 42,70 T
- Khối lượng rôto (Tấn) GRT : 48,7 T
BVTC
- Chiều quay theo chiều kim đồng hồ nhìn từ máy phát xuống 1.1.3. Lựa chọn cao trình đặt BXCT.
Cao trình đặt BXCT của tua bin được chọn là khoảng cách từ mực nước hạ lưu nhỏ nhất tới tâm BXCT, được chọn để đảm bảo khả năng vận hành tua bin không bị xâm thực. Cao độ đặt BXCT phụ thuộc vào cao độ mức nước hạ lưu nhỏ nhất tại tuyến nhà máy.
Mực nước hạ lưu nhỏ nhất là 546,30m.
Chiều cao hút (HS) yêu cầu sẽ được chính xác lại sau khi thoả thuận với nhà máy chế tạo tua bin, nhưng giá trị trên sẽ thay đổi không nhiều.
Như vậy cao trình đặt BXCT ở cao độ 544,80 m là đảm bảo được HS yêu cầu 1.2. Máy điều tốc
1.2.1. Loại và mô tả máy điều tốc
Máy điều tốc điện - thuỷ lực kỹ thuật số bao gồm các bộ phận sau:
- Bộ điều tốc điện - Thiết bị đo tốc độ - Thiết bị đo phản hồi
- Bộ phận cung cấp dầu thuỷ lực cho bộ điều tốc - Các bộ phận điều khiển thuỷ lực.
Chọn loại máy điều tốc có các thông số chính:
- Kiểu : Điện-Thủy lực với bộ PID kỹ thuật số
- Công : A= 5000 Kgm
- Số lượng : 02
- Thời gian đóng mở cánh hướng dòng : 2÷10 giây (có thể điều chỉnh)
- Độ sụt tốc : 0÷10%
- Phạm vi điều chỉnh tần số : 47,5-52,5Hz - Dải thay đổi tốc độ : -10÷10
- Áp lực dầu : 12-16 MPa
- Điều tốc được trang bị các thiết bị điều khiển, tự động cần thiết bảo đảm sự làm việc tin cậy của tổ máy trong mọi chế độ vận hành.
- Năng lượng để điều tốc đóng mở cơ cấu cánh hướng của tua bin được lấy từ thùng dầu áp lực có áp suất làm việc 12-16 MPa.
1.2.2. Các yêu cầu về vận hành
Máy điều tốc của tua bin cần đảm bảo:
- Tự động khởi động tua bin từ một tín hiệu điều khiển;
- Hòa điện tự động;
- Cho tổ máy công tác trong các chế độ điều chỉnh đơn lẻ hoặc điều chỉnh cụm;
- Tự động chuyển tổ máy từ chế độ này sang chế độ khác và ngược lại;
BVTC - Tự động dừng tổ máy từ bất kỳ chế độ làm việc nào khi có yêu cầu;
- Tự động dừng tổ máy khi có sự cố, khi đóng thiết bị bảo vệ chống sự cố của tổ máy, hoặc theo nút điều khiển bấm bằng tay;
- Khởi động tổ máy khi điều khiển bằng tay;
- Khởi động và dừng tổ máy khi không có điện áp xoay chiều ở hệ thống tự dùng của nhà máy;
- Bộ điều chỉnh khi điều chỉnh đơn hay cả nhóm phải đảm bảo điều chỉnh tự động ổn định các tổ máy khi làm việc ở chế độ không tải, phụ tải cách ly và ở hệ thống điện khi ngắt và khi nhận phụ tải, khi thay đổi điện áp nguồn của bộ điều tốc và khi chuyển sang nguồn dự phòng.
1.3. Hệ thống thiết bị dầu áp lực
Hệ thống cung cấp dầu áp lực bao gồm 01 bơm dầu, 01 bình dầu áp lực và 01 thùng dầu dùng cho bộ điều tốc của mỗi tổ máy. Hệ thống cấp dầu áp lực sẽ được vận hành liên tục bằng van điều khiển xả tải. Hệ thống này được vận hành tự động và gián đoạn phù hợp với áp lực dầu trong bình dầu áp lực. Áp suất vận hành bình thường là 120kg/cm2.
1.3.1. Bơm dầu
Phải cung cấp dầu áp lực bằng bơm dẫn động có mô tơ kép nối trực tiếp, loại bơm bánh răng hoặc bơm vít. Mỗi bơm phải đủ công suất để cung cấp, ở áp suất bình thường
1.3.2. Bình dầu áp lực
Mỗi hệ thống cấp dầu của bộ phận điều tốc phải có một bình dầu áp lực làm bằng thép hàn, được thiết kế và thi công theo Tiêu chuẩn nồi hơi bình áp lực ASME phần VIII, hoặc tiêu chuẩn tương đương khác với áp suất làm việc tối đa.
Bình dầu áp lực phải thiết kế đảm bảo dung tích dầu yêu cầu kể cả khối lượng dầu điều khiển được tiêu thụ cho các quá trình vận hành
1.4. Máy phát điện
1.4.1. Số vòng quay và công suất định mức
Trục máy phát được nối trực tiếp với trục tua bin, vì vậy số vòng quay định mức của máy phát chính là số vòng quay định mức của tua bin. Như vậy tốc độ quay định mức là nđm = 300 v/ph, tốc độ quay lồng nl = 480,0 v/ph. Số đôi cực tương ứng:
2p = 24.
Hiệu suất của máy phát được lấy bằng: ηmp=95,0%.
Công suất định mức của máy phát:
Nmp = ηmp.Ntb = 0,95x4,737 = 4,5MW.
1.5.2. Hệ số công suất và điện áp định mức
Hệ số công suất định mức cosϕ của máy phát được lấy bằng 0,8 để đảm bảo ổn định hệ thống lưới điện.
Công suất biểu kiến của máy phát tương ứng với hệ số công suất được lựa chọn:
BVTC
MW MVA
PS NMP 5,625
8 , 0 5 , 4
cos = =
= ϕ
Điện áp định mức theo tiêu chuẩn có thể lấy bằng 6,3 KV.
1.5.3. Cách điện và giải pháp làm mát
Cách điện của máy phát được chọn theo cấp F có giới hạn nhiệt độ tiếp xúc với lớp cách điện tại các khu vực của máy phát:
- Tại cuộn dây của Stator ≤ 1400C - Tại cuộn dây của Rotor ≤ 1450C - Phần thép từ của Stator ≤ 1400C
Giải pháp làm mát máy phát là làm mát gián tiếp bằng không khí tuần hoàn kín. Không khí được làm mát bằng nước tuần hoàn 1 chiều (tuần hoàn hở). Nhiệt độ không khí không quá 400C, nhiệt độ nước làm mát không quá 300C.
1.5.4. Các thông số kỹ thuật chính của máy phát
Loại máy phát: Đồng bộ 3 pha, trục đứng được nối trực tiếp với tua bin thuỷ lực
Công suất biểu kiến định mức, Ps : 5,625 MVA Công suất hữu công định mức, Nmp : 4,5 MW Hiệu suất máy phát, ηmp : 95,0%
Điện áp định mức, Uđm : 6,3 kV
Dòng điện : 520 A
Hệ số công suất định mức Cosϕ : 0.80 Dải dao động điện áp, ∆U : ± 5%
Tần số định mức, fđm : 50 Hz
Số vòng quay định mức, nđm : 300 v/ph Số vòng quay lồng, nl : 480,00 v/ph
Hệ số quá tải : 1,2
Cấp cách điện : F
Sơ đồ đấu pha của cuộn stato : hình sao Mô men đà yêu cầu, GD2 : 184,85 Tm2 Hằng số quán tính, Ta : 7,7 sec Trọng lượng máy phát ước tính, GMP : 60 Tấn Trọng lượng rotor ước tính, GRT : 30 Tấn
Giải pháp làm mát : Làm mát gián tiếp bằng không khí Nhiệt độ nước cấp cho bộ trao đổi nhiệt : ≤ 300C
Máy phát tự động điều chỉnh điện áp.
1.5.5. Bộ phận kích từ không dùng chổi than
BVTCa. Chức năng của hệ thống
Hệ thống đảm bảo quá trình kích thích và tự động kiểm tra quá trình kích thích máy phát ở các chế độ sau:
- Kích thích ban đầu - Chạy không tải
- Khởi động tự động và hoà vào lưới theo phương pháp hoà đồng bộ chính xác.
- Đảm bảo khả năng làm việc của máy phát trong hệ thống điện với các điều kiện vận hành chấp nhận được cho máy phát.
- Gia cường kích thích với bội số cho trước theo điện áp và dòng điện trong điều kiện có sự vi phạm các thông số định mức trong hệ thống gây giảm điện áp tại thanh cái nhà máy.
- Giảm kích thích khi trong hệ thống có sự vi phạm các thông số định mức, gây tăng điện áp tại thanh cái nhà máy.
b. Thành phần của hệ thống
- Hệ thống điều khiển và điều chỉnh với 2 kênh điều chỉnh vi xử lý: Bộ điều chỉnh điện áp stator AVR; bộ điều chỉnh dòng kích từ SCR.
- Bộ điều chỉnh điện áp tự động theo nguyên lý tỷ lệ – tích phân – vi sai (PID).
Bộ điều chỉnh dòng kích thích theo quy luật tỷ lệ – tích phân (PI).
1.5. Thiết bị cầu trục gian máy
Cầu trục gian máy điều khiển bằng điện trên sàn công suất 75T/20T dùng để vận chuyển các thiết bị được cung cấp và lắp đặt trong nhà máy.
Các thông số chính của cầu trục:
- Sức nâng móc chính : 75 T - Sức nâng móc phụ : 20 T - Nhịp cầu trục : 13,5 m 1.6. Bố trí tổ máy
Trong gian máy được bố trí 2 tổ máy thuỷ lực trục đứng với máy phát trục đứng. Lực dọc trục do trọng lượng các phần quay của tổ máy và áp lực nước trên bánh xe công tác sẽ được truyền qua ổ đỡ, đế máy đặt trên bêtông nền nhà máy.
Trong nhà máy đã lấy các cao trình vận hành chính như sau:
- Sàn lắp máy : 559,00 m
- Sàn gian máy : 551,60 m - Tầng máy bơm : 547,20 m - Cao độ đặt BXCT : 544,80 m
Thiết bị điều chỉnh tua bin bao gồm bình dầu áp lực thùng dầu với các máy bơm dầu, tủ điều tốc được bố trí trên cao độ 551,60 m về phía thượng lưu.
Diện tích sàn lắp ráp và sàn trung chuyển được xác định bởi điều kiện đặt các