CHƯƠNG 11: NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN Tìm hiểu, phân loại, thiết bị trạm thủy điện, Xác định kích thước, kết cấu, đặc điểm cấu tạo số nhà máy thủy điện thường gặp 11.1 Khái niệm – Phân loại - Nước ta có tiềm lớn thủy - Trữ lý thuyết khoảng 300 tỷ kWh miền bắc: 51 tỷ kWh miền trung: 19 tỷ kWh miền nam: 10,5 tỷ kWh - Những nhà máy thủy điện lớn: Hòa Bình: 2000 MW (1 MW = triệu W) Trị An: 400 MW Thác Bà: 120 MW Đa Nhim: 100 MW Yaly: 690 MW Thác Mơ: 150 MW Vĩnh Sơn: 68 MW Sơn La: 3600 MW Và hàng nghìn thủy điện cỡ vừa nhỏ, siêu nhỏ phục vụ điện cho thị trấn, làng, gia đình vùng núi đông bắc, tây bắc, đông nam Mặc dù nhà nước ngành lượng quan tâm đến vùng thị trấn huyện lỵ địa hình khó khăn, xa lưới điện, phân tán, nên điện Nếu gần thủy năng, ta tận dụng để phát điện: thắp sáng, xay xát gạo, chạy máy bơm, TV, radio, Đây tiêu kinh tế đầu tư nhỏ Nhà máy thủy điện công trình thủy công bố trí thiết bị động lực (tuabin, máy phát điện), thiết bị phục vụ cho hệ thống làm việc bình thường nhằm sản xuất điện cho hộ dùng điện Loại kết cấu nhà máy phải đảm bảo an toàn cho thiết bị làm việc, thuận lợi cho vận hành Nhà máy thủy điện chia thành loại: - Nhà máy thủy điện kiểu ngang đập: Được xây dựng H = 35 – 40 m Bản thân nhà máy phần công trình dâng nước, thay phần cho đập dâng Do vị trí nhà máy nằm lòng sông nên gọi nhà máy thủy điện kiểu lòng sông - Nhà máy thủy điện kiểu sau đập: Được bố trí sau đập dâng nước Khi H > 35-40m thân nhà máy lý ổn định công trình thành phần công trình dâng nước trường hợp tổ máy công suất lớn Nếu đập dâng nước đập bê tông trọng lực cửa lấy nước đường ống dẫn nước tuabin bố trí thân đập bê tông, đường ống dẫn nước tuabin bố trí hạ lưu đập - Nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn: Trong sơ đồ khai thác thủy kiểu đường dẫn kết hợp, nhà máy thủy điện đứng riêng biệt tách khỏi công trình đầu mối Cửa lấy nước đặt cách xa nhà máy, trường hợp công trình dẫn nước không áp cửa lấy nước nằm thành phần bể áp lực Trường hợp công trình dẫn nước đường hầm có áp cửa lấy nước bố trí đầu đường hầm công trình độc lập Đường dẫn nước vào nhà máy thường đường ống áp lực trường hợp trạm thủy điện đường dẫn cột nước thấp với đường dẫn kênh dẫn nước bố trí nhà máy thủy điện kiểu ngang đập Phân theo vị trí tương đối thân nhà máy bố trí tổng thể: - Nhà máy thủy điện mặt đất - Nhà máy thủy điện ngầm - Nhà máy thủy điện nửa ngầm (phần chủ yếu bố trí lòng đất, phần mái che bố trí hở phía trên) - Nhà máy thủy điện thân đập (trong thân đập bê tông, đập đất, trụ chống đập trụ chống Theo công suất: Nhà máy thủy điện lớn: Nlắp máy > 1000 MW Nhà máy thủy điện vừa: 15 MW ≤ Nlắp máy ≤ 1000 MW Nhà máy thủy điện nhỏ: Nlắp máy ≤ 1000 MW -Lợi dụng địa hình có sẵn đập ngăn sông, kênh có sẵn ngành thủy lợi để phát điện, giá thành xây dựng rẻ, cần đồng ý ngành thủy lợi, hiệu khai thắc sử dụng vào lịch tháo nước ngành thủy lợi -Lợi dụng địa hình dòng chảy dốc uốn quanh dòng chảy song song có độ chênh khác Trong trường hợp xây thủy điện không quên đập tràn để tránh nước lũ lên cao ngập tổ máy Cần chắn rác: cành cây, rơi vào tuabin gây kẹt, vỡ cánh d) Chọn kiểu tuabin Tuabin thủy lực: biến đổi lượng dòng chảy (thủy năng) thành để chạy máy phát điện hay máy công tác khác -Tuabin cột nước cao 40-1.000 m (tuabin Pelton): thân tuabin có bánh, bánh có gắn nhiều gáo Một vòi phun nước theo hướng tiếp tuyến vào gáo để tạo chuyển động quay Ưu điểm nhỏ gọn, giá đầu tư rẻ, chế tạo gáo phức tạp Tuabin Tugo: ưu điểm H = 15-300m - Tuabin cột nước trung bình (Francis, Banki) Tuabin Francis loại lâu đời H = 2-200 m Nước từ thượng lưu chảy xuống buồng xoắn vào cánh dẫn hướng vào bánh công tác làm quay tuabin, sau nước đổ vào ống thẳng đứng hình nón để thoát xuống hạ lưu, thiết kế chế tạo bánh công tác, cánh dẫn khó, phức tạp H = 2-60 m, dùng tuabin dễ chế tạo hơn, tuabin Banki, loại tuabin chảy ngang Tia nước từ cao chảy vào BCT thông qua lưỡi gà điều chỉnh lưu lượng Lần BCT nhận 83% lượng dòng chảy, sau tia nước đập lại vào cánh lần khỏi tuabin Hiệu suất 80%, dùng phổ biến nước phát triển - Tuabin cột nước thấp –tuabin Kplan (tuabin hướng trục, chong chóng) (hướng đứng, xiên, ngang) Kết luận: H cao, tuabin Pelton thích hợp H trung bình, tuabin chảy ngang Banki, Francis H nhỏ, tuabin Kplan e) Thiết bị điện Ứng dụng lượng nước phát điện, cần gắn tuabin vào máy phát điện Nếu TTĐ công suất < kW, lắp thêm mạch dòng điện chiều để nạp ắc qui Công suất 10-20 kW dùng máy phát pha, điện áp 110/220V, công suất lớn dùng máy phát pha, điện áp 380/660V Ở tổ máy công suất trung bình lớn dùng hệ điều tốc để ổn định tốc độ quay điện áp Thiết bị điện trạm gồm phận chính: - Máy phát điện: biến thành điện - Hệ thống kích từ: gồm điều chỉnh điện áp (bộ phận cung cấp dòng điện chiều tạo từ trường roto máy phát đồng bộ điều chỉnh công suất thiết bị bảo vệ Mọi thay đổi điện áp xoay chiều tác động vào điều chỉnh làm thay đổi dòng điện kích từ chiều, làm thay đổi từ trường máy phát điện, ổn định điện áp Tần số dòng điện phát tác động vào điều khiển (điều tốc) để thay đổi kịp thời độ mở van nước Kết tổ tuabin-máy phát có số vòng quay ổn định để tạo tần số 50 Hz gần không phụ thuộc vào mức tiêu thụ điện Tùy theo công suất tổ máy, MP điện chế tạo khác Công suất tổ máy lớn hệ thống điện phức tạp Một số máy phát điện đơn giản-thủy điện cực nhỏ Máy phát điện dùng nam chân vĩnh cửu: Phổ biến: Công suất vài ba trăm oát đến kW nhập từ Trung Quốc, máy phát cho TĐ cực nhỏ ĐHBKHN chế tạo, công suất 200W, thiết kế số vòng quay cao 1000-1500 v/ph, cấu tạo đơn giản, giá rẻ, hiệu suất điện cao so với MP điện tự kích từ trường roto Nhược điểm sau thời gian sử dụng công suất, điện áp MP điện suy giảm dần, suy giảm nhanh hay chậm phụ thuộc nam chân vĩnh cửu Trên stato có đặt nhiều cuộn dây điện từ mắc nối tiếp Khi roto quay, stato xuất điện áp xoay chiều 110, 220V Điện áp dẫn thẳng đến nơi tiêu thụ điện Do cấu tạo đơn giản nên điên áp dao động nhiều phụ thuộc Q phụ tải điện - Máy phát điện tự kích từ: Không bị suy giảm từ tính có nhược điểm đòi hỏi tốc độ cao Những MP ô tô có tốc độ cao 15005000 v/ph, dùng cho máy thủy điện cực nhỏ loại Banki tốc độ tuabin 1000-2000v/ph Hiện dùng MP điện chiều điện áp 12 24 V dùng vành trượt Với mục đích để nạp ắc qui nên dùng chỉnh lưu bán dẫn, từ trường bắt đầu phát điện từ dư Khi phát điện phần từ trường phát để kích thích từ trường roto, gọi máy phát tự kích thích Điện áp thấp nên truyền vài chục mét bị giảm, có đến nơi tiêu thụ không điện áp Vì nhược điểm nên MP điện ô tô dùng trừ nguồn nước cạnh nhà Có thể cải tạo MP điện ô tô điện áp thấp thành điện áp 110-220V, nhiên tốc độ cao nên phải thêm tăng tốc Loại MP điện kW ĐHBKHN chế tạo có tốc độ thấp theo yêu cầu theo nguyên lý tự kích từ Dòng điện xoay chiều phát từ cuộn dây stato cảm ứng cuộn dây roto chỉnh lưu thành dòng chiều để tạo từ trường MP Trên cuộn stato có nối tụ điện để tạo từ trường tự kích thích, máy dùng thêm số mạch điện từ đơn giản để ổn định điện áp ra, ưu điểm điện áp 220V nên dẫn xa (vài trăm mét), có thêm nguồn điện áp chiều 12V để nạp ắc qui chỗ dùng phổ biến f) Một số lưu ý lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng trạm thủy điện - Chọn địa điểm lắp đặt: phụ thuộc H, Q, thời gian có nước - Kỹ thuật lắp đặt: Kiểm tra trước lắp đặt vận chuyển đến nơi xa xôi hẻo lánh Kiểm tra xong lắp đặt theo hướng dẫn, cần bắt chặt chỗ tiếp xúc khe hở gây rò rỉ nước, khí làm giảm hiệu suất tuabin, bắt chặt phận tuabin để tránh rung động - Sử dụng, bảo dưỡng: - Bổ sung dầu mỡ định kỳ, thay chi tiết hao mòn - Khi không thắp sáng, dùng điện nạp ắc qui để chạy máy công tác để nhanh thu hồi vốn đầu tư - Để hạ giá thành, TĐ nhỏ không lắp thiết bị ổn định điện đơn giản - Khi lắp máy TĐ nhỏ dùng bóng điện công suất nhỏ - Đấu cực nạp ắc qui [...]... 6-8m 11. 3 Kết cấu và kích thước phần dưới nước và phần trên nước của nhà máy thủy điện 11. 3.1 Các kết cấu phần dưới nước của nhà máy a)Thiết bị bố trí phần dưới nước của nhà máy Dọc theo chiều dài nhà máy (vuông góc với chiều dài dòng chảy), phần dưới nước gồm nhiều khối tuabin giống nhau, ngoài cùng là sàn lắp ráp Tùy điều kiện địa chất nền và chiều dài, toàn bộ nhà máy là 1 khối liền hoặc cách nhau... nâng cao điện áp để tải điện đi xa, phụ thuộc vào hệ thống mà trạm thủy điện cung cấp, điện áp cao thế của TBA có thể là 35, 110 , 220, 500 kV hoặc cao hơn MBA chính được bố trí ngoài trời, được làm mát bằng không khí hoặc nước Cấu tạo các bộ phận chính của MBA trên hình 11. 4.a hình 11. 4.a MBA đặt trên hệ thống đường ray chung cho toàn trạm và có thể vận chuyển vào gian máy để sửa chữa MBA được phân làm... vận chuyển vào gian máy để sửa chữa MBA được phân làm 2 loại theo số cuộn dây: - MBA 2 cuộn dây: để tăng điện áp MP lên 1 cấp điện áp - MBA 3 cuộn dây: để tăng điện áp lên 2 cấp khác nhau cung cấp cho 2 hệ thống khác nhau Nhãn hiệu MBA phải thể hiện công suất, điện áp, phương pháp làm mát, số pha và khả năng làm mát ngoài trời Khả năng vượt tải tạm thời của MBA trong 1 số ít giờ có thể đạt 30-40%,... điện chia làm 2 phần: - Phần dưới nước: (khối bê tông ở phía trên) - Phần trên nước: gian máy, gian lắp ráp – sửa chữa, gian máy phát điện, thùng dầu áp lực, tủ điều tốc tuabin 11. 2 Các thiết bị bố trí trong nhà máy thủy điện 11. 2.1 Tuabin thủy lực Các bộ phận cơ bản của tuabin phản kích là bộ phận dẫn nước vào buồng xoắn, phần cơ khí thủy lực (trụ chống, cánh hướng nước, bánh xe công tác), bộ phận... máy phát S (MVA) ≤125 126 ÷ 360 > 360 Cos ϕ 0,8 0,85 0,9 Số vòng quay định mức: 60 f no = p p: số đôi cực từ của stato máy phát Hiệu suất MP điện phụ thuộc vào công suất phát điện của MP (96,5 – 98%) 11. 2.3 Các thiết bị cơ khí trong nhà máy thủy điện a) Thiết bị nâng chuyển Là cầu trục phục vụ cho lắp ráp và sửa chữa Cầu trục chính bố trí cho gian máy, tầm hoạt động của nó cho toàn bộ gian máy, phục... xe công tác), bộ phận tháo nước (ống hút), hệ thống thiết bị điều khiển tuabin (thùng dầu áp lực, tủ điều tốc, máy tiếp lực) Phụ thuộc vào H mà sử dụng tuabin cánh quay, cánh quạt, tâm trục, tuabin gáo 11. 2.2 Máy phát thủy điện Máy phát là động cơ biến cơ năng của tuabin thành điện năng cung cấp cho hệ thống điện Về nguyên tắc là máy phát đồng bộ 3 pha, các bộ phận chủ yếu gồm: roto nối với trục tuabin... nền và chiều dài, toàn bộ nhà máy là 1 khối liền hoặc cách nhau bằng các khe lún ngang cắt nhà máy thành nhiều đoạn Trong mỗi đoạn gồm 1 hoặc 1 số tổ máy, riêng phần sàng lắp ráp do chịu tải trọng khác nhau nên thường được tách riêng khỏi các khối tuabin Phần dưới nước tính từ dưới lên có tầng ống hút, tầng tuabin Về phía thượng lưu thường bố trí 1 số hành lang như hành lang tháo cạn nước buồng xoắn... kết cấu chủ yếu phần dưới nước Phần dưới nước gồm: - Bộ phận dẫn nước: buồng xoắn ống hút đường ống tuabin - Kênh xả (đối với tuabin xung kích) Tùy thuộc loại nhà máy và loại tuabin dưới nước có khác nhau Trạm thủy điện ngang đập: phần dưới nước của nhà máy ngoài buồng xoắn, ống hút, còn có cửa liên kết với nhà máy, dẫn nước trực tiếp vào buồng xoắn Trạm thủy điện sau đập và đường dẫn nước chủ yếu