1.1 PHÂN LOẠI nhà máy thủy điện
Nhà máy thuỷ điện là công trình thuỷ công trong đó bố trí các thiết bị động lực (turbin, máy phát điện) và các hệ thống thiết bị phụ phục vụ cho sự làm việc bình thường của các thiết bị chính nhằm sản xuất điện năng cung cấp cho các hộ dùng điện. Có thể nói đây là một xưởng sản xuất điện năng của công trình thuỷ điện. Loại và kết cấu nhà máy phải đảm bảo làm việc an toàn của các thiết bị và thuận lợi trong vận hành.
Nhà máy thuỷ điện được chia thành ba loại cơ bản:
– Nhà máy thuỷ điện ngang đập được xây dựng trong các sơ đồ khai thác thuỷ năng kiểu đập với cột nước không quá 35 – 40 m. Bản thân nhà máy là một thành phần công trình dâng nước, nó thay thế cho một phần đập dâng. Của lấy nước cũng là thành phần cấu tạo của bản thân nhà máy. Do vị trí nhà máy nằm trong lòng sông nên loại nhà máy này còn được gọi là nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông. Chi tiết kết cấu loại nhà máy này được trình bày trong chương II mục 2-1.
– Nhà máy thuỷ điện sau đập được bố trí ngay sau đập dâng nước. Khi cột nước cao hơn 30-45 m thì bản thân nhà máy vì lý do ổn định công trình không thể là một thành phần của công trình dâng nước ngay cả trong các trường hợp tổ máy công suất lớn. Nếu đập dâng nước là đập bê tông trọng lực thì cửa lấy nước và đường ống dẫn nước turbin được bố trí trong thân đập bê tông, đôi khi đường ống dẫn nước turbin được bố trí trên mái hạ lưu của đập.
– Nhà máy thuỷ điện đường dẫn trong sơ đồ khai thác thuỷ năng kiểu đường dẫn hoặc kết hợp, nhà máy thuỷ điện đứng riêng biệt tách khỏi công trình đầu mối. Cửa lấy nước đặt cách xa nhà máy. Trong trường hợp công trình dẫn nước là không áp thì cửa lấy nước nằm trong thành phần của bể áp lực; trong trường hợp công trình dẫn nước là đường hầm có áp thì cửa lấy nước bố trí ở đầu đường hầm và là một công trình độc lập. Đường dẫn nước vào nhà máy thường là đường ống áp lực nhưng trong trường hợp trạm thuỷ điện đường dẫn cột nước thấp với đường dẫn là kênh dẫn thì có thể bố trí nhà máy thuỷ điện kiểu ngang đập.
Ngoài cách phân loại cơ bản trên nhà máy thuỷ điện còn được phân loại theo vị trí tương đối của bản thân nhà máy trong bố trí tổng thể: Nhà máy thuỷ điện trên mặt đất (nhà máy thông thường); nhà máy thuỷ điện ngầm được bố trí toàn bộ trong lòng đất, nhà máy thuỷ điện nửa ngầm với phần chủ yếu của nhà máy bố trí ngầm trong lòng đất, phần mái che có thể bố trí hở trên mặt đất; nhà máy thuỷ điện trong thân đập được bố trí trong thân đập bê tông, trong thân đập đất, giữa các trụ chống của đập trụ chống…
Về đặc điểm kết cấu của ba loại cơ bản trên, nhà máy thuỷ điện còn có nhiều dạng kết cấu đặc biệt khác như nhà máy kết hợp xả lũ dưới đáy hoặc trong thân đập tràn, trong trụ pin, nhà máy thuỷ điện ngang đập với turbin capxul, nhà máy thuỷ điện thuỷ triều… Các loại nhà máy này tạm xếp chung vào loại nhà máy đặc biệt.
Về công suất nhà máy thuỷ điện chia làm nhiều loại theo công suất lắp máy, cách phân loại này chỉ là tương đối và cụ thể với tiêu chuẩn của từng quốc gia. Ở Việt nam cấp công trình được xác định theo tiêu chuẩn TCVN-5060-90:
Nhà máy thuỷ điện lớn Nlm ³ 1000 MW
Nhà máy thuỷ điện vừa : 15 £ Nlm £ 1000 MW Nhà máy thuỷ điện nhỏ : Nlm £ 15 MW
Theo cột nước nhà máy thuỷ điện phân theo ba loại tuỳ thuộc cột nước công tác lớn nhất:
Nhà máy thuỷ cột nước cao : Hmax > 400 m Nhà máy thuỷ điện cột nước trung bình : 50 £ Hmax £ 400 m Nhà máy thuỷ điện cột nước thấp : Hmax < 50 m
Cột nước công tác Hmax có liên quan đến loại turbin bố trí trong nhà máy. Ở TTĐ cột nước cao bố trí turbin tâm trục tỷ tốc bé và khi cột nước Hmax >500 m sử dụng turbin gáo. Ở TTĐ cột nước trung bình thường bố trí các loại turbin tâm trục với các tỷ tốc từ lớn đến bé và trong một số trượng hợp với cột nước Hmax >150 m có thể sử dụng turbin cánh chéo. Ở TTĐ cột nước thấp thường bố trí turbin cánh quay hoặc turbin cánh quạt và cũng có thể bố trí các turbin tâm trục tỷ tốc lớn hoặc turbin cánh chéo.
Hình thức lắp máy cũng có ảnh hưởng lớn đến kết cấu nhà máy thuỷ điện: Với turbin phản kích công suất lớn thường bố trí trục đứng. Bố trí như vậy nhà máy sẽ gọn hơn nhưng chiêu sâu móng nhà máy sẽ lớn. Với TTĐ ngang đập cột nước thấp Hmax <20m có thể sử dụng turbin cánh quay kiểu capxul trục ngang, ống hút thẳng. Với nhà máy thuỷ điện sử dụng turbin tâm trục công suất nhỏ cho thấy tốt nhất là sử dụng hình thức lắp máy trục ngang khi đó việc lắp đặt và sửa chữa turbin và máy phát không phụ thuộc lẫn nhau nhưng kích thước mặt bằng nhà máy đòi hỏi lớn hơn so với trục đứng. Đối với TTĐ sử dụng turbin gáo hình thức lắp máy có thể trục đứng hoặc trục ngang không phụ thuộc vào công suất tổ máy mà phụ thuộc vào số lượng vòi phun và các yếu tố kết cấu công trình cụ thể.
Kết cấu nhà máy thuỷ điện được chia làm hai phần: Phần dưới nước (khối bê tông phía dưới) bố trí turbin, buồng xoắn, ống hút, các hệ thống thiết bị phụ. Phần trên nước bao gồm gian máy và gian lắp ráp-sửa chữa, gian máy bố trí máy phát điện, thùng dầu áp lực và tủ điều tốc turbin.
Đối với nhà máy thuỷ điện tích năng cách phân loại và đặc điểm cấu tạo cũng tương tự như nhà máy thuỷ điện. Phần khác nhau cơ bản ở kết cấu phần dưới nước nhà máy tuỳ theo sơ đồ bố trí thiết bị sẽ được trình bày ở chương II.
1.2 CÁC THIẾT BỊ BỐ TRÍ TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
Các thiết bị bố trí trong nhà máy thuỷ điện được chia thành các loại: Thiết bị động lực (turbin, máy phát điện), thiết bị cơ khí, thiết bị phụ, thiết bị điện.
Sơ đồ công nghệ bố trí các thiết bị trong nhà máy thuỷ điện được trình bày trên hình 1-1.
Hình 1.-1. Sơ đồ công nghệ bố trí thiết bị nhà máy thuỷ điện
1- Turbin, 2- máy phát điện, 3- van trước turbin, 4- máy biến áp, 5- cáp dẫn điện máy phát, 6- hệ thống làm mát máy phát, 7- hệ thống đo lường và điều khiển, 8- hệ thống cấp nước kỹ thuật, 9- hệ thống khí nén, 10- hệ thống kích từ, 11- hệ thống dầu, 12- cầu trục, 13- phòng điều khiển trung tâm, 14- trạm phân phối điện, 15- đường dây điện áp cao thuộc trạm, 16- cửa van ống hút, 17- thùng dầu áp lực, 18- tủ điều tốc, 19- máy tiếp lực, 20- hệ thống thoát nước.
1.2.1 Turbin thuỷ lực
Thiết bị động lực bao gồm turbin thuỷ lực và máy phát điện.
Các bộ phận cơ bản của turbin phản kích là bộ phận dẫn nước vào (buồng xoắn), phần cơ khí thuỷ lực (trụ chống, cánh hướng nước, bánh xe xông tác), bộ phận tháo nước (ống hút), hệ thống thiết bị điều khiển turbin (thùng dầu áp lực, tủ điều tốc, máy tiếp lực).
Phụ thuộc vào cột nước mà sử dụng các loại turbin cánh quay, cánh quạt, tâm trục hay turbin gáo. Phần turbin thuỷ lực đã được trình bày trong giáo trình turbin thuỷ lực, trong giáo trình này chỉ trình bày một cách tổng quát các thiết bị khác có liên quan đến việc bố trí và kết cấu nhà máy thuỷ điện.
1.2.2. Máy phát thuỷ điện
Máy phát là động cơ biến cơ năng của turbin thành điện năng cung cấp cho hệ thống điện. Máy phát thuỷ điện về nguyên tắc là máy phát đồng bộ ba pha, các bộ phận chủ yếu của nó bao gồm: rotor nối với trục turbin trực tiếp hoặc gián tiếp qua hệ thống truyền động. Ro to làm nhiệm vụ tạo nên từ trường quay làm xuất hiện dòng điện xoay chiều trong các cuộn dây trong các ổ cực của stator máy máy phát. Để đảm bảo tần số dòng điện tiêu chuẩn 50 hec (Ở một số nước là 60 hec), yêu cầu rotor máy phát phải quay với tốc độ không thay đổi khi làm việc có phụ tải và bằng tốc độ quay đồng bộ. Nếu trục turbin và trục máy phát nối trực tiếp thì tốc độ quay của chúng phải như nhau và là tốc độ quay đồng bộ. Ngoài hai bộ phận chủ yếu là rotor và stator máy phát còn có các bộ phận phụ trợ khác như hệ thống kích từ, các hệ thống làm mát, chống cháy, nén nước v.v…
1. Các thông số cơ bản của máy phát
– Công suất định mức (công suất tác dụng) là công suất hữu công tối đa của máy phát : Nmf, kW.
– Công suất toàn phần (công suất biểu kiến): S, kV.A.
– Cường độ dòng điện của stator máy phát : I, A, phụ thuộc vào công suất và điện áp.
– Hệ số công suất tác dụng : cos j phụ thuộc vào yêu cầu của hệ thống lưới điện và công suất máy phát:
–
S , MV.A
£125
126-360
>360
cos j
0,8
0,85
0,90
– Số vòng quay định mức đồng bộ): to máy phát n = 60f , trong đó: p- số đôi cực từ của ro
– Hiệu suất máy phát điện : hmf phụ thuộc vào công suất phát điện của máy mát. Hiệu suất ở chế độ làm việc với công suất định mức của máy phát loại lớn có thể đạt 96,5-98,5%.
2. Kết cấu máy phát và tổ máy
Tổ máy thuỷ điện có ba hình thức lắp máy: trục đứng, trục ngang và trục xiên. Trong hình thức lắp máy trục đứng có thể sử dụng các máy phát kiểu treo và kiểu ô ( hình 1-3). Thông thường máy phát kiểu treo được sử dụng với các máy phát có tốc độ quay n > 150 vòng/phút, máy phát kiểu ô – khi n<150 vòng/phút.
a, Máy phát kiểu treo:
Rotor (hình 1-2) là bộ phận quay của máy phát trên đó gắn các cực từ với các cuộn dây sử dụng điện một chiều. Cấu tạo của rotor bao gồm: mayơ 18 gắn cố định trên trục 19, nan hoa (khung) 16 và vành 13 trên đó gắn các cực từ 12. Mỗi một cực từ là một nam châm điện gồm một lõi thép và một cuộn dây, nó được gắn vào vành nhờ các rãnh trong vành 13 và được nêm chặt. Vành rotor được làm bằng thép lá dày 4-5 mm lắp ghép thành các cung tròn riêng biệt và liên kết với nhau khi lắp máy. Khi đường kính rotor nhỏ (<4,5m) vành có thể làm thành vòng tròn liền khối. Các lõi thép từ của các cực từ cũng được làm từ các thép lá dày 1,5-2 mm. Đầu của các cuộn dây của cực từ được nối vào hai vòng tiếp xúc của hệ thống kích từ. Dưới đáy của vành rotor có gắn các vòng đệm phanh 15 qua nó các guốc phanh 14 có thể ép chặt khi phanh hãm tổ máy.
Với đường kính nhỏ hơn 1400 mm trục máy phát 19 thường được đúc liền với bích, khi đường kính trục lớn hơn chúng thường được làm rời thành hai chi tiết riêng và hàn lại với nhau. Đôi khi trục máy phát được làm thành hai nửa hình trụ bằng thép cán uốn cong và hàn lại với nhau theo chiều dọc và sau đó hàn với bích. Chiều dày tấm thép cán không quá 100 mm. Thông thường trục máy phát và trục turbin được làm rỗng bên trong với mục đích kiểm tra chất lượng lắp ghép trục và trong vận hành sử dụng để bố trí các đường ống dẫn dầu điều khiển cánh bánh xe công tác turbin (BXCT) hoặc ống dẫn khí để giảm sự dao động áp suất của dòng chảy trong BXCT.
Hình 1-2. Cắt ngang tổ máy với máy phát điện kiểu treo
Stator – phần cố định của máy phát có cấu tạo gồm lõi thép từ 10 và cuộn cảm điện xoay chiều 11, chúng được gắn trên giá đỡ 9. Cuộn cảm có dạng ống hoặc dạng thanh được nối nối tiếp tạo theo các pha của dòng điện xoay chiều. Lõi thép từ được làm bằng các lá thép mỏng từ tính cao với chiều dày 0,5 mm trong đó bố trí các rãnh quấn dây và các rãnh thông khí của hệ thống làm mát máy phát 2 và 8. Stator thường được gia công thành 2-6 phần và lắp ghép với nhau bằng bích nối và bu lông. Giá máy phát (còn gọi là vỏ máy) được đặt lên khối bê tông bệ đỡ của máy phát và néo vào bê tông bằng bu lông. Dòng điện được dẫn tới máy biến áp nhờ các dây dẫn 6.
Ổ trục của máy phát được chia thành hai loại: ổ trục hướng 4 tiếp nhận các lực vuông góc với trục và ổ trục đỡ 3 tiếp nhận các lực dọc trục của toàn bộ tổ máy. (Ổ trục đỡ còn gọi là ổ trục chính)
Ổ trục hướng của các máy phát trục đứng thường là các vòng bạc bôi trơn bằng dầu, các vòng bạc này được điều chỉnh bằng bu lông để điều chỉnh khoảng cách giữa bạc và trục.
Ổ trục đỡ tiếp nhận các lực theo phương thẳng đứng bao gồm trọng lượng tất cả các phần quay của tổ máy và lực dọc trục do áp lực của dòng chảy truyền qua BXCT của turbin. áp lực này có thể đạt 80%-140% trọng lượng của các phần quay. Như vậy tải trọng ổ trục này tiếp nhận là rất lớn có thể đạt tới 34 MN (34.000 KN ) và nó là bộ phận quan trọng của tổ máy. Để cho tổ máy làm việc an toàn và tuổi thọ cao cần phải đảm bảo sao cho tổn thất năng lượng do ma sát trong nó là nhỏ nhất, sự phân bố tải trọng từ phần quay lên các phần cố định phải tương đối đều.
Ổ trục đỡ thường được làm dưới dạng kết cấu cứng hoặc kết cấu đàn hồi bằng thuỷ lực hoặc bằng lò xo. Phần quay bao gồm bộ phận tì gắn chặt với trục a và gắn lên nó là đĩa b với mặt trơn phía dưới. Phần cố định gồm các vòng bạc bằng hợp kim hình cung đặt trên các hộp đệm thuỷ lực d truyền tải xuống dưới. Yêu cầu phần tiếp xúc giữa phần quay và phần cố định không cho phép để xẩy ra ma sát khô, lớp màng dầu giữa các mặt tiếp xúc khoảng 50-100 micro mét, vì vậy toàn bộ ổ trục đỡ được đặt trong bể chứa dầu e. Trong quá trình khởi động và tắt máy, do tốc độ quay giảm nhỏ nên khả năng không đảm bảo tạo màng dầu trên toàn bề mặt đĩa bạc, trong trường hợp này người ta làm trong vòng tựa của bạc những rãnh mà theo đó dầu áp lực cao được tự động bơm vào trong các trường hợp này. Diện tích mặt tiếp xúc yêu cầu sao cho áp suất mặt tiếp xúc trên bạc không vượt quá 4-6 MP.
Giá đỡ các ổ trục có: giá chữ thập trên 1, giá chữa thập dưới 20 và kích neo 5. Giá chữ thập là một kết cấu thép dạng khung dầm rẻ quạt để đỡ các ổ trục đỡ và ổ trục hướng. Giá chữ thập trên đặt phía trên rotor đỡ ổ trục đỡ và ổ trục hướng, giá chữ thập dưới làm nhiệm vụ đỡ ổ trục hướng phía dưới rotor máy phát. Do ổ trục đỡ nằm trên rotor nên rotor và BXCT turbin được treo trên giá chữ thập trên và do vậy máy phát loại này được gọi là máy phát kiểu treo. Giá chữ thập trên được đặt trên giá vỏ của máy phát. Kích thước và kết cấu giá chữ thập phụ thuộc vào tải trọng mà nó gánh chịu, vì vậy ở máy phát kiểu treo giá chữ thập trên có chiều cao lớn hơn nhiều so với giá chữ thập dưới. Giữa các dầm rẻ quạt của giá chữ thập trên được lắp các tấm thép làm nắp đậy máy phát. Trong nhiều trường hợp các giá chữ thập được làm dưới dạng dầm đôi thông thường.
Hình 1-3. Cắt ngang tổ máy với máy phát kiểu ô có giá chữ thập đặt trên nắp turbin
b, Máy phát kiểu ô:
Ưu điểm của máy phát kiểu treo là tính ổn định cao, không bị rung động. Nhưng nhược điểm của chúng là chiều cao giá chữ thập lớn ảnh hưởng tới chiều cao gian máy, mặt khác khi sửa chữa totor bắt buộc phải tháo dỡ ổ trục chính.
Điểm khác biệt cơ bản của máy phát kiểu ô là ổ trục đỡ nằm dưới rotor máy phát, giá chữ thập dưới đỡ ổ trục sẽ có chiều cao lớn. Nhưng các máy phát trục đứng công suất lớn hiện nay thường sử dụng giá chữ thập dưới có dạng thùng chụp hình nón cụt 17 đặt trên nắp turbin (hình 1-3). Làm như vậy có thể giảm được kích thước và trọng lượng của máy phát khoảng 7-10% so với giá chữ thập ngang thông thường đặt trên khối bê tông thành giếng turbin.
Nhược điểm của máy phát kiểu ô là trục tổ máy dễ bị rung động với mức độ lớn hơn so với máy phát kiểu treo nhưng có ưu điểm là cho phép sửa rotor máy phát không cần phải tháo dỡ ổ trục đỡ và do đó không phải tiến hành cân chỉnh lại trục, giảm thời gian đại tu sửa chữa. Hơn nữa giá chữ thập trên có chiều cao thấp có thể làm giảm chiều cao của gian máy và về mặt mỹ quan gian máy sẽ thoáng đẹp hơn.
c, Tổ máy thuỷ điện kiểu
Hình 1- 4. Tổ máy capxul của TTĐ Kievskaia ( Ucraina).
Máy phát của tổ máy capxul (hình 1-4) được đặt trong vỏ thép 7 (capxul) có hình dạng lưu tuyến để giảm tổn thất thuỷ lực. Capxul được đặt trên các trụ thép 8 và các stator (trụ) turbin 1. Lối ra vào capxul với gian máy phía trên thường sử dụng giếng đứng 2. trong
Tổ máy thuỷ điện capxul ban đầu chỉ sử dụng ở các TTĐ thuỷ triều nhưng ngày nay chúng được sử dụng rộng rãi ở các trạm thuỷ điện cột nước thấp (H £ 20 m ). Do dòng chảy trong các bộ phận dẫn dòng thẳng nên khả năng qua nước của turbin loại này lớn hơn so với turbin có cùng BXCT trục đứng khoảng 10-15%. Do đó sử dụng loại tổ máy này có thể giảm kích thước nhà máy và giảm vốn đầu tư xây dựng 10- 20%.
Trong nhiều trường hợp có thể kết hợp các trụ đỡ capxul với lối ra vào liên thông với gian máy. Stator máy phát là một phần của vỏ capxul. Để giảm kích thước của capxul máy phát điện sử dụng hệ thống làm mát hoàn toàn bằng nước cả rotor 3 lẫn stator 4. đường kính capxul thường bằng (0,9¸1,2) D1 – đường kính BXCT turbin.
Trong các trường hợp cột nước thấp, tốc độ quay của máy phát nhỏ dẫn tới kích thước của nó phải lớn, để giảm kích thước máy phát người ta thường sử dụng bộ truyền động để tăng tốc độ quay lên khoảng 6¸10 lần. Đường kính BXCT turbin với cột nước H £ 25 m, N £ 55 MW nên chọn trong giới hạn 4 ¸8 m, đây là các hạn chế tối thiểu để bố trí thiết bị trong capxul và tối đa do tính phức tạp của kết cấu lớn trong nước và bản thân BXCT.
d, Các hệ thống phụ của máy phát.
Hệ thống kích từ. Hệ thống kích từ cung cấp điện một chiều cho các cuộn dây của rotor tạo nên từ trường quay. Công suất của hệ thống này khoảng 0.5 ¸ 1% tổng công suất các tổ máy. Khi mất điện một chiều thì tổ mấy hoàn toàn sa tải, vì vậy hệ thống kích từ phải có độ tin cậy rất cao và phải độc lập cho từng tổ máy một.
Trước đây thường sử dụng hệ thống kích từ trực tiếp với máy kích từ đặt trực tiếp lên phía trên rotor máy phát, trục của máy kích từ nối với trục máy phát, vành góp của máy kích từ nối với đầu vào cuộn dây của rotor.
Các máy phát hiện đại công suất lớn thường sử dụng hệ thống kích từ gián tiếp với nguồn điện một chiều độc lập. Nguồn điện một chiều này có thể do động cơ điện không đồng bộ cung cấp hoặc sử dụng hệ thống điện tự dùng với các thiết bị nắn dòng. Nhưng để đảm bảo độ an toàn cao đối với hệ thống kích từ thường sử dụng động cơ điện xoay chiều phụ lắp chung trục với máy phát riêng cho từng tổ máy.
Hệ thống kích từ gián tiếp này có ưu điểm làm giảm chiều cao phần đỉnh máy phát điện và rẻ hơn.
Hệ thống phanh hãm tổ máy. Để giảm thời gian máy phát quay với tốc độ nhỏ, khi đó độ dày màng dầu bôi trơn trong các ổ trục giảm đi đáng kể gây nguy hại cho trục và ổ trục cần phải có hệ thống phanh tổ máy. Hệ thống này được bố trí trên giá chữ thập dưới hoặc trên bệ bê tông đỡ máy phát. Hệ thống phanh thường sử dụng là các kích sử dụng khí nén áp suất 0,6 ¸ 0,8 MP có gối đệm áp sát guốc phanh dưới đáy rotor. Quá trình phanh hãm thường bắt đầu khi tốc độ quay của máy phát giảm còn khoảng 25 ¸ 30% tốc độ định mức.
Hệ thống phanh còn sử dụng để nâng phần quay tổ máy lên khoảng 30 ¸ 40 mm đủ để tháo dỡ ổ trục chặn khi sửa chữa và lắp đặt nó. Trong trường hợp này cần có máy bơm dầu chuyên dùng với áp lực khoảng 10 MP bơm dầu vào các xi lanh của kích phanh.
Hệ thống làm mát máy phát. Khi làm việc lõi thép từ và các cuộn dây điện đều sản sinh một nhiệt lượng tương đối lớn. Thông thường sử dụng các cánh quạt gắn bên trên và bên dưới rotor, khi rotor quay các cánh này tạo thành những chiếc quạt để quạt gió qua các rãnh làm mát của rotor và stator máy phát, gió được đẩy từ phía trong ra ngoài.
Với các máy phát công suất N ³ 15 MV.A thường sử dụng hình thức làm mát kiểu kín tuần hoàn. Không khí nóng được thổi qua máy làm mát với các ống đồng dẫn nước. Máy làm mát về nguyên tắc được gắn trực tiếp vào stator máy phát nhưng cũng có thể bố trí theo các phương hướng kính đối với trục.
Để tăng hiệu suất máy phát có thể bằng cách tăng cường hệ thống làm mát mà không cần làm tăng khối lượng của lõi thép cũng như của các cuộn dây. Thực hiện giải pháp này có thể tăng lưu lượng quạt không khí của các cánh quạt bằng cách tăng kích thước của chúng hoặc sử dụng hệ thống thổi khí riêng.
Biện pháp làm mát trực tiếp bằng nước là có hiệu quả nhất về mặt truyền nhiệt. Khi đó các dây dẫn điện của stator và đôi khi cả của rotor được làm dưới dạng các ống rỗng và qua đó nước lọc sạch chảy qua (nước chưng cất). Nước sạch này lại được nén qua máy làm mát sử dụng nước thông thường. Mặc dù làm mát bằng nước phức tạp hơn so với làm mát bằng không khí nhưng sử dụng nó làm tăng đáng kể công suất phát điện hoặc giảm đáng kể kích thước của nó khi cùng công suất (có thể giảm đến 30% chiều cao lõi thép từ).
Hệ thống đo lường bảo vệ . Hệ thống này cung cấp thông tin về chế độ làm việc không bình thường của tổ máy và tự động hoàn toàn dừng máy khẩn cấp khi các chỉ số kĩ thuật vượt quá mức giới hạn. Trong hệ thống này bao gồm các mạch bảo vệ bằng các tín hiệu (âm thanh, ánh sáng…). Hệ thống tín hiệu cảnh báo sẽ làm việc khi có sự sai lệch so với chế độ làm việc bình thường của một bộ phận nào đó của tổ máy, còn cắt tải sự cố chỉ trong trường hợp các chỉ số kĩ thuật vượt quá mức giới hạn.
Các thiết bị đo nhiệt độ được bố trí để kiểm tra các ổ trục và máy làm mát. Một loại thiết đị đo nhiệt được nối với mạch tín hiệu để thông báo còn loại khác nối với mạch rơ le bảo vệ tự động cắt tải khi cần thiết.
Ngoài các hệ thống trên, trong máy phát còn bố trí các bộ phận liên kết tới hệ thống phòng cháy của TTĐ.
e, Xác định các thông số và các kích thước cơ bản của máy phát.
Kích thước chủ yếu của máy phát điện là đường kính ngoài lõi thép từ của stator Da và chiều cao lõi thép từ la.
Nhãn hiệu máy phát thể hiện loại máy phát, hình thức lắp máy (đứng, ngang) kích thước (Da, la), số cực từ và ngoài ra còn thể hiện một số đặc điểm về khả năng làm việc trong các điều kiện khác như khí hậu…
Ví dụ : CB 940/235-30
– C – Loại máy phát đồng bộ
– B – trục đứng
– 940- Da = 940 cm
– 235 – la = 235 cm
– 30 – số cực máy phát 2p =30.
Với máy phát công suất lớn N ³ 20 MW thường được thiết kế chế tạo theo từng chiếc cho các công trình cụ thể. Vì vậy khi thiết kế TTĐ trong các giai đoạn thiết kế ban đầu các kích thước cơ bản của máy phát điện tạm thời xác định sơ bộ theo kích thước các máy phát đã được chế tạo cuat các TTĐ có công suất và số vòng quay tương tự hoặc lựa chọn theo máy phát đã được chế tạo sẵn. Trong trường hợp lựa chọn máy phát có sẵn trong bảng tra phải đảm bảo điều kiện tiêu chuẩn số vòng quay đồng bộ còn công suất máy phát có thể chọn với mức độ sai lệch không quá ± 5%.
Nmf = [ Nmf] ± 5% ; nmf = [nmf] ;
Trong trường hợp này đường kính lõi thép từ của rotor Di (trong thực tế khe hở giữa rotor và stator khoảng 15¸25 mm không phụ thuộc kích thước và công suất nên có thể xem như gần bằng đường kính trong của stator) giữ nguyên và hiệu chỉnh lại chiều cao lõi thép từ la theo tỷ lệ với công suất :
trong đó : Nmf, [Nmf] – tương ứng là công suất máy phát thiết kế và công suất máy phát có sẵn trong bảng tra.; la, [la] – tương ứng là chiều cao lõi thép từ của rotor máy phát thiết kế và máy phát có sẵn trong bảng tra.
Trong trường hợp máy phát thiết kế không thoả mãn các điều kiện tương tự kể trên thì cũng có thể sử dụng các công thức kinh nghiệm sản xuất của các công trình đã xây dựng để xác định kích thước cơ bản của máy phát và trong các giai đoạn tiếp theo sẽ chính xác hoá theo các điều kiện công nghệ cho từng công trình cụ thể.
Công suất toàn phần định mức của máy phát có thể xác định theo công thức:
Công suất tính toán được điều chỉnh hệ số phụ thuộc và hệ số công suất tác dụng cosj:
So = k Smf , MVA (1-5)
Bảng 1- 1.
cosj
0,80
0,85
0,90
0,95
1,0
k
1,08
1,07
1,06
1,045
1,0
Công suất trên mỗi cực máy phát :
2p – số cực từ máy phát điện.
Chiều dài cung tròn vành bố trí cực rotor :
t* = AS * a, m. (1-7)
Các hệ số : A, a – xác định theo bảng 1-2 phụ thuộc vào chế độ làm mát máy phát.
Đường kính rotor xác định :
turbin;
, – số vòng quay quy dẫn ở chế độ lồng tốc; , – số vòng quay quy dẫn ở chế độ tính toán của tổ máy. Hệ số kp có thể xác định trên đường đặc tính tổng hợp của turbin turbin với độ mở lớn nhất của cánh hướng nước. Đối với turbin cánh quay thì, xác định theo giá trị lớn nhất trong tất cả các chế độ cánh quạt với các góc đặt cánh khác nhau.
Để có thể tiến hành tháo lắp turbin mà không phải tháo dỡ stator máy phát thì đường kính tối thiểu của rotor phải thoả mãn:
Di ³ Dg + 0,6 m – đối với máy phát có giá chữ thập dưới.
Di ³ Dg + 0,2 m – đối với máy phát có giá đỡ ổ trục dưới đặt trên nắp turbin. Di ³ Dg + 2,0m- đối trường hợp cần tiến hành lắp ghép rotor trong hố máy phát.
Dg- đường kính giếng turbin được xác định theo điều kiện thiết kế cụ thể, sơ bộ có thể lấy bằng đường kính trong Db của stator turbin.
Chiều cao lõi thép từ xác định theo công thức:
và phải thoả mãn điều kiện : la/t* = 1,5 ¸ 4. Trong thực tế do điều kiện vận chuyển cuộn dây cùng lõi thép từ, chiều cao lõi thép không nên lấy quá 2,75 m và thường lấy theo các giá trị sau:
la = 40; 80; 100; 110; 130; 140; 150; 175; 190; 210; 230; 250; 275 cm.
Bảng 1-2.
Hệ số
Làm mát không
khí
Làm mát nước +
không khí
Làm mát không khí
A
0.529
0.451
0.432
µ
0.246
0.239
0.239
R
18.8
8.9
8.6
y
0.18
0.105
0.105
Sau khi xác định được đường kính và chiều cao lõi thép từ rotor Di và la có thể sơ bộ xác định các kích thước khác của máy phát theo bảng 1-3 và hình 1-5 trên cơ sở các kích thước cơ bản Di và la. (trong đó kích thước a – khoảng cách từ đỉnh giá chữa thập dưới đến đáy stator, c- chiều dài trục máy phát từ đáy giá chữ thập dưới đến bích nối với trục turbin.).
Hình 1-5. Các kích thước cơ bản của máy phát. a- kiểu ô, b- kiểu treo
Căn cứ vào tỷ số giữa Di và la, tốc độ quay của máy phát để phân biệt máy phát kiểu ô hay kiểu treo:
Máy phát kiểu treo được sử dụng khi Di/la < 4, còn máy phát kiểu ô được sử dụng khi Di/la > 5. Trong khoảng Di/la = 4 ¸5 nếu tốc độ quay no > 150 v/f – chọn máy phát kiểu treo, ngược lại chọn máy phát kiểu ô.
Ngày nay các máy phát kiểu ô công suất lớn, giá chữ thập dưới đỡ ổ trục chẵn của chúng thường đặt trên nắp turbin để giảm chiều cao phần dưới nước nhà máy TĐ.
Đường kính ngoài trục turbin được xác định theo công thức:
trong đó công suất máy phát Nmf, kW, no – vòng / phút.
Đường kính trục lấy chẵn 5 cm khi dv =60 ¸ 100 cm, chẵn 10 cm khi dv > 10 cm theo chiều tăng kích thước.
Trọng lượng toàn bộ máy phát điện sơ bộ có thể lấy bằng:
Gmf = y Di la , tấn (1-13)
Trong đó hệ số y = 44 ¸ 50 – đối với máy phát kiểu ô; y = 48 ¸ 58 – đối với máy phát kiểu treo.
Bảng 1-3.
T
T
Bộ phận
Thông số
Kí
hiệu
Kiểu máy phát
Kiểu Treo
Kiểu Ô
1
Stator
Đ.k ngoài lõi thép
Da=
Di + (0.50 – 0.90 m)
Chiều cao MF
hst=
la+0.75m ( hoặc 1.5m)
Đường kính MF
Dst=
(1.15+0.0007no)Di khi no<250 (0.92+0.0016no)Di khi
no>250
(1.05+0.0017no)
Di
2
Giá chữ thập
trên
Chiều cao
h1=
(0.20 – 0.25)Di
(0.10 – 0.12)Di
Đường kính
D1=
Dst
3
Giá chữ thập
dưới
Chiều cao
h2=
(0.10 – 0.12)Dg
(0.25 – 0.30)Dg
Đường kính
D2=
Dg + 0.4m
Khoảng cách
a=
(0.20 – 0.30 )m
(0.40 – 0.50 )m
Khoảng cách trục
C=
(0.80 – 1.00 ), m
4
Ổ trục chặn
Chiều cao
h3=
(0.20 – 0.25)Di
(0.15 – 0.20)Di
Đường kính
D3=
(0.4 – 0.5)Di
5
Chóp MF
Chiều cao
ho=
(0.30 – 0.50), m
Đường kính
do=
(0.20 – 0.25)Di
6
Hố MF
Đường kính
Dh=
(1.50 – 1.85)Di
(1.40 – 1.50)Di
Chiều dày máy
làm mát
t=
(0.35 – 0.375), m
Khoảng cách đi lại
b >
(0.40 – 0.50), m
Trong lượng của rotor cùng với trục thường chiếm 50-55% trong lượng chung của máy phát. Máy phát hiện nay có đường kính vỏ ngoài đạt đến 20 m, chiều cao 4-5 m và trọng lượng có thể đạt 2000 tấn.
Momen đà của của rotor máy phát có thể tính sơ bộ theo một số công thức kinh nghiệm, ví dụ :
GD2 = 2,9D4l j , T.m2. (1-14)
trong đó: Di, la – m ; ji – hệ số phụ thuộc vào số cực máy phát điện: với 2p <32 chọn ji = 0.,75, còn ngược lại xác định theo công thức kinh nghiệm gần đúng:
1.2.2. Các thiết bị cơ khí trong nhà máy thuỷ điện
Thiết bị cơ khí của TTĐ bao gồm các loại cửa van và các thiết bị nâng chuyển phục vụ cho việc đóng mở và lắp ráp sửa chữa chúng. Các thiết bị này bố trí tại cửa lấy nước đã được trình bày trong chương I phần I của giáo trình này.
1. Cửa van trên đường ống dẫn nước turbin
Trong các loại nhà máy thuỷ điện kiểu sau đập và đường dẫn với đường ống dài, trước buồng xoắn turbin còn có thể bố trí các cửa van trong trường hợp sử dụng đường ống rẽ nhánh hoặc TTĐ cột nước cao H > 200-300m.
Ở TTĐ cột nước cao, cửa van trước buồng xoắn có công dụng tránh cho cánh hướng nước phải chịu áp lực lớn khi ngừng làm việc, giảm tổn thất nước rò rỉnhqua cá hướng nước và cơ bản bảo vệ cánh hướng nước khỏi bị phá huỷ do khí thực khi nước rò rỉ qua chúng với lưu tốc lớn. Khi bố trí cửa van trước buồng xoắn thì các cửa van này còn kết hợp làm nhiệm vụ bảo vệ tổ máy khỏi chế độ quay lồng khi hệ thống điều khiển chúng không làm việc. Đối với TTĐ có phương thức cấp nước độc lập, cửa van trước buồng xoắn được bố trí ở tất cả các trường hợp cột nước lớn hơn 300 m, hoặc đường ống dài trên 300-400 m. Trong trường hợp cột nước nhỏ hơn 200 m chỉ bố trí khi thời gian làm việc của turbin dưới 3000 giờ/ năm. Còn đối với TTĐ cấp nước theo nhóm với ống dẫn nước chung cho một số tổ máy thì cửa van được bố trí trên tất cả các ống rẽ nhánh. Trên hình 1-6 là sơ đồ bố trí các cửa van trên tuyến đường ống áp lực.
Van đĩa áp dụng với các đường ống có đường kính từ 0,5 ¸ 8,5 m, với đường kính nhỏ sử dụng cho các cột nước dến 600m, đường kính lớn hơn 4,0 m áp dụng cho cột nước dưới 170 -230m. Trên hình 1-7 là sơ đồ cấu tạo của các loại cửa van đĩa. Điểm đặc trưng của cấu tạo van đĩa là phần hộp van của nó giống như một đoạn ống hai đầu có bích để nối tiếp với đường ống bằng bu lông, trong hộp van là đĩa thép có gioăng chèn quay xung quanh trục và được điều khiển bằng thuỷ lực từ bên ngoài. Ở vị trí đóng mặt đĩa vuông góc với dòng chảy, trục quay của đĩa về nguyên tắc luôn nằm ngang. Trước và sau cửa van người ta bố trí ống cân bằng áp lực để giảm lực mở cửa van. Các loại van đĩa khác nhau cơ bản là hình dạng của đĩa van như thể hiện trên hình 1-7. Van đĩa đường kính không lớn lắm có thể làm bằng thép đúc kết hợp hàn, hộp van thường làm thành hai phần và hàn ghép lại với nhau. Ổ trục thượng dưới dạng bạc đồng bôi trơn bằng mỡ.Van cầu thường sử dụng ở các TTĐ cột nước cao (H = 120 ¸ 1800 m)., khi cột nước cao hơn 600 m chỉ sử dụng loại van này. Trên hình 1-8 là nguyên lý cấu tạo của các loại van cầu.
Đặc điểm cấu tạo cơ bản của van cầu là phần quay của nó có dạng như một đoạn ống. Khi mở phần này tạo với ống thành đoạn liên tục có đường kính cùng với đường kính ống nên không làm thay đổi hướng và độ lớn vận tốc khi qua nó, có nghĩa là tổn thất thuỷ lực sẽ không đáng kể. Các loại van cầu khác nhau ở kết cấu hộp van, phần quay và hình thức chèn. Có ba loại cơ bản là: a – mặt van kiểu đĩa; b- mặt van hình cung; c- mặt van dạng hai đầu nằm trong hộp van. Loại mặt van hình đĩa có đường kính 0,8 ¸ 4,2 m sử dụng ở cột nước H = 170 ¸ 800 m hoặc hơn, van hai mặt có
Hình 1-6. Vị trí các cửa van trên ống dẫn nước turbin.
I- Cột nước H < 200m; II- H > 200¸300m; III- H >150¸200 m; IV- H » 200 m, đường ống dẫn nước hở trên mặt đất và dẫn nước turbin bằng đường hầm; V và VI – H » 400 m và H » 800 m, đường hầm dẫn nước và đường ống dẫn nước turbin để hở trên mặt đất; 1- van sửa chữa kiểu van phẳng; 2- van công tác kiểu van phẳng; 3- van sửa chữa kiểu van phẳng hoặc van đĩa; 4 – van công tác kiểu van phẳng hoặc van đĩa; 5- van công tác kiểu van cầu hoặc đĩa; 6- van công tác kiểu van cầu; 7- van sửa chữa kiểu van cầu; 8- van sửa chữa kiểu van
đĩa; 9- van công tác kiểu van đĩa; 10- van côn trên ống xả nước; 11- ống xả-nước; 12 đường
hầm dẫn nước áp lực; 13- tháp điều áp; 14- ống dẫn nước turbin đặt hở; 15- ống dẫn nước
đặt hở; 16- đường hầm dẫn nước turbin.
Hình 1-7. Nguyên lý cấu tạo các loại van đĩa.
a- Mặt đĩa lồi; b- mặt đĩa phẳng; c- đĩa dạng khung dầm với một mặt chịu áp; d- đ dạng khung dầm với hai mặt đối xứng. 1- hộp van; 2- đĩa; 3, 4- các loại gioăng chèn; 5, 6 – bộ phận hướng dòng đặt cố định; 7- rãnh thoát nước rò rỉ; 8 – dầm gân; 9, 10 – thép mặt; 11- gioăng nối ống.
Hình 1-8. Ngyên lý cấu tạo các loại van cầu.
a – mặt van kiểu đĩa; b- mặt van hình cung; c- mặt van dạng hai đầu nằm trong hộp van. 1- phần quay; 2- hộp van; 3- gioăng chèn; 4- gioăng tháo lắp; 5- vít điều khiển gioăng tháo lắp; 6- ống cố định; 7- mặt van quay.
Hình 1- 9. Đồ thị xác định phạm vi ứng dụng, trọng lượng van đĩa và van cầu
1 – Vùng làm việc van đĩa; 2- vùng làm việc van cầu; 3- trọng lượng van đĩa H =25 ¸120m; 4- trọng lượng van cầu H =280 ¸950 m;
đường kính 0,8 ¸ 3,15 m sử dụng ở cột nước H = 45 ¸ 310 m, van hình cung với đường kính 0,8 ¸ 3,15 m sử dụng ở cột nước H = 115 ¸ 800 m. Kích thước và trọng lượng cũng như giá thành chế tạo van cầu lớn hơn đáng kể so với van đĩa. Trên hình 1- 9 là các đồ thị xác định gần đúng phạm vi sử dụng và trọng lượng của các loại van này.
2. Cửa van cửa ra ống hút.
Cửa van tại cửa ra ống hút với mục đích sửa chữa turbin, khi đó cần phải đóng cửa van này để bơm cạn nước trong buồng xoắn và ống hút. Cửa van này thường là van trượt phẳng một tầng hoặc nhiều tầng. Vị trí của nó có thể ở cửa ra, giữa hoặc đầu đoạn loe của ống hút.
Thông thường người ta sử dụng một hoặc hai bộ cửa van này cho toàn bộ nhà máy tuỳ theo số lượng tổ máy. Việc đóng mở cửa van này có thể bố trí cầu trục ở phía trên ống hút, thường là cầu trục kiểu chân dê hoặc tời di động trên dầm cố định.
3. Thiết bị nâng chuyển.
Thiết bị nâng chuyển chính trong nhà máy thuỷ điện là cầu trục phục vụ cho lắp ráp và sửa chữa tổ máy.
Thông thường cầu trục chính bố trí trong gian máy, tầm hoạt động của nó chung cho toàn bộ gian máy. Trong một số trường hợp, phục vụ cho tháo lắp van trước buồng xoắn người ta sử dụng cầu trục riêng.
Cầu trục chính có tải trọng rất lớn, có thể đến 1000 tấn, tuy nhiên tuỳ vào trọng lượng vật cẩu lớn nhất (rotor) và kích thước nhà máy mà có thể sử dụng cầu trục kép (2 cái). Trên hình 1-10 là ví dụ về hình hạng và kích thước của cầu trục 250/30 T, móc chính có sức nâng 250 T, móc phụ – 30 T.
1.2.3. Thiết bị điện
Thiết bị điện của trạm thuỷ điện bao gồm: dây dẫn điện từ máy phát, máy biến áp chính trạm phân phối điện, hệ thống điện tự dùng, hệ thống đo lường kiểm tra và điều khiển, thiết bị điều khiển trung tâm.
Điện áp đầu ra máy phát tuỳ thuộc vào công suất có thể từ 3,5 ¸ 24 KV, việc truyền tải từ máy phát điện đến máy biến áp với dòng điện lớn đòi hỏi dây dẫn tiết diện lớn và tổn thất điện năng cũng lớn, hơn nữa dây dẫn đắt tiền nên đòi hỏi máy biến áp phải bố trí thật gần máy phát điện. Với công suất máy phát dưới 100 MVA đoạn dây dẫn này thường để trần, khi công suất lớn hơn chúng thường là các cáp điện chuyên dùng.
Máy biến áp chính nhằm nâng cao điện áp để tài điện đi xa. Phụ thuộc vào hệ thống mà TTĐ cung cấp, điện áp cao thế của máy biến áp (MBA) có thể 35, 110, 220, 500 KV hoặc cao hơn. Máy biến áp chính về nguyên tắc được bố trí ngoài trời, chúng đòi hỏi phải làm mát bằng không khí hoặc bằng nước.
Cấu tạo các bộ phận chính của máy biến áp thể hiện trên hình 1-11, a. Các bộ phận chủ yếu gồm vỏ máy chứa dầu cách điện 1 trong đó là các cuộn dây và lõi thép từ (ruột máy), các đầu dây dẫn vào và ra với các sứ cách điện cao thế và hạ thế 23, các máy làm mát bằng không khí 4 với các quạt gió tăng cường 6, thùng dầu phụ 5 với ống đo dầu 7 đảm bảo cho dầu trong máy biến áp có áp suất ổn định trong quá trình làm việc. Máy biến áp đặt trên hệ thống đường ray chung cho toàn trạm và có thể vận chuyển vào gian máy để sửa chữa. Máy biến áp công suất nhỏ hơn 50 MVA thường đặt trên bốn bánh xe, với MBA công suất trung bình và lớn đặt đặt trên nhiều xe lăn, mỗi xe có bốn bánh. Để vận chuyển MBA vào gian lắp ráp người ta di chuyển đến chỗ chuyển hướng của đường ray, dùng kích thuỷ lực nâng MBA lên và quay chiều các xe lăn theo hướng ray cần di chuyển. Chiều rộng đường ray thường lấy bằng chiều rộng đường ray thông dụng của giao thông còn chiều khoảng cách giữa các bánh xe hoạc các xe lăn phụ thuộc vào kích thước cầu trục có thể là 2000, 2500, 3000 mm.
Máy biến áp được phân thành hai loại theo số cuộn dây: hai cuộn dây và ba cuộn dây. Loại hai cuộn dây dùng để tăng điện áp máy phát lên một cấp điện áp, còn MBA ba cuộn dây tăng điện áp lên hai cấp khác nhau cung cấp cho hai hệ thống khác nhau. Theo số pha người ta chế tạo máy biến áp ba pha và máy biến áp một pha.
Nhãn hiệu của máy biến áp phải thể hiện công suất, điện áp, phương pháp làm mát, số pha và khả năng lắp đặt ngoài trời.
Khả năng vượt tải tạm thời của MBA trong một số ít giờ có thể đạt 30 ¸ 40%, còn khả năng vượt tải lâu dài có thể từ 5 ¸ 10%.
Kích thước sơ bộ của MBA có thể xác định theo các đồ thị hình 1-11, b: đường liền nét trong biểu đồ xác định trọng lượng là trọng lượng toàn bộ MBA, còn đường không liền nét là trọng lượng phần ruột. Lượng dầu sơ bộ tính ở mức 1 kg cho 1 KVA công suất.
Hình 1-10. Cầu trục điện sức nâng 250/30 T và đồ thị xác định trọng lượng cầu trục
1- cầu trục; 2- xe nâng móc chính và móc phụ; 3- bánh xe cầu trục; 4- móc chính; 5- móc phụ; 6- buồng điều khiển; 7- động di chuyển cầu trục.
Hình 1-11. Các bộ phận và kích thước chủ yếu máy biến áp ba pha.
a- Máy biến áp; b- đồ thị xác định sơ bộ các kích thước và trọng lượng máy BA. 1- vỏ; 2- bánh xe; 3- sứ cách điện; 4- máy làm mát; 5- thùng dầu phụ; 6- quạt gió; 7- ống đo dầu
Hệ thống điện tự dùng phục vụ cho sản xuất của bản thân TTĐ chiếm khoảng 0,2¸1,0% điện năng sản xuất. Các hộ tự dùng được chia làm ba loại : Loại không cho phép mất điện khi làm việc (các hệ thống dầu, cấp nước kỹ thuật, khí nén, kích từ, phòng hoả, điều khiển máy cắt & cầu dao, điều khiển các cửa van công tác, chiếu sáng trong nhà); loại cho phép mất điện tạm thời trong thời gian ngắn (hệ thống tháo nước tổ máy, thoát nước rò rỉ, chiếu sáng ngoài trời…), loại cho phép mất điện dài trong một thời gian nhất định (hệ thống lọc và xử lý dầu, các xưởng sửa chữa, các kho chứa…).
Hệ thống điện tự dùng tuỳ theo từng loại thiết bị sử dụng điện áp từ 220 V đến 10 KV. Vì vậy cần có máy biến áp hạ thế nối trực tiếp máy phát hoặc từ hệ thống thanh góp điện áp máy phát.
Trong nhà máy điện bố trí các thiết bị phân phối điện áp máy phát. Tất cả các thiết bị này về nguyên tắc được lắp đặt theo bộ (cụm) để khi sửa chữa có thể thay thế dễ dàng. Chúng được lắp đặt dọc theo toàn bộ chiều dài nhà máy, trong các gian có chiều cao 4-5m, chiều rộng 6-8 m.
Trạm phân phối điện áp cao được bố trí ngoài trời, sơ đồ đầu dây và vị trí và thiết bị của nó sẽ được trình bày trong mục 1-7.
1.2.4. Các hệ thống thiết bị phụ
Các hệ thống thiết bị phụ bao gồm: Hệ thống dầu, cấp nước kỹ thuật, khí nén, phòng hoả, tháo nước sửa chữa và rò rỉ sẽ được trình bày trong 1-6 dưới đây.
1.3 KẾT CẤU VÀ KÍCH THƯỚC PHẦN DƯỚI NƯỚC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
1.3.1. Các kết cấu phần dưới nước của nhà máy
1. Thiết bị bố trí phần dưới nước nhà máy
Dọc theo chiều dài nhà máy (vuông góc với chiều dòng chảy), phần dưới nước gồm nhiều khối turbin giống nhau và ngoài cùng là sàn lắp ráp. Tuỳ điều kiện địa chất nền và chiều dài, toàn bộ nhà máy có thể là một khối liền hoặc cách nhau bằng những khe lún ngang cắt nhà máy thành từng đoạn. Trong mỗi đoạn gồm từ một hoặc một số tổ máy, riêng phần sàn lắp ráp do chịu tải trọng khác nên thợ thường tách riêng khỏi các khối turbin. Phần dưới nước tính từ dưới lên có tầng ống hút, tầng turbin. Về phía thượng lưu trước ống hút thường bố trí một số hành lang như hành lang tháo cạn nước buồng xoắn và ống hút, hành lang tập trung nước thấm, hành lang phụt vữa xi măng và kiểm tra.
Ở tầng turbin, ngoài turbin còn đặt các thiết bị phụ của trạm thuỷ điện, các hệ thống này nhằm bảo đảm sự làm việc bình thường của các thiết bị chính: hệ thống thiết bị cung cấp dầu mỡ, hệ thống thiết bị cung cấp nước kĩ thuật, hệ thống thiết bị tháo nước sửa chữa tổ máy, hệ thống tiêu nước nhà máy, các hệ thống cáp điện. Ngoài ra còn bố trí các kho chứa và một số phòng phụ, máy tiếp lực và cơ cấu điều chỉnh.
Dưới sàn lắp ráp thường bố trí các xưởng, kho, các phòng a xit, ác quy, máy bơm, giếng tập trung nước.
2. Các kết cấu chủ yếu phần dưới nước
Phần dưới nước gồm các bộ phận dẫn nước buồng xoắn, ống hút, đường ống turbin) hoặc kênh xả đối với tua bin xung kích. Tuỳ thuộc vào loại nhà máy và loại tua bin phần dưới nước có khác nhau. Đối với trạm thuỷ điện ngang đập phần dưới nước của nhà máy ngoài buồng xoắn, ống hút còn có cửa lấy nước liên kết với nhà máy, dẫn
Hình 1-12. Mặt cắt ngang nhà máy thuỷ điện ngang đập
nước trực tiếp vào buồng xoắn. Trạm thuỷ điện sau đập và đường dẫn phần dưới nước chủ yếu là buồng xoắn và ống hút, nước vào buồng xoắn qua đường ống áp lực đặt trong thân đập hoặc đường ống áp lực đặt lộ thiên (nhà máy thủy điện đường dẫn). Khi nhà máy thủy điện lắp tua bin xung kích gáo thì phần dưới nước của nhà máy đơn giản vì không có buồng xoắn turin và hình dạng phức tạp của ống hút, nó chỉ là kênh xả dẫn nước ra hạ lưu.
Điều kiện địa chất nền có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước và hình dạng phần dưới nước của nhà máy nhất là bản đáy của tổ máy. Khi nhà máy xây trên nền đá có cường độ chịu lực cao thì giảm được chiều dày bản đáy, giảm được thép gia cố nền, ngược lại xây trên nền đất yếu thì độ dày bản đáy của nhà máy rất lớn cần gia cố cốt thép nhiều. Trong thực tế xây dựng do điều kiện địa chất, nhà máy cần đặt sâu xuống tầng đá gốc thì phải dùng ống hút cong có độ cao lớn mới đạt được các tham số điện năng của tổ máy, cũng có thể dùng ống hút cong có độ cao thấp nhưng phải hạ cao trình đặt máy xuống hoặc sử dụng turin loại có tỷ tốc cao phù hợp với cột nước trong trường hợp đó. Hình 1-12. thể hiện mặt cắt ngang nhà máy thuỷ điện ngang đập xây trên nền đất qua đó ta có thể thấy được kết cấu cơ bản phần dưới nước của nhà máy
1.3.2. Nguyên tắc xác định kích thước và các cao trình chủ yếu
1. Kích thước chiều dài đoạn tổ máy (vuông góc với dòng chảy)
Kích thước phần dưới nước của nhà máy thuỷ điện có quan hệ đến đường kính turbin D1, chiều cao hút Hs, hình dạng và kích thước ngoài buồng xoắn, ống hút (hoặc là máng xả nước khi dùng turbin xung kích).
Với nhà máy thuỷ điện ngang đập buồng xoắn turbin, ống hút, cửa lấy nước có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước phần dưới nước. Cửa lấy nước nhà máy thuỷ điện ngang đập nối trực tiếp với buồng xoắn. Ngoài ra điều kiện địa chất nền cũng ảnh hưởng đến hình dạng và kết cấu phần dưới nước của nhà máy.
Trong các bộ phận dưới nước của nhà máy thuỷ điện thì kích thước ngoài của buồng xoắn thường là lớn nhất. Do đó, chiều dài đoạn tổ máy được xác định trên cơ sở kích thước ngoài của buồng xoắn turbin và các mố trụ bố trí giữa các tổ máy.
a, Xác định sơ bộ chiều dài đoạn tổ máy (l)
Chiều dài đoạn tổ máy l có quan hệ đến loại turbin, đường kính bánh xe công tác D1 và cột nước của trạm thuỷ điện.
Đối với nhà máy thuỷ điện ngang đập không kết hợp xả lũ trong đoạn tổ máy với turbin hướng trục, thì chiều dài đoạn tổ máy thường từ (2,9 ¸ 3,2) D1, khi đường kính nhỏ thì lấy giá trị lớn và ngược lại. Đối với turbin tâm trục chiều dài đoạn tổ máy phụ thuộc vào tỷ tốc ns và nằm trong giới hạn từ (2,7 ¸ 4,2) D1, khi tỷ tốc ns tăng lấy trị số lớn.
Hình 1-13. Sơ đồ sơ bộ xác định chiều dài đoạn tổ máy (l) của nhà máy thuỷ điện.
a). nhà máy thuỷ điện ngang đập không kết hợp xả lũ qua tổ máy
b, nhà máy thuỷ điện sau đập và đường dẫn.
Tổ máy thuỷ điện với buồng xoắn turbin bằng bê tông có góc bao b = 180 ¸ 192 0 do đó tổ máy bố trí không đối xứng thì nhất thiết phải áp dụng ống hút cong không đối xứng trên mặt bằng. Trong một số trường hợp đặc biệt, ví dụ dùng buồng turbin hình vuông trạm thuỷ điện cột nước thấp hoặc ống hút kiểu loe thì chiều dài đoạn tổ máy sẽ tăng lên.
Đối với nhà máy thuỷ điện kết hợp xả lũ qua đoạn tổ máy thì chiều dài l của đoạn tổ máy thường tăng lên với mục đờích bố trí đư ng tràn xả lũ.
b) Xác định kích thước chiều dài đoạn tổ máy l dựa vào kích thước bao ngoài lớn nhất của buồng xoắn tua bin.
Ở trạm thuỷ điện cột nước thấp, lưu lượng lớn với buồng xoắn bê tông thì kích thước chiều dài đoạn tổ máy thường do kích thước buồng xoắn quyết định, đây là kích thước bao ngoài lớn nhất bảo đảm cho đoạn tổ máy bố trí các thiết bị (Hình 1-14.I)
Ở trạm thuỷ điện cột nước trung bình, kích thước đoạn tổ máy thường xác định bởi kích thước mặt bằng vòng ngoài buồng xoắn, đồng thời xem xét việc bố trí một số thiết bị phụ phục vụ cho vận vận hành tổ máy, các mố trụ bố trí giữa các tổ máy (Hình 1-14.III)
Ở trạm trạm thuỷ điện cột nước cao, do lưu lượng nhỏ, kích thước mặt bằng của đường bao buồng xoắn nhỏ, do đó chiều dài đoạn tổ máy phụ thuộc vào kích thước mặt bằng của máy phát, vị trí bố trí các thiết bị ở tầng máy phát và lối đi lại để bảo đảm vận hành bình thường.
– Ở những trạm thuỷ điện đường dẫn cột nước cao, dùng ống hút hình loa, buồng xả nước có mặt cắt hình vuông với chế độ thuỷ lực có áp hoặc không có áp thì kích thước chiều dài đoạn tổ máy không được nhỏ hơn 4D1 (Hình 1-14.IV)
– Trạm thuỷ điện lắp turbin xung kích, khi xác định kích thước phần dưới nước khác hẳn với phương pháp đã trình bày ở trên. Bởi vì, loại turbin này không có buồng xoắn và ống hút, cuối đường ống áp lực là vòi phun, nước từ turbin chảy ra dưới dạng tự do. Vì vậy, kích thước đoạn tổ máy của loại turbin này xác định trên cơ sở bố trí các thiết bị phụ và các yêu cầu khác để đảm bảo máy (Hình 1-14.V)
– Đối với tổ máy turbin cáp xun kết cấu phần dưới nước của loại này bao gồm bản đáy, các trụ đứng. Giữa các trụ đó bố trí buồng tổ máy và các phòng đặt tua bin phụ (Hình 2-3.VI).Kích thước đoạn tổ máy của loại turbin này được xác định trên cơ sở chiều rộng buồng dẫn nước trong đó đặt tổ máy.
Qua phân tích các trạm đã xây dựng và các trạm đang thiết kế dùng turbin cápxul cho phép xây dựng các công thức kinh nghiệm để xác định kích thước cơ bản của tổ máy và phần qua nước của nó.
+) Khi nối trực tiếp (nmf = ntb) đường kính hộp máy phát có thể nằm trong phạm vi từ (1,14 ¸ 1,16 )D1.
+) Mặt cắt cửa vào của buồng dẫn nước có dạng hình vuông, diện tích tiết diện của nó có thể tính theo công thức (m2):
trong đó : Q-lưu lượng qua tua bin (m3/s); H- cột nước của trạm
Chiều dài đoạn tổ máy l =(1,15 ¸ 1,3)D1
Diện tích tiết diện mặt cắt cửa ra của tổ máy có thể tính theo công thức (m2):
Ở tầng ống hút về phía hạ lưu nhà máy thường được bố trí các van sửa chữa để sửa chữa tổ máy khi cần thiết. Ở những trạm thuỷ điện kết hợp xả lũ qua tổ máy các van khống chế lưu lượng tràn cũng bố trí ở tầng ống hút về phía hạ lưu. Tất cả các loại van đó đều dùng cầu trục riêng, điều khiển bằng động cơ điện hoặc bằng hệ thống thuỷ lực.
Từ hình 1-14. cho thấy có thể bố trí cửa van trong hành lang tháo lũ và van sửa chữa cuối ống hút. Nếu diện tích tầng ống hút rộng và cao trình mực nước hạ lưu cao nhất cho phép thì bố trí van như hình 1-14.VIII
Khi đoạn loe của ống hút tương đối dài với mục đích giảm chiều dài trụ pin, người ta có thể bố trí rãnh van sửa chữa ở đoạn loe và dùng một dầm đậy lại. Khi muốn thả van sửa chữa xuống thì trước tiên phải cẩu dầm đó ra Hình 1-14.II
Số lượng cửa van sửa chữa tuỳ thuộc vào số tổ máy ở trạm, song thông thường người ta quy định đóng từ một đến hai tổ máy cùng một lúc. Sự phân chia trụ pin trong ống hút phải có khoảng cách giống nhau để tiện việc chế tạo cửa van. Trong quá trình vận hành cửa van sửa chữa thường để ở một nơi thuận tiện về phía hạ lưu ở tầng ống hút.
2. Khi kích thước chiều ngang đoạn tổ máy (song song dòng chảy)
Chiều ngang đoạn tổ máy phần dưới nước xác định chủ yếu trên cơ sở kích thước cửa lấy nước, buồng xoắn và chiều dài ống hút. Đối với trạm thuỷ điện ngang đập có công suất lớn, nếu chiều dài đoạn tổ máy lấy theo trị số gần đúng từ (2,9¸3,2)D1 thì chiều ngang bản đáy có thể lấy từ (6¸8)D1.
Ở trạm thuỷ điện sau đập và đường dẫn cột nước trung bình dùng turbin tâm trục trục đứng, khi chiều dài đoạn tổ máy lấy theo trị số gần đúng từ (2,7¸4,2)D1 thì chiều ngang bản đáy có thể lấy từ (6¸7)D1. Các trị số trên chỉ gần đúng để xác định sơ bộ kích thước ban đầu.
Hình 1-14. Kết cấu phần dưới nước của nhà máy thuỷ điện với các loại tua bin khác nhau
3. Các cao trình phần dưới nước nhà máy
Chiều cao phần dưới nước nhà máy được tính từ cao trình tấm đáy ống hút đến vòng tựa stato máy phát bao gồm: chiều dày bản đáy nhà máy, chiều cao loại ống hút đã chọn, chiều dày lớp bê tông của buồng xoắn, chiều cao từ cao trình sàn turbin đến cao trình đáy stato máy phát. Hình 1-15. thể hiện các cao trình chủ yếu phần dưới nước của nhà máy thuỷ điện
– Cao trình lắp turbin Ñ1(cao trình lắp máy) là một trong những cao trình chính để làm cơ sở xác định các cao trình khác của phần dưới nước nhà máy thuỷ điện. Cao trình này chủ yếu được quyết định bởi mực nước tính toán hạ lưu nhỏ nhất và độ cao hút Hs. Các thông số này đã nêu ở phần thiết bị, song khi xác định cao trình này cần phải xem lòng dẫn hạ lưu có bị xói sâu trong quá trình vận hành làm cho mực nước hạ lưu giảm xuống không bảo đảm điều kiện tính toán ban đầu.
Hình 1-15. Mặt cắt ngang của nhà máy thuỷ điện thể hiện các cao trình chủ yếu phần dưới nước .
– Cao trình đáy ống hút Ñ0: khi đã xác định được cao trình lắp turbin Ñ1 lấy cao trình này làm chuẩn, căn cứ kích thước ống hút đã chọn ta tính được cao trình đáy ống hút. Cao trình này phải đảm bảo miệng ống hút ngập dưới mực nước hạ lưu một đoạn 0,5 m. Chiều dày bản đáy phần dưới nước nhà máy tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất nền thông qua tính toán để xác định.
– Cao trình sàn turbin Ñ2: cao trình này có liên quan đến lớp bê tông của buồng xoắn, độ dày của lớp bê tông này thông qua tính toán kết cấu mới xác định được, song trong thiết kế sơ bộ có thể lấy như sau: đối với buồng xoắn kim loại độ dày thường 0,8¸1,0 m ; đối với buồng xoắn bê tông cốt thép độ dày thường 1,2¸1,5 m .
– Cao trình đáy stato máy phát Ñ3: đây là khoảng không gian của tầng turbin có chiều cao từ cao trình sàn turbin đến cao trình đáy stato. Ở đây, ngoài giếng turbin còn bố trí các cơ cấu điều chỉnh turbin, các hệ thống đường ống của thiết bị phụ, cáp điện..vv..Vì vậy, khoảng cách này phải bảo đảm chiều cao nhất định để bố trí thiết bị, đồng thời để nhân viên vận hành thao tác thuận tiện thường từ 2,7¸3,0 m. Khi xác định cao trình đáy stator (cao trình máy phát), cao trình này phải đảm bảo cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhất để máy phát không bị ngập. Song điều kiện này không phải trong bất kì trường hợp nào cũng thảo mãn, nhất là khi mực nước hạ lưu sông thay đổi lớn giữa mùa lũ và mùa kiệt. Trong trường hợp này, nếu đặt máy phát trên mực nước cao nhất hạ lưu thì trục tổ máy dài không lợi cho tính ổn định khi vận hành, chiều cao phần dưới nước tăng lên, khối lượng bê tông sẽ tăng nhiều. Khi gặp trường hợp này thường được thông qua biện pháp công trình là xây tường ngăn chống thấm phía hạ lưu và chỉ trên cơ sở đó mới hạ được cao trình đặt máy xuống khi đủ để bố trí các thiết bị trong nhà máy.
1.4 KẾT CẤU VÀ KÍCH THƯỚC PHẦN TRÊN NƯỚC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
1.4.1. Các dạng kết cấu phần trên nước của nhà máy thuỷ điện
Kết cấu và kích thước phần trên nước nhà máy thuỷ điện có liên quan chặt chẽ đến việc bố trí các thiết bị trong gian máy. Phần xây lắp bên trên của nhà máy thuỷ điện có thể dùng một trong những hình thức sau: nhà máy kín, nhà máy hở, nhà máy nửa hở.
1. Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu kín (Hình 1-16.I,II)
Kết cấu phần trên nước của nhà máy thuỷ điện kiểu kín bao giờ cũng phức tạp và giá thành đắt hơn so với các loại nhà máy kiểu hở và nửa hở. Phần này có kết cấu tương tự như một nhà máy công nghiệp, bên trong có cần trục chạy dọc suốt nhà máy phục vụ công việc lắp ráp và sửa chữa tổ máy. Các thiết bị được bảo vệ che chở khỏi bị tác động xấu của thời tiết khí hậu, đảm bảo có thể lắp ráp, sửa chữa thiết bị trong bất kì điều kiện nào.
Ở những nhà máy thuỷ điện lớn các trụ đỡ chịu một tải trọng rất lớn của cần trục và các tải trọng của mái che truyền xuống, chiều rộng gian máy có thể từ 22¸25 m và chiều cao thường trên 30 m. Với kết cấu như vậy tương đối phức tạp, thời gian thi công dài hơn và giá thành đắt hơn các nhà máy kiểu hở, nửa hở song nó có ưu điểm là điều kiện vận hành thuận lợi. Những trạm thuỷ điện đã xây dựng ở nước ta hiện nay đều áp dụng nhà máy thuỷ điện kiểu kín.
2. Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu nửa hở (Hình 1-16.III)
Nhà máy thuỷ điện kiểu nửa hở cho phép giảm được kích thước phần xây lắp bên trên nhưng phải bảo đảm điều kiện vận hành của các thiết bị. Phần trên rất thấp nhằm để tăng tốc độ thi công nhà máy. Loại nhà máy này cầu trục chính đặt ngoài, tất cả các thiết bị đều bố trí bên trong gian máy. Trên mỗi tổ máy có nắp đậy, có thể tháo lắp được, khi sửa chữa hoặc lắp ráp cầu trục sẽ di chuyển đến vị trí nhất định để thao tác hoặc có thể dùng con lăn đẩy sang một bên. Ở những trạm thuỷ điện lớn bên trong gian máy thường lắp cầu trục phụ để cẩu những cấu kiện nhỏ mà cầu trục lớn không thao tác được. Nếu nắp đậy tổ máy dùng con lăn kéo bằng tời giảm được thời gian mở gian máy lúc này cẩu trục đưa thiết bị đến và đã ở vị trí của nắp.
Chiều cao gian máy của loại nhà máy kiểu nửa hở tuỳ thuộc vào điều kiện lắp ráp vận hành của tổ máy, công tác sửa chữa thường xuyên không cần đến cẩu trục chính.
Ưu điểm của nhà máy thuỷ điện kiểu nửa hở là giảm được giá thành xây lắp bên trên, công tác lắp ráp nhanh hơn, tổ máy thứ nhất có thể đưa vào vận hành sớm. Loại nhà máy này có thể áp dụng trong các điều kiện khí hậu khác nhau.
3. Kết cấu nhà máy thuỷ điện kiểu hở
Loại nhà máy này không có gian máy, chỉ có một hệ cột đỡ dầm cẩu trục mọi thao tác đều ở ngoài trời. Các máy phát có nắp che để bảo vệ, các thiết bị phụ bố trí ở các tầng khác của nhà máy và dưới gian lắp ráp. Kiểu nhà máy này khi sửa chữa , lắp ráp thiết bị đều làm việc ngoài trời. Đây là điều kiện không lợi đối với những vùng nóng.
Hình 1-16. Các kiểu kết cấu bên trên của nhà máy thuỷ điện
1.4.2. Nguyên tắc xác định kích thước chủ yếu của nhà máy kiểu kín
1. Kích thước mặt bằng của nhà máy
a, Chiều dài L của nhà máy
Chiều dài nhà máy là tổng chiều dài của các khối máy, chiều dài của sàn lắp ráp , đoạn tăng thêm ở tổ máy cuối cùng. Toàn bộ chiều dài có thể biểu thị bằng công thức sau:
L=n.lđ +lsc + Äl
Trong đó: n- số tổ máy ; lđ – chiều dài đoạn tổ máy ; lsc – chiều dài gian lắp ráp sửa chữa ,Äl – đoạn kích thước tăng thêm ở tổ máy cuối cùng đủ để cầu trục hoạt động cẩu tổ máy cuối cùng, kích thước này phụ thuộc vào kích thước bề ngang của cầu trục, hình thức cẩu (cẩu đơn hoặc cẩu kép), vị trí gian lắp máy ở hồi trái hay hồi phải. Khi xác định kích thước này lấy tâm của móc cẩu trùng với tâm tổ máy. Trong thực tế người ta thường lấy Äl = 2¸5 m.
b, Chiều ngang B nhà máy
Khi xác định chiều ngang nhà máy cần phải căn cứ vào kích thước và phương thức bố trí máy phát, các thiết bị điều chỉnh, bảng điện bên máy và các thiết bị khác được bố trí trong gian máy. Các thiết bị này phải nằm trong phạm vi thao tác của cẩu trục.
Hình 1-17. thể hiện kích thước mặt bằng gian máy phát trong đó bố trí máy phát điện, thùng dầu áp lực, tủ điều tốc, khoảng lưu không để nhân viên vận hành đi lại. Qua đó ta thấy vị trí tương tác giữa các thiết bị bố trí ở tầng turbin và tầng máy phát.
Ngoài các yếu tố trên phương pháp cẩu vật của cầu trục di chuyển bên cạnh hoặc trên đỉnh máy phát cũng liên quan đến chiều ngang của nhà máy (như hình 1-16.I,II)
Hình 1-17. Kích thước mặt bằng gian máy
2. Các cao trình chủ yếu phần trên nước của nhà máy
Cao trình phần trên nước của nhà máy gồm các cao trình sau: cao trình đáy stato, cao trình sàn máy phát, cao trình ray cẩu trục, cao trình trần nhà máy .
a, Cao trình sàn gian máy phát.
Cao trình sàn gian máy phát phụ thuộc vào hình thức bố trí máy phát cũng như chiều cao của stato máy phát. Từ cao trình đáy stato đến cao trình sàn gian máy phát là phần máy phát bố trí chìm dưới mặt sàn, thông thường phần stato máy phát được bố trí chìm dưới mặt sàn ( máy phát đặt kín), giá chữ thập trên và chóp máy phát bố trí nổi trong gian máy. Trong một số trường hợp, máy phát bố trí hoàn toàn hở trên mặt sàn gian máy ( máy phát đặt hở) thì cao trình lắp máy phát trùng với cao trình sàn gian máy. Chiều cao H của nhà máy được tính từ cao trình sàn gian máy phát đến trần nhà máy.
b, Cao trình ray cầu trục
Khoảng cách chiều cao từ sàn máy phát đến ray cầu trục phụ thuộc vào kích thước vật cẩu, phương thức cẩu (cẩu di chuyển bên hoặc di chuyển trên đỉnh máy phát), vị trí móc chính khi chưa thao tác (Hình 1-16.I,II)
– Nếu cẩu rô to máy phát hoặc bánh xe công tác di chuyển trên đỉnh các tổ máy (khoảng cách giữa vật di chuyển và vật cố định thường 0,25 ¸ 0,5 m) thì giảm được chiều ngang gian máy, song tăng chiều cao. Phương thức này chỉ dùng khi tổ máy có công suất lớn, trạm thuỷ điện cột nước thấp.
– Rô to máy phát cùng sửa chữa với trục tổ máy, để giảm chiều cao nhà máy thì phải nghiên cứu sự di chuyển của xe cẩu dọc theo nhà máy về phía thượng lưu hoặc hạ lưu (Hình 1-5.II). Với phương thức này chiều rộng nhà máy sẽ tăng lên, song giảm được chiều cao. Nếu tính từ tâm tổ máy thì phía thượng lưu rộng hơn phía hạ lưu. Thường ở nhà máy thuỷ điện sau đập và đường dẫn do đặt van sự cố ở cuối đường ống áp lực, trong quá trình lắp ráp và sửa chữa dùng cẩu trục chính trong gian máy thao tác thì có thể xê dịch phần trên nhà máy về phía thượng lưu, như vậy cho phép giảm được chiều ngang nhà máy .
c, Cao trình trần nhà máy
Khoảng cách chiều cao từ ray cầu trục đến trần nhà máy phụ thuộc vào kích thước cẩu trục và xe cẩu, các thông số này khi chọn cẩu trục có thể biết được. Độ an toàn tính từ đỉnh xe đến trần nhà máy thường 0,5 m.
Tóm lại khi xác định chiều cao H và chiều ngang B phần trên nước của nhà máy cần phải nghiên cứu một cách toàn diện không những về mặt bố trí thiết bị, phương thức cẩu mà còn cả về mặt kết cấu, giải pháp thi công…vv..
Kết cấu chịu lực phần trên nước của nhà máy kiểu kín bao gồm các hệ thống cột và dầm. Ở những vị trí đặt khớp lún thì phần trên của nhà máy cũng phải tách ra. Các dầm và cột có thể bằng thép hoặc bê tông cốt thép, khoảng cách giữa các hệ thống cột phụ thuộc vào kích thước nhà máy và sức nâng của cầu trục . Có thể có các phương án khác nhau để bố trí hệ thống cột nhà máy (Hình 1-18.a)
Khoảng cách giữa các cột dọc theo chiều dài nhà máy bằng nhau, có các cột góc và cột đôi chỗ đặt khớp lún. Trong từng đoạn tổ máy dọc theo chiều dài cách bố trí số cột cũng có thể khác nhau (Hình 1-18.I,II,III)
Trong đó sơ đồ III tăng thêm một cột ngang tâm tổ máy, chủ yếu do công suất tổ máy lớn cấu kiện nâng có trọng lượng lớn.
Tường nhà máy giữa các trụ đỡ tông. c xây bằng vật liệu như gạch, đá hoặc đổ bê
Vì lí do an toàn không được trổ cửa sổ chỗ vị trí đặt máy biến thế, cũng như ở phía đường ống áp lực dẫn vào tua bin đặt lộ thiên của trạm thuỷ điện đường dẫn.
Hình 1-18. Bố trí hệ thống cột đỡ dầm cẩu trục và mặt bằng gian máy sàn máy phát
a, Cách bố trí các cột đỡ dầm cẩu trục, b) trụ cột bằng thép Ñ- cao trình sàn máy phát ; 1- thiết bị dầu áp lực; 2- Tủ điều khiển; 3- Khớp lún
Lực hãm máy truyền từ cầu trục đến kết cấu đỡ có thể xác định bởi sức nâng, tốc độ di chuyển, thời gian hãm máy theo công thức sau:
Trong đó:
G – trọng lượng toàn bộ cầu trục và trọng lượng vật nâng nặng nhất G = Gcầu trục + Gnâng
v – vận tốc di chuyển ngang của cẩu trục
t – thời gian hãm máy
Đối với loại cầu trục lớn lực P = (2¸10%)Gnâng ; với loại cầu trục sức nâng càng nhỏ lực hãm lớn vì tốc độ di chuyển ngang lớn.
Tuỳ thuộc vào công suất tổ máy và cao trình đường vận chuyển vào gian lắp ráp thường áp dụng một trong những phương án bố trí máy phát trong gian máy như Hình 1-7a.
Sơ đồ I và II thường được áp dụng với tổ máy có công suất không lớn, máy phát bố trí như sơ đồ I gọi là máy phát đặt nổi ; sơ đồ II gọi là máy phát đặt kiểu hỗn hợp. Ở cao trình sàn máy phát đặt thùng dầu áp lực, tủ điều tốc và các thiết bị phụ khác.
Khi tổ máy có công suất lớn người ta áp dụng phương thức bố trí máy phát kiểu chìm (Hình 1-18.III). Cách bố trí này cao trình sàn máy phát ở giá chữ thập trên. Ở trên sàn máy phát ngoài máy kích từ còn đặt thùng dầu áp lực, tủ điều tốc, thiết bị phân phối điện. Còn các thiết bị phụ khác bố trí tầng dưới. Lối vào giếng turbin cùng cao trình sàn turbin . Phương án bố trí như vậy gian máy rất rộng có thể dùng để sửa chữa các thiết bị nhỏ, điều kiện vận hành rất tốt.
1.5 GIAN LẮP RÁP SỬA CHỮA
1.5.1. Mục đích yêu cầu
Diện tích gian lắp ráp là để lắp ráp các thiết bị trong thời kì xây dựng trạm thuỷ điện và tiến hành sửa chữa tổ máy trong quá trình vận hành.
Khi tiến hành lắp ráp các thiết bị chủ yếu trong nhà máy thì những bộ phận thiết bị đó được chở dần từ nơi sản xuất đến. Căn cứ kích thước bên ngoài và trọng lượng của nó cho phép chuyên chở bằng đường ô tô, đường thuỷ hoặc đường xe lửa đến gian lắp ráp. Vì vậy, khi thiết kế nhà máy thường cao trình sàn lắp ráp cùng với cao trình sàn máy phát đồng thời cùng với cao trình đường giao thông từ ngoài vào nhà máy. Bố trí như vậy không những thuận tiện cho việc chuyên chở thiết bị vào nhà máy mà còn lợi dụng diện tích tổ máy gần gian lắp ráp để tháo lắp các thiết bị.
Diện tích gian lắp ráp trong thời kì xây dựng ở những trạm thuỷ điện lớn, nhiều tổ máy thường lớn hơn nhiều diện tích gian lắp ráp trong thời kì vận hành. Vì vậy, trong thời kì xây dựng thường bố trí một diện tích tạm thời để lắp ráp nối liền với diện tích sửa chữa cố định. Trong thực tế có thể dùng diện tích đoạn tổ máy thứ nhất gần gian lắp ráp để tiến hành lắp ráp trong thời kì xây dựng, chỉ cần dùng các tấm bê tông đậy hố máy lại.
1.5.2. Nguyên tắc xác định kích thước của gian lắp ráp
Kích thước gian lắp ráp cố định là dựa vào yêu cầu cùng một thời gian sửa chữa hoặc lắp ráp một tổ máy (khi tổ máy trạm thuỷ điện ít hơn 8¸10 tổ) hoặc hai tổ máy (khi tổ máy trạm thuỷ điện lớn hơn 10)
Khi lắp ráp tổ máy phải dùng cẩu trục chính trog gian máy để tiến hành thao tác, do đó chiều ngang gian lắp ráp bằng chiều ngang gian máy. chiều dài gian lắp ráp lsc xác định trên cơ sở kích thước của tất cả các thiết bị một hoặc hai tổ máy đặt lên nó (Hình 1-19)
Khi sửa chữa tổ máy trong phạm vi diện tích gian lắp ráp thường đặt các thiết bị sau: máy kích từ, giá chữ thập trên máy phát, rô to máy phát, ổ trục với gối đỡ, nắp đậy tua bin và vòng điều chỉnh máy tiếp lực, bánh xe công tác, diện tích để sửa chữa máy biến thế, diện tích để đi lại.
Hình 1-19 Một trong những sơ đồ sắp xếp các thiết bị để xác định diện tích gian lắp ráp (chủ yếu xác định chiều dài lsc)
Ở những trạm thuỷ điện đã xây dựng số tổ máy ít thường chiều dài gian lắp ráp không vượt quá (1¸1,2)lđ song khi đoạn tổ máy hẹp có thể đạt tới (1,3¸1,5)lđ.
Chiều cao gian lắp ráp cùng với chiều cao gian máy. Nếu gian lắp ráp tiến hành sửa chữa máy biến thế , để không tăng chiều cao nhà máy, thì ở gian lắp ráp phải đặt hố máy biến thế để tháo lắp khi sửa chữa. Khi xác định chiều dài gian lắp ráp cần phải tính toán phạm vi hoạt động của cẩu trục chính và phụ, đồng thời phải xét đến phạm vi đặt thiết bị mà nó không thao tác được, trên cơ sở đó quyết định chiều dài lsc một cách hợp lí.
Hình 1-19. Sơ đồ sắp xếp các thiết bị tổ máy trong gian lắp ráp
1- đường ray; 2- máy biến thế; 3-bánh xe công tác; 4-ổ trục với gối đỡ; 5- rô to máy phát ;6- giá chữ thập máy phát ; 7- nắp đậy tua bin ; 8- tổ máy gần gian lắp ráp; 9- máy kích từ, trục tua bin, các thiết bị làm mát máy phát và các thiết bị khác; 1′- khớp lún; 2′- vùng thao tác cẩu trục chính; 3′- vùng thao tác cẩu trục ghép; b4- phạm vi thao tác cẩu trục chính
1.6 HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ VÀ NGUYÊN TẮC BỐ TRÍ TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
1.6.1. Mục đích yêu cầu khi bố trí thiết bị phụ
Hệ thống thiết bị phụ chủ yếu để bảo đảm chế độ vận hành bình thường của tổ máy có thể chia làm 2 nhóm:
1. Nhóm thứ nhất gồm:
a) Hệ thống điều chỉnh công suất tổ máy bao gồm thiết bị dầu áp lực, tủ điều khiển, động cơ máy tiếp lực, đường ống dẫn dầu áp lực.
Đối với hệ thống này phải xác định dung tích dầu và áp suất dầu thường từ 16 ¸ 40 at. Ngoài ra còn dầu làm trơn các ổ chặn chính và ổ chặn định hướng của tổ máy, dầu cách nhiệt làm mát máy biến thế.
b) Hệ thống cung cấp nước kĩ thuật trong nhà máy chủ yếu để làm mát máy phát, các ổ chặn tua bin và trong một số trường hợp làm mát máy biến thế, ngoài ra còn có hệ thống cấp nước cứu hoả.
c) Hệ thống khí nén để điều khiển tổ máy và hãm máy khi cắt tải, phục vụ cho các thiết bị kiểm tra đo lường, dùng khí nén đẩy nước trong ống hút khi tổ máy làm việc ở chế độ bù đồng bộ với độ cao hút âm (Hs<0)
d) Hệ thống thoát nước và tháo cạn nước khi sửa chữa hoặc kiểm tra tổ máy cần phải bơm cạn nước trong buồng xoắn và ống hút. Vì vậy trong nhà máy thuỷ điện phải đặt trạm bơm và hệ thống ống dẫn thoát nước. Đối với lượng nước thấm phải bố trí hầm tập trung nước và hệ thống tiêu nước. Tất cả các hệ thống trên và các thiết bị cần thiết bố trí trong các phòng riêng đặt trong nhà máy.
2. Nhóm thứ hai gồm: Các thiết bị điện và đường dây dẫn điện của bộ phận phân phối điện áp thấp, điện tự dùng của bộ phận điều khiển.
1.6.2. Các hệ thống thiết bị phụ
1. Hệ thống dầu
Ở các trạm thuỷ điện thiết kế cần phải sơ bộ tính toán lượng dầu cần dùng, biện pháp bảo quản dầu, chuẩn bị dầu đưa vào vận hành, định kì kiểm tra chất lượng dầu, tái sinh dầu, bảo quản dầu.
Cần phải tính toán sử dụng các loại dầu khác nhau, không cho phép lẫn lộn đặc tính hoá lí của chúng. Trong phạm vi nhà máy phải bố trí các phòng riêng để chứa từng loại, phải có phòng chứa dầu sạch và dầu bẩn từng loại.
Lượng dầu để vận hành một tổ máy có thể xác định theo công thức sau:
trong công thức: G – trọng lượng dầu (kg); N – công suất định mức của tua bin (kW); D1- đường kính bánh xe công tác turbin (m); H – cột nước, bằng hiệu số giữa mực nước dâng bình thường và mực nước hạ lưu ứng với lưu lượng bình quân nhiều năm (m); k – hệ số phụ thuộc vào hình dạng turbin : đối với turbin cánh quay k=0,9¸1,1 ; đối với turbin tâm trục k=0,45¸0,65 và turbin gáo k=1,35¸1,80. Khi công suất tổ máy tăng lên yêu cầu lượng dầu dự trữ sẽ giảm xuống.
Lượng dầu của hệ thống dầu bôi trơn thường chiếm khoảng 35% lượng dầu để điều chỉnh turbin. Dung tích dầu cách nhiệt máy biến thế phụ thuộc vào hình dạng và công suất của máy, thường cứ 1000kW cần 0,4 T đối với máy biến thế lớn ; 0,6¸1,3 T đối với máy biến thế loại vừa.
Hình 1-20. Sơ đồ cung cấp dầu và hệ thống đường ống dẫn dầu cho một nhà máy thuỷ điện loại lớn.
a, Sơ đồ hệ thống cung cấp dầu; b) Sơ đồ hệ thống cung cấp dầu vận hành tổ máy và dầu làm trơn các ổ chặn. 1- đường ống xả; 2- đường ống dẫn ;3- Thùng chứa dầu;4- ổ chặn chính; 5- ổ chặn định hướng; 6- Máy tiếp lực; 7- MHY (dầu áp lực); 8- Bể dầu vận hành;9- Bể dầu sạch; 10- Máy bơm; 11- thiết bị lọc; 12- thiết bị tái sinh dầu; 13- Máy phân li; 14- Bể chứa dầu mới; 15- Bể chứa dầu không đạt chỉ tiêu cơ lí; 16- Két chứa dầu; 17- Van; 18- ống nối; 19- Thùng dầu tái sinh; 20- Đường dẫn dầu làm trơn; 21- Đường dẫn dầu đến máy biến thế
Ngoài số lượng dầu đó ra, theo điều kiện kỹ thuật và quy phạm ở các trạm thuỷ điện cần lượng dầu dự trữ sau đây: trong vận hành khi đã trữ đầy dầu cho một tổ máy còn phải cộng thêm số dầu dự trữ và hao hụt trong 45 ngày, trong hệ thống dầu bôi trơn cũng tăng thêm lượng dầu dự trữ như vậy. Và đối với máy biến thế cộng thêm 1% lượng dầu toàn bộ của nó và máy cắt. Dung tích dầu ở một trạm thuỷ điện rất lớn có thể đạt tới hàng nghìn tấn. Bảo vệ một lượng dầu lớn như vậy ở trong nhà máy cần phải tiến hành biện pháp chống nóng, phòng hoả.
Theo quy phạm quy định các bể dầu đặt trên mặt đất thường không vượt quá 300 T và đặt dưới đất 500 T, các bể dầu đặt trong nhà máy thường không vượt quá 100T. Đối với lượng dầu dự trữ lớn phải có bể riêng để chứa và phòng hoả chống nóng một cách an toàn.
Hình 1-20. sơ đồ a là hệ thống đường ống dẫn dầu của một trạm thuỷ điện loại lớn, trong đó bể 14 chứa dầu sạch có đường ống dẫn đến hệ thống kiểm tra hoá lí, bể 8- chứa dầu vận hành đã xác định số giờ làm việc. Dầu sau khi làm sạch hoặc để tái sinh qua thiết bị 11,12,13 dầu được chảy vào bể 9, nếu chỉ tiêu cơ lí của dầu không phù hợp dầu được chảy vào bể 15. Sơ đồ b là hệ thống cung cấp dầu vận hành tổ máy và dầu làm trơn ổ chặn chính và ổ chặn định hướng ở trạm thuỷ điện dùng tua bin cánh quay.
Ở các trạm thuỷ điện dầu dùng cho máy biến thế chứa bể riêng. Trong vận hành tuyệt đối không được nhầm lẫn các loại dầu.
Trong các hệ thống cung cấp dầu cần phải qua các thiết bị lọc để loại trừ tạp chất và nước. Ở những nhà máy thuỷ điện lớn có các thiết bị dầu tái sinh chủ yếu phục hồi bản chất hoá lí của dầu (độ nhớt, độ a xít, lưu huỳnh). Đối với trạm thuỷ điện nhỏ và vừa sự tái sinh dầu được thực hiện bằng các thiết bị đặt ở trạm dẫn dầu và từ đó dẫn đến tổ máy.
Với các hệ thống dùng dầu khác nhau thì thời gian sử dụng dầu cũng khác nhau, thường với hệ thống dầu vận hành từ 12 ¸15 ngàn giờ, với hệ thống dầu làm trơn từ 500 ¸1000 giờ.
Đường kính ống dẫn thường 50 mm. Tất cả các thiết bị của hệ thống dẫn dầu thường bố trí tầng dưới gian lắp ráp có hệ thống phòng hoả nghiêm ngặt. Nếu bể dầu đặt ngoài trời phải cách xa nhà máy 20 m và có thiết bị đặc biệt để chống nóng và phòng hoả. Diện tích để dầu của trạm thuỷ điện thường chiếm từ 50 ¸100 m2.
2. Hệ thống cung cấp nước kỹ thuật
Nước dùng cho nhà máy thuỷ điện gồm: nước làm mát máy phát, làm mát dầu các ổ chặn, đôi khi làm trơn ổ chặn dưới của tua bin, làm mát thiết bị khí nén, máy biến áp. Song lượng nước chủ yếu để làm mát máy phát. Tuỳ thuộc vào nhiệt độ có thể xác định được lượng nước làm mát máy phát và ổ chặn chính. Sơ bộ cứ 1KW công suất tổn thất của máy phát khi ở nhiệt độ t=200C cần 0,06 l/s, khi ở nhiệt độ t=250C cần 0,07 l/s. Lượng nước tiêu hao làm mát máy phát chiếm khoảng 60-65% toàn bộ lượng nước hệ thống. Lượng nước làm mát ổ chặn chính chiếm từ 10-20% và làm mát máy biến áp 15%.
Hình 2-21 Một trong những sơ đồ cung cấp nước làm mát máy phát và máy biến áp
Khi xác định áp lực nước dùng cho nhà máy thuỷ điện để vận hành tổ máy cần
phải xem xét kích thước ống dẫn và độ cản thuỷ lực, song áp lực nước trước thiết bị làm mát máy phát không được nhỏ hơn 3-8 m. Đối với trạm thuỷ điện lớn lưu lượng cung cấp nước kỹ thuật thường từ 2 ¸4 m3/s
Hình 1-21. a) Sơ đồ cung cấp nước làm mát máy phát và máy biến áp
b, Sơ đồ xác định lưu lượng nước làm mát máy phát và ổ chặn
1- thiết bị lấy nước; 2- Máy bơm;3- thiết bị lọc; 4- Trục đường chính dẫn nước; 5- máy biến áp; 6- Lò xo dẫn nước làm mát máy biến áp; 7- ổ chặn định hướng;8- thiết bị làm mát máy phát; 9- Vòng dẫn nước làm mát máy phát; 10- Vòng dẫn nước ra sau khi làm mát máy phát; 11- ổ chặn; 12- Lò xo dẫn nước làm mát ổ chặn; 13- Đường xả; 14- ổ chặn tua bin; 15- Van; 16- Bơm nước khỏi nắp turbin, 17 – ống nối
Hệ thống cung cấp nước kỹ thuật có thể dùng các nguồn nước khác nhau. Nguồn cung cấp nước tốt nhất cho nhà máy là thượng hạ lưu nhà máy thuỷ điện, trong trường hợp hồ chứa có nhiều tạp chất thì dùng các giếng khoan lấy nước cung cấp cho tổ máy. Nguồn cung cấp nước kỹ thuật có quan hệ đến cột nước của trạm thuỷ điện, trong các công trình đã xây dựng thường áp dụng các phương thức sau đây để lấy nước cung cấp cho tổ máy
1) Khi cột nước dưới 10 m hoặc cao hơn 40 ¸50 m : dùng máy bơm bơm nước ở hạ lưu cung cấp cho tổ máy.
2) Khi cột nước dưới 10 ¸15m đến 40 ¸50 m : áp dụng hình thức lấy nước tự chảy ở thượng lưu hồ chứa, hoặc đối với trạm thuỷ điện sau đập lấy nước ở đường ống tua bin.
3)Khi cột nước của trạm thuỷ điện cao hơn 40 ¸50 m lấy nước ở thượng lưu hồ chứa hoặc đường ống tua bin qua thiết bị giảm áp. ở những trạm thuỷ điện cột nước dao động lớn có thể sử dụng hình thức cấp nước hỗn hợp.
Hình 1-22. Sơ đồ hệ thống khí nén nhà máy thuỷ điện
K-1: Máy khí nén áp lực thấp; K-2: Máy khí nén áp lực cao; P-1, P-2, P-3 – Bình chứa khí nén áp lực thấp ; 1- Thùng dầu áp lực MHY; 2- hệ thống hãm máy phát; 3- ống nối dẫn đến gian lắp ráp; 4- ống nối dẫn đến gian cơ khí; 5- ống nối dẫn đến phòng tua bin; 6- ống nối dẫn vào gian máy; 7- Đường ống chính dẫn khí vào bánh xe công tác; 8- đường ống chính dẫn khí vào các bộ phận chủ yếu; 9- đường ống nạp khí vào thùng dầu áp lực MHY; 10- thiết bị tự động; 11- Van; 12- Đường dẫn khí nén hãm kích máy phát.; 13- áp kế
Hệ thống đường ống cung cấp nước kĩ thuật thường bố trí phía thượng lưu hoặc hạ lưu nhà máy đối với nhà máy thuỷ điện ngang đập, đối với nhà máy thuỷ điện sau đập và đường dẫn thường đặt trên đường ống tua bin và trên buồng xoắn tua bin. Lưu tốc lớn nhất trong đường ống cung cấp nước kĩ thuật không vượt quá 10 m/s, thường nằm trong giới hạn 1,5 ¸7 m/s, đường kính ống dẫn nước thường từ 250 ¸300 mm.Nước sau khi làm mát máy phát và các thiết bị khác theo đường ống xả xuống hạ lưu. Ở hệ thống cung cấp nước kỹ thuật cần đặt các thiết bị kiểm tra để theo dõi quá trình vận hành. Các đường ống rẽ xuyên toàn bộ nhà máy thường bố trí dưới gian lắp ráp tiện việc theo dõi kiểm tra.
Hệ thống nước chống cháy máy phát về nguyên tắc bố trí cũng giống như hệ thống cung cấp nuước kỹ thuật. Áp lực nước trong hệ thống này ngay chỗ đặt bình dập lửa không được nhỏ hơn 2 ¸2,5 at.
3. Hệ thống khí nén
Hệ thống khí nén trong nhà máy chủ yếu để điều khiển tổ máy và hãm máy khi cắt tải, phục vụ cho các thiết bị kiểm tra đo lường, dùng khí nén khi tổ máy làm việc ở chế độ bù đồng bộ với độ cao hút âm.
Hệ thống khí nén trạm thuỷ điện bao gồm : máy nén khí, bình chứa khí, các đường ống dẫn chính, các đường phụ dẫn đến các thiết bị. hệ thống khí nén đối với các tổ máy lớn có áp suất đến 40 at, còn các yêu cầu khác dùng trong nhà máy thường từ 6¸7 at. Khí nén cao áp và thấp áp ở những trạm thuỷ điện lớn thường bố trí gấp đôi.
Trong nhà máy thuỷ điện thiết bị khí nén bố trí ở dưới gian lắp ráp hoặc bố trí một phòng riêng.
Các ống dẫn khí bố trí dọc theo nhà máy giữa các tầng, đường kính ống dẫn dựa trên cơ sở vận tốc trong không khí ống thường từ 25¸30 m/s đối với ống dẫn còn đối với ống xả thường từ 10¸20 m/s. Lượng không khí chung cho toàn bộ nhà máy phụ thuộc vào số lượng tổ máy và công suất tổ máy. Nếu khí nén dùng khi tổ máy làm việc ở chế độ bù đồng bộ với độ cao hút âm thì lưu lượng khí nén phải tăng thêm và khí nén khi xả ra thường đưa ra ngoài phạm vi nhà máy. Với máy nén khí cao áp có thể dùng nước để làm mát.
Hệ thống tháo nước tổ máy
Khi kiểm tra, sửa chữa ống hút, buồng xoắn hoặc máng xả tua bin gáo cần phải tháo cạn lượng nước trong đó. Ở trạm thuỷ điện đối với các bộ phận này phải bố trí hệ thống tháo nước và giếng tập trung nước. Lượng nước trong buồng xoắn và ống hút thường từ 8-10 ngàn m3 hoặc nhiều hơn đối với tổ máy có công suất lớn.
Khi độ cao hút dương và mực nước thấp, buồng xoắn đặt cao hơn mực nước hạ lưu thì dùng phương pháp tự tháo, phần nước còn lại dùng máy bơm bơm xuống hạ lưu. Ở trạm thuỷ điện tuỳ thuộc vào công suất và số lượng tổ máy , sơ đồ bố trí hệ thống tập trung nước và bơm nước cũng khác nhau. Dưới đây trình bày một số phương án bố trí tập trung nước và bơm nước.
Đối với nhà máy thuỷ điện công suất không lớn, số tổ máy ít dùng sơ đồ I Hình 1- 23 mỗi tổ máy đặt một máy bơm với mục đích tăng hiệu suất bơm và yêu cầu thời gian bơm không vượt quá 2¸4 h.
Đối với trạm thuỷ điện công suất trung bình lắp turbin tâm trục (turbin PO) có đường kính bánh xe công tác không lớn, yêu cầu thời gian bơm cạn từ 2¸4 h có thể dùng sơ đồ II, toàn bộ máy bơm đặt dưới gian lắp ráp. Máy bơm nối trực tiếp với hệ thống đường ống tháo nước từ các tổ máy. Với nhà máy thuỷ điện công suất tổ máy nhỏ, số tổ máy ít trong thực tế thường dùng máy bơm di chuyển để bơm cạn nước trong tổ máy khi sửa chữa như sơ đồ hình III.
Những nhà máy thuỷ điện có công suất lớn, số tổ máy nhiều thường áp dụng sơ đồ IV và V. Một trạm bơm chính đặt dưới gian lắp ráp, nước từ buồng xoắn, ống hút theo các đường ống đặt trong hành lang dẫn đến buồng tập trung nước. Tại đây nước được bơm xả xuống hạ lưu nhà máy. Phương thức này cho phép tăng thời gian bơm trực tiếp, vì khi tiến hành sửa chữa nước trong buồng xoắn, ống hút xả ra hành lang đến giếng tập trung nước nhanh. Lưu tốc trong đường ống dẫn đến giếng tập trung nước thường từ 2¸3m/s.
Hình 1-23. Các sơ đồ bố trí hệ thống tháo nước tổ máy
I – Mỗi tổ máy bố trí một máy bơm; II- Máy bơm bố trí tập trung; III- Máy bơm di chuyển; IV- Hành lang tập trung nước và máy bơm bố trí tập trung; V- Dùng ống dẫn nước đến bể tập trung nước và bố trí máy bơm bơm cạn nước.
5. Hệ thống tiêu nước
Hệ thống tiêu nước ở trạm thuỷ điện chủ yếu giải quyết vấn đề nước thấm qua bê tông, nền móng, các khớp nối..vv.. Nó gồm các đường ống hoặc rãnh tiêu đặt ở cao trình rất thấp. Nước sẽ được bơm ra khỏi nhà máy bằng máy bơm đóng mở tự động bằng rơ le phao.
1.6.3. Nguyên tắc bố trí các hệ thống thiết bị phụ
Khi bố trí các hệ thống thiết bị phụ phải chú ý các yêu cầu sau:
1. Thiết bị phụ về điện, các loại cáp điện nên bố trí dưới tầng máy phát về một bên nhà máy (phía thượng lưu hoặc hạ lưu nhà máy) còn phía bên kia bố trí đường ống của các hệ thống thiết bị phụ, hệ thống dầu, nước, khí tuyệt đối không được bố trí lẫn lộn giữa chúng.
2. Lắp đặt các hệ thống thiết bị phụ phải đảm bảo thao tác dễ dàng, an toàn, thuận tiện cho việc kiểm tra bảo quản và sửa chữa.
3. Các phương án lắp đặt các hệ thống thiết bị phụ phải thoả mãn các yêu cầu về kinh tế như : tổn thất trong các hệ thống thiết bị phụ nhỏ nhất, tiết kiệm kim loại, giá thành rẻ đồng thời phải bảo đảm yêu cầu mỹ quan của nhà máy.
4. Thi công, lắp ráp các hệ thống thiết bị phụ nhanh không làm ảnh hưởng đến vận hành tổ máy và các thiết bị khác.
1.6.4. Thiết bị kiểm tra đo lường
Ở các nhà máy thuỷ điện để bảo đảm chế độ vận hành bình thường của tổ máy, trong nhà máy thuỷ điện đặt một loạt đồng hồ và các thiết bị đo. Dựa vào chức năng của nó người ta chia ra làm nhiều bộ phận.
Phần lớn các đồng hồ và thiết bị đo đặt trong nhà máy để kiểm tra tình trạng và chế độ làm việc của tổ máy, kiểm tra chế độ phụ tải điện, chất lượng điện, lưu lượng, cột nước, công suất..vv..
Toàn bộ những thông tin về chế độ làm việc của trạm thuỷ điện, các thông số chủ yếu của nó được dẫn đến phòng điều khiển trung tâm và cũng từ đây các nhân viên vận hành thao tác, theo dõi hoạt động của toàn trạm. Ở các tủ điều khiển lắp các đồng hồ đo để kiểm tra toàn bộ sự làm việc của các thiết bị động lực, tín hiệu ngừng máy, về chế độ cấp cứu như áp suất tăng lên trong một hệ thống nào đó hoặc nhiệt độ dầu tăng lên ở các ổ chặn chính, mực nước vượt quá mực nước tính toán..vv..
Toàn bộ cáp dẫn từ các đồng hồ và các thiết bị đo đến phòng điều khiển trung tâm thường bố trí tầng dưới phòng điều khiển thường gọi là phòng cáp điện với chiều cao thường 2,2¸2,5 m.
Ngoài các thiết bị kiểm tra đo lường của nhà máy thuỷ điện còn có các thiết bị tự động để đóng và cắt mạch khi xuất hiện chế độ công tác bị phá hoại hoặc xảy ra sự cố.
Mặt khác để kiểm tra tình trạng của nhà máy người ta đặt các thiết bị và đồng hồ đo độ lún của nhà máy, độ nghiêng, hệ số biến dạng từng phần và toàn bộ kết cấu, ứng suất và chấn động. Một số thiết bị này trong thời kì xây dựng được đặt và quan trắc độ lún, sự chuyển dịch, biến dạng và độ võng của nhà máy.
1.7 PHẦN ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
1.7.1. Các bộ phận chủ yếu phần điện trong nhà máy thuỷ điện
Các máy phát thuỷ lực hiện nay có điện áp định mức không vượt quá 20 KV, vì thế khi tải điện đưa xa phải nâng điện áp 35¸1000 KV và có thể lớn hơn nữa.
Điện năng do nhà máy điện sản xuất đưa vào mạng lưới điện chung để cung cấp cho các hộ dùng điện. Việc cung cấp điện ở điện áp máy phát chỉ dùng cho các hộ ở gần và công suất không lớn, còn các hộ ở xa phải qua máy nâng áp (máy biến thế).
Khoảng cách tải điện từ nhà máy đến các hộ dùng điện khác nhau, yêu cầu điện áp cũng khác nhau. Điện năng của nhà máy sản xuất ra chia làm hai phần: phần điện áp cao đưa vào mạng lưới điện chung và phần điện áp thấp cho điện tự dùng của nhà máy.
Phần điện của nhà máy thuỷ điện gồm:
1- Máy phát điện thuỷ lực
2- Máy biến thế chính
3- Trạm phân phối điện cao thế gồm: máy biến thế, máy cắt điện, cầu dao cách li cho đến đường dây cao thế.
4- Bộ phận phân phối điện thế máy phát còn gọi là bộ phận điện thế thấp từ máy phát điện đến máy biến thế tự dùng.
5- Bộ phận điện tự dùng.
6- Bộ phận tiếp đất và chống sét.
7- Bộ phận đo lường điện và rơ le bảo vệ.
1.7.2. Các loại sơ đồ đấu điện chính
Việc bố trí bộ phận phân phối điện áp máy phát và cao áp có liên quan đến sơ đồ đấu điện. Tuỳ thuộc vào công suất và số tổ máy, vai trò nhà máy trong hệ thống điện. Phần lớn nhà máy thuỷ điện thường dùng các sơ đồ đấu điện sau:
1. Sơ đồ bộ (Hình 1-24-I)
Mỗi tổ máy đấu trực tiếp với một máy biến thế, máy biến thế đấu với đường dây cao thế. Sơ đồ này thường dùng ở những nhà máy thuỷ điện có công suất lớn làm việc trong hệ thống điện quan trọng. Khi một tổ máy ngừng vận hành vì một lí do kĩ thuật nào đó không ảnh hưởng đến việc cung cấp điện, phần điện đó sẽ do trạm điện khác trong hệ thống thay thế. Để thực hiện sự chuyển mạch và cắt mạch và để an toàn cho đường dây cao thế phải lắp các thiết bị cầu dao cách li.
2. Sơ đồ bộ mở rộng (hình 1-24-II)
Hai hoặc nhiều máy phát đấu với một máy biến thế (hoặc một nhóm máy biến thế một pha), máy biến thế đấu với đường dây cao thế. Với sơ đồ này khi một máy biến thế có sự cố thì hệ thống điện sẽ lập tức mất hai tổ máy, song sự cố đối với máy biến thế ít xảy ra. Sơ đồ này thường dùng ở các nhà máy thuỷ điện lớn nhiều tổ máy làm việc trong hệ thống điện lực lớn.
Hình 1-24. Các phương án sơ đồ đấu điện
3. Sơ đồ hệ thống thanh góp (Hình 1-24-III)
Tất cả các máy phát điện đấu vào thanh góp ở điện áp máy phát, các máy biến thế chính cũng được đấu với thanh góp thứ 2 và đưa vào hệ thống điện. Tuỳ theo tính chất của hộ dùng điện, hệ thống thanh góp có thể là đơn hoặc kép, có phân đoạn hoặc không phân đoạn.
Để đảm bảo việc cung cấp điện an toàn và liên tục người ta dùng hệ thống thanh góp đơn có phân đoạn (Hình 1-24-IV) hoặc hệ thống thanh góp kép có phân đoạn (Hình 1-24-V)
Sơ đồ hệ thống thanh góp thường dùng khi có nhiều hộ dùng điện tại chỗ. Điện tự dùng cho nhà máy cũng lấy từ thanh góp điện áp máy phát.
1.7.3. Máy biến thế chính
1. Mục đích yêu cầu khi bố trí máy biến thế
Khi nghiên cứu phương án bố trí máy biến thế ở các nhà máy thuỷ điện cần phải xem xét đặc điểm từng loại nhà máy trong hệ thống công trình đầu mối thuỷ lợi. Trạm biến thế càng gần gian máy càng thuận tiện, không những giảm tổn thất điện năng từ máy phát đến máy biến thế còn tiết kiệm được cáp dẫn, giảm bớt cơ hội phát sinh sự cố. Trong một số trường hợp đặc biệt như nhà máy thuỷ điện ngầm thường bố trí máy biến thế trong gian máy.
Trước khi tiến hành bố trí máy biến thế, việc đầu tiên phải nắm được số lượng máy biến thế và kích thước bao ngoài của nó. Số lượng máy biến thế phụ thuộc vào sơ đồ đấu điện của nhà máy thuỷ điện, thường có xu hướng hai máy phát chung một máy biến thế, như vậy giảm được số lượng máy biến thế đấu dây đơn giản, về mặt vận hành thuận tiện, giá thành công trình giảm , song nếu công suất lớn trọng lượng máy biến thế tăng. Khi nhà máy thuỷ điện xây dựng ở những địa điểm giao thông không được thuận tiện, công suất máy biến thế thường bị điều kiện vận chuyển hạn chế. Vì vậy, khi chọn số lượng máy, công suất máy cần phải xem xét đến việc vận chuyển, phải tiến hành so sánh phương án rồi mới quyết định.
Trong quá trình vận hành nhà máy thuỷ điện, khi kiểm tra và sửa chữa máy biến thế thường sử dụng cẩu trục trong gian máy. máy biến thế công suất lớn thường trọng lượng lớn và kích thước bao ngoài lớn, việc vận chuyển gặp khó khăn. Do đó, khi bố trí máy biến thế cần phải xem xét đầy đủ các yếu tố trên và tuân thủ một số nguyên tắc dưới đây.
< Vị trí máy biến thế nên đặt gần gian máy, nhằm rút ngắn cáp dẫn, tiết kiệm kim loại, vận hành thuận tiện giảm phát sinh sự cố
< Cao trình đặt máy biến thế nên cùng cao trình sàn lắp ráp để sử dụng cẩu trục trong gian máy khi sửa chữa. Nếu vì sửa chữa máy biến thế mà chiều cao gian máy phải nâng lên thì trong trường hợp đó ở sàn lắp ráp phải có hố đặt máy biến thế, khi sửa chữa dùng cẩu trục cẩu lõi thép ra.
< Kích thước mặt bằng phải đủ để bố trí máy biến thế và thuận lợi khi di chuyển dọc và di chuyển ngang.
< Máy biến thế phải đặt ở cao trình không bị ngập.
Ở những nhà máy thuỷ điện có công suất máy biến thế nhỏ, trọng lượng nhẹ khi di chuyển đến gian lắp ráp sửa chữa thường dùng hệ thống tời hoặc các con lăn đặc biệt để di chuyển. Đối với máy biến thế công suất lớn, kích thước mặt bằng lớn thường 6×8 m và trọng lượng có thể trên 300 T thường di chuyển theo 3 hoặc 4 đường ray.
Trong thực tế xây dựng các loại trạm thuỷ điện có nhiều phương án bố trí máy biến thế khác nhau, song phải tuân thủ những nguyên tắc trên.
2. Các phương án bố trí máy biến thế đối với các loại nhà máy thuỷ điện trong hệ thống công trình năng lượng
Đối với nhà máy thuỷ điện sau đập do kết cấu giữa nhà máy với đập tương đối rộng có thể bố trí máy biến thế trong khoảng không gian đó, nếu trong trường hợp kích thước không đủ để đặt đường ray và di chuyển máy biến thế đến gian sửa chữa thì có thể xê dịch nhà máy về phía hạ lưu (hình 1-25-I). Với trường hợp trên phải thông qua các phương án so sánh về kinh tễ và kỹ thuật mới quyết định.
Nếu đập dâng bằng vật liệu địa phương mà nhà máy sau đập hoặc nhà máy thuỷ điện đường dẫn đường ống áp lực đặt lộ thiên thì máy biến thế bố trí bên bờ sông nhà máy là hợp lí nhất (Hình 1-25-IV)
Nhà máy thuỷ điện ngang đập do kích thước ống hút tương đối dài, tầng trên ống hút có diện tích rộng đủ bố trí đường ray di chuyển, trong trường hợp này máy biến thế đặt ở vị trí này là hợp lí nhất (Hình 1-25II). Khi sửa chữa máy biến thế có thể đưa vào gian máy sau đó dùng cẩu trục di chuyển đến gian sửa chữa (Hình 1-25-III).
Với nhà máy thuỷ điện kết hợp xả lũ, thường máy biến thế đặt trên sân thượng nhà máy (Hình 1-25V) hoặc đặt trên trụ pin của nhà máy (Hình 1-25-VI). Với cách bố trí này khi di chuyển máy biến thế đến gian lắp ráp phải dùng cầu trục riêng cẩu máy biến thế từ trên xuống rồi đưa vào gian lắp ráp, hoặc dùng giếng đứng xây trong đập chuyển máy biến thế từ trên xuống rồi đưa vào gian lắp ráp.
Hình 1-25. Các phương án bố trí máy biến thế
1.7.4. Vị trí bố trí trạm phân phối điện cao thế
Trạm phân phối điện cao thế thường bố trí ngoài trời. Vị trí của nó nên gần nhà máy cạnh trạm biến thế và thuận tiện cho giao thông. Nền móng cao trình phải tốt và cao hơn mực nước lũ hạ lưu lớn nhất. Ở nhà máy thuỷ điện ngang đập hoặc nhà máy thuỷ điện sau đập cột nước trung bình người ta thường đặt các thanh góp điện thế cao trên cùng một độ cao và trạm phân phối điện cao thế phát triển theo chiều rộng. Ở nhà máy thuỷ điện đường dẫn hoặc sau đập cột nước cao khi không đủ diện tích thì người ta bố trí thanh góp hai hoặc ba tầng theo chiều cao.
Bảng 1-1
Điện thế (KV)
Diện tích (m2)
Điện thế (KV)
Diện tích (m2)
35
240
330
2640
110
480
550
4800
150
880
750
11480
220
1350
Chiều rộng của trạm phân phối điện cao thế ngoài trời tính như sau:
Bảng 1-2.
Điện thế (KV)
35
110
220
Bước của ô(m)
6
8
15
Chiều rộng trạm phân phối điện cao thế (m)
60
80
135
Trạm phân phối điện cao thế hai tầng tuy chiếm diện tích nhỏ hơn nhưng khối lượng sắt thép tốn nhiều hơn, diện tích thi công lắp ráp hẹp, vì thế chỉ dùng khi nào không đủ diện tích để bố trí trạm phân phối cao thế một tầng
Kích thước của trạm phân phối cao thế ngoài trời phụ thuộc vào sơ đồ đấu điện, thiết bị phân phối, song cũng có thể tính sơ bộ xuất phát từ bước của các ô. Ở mỗi ô bao gồm máy đóng cắt, cầu dao cách li và các máy móc khác, tuỳ thuộc vào điện thế mà nó có kích thước khác nhau. Trong thực tế xây dựng có thể căn cứ vào điện thế từ đó sơ bộ xác định diện tích của trạm phân phối điện cao thế.
1.7.5. Vị trí bố trí bộ phận phân phối điện thế máy phát điện
Bộ phận phân phối điện thế máy phát điện thường đặt ngay trong nhà máy hoặc trong phòng cạnh nhà máy nằm giữa máy phát điện và máy biến thế, bố trí như vậy đặt cáp dẫn thuận tiện và ngắn nhất.
Với sơ đồ đấu điện là sơ đồ bộ hoặc sơ đồ bộ mở rộng nên bố trí phân tán máy cắt điện thế máy phát để rút ngắn đường dây tránh thao tác nhầm lẫn. khi sơ đồ đấu điện là sơ đồ hệ thống thanh góp tốt nhất nên bố trí tập trung các máy cắt trong phòng phân phối điện thế máy phát.
Phụ thuộc vào kiểu nhà máy thuỷ điện, công suất tổ máy, kích thước và kết cấu nhà máy, bộ phận phân phối điện thế máy phát có thể có các phương án bố trí như sau:
1. Ở phía hạ lưu nhà máy thuỷ điện ngang đập cột nước thấp thường có ống hút dài, trên tầng ống hút rộng có thể bố trí được. Cách bố trí này rất thuận tiện và kinh tế.
2. Ở phía thượng lưu nhà máy thuỷ điện sau đập có đường kính tua bin lớn và nhà máy thuỷ điện đường dẫn cột nước trung bình, có thể bố trí phòng phân phối điện thế máy phát ở khoảng trống giữa đập và nhà máy là hợp lí nhất.
3. Ở đầu nhà máy thuỷ điện đường dẫn cột nước cao kết hợp với việc bố trí trạm phân phối điện ngoài trời ở ngay cạnh nhà máy.
4. Đặt một phòng riêng cạnh nhà máy chính, phần lớn thường dùng ở các nhà máy thuỷ điện đường dẫn cột nước cao, kích thước không lớn.
Kích thước phòng phân phối điện thế máy phát được xác định trên cơ sở sơ đồ đấu điện, số tổ máy và số đầu dây dẫn tự dùng. Trong trường hợp cao trình phòng phân phối điện thế máy phát đặt dưới mực nước hạ lưu cao nhất phải có biện pháp chống thấm thật tốt.
Hiện nay người ta chế tạo thiết bị phân phối điện thành bộ dưới dạng tủ, trong đó các chi tiết đều lắp sẵn tại xưởng, khi xây dựng nhà máy chỉ chuyên chở đến lắp đặt tại vị trí đã được xác định. Trong trường hợp này diện tích phòng phân phối điện thế máy phát nhỏ, vận hành an toàn.
Chiều cao của phòng vào khoảng 4¸5 m. Dưới phòng phân phối điện thế máy phát dọc theo chiều dài phải có tầng cáp điện.
Bộ phận điện tự dùng cho nhà máy và cho toàn trạm có nhiệm vụ cung cấp điện cho các hộ dùng điện sau đây:
Trong quá trình vận hành phải cung cấp điện liên tục cho hệ thống dầu, khí, cung cấp nước kỹ thuật, hệ thống máy kích từ, hệ thống đóng mở van sự cố, hệ thống ánh sáng cho các phòng phục vụ, hệ thống máy đóng cắt và cầu dao cách .vv..
Cung cấp điện theo thời gian cho hệ thống tiêu nước tổ máy, hệ thống tiêu nước cho nhà máy, hệ thống ánh sáng bên ngoài và ánh sáng cho các phòng sinh hoạt..vv..
Cung cấp điện cho hệ thống lọc dầu, xưởng sửa chữa và các .vv..
Điện tự dùng lớn nhất chiếm vào khoảng 0,5-1% công suất lắp máy của trạm thuỷ điện. công suất phải lớn thì tỷ lệ công suất tự dùng càng nhỏ.
Hệ thống điện một chiều cũng thuộc bộ phận tự dùng, nó cấp điện cho các bộ phận quan trọng nhất yêu cầu phải làm việc chính xác ngay cả khi có sự cố ở trạm xoay chiều. Đó là các bộ phận điều khiển tự động, mạch rơ le bảo vệ, tín hiệu và chiếu sáng khi có sự cố. Nguồn điện một chiều thường dùng ắc quy, a xít với điện thế 220V cho các nhà máy thuỷ điện lớn và 110V cho các nhà máy thuỷ điện nhỏ. Thường dùng một bộ ác quy nạp điện thường xuyên đối với nhà máy thuỷ điện nhỏ, hai bộ cho nhà máy thuỷ điện lớn.
Kích thước phòng phân phối điện thế máy phát, khi thiết kế sơ bộ có thể tham khảo dưới đây:
Bảng 1-
Sơ đồ đấu điện
Kích thước mặt bằng
Rộng (m)
Dài (m)
Sơ đồ bộ
Sơ đồ một hệ thanh góp Sơ đồ hai hệ thanh góp
5-8
6-8
6-8
8-15
Suốt chiều dài đoạn tổ máy
1.8 CÁC PHÒNG PHỤ CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
Ở nhà máy thuỷ điện, các thiết bị phụ và thiết bị do lường bố trí trong các phòng riêng, phần lớn các phòng đó bố trí trong nhà máy. Theo chức năng có thể chia các phòng này thành hai nhóm: Phòng đặt các thiết bị điều khiển thường gọi là phòng thao tác, phòng bố trí các thiết bị để sửa chữa và trạm vận hành các thiết bị thường gọi là phòng sản xuất. Ngoài các phòng trên còn bố trí các phòng làm việc, Phòng sử dụng công cộng như câu lạc bộ, các phòng phục vụ sinh hoạt và đời sống vv…
Ở những trạm thuỷ điện ngang đập, kích thước lớn nhiều tổ máy, kích thước buồng xoắn, ống hút lớn, trong phạm vi các tầng trong nhà máy có thể bố trí tất cả các phòng cần thiết cho vận hành tổ máy.Còn ở những trạm thuỷ điện công suất không lớn, hoặc trạm thuỷ điện cột nước cao, do kích thước buồng xoắn, ống hút nhỏ không thể bố trí tất cả các phòng trong nhà máy, vì vậy có một số phòng đưa ra ngoài, bố trí gần nhà máy.
Diện tích toàn bộ các phòng bố trí thiết bị phụ, phục vụ cho vận hành nhà máy tuỳ thuộc vào công suất và vị trí nhà máy trong hệ thống công trình năng lượng. Nếu nhà máy xây dựng trong hệ thống bậc thang, một số phòng thiết bị phụ có thể hợp nhất sử dụng chung cùng hệ thống trên bậc thang.
Ở những trạm thuỷ điện lớn diện tích toàn bộ các phòng thao tác thường từ 1500- 2000m2, diện tích các phòng sản xuất, quản lý từ 800-1000m2.
Trong xây dựng trạm thuỷ điện, để phát huy hiệu quả kinh tế thường đưa tổ máy thứ nhất vào vận hành sớm. Vì vậy trong phạm vi đoạn tổ máy đó và gian lắp ráp kề bên cần bố trí các phòng đặt các hệ thống và các thiết bị có liên quan để bảo đảm vận hành tổ máy như: Hệ thống tiêu nước tổ máy, hệ thống thoát nước tổ máy, hệ thống cung cấp nước kỹ thuật, hệ thống khí nén, hệ thống dầu vv… Các phòng thao tác như: Phòng đặt các tủ điều khiển, phòng dây cáp, phòng axit vv. Vị trí các phòng đó phải thuận tiện và hợp lý trong vận hành trước mắt và lâu dài. Phòng ác quy phải bố trí xa đường dây cáp dẫn điện và phải có hệ thống thông gió. Trong thực tế xây dựng, phòng điều khiển trung tâm bố trí gần nhà máy và cùng cao trình với gian máy. Diện tích mặt bằng của nó phụ thuộc vào công suất cuủa trạm th ỷ điện, số lượng bảng điện và trình độ tự động hoá, trong nhà máy thường từ 80-100m2.
Để cung cấp điện thao tác các thiết bị và thắp sáng cho nhà máy khi xẩy ra sự cố, ở trạm thuỷ điện thường sử dụng dòng điện một chiều. Đối với trạm thuỷ điện nhỏ, công suất dòng điện một chiều không lớn nên thường dùng các hòm ắc quy, bố trí các thiết bị này cũng đơn giản. Song công suất của trạm thuỷ điện lớn, số lượng ácquy nhiều nên bố trí phòng để ácquy và thiết bị nạp điện, phòng axit. Các phòng này phải có tường ngăn cách, có hệ thống thông gió riêng, bố trí cách li với hệ thống điện. Vị trí của phòng này nên bố trí ở tầng dưới gian phòng điều khiển trung tâm, nhưng phải có hành lang cách ly vớ phòng điều khiển trung tâm.
Tuỳ thuộc vào công suất của trạm thuỷ điện và vị trí của nó, các phân xưởng sửa chữa có thể bố trí ở tầng dưới gian lắp ráp hoặc các tầng khác trong nhà máy nhằm mục đích sửa chữa thường xuyên hoặc định kỳ sửa chữa một số thiết bị của tổ máy.
Khi trạm thuỷ điện xây dựng gần khu công nghiệp hoặc trên cùng hệ thống bậc thang thì kích thước và thiết bị trong các xưởng sửa chữa có thể giảm đi nhiều.
Ở trạm thuỷ điện đường dẫn và trạm thuỷ điện sau đập cột nước cao, do kích thước đoạn tổ máy và gian lắp ráp hẹp, cho nên các phân xưởng sửa chữa có thể đưa ra nhà máy phụ bố trí gần nhà máy chính. Khi bố trí các phòng phụ trong nhà máy, cần phải nghiên cứu mối liên hệ qua lại giữa các phòng được dễ dàng và thuận tiện, bảo đảm điều kiện vận hành tốt và an toàn.
Khu nhà quản lý của trạm thuỷ điện thường bố trí ở một đầu nhà máy hoặc phía thượng lưu và hạ lưu nhà máy. Khi thiết kế cần phải tính toán điều kiện ánh sáng, thông gió, hệ thống thang máy và các phương tiện giao thông đi lại.
Nhìn chung các phòng quản lý vận hành ở một nhà máy thuỷ điện bao gồm các thành phần sau:
Các phòng có liên quan trực tiếp đến vận hành nhà máy (các phòng thao tác) gồm:
– Phòng điều khiển trung tâm và phòng cáp điện dưới nó, phòng trực ban và điều độ, phòng thông tin liên lạc, phòng ácquy, phòng nạp điện, phòng axit ..
– Các phòng sản xuất gồm: Phòng sửa chữa cơ điện, phòng thuỷ công, phòng kiểm tra và sửa chứa các đồng hồ đo, phòng thí nghiệm điện thế cao, phòng hoá nghiệm dầu, phòng tái sinh dầu, phòng đặt thiết bị thông gió, phòng đặt máy bơm, phòng khí nén, trạm cung cấp nước kỹ thuật, kho dụng cụ.
– Phòng trực ban các bộ phận. Công nhân đường dây, công nhân bộ phận máy thuỷ lực, công nhân phòng hoả .
-Phòng hành chính gồm: Phòng giám đốc, phòng kỹ sư trưởng, văn phòng đảng uỷ và các đoàn thể, phòng kỹ thuật,phòng hội họp,phòng sự vụ, phòng y tế,hội trường, vv…. Ngoài ra còn có phòng phục vụ sinh hoạt và đời sống.
Dưới đây giới thiệu kích thước các phòng thao tác và phòng sản xuất ở một trạm thuỷ điện có công suất 1 triệu KW để tham khảo.
Tên các phòng
Diện tích m2
Phòng điều khiển trung tâm
80-100
Phòng dây cấp (tầng dưới phòng trung
80-100
tâm)
30
Phòng thông tin liên lạc
40-60
Phòng acquy
10
Phòng axit
20
Phòng nạp điện
60
Phòng thí nghiệm điện
30-40
Phòng khí nén
20-30
Phòng máy bơm
50-100
Phòng để dầu
30-40
Phòng cung cấp nước kỹ thuật
150-200
Phân xưởng điện
120
Phân xưởng tuốc bin
400
Phân xưởng cơ khí
30-50
Kho dụng cụ
Sưu tầm và biên soạn bởi: Valve Men Team
Nhà máy Thủy điện hoạt động thế nào? – Hiểu rõ trong 5 phút
Trong video này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu cách hoạt động của nhà máy thủy điện, nguyên lý tạo ra điện?
Đừng bị dụ dỗ bởi những lời đường mật về kiếm tiền trên Forex, nếu không biết gì về Forex tham gia thì bạn sẽ chỉ mất sạch tiền thôi. Hãy tìm hiểu kỹ trước khi quyết định bỏ tiền ra các bạn nhé:
Youtube: https://ytb.me/forexchannel
Website: https://ytb.me/forexweb
Donate cho KTTV:
Techcombank: 19035547651013
CTK: VU HOANG DUONG (chi nhánh Hoàng Gia HN)
Momo: 0396.140.774 (PHAM THI THU HUONG)
Cổng Donate: https://playerduo.com/kttvofficial
♥ Link Khóa học Tâm lý, Tiếng Anh, Thuyết Trình, … : https://bitly.vn/E6GwL
♥ Mua sản phẩm ủng hộ KTTV: https://bitly.vn/bNC8I
♦ Group trên Facebook: https://bitly.vn/oQrDk
♣ Page Facebook: hhttps://bitly.vn/KHYwx
Cảm ơn bạn đã ủng hộ! ♥
KienThucThuVi
