Xem mẫu
- Phần II.b
NHÀ MÁY CỦA TRẠM THUỶ ĐIỆN
Chương XVI. NHÀ MÁY T.Đ VÀ CÁC THIẾT BỊ
TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN
Nhà máy của trạm thủy điện là nơi chứa các thiết bị động lực chính (turbine,
máy phát điện) ngoài ra còn bố trí các thiết bị phụ để đảm bảo vận hành an toàn cho các
thiết bị chính như: hệ thống các thiết bị điện: tủ điều khiển, thiết bị tự động, thiết bị bảo
vệ, thiết bị phân phối điện, máy biến áp; các hệ thống phụ thuỷ lực; các xưởng sửa chữa
và thử nghiệm ... Tất cả các thiết bị trên cần phải bố trí một cách hợp lý và thuận tiện,
yêu cầu quá trình vận hành tốn kém ít nhất, an toàn, có hệ số lợi dụng các thiết bị cao
nhất.
XVI. 1. KHÁI QUÁT VỀ THÀNH PHẦN NHÀ MÁY TĐ
XVI. 1. 1. Nhà máy TĐ và bố trí thiết bị trong nhà máy
Nhà máy thủy điện được chia làm hai phần, lấy cao trình sàn máy phát làm ranh
giới phân chia: phần dưới nước và phần trên khô. Phần trên là kết cấu nhà công nghiệp
thông thường chứa hệ thống cầu trục, các phần trên của máy phát điện, tủ điều khiển tổ
máy và thiết bị điều tốc... Phần dưới nước chủ yếu chứa các bộ phận dưới của máy phát,
ống áp lực, buồng turbine, BXCT, ống xả và bố trí hệ thống thiết bị thiết bị phụ cơ điện.
Hình 16-1. Các bộ phận công trình và thiết bị của nhà máy thuỷ điện.
1- Gian máy. 2- Cầu trục gian máy. 3- Nhà đặt van. 4- Lưới chắn rác. 5- Rãnh van. 6- Buồng xoắn.
7- Giếng turbine. 8- BXCT của turbine. 9- Ống xả. 10- Phòng phân phối. 11- Máy phát điện kiểu ô
12- Cắt ngang dàm đỡ cầu trục. 13- Cột đỡ dầm cầu trục. 14-MBA; 15- động cơ tiếp lực.
Hình (16-1) là mặt cắt ngang nhà máy thủy điện ngang đập, mô tả các bộ phận
chính và vị trí đặt các thiết bị của một nhà máy thuỷ điện.Trong nhà máy, ngoài các tổ
máy phát điện còn có cầu trục dùng để lắp ráp và vận chuyển các cụm lớn của turbine,
248
- máy phát điện, máy biến áp động lực và các thiết bị phụ trong nhà máy, trong gian máy
thường dùng cầu trục cầu. Ngoài gian máy chính thường dùng cần trục chữ môn hoặc
các loại máy trục khác như tời, máy nâng kích thủy lực... đặt tại chỗ. Cửa lấy nước và
ống xả còn được trang bị lưới chắn rác, các cửa van và trang thiết bị cơ khí thuỷ công
khác. Trạm Máy biến áp đặt song song ở thượng hoặc hạ lưu các tổ máy để rút ngắn
chiều dài các thanh cái máy phát, trong điều kiện nhà máy ngang đập có ống xả dài đặt
trạm biến áp phía hạ lưu nhà máy rất thuận tiện và kinh tế.
XVI. 1. 2. Phân loại nhà máy thuỷ điện
Nhà máy thuỷ điện được phân loại theo các cách sau:
1. Phân loại theo công suất lắp máy
Phân loại theo cách này mang tính tương đối vì nó tuỳ thuộc vào mức độ phát
triển kinh tế - kỹ thuật của từng quốc gia và mỗi quốc gia cũng tuỳ theo từng thời kỳ.
Nói chung thường phân ra một cách tương đối các loại nhà máy sau:
Trạm thuỷ điện nhỏ, khi: công suất lắp máy N lm < 5.000 kW;
Trạm thuỷ điện trung bình, khi: N lm = 5.000 - 50.000 kW;
Trạm thuỷ điện lớn, khi: N lm > 50.000 - 1.000.000 kW.
Theo TCVN 285 - 2002 đã phân ra các cấp TTĐ sau:
Trạm thuỷ điện cấp V, khi: N lm < 200 kW;
Trạm thuỷ điện cấp IV, khi: N lm < 5.000 - 200 kW;
Trạm thuỷ điện cấp III, khi: N lm < 50.000 - 5.000 kW;
Trạm thuỷ điện cấp II, khi: N lm < 300.000 - 50.000kW;
N lm ≥ 300.000 kW;
Trạm thuỷ điện cấp I, khi:
Khi TTĐ có N lm > 1.000.000 kW thường được coi là TTĐ cấp đặc biệt.
2. Phân loại theo điều kiện nhà máy chịu áp lực nước thượng lưu
Phân loại theo cách này ta có:
Nhà máy thuỷ điện ngang đập (nhà máy trực tiếp chịu áp lực nước thượng lưu);
Nhà máy thuỷ điện sau đập và nhà máy đường dẫn ( không trực tiếp chịu áp lực
nước thượng lưu).
3. Phân loại theo cột nước của trạm Thuỷ điện
Phân loại theo cách này ta có:
Trạm thuỷ điện cột nước thấp, khi: H max < 50 m;
Trạm thuỷ điện cột nước trung bình, khi: 50 m ≤ H max ≤ 400 m;
Trạm thuỷ điện cột nước cao, khi: H max > 400 m.
Với cột nước cao dưới 500 m thường có thể dùng turbine Tâm trục tỷ tốc thấp
hoặc turbine Gáo, trên 500 m sử dụng turbine Gáo.
4. Phân loại theo kết cấu nhà máy
Theo cách phân loại này ta có những loại nhà máy sau:
Nhà máy thuỷ điện không kết hợp xả lũ (công trình xả lũ nằm ngoài nhà máy);
Nhà máy thuỷ điện kết hợp xả lũ (công trình xả lũ nằm trong nhà máy);
Nhà máy thuỷ điện kết hợp về kết cấu (nhà máy trong thân đập, nhà máy trong
các mố trụ, nhà máy trong tháp xả nước ....);
Nhà máy ngầm và nửa ngầm;
Nhà máy thuỷ điện tích năng;
Nhà máy thuỷ điện thuỷ triều ...
249
- XVI. 2. ĐẶC ĐIỂM VÀ CẤU TẠO CỦA CÁC LOẠI NHÀ MÁY T.ĐIỆN
Trong phần Thủy Năng chúng ta đã biết có những loại TTĐ cơ bản và trong đó
lại có những loại trạm đặc biệt, chúng tuân theo những yêu cầu chung song mỗi loại
cũng sẽ có những nét đặc biệt riêng.
1. Nhà máy thủy điện ngang đập
Nhà máy thuỷ điện ngang đập (hình 16-2) là một phần của đập dâng do vậy nó
trực tiếp chịu áp lực nước thượng lưu, đồng thời cũng là công trình lấy nước trực tiếp
vào turbine. Vì vậy loại nhà máy này được sử dụng thường với cột nước nhỏ (H ≤ 30 -
40 m). Các nhà máy lớn và trung bình thường dùng turbine cánh quay trục đứng. Những
tổ máy lớn có đường kính BXCT D1 = (10 - 10,5) m (Ví dụ TTĐ thuỷ điện Xaratop, ở
Liên xô cũ có D1 = 10,3m), NTB = (120 - 150) MW, QTB = (650 - 700) m3/s. Phần dưới
nước của nhà máy loại này ở trong trường hợp làm việc bất lợi hơn các loại sau đập và
đường dẫn. Áp lực nước từ một phía đòi hỏi nhà máy phải ổn định không bị trượt theo
theo đế, và khi xây dựng trên nền không phải đá còn phải tính ổn định của nền và chống
lún, như một công trình chắn nước. Vì cần bảo đảm tính vững chắc và ổn định, cũng
như vì kích thước lớn và hình dạng phức tạp của buồng turbine và ống xả, phần dưới
nước của nhà máy thủy điện ngang đập, loại đặt ngay tuyến công trình thường là phần
đắt tiền nhất của công trình. Cửa lấy nước đặt ngay trước buồng turbine, có bố trí các
rãnh thả lưới chắn rác, rãnh van sửa chữa, rãnh van công tác. Dùng cầu trục di động bên
trên để nâng hạ lưới và van. Trong trường hợp có vật nổi lớn nguy hiểm, có thể đặt
thêm tường ngực 10 để chắn (hình 16-2); bố trí rãnh 5 để thả van công tác khi cần ngăn
nước vào buồng xoắn. Nếu có xả lũ kết hợp trong nhà máy thì đặt rãnh van sưã chữa 9
của công trình tràn có áp 3; cuối đường xả đặt van xã tràn 4. Việc bố trí công trình xả lũ
trong nhà máy sẽ làm tăng thêm cột nước của trạm vào mùa nước lũ và giảm bớt chiều
rộng đập tràn, dẫn đến giảm khối lượng công trình trạm. Phía trên đoạn khuếch tán của
ống xả dài, bố trí thiết bị phụ, phòng phân phối điện cấp điện áp máy phát, trên nó là
trạm máy biến áp ... Để thao tác van hạ lưu, ở hình trên cũng dùng cần trục cổng.
Đường ô tô 6 và đường tàu lửa 7cũng được đặt phía trên phần ra của ống xả. Trạm phân
phối cao áp đặt ở phần trên ống xả và phần trên nhà máy.
250
- Hình 16-2. Nhà máy thủy điện ngang đập có kết hợp xả lũ.
2. Nhà máy Thủy điện sau đập:
Nhà máy thủy điện sau đập thường dùng cho các trạm có đập khô và đập tràn
với cột nước trung bình và cao. Với nhà máy sau đập, thường dùng buồng xoắn kim loại
mặt cắt tròn. Nhờ những thay đổi kết cấu của nhà máy mà phần dưới nước giảm đi
nhiều. Phần trên có thể dùng các kết cấu khác hoặc giống như trong nhà máy ngang đập.
Hình (16-3) trình bày loại nhà máy có kết cấu hoàn toàn độc lập, đặt sau đập không tràn.
Loại nhà máy này, ống xả không dài thường không đủ chiều rộng để đặt máy biến áp,
do vậy tận dụng khoảng trống giữa đập và nhà máy để đặt trạm biến áp là thích hợp .
Cột điện cao thế có thể đặt trên thân đập bê tông. Nhà máy thuỷ điện sau đập thường
dùng với cột nước từ (30 - 45) m ≤ H ≤ (250 - 300) m. Turbine được sử dụng thường là
turbine tâm trục, turbine cánh quay cột nước cao hoặc turbine hướng chéo. Để giảm ảnh
hưởng lún không đều, giữa đập bê tông và nhà máy đặt khớp lún.
Hình (16-4,a) là một ví dụ về nhà máy thủy điện sau đập, nhà máy nằm sau đập
tràn bê tông. Trong trường hợp này, các phần thiết bị điện khó bố trí, thường bố trí
phòng phân phối và trạm biến áp ép giữa gian máy và đập. Hình (16-4,b) trình bày nhà
máy thủy điện kiểu đập với nhà máy nằm trong thân đập bêtông khô. Việc đặt gian máy
trong thân đập sẽ rút ngắn chiều dài đường ống áp lực do vậy giảm bớt tổn thất cột
nước,
251
- Hình 16-3. Nhà máy thủy điện sau đập
cải thiện điều kiện vận hành của tổ máy làm việc ở môi trường độ ẩm và nhiệt độ ổn
định, giảm bớt khối lượng bêtông. Tuy nhiên, điều kiện thông gió, ánh sáng, chống ẩm
phải được chú ý giải quyết. Việc thông thương với bên ngoài và đặt máy biến áp bên
trong chật chội, phải bố trí đường hầm để thông ra ngoài và đặt máy biến áp bên ngoài
về phía hạ lưu nhà máy.
Hình 16-4. Nhà máy thuỷ điện sau đập tràn và trong thân đập.
252
- 3. Nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn:
Nhà máy thủy điện kiểu đường dẫn về cơ bản giống nhà máy thủy điện sau đập,
song chỉ khác là kích thước phần dưới nước của nhà máy giảm nhỏ hơn do đường kính
turbine nhỏ, nhất là khi lắp turbine gáo. Ở những trạm đường dẫn cột nước cao, sử dụng
turbine tâm trục thì trong một số trường hợp sử dụng ống xả thẳng hình chóp hoặc ống
xả loa kèn nên kết cấu phần dưới cũng đơn giản hơn, nước sau khi ra khỏi ống xả chảy
về kênh xả hạ lưu. Hình (16-5) mô tả kết cấu của khu trạm của TTĐ đường dẫn lộ thiên.
Hình 16-5. Nhà máy thuỷ điện đường dẫn.
1- thép néo của mố néo ; 2- mố néo hở trên; 3- khớp nhiệt độ;
4- mố đỡ; 5- mố néo dươi; 6- cừ thép; 7- tường áp lực của BAL
Sơ đồ này bao gồm tường áp lực 7 của bể áp lực, nối tiếp từ bể áp lực về nhà
máy là đường ống thép áp lực có đai, nhà máy dùng turbine tâm trục cột nước không
cao. Mố néo trên 2 của ống nằm kết hợp trong thành phần tường áp lực của bể áp lực,
mố néo dạng hở. Mố néo dưới 5 là thành phần của phần dưới nước nhà máy, dùng mố
néo dạng kín. Khớp nhiệt độ 3 được đặt sát sau mố néo trên. Ở đây dùng phương thức
cấp nước riêng lẻ, chiều dài ống ngắn. Trạm máy bién áp và trạm phân phối cao áp đặt ở
khu vực riêng, một đầu nhà máy. Nhìn chung nhà máy kiểu đường dẫn có kết cấu không
có gì đặc biệt so với nhà máy thủy điện sau đập.
4. Nhà máy thủy điện ngầm:
Sự khác biệt giữa nhà máy ngầm và loại nhà máy khác là ở chỗ toàn bộ nhà máy
đều được đặt ngầm trong lòng đất đá, liên hệ giữa nhà máy với bên ngoài bằng các
đường hầm và giếng riêng. Tùy thuộc vào độ cứng của địa chất bao quanh nhà máy mà
kết cấu có khác: nếu nhà máy được đặt trong khối đá cứng chắc thì không cần lớp áo
chịu lực, nếu khối đá yếu thì phải có lớp áo chịu lực bao quanh (hình 16-6).
Để bảo vệ gian máy khỏi nước thấm và nước ngưng tụ xuất hiện trên bề mặt đá
hoặc lớp trên lớp áo bêtông, tường vòm ... thường xây lớp áo, giữa áo và lớp đá là
không
khí. Dùng thiết bị thông gió thổi qua khoảng không ấy để loại bỏ nước ẩm. Ở trạm thủy
điện cột nước thấp và trung bình có kích thước turbine lớn, đồng thời nhà máy đặt trong
đá yếu và nứt nẻ, do vậy trong nhà máy chỉ đặt turbine, máy phát và cầu trục cầu.
253
- Hình 16-6. Bình đồ mặt bằng nhà máy thủy điện ngầm.
1- Xưởng cơ khí. 2- Thùng dầu. 3- Sàn lắp ráp. 4- Giếng thông gió. 5- Đường ray vận chuyển
các đoạn ống. 6- Cửa tự đóng. 7- MBA tự dùng. 8- Phòng điều khiển TT. 9- Máy ngắt. 10- Tuy
nen dẫn cáp; 11- tuy nen MBA. 12-MBA dự trữ. I- Nhóm MBA thứ nhất. II- Nhóm MBA thứ hai.
Cửa van sự cố đặt cuối đường dẫn và sửa chữa ống xả có thể bố trí trong đường
hầm riêng dọc theo nhà máy. Khi nhà máy đặt không sâu so với mặt đất thì máy biến áp
có thể đặt trên mặt đất. Dùng đường hầm để dẫn dây điện từ máy phát đến máy biến áp.
Việc sửa chữa máy biến áp có thể tiến hành tại trạm phân phối cao áp, hoặc có thể dùng
đường hầm đưa máy biến áp vào sàn lắp ráp trong nhà máy để sửa chữa.
Đối với những nhà máy đặt khá sâu dưới mặt đất thì máy biến áp được bố trí
trong một đường hầm riêng chạy song song nhà máy (xem hình 16-6).
254
- Đối với nhà máy có cột nước cao dùng turbine tâm trục có số vòng quay lớn, do
kích thước tổ máy giảm thì máy biến áp có thể đặt trực tiếp gần gian máy trong cùng
một khoang và có tường riêng để bảo vệ. Nhờ vậy giảm được tổn thất điện năng từ
thanh cái máy phát đến máy biến áp, đơn giản sơ đồ đấu dây và điều kiện làm việc của
khối đá xung quanh nhà máy được ổn định vì số đường hầm đào trong đá ít..
Để bảo đảm nhiệt độ và độ ẩm thích hợp cho nhân viên vận hành và điều kiện
làm việc bình thường của thiết bị, trong nhà máy ngầm cần phải có hệ thống điều hòa
không khí , hệ thống thông gió và hút bụi, có thể dùng nhiệt của máy phát và máy biến
áp để sưởi ấm gian máy về mùa lạnh.
5. Nhà máy thủy điện tích năng:
Hình 16-7. Nhà máy thuỷ điện tích năng với "tổ máy ba máy".
1- động cơ - máy phát; 2- turbine tâm trục; 3- khớp li hợp; 4- turbine gáo đồng bộ;
5- máy bơm đa cấp; 6- đế tựa.
Kết cấu nhà máy TĐ tích năng, nhìn chung cũng giống những nhà máy khác, chỉ
có phần dưới nước là khác. Để đảm bảo chu trình làm việc, trong nhà máy đặt cả turbine
và máy phát. Trong mọi trường hợp, cột nước làm việc của turbine nhỏ hơn cột nước
mà máy bơm tạo ra một ít. Có thể dùng các loại turbine tâm trục, cánh quay, turbine
cánh chéo đồng thời làm máy bơm. Để làm điều đó cần thay đổi hướng quay, còn máy
phát chuyển thành động cơ điện. Các tổ máy như thế là tổ máy thuận nghịch, cho phép
đơn giản hóa sơ đồ bố trí nhà máy, giảm kích thước và giá thành xây dựng. Khi cột
nước H = (12÷15) m thì turbine cáp xun thuận nghịch trục ngang là hiệu quả hơn cả.
Dùng tổ máy có turbine thuận nghịch và máy phát - động cơ gọi là “ tổ máy hai máy “.
Khi cột nước cao hơn 100 - 150 m, dùng rộng rãi “ tổ máy ba máy “gồm turbine,
máy bơm, máy phát - động cơ (xem hình 16-7). Máy bơm đặt sâu hơn turbine. Giữa trục
nối của turbine và trục máy bơm dùng một khớp ly hợp để ngắt turbine hoặc máy bơm
khi làm việc ở chế độ tương ứng. Dưới khớp ly hợp bố trí một turbine gáo đồng bộ phụ
255
- dùng khi đưa tổ máy bơm vào hoạt động mà không phải dừng tạm thời động cơ. Sơ đồ
này cho phép nâng cao hiệu suất tổ máy. Để giảm bớt lực dọc trục tác dụng lên ổ chịu
lực của máy phát - động cơ, dưới máy bơm bố trí đế tựa để đỡ trọng lượng máy bơm.
Ngoài những loại nhà máy trên, trong thực tế xây dựng thủy điện còn những loại
nhà máy khác (như nhà máy lộ thiên, nhà nưả ngầm, nhà may trong trụ, ...) rất đa dạng.
XVI. 3. CÁC THIẾT BỊ TRONG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN
Hình 16-8. Sơ đồ công nghệ bố trí các thiết bị thuỷ điện
1-turbine; 2- máy phát; 3- van trước turbine; 4- máy biến áp; 5- cáp dẫn điện; 6- thiết bị làm mát mphát;
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 TT; 14- trạm phân phối; 15- đường dây tải thuộc
trạm; 16- cửa van ống xả; 17- két dầu áp lực; 18- tủ điều tốc; 19- ĐCTL; 20- hệ thống thoát nước.
Thiết bị của trạm thuỷ điện có thể được chia ra các loại: thiết bị động lực (gồm
turbine và máy phát điện), thiết bị cơ khí, thiết bị phụ, thiết bị điện. Để hiểu khái quát về
mối quan hệ giữa chúng có thể xem sơ đồ khái quát (hình 16-8) ở trang trên. Sau đây
lần lượt hệ thống lại những thiết bị liên quan đã học ở các môn học và bổ sung cần thiết.
Riêng về turbine thuỷ lực và các hệ thống thiết bị phụ cơ - thuỷ lực vừa đề cập ở phần I
của giáo trình này, nên không trình bày lại.
XVI. 3. 1. Máy phát điện của TTĐ
Máy phát điện là thiết bị biến cơ năng của turbune thành điện năng cung cấp cho
hệ thống điện, nó là loại máy phát đồng bộ ba pha có vòng quay thường thấp, cực lồi.
Các bộ phận chính của máy phát là: phần quay rotor, phần tĩnh stator, hệ thống kích từ,
hệ thống làm nguội máy phát, hệ thống chống cháy, nén nước ...
Nguyên lý làm việc của máy phát đã trình bày ở môn học Điện kỹ thuật, máy
phát có thể lắp trục ngang hoặc trục đứng, trục xiên. Trong phần này chúng tôi chỉ trình
bày phần máy phát trục đứng, gặp nhiều trong xây dựng thuỷ điện vừa và lớn.
256
- 1. Phân loại và các bộ phận của máy phát điện thuỷ lực
Dựa vào vị trí tương đối giữa rotor và ổ trục đỡ chia máy phát ra hai kiểu chính:
- Máy phát điện kiểu treo (hình 16-9): ổ đỡ đặt trên giá đở trên, nằm trên rotor;
- Máy phát kiểu ô (hình 16-10): ổ đỡ đặt dưới rotor; kiểu này lại chia hai kiểu
nữa là : kiểu ô thường với ổ đỡ đặt trên giá đỡ dưới, kiểu ô thấp với ổ đỡ đặt trực tiếp
lên nắp turbine- hình (16-10) trình bày máy phát kiểu ô thấp - không có giá đỡ dưới.
Hình (16-9) và (16-10) trình bày cấu tạo các bộ phận của hai kiểu máy phát.
Rotor của máy phát: Rotor 1 gồm có mayơ 3 gắn trên trục 4, khung 5 và vành
bánh 6 để gắn các cực từ 7. Mỗi cực từ gồm có lõi thép và cuộn dây điện lấy điện từ
máy kích từ 19 qua vòng góp 8 về và trở thành nam châm điện khi quay. Ở các máy
phát hiện đại, vành 6 được làm từ các lá thép vòng dày 3-4 mm. Lõi thép của các cực từ
được làm từ những lá thép dập dày 1,5 -2 mm, số lượng cực từ xác định qua tính toán.
Stator của phát phát: Stator 2 của máy phát gồm: thép từ 9, cuộn dây 10 (trong
hình vẽ là phần dây đưa ra bên ngoài của nó) và thân 11 để gắn cực từ. Để tăng khả
năng làm mát, trong các thép từ có các rãnh thông gió. Thân của stator được đặt lên bệ
máy và được gia cố chắc chắn.
Kết cấu ổ trục của rotor máy phát gồm có hai loại với hai chức năng khác nhau:
Ổ trục hướng tâm 12 nhận tải trọng vuông góc với trục để định hướng trục; còn Ổ trục
đỡ 13 (ổ chặn) nhận tải trọng theo chiều dọc trục. Các máy phát trục đứng thì ổ định
hướng chịu tải trọng nhỏ, nhưng ổ đỡ phải nhận tất cả các tải trọng của trọng lượng
phần quay tổ máy và lực dọc trục từ BXCT của turbine truyền tới (ở các tổ máy phát lớn
tải trọng này có thể tới 2500 tấn và hơn). Riêng ở turbine trục ngang thì ổ hướng tâm
còn làm nhiệm vụ đỡ cả trọng lượng bản thân của các phần quay tổ máy, trường hợp
này ổ chặn chỉ chịu tải trọng động hướng dọc trục từ BXCT turbine truyền tới.
Ổ đỡ có ống lót a gắn chặt vào trục quay, phần dưới của nó là đĩa thép b có mặt
dưới được chế tạo rất cẩn thận (gọi là "gương") b là mặt tiếp xúc động với mặt tiếp xúc
cố định c của ổ trục đỡ. Các tấm vòng c nằm trên các bulông d, truyền tải trọng xuống
kết cấu chịu lực bên dưới. Mặt trên của các tấm vòng (xéc măng) này là mặt trượt được
257
- Hình 16-9. Máy phát điện kiểu treo (70.000 kVA, n = 428,6 v/ph)
phủ lớp babít. Các bulông tựa d đảm bảo phân đều tải trọng giữa các xéc măng. Đĩa b và
xéc măng c được đặt trong hộp dầu bôi trơn , trong hộp có các ống dẫn nước làm mát ổ
đỡ. Khi đĩa b chuyển động, dầu được kéo vào các rãnh hở của các phần quay tạo nên
258
- Hình 16-10. Máy phát điện kiểu ô thấp (120.000 kVA, n = 62,5 v/ph).
những nêm dầu có áp lực lớn đủ để hơi nhấc phần quay lên khi quay. Khi dừng máy,
vòng quay tổ máy giảm dần, lúc này ổ đỡ làm việc ở chế độ nặng nề nhất, do vậy bên
dưới rô to đặt máy hãm 14 để hãm máy phát. Thường khi vòng quay rotor còn lại từ
35÷40% vòng quay định mức là máy hãm phải tác động để dừng máy, không để kéo dài
thời gian chạy máy với vòng quay thấp.
259
- Ở máy phát kiểu treo (hình 16-9) ổ đỡ nằm bên trên rotor máy phát. Tải trọng
dọc trục sẽ truyền qua giá đỡ trên 15 truyền xuống và được đỡ theo phương ngang nhờ
kích 16. Giá chữ thập 15 có kích thước lớn, nên chiều cao gian máy sẽ lớn. Ở máy phát
kiểu ô, ổ đỡ 13 được đặt lên giá đỡ dưới, bên dưới rotor, đối với kiểu ô thấp (hinh 16-
10) không có giá dưới riêng mà được đặt trực tiếp lên nắp turbine, vì vậy kiểu ô có giá
trên nhỏ chỉ để đỡ ổ định hướng, vì vậy chiều cao máy phát kiểu ô thấp hơn kiểu treo.
Thiết bị làm nguội máy phát : để giảm nhiệt độ ở thép từ và cuộn dây máy phát,
thường người ta dùng thiết bị làm nguội bằng không khí. Trên rotor có gắn các cánh
quạt 17 để hút gió vào làm mát máy. Đối với máy phát trung bình và lớn thì phải có hệ
thống làm mát riêng. Bố trí xung quanh thân stator các thùng làm nguội bằng ống dẫn
nước 18, không khí nóng từ rotor đi qua thiết bị này sẽ hạ nhiệt và lại quay về rotor.
Hình (16-11) trình bày một số sơ đồ hệ thống làm nguội máy phát. Khi máy phát có
công suât nhỏ có thê dùng hệ thống làm nguội trực tiếp (sơ đồ I): lấy không khí mát bên
ngoài nhà máy, đưa vào máy phát để làm mát, sau đó khí nóng lại được tháo ra ngoài.
Các sơ đồ II dùng phương pháp làm mát bằng hệ thống kín cho máy phát lớn, trong đó
sơ đồ II,a được sử dụng rộng rãi hơn cả.
Hình 16-11. Các sơ đồ hệ thống làm nguội máy phát.
Hệ thống kích từ: Hệ thống kích từ làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện một chiều
cho rotor máy phát chính để tạo nên từ trường cần thiết cho rotor, từ trường quay từ
rotor sẽ quét lên cuộn dây của stator dòng điện để cung cấp cho lưới. Trước đây người
ta thường sử dụng hệ thống kích từ trực tiếp từ trục máy phát chính. Trong hệ thống
này, trên rotor máy phát có đặt máy phát điện một chiều - kích từ 19, phần quay của nó
nối với trục máy phát. Dòng điện một chiều sẽ được dẫn đến vòng tiếp xúc 8 của rotor.
Hiện nay, đặc biệt là máy phát lớn, thường dùng kích từ gián tiếp có nguồn điện một
chiều từ máy phát. Có thể dùng hệ thống gồm động cơ dị bộ và máy phát một chiều
hoặc hệ thống kích từ ion bằng chỉnh lưu thuỷ ngân hay bán dẫn. Hệ thống kích từ gián
tiếp tiện lợi hơn về mặt bố trí nhà máy do giảm được phần trên của máy phát, còn đốí
với máy phát tỷ tốc thấp thì rẻ hơn.
2. Sơ bộ xác định các thông số và kích thước máy phát
a - Các thông số cơ bản của máy phát
- Công suất định mức là công suất tác dụng lớn nhất của máy phát NMP, (kW);
- Công suất biểu kiến : S = NMP/cosϕ = 3 UI, (kVA)
Q = S sinϕ = 3 UI sinϕ, (var)
- Công suât vô công :
260
- Với các loại turbine thông thường thì điện áp máy phát được chọn thiết kế theo thống kê
sau đây tuỳ thuộc vào công suất của máy phát:
Khi NMP < 4 MW thì điên áp máy phát : UMF = 3,15 kV;
NMP ≤ 15 MW thì điên áp máy phát : UMF = 6,3 kV;
NMP ≤ 70 MW UMF = 10,5 kV;
NMP > 70 MW UMF = 18 kV.
b - Các kích thước cơ bản của máy phát
Kích thước có bản nhất của máy phát là đường kính ngoài của lõi thép từ stator
D a và chiều cao lõi thép từ l a , trong nhãn hiệu máy phát thờng có ghi các kích thước
nầy và số cực từ ( Ví dụ nhãn hiệu máy phát của Liên xô cũ ghi: CB 940/235 - 30, nghĩa
là máy phát đồng bộ- C; trục đứng - B; D a = 940 cm; l a = 236 cm; có 2p = 30 cực từ).
Trong thực tế chọn máy phát chúng ta dựa vào phương thức lắp trục, công suât
định mức và vòng quay của máy phát lấy bằng vòng quay của turbine. Với máy phát đã
có sản xuất, chọn được sẽ tra được các thông số và kích thước của chúng.Tuy nhiên
cũng có trường hợp không tra được máy phát thích hợp, nhất là khi máy phát có công
suất lớn ( N ≥ 20 MW) được chế tạo đơn chiếc cho công trình cụ thể phải đặt hàng.
Trong giai đoạn thiết kế ban đầu, để có kích thước và trọng lượng phục vụ thiết kế ta
cần dựa vào số liệu thống kê tính ra thông số theo các công thức sơ bộ theo các cách
sau:
- Trước tiên dựa vào vòng quay đồng bộ để chọn kiểu máy phát: kiểu treo khi
vòng quay n ≥ 150 v/ph, kiểu ô khi n ≤ 75 v/ph.
- Xác định sơ bộ kích thước cơ bản D i , l a theo cách:
+ Tra đồ thị (hình 16-12) sau đây: dựa vào công suất biểu kiến S (MVA) và
vòng quay n (v/ph) tra được điểm tương ứng và có được l a , lấy tròn l a theo tiêu chuẩn
sau rồi tra tiếp D i :
l a = 330; 360; 400; 450; 500; 550; 600; 670; 750; 820; 900; 1000; 1100;
1220; 1350; 1500; 1650; 1820; 2000; 2200; 2450; 2700; 3000 (mm).
+ Hoặc tính theo công thức kinh nghiệm dưới đây:
13,9 4 S 160 S
Di = và l a = 2 (16-1)
3n Di n
Trong đó: S - công suất biểu kiến (kVA);
n - vòng quay đồng bộ (v/ph);
l a , D i tính ra (m). Quy tròn kết quả tính toán theo tiêu chuẩn.
+ Khi chọn máy phát điện đã có sản xuất (đã có l a , S, n) nhưng các thông số của
máy tra được khác với các thông số của máy cần xác định (tức l* , S* và n * ) thì ta tính
a
chiều cao thép từ l* theo công thức:
a
n S*
l* = l a (16-2)
a
n *S
261
- Hình 16-12. Biểu đồ xác định sơ bộ các kích thước cơ bản của máy phát.
- Sau khi xác định các kích thước cơ bản l a , D i của máy phát, sử dụng các công
thức kinh nghiệm sau đây để sơ bộ xác định các kích thước khác của máy (hình 16-13):
+ Đường kính ngoài của lõi thép từ stator: D a = D i + ( 0,5 − 0,9) m;
+ Chiều cao máy phát: h st = l a + 0,75m (hoặc 1,5m);
+ Đường kính stator: D st = (1,15 + 0,0007nO) Di (khi nO < 250 v/ph);
D st = (0.92 + 0,0016nO) Di (khi nO > 250 v/ph);
D st = (1,05 + 0,0017nO) Di (đối với máy phát kiểu ô);
+ Chiều cao giá đỡ trên: h1 = (0,2 = 0,25).Di (đối với máy phát kiểu treo);
= (0,1- 0,12).Di (đối với máy phát kiểu ô);
+ Dường kình giá đỡ trên: D1 = D st ;
+ Chiều cao giá đỡ dưới: h2 = (0,1 - 0,12).Dg ( đối với máy phát kiểu treo;
h2 = 0,25 - 0,3).Dg ( đối với máy phát kiểu ô);
+ Đường kính giá đỡ dưới: D2 = Dg + 0,4m;
+ Khoảng cách : a = (0,2 - 0,3)m ( đối với máy phát kiểu treo);
= (0,4 - 0,5)m (đối với máy phát kiểu ô);
+ Khoảng cách trục: c = (0,8 - 1) m;
+ Chiều cao ổ trục đỡ: h3 = (0,2 - 0,25) Di (đối với máy phát kiẻu treo);
= (0,15 - 0,2) Di (đối với máy phát kiểu ô);
+ Đường kính ổ trục đỡ: D3 = 9,4 - 0,5) Di;
+ Chiều cao chóp máy phát: hO = (0,3 - 0,5) m;
+ Đường kính chóp máy phát: dO = (0,2 - 0,25) Di;
+ Đường kính hố máy phát: Dh = (1,5 - 1,85) Di (đối với máy phát kiểu treo;
= (1,4 - 1,5) Di ( đối với máy phát kiểu ô);
+ Chiều dày thiếu bị làm nguội máy phát: t = (0,35 - 0,375) m;
262
- + Khoảng trống đi lại ở hố máy phát: b > (0,4 - 0,5) m.
Hình 16-13. Các kích thước cơ bản của máy phát
a) máy phát kiểu treo; b) máy phát kiểu ô thường.
- Trọng lượng chung của máy phát được xác định gần đúng theo công thức:
G = A.Di la , (Tấn) (hệ số A = 35 - 45T/m2) đối với Di, la (m). Đối với máy phát
kiểu ô thấp không có giá đỡ dưới thì trọng lượng của máy phát giảm bớt 6-7%. Trọng
lượng rotor cộng trục lấy bằng (45 - 50)% trọng lượng chung của máy phát..
XVI. 3. 2. Cầu trục trong nhà máy thuỷ điện
Trong nhà máy TĐ để phục vụ cho việc lắp ráp và sửa chữa tổ máy cần phải có
cầu trục. Thông thường cầu trục chính bố trí trong gian máy chính, tầm hoạt động của
nó phải bao quát toàn bộ gian máy và sàn lắp ráp. Ở các gian máy phụ có thể đặt thêm
máy nâng hạ riêng phục vụ cho thiết bị tại chỗ.
Hình (16-14) trình bày về hệ thống cầu trục cầu trong gian máy của nhà máy
thuỷ điện. Cầu trục cầu gồm một dàn thép 3, hai đầu có đặt các bánh xe lăn 4 chạy trên
ray thép 5 của dầm cầu trục đặt dọc nhà máy, trên dàn thép có xe nhỏ 6 chạy trên ray
dọc dàn thép. Xe nhỏ này chứa các tời nâng hạ móc cầu trục để cẩu và di chuyển vật cần
263
- Hình 16-14. Sơ đồ nâng thiết bị bằng ghép hai cầu trục trong nhà máy.
nâng theo hướng ngang của nhà máy. Sự dịch chuyển phối hợp giữa dàn thép và xe nhỏ
khống chế các vị trí của vật cần nâng. Móc cầu trục có hai cở: móc chính 8 để tháo lắp
thiết bị nặng (như BXCT hoặc rôtor máy phát, máy biến áp..v..v.. ), móc phụ 7 có tốc độ
thao tác nhanh hơn dùng để tháo lắp các thiết bị nhỏ, nhẹ hơn. Trong hình (16-14) trình
bày cách cẩu rôtor máy phát và trục, do vật quá nặng phải ghép hai cầu trục lại và dùng
một dầm ngang 1 để liên kết việc cẩu vật 2. Thông thường khi trọng lượng vật nâng
không vượt quá khả năng cẩu của một cầu trục thì móc chính trực tiếp cẩu thiết bị như
(hình 16-15), trên hình đang nâng BXCT của turbine tâm trục.
Hình 10-7 (ở chương 10), trình bày về một lọai cầu trục cổng ngoài gian máy:
Kết cấu cầu trục cổng có nhiều dạng khác nhau: không có công xon, có 1 hoặc 2 công
xon. Các thiết bị nâng hạ vật nâng đặt trên đỉnh cần trục, các động cơ làm dịch chuyển
cần trục đặt ở chân khung cần trục. Các bánh xe cần trục lăn trên đường ray. Cần trục
cổng (còn gọi là cầu trục chữ môn hay cầu trục chân dê) thường được dùng để nâng hạ,
vận chuyển các cửa van thượng, hạ lưu nhà máy hoặc các cửa van của đập tràn. Thường
dùng một cần trục chung cho nhiều khoang đập tràn và cửa lấy nước của TTĐ ngang
đập, hoặc bố trí cho các van hạ lưu nhà máy. Các thiết bị nâng tĩnh tại thường dùng máy
tời hoặc máy nâng thuỷ lực (xem hình 10-8, chương 10).
Chọn cầu trục trong nhà máy căn cứ vào trọng lượng và kích thước vật nâng lớn
lớn nhất (rotor máy phát + trục, BXCT turbine + trục, MBA ...) và kích thước đủ bố trí
các thiết bị và đi lại theo bề rộng gian máy, có sự kết hợp với nhịp cầu trục LK đã có sẵn
Trường hợp không có cầu trục đã sản xuất thì mới đặt hàng chế tạo đơn chiếc, vì chế tạo
đơn chiếc sẽ lâu và đắt hơn..
264
- Hình 16-15. Cẩu và vận chuyển BXCT turbine trong nhà máy.
XVI. 3. 3. Máy biến áp
Việc truyền tải điện năng đi xa được tiến hành với điện áp cao nhằm giảm tổn
thất trên dây tải và giảm tiết diện dây tải, khoảng cách tải càng xa và công suất tải càng
lớn thì điện áp càng phải cao. Ví dụ để tải 500 MW đi xa 100 - 200 km cần phải có điện
áp 220 kV. Khi nâng áp để tải điện đi xa thì cuối đường dây lại phải hạ áp xuống 3 đến
6 kV, và thường nhất là 380 V để cấp cho các hộ sử dụng điện. Do vậy máy biến áp
phải làm nhiệm vụ nâng và giảm điện áp. Máy biến áp hiện đại thường có hiệu suất cao
(đến 99% và hơn), tuy nhiên tổn hao chung cho các trạm biến áp vào khoảng 4 - 6%
điện năng hàng năm của các trạm điện sản ra.
Máy biến áp có thể phân loại theo số cuộn dây: Máy biến áp hai dây cuốn (dùng
nâng điện áp lên một cấp) và máy biến áp ba dây cuốn (dùng nâng điện áp lên hai cấp
điện áp trung áp và cao áp cho hai hệ thống khác nhau). Hoặc phân loại theo số pha:
máy biến áp ba pha và máy biến áp một pha. Cùng với máy biến áp ba dây cuốn, trong
TTĐ còn có thể sử dụng máy biễn áp tự ngẫu, điểm khác cơ bản của nó là trong nó
không chỉ có quan hệ về điện từ mà còn có quan hệ về điện giữa các cuộn dây trung áp
và cao.áp. Loại này có nhiều ưu điểm trong vận hành và cho phép giảm điện áp ngắn
mạch có thể xảy ra giữa cuộn thấp áp và một pha nào đó trong cuộn cao áp.
Cấu tạo của máy biến áp: để nâng cao mức cách điện và cải thiện khả năng làm
nguội, lõi thép từ và các cuộn dây máy biến áp được đặt ngập trong thùng dầu máy biến
áp 1 (hình 16-16). Bên trên thùng dầu còn bố trí thùng giản dầu 5 (có thể tích 8-10% thể
tích thùng dầu 1) thông với thùng 1 qua ống dẫn, để giản dầu khi nhiệt độ dầu tăng khỏi
nổ. Van 8 có tác dụng phụt dầu sự cố do nhiệt độ làm giản thể tích dầu quá mức. Các
đầu dây từ phòng phân phối máy phát dẫn đến sứ cách điện hạ áp 9 và dây ra điện áp
cao qua sứ cao áp 3nối với dây tải về trạm phân phối cao áp. Để giảm nhiệt độ dầu trong
265
- Hình 16-16. Các bộ phận và kích thước chính của máy biến áp ba pha.
a) Các bộ phận máy biến áp; b) Dồ thị xác định kích thước và trọng lượng MBA.
Chú ý: - đường nét đứt là trọng lượng phần tháo ra rời của máy.
- K, M là khoảng cách giữa các bánh lăn.
thùng 1 xung quanh thùng có lắp các đường ống tản nhiệt 4 và tăng cường hạ nhiệt bằng
các quạt gió 6. Bên dưới thùng 1 có hệ thống bánh xe lăn 2 để vận chuyển máy biến áp
trên ray đi sửa chữa, khoảng cách giữa các bánh xe lăn có thể là 2000, 2500, 3000 mm.
Để đổi hướng của bánh xe ta dùng kích nâng thùng 1 lên và quay bánh theo hướng mới.
Khả năng vượt tải tạm thời của máy biến áp trong vài giờ có thể đạt 30 - 40%,
còn vượt tải lâu dài có thể từ 5 - 10%. Lượng dầu sơ bộ tính cho cứ 1 kVA là 1 kg.
Để chọn máy biến áp dựa vào yêu cầu: công suất tải S (kVA), điện áp nâng Ul B B
nối với lưới điện và điện áp thấp nối với máy phát UMF. B B
266
- XVI. 3. 4. Bố trí thiết bị phụ trong nhà máy TĐ
Yêu cầu bố trí các thiết bị này là bảo đảm vận hành an toàn, tiện lợi và kinh tế.
Cần chọn sơ đồ làm việc chắc chắn và đơn giản, thao tác thuận tiện, các phòng có liên
quan cần đặt gần nhau để rút ngắn đường dây cáp điện, diện tích các phòng vừa phải,
không lãng phí. Đối với nhà máy nhỏ, có thể bố trí các phòng trong gian máy, còn nhà
máy lớn có thể phải bố trí riêng biệt mới bảo đảm đủ diện tích yêu cầu.
1. Các thiết bị thuộc nhóm các phòng thao tác
Đây là nhóm các thiết bị điện và các bộ phận phục vụ việc vận hành nhà máy:
a - Phòng điều hiển trung tâm là đầu não chỉ huy của toàn trạm. Trong phòng
này bố trí các bảng điều khiển, các tủ tín hiệu đo lường và rơle bảo vệ. Diện tích phòng
vào khoảng 80 - 200m2 với chièu cao 4 - 6 m, không có cột. Phòng điều khiển TT cần
P
P
bảo đảm sáng sủa, thuận tiện liên lạc với các bộ phận của trạm thông qua các cáp nhị
thứ từ các nơi dẫn về. Vị trí của phòng này thường đặt cùng cao trình với sàn máy phát
để rút ngắn đường cáp nhị thứ. Do trong phòng đặt các thiết bị đo lường, tín hiệu chính
xác nên cần bố trí ở nơi yên tĩnh, tránh rung động và khách vãn lai. Để sớm đưa tổ máy
đầu vào vận hành cần đặt phòng điều khiển ở đầu nhà máy hoặc gần tổ máy đầu tiên.
Bên dưới phòng điều khiển trung tâm là phòng cáp nhị thứ tập trung cáp từ các
nơi về và phân phối đến các tủ, bản của nó, gọi là phòng dưới của phòng điều khiển TT;
phòng dưới phải cao từ 2 - 2,5 m để có thể vào ra thay, sửa và kiểm tra cáp.
b - Nhóm phòng điện một chiều : có nhiệm vụ cung cấp dòng một chiều cho các
thiết bị đo lường, tín hiệu, điều khiển và thắp sáng khi sự cố nhà máy. Cụm phòng này
gồm các phòng ắc quy, axit và phòng máy nạp điện cho ắc quy. Do khí độc từ ắc quy và
axit nên chúng phải đặt tách biệt với các phòng khác và có các cửa thông gió riêng,
không dùng chung cửa và hệ thống thông gió với phòng khác. Máy nạp nên đặt cạnh
phòng ắc quy axit, nếu máy nạp có trọng lượng không lớn hay dùng chỉnh lưu thuỷ ngân
thì có thể đặt ở tầng trên gần phòng điều khiển TT, tiện theo dõi nạp điện. Diện tích
phòng ắc quy cần 30 - 60 m2, phòng axit 10 - 15 m2, phòng nạp điện 20 - 40 m2.
P P P
P P P
c - Phòng phân phối cấp điện áp máy phát : Phòng này đặt các thiết bị đóng,
ngắt (máy cắt, dao cách ly, cầu chì ...) để phân phối điện từ thanh cái máy phát đi đến
trạm máy biến áp, máy biến áp tự dùng và đường dây tải khác. Để rút ngắn chiều dài
thanh cái từ máy phát đến máy biến áp nên đặt phòng này giữa hai máy và gần sát máy
phát, ở tầng xây ghé với gian máy phát cùng cao trình sàn máy phát, hoặc ở tầng
turbine sát máy phát. Phòng phân phối cần cao ráo, bảo đảm an toàn đi lại, rộng chừng
6 - 8m, dài theo gian máy.
d - Phòng điện tự dùng: Phòng này thường bố trí máy biến áp tự dùng và bảng
điện tự dùng, ước chừng 30 - 50 m2. P
P
2. Bố trí các phòng thuộc nhóm sản xuất
Đây là các nhóm phòng bảo đảm sự làm việc bình thường, gồm: các hệ thống
dầu, cấp nước kỹ thuật, khí nén ... , các xưởng sửa chữa cơ khí, kĩ thuật điện, đo lường
điện, thí nghiệm điện cao áp ... Nhóm các thiết bị điện được bố trí ở các tầng trên đảm
bảo khô ráo, an toàn. Các nhóm cơ khi như dầu, nước thường bố trí ở tầng turbine, dọc
nhà máy, phòng khí nén và xưởng cơ khí thường ở tầng turbine- dưới sàn lắp ráp, thiết
bị cấp nước kỹ thuật và bơm tháo nước thường đặt gần tổ máy chính, tầng turbine.
267
nguon tai.lieu . vn
