Phân Loại Theo Điều Kiện Nhà Máy Chịu Áp Lực Nước Thượng Lưu

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 Nlm < 5.000 kW;

Trạm thuỷ điện trung bình, khi:

Nlm = 5.000 - 50.000 kW;

Trạm thuỷ điện lớn, khi:

Nlm

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 317 trang tài liệu này.

> 50.000 - 1.000.000 kW.

Theo TCVN 285 - 2002 đã phân ra các cấp TTĐ sau:

Trạm thuỷ điện cấp V, khi:

Nlm

< 200 kW;

Trạm thuỷ điện cấp IV, khi:

Nlm

< 5.000 - 200 kW;

Trạm thuỷ điện cấp III, khi:

Nlm

< 50.000 - 5.000 kW;

Trạm thuỷ điện cấp II, khi:

Nlm

< 300.000 - 50.000kW;

Trạm thuỷ điện cấp I, khi:

Nlm

 300.000 kW;

Khi TTĐ có Nlm

> 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:

Hmax < 50 m;

Trạm thuỷ điện cột nước trung bình, khi: 50 m Hmax

 400 m;

Trạm thuỷ điện cột nước cao, khi:

Hmax

> 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 ...

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.

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,

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.

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.

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).

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

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.