Bài giảng -Thủy điện 2-chương 16

Chia sẻ: Sam Sara | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:31

Thêm vào BST

Báo xấu

511
lượt xem 191
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng -Thủy điện 2-chương 16

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