10 vũ huy tâm 5b DA thủy điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN

MỤC LỤC

GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

1

SVTH: Vũ Huy Tâm


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN

DANH MỤC BẢNG BIỂU

GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

2

SVTH: Vũ Huy Tâm


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THỦY ĐIỆN
Họ và tên :

Vũ Huy Tâm

Lớp :

61LT-CX

Mã sinh viên :
Mã đề :

1921040022
5B

A. TÍNH TỐN THỦY NĂNG
1.1.

1. Xác định các đặc trưng cơ bản của hồ chứa
Chọn năm tính tốn và tần suất thiết kế
1.1.1. Phân mùa dòng chảy ba năm điển hình
Mùa lũ là mùa bao gồm những tháng liên tục có lưu lượng dịng chảy lớn hơn lưu
lượng dịng chảy năm với xác suất xuất hiện vượt 50%.
Tháng lũ:
Mùa kiệt bao gồm những tháng còn lại,
Bảng 1-1. Lưu lượng bình quân của 3 năm điển hình (m3/s)

Tháng

VII

VIII

IX

X

XI

XII

I

II

III

P=90
%

282,
8

513,
0

579,
7

358,
6

235,
5

185,
6

108,
5

P=50
%

417,
3

523,
4

455,
8

552,
6

689,
6

254,
4

94,3

67,8

61,9

P=10
%

392,
3

353,
7

640,
9

635,
0

696,
6

221,
5

186,
2

132,
9

117,
3

88,7

74,8

IV

VI

TB

72,8

82,7

221,
4

62,6

65,2

191,
286,4
5

119,
9

148,
2

313,
8

73,7

V

329,
8

Bảng số liệu của 3 năm điển hình, nên để xác suất xuất hiện vượt 50% thì chỉ cần
2 năm có tháng đó có lưu lượng lớn hơn giá trị trung bình tương ứng của năm đó thì
tháng đó sẽ là tháng lũ. Và mùa lũ gồm các tháng liên tục nhau nên ta phân mùa được
dịng chảy 3 năm điển hình như sau:
Bảng 1-2. Phân mùa dịng chảy 3 năm điển hình (m3/s)
Mùa

Mùa lu

Mùa kiệt

Thán
g

VII

VII
I

IX

X

XI

XII

I

II

III

IV

V

VI

P=90
%

282,
8

513,

0

579,
7

358,
6

235,
5

185,
6

108,
5

88,7

74,8

73,7

72,8

82,7

P=50
%

417,
3

523,
4

455,
8

552,
6

689,
6

254,
4

94,3

67,8

61,9

62,6

65,2

191,
5

P=10
%

392,
3

353,
7

640,
9

635,
0

696,
6

221,
5

186,
2

132,
9

117,
3

119,
9

148,
2

313,
8

GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

3

SVTH: Vũ Huy Tâm


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN
1.1.2. Tần suất thiết kế của trạm thủy điện

- Trạm thuỷ điện (TTĐ) làm việc phụ thuộc vào tình hình nguồn nước, trong điều
kiện thuận lợi TTĐ làm việc bình thường. Gặp mùa rất kiệt, lưu lượng nhỏ dẫn đến công
suất của trạm sẽ giảm. Nếu lũ lớn tới, trạm kiểu cột nước thấp cũng có thể giảm cơng suất
do chênh lệch mực nước thượng hạ lưu bị giảm đáng kể.
- Khi TTĐ làm việc khơng bình thường, thì việc cung cấp điện cho các hộ dùng
điện sẽ khơng đảm bảo. Khi đó phải hạn chế việc cung cấp điện cho các cở sản xuất và
các khu dân cư, gây thiệt hại cho các hộ dùng điện.
- Nếu TTĐ có hồ điều tiết lớn, hệ số điều tiết cao, sự phân bố dịng chảy trong
sơng tương đối điều hồ thì vẫn có thể chọn tần suất thiết kế cao mà vẫn lợi dụng được

phần lớn lượng nước thiên nhiên. Trong trường hợp khơng có hồ điều tiết dài hạn muốn
lợi dụng dịng nước nhiều, khơng nên chọn mức bảo đảm cao.
- Để đánh giá mức độ an toàn trong cung cấp điện người ta đưa ra một thông số P
(tần suất thiết kế) dược xác định như sau :
Theo đề bài, tần suất thiết kế P = 90 %.
1.1.3. Chọn năm tính tốn thủy văn
Năm tính tốn (năm nước kiệt thiết kế) ứng với tần suất P = 90%.
Năm nước trung bình ứng với P =50 %.
Năm nước nhiều ứng với P = 10 %.
Theo tài liệu thiết kế ứng với P=90% ta có lưu lượng bình quân năm :
Bảng 1-3. Lưu lượng thủy văn năm điển hình thiết kế (m3/s)
Mùa
Tháng
P=90%

Mùa lu
VII
282,8

Mùa kiệt

VIII

IX

X

XI

513,

0

579,
7

358,
6

235,
5

XII
393,
9 185,6

I

II

III

108,
5 88,7 74,8

IV

V

VI

73,
7 72,8 82,7

1.2. Xác định mực nước dâng bình thường
- Mực nước dâng bình thường (MNDBT) là một thơng số chủ chốt của cơng trình
thuỷ điện. Đây là mực nước cao nhất trong hồ chứa ứng với các điều kiện thuỷ văn và
chế độ làm việc bình thường.
- MNDBT có ảnh hưởng quyết định đến dung tích hồ chứa, cột nước, lưu lượng,
công suất đảm bảo và điện lượng hàng năm của trạm thuỷ điện. Về mặt cơng trình nó
quyết định chiều cao của đập, kích thước các cơng trình xả lũ. Về mặt dân sinh kinh tế:
do ngập lụt lịng hồ nó ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống kinh tế, văn hoá, xã hội, lịch sử
của khu vực lịng hồ. Vì vậy việc chọn MNDBT phải được tiến hành thận trọng, so sánh,
lựa chọn các phương án có lợi nhất.
- Phương án thiết kế đã chọn (đề cho): MNDBT = 508 (m).
GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

4

SVTH: Vũ Huy Tâm

98,1


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN
1.3. Xác định mực nước chết

Hình 1-1. Tổng quan các thơng số mực nước, dung tích của hồ chứa.
* Xác định mực nước chết giới hạn
- Theo điều kiện làm việc của tuabin

Trong đó:
Hmax là cột nước lớn nhất của trạm thủy điện
+ Sơ bộ chọn
+ : Lưu lượng thiên nhiên trung bình mùa kiệt của năm kiệt thiết kế()
= = 98,1 m3/s.
Tra quan hệ (Q~Z) ta có: = 465,44 m.
Hmax = 508 – 465,44 = 42,56 .
.
- Theo điều kiện bồi lắng bùn cát lũng h:
Đ ập dâng
MNDBT

BC

d2 D d1

MNC

Hỡnh 1-2. Cỏc thụng s cơ bản tính tốn điều kiện bồi lắng bùn cát.
Ta có:

GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

5

SVTH: Vũ Huy Tâm


ĐỒ ÁN MƠN HỌC THUỶ ĐIỆN

- : cao trình bùn cát được xác định từ dung tích bùn cát (Vbc) lắng đọng vào hồ
chứa trong thời gian T (năm):
+ Dung tích bùn cát lắng đọng xác định theo cơng thức :
Trong đó :
k = 0,2÷0,8: Hệ số lắng đọng. Lấy :
ρ: Hàm lượng bùn cát ,
W0: Tổng lượng nước đến một năm,
Số giây trong một năm,
Q0: lưu lượng trung bình nhiều năm,

k = 0,3
ρ = 125 g/m3

γ = 1,364 T/m3

γ : Khối lượng riêng bùn cát ,
T: lấy bằng thời gian chu kì nạo vét lịng hồ,

T = 100 năm

Tra đường qua hệ W~Z của lịng hồ ta tìm được cao trình bùn cát lắng đọng trong
100 năm:
d2 : chiều cao an tồn đảm bảo bùn cát khơng chui vào đường ống
d2 = ( 0,5÷1 )m . Chọn d2 = 0,5 m.
d1 : chiều cao an tồn đảm bảo khơng có khơng khí lọt vào đường ống
d1 = ( 0,5÷1 )m . Chọn d1 = 0,5 m.
D: đường kính cửa lấy nước (giả thiết tiết diện tròn)
là lưu lượng lớn nhất chảy qua CLN, tùy theo phương thức cấp nước (độc lập,
phân nhóm, liên hợp)
- Phương thức cấp nước liên hợp:

Z: Số cửa lấy nước ( Z = 2÷6 ) . Chọn Z = 6
V
(: lưu lượng trung bình nhiều năm)
, chọn
- Thay số vào, ta được:
Chọn D = 9,6 m
⇒
- Xác định mực nước chết giới hạn:
[MNC] = Max (MNCtb;MNCbc) = Max (493,81;491,38) = 493,81 (m)
GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

6

SVTH: Vũ Huy Tâm


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN
1.4. Xác định hệ số điều tiết β
* Hệ số diều tiết
Tra đường quan hệ (Z~V) của lòng hồ:
- Từ mực nước chết giới hạn [MNC] = 493,81 (m) ta có dung tích chết giới hạn:
[Vc] = 185,62106 (m3)
- Từ MNDBT = 508 (m) ta có dung tích tồn bộ lịng hồ
Vtp = 573,15106 (m3)
- Dung tích hữu ích giới hạn
[Vhi] = Vtp – [Vc] = 573,15x106 – 185,62x106 = 387,53106 (m3)
W0 : tổng lượng nước đến trung bình nhiều năm
(đã tính tốn ở mục 1.3.1)
* Nếu

+ : hồ điều tiết nhiều năm
+ 0,3: hồ điều tiết năm
+ : hồ điều tiết ngày đêm
⇒ Hồ chứa điều tiết năm.
1.5. Xác định cột nước công tác có lợi nhất :
Xác định cột nước cơng tác có lợi nhất
Cách tính:
– Cột (1): Giả thiết trong khoảng:
– Cột (2): MNC = MNDBT – hct.
– Cột (3): Vc là dung tích ứng với MNC, tra quan hệ Z ∼ V của hồ ứng với MNC:
.
– Cột (4): Dung tích hữu ích V hi = VMNDBT – Vc ; VMNDBT là dung tích ứng với
MNDBT, tra quan hệ (Z ∼ V) của hồ ứng với MNDBT.
– Cột (5): Vtb dung tích hồ trung bình mùa kiệt, Vtb =
– Cột (6): với
– Cột (7): ( Do chỉ cần xét mối quan hệ giữa h ct và Emk nên có thể bỏ qua tổn thất
lưu lượng do thấm và bốc hơi.)
– Cột (8): Ztl (m): mực nước thượng lưu trung bình mùa kiệt, Ztl tra tương ứng với
V từ quan hệ Z ∼ V của hồ chứa.
– Cột (9): Zhl (m): mực nước hạ lưu trung bình mùa kiệt, Z hl tra tương ứng với V
từ quan hệ Z ∼ V của hồ chứa.
– Cột (10): cột nước (m)
GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

7

SVTH: Vũ Huy Tâm

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN
– Cột (11): (k = 8,5: hệ số lợi dụng nước)
- Cột (12): Emk =
∆h = 730 giờ.
Bảng 1-4. Tính tốn hct
Hct

MNC

VC

Vhi (10^6)

Vtb

Ztl

Qđt

H (m)

Nmk
(KW)

Emk (MW)

0
1
2
3

4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
14,19

508
507
506
505
504
503
502
501
500
499
498
497
496
495
494
493,81

573,15
536,05
501,87
468,35
436,54
406,17
376,63
349,33
322,03
297,84
273,66
251,49
230,08
209,78
190,81
187,21

0,00
37,10
71,28
104,80
136,61
166,98
196,52
223,82
251,12
275,31
299,49
321,66
343,07

363,37
382,34
385,94

573,15
554,60
537,51
520,75
504,85
489,66
474,89
461,24
447,59
435,50
423,40
412,32
401,61
391,46
381,98
380,18

508,00
507,50
507,04
506,56
506,09
505,64
505,20
504,79
504,36

503,97
503,57
503,20
502,85
502,52
502,20
502,13

98,10
100,12
101,97
103,79
105,52
107,17
108,77
110,26
111,74
113,05
114,37
115,57
116,74
117,84
118,87
119,06

42,56
42,04
41,56
41,07
40,57

40,10
39,64
39,22
38,78
38,37
37,95
37,58
37,21
36,86
36,53
36,46

35491,83
35778,78
36025,23
36230,52
36390,96
36530,65
36653,81
36756,55
36832,38
36868,85
36896,12
36913,01
36921,97
36923,80
36911,78
36903,59

181,36

182,83
184,09
185,14
185,96
186,67
187,30
187,83
188,21
188,40
188,54
188,63
188,67
188,68
188,62
188,58

Hình 1-3. Biểu đồ quan hệ hct ~ Emk
Từ biểu đồ hct ~ Emk ta thấy ta thấy đường quan hệ tăng dần rồi giảm xuống giảm
là do cột nước của TTĐ nhỏ nên khi Q tăng thì H phát điện nhỏ. Trong trường hợp này ta
lấy theo hct giới hạn tối đa theo 2 điều kiện, coi như tăng dung tích Vhi sẽ làm tăng lưu
lượng Q phục vụ các nhu cầu nước hạ du cho các ngành khác (sử dụng tổng hợp) → Ta
chọn hct = 13m, tương ứng với Ec = 188,68 (106 KW).
→ MNC = 495 (m) vừa thỏa mãn điều kiện thiết kế, khả năng bồi lắng và điều
kiện ràng buộc của Tuabin.
+) Xác định các thơng số khác của hồ:
- Ta có: MNC = MNDBT– hct0= 508– 103= 495 m.
Tra quan hệ Z ~ V ta được: MNDBT = 508 m  VMNDBT = 573,15x106 m3
MNC = 495 m  VMNC = 209,78x106 m3
- Dung tích hữu ích của hồ chứa (Vhi). Từ VMNDBT = VMNC + Vhi
⇒ Vhi = VMNDBT – VMNC = 573,15x106 – 209,78x106 = 363,37x106 (m3)

GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

8

SVTH: Vũ Huy Tâm


ĐỒ ÁN MƠN HỌC THUỶ ĐIỆN
2. Xác định các thơng số năng lượng:
2.1. Xác định công suất bảo đảm của nhà máy:
Cơng suất đảm bảo là cơng suất bình qn thời đoạn tính tốn theo khả năng của
dịng nước ứng với tầng suất thiết kế. Công suất bảo đảm quyết định khả năng tham gia
cân bằng công suất của Trạm Thủy Điện. Việc xác định công suất bảo đảm N bđ dưạ trên
biểu đồ phụ tải. Nhưng ở đây ta khơng có biểu đồ phụ tải, vì vậy ta chọn cơng suất bảo
đảm Nbđ chính bằng cơng suất lớn nhất mà khả năng dịng chảy có thể cung cấp được:
Nbđ = Nc = 30.060,05 (kW)
2.2. Xác định công suất lắp máy:
Công suất lắp máy của trạm thủy điện dựa vào nhiều yếu tố: biểu đồ phụ tải, các
tiêu chí về lợi dụng tổng hợp nguồn nước, các chỉ tiêu kinh tế: NPV, IRR… Từ đó để
chọn ra phương án tối ưu. Nhưng ở đây khơng có biểu đồ phụ tải, khơng có u cầu về
lợi dụng tổng hợp nguồn nước nên ta có thể chọn

Ta chọn 3 phương án Nlm = 100 (MW); Nlm = 150 (MW); Nlm = 200 (MW).
Ứng với mỗi phương án N lm tiến hành tính toán điều tiết thủy năng để xác định
điện lượng năm bình quân nhiều năm Enn và số giờ lợi dụng cơng suất lắp máy. Sau đó có
thể căn cứ vào độ tăng tương đối của E nn giữa các phương án và số giờ lợi dụng công suất
lắp máy để chọn Nlm.
Trong phạm vi thời gian cho phép làm đồ án, sơ bộ chọn công suất lắp máy theo

độ tăng điện năng và số giờ lợi dụng công suất lắp máy. Theo kinh nghiệm thiết kế và vận
hành của các TTĐ trong hệ thống thì số giờ lợi dụng cơng suất lắp máy của TTĐ điều tiết
năm thường nằm trong khoảng từ 3500 - 4500 giờ và sơ bộ Nlm.
Ứng với mỗi phương án đó, tiến hành tính tốn thủy năng, so sánh lựa chọn
phương án Nlm phù hợp.
2.3. Xác định điện lượng bình quân nhiều năm E0:
- Điện lượng bình qn nhiều năm E0 nói lên khả năng phát điện của trạm thủy
điện và cũng dùng để tính tốn thiết kế.
- Để tính E0 ta cần lập bảng tính tốn thủy năng cho các năm thủy văn điển hình P
%
- Tính tốn điều tiết ta tính cho 3 năm điển hình tương ứng với tần suất 10% ,
50%, 90%.
2.3.1. Tính tốn điều tiết thủy năng:
- Tính tốn điều tiết ta tính cho 3 năm điển hình tương ứng với tần suất 10% ,
50%, 90%.
- Các thông số cơ bản của trạm thuỷ điện:

GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

9

SVTH: Vũ Huy Tâm


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN
MNDBT = 508 (m)

MNC = 495 (m)

Vtp = 573,15106 (m3)
k = 8,5
- Thời đoạn tính toán
- Giả thiết lưu lượng thủy điện (do điều tiết)
- Các bước tính tốn như sau:
Cột (1) Thứ tự các tháng theo năm thủy văn
Cột (2) Qtn : Lưu lượng tự nhiên đến trong các tháng
Cột (3) Qđt (m3/s): Lưu lượng điều tiết trung bình tháng, phải tính thử dần:
- Mùa lũ: với số tháng mùa lũ m
Giả thiết m ∗ =m
m∗

∑ Qtn
ml
tđ

i =1

Vhi
- m ∗ .∆ t

Q = m
ml
ml
ml
So sánh Qtđ với tất cả Qtni nếu tất cả Qtni> Qtđ thì cột 3= Qtđ
ml
ml
có bất kì Qtni < Qtđ thì cột 3 = Qtni và tính lại Qtđ với m ∗ là tổng số tháng
∗

ml

có Qtni> Qtđ
- Mùa kiệt: với số tháng mùa kiệt n
∗
Giả thiết n =n
n∗

∑ Qtn

Vhi
n
Qtđmk = n ∗ + n ∗ .∆ t
mk
mk
mk
So sánh Qtđ với Qtni nếu tất cả Qtni đều< Qtđ thì cột 3 = Qtđ
mk
mk
∗
Có bất kì Qtni> Qtđ thì cột 3= Qtni cà tính lại Qtđ với n là tổng số tháng kiệt có
mk

Qtni< Qtđ
Cột (4), (5) Tương ứng với
(Nếu ∆Q > 0 ghi vào cột 4, ∆Q < 0 ghi vào cột 5)
Cột (6), (7) Tương ứng với
.
(với ∆t thời đoạn một tháng tính bằng s, )

Cột (8) (106 m3): Dung tích hồ đầu thời đoạn, tháng đầu mùa lũ Vđầu = Vcuối

GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

10

SVTH: Vũ Huy Tâm


ĐỒ ÁN MÔN HỌC THUỶ ĐIỆN
Cột (9) (106 m3): Dung tích hồ cuối thời đoạn tính tốn,
Vcuối = Vđầu + ∆V
Cột (10) (106 m3): Dung tích bình qn thượng lưu:
Cột (11) Ztl (m): Mực nước thượng lưu trung bình, tra biểu đồ quan hệ Z ~ V,
Cột (12) (km2): Dung tích trung bình thời đoạn của hồ chứa, tra quan hệ F ∼ V,
Cột (13) Hbh (m): Lượng bốc hơi trung bình các tháng
Cột (14) Qbh (m3/s): Lưu lượng bốc hơi trung bình thời đoạn (m3/s),
(với ∆t thời đoạn một tháng tính bằng s, )
3

Cột (15) Qthấm (m /s): Lưu lượng thấm trung bình thời đoạn
(với ∆t thời đoạn một tháng tính bằng s, )
(với chọn )
Cột (16) QTĐ (m /s): Lưu lượng phát điện: QTĐ = Qđt – Qth – Qbh
Cột (17) Zhl (m): Mực nước hạ lưu trung bình, tra từ quan hệ Q ~ Z,
3

Cột (18) : hw (m): Cột nước tổn thất tra theo quan hệ hw ~ QTĐ
Cột (19) Htb (m): Cột nước phát điện trung bình:

Cột (20) N (kW): Cơng suất trung bình, N = K.QTĐ.Htb
Cột (21) E (kW.h): Điện lượng thời đoạn:
Cột (22) = Cột (18) Cột (19) (N < Nlm)

GVHD: TS. Lê Ngọc Sơn
TS. Hồ Sỹ Mão

11

SVTH: Vũ Huy Tâm


Bảng 2-5. Tính tốn thủy năng cho năm thiết kế (P = 10%)

Tính tốn thủy năng cho năm thiết kế (P=10%)
MNDBT

508

MNC

495

α

1,00%

Vhi

363,3

7

Vmnc

209,7
8

K

8,5

Tháng

Qtn

Qđt

ΔQ

ΔW

(+)

(-)

(+)

(-)

Vmndbt

573,1
5

n

3

Qđtml

611,4
5

Δt

2,63

m

4

Qđtmk

164,0
9

Δh

730

Vđ

Vc

Vt

Ztl

Ft

Hbh

Qbh

Qth

Qfd

Zhl

hw

H

N

E*

N.H

m3/s

m3/s

m3/s

m3/s

triệu
m3

triệu
m3

triệu
m3

triệu
m3

triệu
m3

m

km2

m

m3/s

m3/
s

m3/s

m

m

m

kW

kWh

kWm

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

VII

392,2
6

392,2
6

0,0

0,0

209,78

209,78

209,8

495,2
8

18,2
7

0,013
6

0,09

5

0,80

391,3
7

467,9
1

1,4
3

25,9
4

86.308,51

63.005.215,59

2.239.254,68

VIII

353,6
5

353,6
5

0,0

0,0

209,78

209,78

209,8

495,2
8

18,2
7

0,013
0

0,09
0

0,80

352,7
6

467,6
0

1,3
3

26,3
5

79.013,24

57.679.662,18

2.082.086,40

IX

640,8
6

611,4
5

29,4

77,3

209,78

287,12

248,5

497,6
3

20,6
6

0,010
9

0,08
6

0,94

610,4
2

468,8
6

1,6
6

27,1
1

140.667,79

102.687.489,96

3.813.645,29

X

635,0
3

611,4
5

23,6

62,0

287,12

349,13

318,1

500,7
1

23,4
3

0,011
6

0,10

3

1,21

610,1
4

468,8
6

1,6
6

30,1
9

156.595,36

114.314.612,72

4.728.349,76

XI

696,6
3

611,4
5

85,2

224,0

349,13

573,15

461,1

505,1
0

29,9
4

0,013
0

0,14
8

1,75

609,5
5

468,8
6

1,6
5

34,5
8

179.159,40

130.786.358,53

6.195.126,63

XII

221,4
5

221,4
5

0,0

0,00

573,15

573,15

573,2

509,2
0

35,2
3

0,011
8

0,15
8

2,18

219,1
2

466,5
3

0,9
1

41,7
6

77.772,44

56.773.882,37

3.247.583,29

I

186,2
3

186,2
3

0,0

0,00

573,15

573,15

573,2

509,2
0

35,2
3

0,012
9

0,17

2

2,18

183,8
8

466,2
6

0,7
7

42,1
7

65.908,42

48.113.148,55

2.779.280,32

II

132,8
8

164,0
9

31,2

82,09

573,15

491,06

532,1

507,6
9

33,2
9

0,014
5

0,18
4

2,02

161,8
9

466,1
4

0,6
5

40,9
1

56.290,90

41.092.358,23

2.302.752,11

III

117,2
6

164,0
9

46,8

123,1
7

491,06

367,89

429,5

504,4
4

28,7
1

0,017
9

0,19
6

1,63

162,2
6

466,1
4

0,6
5

37,6
5

51.928,92

37.908.111,70

1.955.129,91

IV

119,9
0

164,0
9

44,2

116,2
3

367,89

251,66

309,8

500,2
7

23,0
0

0,024
3

0,21
3

1,18

162,7
0

466,1
5

0,6
5

33,4
7

46.292,25

33.793.342,13

1.549.538,36

V

148,1
7

164,0

9

15,9

41,88

251,66

209,78

230,7

496,5
5

19,5
6

0,022
9

0,17
0

0,88

163,0
5

466,1

5

0,6
5

29,7
5

41.226,34

30.095.227,40

1.226.367,69

VI

313,7
5

313,7
5

0,0

0,00

209,78

209,78

209,8

495,2
8

18,2
7

0,020
7

0,14
4

0,80

312,8
1

467,2
8

1,2
4

26,7
6

71.143,45

51.934.718,64

1.903.566,02

1.052.307,02

768.184.128,00

34.022.680,44

TỔNG

138,1
6

138,1
6

363,3
7

363,3
7

TỔNG


Bảng 2-6. Tính tốn thủy năng cho năm thiết kế (P = 50%)
Tính tốn thủy năng cho năm thiết kế (P=50%)
MNDBT

508

MNC

495

α

1,00%

Vhi

363,3
7

Vmnc

209,7
8

K

8,5

Tháng

Qtn

Qđt

ΔQ

ΔW

(+)

(-)

(+)

(-)

Vmndbt

573,1
5

n

2

Qđtml

552,0
3

Δt

2,63

m

5

Qđtmk

97,99

Δh

730

Vđ

Vc

Vt

Ztl

Ft

Hbh

Qbh

Qth

Qfd

Zhl

hw

H

N

E*

N.H

m3/s

m3/s

m3/s

m3/s

triệu
m3

triệu
m3

triệu
m3

triệu
m3

triệu
m3

m

km2

m

m3/
s

m3/
s

m3/s

m

m

m

kW

kWh

kWm

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

VII

417,3
4

417,3
4

0,0

0,0

209,78

209,8

209,8

495,2
8

18,2
7

0,013
6

0,09

0,80

416,4
5

468,1
0

1,4
7

25,7
1

90.998,15

66.428.647,39

2.339.299,40

VIII

523,3
8

523,3
8

0,0

0,0

209,8

209,8

209,8

495,2
8

18,2
7

0,013

0

0,09

0,80

522,4
9

468,7
6

1,5
7

24,9
5

110.790,91

80.877.361,83

2.763.818,43

IX

455,8
4

455,8

4

0,0

0,0

209,8

209,8

209,8

495,2
8

18,2
7

0,010
9

0,08

0,80

454,9
7

468,4
1

1,5
0

25,3
7

98.098,40

71.611.831,10

2.488.429,25

X

552,6
4

552,0
3

0,6

1,6

209,8

211,4

210,6

495,3
3

18,3
2

0,011
6

0,08

0,80

551,1
5

468,7
9

1,6
0

24,9
3

116.803,49

85.266.549,63

2.912.200,36

XI

689,5
9

552,0
3

137,6

361,8

211,4

573,2

392,3

502,9
0

26,8
6

0,013
0

0,13

1,49

550,4
1

468,7
9

1,6
0

32,5
1

152.102,43

111.034.773,98

4.945.015,91

XII

254,4
3

254,4
3

0,0

0,0

573,2

573,2

573,2

508,1
3

33,8
5

0,011
8

0,15

2,18

252,1
0

466,8
0

1,0
1

40,3
2

86.399,05

63.071.303,10

3.483.593,21

I

94,27

97,99

3,7

9,8

573,2

563,4

568,3

507,9
8

33,6

5

0,012
9

0,16

2,16

95,66

465,4
1

0,3
8

42,1
9

34.302,38

25.040.735,96

1.447.051,42

II

67,76

97,99

30,2

79,5

563,4

483,9

523,6

506,8
7

31,6
6

0,014
5

0,17

1,99

95,82

465,4
1

0,3
8

41,0
7

33.450,92

24.419.174,88

1.373.813,12

III

61,93

97,99

36,1

94,8

483,9

389,0

436,5

504,1
9

28,7
7

0,017
9

0,20

1,66

96,13

465,4
2

0,3
8

38,3
9

31.369,10

22.899.445,97

1.204.238,96

IV

62,59

97,99

35,4

93,1

389,0

295,9

342,5

500,8
5

24,3
9

0,024
3

0,23

1,30

96,46

465,4

2

0,3
9

35,0
4

28.729,63

20.972.631,14

1.006.674,62

V

65,23

97,99

32,8

86,2

295,9

209,8

252,9

497,0
6

19,9
7

0,022
9

0,17

0,96

96,85

465,4
2

0,3
9

31,2
5

25.728,75

18.781.986,53

804.086,72

VI

191,5
1

191,5
1

0,0

0,0

209,8

209,8

209,8

495,0
0

17,9
0

0,020
7

0,14

0,80

190,5
7

466,3
1

0,8
0

27,8
9

45.174,24

32.977.192,44

1.259.808,45

853.947,44

623.381.633,94

26.028.029,83

TỔNG

138,1
6

138,1
6

363,3
7

363,37

TỔNG


Bảng 2-7. Tính tốn thủy năng cho năm thiết kế (P = 90%)

Tính tốn thủy năng cho năm thiết kế (P=90%)
MNDBT

508

MNC

495

α

1,00%

Vhi

363,37

Vmnc

209,78

K

8,5

Tháng

Qtn

Qđt

ΔQ

ΔV

(+)

(-)

(+)

(-)

Vmndbt

573,15

m

2

Qđtml

477,29

Δt

2,63

n

5

Qđtmk

106,17

Δh

730

Vđ

Vc

Vt

Ztl

Ft

Hbh

Qbh

Qth

Qtđ

Zhl

hw

H

N

E*

N.H

m3/s

m3/s

m3/s

m3/s

triệu
m3

triệu
m3

triệu m3

triệu m3

triệu m3

m

km2

m

m3/
s

m3/
s

m3/s

m

m

m

kW

kWh

kWm

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

VII

282,81

282,8
1

0

0

209,78

209,78

209,78

495,28

18,2
7

0,013
6

0,09

0,80

281,9
2

467,04

1,1
3

27,
1

64.957,56

47.419.017,86

1.760.833,43

VIII

513,04

477,2
9

36

94

209,78

303,81

256,79

498,14

21,1

8

0,013
0

0,10

0,98

476,2
1

468,71

1,5
3

27,
9

112.950,88

82.454.143,26

3.151.840,52

IX

579,70

477,2
9

102,4

269,34

303,81

573,15

438,5

504,81

29,1
5

0,010
9

0,12

1,67

475,5
0

468,70

1,5
3

34,
6

139.782,60

102.041.300,32

4.834.332,43

X

358,60

358,6
0

0,0

0,00

573,15

573,15

573,15

509,20

35,2
3

0,011
6

0,15

2,18

356,2
7

467,63

1,3
4

40,
2

121.838,51

88.942.114,49

4.902.028,80

XI

235,51

235,5
1

0,0

0,00

573,15

573,15

573,2

509,20

35,2
3

0,013
0

0,17

2,18

233,1
6

466,65

0,9
5

41,
6

82.449,71

60.188.288,35

3.430.134,44

XII

185,57

185,5
7

0

0

573,15

573,15

573,15

509,20

35,2
3

0,011
8

0,16

2,18

183,2
3

466,25

0,7
7

42,
2

65.689,64

47.953.440,17

2.770.582,20

I

108,46

108,4
6

0

0

573,15

573,15

573,15

509,20

35,2
3

0,012
9

0,17

2,18

106,1

1

465,52

0,4
2

43,
3

39.009,28

28.476.777,29

1.687.203,77

II

88,66

106,1
7

17,5

46,1

573,15

527,09

550,1

508,35

34,1
4

0,014
5

0,19

2,09

103,8
9

465,49

0,4
2

42,
4

37.483,95

27.363.283,41

1.591.063,74

III

74,80

106,1
7

31,4

82,5

527,09

444,58

485,84

506,00

31,1
0

0,017
9

0,21

1,85

104,1
1

465,49

0,4
2

40,
1

35.477,26

25.898.396,27

1.422.245,79

IV

73,70

106,1
7

32,5

85,4

444,58

359,18

401,9

503,30

27,3
4

0,024
3

0,25

1,53

104,3
9

465,50

0,4
2

37,
4

33.174,42

24.217.324,23

1.240.282,41

V

72,82

106,1
7

33,4

87,7

359,18

271,46

315,3

499,98

22,9
2

0,022
9

0,20

1,20

104,7
7

465,50

0,4
2

34,
1

30.334,46

22.144.157,79

1.033.233,94

VI

82,72

106,1
7

23,5

61,7

271,46

209,78

240,62

497,15

20,1
8

0,020
7

0,16

0,91

105,1
0

465,50

0,4
2

31,
2

27.897,78

20.365.381,49

871.206,82

791.046,06

577.463.624,93

28.694.988,29

TỔNG

138,1
6

138,16 363,37

363,3
7

TỔNG

2.3.2. Tính tốn xác định điện lượng bình quân nhiều năm (Enn) của TTĐ

- Theo tài liệu mà đề bài đã cho, có thể xác định điện lượng bình quân nhiều năm bằng điện lượng bình qn của ba năm điển hình, cơng thức như sau:


2.3.3. Xác định số giờ lợi dụng công suất lắp máy

- Số giờ lợi dụng công suất lắp máy đước xác định theo công thức sau:

Phương án
Nlm
hNlm

PA1
200
3281,72

PA2
150
4375,6

PA3
100
6563

- Ta thấy PA2 cho số giờ lợi dụng công suất là tối ưu nhất
=> Kết luận: Chọn công suất lắp máy Nlm = 150MW
3. Xác định các cột nước đặc trưng
3.1. Xác định cột nước Hmax
- Cột nước lớn nhất của TTĐ trong điều kiện làm việc bình thường:
Hmax = Ztlmax – Zhlmin – hw = MNDBT – Zhlmin – hw
= 508 – 465,41 - 0,38 = 42,21 .
Trong đó:
+
Zhlmin
và

hw
phụ
thuộc
vào
lưu
lượng
phát
điện
nhỏ
nhất
thủy điện.
+ Khi khơng có u cầu lợi dụng tổng hợp phía hạ lưu, Qtđmin được xác định từ Nmin.
Ta có thể xác định Hmax dựa vào bảng tính xây dựng đường đặc tính cột nước khi N=Nmin. Hct ứng với Ztl = MNDBT chính là giá trị Hmax cần tìm.
3.2. Xác định cột nước bình qn Hbq
Hbq
là
cột
nước
bình
qn
gia
quyền
của
trạm
thủy
điện,
được
thức sau:

Q tđmin

qua

nhà

máy

xác

định

theo

cơng

Trong đó:
: là cơng suất bình quân của trạm thủy điện ở thời đoạn thứ t.
: là cột nước phát điện trung bình của trạm thủy điện ở thời đoạn thứ t.
3.3. Xác định cột nước tính tốn Htt
- Cột nước tính tốn là cột nước nhỏ nhất của TTĐ mà tại đó TTĐ cịn phát được công suất lắp máy Nlm.
- Thường lấy Htt = (0,9 ÷ 0,95) = (29,61 ÷ 31,26) . Chọn Htt = 30
3.4. Xác định cột nước Hmin
- Cột nước nhỏ nhất là cột nước mà tại đó mực nước ở trong hồ ứng với mực nước chết MNC = 551,2 (m), đồng thời mực nước ở hạ lưu ứng với mực nước có lưu lượng phát điện lớn nhất.
Vậy ta có:
Hmin = ZTLmin – ZHLmax – hw = MNC – ZHLmax – hw
- Trong đó:
Zhlmax, hw được xác định phụ thuộc vào lưu lượng lớn nhất về hạ lưu khi mực nước thượng lưu ở MNC (). Cách xác định được thực hiện tương tự như Bảng 3-1 , tại vị trí ZTL = MNC tương ứng ở cột
Hct chính là Hmin cần tìm.

+ Cột 1: Số thứ tự
+ Cột 2: Các giá trị Hct giả thiết, chỉ cần lấy các giá trị giả thiết Hct < Htt
+ Cột 3: Để xác định QPĐmax trước hết ta tiến hành lập quan hệ (H ct ~ QPĐ) bằng cách giả thiết một số các giá trị H ct giảm dần từ Htt (Hct max = Htt = 30 m). Các giá trị QPĐ ứng với Hct giả thiết tính theo
cơng thức

+ Cột 4: Là các giá trị Zhl tương ứng với giá trị QPĐ ở cột 3, được xác định từ tra quan hệ (Q ~ ZHL) sẽ có được các giá trị mực nước hạ lưu ZHL.
+ Cột 5: các giá trị Ztl tương ứng với QPĐ theo công thức ZTL = ZHL + Hct.
- Trong chuỗi các giá trị ZTL ta sẽ tìm được giá trị ZTL = MNC = 495 (m). Khi đó ở hạ lưu sẽ xuất hiện giá trị mực nước (ứng với lưu lượng phát điện lớn nhất) là Z Hlmax
Bảng 3-8. Tính tốn xác định Hmin tối ưu
TT

Hx (m)

1

30

2

29

3

28

4

26,21

Qx

(m3/s)
588,2
4
578,3
5
568,2
9
549,8
3

ZHL (m)

ZTL (m)

468,834

498,83

468,822

497,82

468,810

496,81

468,792

495,00

Từ Bảng 3-1 ta có ZTL = MNC = 495 (m) ứng với QPĐ = 549,83 (m3/s) và Hmin = 26,21 (m).
4. Tổng hợp các thông số tính tốn thủy năng
Như vậy sau khi tính tốn phần Thủy năng ta xác định được các thông số sau:
Mực nước dâng bình thường
:
MNDBT =
508
(m)
Mực nước chết
:
MNC
=
495
(m)
Độ sâu cơng tác
:
hct
=
13
(m)
Dung tích hữu ích của hồ
:
Vhi
=
209,78
(106 m3)
Cơng suất bảo đảm P = 90%
:
Nbđ
=

30.060,05
(kW)
Cơng suất lắp máy
:
Nlm
=
150
(MW)
Điện lượng bình qn nhiều năm :
Enn
=
(MW.h)
Số giờ lợi dụng cơng suất lắp máy:
hlm
=
4375,6
(h)
Cột nước bình qn
:
Hbq
=
32,9
(m)
Cột nước tính tốn
:
Htt
=
30
(m)
Cột nước lớn nhất

:
Hmax
=
42,21
(m)
Cột nước nhỏ nhất
:
Hmin
=
26,21
(m)


B. LỰA CHỌN THIẾT BỊ THỦY ĐIỆN
1. Chọn số tổ máy cho trạm thủy điện
1.1. Chọn số tổ máy (Z)
Các yếu tố ảnh hưởng đến số tổ máy của TTĐ:
1.2. Về mặt kỹ thuật.
Trong quá trình làm việc của TTĐ các tổ máy có thể bị sự cố. Để đảm bảo an tồn cung cấp điện thì hệ thống phải có một phần cơng suất dự trữ sự cố. Do đó, ta phải chọn số tổ máy tối thiểu của TTĐ
sao cho công suất của một tổ máy (Ntm) phải nhỏ hơn hoặc bằng công suất dự trữ sự cố của hệ thống.
1.3. Về mặt năng lượng
Số tổ máy càng nhiều về cơ bản có lợi hơn về hiệu suất bình qn của TTĐ, phạm vi điều chỉnh cơng suất rộng hơn.
1.4. Về mặt quản lý vận hành
Khi số tổ máy tăng lên thì việc vận hành sẽ trở nên phức tạp hơn.
1.5. Vốn đầu tư vào thiết bị và xây dựng cơng trình
Nếu chọn số tổ máy lớn thì vốn đầu tư vào thiết bị và cơng trình sẽ tăng:
- Tuabin và máy phát có cơng suất nhỏ thì giá thành đơn vị của nó lớn hơn.
- Các thiết bị phụ kèm theo (điều tốc, đường ống áp lực, cửa van,…) và các thiết bị cơ điện nhiều lên => vốn đầu tư tăng lên.
- Do Z lớn nên yêu cầu kích thước nhà máy cũng tăng lên.
- Khối lượng công tác lắp ráp và đại tu sữa chữa tăng lên.

1.6. Về vận chuyển lắp ráp
- Nếu chọn Z nhỏ thì kích thước và trọng lượng của tua bin và máy phát lớn, thêm vào đó đối với tua bin tâm trục bánh xe công tác thường vận chuyển liền khối, cho nên việc vận chuyển đến công
trường găp rất nhiều khó khăn. Hơn nữa các TTĐ thường nằm vùng sâu, vùng xa điều kiện giao thơng rất khó khăn. Nen việc chọn thiết bị phải phù hợp với tình hình thực tế: phương tiện giao thơng, đường
xá, cầu cống,…
- Với tình hình thực tế nước ta thường chưa có đủ điều kiện sản xuất thiết bị trong nước mà phải nhập thiết bị từ nước ngoài vậy cố gắng chọn Z sao cho các thiết bị đã có sẵn trong catalog, trong
trường hợp đặc biệt không chọn được thì ta phải thiết kế và đặt chế tạo riêng, như vậy sẽ rất tốn kém và làm tăng thêm vốn đầu tư cho cơng trình.
Với những kết quả thu được từ phần tính thủy năng, sơ bộ tiến hành chọn thiết bị. Kết quả cho thấy rằng, Với N lm = 150 MW thì với số tổ máy Z = 3 là phù hợp.
2. Lựa chọn loại tuabin
* Công suất định mức cho 1 tổ máy là:
* Công suất định mức cho 1 tuabin


Trong đó:
+ ηmf - là hiệu suất của máy phát, với máy phát lớn sơ bộ chọn ηmf = 0,95
+ Nlm - công suất lắp máy của TTĐ, Nlm = 150 MW.
+ Z - số tổ máy của TTĐ, Z = 3
Cở sở chọn loại tuabin là tuỳ thuộc vào dạng năng lượng mà Tuabin biến đổi thành cơ năng. Khi trạm thuỷ điện sử dụng năng lượng chủ yếu là thế năng để biến đổi thành cơ năng thì nên chọn tuabin
phản kích. Khi trạm thuỷ điện sử dụng năng lượng chủ yếu là động năng của dòng chảy để biến đổi thành cơ năng thì nên chọn Tuabin xung kích.
Dựa vào số liệu tính tốn thuỷ năng ở trên ta thấy chênh lệch cột nước thượng hạ lưu là H min ÷ Hmax = (26,21÷42,21) m và cơng suất tuabin Ntb = 52,63 MW do đó ta chọn loại tuabin phản kích: tuabin
cánh quay trục đứng.
Căn cứ vào phụ lục 2.1.2 giáo trình tuabin thuỷ lực được các thông số sau:
- Kiểu bánh xe công tác: CQ40/587a-46
- Cột nước làm việc: (Hmin ÷ Hmax)=(20÷ 40) m
- Hệ số tỷ tốc: ns = 510 v/ph
- Số cánh bánh xe công tác: Z1 = 8
- Tỷ số bầu: db = db/D1 = 0,45/0,5
b
b0 = 0
D1 = 0,35
- Tỷ số chiều cao:

- Số vòng quay quy dẫn lợi nhất: n’Iln = 108 (v/ph)
- Số vịng quay quy dẫn tính tốn: n’Itt = 120 (v/ph)
- Lưu lượng quy dẫn lợi nhất: Q’I = 820 (l/s)
- Lưu lượng quy dẫn max: Q’Imax = 1500 (l/s)
- Lưu lượng quy dẫn min (điều kiện không xảy ra khí thực):Q’Imin = 1260 (l/s)
- Hệ số khí thực (khi Q’Imax): σ = 0,57
- Hệ số khí thực (khi Q’Imin) : σ = 0,4
- Số vòng quay lồng n’I1 khi mất liên hệ liên hợp: n’I1 = 290
- Số vịng quay lồng n’I1 khi có liên hệ liên hợp: n’I1 = 230
- Hệ số lực nước dọc trục kz: 0,706T/m3


ϕ = −10°

n'I (vg/ph)

η = 76 %

78

190

80

ϕ = −5°
81
82
83
84

ϕ = 0°

ϕ = 5°

85

180

86
87

170
σ = 0.25

160

88

σ = 0.35

σ = 0.45

σ = 0.55

ϕ = 10°
σ = 0.65
σ = 0.70

89

150
140

η = 90%

130
σ = 0.15

σ = 0.20

120

a0=30mm

90.4
σ = 0.50

110
100
400

a0=14mm

500

600

700

a0=18mm

800

a0=22mm

σ = 0.30

ϕ = 15°

σ = 0.40 a =26mm
0

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Q'I (l/s)

Hình 4: Đường đạc tính tổng hợp chính của tuabin CQ40/587a-46
3. Xác định thông số cơ bản của tuabin
3.1. Đường kính tiêu chuẩn
Trong đó:
+ Ntb – cơng suất của tuabin (KW), Ntb = 52,63 MW = 52630 KW
+ Htt – cột nước tính tốn của TTĐ , Htt = 30 m
– hiệu suất của tuabin tra đường đặc tính = 0,89
- lưu lượng quy dẫn lấy ở điểm tính tốn , = 1,5x1100 =1650 (l/s)= 1,65 m3/s.
Tra bảng Phụ lục 2.2 giáo trình tuabin ta chọn D1= 5,0 m
3.2. Số vòng quay đồng bộ (nđb)
Số vòng quay đồng bộ của tuabin được xác định theo cônng thức sau:
Trong đó:
+ Hbq =32,9 m là cột nước bình qn.
+ D1 = 5,0 m là đường kính tiêu chuẩn của tuabin
'
'

+ nI là số vịng quay quy dẫn tính tốn của tuabin, trị số nI có thể lấy trên đường đặc tính tổng hợp chính đi qua điểm lớn hơn 10 ÷ 20 v/ph so với điểm có hiệu suất cao nhất đối với tuabin cánh quay .
'
'
'
'
'
'
'
Khi biến đổi nI từ mẫu sang thực thì thì số vịng quay quy dẫn của tuabin nI lớn hơn mẫu là ∆ nI với ∆ nI = nIT − nIM ; ở đây ∆ nI lấy trị số như nhau cho mỗi điểm trên ĐĐTTH theo công thức:


 η

'
∆nI' = nItu
. T max − 1÷
 η M max ÷



Trong đó:
+ ηMmax là hiệu số lớn nhất tuabin mẫu
+ ηTmax là hiệu số lớn nhất tuabin thực
+ Htt = 30 (m) < 150 (m) ta có cơng thức tính
Với DlM là đường kính tiêu chuẩn tuabin mẫu và DlM = 0,46 (m), D1T = D1= 5,0(m)
'
nIM
= nI' (ln) + (10 ÷ 20) (v/ph)

'

'
'
Và nI (tu ) = nI (ln) là số vịng quay quy dẫn có lợi nhất được tra ở bảng phụ lục 2.1 giáo trình tuabin thủy lực với kiểu tuabin CQ40/587a-46 ta được nI (ln) = 115 (v/ph)
'

⇒ nIM = 115 +10 = 125 (v/ph).
'
'
Từ nI (ln) =125 (v/ph) và QI = 820 (l/s) của tuabin CQ40/587a-46 tra trên đường ĐTTH giáo trình tuabin thủy lực ta được ηMmax =0,9.

Sau khi tính tốn số vịng quay (n) của tuabin ta tiến hành chọn số vòng quay đồng bộ (nđb) bằng cách tra phụ lục 2.3 giáo trình tuabin thủy lực, chọn n = 150 (v/ph).
3.3. Kiểm tra lại các thông số của tua bin
* Kiểm tra lại điểm tính tốn
+ Số vịng quay quy dẫn tại điểm tính tốn của tuabin thực:
+ Số vịng quay quy dẫn tại điểm tính tốn của tubin mẫu:
= x100 = -12,1%
∆Q < 0 tua bin đã chọn có điểm tính tốn nằm trong phạm vi làm việc của tua bin
Ta có:

Cặp giá trị này nằm gọn trong vùng có hiệu suất cao của đường ĐTTH. Vậy D 1 và n đã tính ở trên là hợp lý. D1 = 5,0 (m), n = 150 (v/ph)
3.4. Xác định chiều cao hút Hs
ĐN: Chiều cao hút Hs là khoảng cách thẳng đứng tính tư mặt nước hạ lưu đến điểm có áp lực nhỏ nhất. Chiều cao hút Hs được tính theo cơng thức:
Trong đó:
+ k: hệ số phụ thuộc vào loại tuabin, với tuabin cánh quay k=1,1-1,3; chọn k=1,2


+ ∇ = Zhlmin = 468,79 (m) là độ cao nhà máy so với mặt biển
+ Htt = 30 (m) là cột nước tính tốn của TTĐ
'
+ σM tra đường đặc tính theo Q IMtt ta được σM = 0,552

⇒ Chọn Hs = -10,39 (m)
3.5.

Xác định cao trình lắp máy
Cơng thức xác định cao trình lắp máy của tuabin hướng trục trục đứng là:
∇lm = Zhlmin + Hs + χ .D1
Trong đó:
+ Zhlmin = 468,79 (m)
+ Hs = -10,39 (m)
+ χ .D1 = (0, 41 ÷ 0, 45) D1 = 2,05
⇒ ∇ lm = 468,79 – 10,39 + 2,05 = 460,45 (m)

3.6.

Số vòng quay lồng của tuabin
Số vòng quay lồng là số vòng quay đột biến lớn nhất của TuaBin khi cắt phụ tải toàn bộ mà bộ phận hướng nước khơng thể đóng vì một lý do nào đó.
Tra bảng ứng với kiểu BXCT CQ40 ta được số vòng quay lồng quy dẫn khi mất liên hệ liên hợp : n′I1 = 290 (v/p)

⇒ số vòng quay lồng của tuabin là:
4. Chọn và tính tốn kích thước buồng xoắn
4.1. Xác định loại buồng xoắn
Với Hmax = 42,21 (m), NT = Ntb = 52,63 MW, căn cứ vào bảng 2.2 giáo trình tuabin thủy lực ta chọn buồng xoắn kim loại và ϕmax = 345°
4.2.

Tính tốn kích thước đường bao ngoài
Vận tốc nước tại cửa vào được xác định theo cơng thức sau:

vcv = k . H tt
Trong đó: k = 0,8 ÷ 1,1 chọn k = 1

⇒ (m/s)
Lưu lượng tính tốn của tuabin được tính theo cơng thức:

Qtt = D12.Q 'I . Htt
Trong đó:
+ D1 = 5,0 (m): đường kính bánh xe cơng tác.
+ Q’Itt = 1,45 (m3/s)
+ Htt = 30 (m)
Lưu lượng tại cửa vào:


Diện tích buồng xoắn tại mặt cắt cửa vào:
Bán kính ρ cửa vào:
Đường kính ngồi của buồng xoắn tại cửa vào:

rcv = ra + 2ρ cv = 3,5+2x3,32 = 10,14 (m)
Trong đó: ra = Da/2 = 8,45/2 = 4,225 (m). Da = 8,45 tra bảng Phụ lục 2.2
Xác định kích thước tại các tiết diện ứng với ϕi:

ρi =

ϕi
ϕ
+ 2.ra . i
c
c

ri = ra + 2ρ i
Giả thiết: ϕ i → ρ i → Ri

ST
T

ϕ
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
15
17
18
19
20
21

0
15
30
45

60
75
90
105
120
135
150
165
180
195
210
225
240
255
270
285

ϕ/C

2.ra.ϕ/
C

2.ra.ϕ/C^1/2

p

2p

r

R= a+2p

0,000

0,000

0,000

0,000

0,000

4,225

0,266

0,283

0,532

0,797

1,595

5,820

0,531

0,566

0,752

1,283

2,567

6,792

0,797

0,848

0,921

1,718

3,436

7,661

1,063

1,131

1,064

2,126

4,253

8,478

1,328

1,414

1,189

2,517

5,035

9,260

1,594

1,697

1,303

2,897

5,793

10,018

1,860

1,979

1,407

3,267

6,533

10,758

2,125

2,262

1,504

3,629

7,259

11,484

2,391

2,545

1,595

3,986

7,973

12,198

2,657

2,828

1,682

4,338

8,677

12,902

2,922

3,111

1,764

4,686

9,372

13,597

3,188

3,393

1,842

5,030

10,060

14,285

3,454

3,676

1,917

5,371

10,742

14,967

3,719

3,959

1,990

5,709

11,418

15,643

3,985

4,242

2,060

6,045

12,089

16,314

4,251

4,525

2,127

6,378

12,756

16,981

4,516

4,807

2,193

6,709

13,418

17,643

4,782

5,090

2,256

7,038

14,077

18,302

5,048

5,373

2,318

7,366

14,732

18,957


22
23
25
25

300
315
330
345

5,313

5,656

2,378

7,692

15,383

19,608

5,579

5,938

2,437

8,016

16,032

20,257

5,845

6,221

2,494

8,339

16,678

20,903

6,111

6,504

2,550

8,661

17,322

21,547

Bảng 9: Bảng tính buồng xoắn kim loại
Từ bảng này ta lập được quan hệ F = f(R). Vì tiết diện bình qn của buồng xoắn khơng đổi ( V bq = const) nên quan hệ F = F(R) là quan hệ đường thẳng.
Từ bảng tính tốn trên ta vẽ được hình bao buồng xoắn lim loại như sau :

Hình 5: Sơ họa hình dạng của buồng xoắn
4.3.

Lựa chọn thiết bị thoát nước (ống hút )
Tác dụng của ống hút là dẫn nước sau khi ra khỏi bánh xe công tác trở về hạ lưu.
Thu hồi một phần động năng sau khi ra khỏi bánh xe công tác.
Tra bảng phụ lục 2.7 được các kích thước ống hút cong dùng cho tuabin cánh quay CQ40.

Bảng 10: Các kích thước cơ bản ống hút cong dùng cho tuabin cánh quay, đơn vị m
STT

Tên loại

1

Kiểu bánh xe cơng tác

2

Kiểu ống hút

Kích thước đơn vị
CQ40
4A

Kích thước quy đổi


3

h/D1

1,915

9,575

4

D1

1

5,0

5

h

1,92

9,6

6

L

3,5

17,5

7

B5

2,2

11,0

8

D4

1,1

5,5

9

h4

1,1

5,5

10

h6

0,55

2,75

11

Lk

1,4100

7,05

12

h5

1

5,0

Bảng 11: Kích thước cơ bản của khuỷnh số 4, đơn vị m
Kiểu

D4

h4

B4

Lk

h6

a

R6

a1

R7

a2

R8

4A

1,1

1,1

2,2

1,417

0,55

0,305

0,94

1,205

0,66

0,087

0,637

D1 = 5

5,5

5,5

11

7,085

2,75

1,525

4,7

6,025

3,3

0,435

3,185

Khuỷu

5. Lựa chọn máy phát điện
5.1. Nguyên tắc lựa chọn
Máy phát là động cơ biến cơ năng của tuabin thành điện năng cung cấp cho hệ thống điện . Chọn MP phải đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật.
* Về kinh tế:
Các loại MP hiện nay nước ta chưa sản xuất được mà phải nhập từ nước ngồi, chủ yếu là Nga, do đó việc chọn MP phải phù hợp với cataloge của nơi sản xuất , phải đảm bảo đồng bộ , sản xuất hang
loạt, giá thành rẻ. Ưu tiên cho MP có trong cataloge, trường hợp không thể chọn được và phải thiết kế và đặt hàng theo nhà sản xuất.
* Về kỹ thuật:
- Loại MP được lựa chọn dựa vào công suất của tuabin, số vòng quay đồng bộ, phương thức lắp trục. Và phải thỏa mãn 2 điều kiện sau:
Nmf = [Nmf] ± 5%
nmf = [nmf] = 150 (v/ph)
Trong đó: Nmp, [Nmp]- tương ứng là công suất MP thiết kế và cơng suất MP tiêu chuẩn có trong bảng phụ lục 2.9/125.
- Công suất định mức máy phát điện được tính theo cơng thức :
Nmf = = = 50000 (kW)
Nmp – 5% [Nmp] Nmp + 5%
47500 (KW) [Nmp] 52500 (KW)
=> Tra bảng tra ta thấy, khơng có [Nmp] thỏa mãn nằm trong khoảng trên nên phải thiết kế máy phát.


5.2.

Trình tự thiết kế máy phát
* Điện áp máy phát

Trị số điện áp định mức tiêu chuẩn của máy phát quy định là: 3,15; 6,3; 10,5; 15,75 KV tùy thuộc vào dung lượng máy phát theo quan hệ:

Bảng 12: Quan hệ dung lượng và điện phát máy
Dung lượng
(MW)
Điện áp U
(KV)

20

75

175

600

6,3

10,5

13,8

15,75

Do Nmf = 50 MW nên lựa chọn điện áp đầu ra máy phát: U = 10,5 KV
* Các thành phần cơng suất
- Cơng suất tồn phần định mức của máy phát:
Smp = = = 62,5 MVA
Trong đó: cos =0,8 với Nmf <125 MVA
Bảng 13: Bảng tra hệ số điều chỉnh cơng suất

cos
0,8
0,85
0,9
0,95
k
1,08
1,07
1,06
1,045
- Cơng suất tính tốn được điều chỉnh hệ số phụ thuộc và hệ số công suất tác dụng cosφ:
S0 = k.Smp = 1,08 x 62,5 = 67,5 MVA
- Công suất trên mỗi cực máy phát:
S* = = = 1,95 MVA
Trong đó: 2p – số đơi cực, 2p = 32 đơi cực
* Chiều dài cung trịn vành bố trí cực rotor:
= A. = 0,451.5,850,239 = 0,69 m
Trong đó: A, – các hệ số phụ thuộc vào chế độ làm mát bằng nước và khơng khí
Bảng 14: Bảng tra các hệ số tính kích thước máy phát
Hệ số
A
α
R
y

Làm mát khơng
khí
0.529
0.246
18.8

0.18

Làm mát nước
+Khơng khí
0.451
0.239
8.9
0.105

1,0
1,0

Làm mát
khơng khí
0.432
0.239
8.6
0.105

* Đường kính rotor:
Di = = = 7,03 m
Kiểm tra:
Đường kính rotor Di phải đảm bảo để vận tốc dài của các bộ phận lớn nhất không vượt quá trị số cho phép khi turbin ở trạng thái quay lồng:
Dg+0,6 ≤ Di