Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành máy điều tốc kiểu điện thủy lực cho tổ máy thủy điện công suất đến 6MW của nhà máy thủy điện đaksrông

B KHOA HC V CễNG NGH - B NễNG NGHIP V PTNT
I HC BCH KHOA H NI
TRUNG TM NGHIấN CU NNG LNG MI
S 1 i C Vit Hai B Trng H Ni

BO CO TNG HP

ề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nớc:
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo,lắp đặt V VN HNH MY IU TC
KIU IN THY LC CHO T MY THY IN
công suất đến 6MW cho Nhà máy thủy điện ĐaksrônG"
D ỏn KHCN quy mụ ln :
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành thiết bị
thủy điện cho nhà máy thủy điện Đaksrông công suất 20MW
( Thuc chng trỡnh phỏt trin KHCN trng im cp nh nc
giai on 2005 2010)
TS.Hong Sinh Trng

8789

H ni, nm 2009
B KH&CN-B NN&PTNT
Trng HBK HN
TTNCNLM

B KH&CN-B NN&PTNT
Trng HBK HN
TTNCNLM
B KH&CN-B NN&PTNT
Trng HBK HN
TTNCLNM


1

MỤC LỤC
M U…………………………………………………………………… 4
CHNG I. NGHIÊN CU TNG QUAN V H THNG IU TC
TRONG NHÀ MÁY THY IN…………………………………………11
1.1. Tng quan tình hình nghiên cu thit k, ch to và s dng h thng
iu tc trong các nhà máy thy in va và nh………………….11
1.2. Nghiên cu kho sát ánh giá nhu cu th trng, xác nh i tng
nghiên cu……………………………………………………………19
1.3.
Nghiên cu tng quan v h thng iu tc in – thy lc ng dng
cho các nhà máy thy in va và nh…………………………….20
CHNG II. NGHIÊN CU TÍNH TOÁN THIT K H THNG IU
TC IN – THY LC, ÁP DNG TÍNH TOÁN THIT K IU TC
CHO NHÀ MÁY THY IN KSRÔNG…………………………….24
2.1. Các thông s c bn ca máy 

iu tc tua bin nhà máy thy in
ksrông …………………………………………………………… 24
2.2. Các loi máy iu tc dùng cho t máy thy in va và nh …….28
2.3. Các phn mm tính toán thy lc và iu khin t ng máy iu tc
in – thy lc……………………………………………………… 39
2.4. Nghiên cu tính toán h thng cung cp du áp lc cho máy iu
tc…………………………………………………………………….40
2.5. Nghiên cu tính toán thit k
 môun iu khin ca máy iu tc….47
2.6. Tính toán thit k Servo motor thy lc …………………………….51
2.7. Tính toán thit k h thng phn hi cng và phn hi mm……… 51
2.8. Tính toán thit k h thng truyn lc cho máy iu tc………… 51
2.9. Tính toán thit k h dn ng cánh hng bng tay và b gii hn 
m cánh h
ng………………………………………………………55
2.10. Tính toán thit k h phn hi c khí kiu nêm……………………57
2.11. Tính toán thit k h thng van cánh hng khi xy ra s c…… 59
2

2.12. Nghiên cu tính toán thit k, tích hp h thng cnh báo an toàn cho
máy iu tc………………………………………………………….60
CHNG III. NGHIÊN CU XÂY DNG QUY TRÌNH CÔNG NGH
CH TO CÁC B PHN CHÍNH CA H THNG IU TC CHO
NHÀ MÁY THY IN KSRÔNG………………………………… 65
3.1. Quy trình công ngh ch to môun thông s u vào ca iu tc 65
3.2. Quy trình công ngh ch to môun iu khi
n CPU………………68
3.3. Quy trình công ngh ch to mô un khuych i in – in t….73
3.4. Quy trình công ngh ch to mô un khuych i thy lc vi sai…74
3.5. Quy trình công ngh ch to thit b áp lc…………………………76

3.6. Quy trình công ngh ch to h thng thanh truyn iu khin cánh
hng dòng tua bin………………………………………………… 80
CHNG IV. XÂY DNG QUY TRÌNH CÔNG NGH LP RÁP H
THNG 
IU TC……………………………………………………… 83
4.1. Quy trình công ngh lp ráp mô un thông s u vào ca iu tc 83
4.2. Quy trình công ngh lp ráp mô un iu khin CPU…………… 83
4.3. Quy trình công ngh lp ráp mô un khuych i in – in t… 84
4.4. Quy trình công ngh lp ráp mô un khuych i thy lc vi sai…84
4.5. Quy trình công ngh lp ráp thit b du áp lc…………………….86
4.6. Quy trình công ngh l
p ráp thanh truyn iu khin cánh hng dòng
tua bin……………………………………………………………… 88
4.7. Quy trình công ngh lp ráp tng th toàn b h thng iu tc…….88
CHNG V. XÂY DNG QUY TRÌNH TH NGHIM MÁY IU TC
IN – THY LC……………………………………………………… 89
5.1. Quy trình th nghim ti xng ch to……………………………89
3

5.2. Quy trình th nghim ti hin trng……………………………… 90
CHNG VI. QUY TRÌNH VN HÀNH MÁY IU TC IN – THY
LC…………………………………………………………………………92
CHNG 7. CÁC KT QU T C………………………….…….93
7.1. Các kt qu khoa hc công ngh ã t c……………………… 103
7.2. Kh nng ng dng các kt qu nghiên cu ca  tài………………107
KT LUN VÀ KIN NGH……………………………………….……109

4

MỞ ĐẦU
Hin nay trên th gii, vic khai thác ngun nng lng tái to phi
truyn thng nh nng lng gió, nng lng mt tri hay các ngun nng
lng tái to truyn thng nh thy in ang là mt nh hng phát trin
chin lc ca nhiu quc gia trên toàn cu không phân bit mc  phát
trin ca mi nn kinh t
. iu này c lý gii không ch bi tim nng to
ln và phân b rng khp ca ngun nng lng này mà cùng vi s phát
trin ca kinh t xã hi toàn cu, ngun nng lng tái to ã chng t c
tm quan trng ca mình trong quá trình phát trin ca xã hi vn minh hin

i. ó không ch là ngun “nng lng sch” mà ngay tính “tái to” ca nó

ã mang tính “bn vng”, mt mc tiêu bao trùm mà mi nh hng phát
trin kinh t xã hi ca các quc gia u hng ti: ó là “sự phát triển bền
vững”.
Trong lch s ca mình, ngành xây dng thy in Vit Nam nói riêng và
th gii nói chung ã không ngng phát trin. Tuy nhiên thy in nh ã tri
qua nhiu thng trm ca mi giai on. Bùng phát trong nh
ng nm 70  ri
nh b lãng quên trong nhng nm 80. Mc dù vy, do nhu cu phát trin kinh
t, xã hi, chính tr ã a con ngi vn ti nhng vùng xa mi và cùng vi
s tin b không ngng ca ng dng khoa hc công ngh hin ai, thy in
nh hin nay ã và ang là nh hng phát trin c nhiu quc gia la
ch
n. Chính vì vy trong chng trình “Dự án khoa học và công nghệ quy mô
lớn “ ca nhà nc giai on 2005-2010, nh hng “nghiên cứu thiết kế chế
tạo và lắp đặt thiết bị thủy điện công suất đến 6MW cho nhà máy thủy điện
vừa và nhỏ “ là mt s la chn rt úng n trong chin lc phát trin kinh
t xã hi ca nc ta trong tng lai.
T kinh nghim tích ly qua thc t th gii cho thy mt trong nhng
c im ni bt ca thy in va và nh, ó là tỷ trọng đầu tư cho thiết bị
chiếm tỷ lệ cao so vi các công trinh thy in ln. Thng thì thit b thy
in nh chim t l 30% n 40% vn 
u t ban u. Trng hp c bit,
5

con s này có th lên n 50%. iu ó cho thy tm quan trng ca vic u
t nghiên cu nhm hoàn thin thit b thy in va và nh. Hin nay trên
th gii, cùng vi s ng dng nhiu các thành qu khoa hc và công ngh
mi, thy in va và nh ã hoàn toàn thay i cht lng ngun nng

lng ca mình, k
t qu là mi s nhìn nhn v thy in va và nh ã phi
thay i. óng góp phn không nh ca mình cho s thay i ó phi k n
vic ng dng ngày càng rng rãi các h thng iu khin t ng cùng k
thut vi x lý trong quá trình vn hành và iu khin các nhà máy thy in
va và nh. S hoàn thi
n ca máy điều tốc turbin thủy điện cng là mt
trong nhng yu t quan trng làm nên s thay i ln ó. Chính vì vy  có
th làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị thủy điện và xây dng các công trình
thy in va và nh trong giai on phát trin kinh t hin nay ca nc ta ,
vic u t nghiên c
u  hoàn thin công ngh ch to thit b thy in nói
chung và iu tc turbin nói riêng ã và ang là vn  bc xúc ,òi hi ca
nn kinh t .
Vi kh nng hin có ca ngành c khí ch to kt hp vi nhng kt
qu và kinh nghim tích ly c ca các c s nghiên cu vi i ng cán
b
có trình  không thua kém trong khu vc , vic nghiên cu và cho ra i
các sn phm “iu tc thy in “ mang tính công nghip vi cht lng
ngang tm khu vc là cân thit và hoàn toàn có th.
Ngi ta nhn thy mc dù các công trình thy in ln cung cp in
cho khong 20% dân s toàn cu song nó li có nh hng ln ti th
nhng, a cht, ngun nc, khí hu….Các h
cha ca các nhà máy thy
in  các vùng nhit i có th sn sinh ra mt lng ln khí methane và
carbon dioxide. Nguyên nhân ca hin tng này là do các xác thc vt mi
b l quét và các vùng tái b l tràn ngp nc, mc nát trong mt môi trng
k khí và to thành methane, mt khí gây hiu ng nhà kính mnh. Methane
bay vào khí quyn khi nc c x t p  làm quay tuabin. Theo bn báo
cáo ca Cao y th gii v 

p,  ni nào p nc ln so vi công sut phát
6

in (ít hn 100Watt trên mi km2 din tích b mt) và không có vic phá
rng trong vùng c tin hành trc khi thi công p nc, khí gas gây hiu
ng nhà kính phát ra t p có th cao hn nhng nhà máy nhit in thông
thng. Mt cái hi na ca các p thy in ln là vic tái nh c dân
chúng sng trong vùng h cha. Trong nhiu trng hp không mt khon
bi thng nào có th bù 
p c s gn bó ca h v t tiên và vn hóa gn
lin vi a im ó vì chúng có giá tr tính thn rt ln i vi h. Hn na,
v mt lch s và vn hóa các a im quan trng có th b bin mt, nh d
án p Tam Hip  Trung Quc, p Clyde  New Zealand và p Ilisu 
ông nam Th
Nh K… Mt s d án thy in cng s dng các kênh ào,
 làm chch hng mt con sông ti  dc ít hn  tng ct áp ca nhà
máy. Trong mt s trng hp, toàn b con song có th b i hng  tr
li áy dòng sông. Ví d nh song Tekapo và Pukaki (Newzealand). Ngi ta
lo ngi rng, nu con sông c s dng làm thy i
n chy qua nhiu vùng
t khác nhau thì mc  nh hng s gia tng nghiêm trng ti các vùng
t rng ln, thm chí nh hng ti nhiu quc gia. Vì th, các nhà nghiên
cu phát trin thy in loi va và nh, ch cung cp in cho mt vùng
hoc khu vc nh, va không gây hao tn tài nguyên, nhân lc va bo m
gìn gi môi trng sng tt lành.
Do tính u vi
t ca nó, thy in va và nh ã c rt nhiu nc
trên th gii quan tâm phát trin. Ngoài các u im nh vn u t không
ln, không òi hi phi s dng các thit b thy in quá phc tp, không
phi xây dng các h cha nc ln tit kim c ngun nng lng truyn

th
ng… thì mt u im ni tri ca loi hình này là Thy in va và nh ít
làm nh hng n môi trng xung quanh và kh nng t cung t cp in
cho các vùng sâu, vùng xa, ít dân c
Vit Nam là mt quc gia c thiên nhiên u ãi có h thng sông
ngòi phong phú, a dng tri khp chiu dài t nc nên rt thun li cho
vic phát trin thy i
n. Tính ti thi im nm 2003, tng công sut ca
7

các nhà máy thy in ã xây dng xp x 4.000MW và các nhà máy ang
xây dng có tng công sut gn 1.000 MW. Tuy nhiên, theo các s liu thng
kê mi ch có khong 1/4 tim nng thy in  nc ta c khai thác 
phc v sn xut dân sinh.
iu kin t nhiên ca nc ta cng rt thun li cho vic phát trin
thy in va và nh. Trong tình hình kh
ng hong thiu nng lng in
hin nay do nhu cu s dng in tng nhanh thì vic cung cp in cho các
vùng sâu, vùng xa t ngun in ca các nhà máy in ln s càng khó khn.
Vic xây dng thy in va và nh không cn u t vn ln, có th tranh
th huy ng vn t các xí nghip nh hay t nhân. B
i vy, s dng các
kinh nghim ca th gii v vic phát trin thy in va và nh  nc ta
tr nên cn thit và ang c Nhà nc ht sc quan tâm.
Mục tiêu của đề tài là:
- To kh nng thit k, ch to, lp t và vn hành s dng máy iu
tc kiu in – th
y lc cho t máy thy in công sut n 6MW vi
các thit b ng b cho lc lng cán b và công nhân k thut trong
nc;

- Ch to, lp t và vn hành s dng 01 máy iu tc in – thy lc
cho t máy thy in công sut 6MW cho nhà máy thy in
ksrông;
- Phc v chng trình ni 
a hóa thit b trong chin lc phát trin
thy in ca nhà nc n nm 2010 và 2020;
- To công n vic làm cho xã hi, góp phn cung cp in nng thúc
y s phát trin ca các ngành liên quan và nâng cao i sng dân
sinh;
- To iu kin ch ng c vic cung cp thit b thy in loi va
và nh dùng cho các công trình trm th
y in mi xây dng và ph
tùng bo dng, thay th, sa cha cho các trm ang s dng.
Nội dung nghiên cứu của đề tài:
8

- Nghiên cu tng quan v h thng iu tc trong nhà máy thy in;
- Nghiên cu tính toán thit k h thng iu tc in – thy lc, áp
dng tính toán thit k iu tc cho nhà máy in thy in aksrông;
- Nghiên cu xây dng quy trình công ngh ch to các b phn chính
ca h thng
iu tc cho nhà máy thy in ksrông;
- Xây dng quy trình công ngh lp ráp h thng iu tc cho nhà máy;
- Xây dng quy trình th nghim máy iu tc in - thy lc;
- Xây dng quy trình vn hành, s dng máy iu tc in - thy lc.
Tình hình nghiên trong và ngoài nước
Trên thế giới
Vi mc tiêu gim giá thành u t và 
n gin trong công tác vn hành các
nhà máy thy in va và nh, theo logic n gin có th cho rng  ây ch

cn s dng nhng b iu tc turbin có nguyên lý n gin và r nht so vi
nhng b iu tc ca các nhà máy thy in ln. Tuy nhiên, nu tip cn
vn  này t góc  “iu khin ng b
“ và ti u hóa nhà máy thy in
va và nh ch không ch n thun là “iu tc” thì chúng ta li phi thay
đổi khái niệm trên. Các kt qu nghiên cu trên thc t ti Hoa K, Nga và
ngay c Trung Quc cho thy ti các nhà máy thy in ln, iu tc turbin ch
là mt phn trong h thng t ng iu khin cng nh
 bo v t máy trong
quá trình làm vic. Trong khi ó, i vi nhà máy thy in va và nh, vic
lp t riêng bit các h thng iu tc, iu khin t ng phân b ti và bo
v t máy s dn n nhiu tn kém trong u t ban u.  ây, phng án
ti u c la chn ph
bin trên th gii, ó là tổ hợp các chức năng trên
vào cùng với điều tốc turbin.Vi xu hng tin ti nhà máy thy in va và
nh hoàn toàn t ng, vic ng dng nhng k thut tiên tin trong iu
khin vi các b vi x lý mnh tng nh làm phc tp thêm cho nhà máy
thy in, nhng thc t
li chng minh iu ngc lai. Vi ng dng k
thut mi, vic vn hành, bo dng sa cha các nhà máy thy in va và
nh c n gin hóa rt nhiu nh s dng các t hp, linh kin tiêu chun.
9

Trên th gii hin nay, các máy iu tc turbin dùng cho nhà máy thy in
va và nh c thit k và ch to da trên các nguyên lý c bn, ó là
nguyên lý điện-cơ, nguyên lý thủy – cơ , và nguyên lý điện - thủy lực. Loi
th nht c nghiên cu và ng dng cho các trm thy in có công sut
rt nh loi vài trm KW vi u t
 khiêm tn và ã chng t c  tin
cy trong quá trình vn hành. Trong mt thi gian dài, các mu điều tốc thủy

– cơ ca các nc Áo, Tip ã là s la chn hàng u cho các nhà máy thy
in va và nh trên th gii cng nh ti Vit nam . Tuy nhiên, trong giai
on phát trin mi hin nay ca thy in va và nh vi xu hng 
iu
khin ng b mt nhóm hoc nhiu nhà máy vi h thng qun lý ,iu
khin trung tâm nhm tiêu chun hóa cht lng ngun in, loi điều tốc
điện – thủy lực ã tr thành s la chn u tiên trong thit k và xây dng
các nhà máy thy in va và nh. Nht là khi trong các nhà máy thy in,
các b
iu tc turbin c gắn thêm các chức năng mới nh iu tc, phân
chia công sut và bo v an toàn t máy. Chính nh có nhng u im vt
tri khi s dng k thut vi x lý cho phép kt ni vi h thng iu khin
SCADA, các máy iu tc in – thy lc ã tr thành sự lựa ch
ọn duy nhất
cho các nhà máy thy in va và nh  Nga, Canada, Hoa K v.v Cùng
vi s phát trin mnh m ca ng dng k thut s trong các h thng iu
khin t ng, máy điều tốc điện – thủy lực chính là sự lựa chọn tối ưu cho
các nhà máy thy in va và nh trong giai on hi
n nay.
Tình hình trong nước
T nhng nm 80, cùng vi phong trào làm thy in nh, vic nghiên cu
thit k và xây dng các nhà máy thy in va và nh  Vit Nam ã t
c mt s thành công nht nh. Nhiu mu turbin thy lc công xut n
2MW ã c ch to và lp t ch yu cho nhng vùng sâu, vùng xa. Vic
nghiên cu thit k
ch to các b iu tc cng ã c trin khai ti mt s
a ch nh Vin nghiên cu c khí B công nghip, Nhà máy c khí Hà
Ni, Trng HBK Hà Ni ,Vin khoa hc thy li .v.v .Tuy nhiên nhng
10

kt qu t c ti các a ch trên cng ch mi dng  mc  sn phm
chế tạo đơn chiếc, chưa có tính công nghiệp.Hn na các sn phm ó sau
khi a vào vn hành ã không c theo dõi ánh giá chu áo  có th
chun hóa mt quy trình công ngh phc v cho vic trin khai ch to mang
tính sn phm công nghip sau này .Chính vì v
y mc dù t c mt s kt
qu nht nh ,song các sn phm này cha có giá tr nghiên cu cao .
Vào nhng nm cui ca thp niên 80, c s u t ca UBKHKTNN (c)
ã hình thành và trin khai mt  tài khoa hc v nghiên cứu thiết kế và chế
thử bộ điều tốc điện – thủy lực. Sn phm  tài 
ã c lp t chy th ti
trm thy in Iarng II Buôn Ma Thut Tây Nguyên. Tuy nhiên, quá trình
trin khai  tài còn nhiu bt cp nên kt qu t c là rt hn ch và cng
nhanh chóng b lãng quên.
Nm 1990, theo chng trình “mang ánh sáng văn hóa đến với đồng bào dân
tộc” ca ng và nhà nc, Trng HBK Hà Ni ã trin khai  tài “điều
tốc turbin cho thủy
điện nhỏ ”vi a ch ng dng là trm thy in Chp
thuc tnh Gia lai – Công Tum (c). Sn phm c lp t ã cho phép hòa
hai t máy turbin 200KW mà trc ó, sut ba nm tn ti cha bao gi
c hòa. Tuy nhiên do iu kin kinh t , tài cng không c tng hp
y  các kt qu nên cng không có giá tr nghiên cu cao.
N
m 1992 nhóm nghiên cu ca HBK Hà Ni cng trin khai  tài iu
tc in - thy lc cho nhà máy in Phc Sn à Nng vi t máy tuabin
1,2MW. Tuy nhiên, giai on ó do s phát trin mnh ca các nhà máy thy
in ln nh Tr An, Yaly… nên kt qu t c cng không th m rng
phm vi ng dng.
11

CHƯƠNG I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
ĐIỀU TỐC TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thiết kế, chế tạo và sử dụng
hệ thống điều tốc trong các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ
i vi các trm thy in, ngoài tuabin và máy phát in còn có mt b
phn vi vai trò ht sc quan trng ,ó là h th
ng iu chnh tuabin hay còn
c gi mt cách n gin là “Máy điều tốc”. Mc dù vi yêu cu cao hn
,ngày nay các b iu tc c tích hp thêm nhiu chc nng hin i,tuy
nhiên các chc nng c bn thì vn không thay i.
Nhiệm vụ của máy điều tốc:
Nhim v ca máy iu tc là m bo cht l
ng ca ngun in. C th
nh:
- n nh tn s máy phát in
- Phân b ph ti ca các t máy làm vic song song trong mt trm
thy in
- Thc hin quá trình m và tt máy trong iu kin bình thng và
trong iu kin có s c.
Hin nay vi vic ng dng các công ngh
 iu khin t ng hin i,
máy iu tc hin nay còn có kh nng m nhn các nhim v mang tính
phc tp hn nh:
- Phân b ch  làm vic cho tng t máy theo gi trong ngày
- Phân b ph ti cho các trm thy in trong cùng mt khu vc hay
rng hn là c mt vùng, thm chí c mt quc gia.
Cơ sở lý thuyết và nguyên lý hoạt động của máy điều tốc
1.1.1. Ổn định tần số dòng điện máy phát cho tổ máy
Trong quá trình làm vic ca trm thy in, ph ti luôn thay i (tùy
thuc vào nhu cu tiêu th in nng) dn n s thay i tn s dòng in,

s thay i này có th vt quá gii hn cho phép.
12

Trong quy trình k thut vn hành li in quy nh  sai lch tm thi ca
tn s in xoay chiu vi giá tr nh mc (50Hz) trong khong
0,2%.
Tn s (hay s chu k bin thiên ca dòng in xoay chiu trong 1 giây) ph
thuc vào tc  quay ca rôto máy phát:


Trong ó:
f – tn s (Hz)
p – s ôi cc ca máy phát
n – tc  quay ca rôto máy phát(vòng /phút)
Do s ôi cc p ca máy phát là c nh nên tn s f ch ph thuc vào tc 
quay n ca rôto máy phát, mt khác phng trình c bn c trng cho s
chuyn ng ca rôto t máy có dng:


Trong ó:
J – mômen quán tính ca rôto t máy
 – vn tc góc ca rôto t máy
M
T
- mômen ca tuabin
M
C
– mômen cn (ph thuc vào ph ti)
T phng trình (1.1) ta nhn thy trng thái làm vic ca h thng có th mô
t qua 3 phng trình:

(*)
J. = const (**)
M
T
– M
C
= 0 (***)
Tng ng vi ba phng trình là ba nguyên lý iu chnh tuabin.
Theo (*) ta có máy iu tc theo gia tc, có nhim v iu chnh gia tc, sao
cho

13

Theo (**) ta có máy iu tc theo vn tc góc  , có nhim v theo dõi s
thay i ca vn tc góc  và tác ng sao cho J. .  = const.
Theo (***) ta có máy iu tc mômen, có kh nng theo dõi s thay i ca
mômen MC  iu chnh mômen ng lc ca tuabin MT, sao cho MT =
MC. iu này có th t c bng hai cách:
- iu chnh MT thông qua vic iu chnh lu lng qua tuabin sao
cho MT = MC .
- iu chnh MC thông qua vic iu chnh tng mômen cn ca ph
ti(ti gi), sao cho MC = MT (cách này thng ch áp dng vi các trm có
công sut cc nh).
Trong các loi iu tc k trên, máy iu tc hin ang c s dng rng rãi
là loi iu chnh da trên nguyên lý M
T
= M
C
.

Ta nhn thy, vic duy trì s cân bng gia mômen ca tuabin và mômen cn
(M
T
= M
C
) cng s gi cho vn tc góc  là mt hng s (const;hay
.
Mômen cn MC ph thuc vào ph ti ca máy phát in, còn mômen
ca tuabin MT c quyt nh bi công sut ca tuabin N, gia MT và N có
quan h nh sau:
M
T
= 102.N/ hay M
T
= .Q.H./
Trong iu kin làm vic bình thng vi ct áp trong ngày hu nh
không thay i, hiu sut tuabin không i, t (1.2) ta thy rng mômen MT
14

ca tuabin ph thuc vào lu lng Q. Nh vy nhim v c bn ca máy
iu tc là làm thay i lu lng qua tuabin  thay i mômen tuabin sao
cho bng mômen cn và gi cho s vòng quay không i.
1.1.2. Nhiệm vụ phân bố phụ tải khi các tổ máy làm việc song
song
Hu ht các trm thy in u có nhiu hn 1 t máy làm vic song song
trong mt h thng l
i in chung, iu này òi hi phi có s iu chnh s
làm vic song song gia các tuabin cho phù hp vi quy nh v tn s dòng
in. i vi các t máy làm vic song song, khi thay i  m ca h
thng cánh hng dòng s không làm thay i s vòng quay ca tuabin mà

ch phân b li ph ti cho các t máy.


n

A

B B
A



N
Hình1.1: Đường đặc tính điều chỉnh của máy điều tốc
Ta nghiên cu s làm vic song song ca các tuabin da trên ng
c tính ca các máy iu tc. Mi máy iu tc u có mt ng c tính
iu chnh, ng c tính iu chnh, ng c tính ca máy iu tc cho
ta thy mi liên h gi
a s vòng quay ca tuabin vi ph ti
n= f(N).
15

Thông thng, ng c tính ca máy iu tc có dng gn nh
ng thng nm nghiêng,  nghiêng ph thuc vào phn hi. Máy iu tc
có phn hi mm thì ng c tính iu chnh ca nó có dng là mt ng
nm ngang (AA), còn i vi máy iu tc có phn hi cng thì ng c
tính iu chnh ca nó là m
t ng nghiêng (BB), hình 1.1.
Máy iu tc có phn hi cng có s vòng quay lúc trc và sau khi
kt thúc iu chnh không bng nhau.  dánh giá  chênh lch s vòng

quay n ngi ta dùng h s sai lch . H s sai lch  c xác nh theo
công thc:


Trong ó nmax là s vòng quay không ti, nmin là s vòng quay toàn ti và
s vòng quay ng b n0.
Hay: 

 thay i h s sai lch  ngi ta thng dùng c cu c bit  thay
i h s truyn ca phn hi (t s truyn ca xy lanh lc và thanh truyn).
Hin nay h s sai lch  cho phép ca các máy iu tc nm trong khong t
(2


Hình 1.2: Đường đặc tính của máy điều tốc, trường hợp 2 tổ máy làm việc
song song có hệ số δ khác nhau
16

Ta nghiên cu s làm vic song song ca 2 t máy có h s sai lch  khác
nhau (
1 

2
), vi hai ng c tính iu chnh c cho trên hình 1.3. 
ch  làm vic n nh, vi s vòng quay nh mc ng vi ng O
1
O
1
, t
máy 1 có ng c tính iu chnh A

1
A
1
, t máy 2 có ng c tính iu
chnh B
1
B
1
. Công sut ca t máy 1 là N
1
,công sut ca t máy 2 là N
2
.
Khi ph ti tng, s vòng quay ca 2 t máy s gim i mt giá tr n ng vi
v trí ng O2O2. Ph ti tng  t máy 1 là N1 và  t máy 2 là N2.
Máy iu tc làm vic, thay i lu lng qua tuabin sao cho MT = MC và
a s vòng quay ca tuabin tr li s vòng quay nh mc, tc là tr li v
trí ng O1O1. Lúc này ng c tính i
u chnh ca hai máy iu tc trên
s tr thành ng A2A2 và B2B2 song song vi ng A1A1 và B1B1.
Yêu cu t ra là cn xác nh công thc tính N1 và N2 ca t máy 1 và t
máy 2.
Xét biu  i vi t máy 1. Ta có 2 tam giác (c gch chéo) là ng
dng, nên:


Mt khác, t công thc (1.30 ta có: n1max – n1min = 1.n0.
Thay vào công thc (1.4), ta c:

Tng t, ta có:

Tng s ph ti thay i trên c hai máy iu tc là:
N = N
1
+ N
2

Mt cách tng quát, ta có:

Trong ó, i là t máy th i trong trm thy in có nhiu t máy làm vic
song song.
17

Khi ph ti ca h thng gim, quá trình din ra ngc li, ng c tính
iu chnh c tnh tin xung phía di.
Nh vy, khi ti thay i, gi s ti tng thì mi t máy s phi gánh thêm
mt phn công sut t l nghch vi h s sai lch ca mi t máy, có ngha
là t máy có h s sai l
ch  ln s chu s thay i ti nh, t máy có h s
sai lch  nh s chu s thay i ti ln.
Qua s phân tích trên ta thy rng, nu nh ng c tính iu chnh ca
các t máy không phi là ng nm nghiêng mà là ng nm ngang (máy
iu tc có b phn phn hi mm) thì s phân phi ph t
i gia các t máy
làm vic song song s không n nh. Do 1= 2 = i = 0, ta thy rng Ni là
mt i lng vô nh, iu ó ng ngha vi vic ph ti mà mi t máy
m nhn không phi là mt giá tr xác nh mà luôn thay i.
Trong thc t vn hành, ngi ta thng s dng mt t máy có ng c
tính iu chnh n

m ngang (h s sai lch  = 0), còn t máy 2 có ng c
tính iu chnh là mt ng dc (h s sai lch 0) s làm vic vi mt ph
ti nht nh. Nh vy, phn dao ng ph ti ca c h thng N u do t
máy th nht (có  = 0) m nhn, còn t máy th 2 s làm vic vi ph
 ti
không i bng công sut nh mc ca nó. T ó ta rút ra c, trong quá
trình vn hành mun cho mt hoc vài t máy làm vic vi công sut không
thay i thì ta iu chnh  cho ng c tính iu chnh ca chúng có 
dc tng i ln, còn i vi các t máy c dùng  m nhn phn ph
ti thay i ca h th
ng thì iu chnh cho ng c tính iu chnh ca
chúng có  dc nh hoc  = 0.
Xét v mt ph ti ta có th coi các t máy có h s sai lch   0 là các t
máy làm vic  phn gc ca biu  ph ti, còn các t máy có h s sai
lch  = 0 là các t máy làm vic  phn ngn ca biu 
ph ti.


18



Hình 1.3: Đường đặc tính điều chỉnh của hai tổ máy làm việc song song (tổ
máy số 1 làm nhiệm vụ điều tần)
M rng ra cho trng hp có nhiu trm thy in cùng làm vic
song song trong mt h thng li in thì yêu cu i vi trm thy in
óng vai trò ch o (hay iu tn) là phi có công sut và dung tích h ch
a
 ln, ng thi m nhn ph ti gn.
1.1.3 . Những thành phần cấu tạo cơ bản của máy điều tốc

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của máy điều tốc có phản hồi mềm
19

1_xylanh thủy lực; 2,3,9,10_cơ cấu thanh truyền phản hồi; 4_đường ống
dẫn dầu; 5_động cơ điên; 6_cơ cấu quả văng; 7_van thủy lực điều khiển;
8_con trượt điều khiển; 11_hộp giảm tốc; 12_trục vít; 13,14_vít điều chỉnh;
15_thanh truyền; 16_bộ giảm chấn thủy lực; 17,18_

Máy iu tc là s tng hp ca nhi
u c cu thit b, mi mt c cu thit b
dm nhn mt chc nng, c th nh:
- C cu cm bin và o lng: nhn bit sai lch v s vòng quay
và s thay i v trí ca c cu iu chnh.
- C cu iu chình: b phn trc ti
p thay i mômen lc chuyn
ng ca tuabin

- C cu chp hành: thc hin s liên h cn thit gia c cu cm
bin, o lng và c cu iu chnh, thc hin vic dch chuyn c cu
iu chnh n v trí tng ng vi tín hiu ca c cu cm bin o
lng.
- C cu n nh: có tác dng làm tng tính n nh và cht lng
ca quá trình iu chnh.
- C cu ph tr: m nhn các chc nng nh hiu chnh, khng
ch  m v.v…
Trên hình 1.4 là s  nguyên lý ca mt máy iu tc có c cu phn hi
mm.
1.2. Nghiên cứu khả
o sát đánh giá nhu cầu thị trường, xác định
đối tượng nghiên cứu
Ngi ta nhn thy mc dù các công trình thy in ln cung cp in cho
khong 20% dân s toàn cu song nó li có nh hng ln ti th nhng,
a cht, ngun nc, khí hu….Các h cha ca các nhà máy thy in 
các vùng nhit i có th sn sinh ra mt lng ln khí methane và carbon
dioxide. Nguyên nhân c
a hin tng này là do các xác thc vt mi b l
quét và các vùng tái b l tràn ngp nc, mc nát trong mt môi trng k
20

khí và to thành methane, mt khí gây hiu ng nhà kính mnh. Methane bay
vào khí quyn khi nc c x t p  làm quay tuabin. Theo bn báo cáo
ca Cao y th gii v p,  ni nào p nc ln so vi công sut phát in
(ít hn 100Watt trên mi km
2
din tích b mt) và không có vic phá rng
trong vùng c tin hành trc khi thi công p nc, khí gas gây hiu ng
nhà kính phát ra t p có th cao hn nhng nhà máy nhit in thông

thng. Mt cái hi na ca các p thy in ln là vic tái nh c dân
chúng sng trong vùng h cha. Trong nhiu trng hp không mt khon
bi thng nào có th bù p c s g
n bó ca h v t tiên và vn hóa gn
lin vi a im ó vì chúng có giá tr tính thn rt ln i vi h. Hn na,
v mt lch s và vn hóa các a im quan trng có th b bin mt, nh d
án p Tam Hip  Trung Quc, p Clyde  New Zealand và p Ilisu 
ông nam Th Nh K… M
t s d án thy in cng s dng các kênh ào,
 làm chch hng mt con sông ti  dc ít hn  tng ct áp ca nhà
máy. Trong mt s trng hp, toàn b con song có th b i hng  tr
li áy dòng sông. Ví d nh song Tekapo và Pukaki (Newzealand). Ngi ta
lo ngi rng, nu con sông c s dng làm thy in chy qua nhiu vùng

t khác nhau thì mc  nh hng s gia tng nghiêm trng ti các vùng
t rng ln, thm chí nh hng ti nhiu quc gia. Vì th, các nhà nghiên
cu phát trin thy in loi va và nh, ch cung cp in cho mt vùng
hoc khu vc nh, va không gây hao tn tài nguyên, nhân lc va bo m
gìn gi môi trng sng tt lành.
Do tính u vit ca nó, thy
in va và nh ã c rt nhiu nc trên
th gii quan tâm phát trin. Ngoài các u im nh vn u t không ln,
không òi hi phi s dng các thit b thy in quá phc tp, không phi
xây dng các h cha nc ln tit kim c ngun nng lng truyn
thng… thì mt u 
im ni tri ca loi hình này là Thy in va và nh ít
làm nh hng n môi trng xung quanh và kh nng t cung t cp in
cho các vùng sâu, vùng xa, ít dân cư
21

1.3. Nghiên cứu tổng quan về hệ thống điều tốc điện – thủy lực
ứng dụng cho các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ
Trong giai on phát trin mi hin nay ca thy in va và nh, vi
xu hng iu khin ng b mt vài nhà máy nhm tiêu chun hóa cht
lng ngun in, loi i
u tc in – thy lc ã tr thành s la chn u
tiên trong thit k và thi công các nhà máy thy in va và nh. Nht là khi
trong các nhà máy thy in, các máy iu tc tuabin c gn thêm các
chc nng mi nh iu khin t ng và bo v an toàn t máy. Chính nh
có nhng u im vt tri khi s dng k
 thut vi x lý và h thng iu
khin SCADA (Supervisory Control And Data Acquistion_iu khin giám
sát và thu thp d liu), các máy iu tc theo nguyên lý in – thy lc ã
tr thành s la chn duy nht cho các nhà máy thy in va và nh  Nga,
Canada, M v.v… Cùng vi s ng dng k thut s trong các h thng iu
khin t 
ng, máy iu tc in – thy lc thc s là la chn ti u cho
các nhà máy thy in va và nh trong giai on hin nay.
Hin nay có ba loi iu tc in- thy lc c nghiên cu và ng
dng ph bin trên th gii
a. Loại điều tốc điện –thủy lực ứng d
ụng kỹ thuật số với hệ thống điều
khiển số kết nối hệ điều khiển thủy lực dùng van tỷ lệ hoặc van
servo.:
b. Loại điều tốc điện –thủy lực ứng dụng kỹ thuật số với hệ thống điều
khiển số kết nối hệ điều khi
ển thủy lực dùng động cơ bước điện điều
khiển van thủy lực servo hoặc van tiết lưu.
c. Loại điều tốc điện –thủy lực ứng dụng kỹ thuật số với hệ thống điều
khiển số kết nối trực tiếp với hệ điều khiển thủy lực dùng van đi

ện
thủy on-off .
Mô hình bộ điều tốc theo mẫu a. có nhiu u im ni tri nh ng dng
loi van t l (hoc van servo ) tiêu chun hin ai ,cho phép ng dng kt
22

hp cùng lúc nhiu mô hình iu khin cho cht lng cao. Tuy nhiên do
yêu cu các ch s chun cao trong iu khin nên giá thành h thng thng
cao và thng c ng dng  nhng nc có nn kinh t phát trin nh
M,tây Âu .v.v.
Mô hình bộ điều tốc theo mẫu b. s dng loi ng c bc in tiêu
chun  iu khi
n loi van thy lc phi tiêu chun cho phép h áng k giá
thành khi tích hp h thng .Tuy nhiên , do nh hng ca quán tính động cơ
bước và tính phi tiêu chuẩn ca van thy lc chuyn i , loi iu tc này
không có cht lng tht cao .Mc dù vy vi giá thành hợp lý và chất lượng
chấp nhận được ,loi iu tc này đáp ứ
ng tôt nhu cầu thực tế hin nay ca
th trng trong nc và khu vc.
Mô hình bộ điều tốc theo mẫu c. cng sử dụng bộ khả trình đa năng PLC
tiêu chun trong h thng iu khin , tuy nhiên  u ra c kt ni và điều
khiển trực tiếp hệ thống thủy lực theo ngưỡng và hoàn toàn không cần các bộ
biể
n đổi D/A . Vi mô hình nêu trên , b iu tc này có nhiu tính nng u
vit và khá phù hp vi iu kin th trng Vit nam và khu vc nh giá
thành hp lý, cht lng iu khin tng i cao và c bit có  tin cy
cao và thun tin trong vn hành bo dng . Hn na nh s dng các phn
t tiêu chun trong h thng nên các yêu c
u k thut rt phù hp vi các nn
kinh t k thut còn cha tht phát trin nh VN.

Máy điều tốc điện- thủy lực ứng dụng cho nhà máy thủy điện vừa và nhỏ
của Việt Nam
Hin nay, máy iu tc in thy lc c s dng ph bin cho các nhà
máy thy in va và nh t
i Vit Nam. Qua quá trình vn hành ã khng
nh tính chính xác và n nh ca h thng.
Mô hình loi iu tc in thy lc dùng ng c bc iêu khin van
thy lc servo hoc van tiêt lu c mô t trên hình 1.5

23


Hình 1.5: Mô hình của một nhà máy thủy điện vừa và nhỏ sử dụng các công nghệ kỹ thuật số tiền tiến
24

CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU TỐC ĐIỆN – THỦY LỰC, ÁP DỤNG TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
ĐIỀU TỐC CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKSRÔNG
2.1. Các thông số cơ bản của máy điều tốc tua bin nhà máy thủy
điện Đăksrông
Máy điều tốc kỹ thuật số khả trình tham khảo theo mẫu có mã ký hiệu :
GLYWT-PLC-600/1000/1800/3000/ .
Công sut ca servomotor có th t
 600Kgf.m n 3000Kgf.m.
G : dầu áp suất cao.
L : Van iu khin lôgic k thut s.
Y : Thit b thu lc
WT : Máy iu tc iu khin bng máy tính cá nhân.
PLC : b iu khin lôgic kh trình.

Công sut ca servomotor có th c tính bng công thc di ây :
A = (20 – 25).Q. (H
max
. D
1
)
1/2
(kgf.m)
A là công sut ca servomotor.
Q là lu lng qua tuabin.
H
max
là ct áp ln nht max .
D
1
là ng kính bánh công tác tuabin.
Các thông s k thut chính ca seri máy iu tc dùng PLC :
• in áp vào : AC200V ± 15% ; DC 200V ± 15% hoc DC110V
± 15%.
• Lut iu khin: PID song song.
• MTBF ca toàn b máy iu tc  25 000 gi.
• Phng pháp o tn s : o  chênh tn s in th (residual
voltage frequency measurement).
•  thuyên gim tc  tc thi : bt = 1 – 200 % (bc i
u
chnh 1%).