Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy thủy điện công suất 6MW của nhà máy thủy điện đaksrông

1
Mục lục. Trang
Danh mục các bảng 7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị. 8
MỞ ĐẦU 11
CHƯƠNG 1. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT, YÊU CẦU KỸ
THUẬT CỦA SẢN PHẨM MẪU
21
1.1 Tổng quát 21
1.2 Xác định thông số kỹ thuật để tính toán và kiểm chứng 22
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MÁY PHÁT THUỶ ĐIỆN CÔNG SUẤT ĐẾN
6MW
27
2.1 Thiết kế tính toán 28
2.1.1 Lựa chọn phương pháp tính toán thiế
t kế điện từ 28
2.1.2 Dữ liệu đầu vào 32
2.1.3 Mục tiêu tính toán 32
2.2 Nghiên cứu tính toán, thiết kế cụm lõi tôn stato 33
2.2.1 Mục đích và yêu cầu 33
2.2.2 Xác định kích thước lá tôn và lõi tôn stato 34
2.2.3 Kết quả nghiên cứu 42
2.3 Nghiên cứu tính toán, thiết kế bộ dây stato 45
2.3.1 Mục đích và yêu cầu 45
2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 46
2.3.3 Kết quả nghiên cứu 48
2.4 Nghiên cứu, tính toán thiết kế thân máy phát 53
2.4.1 Mục đích và yêu cầu 53
2.4.2 Cơ sở tính toán thiết kế 53
2
2.4.3 Nội dung tính toán 53

2.5 Nghiên cứu tính toán, thiết kế cụm lõi tôn rôto 60
2.5.1 Mục đích và yêu cầu 60
2.5.2 Xác định kích thước lõi tôn rôto 61
2.5.3 Xác định kết cấu giữ lõi tôn rôto 63
2.5.4 Tính toán thiết kế lá tôn cực từ 65
2.6 Nghiên cứu tính toán, thiết kế bộ dây rôto 69
2.6.1 Mục đích và yêu cầu 69
2.6.2 Tính toán thiết kế bộ dây kích thích 69
2.6.3 Lựa chọn kích thước hệ thống chống rung 75
2.6.4 Kết quả nghiên cứu 77
2.7 Nghiên cứu, tính toán, thiết kế trục máy phát 78
2.7.1 Mục đích và yêu cầu 78
2.7.2 Tính toán trục máy phát
2.8 Nghiên cứu tính toán thiết kế bạc rôto 81
2.9 Lập trình phần mềm tính toán thiết kế điện từ 83
2.9.1 Mục đích và yêu cầu 83
2.9.2 Giới thiệu chung về phần mềm tính toán máy phát thuỷ điện-
MFD6 1.0
84
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN CÔNG SUẤT 6MW 87
3.1 Mục đích và yêu cầu 87
3.2 Giới thiệu bộ bản vẽ thiết kế 87
3.3 Đặc điểm và kết cấu của các cụm chi tiết của MFTĐ 88
3.3.1 Stato 88
3
3.3.2 Roto 90
3.3.3 Trục 92
3.3.4 Ổ trục 92
3.3.5 Bộ làm mát máy phát 94
3.3.6 Phanh hãm 96

3.3.7 Giàn sấy 97
3.3.8 Cáp điện và cáp điều khiển 97
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY PHÁT
THUỶ ĐIỆN CÔNG SUẤT ĐẾN 6MW
98
4.1 Mục đích và yêu cầu 98
4.2 Nghiên cứu công nghệ 98
4.3 Phương pháp nghiên cứu công nghệ 100
4.4 Nghiên cứu vật tư sử dụng 103
4.5 Giới thiệu các công nghệ chính 103
4.5.1 Công nghệ chế tạo cụm stato 104
4.5.1.1 Công nghệ chế tao lõi tôn stato 104
4.5.1.2 Công nghệ chế tạo bộ dây stato 108
4.5.1.3 Lắp ráp stato 110
4.5.2 Công nghệ chế tạo cụm rôto 111
4.5.2.1 Lõi bạc cực từ rôto 111
4.5.2.2 Trục máy phát 113
4.5.2.3 Cực từ rôto 114
4.5.2.4 Đóng thanh dẫn của hệ thống chống rung 118
4.5.2.5 Cách điện cực từ 118
4
4.5.2.6 Công nghệ chế tạo cuộn dây cực từ 119
4.5.2.7 Lắp cực từ 121
4.5.3 Cân bằng động roto trục 122
4.5.4 Thân ổ đỡ 124
4.5.5 Công nghệ chế tạo ổ đỡ trên 125
4.5.6 Công nghệ chế tạo ổ đỡ dưới 128
4.5.7 Thùng dầu và hệ thống làm mát dầu 129
4.5.8 Lắp ráp máy phát thủy điện 130
4.6 Đánh giá về nghiên cứu công nghệ 135

CHƯƠNG 5. CHẾ TẠO SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI_MÁY PHÁT
THUỶ
ĐIỆN 6MW-600vg/ph-6,3kV
137
5.1 Mục đích và yêu cầu 137
5.2 Quá trình chế tạo 137
5.3 Chuẩn bị các điều kiện kỹ thuật để chế tạo sản phẩm 138
5.3.1 Điều kiện kỹ thuật để sản xuất 138
5.3.2 Các khuôn gá được chế tạo 138
5.4 Nghiên cứu ứng dụng công nghệ để chế tạo sản phẩm 139
5.5 Giá trị sử dụng bộ các quy trình công nghệ 140
CHƯƠNG 6. THỬ NGHI
ỆM MÁY PHÁT THỦY ĐIỆN 6MW-
600vg/ph-6kV
142
6.1 Giới thiệu chung 142
6.2 Giới thiệu quá trình thử nghiệm máy phát thuỷ điện 6MW 145
6.2.1 Kiểm tra ngoại quan và kích thước lắp đặt 146
6.2.2 Thử tĩnh 146
6.2.2.1 Đo điện trở cách điện 146
5
6.2.2.2 Đo điện trở 1 chiều 147
6.2.2.3 Kiểm tra các sen sơ đo nhiệt độ 148
6.2.2.4 Thử cao áp 148
6.2.2.5 Kiểm tra cách điện vòng cuộn dây kích thích 150
6.2.2.6 Kiểm tra cực tính với các cực từ 150
6.2.2.7 Dòng điện trục và cách điện ổ đỡ 151
6.2.2.8 Kiểm tra thứ tự pha 152
6.2.3 Thử nghiệm không tải 152
6.2.4 Thử chạy tải và xác định các thông số kỹ thuật của MFTĐ 154

6.3 Đánh giá chất lượng chế
tạo sản phẩm mẫu máy phát
6MW-600vg/ph-6,3kV
158
CHƯƠNG 7. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH,
BẢO VỆ ĐỒNG BỘ VỚI MÁY PHÁT 6MW
160
7.1 Nghiên cứu tính toán, thiết kế mạch chỉnh lưu cầu Thyristor 160
7.2 Nghiên cứu tính toán thiết bị điều chỉnh điện áp 166
7.3 Nghiên cứu tính toán, thiết kế mạch điều khiển 171
CHƯƠNG 8. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 176
8.1 Các kết quả khoa học công nghệ
đã đạt được 176
8.2 Khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài 179
8.3 Các kết quả khác 180
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 186
TÀI LIỆU THAM KHẢO 191
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Sơ đồ hệ thống điện Việt Nam năm 2005
Phụ lục 2. Quy hoạch điện 4.
6
Phụ lục 3. Kích thước lắp đặt máy phát
Phụ lục 4. Đặc tính vận hành máy phát thủy điện 6MW
Phụ lục 5. Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H1 do Trung Quốc chế tạo
Phụ lục 6. Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H2 do Trung Quốc chế tạo
Phụ lục 7. Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H3 do Việt Nam chế tạo



7

Danh mục các bảng.
Mục lục. Trang
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật và kích thước lắp đặt của máy phát 22
Bảng 1.2 Giới hạn tăng nhiẹt độ cho phép của máy phát 25
Bảng 2.3 Thông số kích thước cơ bản lõi tôn stato MFTĐ 6MW 42
Bảng 2.4 Thông số kích thước cơ bản dây quấn stato MFTĐ 6MW 48
Bảng 2.5 Thông số kích thước cơ bản rôto MFTĐ 6MW 77
Bảng 3.6 Một số kích thước và thông số dây quấn chính của Stato 90
Bảng 3.7 M
ột số kích thước chính của cực từ 92
Bảng 6.8 Danh mục các thiết bị thử nghiệm 144
Bảng 6.9 Thông số thử không tải 153
Bảng 6.10 Thông số chạy tải MFTĐ 6MW 156
Bảng 6.11 Thông số MFTĐ 6MW do Trung Quốc chế tạo 157
Bảng 6.12 Bảng so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của MFTĐ 6MW-
600vg/ph-6,3kV
159
8
Danh mục hình vẽ, đồ thị.

Mục lục. Trang
Hình 2.1 Lõi tôn stato với các rãnh thông gió ngang trục 37
Hình 2.2 Đặt lá tôn trên lá tôn kỹ thuật điện tiêu chuẩn 39
Hình 2.3 Lá tôn secmăng stato 43
Hình 2.4 Hình dáng và kích thước rãnh stato 44
Hình 2.5 Lá tôn stato sau khi xếp các secmăng 45
Hình 2.6 Sơ đồ không gian bố trí đầu dây ra 49
Hình 2.7 Sơ đồ không gian bố trí đầu nối đỡ dây 50
Hình 2.8 Sơ đồ trải bộ dây stato cho 1 pha U 50
Hình 2.9 Sơ đồ bố trí senso đo nhiệt độ bộ dây stato 51

Hình 2.10 Bộ dây stato với hệ thống vòi phun nước ch
ữa cháy 52
Hình 2.11 Khoảng cách 2 vành đỡ lõi thép trên thân 54
Hình 2.12 Khoảng cách từ lõi tôn đến hai mặt thân 55
Hình 2.13 Khoảng cách đầu dây đấu 55
Hình 2.14 Kích thước vành thân 56
Hình 2.15 Đường kính mép phễu hướng gió 57
Hình 2.16 Đường kính mặt bích đỡ trên lõi tôn 58
Hình 2.17 Đường kính tâm gudong ép 58
Hình 2.18 Đường kính tâm gudong vành đỡ dây 59
Hình 2.19 Đường kính trong vành ép lõi tôn 60
Hình 2.20 Một số kích thước chính lõi tôn cực từ 62
Hình 2.21 Cực từ lắp trên bạc rôto 64
Hình 2.22 Lá tôn cực từ 67
9
Hình 2.23 Cực từ rôto sau khi xếp ép 68
Hình 2.24 Mặt cắt ngang của dây quấn có profin đặc biệt 70
Hình 2.25 Tiết diện dây quấn cực từ 71
Hình 2.26 Xác định hệ số dẫn nhiệt của cuộn dây kích thích 72
Hình 2.27 Cuộn dây cực từ 73
Hình 2.28 Cuộn dây sau khi lắp lên cực từ 74
Hình 2.29 Vành ngắn mạch dây quấn cản 76
Hình 2.30 Rôto trục 79
Hình 2.31 Trục MFTĐ 6MW 80
Hình 2.32 Bạc rôto dạng liền khối 81
Hình 2.33 Kết cấu bạc rôto dạng nan hoa 82
Hình 2.34 Bản vẽ
định vị bạc rôto trên trục 83
Hình 4.35 Kết cấu lá tôn secmăng 105
Hình 4.36 Lá tôn thông gió hàn 107

Hình 4.37 Bối dây stato MFTĐ 6MW 109
Hình 4.38 Lõi bạc cực từ 112
Hình 4.39 Rãnh chữ T trên bạc rôto 113
Hình 4.40 Lõi tôn cực từ 115
Hình 4.41 Tấm ép cực từ 116
Hình 4.42 Cuộn dây cực từ sau khi định hình 120
Hình 4.43 Băng cách điện cuộn dây cực từ 121
Hình 4.44 Đấu nối cực từ 122
Hình 4.45 Gối đỡ cân bằng động rôto trục máy phát 123
Hình 4.46 Mặt cắt ổ trên 126
10
Hình 4.47 Sec măng ổ đỡ 127
Hình 4.48 Kết cấu ổ dưới 128
Hình 4.49 Lưu trình lắp đặt MFTĐ 6MW 132
Hình 7.50 Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha sử dụng Thyristor 161
Hình 7.51 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha dùng Thyristor 165
Hình 7.52 Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh điện áp tự động AVR 170
Hình 7.53 Sơ đồ mạch đếm 170
Hình 7.54 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 3 pha sử dụng các Thyristor làm
nhiệm v
ụ chỉnh lưu và các thiết bị bảo vệ đi kèm.
173





11
MỞ ĐẦU

Hoạt động của mọi quốc gia, nền kinh tế và con người gắn liền với nhu
cầu tiêu thụ năng lượng. Nhu cầu về năng lượng của chúng ta càng ngày càng
tăng lên theo sự phát triển của dân số, của mức sống, của nền kinh tế đang
trên đà phát triển, mức tăng trưởng phụ tải thường xuyên hàng năm là 15-
17%. Theo Quy hoạch phát triển Điện l
ực Quốc gia giai đoạn 2006-2015 có
xét đến 2025 (Quy hoạch điện 4) yêu cầu nâng tổng công suất các nguồn thuỷ
điện nhỏ thêm khoảng 1200MW giai đoạn 2006-2010 và 1250MW giai đoạn
2011-2015 (xem phụ lục 1 và phụ lục 2).
Có nhiều nguồn năng lượng khác nhau, và nhiều cách phân loại nguồn
năng lượng theo các tiêu chí khác nhau. Dựa trên quan điểm môi trường, năng
lượng được phân thành 2 loại chính: năng lượng tái tạo và năng lượng không
tái tạ
o. Cho tới nay chủ yếu ở nước ta sử dụng năng lượng từ các nguồn
không tái tạo như dầu mỏ, than đá. Các nguồn năng lượng không tái tạo này
đang ngày càng cạn kiệt và căn cứ theo trữ lượng hiện có, thì chỉ đủ phục vụ
nhu cầu sản xuất điện trong một vài thập kỷ tới. Thậm chí năng lượng điện
hạt nhân hiện đ
ang chiếm tỷ lệ lớn tại các nước phát triển cũng đứng trước
nguy cơ cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu là uranium.
Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn thiên nhiên
như thủy điện, phong điện, năng lượng mặt trời, năng lượng thuỷ triều, địa
nhiệt Các nguồn năng lượng này hầu như là vô tận, không bao giờ c
ạn kiệt.
Tuy nhiên việc khai thác các nguồn năng lượng này khó khăn hơn về công
nghệ, chi phí lớn nên quy mô khai thác còn hạn chế, đặc biệt là ở các nước
đang phát triển và chậm phát triển. Cho tới nay năng lượng tái tạo phổ biến
nhất vẫn là thuỷ điện, còn năng lượng gió và năng lượng mặt trời mới chỉ ở
bước đầu phát triển.
12

Căn cứ vào tình hình thực tế và địa hình của nước ta thì thuỷ điện có
khả năng phát triển hơn cả. Các con sông ở vùng núi phía bắc và tây nguyên
có độ dốc tương đối lớn từ 800 đến 1000m, rất thuận lợi cho việc khai thác
thuỷ điện.
Hiện nay nước ta có rất nhiều nhà máy thuỷ điện lớn và nhỏ như: Nhà
máy thuỷ điện Hoà bình, Nhà máy thuỷ điện Trị
an, Nhà máy thuỷ điện Thác
bà, Đa nhim, Yaly, Tuyên quang, Sông đà Bên cạnh đó còn rất nhiều nhà
máy nhiệt điện khác nữa như: Nhiệt điện Phả lại, Phú mỹ, cẩm phả, nhưng
vẫn thường xuyên xảy ra tình trạng thiếu hụt điện cho sản xuất và sinh hoạt,
nhất là vào các mùa khô. Qua đó cho ta thấy nhu cầu sử dụng điện của nước
ta còn chưa được đáp ứ
ng đầy đủ. Từ đó cho thấy nhu cầu về tăng sản lượng
điện đang được đặt ra rất cấp thiết.
Tuy nhiên tất cả các thiết bị của nhà máy thuỷ điện ở Việt Nam đều do
nước ngoài chế tạo.
Trước tình hình đó Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà nội (HEM) đã
chọn đề tài nghiên cứu khoa học về l
ĩnh vực thiết kế và chế tạo máy phát thuỷ
điện vừa và nhỏ, vì HEM nhận thấy tiềm năng phát triển của thuỷ điện, khả
năng nghiên cứu và thực hiện đề tài, sự phát triển của HEM và các ngành
Công nghiệp Việt nam có thể thực hiện thành công đề tài.
Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà nội đã ký hợp đồng nghiên cứu
khoa học và phát triể
n công nghệ với Tổng Công ty cơ điện – Xây dựng Nông
nghiệp và thuỷ lợi với nội dung: " Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt
máy phát thuỷ điện công suất 6MW của Nhà máy thuỷ điện Đaksrông".
thuộc dự án Khoa học và Công nghệ “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lắp đặt
và vận hành thiết bị thuỷ điện cho Nhà máy thuỷ đ
iện Đaksrông công suất

20 MW”.
13
Mục tiêu của đề tài là:
- Tạo khả năng thiết kế, chế tạo, lắp đặt, thử nghiệm và vận hành sử
dụng máy phát thuỷ điện công suất đến 6MW với các thiết bị đồng bộ cho lực
lượng cán bộ và công nhân kỹ thuật trong nước.
- Chế tạo, lắp đặt, thử nghiệm và vận hành sử dụng 01 tổ máy phát thuỷ
điện công suất 6MW cho Nhà máy thuỷ
điện Đaksrông.
- Phục vụ chương trình nội địa hoá thiết bị trong chiến lược phát triển
thuỷ điện của nhà nước đến năm 2010 và 2020, trong đó chỉ tiêu nội địa hoá
của đề tài là 60%.
- Góp phần cung cấp điện năng thúc đẩy sự phát triển của các ngành
liên quan, tạo công ăn việc làm cho xã hội và nâng cao đời sống dân sinh.
- Tạo điều kiện chủ động sử
a chữa, bảo dưỡng các máy phát thuỷ điện,
cung cấp thiết bị thuỷ điện loại vừa và nhỏ dùng cho các công trình trạm thuỷ
điện mới xây dựng, và phụ tùng bảo dưỡng, thay thế, sửa chữa cho các trạm
đang sử dụng.
Nội dung nghiên cứu của đề tài là:
- Nghiên cứu tổng quan về máy phát thuỷ điện (MFTĐ), thu thập các
tài liệu, số liệu liên quan đến lĩnh v
ực MFTĐ.
- Nghiên cứu và phân tích, lựa chọn máy phát mẫu của đề tài.
- Nghiên cứu tính toán, thiết kế MFTĐ công suất lớn tới 6MW. Đây là
một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng nhất, vì cho tới nay trong
nước chưa thiết kế MFTĐ lớn, và chưa có kinh nghiệm trong thiết kế, kể cả
MFTĐ nhỏ.
- Nghiên cứu xây dựng các quy trình công nghệ (QTCN) chế tạo
MFTĐ 6MW là một nội dung nghiên cứu trọng y

ếu của đề tài, liên quan đến
14
nghiên cứu tìm hiểu năng lực gia công cơ khí của toàn ngành cơ khí trong
nước.
- Tiến hành áp dụng các QTCN, chế tạo 01 MFTĐ 6MW cho Nhà máy
Thuỷ điện Đaksrông. Chế tạo MFTĐ 6MW là nhiệm vụ nặng nề nhất, bao
gồm việc chế tạo các khuôn gá, chuẩn bị điều kiện kỹ thuật, chế tạo phôi, gia
công chính xác, vận chuyển, lắp đặt các chi tiết, cụm chi tiết lớn siêu trường
siêu tr
ọng, sự phối hợp với các đơn vị trong, ngoài nước để chế tạo sản phẩm.
- Nghiên cứu xây dựng Quy trình kiểm tra, thử nghiệm sản phẩm của
đề tài MFTĐ 6MW-600vg/ph-6,3kV.
- Nghiên cứu QTCN lắp ráp các cụm chi tiết và MFTĐ 6MW tại xưởng
chế tạo và tại hiện trường Nhà máy Thuỷ điện Đaksrông.
- Nghiên cứu thiết kế và triển khai chế tạo hệ thống kích thích cho
MFTĐ 6MW.
- Nghiên cứu thiết kế và triển khai chế tạo, lắp đặt các thiết bị theo dõi,
bảo vệ tích hợp với MFTĐ 6MW.
Trong các đề tài trước đây do Công ty HEM thực hiện như đề tài KC-
04-05 "Nghiên cứu công nghệ chế tạo động cơ điện và thiết bị đồng bộ đến
500kW"; đề tài KHCN-05-02 "Nghiên cứu thiết kế và công nghệ để chế tạo
động cơ điện không đồng b
ộ công suất đến 2100kW"; đề tài 119 "Nghiên cứu
thiết kế và công nghệ chế tạo động cơ điện đồng bộ công suất đến 500kW" có
các nội dung nghiên cứu có thể áp dụng cho quá trình chế tạo sản phẩm mẫu
của đề tài như: công nghệ tẩm sấy chân không, cân bằng động, công nghệ gia
công các chi tiết cơ khí. Tuy vậy nội dung nghiên cứu của đề tài vẫn rất lớn
do máy phát thuỷ đi
ện có kết cấu và công nghệ chế tạo phức tạp.
Trên thế giới việc sản xuất máy phát thuỷ điện không phải là một lĩnh

vực mới mẻ. Tuy nhiên đối với trình độ sản xuất thiết bị điện trong nước thì
15
đây là vấn đề cần được xem xét, nghiên cứu. Theo số liệu thống kê từ năm
2000 đến 2004 cho thấy các công trình thủy điện do tập đoàn Điện lực Việt
Nam (EVN) làm chủ đầu tư số lượng là 24 công trình, tổng công suất
6000MW. Ngoài EVN có 76 dự án với tổng công suất 1840MW. Toàn bộ
thiết bị thuỷ điện đều nhập ngoại, các MFTĐ công suất đến 6MW chủ yếu là
nhập t
ừ Trung Quốc. Do vậy để từng bước nội địa hoá các thiết bị máy phát
thuỷ điện theo mục tiêu chiến lược của ngành điện thì các nhà khoa học và
các doanh nghiệp sản xuất trong nước cần phải đầu tư nghiên cứu và để trong
thời gian ngắn có khả năng từng bước chế tạo được các thiết bị cho nhà máy
thuỷ điện. Do vậy nghiên cứu thiết kế máy phát thuỷ
điện là một nhu cầu lớn
và cấp bách của ngành Công nghiệp nước nhà.
Nhu cầu sử dụng và ý nghĩa thực tế của đề tài.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng năng
lượng điện của thế giới nói chung và của nước ta nói riêng ngày một tăng cao.
Do đó việc xây dựng thêm nhiều các nhà máy phát điện là rất cần thiết. Trong
đ
ó thì thuỷ điện vừa và nhỏ chiếm tỷ lệ rất lớn trong kênh đầu tư của Chính
phủ về phát triển nguồn năng lượng.
Đánh giá về nhu cầu trong nước cho thấy, hiện nay đang có hàng ngàn
dự án công trình thủy điện nhỏ, công suất các tổ máy chủ yếu là dưới 6MW,
đang được triển khai ở khắp mọi miền trong nước. Cho tới nay toàn bộ MFTĐ
cho các công trình này đều đượ
c nhập ngoại. Tiềm năng thuỷ điện của nước ta
còn rất dồi dào, nhu cầu tiêu thụ điện năng cũng ngày càng tăng nhanh. Do
vậy chắc chắn trong vòng vài chục năm tới nhu cầu thị trường trong nước về
MFTĐ còn rất lớn.

Nếu đề tài nghiên cứu thành công và khả năng chế tạo MFTĐ trong
nước được mở ra, thì trước mắt ta có thể nhắm vào thị
trường một số nước
16
trong khu vực và thị trường các nước thế giới thứ ba, do giá thành chế tạo của
ta sẽ cạnh tranh so với quốc tế.
Tại một số tỉnh phía Bắc nước ta như tỉnh Điện biên vừa qua đã phối
hợp với Viện năng lượng về khảo sát, quy hoạch các điểm có thể xây dựng,
phát triển thuỷ điện vừa và nhỏ trên địa bàn tỉnh
Điện biên giai đoạn đến năm
2020. Theo quy hoạch bước đầu, Điện biên có 112 vị trí có thể khai thác, phát
triển thuỷ điện vừa và nhỏ với tổng công suất dự kiến trên 500MW.
Theo khảo sát đánh giá của Tập đoàn điện lực Việt nam, tỉnh Bắc cạn
có khả năng phát triển thuỷ điện vừa và nhỏ tại 28 vị trí với tổng công suấ
t lắp
đặt khoảng 40MW.
Tây nguyên cũng là khu vực có tiềm năng thuỷ điện lớn. Trong chiến
lược định hướng phát triển năng lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn
2050 của Bộ Chính trị thì Tây nguyên sẽ trở thành trung tâm thuỷ điện lớn
nhất trong cả nước.
Trên trang điện tử của EVN có đăng tin Ban Giám đốc Ngân hàng phát
triển Châu á (ADB) đã quyết định cho Việt Nam vay 151 triệu USD để xây
dựng các nhà máy thuỷ điện nhỏ. Theo ADB phạm vi cung cấp điện của Việt
Nam đã gia tăng từ 51% số các hộ gia đình năm 1996 lên tới hơn 91% năm
2008. Các khoản đầu tư cho ngành điện, chiếm vào khoảng 3 tỉ USD/năm sẽ
vẫn cần thiết trong thập kỷ tới nhằm thực hiện điện khí hoá cả nước.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.
Ngoài nước:
Năng lượng thuỷ điện bắt đầu được chú ý khai thác sử dụng từ những

năm giữa thế kỷ 18, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công
nghệ, ngành thuỷ điện nói chung và thiết bị thuỷ điện nói riêng đã có nhiều
17
thay đổi lớn về công nghệ thiết kế, chế tạo, quy trình tháo lắp, vận hành và sử
dụng. Cho đến nay ngành chế tạo thiết bị thuỷ điện đã đạt trình độ khá hoàn
thiện với công suất mỗi tổ máy có thể lên tới hơn 1 triệu kilowatt. Đặc biệt,
vấn đề điều khiển tự động hoá đã được sử dụng rộng rãi và đạt hiệu quả
cao.
Ở các nước công nghiệp phát triển thì việc nghiên cứu thiết kế, công
nghệ chế tạo máy phát thuỷ điện công suất tới vài chục ngàn kilowatt và các
thiết bị điều khiển đồng bộ đã đi vào ổn định. Hiện tại họ chỉ còn tập trung
vào nghiên cứu áp dụng công nghệ và vật liệu mới để giảm chi phí sản xuất
và nâng cao tính năng, hiện đại hoá sản phẩm. Các n
ước công nghiệp vẫn
không ngừng nghiên cứu và cải tiến đang tập trung vào các khâu sau:
+ Khâu thiết kế MFTĐ:
- Sử dụng các phần mềm tính toán thiết kế tiên tiến, tính toán toàn bộ
các thông số kỹ thuật về điện từ, tính toán kết cấu, dựng hình không gian ba
chiều toàn bộ máy phát, xây dựng các hình ảnh về tập trung ứng lực, ứng suất
một cách trực quan, lập phân bố từ trường, phân bố nhiệ
t ba chiều.
- Nghiên cứu cải tiến kết cấu của máy, nghiên cứu sử dụng các vật liệu
mới, nhằm giảm trọng lượng máy, nâng cao tính năng, tuổi thọ của máy như:
nghiên cứu ứng dụng các vật liệu kết cấu mới như thép trục, thép kỹ thuật
điện, vật liệu cách điện. Vật liệu cách điện mới cho phép rút giảm chiều dày
cách đi
ện, nâng cao độ bền cơ, độ bền điện , từ đó góp phần giảm vật tư và
nâng cao tuổi thọ. Vật liệu dẫn từ mới cho phép mật độ từ thông cao hơn,
giảm suất tổn hao. Một hướng nghiên cứu quan trọng là nghiên cứu các
phương pháp làm mát MFTĐ, như làm mát máy bằng nước, làm mát bằng khí

hóa lỏng, làm mát trực tiếp trong dây quấn có thể giúp giảm kích thước và
trọng lượng máy, t
ăng tuổi thọ một cách đáng kể.
+ Khâu công nghệ chế tạo:
18
- Công nghệ chế tạo nói chung cũng như chế tạo MFTĐ nói riêng thay
đổi không ngừng. Nghiên cứu để ứng dụng các thiết bị hiện đại, công nghệ
mới nhất vào sản xuất đã đem đến những hiệu quả thiết thực cho mọi ngành
sản xuất trong đó có cả chế tạo MFTĐ. Ứng dụng các công nghệ gia công tia
lửa điện, phay chép hình, hàn tự động, tẩm sấ
y chân không, đúc áp lực v.v.
đã góp phần đáng kể cho nhu cầu tăng năng suất lao động, nâng cao và ổn
định chất lượng, giảm giá thành sản phẩm.
+Khâu điều khiển đo lường và thử nghiệm MFTĐ:
- Nghiên cứu tích hợp các thành tựu của công nghệ điều khiển và vi
điện tử, các thiết bị đo hiện đại vào việc theo dõi hoạt động của máy phát, bảo
vệ máy phát.
- áp d
ụng các thiết bị hiện đại trong việc kiểm tra và thử nghiệm MFTĐ: dò
siêu âm kiểm tra các mối hàn, thử nghiệm phổ cộng hưởng rôto MFTĐ, phân
tích và kiểm tra chất lượng sóng điện phát ra; Dùng phần mềm để mô phỏng
hoạt động của MFTĐ không tải và có tải;
Trong nước:
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế đất nước, nhu cầu sử dụng điện
n
ăng tăng nhanh, nguy cơ thiếu điện ngày càng trầm trọng. Phát triển thuỷ
điện là một trong các chương trình mang tính chiến lược của Nhà nước. Tiềm
năng thuỷ điện của Việt Nam rất lớn, trong giai đoạn 2001-2010, tổng công
suất các nhà máy thuỷ điện được xây dựng vào khoảng trên 7.000MW. Tuy
nhiên cho đến nay, hầu như tất cả các thiết bị lắp cho các nhà máy thuỷ điện

quy mô lớ
n ( Thuỷ điện Hoà Bình, Yaly, Cần Đơn ) cũng như các nhà máy
quy mô vừa và nhỏ đều phải nhập khẩu của nước ngoài, chi phí cao. Do phải
nhập khẩu thiết bị nên không chủ động trong việc cung cấp thiết bị đồng bộ
cũng như các phụ tùng thay thế khi sửa chữa, bảo dưỡng máy móc. Do vậy,
19
việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị thuỷ điện công suất đến
6MW cho nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ, từng bước nâng cao tỷ lệ nội địa
hoá sản phẩm là rất cần thiết và cấp bách.
Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà Nội là doanh nghiệp hàng đầu
của Việt Nam trong lĩnh vực chế tạo máy
điện và thiết bị điện. Trong khuôn
khổ của đề tài thực hiện năm 2003-2005, Công ty đã nghiên cứu, chế tạo, lắp
đặt và thử nghiệm thành công động cơ đồng bộ 500kW-300vg/ph-6,3kV.
Động cơ này có kết cấu tương tự như MFTĐ nhưng với công suất nhỏ hơn 10
lần.
Trong phạm vi của đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy
phát thuỷ
điện công suất 6MW của Nhà máy thuỷ điện Đaksrông", cơ quan
chủ trì đề tài đã nghiên cứu đưa ra đầy đủ các sản phẩm của đề tài như đã
dăng ký với Ban Chủ nhiệm Dự án, Bộ NN&PTNT và Bộ KH&CN. Đặc biệt
là đề tài đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công MFTĐ 6MW. MFTĐ
đã được lắp đặt và đưa vào sử dụng tạ
i Nhà máy Thuỷ điện Đaksrông, đã phát
điện thương phẩm và đang hoạt động ổn định từ ngày 31/8/2010.
Kết quả nghiên cứu của đề tài khẳng định khả năng chế tạo MFTĐ đến
6MW trong nước. Nghiên cứu thực hiện đề tài đã góp phần trang bị cho cơ
quan chủ trì đề tài những kiến thức về thiết kế, công nghệ, thử nghiệm, kinh
nghi
ệm nghiên cứu. Nâng cao năng lực sản xuất, góp phần đào tạo đội ngũ

cán bộ công nhân kỹ thuật tiếp cận với công nghệ và vật tư tiên tiến.
Ở Việt nam, trong những năm 90, Bộ Công nghiệp nặng (Nay là Bộ
Công thương) đã nhìn thấy nhu cầu phát triển của ngành điện nên đã đầu tư 1
xưởng ở Nhà máy Cơ khí Hà nội, nhằm sản xuất MFTĐ. Công ty HEM cũ
ng
là đơn vị đầu tiên năm 1974-1975 đã tổ chức lấy mẫu và thiết kế MFTĐ
1000kVA, sau này đã chuyển giao thiết kế cho Viện công nghệ và Nhà máy
Cơ khí Hà nội hoàn thiện thiết kế và chuẩn bị chế tạo. Nhưng thực tế MFTĐ
20
vẫn chưa được chế tạo, MFTĐ 1400kVA được cải tạo dang dở và không thể
đưa vào hoạt động.

21
CHƯƠNG 1. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT, YÊU CẦU KỸ
THUẬT CỦA SẢN PHẨM MẪU.
1.1. Tổng quát.
Các nội dung của đề tài được nghiên cứu để áp dụng không phải chỉ
cho một sản phẩm mà cho các sản phẩm đến công suất quy định. Khi nghiên
cứu, cơ quan chủ trì đề tài phải lựa chọn đối tượng để đưa các nội dung
nghiên cứu vào ứng dụng và chế tạ
o ra được sản phẩm cụ thể để chứng minh
tính đúng đắn hợp lý của các kết quả nghiên cứu.
Sản phẩm của đề tài được lựa chọn theo các tiêu chí sau:
- Công suất tối đa trong dãy đã đăng ký;
- Sản phẩm mẫu chế tạo có địa chỉ tiêu thụ, và có nhu cầu của thị trường;
- Sản phẩm mẫu phải được đánh giá thử
nghiệm khả năng sử dụng tại
hiện trường và phải có các sản phẩm tương tự để so sánh, xác nhận giá
trị sử dụng của các nội dung và kết quả nghiên cứu.
Để lựa chọn sản phẩm của đề tài, cơ quan chủ trì đề tài đã tiếp xúc với
Cục quản lý nhà nước – Bộ NN & PTNT, qua quá trình nghiên cứu thực trạng
sử dụng và nghiên cứu năng lực ch
ế tạo máy phát thuỷ điện nhỏ ở Việt Nam,
đề tài đã chọn đối tượng nghiên cứu thiết kế và chế tạo là máy phát thuỷ điện
6MW-600vg/ph-6,3kV, công suất gần như lớn nhất trong dãy sản phẩm
nghiên cứu, có địa chỉ lắp đặt, có điều kiện thử nghiệm và đánh giá các thông
số kỹ thuật sau khi chế tạo. Bộ NN & PTNN sẽ tạo các điều ki
ện và giúp đỡ
Công ty HEM nghiên cứu và lắp đặt thử nghiệm sản phẩm tại tổ máy phát
6MW của Nhà máy thuỷ điện Đaksrông bên cạnh hai tổ MFTĐ cùng loại do
Trung Quốc chế tạo.

Thông số kỹ thuật và kích thước lắp đặt của máy phát điện đồng bộ
phải phù hợp với các tổ máy phát trong Nhà máy và đạt tiêu chuẩn IEC 34-2,
cụ thể:
22
Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật và kích thước lắp đặt của máy phát
- Công suất 6000kW
- Tốc độ định mức 600vg/ph
- Điện áp 6,3kV
- Hiệu suất (η) 96,35%
- Hệ số công suất (cosϕ) 0,80
- Tần số 50Hz
- Kiểu kích thích Độc lập
- Cấp cách điện F
- Độ rung ≤ 50µm
- Độ ồn ≤ 85dB
- Tốc độ lồng max 1019vg/ph
- Chế độ làm việc 100 %
- Kích thước lắp đặt (Xem phụ lục 3)

1.2 Xác định thông số kỹ thuật để tính toán và kiểm chứng.
Để có thể kiểm chứng được phương pháp tính toán thiết kế có hợp lý,
chính xác hay không, phần mềm tính toán được lập có thể sử dụng vào sản
xuất hay không, các kết quả nhận được phải được xem xét, kiểm tra, đối
chiếu.
Để có cơ sở tin cậy khi kiểm chứng, nhóm thực hiện đề tài đã lựa chọn
sản phẩ
m mẫu để thực hiện tính toán, thiết kế là máy phát 6MW-600vg/ph-
6,3kV. Sản phẩm mẫu của đề tài đăng ký có các thông số kỹ thuật tương
đương MFTĐ do Trung Quốc sản xuất sẽ được lắp đặt tại Nhà máy Thuỷ điện
23

Đaksrông. Sản phẩm của Đề tài được lắp cùng trạm thuỷ điện với 2 MFTĐ do
Trung quốc sản xuất có đủ điều kiện để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật, đo độ
ồn, độ rung, xác định nhiệt độ của bối dây stato, nhiệt độ ổ đỡ trượt, tốc độ,
dòng kích từ, dòng điện làm việc, công suất không tải, có tải .v.v
Nhóm nghiên cứu
đã tham khảo các tài liệu của Trung quốc, các yêu
cầu của dự án và đưa ra các thông số kỹ thuật cơ bản của máy phát cho tổ
máy phát thuỷ điện Đaksrông như sau:
1.2.1. Kiểu máy và định mức
Máy phát điện 6MW của Đề tài là máy phát điện đồng bộ 3 pha, trục
đứng.
Máy phát điện có các thông số như sau :
1/ Kiểu vận hành Liên tục
2/ Công suất định mức N = 6000kW
3/ Điện áp đị
nh mức U = 6,3kV
4/ Dòng điện định mức I = 687,32 A
5/ Tần số định mức f = 50Hz
6/ Hệ số công suất định mức Cosϕ = 0,80
7/ Hiệu suất η = 96,35%
8/ Cấp cách điện F
9/ Điện áp kích từ 115 VDC
10/ Dòng điện kích từ 470 A
1.2.2. Tốc độ
Tốc độ định mức của máy phát điện 600vg/ph. Máy phát điện phải
được thiết kế chịu được tốc độ
lồng max 1019vg/ph.
24

1.2.3. Chiều quay

Chiều quay của máy phát nhìn từ máy phát xuống Tuabin : Theo chiều
kim đồng hồ.
1.2.4 Hiệu suất
Hiệu suất trung bình η
tb
của máy phát điện tối thiểu phải đạt 95,87%
được tính theo công thức sau :

η
A
+
η
B
+
η
C
+
η
D
+
η
E
+
η
F
+
η
I

η

tb
=
7
Trong đó η
A
, η
B
, η
C
, η
D
, η
E
, η
F
, η
I
, là hiệu suất đảm bảo tương ứng với
các phụ tải 100%; 90%, 80%; 70%; 60%; 50%; 40%, công suất định mức của
máy phát điện là 6000kW với hệ số cos ϕ = 0,80, ở tần số định mức và điện
áp định mức.
Tất cả các tổn hao đều được hiệu chỉnh về nhiệt độ 75
0
C. Cách tính các
tổn hao để tính hiệu suất phải phù hợp với tiêu chuẩn IEC34-2 và 34-2A (các
phương pháp xác định tổn hao và hiệu suất của máy điện qua thử nghiệm).
1.2.5 Bội số dòng ngắn mạch (SCR)
Bội số dòng ngắn mạch phải nằm trong khoảng từ 1,0 - 1,05 (theo yêu cầu
của Chủ đầu tư - Công ty Cổ phần Thuỷ điện Đaksrông).
1.2.6 Dạng sóng

Dạng sóng khi hở mạch phải là hình sin. Hệ
số méo của của dạng sóng
phải bảo đảm để phù hợp với quy định và không lớn hơn 5%.
Hệ số điều hoà điện (THF) của điện áp đầu dây với dây, phù hợp với
IEC34-1, không vượt quá 1,5%.

25
1.2.7 Điều chỉnh điện áp tự nhiên
Điều chỉnh điện áp tự nhiên của máy phát điện ở hệ số công suất định mức
không vượt quá 30% điện áp định mức, và trị số bảo đảm ở hệ số công suất
định mức.
1.2.8 Mô men quán tính
Trị số mô men đà (GD
2
Tấn.m
2
) của máy phát điện ước tính khoảng
36.20 Tấn.m
2
.
1.2.9 Gia tăng nhiệt độ và nhiệt độ cao nhất
Các điều kiện nhiệt độ khí vào bộ làm mát máy phát điện và nước làm mát
cho thiết kế được đưa vào thiết kế theo yêu cầu của khách hàng, như sau:
Nhiệt độ không khí max 40
0
C
Nước làm mát ban đầu ≤ 30
0
C
a. Gia tăng nhiệt độ

Máy phát điện phải áp dụng các giới hạn tăng nhiệt độ cho phép theo
yêu cầu khách hàng. Khi máy phát điện vận hành liên tục với công suất định
mức, ở điện áp định mức, cosϕ định mức và tần số định mức, giới hạn tăng
nhiệt độ được quy định trong bảng 1.2.
Bảng 1.2 Giới hạn tăng nhiệt
độ cho phép của máy phát.
Bộ phận máy phát điện Phương pháp đoGiới hạn tăng
nhiệt độ không
quá
Cuộn dây Stato

Nhiệt điện 80
0
C

Cuộn dây Rô to

Điện trở 80
0
C

Lõi từ và các phần khác tiếp xúc với
cuộn dây
Nhiệt điện trở 80
0
C