Hướng dẫn đồ án Thuỷ điện - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Bộ MÔN THỦY ĐIỆN VÀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

HƯỚNG DẪN

ĐỒ ÁN THỦY ĐIỆN

NHÃ XUẤT BẢN BÁCH KHOA HÀ NỘI


Chủ hiên:
TS. Trịnh Quốc Công
Các tác giả tham gia biên soạn:

TS. Hồng Cơng Tuấn
TS. Phan Trần Hồng Long
TS. Lê Ngọc Sơn

TS. Nguyễn Đức Nghĩa

Biên mục trên xuất bản phẩm của Thư viện Quốc gia Việt Nam

Trịnh Quốc Cồng

Hướng dẫn đồ án thuỷ điện / Trịnh Quốc Công ch.b. - H. : Bách khoa Hà Nội,

2019. - 188tr. : hình vẽ, bảng ; 27cm
ĐTTS ghi: Trường Đại học Thuỷ lợi. Bộ môn Thuỷ điện và Năng lượng tái tạo. Thư mục: tr. 109

1. Cơng trình thuỷ điện 2. Đồ án 3. Thiết kế
621.312134 - dc23

BKM0121P-CIP

2


LỜI NÓI ĐẦU
Cuốn sách “Hưởng dẫn đồ án thủy điện” được xuất bản nhằm phục vụ cho việc học
tập của sinh viên chun ngành Thủy điện và cơng trình năng lượng hệ chính quy, đồng
thời là tài liệu tham khảo cho sinh viên các chuyên ngành khác thuộc ngành kỹ thuật cơng

trình thủy.
Cuốn sách được biên soạn trên cơ sở các tài liệu hướng dẫn, giáo trình chun mơn
dùng nội bộ trước đây, đồng thời có tham khảo tài liệu liên quan trong và ngoài nước cũng
như từ thực tế thiết kế, giảng dạy và hướng dẫn đồ án cho các môn học liên quan đến

chuyên ngành kỹ thuật công trình thủy điện.

Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập các môn đồ án thuộc chuyên ngành Thủy

điện và cơng trình năng lượng, nội dung sách được chia làm bốn chương:
- Chương 1: Thủy năng.
- Chương 2: Lựa chọn thiết bị thủy điện.
- Chương 3: Thiết kế các cồng trình trên tuyến năng lượng.

- Chương 4: Thiết kế nhà máy thủy điện.

Cuốn sách được các thầy giáo: TS. Trịnh Quốc Cơng, TS. Hồng Cơng Tuấn,
TS. Phan Trần Hồng Long, TS. Lê Ngọc Sơn, TS. Nguyễn Đức Nghĩa biên soạn và đã

được thảo luận thông qua tại Bộ môn Thủy điện và Năng lượng tái tạo, Trường Đại học

Thủy lợi.

Trong quá trình biên soạn, các tác giả đã nhận được sự ủng hộ, góp ý rất thiết thực và
quý báu của PGS. TS. Hồ Sĩ Dự và các đồng nghiệp trong Bộ môn Thủy điện và Năng
lượng tái tạo.

Mặc dù các tác giả đã có nhiều cố gắng nhưng khơng thể tránh khỏi những sai sót.
Tập thể các tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, nhận xét của các đồng

nghiệp, sinh viên và các bạn đọc quan tâm để cuốn sách được hoàn thiện hơn trong lần

xuất bản sau.
Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Các tác giả

3


4


MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU................................................................................................................................ 3

DANH MỤC BẢNG...................................................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................................... 8
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT.................................................................. 9

Chương 1. THỦY NĂNG.......................................................................................................... 15

1.1. Tài liệu tính tốn..............................................................................................................15

1.2. u cầu tính tốn............................................................................................................ 16
1.3. Nội dung tính tốn.......................................................................................................... 16
1.3.1. Lựa chọn tuyến cơng trình và sơ đồ khai thác thủy năng................................... 16

1.3.2. Lựa chọn mực nước dâng bình thường và cấp thiết kế...................................... 16
1.3.3. Lựa chọn mực nước chết và hình thức điều tiết.................................................. 17
1.3.4. Xác định các thông số năng lượng của trạm thủy điện...................................... 23

1.3.5. Xây dựng biêu đồ phạm vi làm việc của trạm thủy điện, xác định

các cột nước đặc trưng............................................................................................ 33
Chương 2. LựA CHỌN THIẾT BỊ THỦY ĐIỆN............................................................... 40
2.1. u cầu tính tốn............................................................................................................ 40
2.2. Các tài liệu phục vụ thiết kế......................................................................................... 40
2.3. Nội dung tính tốn, lựa chọn........................................................................................ 40

2.3.1. Chọn số tổ máy cho trạm thủy điện...................................................................... 40
2.3.2. Lựa chọn loại tuabin............................................................................................... 40
2.3.3. Xác định các thơng số cơ bản của tuabin phản kích.......................................... 41
2.3.4. Xác định các thơng số cơ bản của tuabin xung kích gáo...................................48
2.3.5. Tính tốn xác định kích thước buồng xoắn......................................................... 50
2.3.6. Lựa chọn thiết bị thoát nước (ống hút)................................................................. 56
2.3.7. Lựa chọn thiết bị điều chỉnh.................................................................................. 56
2.3.8. Lựa chọn máy phát điện......................................................................................... 59
2.3.9. Tính tốn lựa chọn sơ đồ đấu điện chính và máy biến áp..................................63

2.3.10. Lựa chọn thiết bị nâng chuyển............................................................................ 65

5


Chưong 3. THIẾT KÉ CÁC CƠNG TRÌNH TRÊN TUYẾN NÀNG LƯỢNG.......... 67
3.1. Tài liệu thiết kế.............................................................................................................. 67
3.2. Yêu cầu............................................................................................................................ 67

3.2.1. Tính tốn thiết kế các hạng mục cơng trình cho sơ đồ tuyến cơng trình
sử dụng kênh dẫn, bể áp lực, đường ống áp lực.................................................. 67

3.2.2. Tính tốn thiết kế các hạng mục cơng trình cho sơ đồ tuyến cơng trình

sử dụng hầm có áp, tháp điều áp, đường ống áp lực.......................................... 68
3.3. Hướng dẫn tính tốn...................................................................................................... 68

3.3.1. Tính tốn thiết kế các hạng mục cơng trình cho sơ đồ tuyến cơng trình
sử dụng kênh dẫn, bế áp lực, đường ống áp lực.................................................. 68

3.3.2. Tính tốn thiết kế các hạng mục cơng trình cho sơ đồ tuyến cơng trình
sử dụng hầm có áp, tháp điều áp, đường ống áp lực......................................... 77

3.3.3. Tính tốn và vẽ biểu đồ phân bố áp lực nước va............................................... 86

Chương 4. THIẾT KÉ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN................................................................ 93
4.1. Tài liệu............................................................................................................................... 93
4.2. Yêu cầu.............................................................................................................................. 93

4.2.1. Thuyết minh tính tốn............................................................................................ 93

4.2.2. Bản vẽ....................................................................................................................... 93
4.3. Hướng dẫn........................................................................................................................ 93

4.3.1. Tính tốn xác định kích thước mặt bằng và các cao trình chủ yếu
phần dưới nước nhà máy thủy điện...................................................................... 93

4.3.2. Tính tốn xác định kích thước mặt bằng và các cao trình chủ yếu
phần trên nước nhà máy thủy điện....................................................................... 98

4.3.3. Tính tốn kiểm tra ổn định nhà máy.................................................................. 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................... 109

PHỤ LỤC................................................................................................................................... 110

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Mức đảm bảo phục vụ của các cơng trình thủy điện............................................... 17
Bảng 1.2. Bảng tính tốn xác định hct có lợi nhất..................................................................... 20
Bảng 1.3. Bảng tính thủy năng xác định Nbđ............................................................................ 23
Bảng 1.4. Bảng tính tốn xác định cơng suất bảo đảm............................................................. 25
Bảng 1.5. Bảng tính thủy năng cho năm thủy văn.................................................................... 27
Bảng 1.6. Bảng tính thủy năng theo đường duy trì lưu lượng................................................. 30

Bảng 1.7. Bảng tính xây dựng biếu đồ phạm vi làm việc của TTĐ khi Ztl = MNDBT

vàZTL = MNC................................................

33

Bảng 1.8. Bảng tính xây dựng biếu đồ phạm vi làm việc của TTĐ khi N = Nmin.............. 34
Bảng 1.9. Bảng tính xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ khi N = Nmax............. 34
Bảng 1.10. Bảng tính xây dựng biếu đồ phạm vi làm việc của TTĐ theo điều kiện

hạn chế của tuabin....................................................................................................35
Bảng 2.1. Góc bao Omax các kiểu tuabin.................................................................................. 50
Bảng 2.2. Góc bao Omax và tỷ số Bo/Di................................................................................... 51
Bảng 2.3. Bảng quan hệ giữa diện tích tiết diện buồng xoắn bê tơng với r........................... 53
Bảng 2.4. Bảng tính buồng xoắn kim loại................................................................................. 56
Bảng 2.5. Bảng tra hệ số điều chỉnh công suất.......................................................................... 60

Bảng 2.6. Bảng tra các hệ số tính kích thước máy phát.......................................................... 62
Bảng 3.1. Bảng tính tống chi phí tính tốn năm phần xây dựng khi biết độ dốc kênh I.... 69
Bảng 3.2. Xác định các lực tác dụng.......................................................................................... 75
Bảng 3.3. Bảng tính tổn thất năng lượng (với mỗi phương án D).......................................... 81

Bảng 3.4. Tính tốn đường kính kinh tế hầm............................................................................ 82
Bảng 3.6. Mồđun đàn hồi các loại vật liệu và chất lỏng..........................................................88
Bảng 4.1. Các tải trọng và tổ hợp tải trọng.............................................................................. 101
Bảng 4.2. Hệ số phân bố lực theo độ sâu.................................................................................106
Bảng 4.3. Tính tốn ổn định và ứng suất..................................................................................108

7


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hình minh họa các mực nước hồ chứa...................................................................... 18
Hình 1.2. Đồ thị quan hệ HCT ~ E............................................................................................. 21
Hình 1.3. Biểu đồ phạm vi làm việc của trạm thủy điện (khi chưa kể đến tổn thất)............ 36

Hình 1.4. Quan hệ tổn thất cột nước với trường hợp phương thức cấp nước liên hợp......... 37
Hình 1.5. Quan hệ tổn thất cột nước với trường hợp phương thức cấp nước độc lập.......... 37
Hình 1.6. Biếu đồ phạm vi làm việc của trạm thủy điện khi xét đến tốn thất cột nước

với phương thức cấp nước độc lập............................................................................ 38
Hình 2.1. Phạm vi làm việc của tuabin cánh quay.................................................................. 45
Hình 2.2. Phạm vi làm việc của tuabin tâm trục...................................................................... 46
Hình 2.3. Phạm vi làm việc của tuabin gáo K600/461............................................................49
Hình 2.4. Phạm vi ứng dụng của các loại buồng tuabin.......................................................... 51
Hình 2.5. Quan hệ giữa cột nước tính tốn và lưu tốc.............................................................. 52
Hình 2.6. Tính tốn buồng xoắn bê tơng.................................................................................... 53
Hình 2.7. Mặt bằng buồng xoắn bê tơng.................................................................................... 54
Hình 2.8. Các sơ đồ đấu điện chính............................................................................................ 63
Hình 3.1. Mặt cắt dọc và mặt bằng bể áp lực............................................................................ 70
Hình 3.2. Sơ đồ tính tốn các lực tác dụng lên mo cố định..................................................... 77
Hình 3.3. Mặt cắt và mật bằng cửa lấy nước có áp................................................................... 78
Hình 3.4. Sơ đồ tính tốn ngưỡng cửa lấy nước....................................................................... 79
Hình 3.5. Sơ đồ dao động mực nước trong tháp điều áp..........................................................84
Hình 3.6. Biếu đồ phạm vi làm việc của trạm thủy điện.......................................................... 86
Hình 3.7. Biểu đồ phân bố áp lực nước va trực tiếp................................................................ 90
Hình 3.8. Biểu đồ phân bố áp lực nước va gián tiếp............................................................... 90
Hình 3.9. Sơ đồ tính tốn nước va trong đường ống phức tạp................................................ 91
Hình 4.1. Mặt bàng nhà máy....................................................................................................... 94
Hình 4.2. Mặt cắt ngang nhà máy thủy điện.............................................................................. 95

Hình 4.3. Sơ đồ mặt trượt tính tốn.......................................................................................... 100
Hình 4.4. Sơ đồ tính tốn on định nhà máy thủy điện.......................................................... 101
Hình 4.5. Sơ đồ tính tốn áp lực sóng...................................................................................... 104
Hình 4.6. Sơ đồ phân bố áp lực nước tăng thêm khi có động đất..........................................106

8


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CÁC TỪ VIÉT TẮT

B

m

Chiều rộng đáy móng nhà máy

BĐĐP

Biểu đồ điều phối

BPHN

Bộ phận hướng nước

BXCT

Bánh xe cơng tác

c

VND

Chi phí

D

m

Đường kính

Da

m

Đường kính ngồi vành bệ

Db

m

Đường kính trong vành bệ

Dcln

m

Đường kính cửa lấy nước

Dhầm

m

Đường kính đường hầm

Do

m

Đường kính vịng trịn đi qua trục cánh hướng nước

Di

m

Đường kính tiêu chn bánh xe cơng tác

Dim

m

Đường kính tiêu chuấn bánh xe cơng tác mẫu

Dit

m

Đường kính tiêu chuẩn bánh xe cơng tác thực

D2

m

Đường kính lớn nhất cửa ra cánh bánh xe cơng tác

Dong

m

Đường kính đường ống
Động co tiếp lực

ĐCTL

E

kG.cnr2

Mơđun đàn hồi

Emk

triệu KWh

Điện lượng mùa kiệt

Eml

triệu KWh

Điện lượng mùa lũ

Eo

triệu KWh

Điện lượng năm trung bình nhiều năm

Etháng

triệu KWh

Điện lượng tháng

Ebđ

triệu KWh

Điện năng bảo đảm

9


F

__ 2
m

Diện tích mặt trượt

Ftb

km2

Diện tích trung bình mặt thống hồ chứa thủy điện

Fcln

nr

Diện tích cửa lấy nước

Gbxct

tan

Trọng lượng bánh xe cồng tác

Gmf

tan

Trọng lượng máy phát

Gtb

tan

Trọng lượng tuabin

Gmba

tan

Trọng lượng máy biến áp

Gmax

tan

Trọng lượng vật cấu lớn nhất

Grôto

tan

Trọng lượng rôto

Hbq

m

Cột nước bình quân gia quyền

Hmax

m

Cột nước phát điện lớn nhất

Hmin

m

Cột nước phát điện nhỏ nhất

Htt

m

Cột nước tính tốn

Ho

m

Cột nước tồn phần

Hs

m

Độ sâu hút

HTĐ

Hệ thống điện

K

Hệ số công suất

L

m

Chiều dài

Lđ

m

Chiều dài đoạn tổ máy

Lmax

m

Chiều dài vật cẩu dài nhất

Lnm

m

Chiều dài nhà máy

Lslr

m

Chiều dài gian lắp ráp sửa chữa

M

T.m

Mồmen

MNDBT

m

Mực nước dâng bình thường

MNDGC

m

Mực nước dâng gia cường

10


MNC

m

Mực nước chết

MNCtb

m

Mực nước chết theo điền kiện tuabin

MNCbi

m

Mực nước chết theo điều kiện bồi lắng

N

MW

Công suất

Nbđ

MW

Công suất bảo đảm

Nbqmk

MW

Công suất bình qn mùa kiệt

Nlm

MW

Cơng suất lắp máy

Ntrùng

MW

Cơng suất trùng

Nmf

MW

Cơng suất máy phát

Nmin

MW

Công suất phát điện bé nhất

Ntb

MW

Công suất tuabin

NMĐ

Nhà máy điện

NMNĐ

Nhà máy nhiệt điện

NMTĐ

Nhà máy thủy điện

p

MW

Phụ tải

Q

_ ? _/
m
.s

Lưu lượng

Qbh

m3.^1

Lưu lượng bốc hơi trung bình thời đoạn

Qfd

m3.s~J

Lưu lượng phát điện

Qgt

m.s 1

Lưu lượng giả thiết

Qldth

m .s

Lưu lượng lợi dụng tổng hợp

QmaxCLN

m3.s~]

Lưu lượng lớn nhất chảy qua cửa lấy nước

Qo

m3.s~]

Lưu lượng bình quân nhiều năm

QĩĐmax

mJ.s„-71

Lưu lượng phát điện lớn nhất của TTĐ

Qth

...3 --Ỉ1
m.s

Lưu lượng thấm trung bình thời đoạn

Qthực

m3.s~J

Lưu lượng tại tuyến cơng trình

11


s

MVA

Công suất biểu kiến

T

năm

Thời gian bùn cát lắng đọng/Tuối thọ cơng trình

TTĐ

Trạm thủy điện

TNĐ

Trạm nhiệt điện

Vtb

ỈO6m3

Dung tích trung bình hồ chứa thủy điện

Vhi

ỈO6 m3

Dung tích hữu tích

Vmndbt

106 m3

Dung tích hồ

Vmnc

106 m3

Dung tích chết

Wo

m3

Tơng lượng nước đến trung bình nhiều năm

w

kN

Áp lực
Số tổ máy

z
Zbc

m

Cao trình bùn cát

Zti

m

Mực nước thượng lưu

Zhi

m

Mực nước hạ lưu

ao

cm

Độ mở cánh hướng nước

ai

kN.nr1

Cường độ áp lực sóng ở mực nước tĩnh

b

m

Chiều rộng đáy kênh

bo

m

Chiều cao cánh hướng nước

c

Lực dính đơn vị của mặt trượt

coscp

Hệ số cơng suất máy phát điện

do

mm

Đường kính lớn nhất của dịng tia tuabin gáo

Đặc trưng kháng cắt của mặt phá hoại

f

g

m.s-72

Gia tốc trọng trường

hbh

mm

Cột nước bốc hơi trung bình

hct

m

Độ sâu cơng tác

12


ho

m

Chiều cao tính từ mực nước thượng lưu đến tâm vùng chịu

sóng
ho

m

Độ sâu dịng đều trong kênh

hNlm

gió-

Số giờ lợi dụng công suất lắp máy

hw

m

Cột nước tồn thất

i

%0

Độ dốc đáy kênh

j

%0

Độ dốc thủy lực

la

cm

Chiều cao lõi thép từ
Hệ số mái kênh/số tháng mùa lũ

m
n

vịng.phúr1

Số vịng quay

Tổng thời đoạn tính tốn/số tháng mùa kiệt

n

ĩlđb

vòng.phúr1

Số vòng quay đồng bộ

m

vòng.phúr1

Số vòng quay lồng

ns

Hệ số tỷ tốc

p

Số đôi cực

ptk

%

Tần suất thiết kế

Độ mở tưong đối ban đầu

qo
fa

m

Bán kính ngồi stato tuabin

rb

m

Bán kính trong stato tuabin

z

Số cánh hướng nước

a

Hệ số mũ tính chiều dài cung trịn bố trí cực rơto

ai

Hệ số cột nước thấm cịn lại sau màng chống thấm

ath

%

Hệ số thấm tương đương bình quân trong tháng
Hệ số điều tiết

p
Ỵbc

T.nr3

Dung trọng bùn cát

Ỵbc

T.m~3

Trọng lượng riêng bùn cát bão hòa nước

13


8

m

n

Độ dày lớp bê tông bảo vệ

Hiệu suất

po

g.m~3

Hàm luợng bùn cát

ơ

N.m~2

ứng suất

ơ

Hệ số khí thục

T

Độ mở tương đối của cánh hướng nước hoặc của van


độ °

Góc bao ngồi buồng xoắn


độ °

Góc đật cánh tuabin cánh quay

độ °

Góc ma sát của mặt trượt

CO

/7T

Diện tích mặt cắt hầm

Vlm

m

Cao trình lắp máy

Vđáy

m

Cao trình đáy móng nhà máy

Vđơh

m

Cao trình đáy ống hút

Vlmf

m

Cao trình lắp máy phát

Vmơh

m

Cao trình miệng ra ống hút

Vmái

m

Cao trình mái nhà máy

VsLR

m

Cao trình sàn lắp ráp

VsMF

m

Cao trình sàn máy phát

VsNM

m

Cao trình sàn nhà máy

VsTB

m

Cao trình sàn tuabin

Vtrần

m

Cao trình trần nhà máy

14


Chương 1

THỦY NĂNG

1,1. Tài liệu tính tốn
* Tài liệu về địa hình khu vực cơng trình

- Bình đồ khu vực xây dựng cơng trình.

- Các đặc tính hồ chứa z = f(F, V).
- Quan hệ hạ lun nhà máy thủy điện z = f(Q).

* Tài liệu về khí tượng, thủy văn

- Tài liệu về dòng chảy thiên nhiên: liệt năm thủy ván ngày, tháng; đường duy trì lưu
lượng ngày.

- Tài liệu về bốc hơi, nhiệt độ.
- Tài liệu về tổn thất thấm.
- Tài liệu về dòng chảy rắn.
* Tài liệu dân sinh kinh tế, yêu cầu lợi dụng tong hợp

- Tài liệu về dân sinh, kinh tế, xã hội, môi trường khu vực cơng trình.

- u cầu dùng nước của các ngành lợi dụng tổng hợp.
* Tài liệu về phụ tải điện

- Đặc điếm và yêu cầu dùng điện.
- Biếu đồ phụ tải ngày, năm điến hình.
* Các tài liệu khác

- An ninh quốc phòng.
- Các nhiệm vụ khác của dự án...

15


1.2. u cầu tính tốn

- Chọn phương thức khai thác thủy năng.
- Xác định cấp cơng trình và tần suất thiết kế.
- Tính tốn lựa chọn các thơng số chù yếu của hồ chứa: mực nước dâng bình thường,

mực nước chết.

- Tính tốn xác định các thơng số năng lượng: điện năng bảo đảm (hay công suất bảo
đảm); công suất lắp máy; điện lượng năm bình quân nhiều năm và số giờ lợi dụng công
suất lắp máy.

- Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của trạm thủy điện, xác định các cột nước
đặc trưng.

1.3. Nội dung tính tốn

1.3.1. Lựa chọn tuyến cơng trình và sơ đồ khai thác thủy năng
Dựa vào bình đồ tổng thể, mặt cắt địa chất và tài liệu thủy văn, sinh viên nêu những
căn cứ đế chọn tuyến đập, tuyến năng lượng, bố trí các hạng mục cơng trình và phương

thức khai thác thủy năng.

1.3.2. Lựa chọn mực nước dâng bình thường và cấp thiết kế

1.3.2.1. Mực nước dâng bình thường

Trong phạm vi một đồ án, mỗi sinh viên được giao sẵn một phương án MNDBT cụ
thể để tính tốn.

1.3.2.2. Cắp cơng trình
Cấp cơng trình phụ thuộc vào quy mồ hồ chứa, chiều cao đập và loại nền, công suất

lắp máy của trạm thủy điện, cấp cơng trình được xác định theo Quy chuẩn hiện hành
(QCVN 04-05:2012/BNNPTNT).

1.3.2.3. Xác định tần suất thiết kế (mức bảo đảm tính tốn)

Mức bảo đảm phụ thuộc vào cấp cơng trình và được tra trong bảng 1.1.

16


Bảng 1.1. Mức đảm bảo phục vụ của các công trình thủy điện

Mức đảm bảo phục vụ theo

Đối tượng

cap cơng trình, %
Các u cầu khác

phục vụ của

Đặc

cơng trình

biệt
1. Phát điện

90

1

11

III

IV

90

90

90

85

Mức độ giảm sút công suất, điện lượng,

thời gian bị ảnh hưởng trong năm (hoặc
mùa) khi xảy ra thiếu nước phụ thuộc

độc lập

vào vị trí đảm nhận của nhà máy thủy
điện trong hệ thống năng lượng do chủ
đầu tư quy định và cấp cho cơ quan thiết

kế.
2. Sử dụng

nước tưới đê

Theo chế độ tưới

phát điện

Khi nước dùng cho phát điện và tưới
trong ngày có sự chênh lệch, cần phải
làm thêm hồ điều tiết ngày đêm để điều
tiết lại.

1.3.3. Lựa chọn mực nước chết và hình thức điều tiết
1.3.3.1. Nguyên lý chung

Với mỗi phương án MNDBT, MNC quyết định dung tích điều tiết của hồ chứa và do
đó là cả hình thức điều tiết của hồ. MNC là yếu tố quan trọng liên quan đến việc lựa chọn
công suất lắp máy nên có thế làm thay đổi cấp thiết kế các thành phần cơng trình. MNC
được chọn trên cơ sở tính tốn phân tích so sánh lựa chọn tối un về các chỉ tiêu kinh tế với
các phương án MNC.
1.3.3.2. Xác định giởi hạn MNC

a) Xác định MNC theo điều kiện làm việc của tuabỉn (MNCtb)
Sử dụng công thức kinh nghiệm xác định độ sâu công tác theo điều kiện làm việc của
tuabin:

Ị,

< max
ct " 3

(1-1)

Trong đó:

+ Hmax —

MNDBT — Zhlmin

+ Zhimin = Zhi(Qmin); Qmin:

lưu lượng phát điện nhỏ nhất. Khi thiết kế lấy sơ bộ bàng

lưu lượng ứng với tần suất thiết kế.

17


MNCtb theo điều kiện làm việc tuabin:

MNCtb = MNDBT - hct
b) Xảc định MNC theo điều kiện bồi lắng hồ chứa (MNCbc)

Hình 1.1. Hình minh họa các mực nước hồ chứa.
MNCbc = Zbc + di + d2 + D

(1.2)

Trong đó:
- Zbc: cao trình bùn cát được xác định từ dung tích bùn cát (Vbc) lắng đọng vào hồ

chứa trong thời gian T (năm): Zbc = f(Vbc).
+ Dung tích bùn cát lắng đọng xác định theo công thức:

V| = kxp xW.xT

(13)

+ k: hệ số lắng đọng bùn cát của hồ chứa, sơ bộ k = 0,2 4- 0,8;
+ p0: hàm lượng bùn cát (g/m3);
+ wo: tồng lượng nước đến trung bình nhiều năm (m3).
wo =31,56xlO6 xQ0

+ Qo: lưu lượng bình quân nhiều năm (m3/s);
+ Ỵbc: dung trọng bùn cát (T/m3);
+ T: thời gian bùn cát lắng đọng, xác định theo tuổi thọ cơng trình (theo QCVN
04-05:2012) hoặc theo chu kỳ nạo vét hồ chứa. Đối với TTĐ điều tiết ngày thường có hồ
dung tích nhỏ, việc xác định Zbc theo tuổi thọ cơng trình có thể làm cho MNC q cao và

18


hồ khơng cịn dung tích điều tiết nữa. Do đó, trong truờng hợp này có thế lấy T (năm) ứng

với thời gian nạo vét lịng hồ hoặc vận hành cơng trình xả cát dưới sâu.
- Trị số di = 0,5 4- 1,0 m - khoảng cách an toàn từ cao trình bùn cát tới đáy cửa lấy

nước đê bùn cát không bị cuốn vào cửa lấy nước.
- Trị số d2 = 0,5 4- 1,0 m - khoảng cách an toàn từ MNC tới trần cửa lấy nước đế

khồng hình thành phiễu xoáy trước cửa lấy nước khi mực nước hồ ở MNC.
- Đường kính D - đường kính cửa vào cửa lấy nước (nếu giả thiết tiết diện tròn).
D = /4Qmax

V rcVcv

+ Qmax — lưu lượng lớn nhất chảy qua cửa lấy nước.
_

Q'rPmax

max

2

Z: số cửa nhận nước.
Sơ bộ lấy: QTDmax =(l,6^2)Q0

Qo - lưu lượng trung bình nhiều năm.
+ Vcv = 0,8 4-1,2 m/s - lưu tốc tại mặt cắt cửa vào cửa lấy nước.

Mực nước chết giới hạn của hồ chứa: là mực nước lớn nhất được xác định từ điều
kiện tuabin và điều kiện lắng đọng bùn cát.
MNCgh = max(MNCtb, MNCbc).

Sau khi xác định được MNCgh, có thể sơ bộ xác định khả năng điều tiết của hồ chứa
thông qua hệ số điều tiết p. Tuy nhiên, cách phân loại này chỉ là tương đối.
V..
p=-^w0
+ Vhi: dung tích hữu ích xác định từ MNCgh;

+ Wo: tổng lượng nước năm trung bình nhiều năm;
+ Neu p < 0,02: hồ điều tiết ngày đêm hoặc không điều tiết;
+ Neu p = 0,02 4- 0,2: hồ điều tiết năm khơng hồn tồn;
+ Nếu p = 0, 2 4- 0,3: hồ điều tiết năm hoàn toàn;

+ Nếu p > 0,3: hồ điều tiết nhiều năm.

19


1.3.3.3. Xác định mực nước chết cho TTĐ điều tiết năm

Đối với TTĐ có hồ điều tiết năm, cần xác định mực nước chết có lợi nhất hay độ sâu
cơng tác có lợi nhất h° theo các tiêu chuẩn. Việc lựa chọn tiêu chuẩn tùy thuộc vào điều

kiện cụ thể như đặc điểm của hệ thống điện, yêu cầu về phụ tải, đặc điểm về chế độ thủy
văn... Sinh viên lựa chọn một trong hai tiêu chuẩn sau đế tính toán xác định h°.
a) Theo tiêu chuẩn điện lượng mùa kiệt lớn nhất

Theo tiêu chuấn này, độ sâu công tác có lợi nhất là độ sâu tại đó cho điện lượng mùa
kiệt là lớn nhất Emk (hay cơng suất bình quân mùa kiệt là lớn nhất). Như vậy, để xác định
hct

có lợi nhất, sau khi đã có MNDBT, ta giả thiết các giá trị

mỗi giá trị

hct

giả thiết sẽ tính được một giá trị

Sau đó, lập quan hệ

Emk ~ hct

Emk

hct

(từ nhỏ đến lớn) ứng với

tưong ứng cho năm nước kiệt thiết kế.

sẽ cho phép tìm được

hct

có lợi nhất. Đe thuận tiện ta sẽ lập

bảng đê tính tốn như sau:
Bảng 1.2. Bảng tính tốn xác định hct có lợi nhất
hct

MNC

Vc

Vhi

V

z«

Qđt

H

Nmk

Emk

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

Trong đó:
- Cột (1): các giá trị hct giả thiết (có thế giả thiết tù’ 0 đến hct giới hạn).
- 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 Vhi = Vtb - Vc; Vtb là dung tích ứng với MNDBT, tra
quan hệ z ~ V của hồ ứng với MNDBT.
- Cột (5): V dung tích hồ trung bình mùa kiệt, V = Vmnc +1/2 Vhi.
- Cột (6): Zti mực nước thượng lưu trung bình mùa kiệt, Zti tra tương ứng với V từ
quan hệ z ~ V của hồ chứa.
n

- Cột (7):
+ Qtni:

Qd =

lon

v

~ _ * ----2,63xl06xn

lưu lượng đến tháng thứ i trong mùa kiệt của năm kiệt thiết kế;

+ n: số tháng mùa kiệt của năm kiệt thiết kế.

Trị số 2,63.106 là thời gian (s) của 01 tháng (lấy 30,5 ngày).

20


Ở đây, do chỉ cần xét mối quan hệ giữa

hct

và

Emk

nên có thể bở qua tốn thất luu

lượng do thấm và bốc hơi.
- Cột (8): cột nước.
H = Zti — Zhi (Qđt)
Zhi (Qđt):

mực nước hạ lưu ứng với

Qđt

đã tính ở trên ta được từ quan hệ

(Z ~ Q)

hạ lưu.

- Cột (9): Cồng suất trung bình mùa kiệt, K là hệ số cơng suất, có thể lấy sơ bộ

K = 8,0 -8,5.
Nmk = K.Qđt.H

- Cột (10): Điện lượng mùa kiệt.
Emk = Nmk.Ah.n

Ah: số giờ trong tháng, lấy trung bình Ah = 730 giờ.

Từ đó vẽ đường quan hệ hct ~ Emk sẽ cho phép tìm được

hct

có lợi nhất.

b) Theo tiêu chuần điện lượng năm lớn nhất E'™x

Theo tiêu chuan E™, độ sâu cơng tác có lợi nhất là độ sâu tại đó cho điện lượng

năm là lớn nhất En (hay công suất bình quân năm là lớn nhất).
En — Eml + Emk

Trong một vài trường hợp, nếu chỉ dụa
vào điện lượng mùa kiệt đế xác định độ sâu
cơng tác có lợi nhất thì chưa hăn đã họp lý mà

cịn phải xem xét sự diễn biến của điện lượng

năm. Trong thời kỳ trữ nước, do mực nước
trong hồ thấp nên khả năng phát điện bị hạn
chế (trạm thủy điện kiểu đập cột nước thấp).

Bởi vậy, khi tăng độ sâu công tác của hồ, điện

lượng năm sẽ tăng không đáng kế so với độ

tăng của điện lượng mùa kiệt. Vì vậy, trị số

điện lượng năm lớn nhất sẽ xuất hiện khi
nhỏ hơn so với

hct

cho

Emk

hct

Hình 1.2. Đồ thị quan hệ hct ~ E.

lớn nhất. Cách xác

định Emi và Emk cũng tương tự như cách xác định Emk ở trên.

21


1.33.4. Xác định mực nước chết cho TTĐ điều tiết ngày đêm
Đối với TTĐ điều tiết ngày có nhiệm vụ cân bằng phụ tải của biếu đồ phụ tải ngày

đêm của hệ thống điện thì căn cứ vào vị trí làm việc của nó trên biếu đồ phụ tải và công

suất bảo đảm (hoặc lưu lượng đảm bảo) đế xác định dung tích yêu cầu đảm bảo điều tiết
ngày đêm. Trường hợp khơng có biêu đồ phụ tải ngày, dung tích bảo đảm điều tiết ngày
xác định theo cồng thức:

Qbđ[24-(t1+t2+t,)].3600

Vhi=max
Qbđ

(1.4)

24

-1 .t3.3600
'3

Trong đó:

+ Qbđ: lưu lượng bảo đảm;

+ ti, t3: các khoảng giờ cao điếm trong ngày (t3 > ti);
+ t2: khoảng giờ không phải cao điểm xen kẹp giữa hai khoảng giờ cao điểm;
+ k: là hệ số an toàn, k = 1,2 4- 1,5.
Từ Vhi xác định được Vc và mực nước chết từ các quan hệ của hồ chứa.

Dung tích bảo đảm điều tiết ngày tính theo cơng thức (1.4) khơng được lớn hơn dung

tích giới hạn đã nêu ở mục 1.3.3.2. Neu khơng thỏa mãn, cần có biện pháp cơng trình đế

tăng dung tích giới hạn (đào mở rộng hồ, giảm chu kỳ nạo vét để giảm mực bùn cát) hoặc
chấp nhận điều tiết ngày hạn chế.

Lưu ý: Với TTĐ nhỏ, công suất lắp máy khồng quá 30 MW, hiện nay ở Việt Nam
đang được hưởng chế độ ưu đãi phát điện và bán điện theo giá chi phí tránh được. Theo đó,

các trạm thủy điện nhỏ (N < 30 MW) được phép phát điện không hạn chế và giá bán điện

tính theo khung giờ cao điểm, thấp điểm, giờ bình thường mùa mưa và mùa khơ. Giờ cao
điếm mùa khồ được cộng thêm giá chi phí cơng suất nên có sự chênh lệch lớn. Do vậy,

theo kinh nghiệm hiện nay, dung tích hồ điều tiết ngày của các cơng trình thủy điện nhở

được lựa chọn đảm bảo huy động tối đa khả năng phát công suất lắp máy giờ cao điếm
trong mùa khô. Trên cơ sở đó, dung tích tối đa của hồ điều tiết ngày được xác định theo

công thức (1.5).
tl+t3

Qmax

[24-(t1+t2 + t3)].3600

24

Vhi = max <

+t3

Qmax

—---- 1 .L.3600
24 ựi+t3
)

+ Qmax: lưu lượng phát điện lớn nhất.

22

(1.5)


1.3.4. Xác định các thông số năng lượng của trạm thủy điện
13.4.1. Công suất bảo đảm (điện năng bảo đảm)
Việc xác định Nbđ thực chất là đế xác định điện năng bảo đảm Ebđ trong thời đoạn

tính tốn. Thời đoạn tính tốn được xác định tùy theo khả năng điều tiết của TTĐ. Thời
đoạn là ngày đối với TTĐ không điều tiết và điều tiết ngày đêm; là mùa kiệt đối với TTĐ

điều tiết năm và là năm đối với TTĐ điều tiết nhiều năm.

Nguyên lý chung xác định Nbđ theo các bước:
+ Xác định được thời đoạn tính tốn;
+ Xác định cơng suất bình qn cho các thời đoạn tính tốn Ni;

+ Xây dựng đường tần suất cơng suất bình quân thời đoạn, Ni = f(P%);
+ Xác định Nbđ: chính là giá trị

Ni

ứng với mức bảo đảm tính tốn Ptk.

13.4.2. Xác định Nbđ cho TTĐ điều tiết năm
Nbđ

được xác định từ đường tần suất trung bình mùa kiệt Nmk của liệt năm thủy văn.

Nmk

xác định theo phương pháp lưu lượng phát điện mùa kiệt khơng đổi được trình

bày trong bảng sau:
Bảng 1.3. Bảng tính thủy năng xác định Nbđ

MNDBT (m) =; Vtb(106m3) =; MNC (m) =; Vc (106m3) =; Vhi (106m3) =;

Qh (m3/s) =;

Qth (m3/s) =; Qbh (m3/s) =; Zti (m) =; k =;
Nmk

77

Qmk

Năm

Zhì

A 7/

H

Nmk

Sắp xếp

p

thủy văn

(1)

(2)

1

1965- 1966

2

1966- 1967

m3/s

m3/s

Hỉ

ỈH

Hỉ

MW

MW

%

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

n

Trong đó:
- Cột (1): Số thứ tự;
- Cột (2): Năm thủy văn;

23


m

ZQtn.i
- Cột (3): Lưu lượng thiên nhiên trung bình mùa kiệt, Qj^

m

; Qtn i: lưu

lượng thiên nhiên của tháng i trong mùa kiệt, m: sô tháng mùa kiệt;
- Cột (4): Lưu lượng phát điện trung bình mùa kiệt, Q^.

(1.6)
+ Qh = Vhi : lưu lượng lấy từ hồ chứa; Vhi: dung tích hữu ích hồ chứa, At: số giây
m.At
trong một tháng, có thế lấy trung bình At = 2,63. 106 giây.
a. V

+Qth = —^~:

Ẩ 1 Ấ 1 Ấ
1 ~
Ấ1 Ấ
—
luu lượng tôn thât thâm; a: hệ sô thâm, V= Vc+0,5.Vhi: dung tích

bình qn của hồ chứa.
+

h.F
,
,

, Ấ 1 .
Qbh =-^—: lưulượng tônthât bôc hơi;

-

, Ấ

h : cột nước bôc hơi bình quân mùa kiệt,

lấy bình quân của cột nước bốc hơi các tháng trong mùa kiệt; F = f (V): diện tích mặt nước

bình qn của hồ chứa, xác định bằng cách tra quan hệ đặc trưng hồ chứa từ V .

+ Qldth: lưu lượng theo yêu cầu lợi dụng tống hợp ở thượng lưu.
- Cột (5): Zhl(Qmk): mực nước hạ lưu bình quân, xác định bằng cách tra qua hệ
Q = f (Z) ở hạ lưu nhà máy thủy điện từ Qmk.

- Cột (6): AH(Qmk): tổn thất cột nước bình quân, xác định bằng cách tra qua hệ tổn

thất cột nước AH = f(Q) từ Qmk.
- Cột (7): H: cột nước phát điện bình quân mùa kiệt:

H = Ztl(V)-Zhl(Qmk)-AH(Qmk)

(1.7)

+ Ztl (V): mực nước thượng lưu bình quân, xác định bằng cách tra quan hệ đặc trưng
hồ chứa từ V .

- Cột (8): Nmk: cơng suất trung bình mùa kiệt:

NlA=K.Qnú[.H

(1.8)

+ K: hệ số công suất, K = 9,81.r|tb.r|mf. Trong thiết kế sơ bộ có the lấy K = 8,0 - 9,0,
thường chọn K = 8,5.

- Cột (9): các giá trị Nmk được sắp xếp theo thứ tự từ lớn đến nhỏ.

24


- Cột (10): Tần suất tương ứng với Nmk.
P(%) = ^—.100
n +1

(1.9)

Trong đó: i là số thứ tự của Nmk đã được sắp xếp, n là tổng số năm tính tốn.

Với sai số cho phép, khơng nhất thiết phải vẽ đường tần suất Nmk để từ đó tìm ra Nbđ
mà chỉ cần tính tốn tần suất P(%) cho các giá trị Nmk, sau đó sử dụng cơng thức nội suy

tuyến tính đế tính ra Nbđ ứng với Ptk.

Trong trường họp tài liệu thủy văn chỉ có 3 năm điên hình thì Nbđ được lấy bằng Nmk
của năm kiệt thiết kế. Cách xác định Nmk của năm kiệt thiết kế tương tự như cách xác định

Nmk của năm bất kỳ như đã giới thiệu ở trên.

b) Xác định Nbđ cho TTĐ điều tiết ngày đêm và không điều tiết
Để xác định Nbđ, cần xác định Ni cho tất cả các thời đoạn theo tài liệu chuồi dòng

chảy thủy văn đã cho. Sau đó, xây dựng đường tần suất cơng suất bình quân thời đoạn
Ni = f(P%), từ mức bảo đảm tính tốn tra Nbđ.
Bảng 1.4. Bảng tính tốn xác định cơng suất bảo đảm

Ni

TT

(1)

Ni
sắp xếp

p

MW

MW

%

(2)

(3)

(4)

Cột (1): Số thứ tự.
Cột (2): Công suất thời đoạn tính tốn.
Cột (3): Các giá trị Ni được sắp xếp theo thứ tự từ lớn đến nhỏ.
Cột (4): Tần suất tương ứng với Ni.

P(%) = —!—.100
n+1

(1.10)

Trong đó: i là số thứ tự của Ni đã được sắp xếp, n là tổng thời đoạn tính tốn.
Cách xác định cơng suất bình qn Ni cho mỗi thời đoạn được thực hiện theo phương
pháp lập bảng sẽ được giới thiệu chi tiết trong mục 1.3.4.3, phần b.
Trường họp đối với TTĐ có cột nước dao động ít, khi đó có thế coi như tần suất về
lưu lượng cũng tương đương với tần suất về cơng suất. Như vậy, có thể tính Nbđ từ

25