Tổng quan về nhà máy thủy điện

Tổng quan về nhà máy thủy điện
Nhà máy thủy điện là một tổ hợp phức tạp bao gồm 3 tuyến chính :
Tuyến áp lực.
Tuyến năng lượng.
Tuyến hạ lưu.
Tổng quan về nhà máy thủy điện
Sơ đồ tuyến năng lượng chính trong nhà máy thủy điện
Tổng quan về nhà máy thủy điện
Sơ đồ bố trí thiết bị trong nhà máy thủy điện
1 – Cửa nhận nước 2 –Hầm dẫn
3 – Bình tạo áp lực 4 – Nhà van
5 – Ống áp lực 6 – Tuabin thủy lực
7 – Máy phát 8 – Hệ thống kích thích
9 – Hệ thống dầu áp lực và bộ điều tốc 10 – Hệ thống nước làm mát
11 - Ống xả 12 – Cửa hạ lưu
Tổng quan về nhà máy thủy điện
Năng lượng
của nước
Tuabin
nước
Máy
phát
Truyền tải
điện năng
Tiêu thụ
Kích từ
Sơ đồ khối chức năng sản xuất điện ở nhà máy thủy điện
Phân loại nhà máy thủy điện
Nhà máy thủy điện sau đập
Nhà máy thủy điện đường dẫn
Nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp

• Nhà máy thủy điện sau đập
Phân loại nhà máy thủy điện
• Nhà máy thủy điện sau đập thường dùng với cột nước từ
30÷45m ≤ H≤ 250÷300m và có thể lớn hơn. Nhà máy được bố
trí ngay sau đập dâng nước. Nhà máy không trực tiếp chịu áp
lực nước phía thượng lưu, do đó kết cấu phần dưới nước là
biện pháp chống thấm đỡ phức tạp hơn nhà máy ngang đập
dâng. Nếu đập dâng nước là đập bê tông trọng lực thì cửa lấy
nước và đường ống dẫn nước tuabin được bố trí trong thân
đập bê tông. Khoảng cách giữa đập và nhà máy thường đủ để
bố trí các phòng và máy biến thế.
• Tùy thuộc vào cột nước công tác, nhà máy thủy điện sau đập
thường dùng tuabin tâm trục, tuabin cánh quay cột nước cao
hoặc tuabin cánh chéo. Ở nhà máy thủy điện sau đập, phần
điện thường bố trí phía thượng lưu giữa đập và nhà máy;
phần hệ thống dầu nước bố trí phía hạ lưu.
Phân loại nhà máy thủy điện
• Nhà máy thủy điện đường dẫn
Phân loại nhà máy thủy điện
• Nước được ngăn bởi một đập thấp rồi chảy
theo đường dẫn (Kênh, máng, ống dẫn)
đến nhà máy thủy điện.
• Ở đây cột áp cơ bản là do đường dẫn tạo
nên, còn đập chỉ để ngăn nước lại để đưa
vào đường dẫn. Đường dẫn có độ dốc nhỏ
hơn độ dốc lòng sông. Kiểu trạm này
thường dùng ở các sông suối có độ dốc
lòng sông lớn và lưu lượng nhỏ.
Phân loại nhà máy thủy điện
• Nhà máy thủy điện kiểu tổng hợp

Phân loại nhà máy thủy điện
• Năng lượng nước được tập trung là nhờ
đập và cả đường dẫn. Cột áp của trạm
gồm 2 phần: một phần do đập tạo nên,
phần còn lại do đường dẫn tạo nên.
• Nhà máy kiểu này được dùng cho các
đoạn sông mà ở trên sông có độ dốc nhỏ
thì xây đập ngăn nước và hồ chứa, còn ở
phía dưới có độ dốc lớn thì xây dựng
đường dẫn.
Phân loại nhà máy thủy điện
Ưu điểm, nhược điểm của nhà máy thủy điện
• Ưu điểm :
• So với các nguồn năng lượng khác như nhiệt điện , điện hạt nhân hay điện
chạy bằng tuabin khí và diezen… thì thủy điện là nguồn năng lượng tái sinh,
rẻ tiền, không phải chịu cảnh biến động giá nhiên liệu và là nguồn năng
lượng sạch, đồng thời góp phần tích cực vào việc cung cấp điện năng đáp
ứng nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước.
• Giá thành điện năng thấp, chỉ bằng 1/5 ÷ 1/10 nhiệt điện.
• Khởi động nhanh, chỉ cần một phút là có thể khởi động xong và cho mang
công suất, trong khi đó để khởi động một tổ máy nhiệt điện (kể cả lò và
tuabin) phải mất hàng ngày.
• So với các nhà máy nhiện điện thì tuổi thọ của nhà máy thủy điện cũng cao
hơn. Một số nhà máy thủy điện đang hoạt động hiện nay đã được xây dựng
từ 50 đến 100 năm trước.
• Chi phí nhân công cũng thấp bởi vì các nhà máy này được tự động hóa cao
và ít người làm việc tại hỗ khi vận hành thông thường.
• Kết hợp các vấn đề khác như công trình thủy lợi, chống lũ lụt, hạn hán, giao
thông vận tải,…
• Nhược điểm :

• Thực tế, việc sử dụng nước tích trữ khá phức tạp bởi vì yêu cầu cho
mục đích thủy lợi có thể xảy ra không trùng với thời điểm yêu cầu
điện lên mức cao nhất. Những thời điểm hạn hán có thể gây ra các
vấn đề rắc rối bởi vì bổ sung nước không thể tăng kịp với mức yêu
cầu sử dụng.
• Thời gian xây dựng một nhà máy thủy điện lâu hơn việc xây dựng
một nhà máy nhiệt điên.
• Thường ở xa hộ tiêu thụ nên phải xây dựng đường dây cao áp rất
tốn kém.
• Khó khăn trong việc tái định cư dân chúng trong vùng hồ chứa.
Trong nhiều trường hợp không một khoản bồi thường nào có thể bù
đắp được sự gắn bó của họ về tổ tiên và văn hóa gắn liền với địa
điểm đó vì chúng có giá trị tinh thần đối với họ. Hơn nữa, về mặt lịch
sử và văn hóa các địa điểm quan trọng có thể bị biến mất.
Ưu điểm, nhược điểm của nhà máy thủy điện
Vấn đề tự động hóa trong nhà máy thủy điện
• S
ơ đồ khối chức năng điều khiển của
nhà máy
thủy điện
Các hệ thống tự động hóa trong nhà máy
• Nhóm hệ thống tự động chỉnh thông số
điện.
• Nhóm hệ thống tự động chống sự cố.
• Nhóm hệ thống liên động trong mạch tự
dùng của nhà máy.
• Nhóm hệ thống điều chỉnh thông số điện
– Hệ thống tự động điều chỉnh theo nhóm công suất
hữu công của các tổ máy ( hay còn gọi là nhóm hệ
thống điều tốc thủy lực).

– Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp thanh cái 220kV
theo nhóm các tổ máy (hay còn gọi là nhóm hệ thống
điều chỉnh kích từ)
Các hệ thống tự động hóa trong nhà máy
• Hệ thống tự động điều chỉnh theo nhóm công suất hữu công
– Nhiệm vụ của hệ thống này là điều chỉnh công suất của các tổ máy
sao cho :
– Không cho các tuabin hoạt động vào trong vùng cấm do xâm thực hay
vượt quá mức công suất tổ máy.
– Phân bố đều công suất lưới yêu cầu cho các tổ máy.
– Điều chỉnh tần số lưới theo trị số đặt
– Hệ thống này tham gia vào việc điều chỉnh công suất phát cho các tổ
máy bằng cách nhận tín hiệu tần số, độ lệch tần số, tốc độ thay đổi tần
số của lưới, qua khối xử lý thuật toán, sau đó phát một xung vào cuộn
dây điều chỉnh của máy biến đổi điện thủy nằm trong bộ điều tốc điện
thủy lực.
Các hệ thống tự động hóa trong nhà máy
Các hệ thống tự động hóa trong nhà máy
Sơ đồ khối chức điều chỉnh công suất hữu công máy phát
• Hệ thống tự động điều chỉnh điều áp thanh cái
– Điện áp thanh cái 220kV được điều chỉnh bằng cách thay đổi điện
áp đầu cực máy phát. Bản chất của việc điều chỉnh này là thay đổi
dòng kích từ trong cuộn dây rôto máy phát.
– Nhiệm vụ chính của hệ thống điều chỉnh này là :
– Giữa điện áp thanh cái 220kV theo một giá trị đặt trước.
– Phân bố đều công suất vô công cho các tổ máy sao cho không xâm
phạm vùng cấm (như quá tải rôto,…).
– Vận hành tối ưu các máy bù.
– Hệ thống này nhận tín hiệu đầu vào là điện áp, độ lệch điện áp, tốc
độ thay đổi điện áp theo thời gian của thanh cái 220kV, dòng điện,

tốc độ thay đổi dòng điện của hệ thống kích thích. Sau đó đưa qua
bộ xử lý với thuật toán đã cài đặt trước và cuối cùng đưa ra một
xung vào bộ tự động điều chỉnh điện áp nằm trong hệ thống điều
chỉnh kích thích của mỗi tổ máy. Do đó dòng kích thích của máy
phát thay đổi dẫn tới thay đổi công suất vô công và làm thay đổi
điện áp đầu cực máy phát và thanh cái 220kV.
Các hệ thống tự động hóa trong nhà máy
• Nhóm hệ thống tự động chống sự cố
– Để đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống điện lưới quốc gia,
nhà máy thủy điện đã trang bị các hệ thống tự động chống sự
cố :
– Hệ thống tự động cắt máy khi mất tải đường dây 500kV : để
chống sự tăng vọt của tần số hệ thống khi mất một lượng tải lớn
trên đường dây 500kV, đưa nhanh tần số hệ thống về giá trị định
mức để tăng cao mức độ ổn định của lưới.
– Hệ thống tự động chuyển các máy dự phòng : để tự động đưa
các máy đang dự phòng hay đang chạy bù vào làm việc kịp thời
theo tần số lưới. Khi tần số giảm xuống 49,5Hz thì tự động
chuyển sang phát.
– Hệ thống tự động cắt máy khi tần số tăng cao : mục tiêu của hệ
thống này là tự động sa thải nguồn khi tải hệ thống bị mất một
lượng lớn (thường là do đứt một đường dây truyền tải quan
trọng).
Các hệ thống tự động hóa trong nhà máy
• Nhóm hệ thống liên động trong mạch tự dùng nhà máy
– Hệ thống này có nhiệm vụ đảm bảo cung cấp điện tự
dùng cho nhà máy liên tục bằng cách đặt các liên
động cho các máy cắt cấp nguồn tự dùng. Tự dùng
nhà máy lấy từ bốn đường, hai đường từ đầu cực máy
1 và máy 8, hai đường từ phía hạ áp máy biến áp tự

ngẫu. Các máy cắt cấp nguồn tự dùng phải đảm bảo
sao cho luôn có hai nguồn cấp tới.
Các hệ thống tự động hóa trong nhà máy
HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
• Cấu trúc của một hệ thống điều tốc thủy lực
trong nhà máy bao gồm những bộ phận sau :
– Bộ điều tốc
– Hệ thống dầu áp lực MHY
– Tuabin thủy lực
– Hệ thống đường ống dẫn nước
– Servomotor
– Các thiết bị đo lường
• Trong đó bộ điều tốc và hệ thống dầu áp lực
MHY là hai bộ phận chính của hệ thống điều
tốc thủy lực.
• Nhiệm vụ của bộ điều tốc
– Đảm bảo tốc độ của tuabin ổn định nhất trong giới
hạn cho trước và tương ứng là đảm bảo độ ổn định
tần số của dòng điện do máy phát sinh ra.
– Phân bố phụ tải của các tổ máy làm việc song song.
– Thực hiện quá trình mở và tắt máy trong điều kiện
bình thường và trong điều kiện có sự cố tốt.
HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
• Nguyên lý điều tốc
– Theo phương trình động học của hệ truyền động tuabin - máy phát viết cho đầu trục
máy phát: thì để giữ tần số quay của tuabin thủy lực ở giá trị định mức thì phải giữ
được cân bằng giữa mômen quay M
m
của tuabin và mômen cản M
e

, tức là giữ cho .
– Trong đó :
– M
m
là mômen quay của tuabin đầu trục máy phát.
– M
e
là mômen cản, phụ thuộc vào phụ tải điện.
– J là mômen quán tính của hệ tuabin – máy phát.
– là vận tốc góc của rôto máy phát.
– Khi mômen cản thay đổi phải điều chỉnh mômen quay của tuabin bằng cách tăng
hoặc giảm lượng nước qua tuabin. Momen quay của tuabin được xác định theo công
thức sau :
– Trong đó :
– Q là lượng nước; [m
3
/s]
– H là cột áp tính toán; [m]
– là hiệu suất của tuabin.
– Trong quá trình làm việc cột áp và hiệu suất hầu như không thay đổi, do đó mômen
quay M
m
của tuabin chỉ còn phụ thuộc vào lưu lượng nước. Vì vậy, để điều chỉnh
mômen quay của tuabin, ta phải điều chỉnh lưu lượng nước vào tuabin thông qua điều
chỉnh độ mở cánh hướng nước.
HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
0
dt
d


• Quan
hệ phụ thuộc tĩnh của tải
và tuabin
thủy lực
HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN