TÍNH TOÁN DAO ĐỘNG CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN SƠN LA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘNG ĐẤT

Bộ Giáo dục và đào tạo

Bộ Nông nghiệp và PTNT

Trờng đại học Thuỷ lợi

Nguyễn văn thnh

Tính toáN DAO Động của nh máy thuỷ điện
sơn la bằng phơng pháp phần tử hữu hạn
có xét đến ảnh hởng của động đất

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà Nội - 2010


Bộ Giáo dục và đào tạo

Bộ Nông nghiệp và PTNT

Trờng đại học Thuỷ lợi

Nguyễn văn thnh

Tính toáN DAO Động của nh máy thuỷ điện
sơn la bằng phơng pháp phần tử hữu hạn
có xét đến ảnh hởng của động đất

Chuyên ngành: Xây dựng công trình thuỷ
Mã số: 60-58-40

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ngời hớng dẫn khoa học:
1. GS.TS Phạm Ngọc Khánh
2. TS. Nguyễn Ngọc thắng

Hà Nội - 2010


Lu n v n th c s k thu t

L IC M

N

Lu n v n Th c s k thu t chuyên ngành xây d ng công trình th y v i đ tài
“Tính toán dao đ ng c a nhà máy thu đi n S n La b ng ph ng pháp ph n t
h u h n có xét đ n nh h ng c a đ ng đ t”, đ c hoàn thành v i s giúp đ t n
tình c a các th y, cô giáo trong các b môn c a tr ng i h c Th y L i, đ c bi t
là các th y cô giáo trong khoa Công Trình.
Tác gi xin bày t lòng bi t n sâu s c t i th y giáo GS.TS. Ph m Ng c
Khánh và TS. Nguy n Ng c Th ng đã t n tình h

ng d n, cung c p nhi u tài li u

và thông tin có giá tr thi t th c cho tác gi trong quá trình th c hi n lu n v n. Xin
chân thành c m n các th y cô giáo trong b môn S c b n - C k t c u đã h

ng

d n và đóng góp ý ki n đ tác gi hoàn thành t t lu n v n. Tác gi xin chân thành
c m n các đ ng nghi p, b n bè và gia đình đã t o m i đi u ki n và đ ng viên v
nhi u m t đ tác gi hoàn thành t t lu n v n.
Tuy nhiên, do th i gian có h n mà ki n th c l i r t r ng l n nên ch c ch n
lu n v n không th tránh kh i nh ng thi u sót, tác gi r t mong đ

c s đóng góp

c a các th y, các cô và các b n đ ng nghi p. Tác gi xin chân thành c m n.
Lu n v n đ

c hoàn thành t i Tr

ng

i h c Thu l i tháng 11 n m 2010.

Hà N i, tháng 11 n m 2010

Chuyên ngành xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


Lu n v n th c s k thu t

M CL C
M

1

U

CH
NG 1 : T NG QUAN V NHÀ MÁY TH Y I N VÀ NH H
C A
NG
T
N CÔNG TRÌNH.

NG

1.1 Gi i thi u t ng quan v nhà máy thu đi n, tình hình xây d ng các nhà
máy thu đi n trên th gi i và Vi t Nam.

4

1.2 Các lo i nhà máy thu đi n, các thi t b đ ng l c trong nhà máy th y đi n.

6

1.3 Gi i thi u chung v nhà máy th y đi n S n La.

12

1.4

ng đ t và nh h

CH
NG 2 : CÁC PH
THU
I N CÓ XÉT
2.1 Gi i thi u các ph

ng c a đ ng đ t đ n công trình.

18

NG PHÁP TÍNH TOÁN DAO
N T I TR NG
NG
T

NG NHÀ MÁY

ng pháp tính toán có xét đ n t i tr ng đ ng đ t.

2.2 Các ph ng pháp tính toán dao đ ng c a nhà máy, u nh
ph ng pháp.

c đi m c a các

26
38

2.3 Gi i thi u các ph n m n tính toán dao đ ng nhà máy thu đi n.

48

2.4 Gi i thi u ph n m m tính toán dao đ ng nhà máy th y đi n
SAP2000.V12.0.0

49

CH
NG 3: TÍNH TOÁN DAO
NG NHÀ MÁY THU
I N S N LA
B NG PH
NG PHÁP PTHH CÓ XÉT
N NH H
NG C A
NG

T

3.1 Khái ni m c b n v ph

52

ng pháp Ph n t h u h n.

ng trình dao đ ng t ng quát.

55

3.3 Tính toán dao đ ng c a nhà máy th y đi n.

59

3.4 S đ tính toán và k t qu tính toán dao đ ng cho nhà máy th y đi n S n
La có xét đ n nh h ng c a đ ng đ t.

64

3.5 Phân tích và nh n xét các k t qu tính toán.

77

K T LU N VÀ KI N NGHN

80

3.2 Ph

Chuyên ngành xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


1

Lu n v n th c s k thu t

M

U

Cùng v i công cu c đ i m i và phát tri n ngày càng nhanh c a đ t n
nhi u công trình thu đi n đã và đang đ

c xây d ng trên kh p m i mi n c a t

qu c. Vì th y đi n là m t trong nh ng gi i pháp n ng l
b o v môi tr

c,

ng có hi u qu kinh t và

ng t t nh t.

V n đ dao đ ng c a nhà máy thu đi n trong quá trình khai thác v n hành
là m t nguyên nhân chính gây nên hi n t

ng phá ho i v t li u, gi m tu i th c a

thi t b , t ng chi phí duy tu s a ch a, gi m hi u qu khai thác c a nhà máy.
ng đ t và nh h

ng c a nó đ n các công trình xây d ng, th y l i nói

chung và đ n nhà máy th y đi n nói riêng là v n đ r t ph c t p trong quá trình tính
toán thi t k công trình c ng nh trong quá trình công trình đi vào v n hành. Ngoài
vi c nh h

ng c a sóng đ a ch n làm cho n n công trình có th b lún s t, hóa

l ng, các k t c u công trình sinh ra n i l c, chuy n v v
đ ng đ t còn gây ra m t hi n t
trình v n hành đó là hi n t

t quá m c cho phép thì

ng nguy hi m h n khi công trình đang trong quá

ng c ng h

ng dao đ ng.

V i quy mô xây d ng nhà máy thu đi n ngày càng l n, đòi h i l p đ t các
máy phát có công su t l n nên v n đ ki m soát và kh c ph c hi n t

ng dao đ ng

nhà máy thu đi n càng tr nên ph c t p. Vi c tính toán dao đ ng c a nhà máy thu
đi n g p nhi u khó kh n khi s d ng các ph
ph

ng pháp s càng ngày càng đ
S d ng ph

ng pháp tính toán truy n th ng vì th

c s d ng r ng rãi.

ng pháp ph n t h u h n là m t xu h

ng nghiên c u m i c a

các nhà khoa h c hi n nay. Nó có th mô ph ng và tính toán dao đ ng c a nhà máy
thu đi n v i k t qu chính xác cao. H n th , hi n nay v i s phát tri n không
ng ng c a khoa h c công ngh nên có r t nhi u ph n m m tính toán d a trên thu t
toán c a ph

ng pháp ph n t h u h n, do đó hi u và v n d ng đ

c ph

ng pháp

ph n t h u h n vào vi c tính toán công trình nói chung và tính toán dao đ ng c a
nhà máy thu đi n nói riêng là m t nhu c u c p thi t đ i v i ng

i cán b khoa h c

k thu t.
Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


2

Lu n v n th c s k thu t

Nh ng nghiên c u này giúp cho chúng ta có nh ng bi n pháp hi u qu trong
quá trình thi t k và thi công nh m ki m soát và h n ch nh ng tác đ ng có h i do

dao đ ng gây nên đ i v i các nhà máy thu đi n.
Trong lu n v n Th c s k thu t v i đ tài “Tính toán dao đ ng c a nhà máy
thu đi n S n La b ng ph

ng pháp ph n t h u h n có xét đ n nh h

đ ng đ t”, tác gi đã nghiên c u m t cách t ng quát v ph
h n s d ng trong tính toán dao đ ng, các ph
h

ng c a

ng pháp ph n t h u

ng pháp tính toán có xét đ n nh

ng c a đ ng đ t, nh m góp ph n vào vi c l a ch n gi i pháp tính toán thi t k

nhà máy thu đi n trong đi u ki n xây d ng t i Vi t nam hi n nay.
M c đích nghiên c u c a đ tài:
Nghiên c u mô ph ng và tính toán dao đ ng c a nhà máy thu đi n S n La
b ng ph

ng pháp phân t h u h n có xét đ n nh h

Xu t phát t nhu c u th c t
đi n có quy mô l n và v a đ
thu đi n b ng ph

n

ng c a đ ng đ t.

c ta hi n nay có r t nhi u công trình thu

c xây d ng, v n đ tính toán dao đ ng c a nhà máy

ng pháp truy n th ng g p r t nhi u khó kh n. Công trình Thu

đi n S n La là m t công trình c p đ c bi t, v i công su t phát đi n là 2400MW (6
t máy), n m trong vùng có ho t đ ng đ a ch n ph c t p, t nghiên c u này s ph n
nào giúp cho Ch đ u t , các nhà t v n có th đánh giá và có bi n pháp ki m soát
dao đ ng c a nhà máy khi có đ ng đ t x y ra.
Lu n v n g m ba Ch
- Ch

ng chính:

ng m t là t ng quan v nhà máy thu đi n và nh h

ng c a đ ng đ t

đ n công trình, nêu lên các khái ni m, các d ng nhà máy thu đi n, nh ng v n đ
xung quanh tình hình đ ng đ t và nh h
- Ch

ng hai nêu lên các ph

có xét đ n nh h
trong th c ti n t tr

ng c a nó đ n nhà máy thu đi n.

ng pháp tính toán dao đ ng nhà máy thu đi n

ng c a đ ng đ t d a trên c s lý thuy t và đã đ

c áp d ng

c đ n nay.

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


Lu n v n th c s k thu t

- Ch
La b ng ph

3

ng ba trình bày n i dung tính toán dao đ ng c a nhà máy th y đi n S n
ng pháp ph n t h u h n có xét đ n nh h

d ng thu t toán tính dao đ ng nhà máy thu đi n theo ph

ng c a đ ng đ t. Xây
ng pháp ph n t h u

h n. Nh n xét và đánh giá k t qu tính toán.

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


4

Lu n v n th c s k thu t

CH

NG 1 : T NG QUAN V NHÀ MÁY TH Y I N

VÀ NH H

NG C A

NG

T

N CÔNG TRÌNH.

1.1 GI I THI U T NG QUAN V NHÀ MÁY TH Y I N, TÌNH HÌNH XÂY
D NG CÁC NHÀ MÁY TH Y I N TRÊN TH GI I VÀ VI T NAM.

Nhu c u dùng đi n ngày càng l n đòi h i gi i pháp v n ng l

thúc đNy s phát tri n m nh v thu đi n

các n

ng đi n đã

c trên th gi i. Vi c xây d ng

các nhà máy thu đi n t o ngu n đi n ph c v cho phát tri n n n kinh t qu c dân
là nhu c u không th thi u v i các n
gi i đã có 179 n

c trên th gi i. Vì th mà hi n nay trên th

c phát tri n thu đi n.

Theo các chuyên gia thu đi n, nh ng đ p thu đi n có đ cao t 15m tr lên
và có s c ng n t i thi u là 3x106 m3 n

c thì đ

c x p vào lo i đ p l n. Theo cách

phân chia này thì hi n nay trên th gi i có kho ng 50.000 đ p thu đi n c l n.
Hi n nay đ p thu đi n l n nh t th gi i là đ p Tam Hi p
chi u cao là 185m v i công su t nhà máy là 18.200MW.
đi u ti t l trên dòng sông D

Trung Qu c v i

p Tam Hi p s giúp

ng T .

V trí th 2 là đ p Itaipu n m trên biên gi i 2 n

c Brazil và Paraguay v i

công su t nhà máy 12.600MW.
V trí th 3 là đ p Guri

Venezuela v i công su t nhà máy 10.000MW. Và

r t nhi u công trình thu đi n l n trên th gi i.
n

c ta, đi n n ng luôn đóng vai trò vô cùng quan tr ng trong s nghi p

công nghi p hoá và hi n đ i hoá đ t n

c. D báo nhu c u dùng đi n đ n n m 2010

là 87,82 t KWh/n m và nhu c u ph t i t

ng ng là 14,56 tri u KW.

nn m

2020 nhu c u v đi n s t ng g p đôi trong đó thu đi n đóng vai trò l n trong h
th ng đi n Vi t N am.

M t xu h

ng quan tr ng trong k ho ch đi n khí hoá toàn qu c là bên c nh

các công trình thu đi n có công su t l n, đ ph kín b n đ cung c p đi n trên toàn
Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


Lu n v n th c s k thu t

5

qu c không th thi u các tr m thu đi n có công su t v a và nh đ cung c p cho
nh ng vùng mà l

i đi n qu c gia không v i t i đ

c vì nh ng chi phí cho đ

ng

dây t i đi n đ n nh ng vùng núi xa xôi hi m tr quá l n. Chính vì v y, trong nh ng
n m g n đây hàng lo t các tr m thu đi n có công su t v a và nh đã đ
lo t kh i công xây d ng t i r t nhi u các đ a ph
n

ng trong c n

c đ ng

c.

c ta hi n đang xây d ng nhà máy thu đi n l n nh t Vi t N am và

ông N am Á là công trình thu đi n S n La có công su t l p máy là 2400MW. Còn
có r t nhi u nhà máy thu đi n l n đang v n hành nh nhà máy thu đi n Hoà Bình
v i công su t là 1920MW, nhà máy thu đi n Ialy v i công su t 720MW, nhà máy
thu đi n Tr An công su t 400MW...

Hình 1.1: Ph i c nh Nhà máy thu đi n S n La

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


6

Lu n v n th c s k thu t

Hình 1.2: Nhà máy thu đi n Hoà Bình

1.2 CÁC LO I NHÀ MÁY TH Y I N, CÁC THI T BN

NG L C TRONG

NHÀ MÁY TH Y I N [2],[5].

N hà máy thu đi n là công trình thu công trong đó b trí các thi t b đi n,
thi t b th y l c (tuabin, máy phát đi n) và các h th ng thi t b ph ph c v cho s
làm vi c bình th

ng c a các thi t b chính nh m s n xu t đi n n ng cung c p cho

các h dùng đi n. Lo i và k t c u nhà máy ph i đ m b o làm vi c an toàn c a các
thi t b và thu n l i trong v n hành.
N hà máy thu đi n đ

c chia làm 3 lo i c b n nh sau:

1.2.1. Nhà máy thu đi n ngang đ p:
N hà máy thu đi n ngang đ p là m t ph n c a công trình dâng n
l cn

c th

ng l u, đ ng th i c ng là công trình l y n

V i đ c đi m trên, k t c u c a nhà máy này ch u đ

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

c, ch u áp

c n i tr c ti p v i tuabin.
cH

30÷40m. N h ng nhà

H c viên: Nguy n V n Thành


7

Lu n v n th c s k thu t

máy ngang đ p có công su t l n và trung bình th

ng l p tuabin cánh quay tr c

đ ng, ho c dùng tuabin cánh qu t công su t nh , c t n
máy t 120÷150MW, l u l
tuabin l n nên kích th

cd

i 20m. Công su t t

ng qua tuabin t 650÷700m3/s. Do l u l

c c a bu ng xo n và ng hút r t l n ng

ng qua

i ta l i d ng

kho ng tr ng trên ph n loe c a ng hút đ b trí các phòng ph . T ng trên cùng
th

ng b trí máy bi n th có đ

Lo i nhà máy này th

ng ray đ chuy n vào s a ch a trong gian l p ráp.

ng b trí ph n đi n

phía h l u còn th

ng l u b trí

đ

ng ng d u, n

đ

c kéo dài đ b trí c u công tác và c u giao thông. N goài m c đích trên cách b

c và khí nén. M tr phía th

ng l u c a c a l y n

c th

ng

trí này còn t ng tính n đ ng c a nhà máy.

i v i nhà máy thu đi n ngang đ p c t n
đo n t máy th

ng xác đ nh theo kích th

m t n m ngang chi u r ng c a l y n
xo n và kích th

c th p, l u l

ng l n, chi u dài

c bao ngoài bu ng xo n và ng hút.

c b ng chi u r ng m t c t c a vào bu ng

c đó ph i phù h p v i đi u ki n l u t c cho phép qua l

rác. Chi u ngang đo n t máy theo chi u dòng ch y ph n d
ph thu c vào kích th

cc al yn

in

i ch n

c c a nhà máy

c, bu ng xo n tuabin và chi u dài ng hút,

đ ng th i vi c tính toán n đ nh nhà máy và ng su t n n có quan h đ n kích
th

c ph n d

in

c c a nhà máy đ c bi t đ i v i n n m m.

đ m b o n đ nh ch ng tr

t và áp su t đáy n n không v

cho phép, t m đáy c a nhà máy ngang đ p n m trên n n m m th
r t l n. L i d ng chi u dày t m đáy ng
hành lang ki m tra và thu n

i ta b trí

th

t quá tr s

ng có kích th

c

ic al yn

c

ng l u d

c.

1.2.2. Nhà máy thu đi n sau đ p.
N hà máy thu đi n sau đ p đ
dùng đ

ng ng d n n

c b trí ngay sau đ p dâng n

c. N hà máy

c vào tuabin, ng áp l c đ t trong thân đ p bêtông ho c

đ p b ng v t li u đ a ph

ng. N hà máy không ch u áp l c n

đó k t c u ph n d

c và bi n pháp ch ng th m đ ph c t p h n nhà máy

i n

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

c phía th

ng l u, do

H c viên: Nguy n V n Thành


8

Lu n v n th c s k thu t

ngang đ p. N hà máy thu đi n sau đ p th

ng dùng v i c t n

c t 30÷45m

H

250÷300 m.
Tu thu c vào c t n

c công tác, nhà máy thu đi n sau đ p th

tuabin tâm tr c, tuabin cánh quay c t n
thu đi n sau đ p ph n đi n th
còn h th ng d n d u, n

c cao ho c tuabin cánh chéo.

ng b trí phía th

ng l u gi a đ p và nhà máy,

ng d n.

Trong s đ khai thác thu n ng ki u đ

ng d n ho c k t h p, nhà máy thu

đi n đ ng riêng bi t tách kh i công trình đ u m i. C a l y n
ng h p công trình d n n

thành ph n c a b áp l c, trong tr
thì c a l y n

c b trí

n

c vào nhà máy th

đ

ng d n c t n

nhà máy

c thì b trí phía h l u.

1.2.3. Nhà máy thu đi n đ

máy. Trong tr

ng dùng

đ uđ

c là không áp thì c a l y n

ng h p công trình d n n

c là đ

c n m trong
ng h m có áp

ng h m và là m t công trình đ c l p.

ng là ng áp l c nh ng trong tr

c th p v i đ

c đ t cách xa nhà

ng d n

ng h p tr m thu đi n

ng d n là kênh d n thì có th b trí nhà máy thu

đi n ki u ngang đ p.
N hà máy thu đi n đ
n

c đ n 2000 m. V i c t n

ng d n ng áp l c đ t l thiên có th s d ng c t
c t 500÷600m tr lên th

ng dùng tuabin gáo t

máy tr c đ ng ho c tr c ngang.
V đ c đi m k t c u c a ba lo i c b n trên, nhà máy thu đi n còn có nhi u
d ng k t c u đ c bi t khác nh nhà máy thu đi n k t h p x l d

i đáy ho c

trong thân đ p tràn, trong tr pin, nhà máy thu đi n ngang đ p v i tuabin capxul,
nhà máy thu đi n tích n ng, nhà máy thu đi n thu tri u… Các lo i nhà máy này
x p chung vào lo i nhà máy đ c bi t.
K t c u nhà máy thu đi n đ
bêtông phía d
trên n

c chia làm hai ph n : ph n d

in

c (kh i

i) b trí tuabin, bu ng xo n, ng hút, các h th ng thi t b tr . Ph n

c bao g m gian máy và gian l p ráp s a ch a, gian máy b trí máy phát

đi n, thùng d u áp l c và t đi u t c tuabin.

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


9

Lu n v n th c s k thu t

1.2.3. Các thi t b đ ng l c trong nhà máy th y đi n.
Trong nhà máy thu đi n thi t b đ ng l c gây ra dao đ ng cho nhà máy thu
đi n g m có tuabin th y l c và máy phát đi n.
1.2.3.1.Tuabin thu l c [2]
Tuabin là m t lo i đ ng c ch y b ng s c n
dòng n

c dùng đ bi n đ i n ng l

ng

c (thu n ng) thành c n ng làm quay máy phát đi n. T h p tuabin và

máy phát đi n g i là t máy phát đi n thu l c.

Tuabin th
s l ul

ng làm vi c

ng Q khác nhau.

ph m vi c t n

c t 2m đ n 2000m ng v i các tr

s d ng m t cách có hi u qu n ng l

ng dòng n

c

đ c tr ng b i các t h p c t n

c và l u l

ng khác nhau c n có đ các lo i tuabin

khác nhau v c u t o kích th

c c ng nh quá trình làm vi c c a c c u công tác

c a tuabin chia làm 2 lo i tuabin: tuabin ph n kích và tuabin xung kích.
Lo i tuabin ph n kích (tuabin dòng ch y có áp), áp l c dòng ch y
c a bánh xe công tác bao gi c ng l n h n áp l c

c a vào

c a ra c a nó. Còn lo i tuabin

xung kích (tuabin dòng ch y không áp) thì áp l c dòng n

c

hai đi m trên nh

nhau và b ng áp su t khí quy n.
Tuabin ph n kích và tuabin xung kích chia thành các h khác nhau tu theo
h

ng dòng ch y trong bánh xe công tác và cách đi u ch nh l u l

h tuabin l i chia ra các ki u bánh xe công tác v i kích th

ng. Trong m i

c khác nhau tu theo

công su t đã cho. Các tuabin có cùng ki u s có hình d ng hình h c c a b m t các
c qua đ ng d ng.

ph n n

Tuabin ph n kích g m các h nh sau:
Tuabin h

h

ng tr c g m tuabin cánh quay và cánh qu t tr c đ ng và tuabin

ng tr c ngang dòng n

c trong bánh xe công tác ch y theo h

ng tr c c a

tuabin
Tuabin cánh quay h
chi u đ

ng chéo dòng n

c trong bánh xe công tác ch y theo

ng chéo.

Tuabin tâm tr c trong ph m vi bánh xe công tác dòng n
kính sang h

cđ it h

ng

ng tr c.

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


10

Lu n v n th c s k thu t

T t c các h tuabin nói trên đ

c dùng nhi u trong th c t .

Lo i tuabin xung kích g m các h sau:
Tuabin gáo tr c tia n

c ti p tuy n v i vòng tròn trung bình c a các gáo và

n m trong m t ph ng đ i x ng c a bánh xe công tác.
Tuabin tia nghiêng tr c tia n
nh n lo i này không đ

c t o v i m t ph ng bánh xe công tác m t góc

c s d ng vì tính n ng và hi u su t làm vi c kém.

Tuabin xung kích hai l n dòng tia hai l n ch y qua kênh c a bánh xe công
tác.
Theo c t n
n

c thì ta quy

c : tuabin c t n

c v a H = 25 - 80m và tuabin c t n

c th p khi H < 25m; tuabin c t

c cao H > 80m.

Các b ph n c b n c a tuabin ph n kích là b ph n d n n
xo n), ph n c khí thu l c (tr ch ng, cánh h
ph n tháo n

ng n

c vào (bu ng

c, bánh xe công tác), b

c ( ng hút), h th ng thi t b đi u khi n tuabin (thùng d u áp l c, t

đi u t c, máy ti p l c).
Ph thu c vào c t n

c mà s d ng các lo i tuabin cánh quay, cánh qu t,

tâm tr c hay tuabin gáo.
Tr c tuabin có hai đ u, đ u d

i có bích n i v i vành trên c a bánh xe công

tác còn đ u trên c ng có bích n i v i rôto c a máy phát đi n. Stato c a máy phát
đi n đ

c t lên kh i bê tông l n c a nhà máy.

1.2.3.2. Máy phát thu đi n [2],[5]
Máy phát là đ ng c bi n c n ng c a tuabin thành đi n n ng cung c p cho
h th ng d n đi n. Máy phát thu đi n v nguyên t c là máy phát đ ng b ba pha,
các b ph n ch y u c a nó bao g m rôto n i v i tr c tuabin tr c ti p ho c gián ti p
qua h th ng truy n đ ng. Rôto làm nhi m v t o nên t tr
dòng đi n xoay chi u trong các cu n dây trong các

ng quay làm xu t hi n

c c c a stator máy phát.

đ m b o t n s dòng đi n tiêu chuNn 50 hec ( m t s n

c là 60 hec) yêu c u rôto

máy phát ph i quay v i t c đ không thay đ i khi làm vi c có ph t i và b ng t c
đ quay đ ng b .

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành

11

Lu n v n th c s k thu t

N u tr c tuabin và tr c máy phát n i tr c ti p thì t c đ quay c a chúng
ph i nh nhau và là t c đ quay đ ng b .
N goài hai b ph n ch y u là rôto và stator máy phát còn có các b ph n
ph tr khác nh h th ng kích t , các h th ng làm mát, ch ng cháy, nén n

c…

T máy thu đi n có 3 hình th c l p máy: tr c đ ng, tr c ngang và tr c xiên.
Trong hình th c l p máy tr c đ ng có th s d ng các máy phát ki u treo và ki u ô.
Thông th

ng máy phát ki u treo đ

c s d ng v i các máy phát có t c đ quay

n>150 vòng/phút, máy phát ki u ô v i máy phát có t c đ quay n<150 vòng/phút.
u đi m c a máy phát ki u treo là tính n đ nh cao không b rung đ ng
nh ng chúng l i có nh

c đi m là chi u cao giá ch th p l n nh h

cao gian máy m t khác khi s a ch a rôto b t bu c ph i tháo d

ng t i chi u

tr c chính. N h

c

đi m c a máy phát ki u ô là tr c t máy d b rung đ ng v i m c đ l n h n so v i
máy phát ki u treo nh ng có u đi m là cho phép s a ch a rôto máy phát không
c n ph i tháo d

tr c đ và do đó không ph i ti n hành cân ch nh l i tr c gi m

th i gian đ i tu s a ch a. H n n a, giá ch th p trên có chi u cao th p có th làm
gi m chi u cao c a gian máy v m t m quan gian máy s thoáng đ p h n.
Toàn b ph n quay c a t máy thu l c (bánh xe công tác, tr c và rôto máy
phát đi n) có m t h th ng

tr c g m

tr c h

ng và

tr c ch n.

tác d ng gi cho tr c t máy không chuy n v theo ph

tr c h

ng n m ngang còn

ch n không cho chuy n v theo ph

ng th ng đ ng. T i tr ng đè lên

t máy tr c đ ng) g m có tr ng l

ng ph n quay c a t máy và áp l c n

tr c tác d ng lên bánh xe công tác.
còn

tr c ch n th

t máy tr c ngang t i tr ng đó ch do áp l c n

ng đ

ng có
tr c

tr c ch n (
cd c

c b trí trên n p tuabin

c.

T h p máy phát thu l c làm vi c nh m t đ ng c có t c đ quay l n đ t
trên b khung c a nhà máy thu đi n. V th c t toàn b t h p này đ

c đ t trong

h máy phát nên khi t h p này làm vi c s làm cho toàn b h máy phát rung kéo
theo nhà máy s dao đ ng. Vi c máy phát gây dao đ ng làm cho k t c u h máy
phát b phá ho i sau đó nh h

ng đ n s làm vi c c a máy phát gây ra h ng hóc

các thi t b nhà máy.

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


12

Lu n v n th c s k thu t

N u nhà máy có c t n
n

c càng l n thì nhà máy dao đ ng càng l n vì áp l c

c tác d ng vào tuabin l n s làm tuabin dao đ ng nhi u h n.
Có th nói, có r t nhi u lo i nhà máy thu đi n mà m i lo i nhà máy l i có

r t nhi u cách l p đ t máy phát và tuabin khác nhau. N h ng dù lo i nhà máy và
thi t b thu l c nào thì khi v n hành c ng đ u gây ra dao đ ng cho nhà máy. N hà
máy dao đ ng l n s
h

nh h

ng đ n toàn b k t c u công trình thu đi n, nh

ng đ n đ b n c a nhà máy tu i th công trình vì th mà t ng chi phí duy tu s a

ch a. Bên c nh đó là v n đ an toàn c a công trình đ i v i n n kinh t qu c dân,
nh t là nh ng công trình l n nh th y đi n S n La, th y đi n Hòa Bình, th y đi n
Yali..
c bi t h n n a là khi x y ra hi n t

ng c ng h

ng t c là khi t n s dao

đ ng riêng c a nhà máy b ng t n s dao đ ng c a l c c

ng b c thì biên đ dao

đ ng lúc này là vô cùng l n không th ki m soát n i. Vì v y tính dao đ ng c a nhà
máy thu đi n là v n đ c p thi t đ tránh nh ng thi t h i không mong mu n.
Trên th c t , đ tính toán dao đ ng nhà máy thu đi n đòi h i ph i tình toán
r t ph c t p vì ph i tính k t c u nhà máy chi ti t. N h ng vì nhà máy có k t c u d ng
khung nên có th đ n gi n hoá bài toán b ng vi c tính toán dao đ ng c a khung nhà
máy v i v t li u c a khung là bê tông c t thép. Lúc này vi c tính toán s đ n gi n
và nhanh h n r t nhi u nh ng v n đ m b o k t qu tính toán là đáng tin c y.
Chính vì th mà tác gi đã đ a ra cách tính dao đ ng c a nhà máy thu đi n
b ng ph

ng pháp Ph n t h u h n đ

c trình bày trong các ch

ng ti p theo c a

lu n v n v i vi c s d ng ph n m m SAP2000 cho k t qu tính toán có th ch p
nh n đ

c và nhanh chóng ki m tra đ

c dao đ ng c a nhà máy thu đi n.

1.3 GI I THI U CHUNG V NHÀ MÁY TH Y I N S N LA [4].

Công trình thu đi n S n La đã đ

c Th t

ng Chính ph quy t đ nh phê

duy t đ u t (v n b n s 92/Q -TTg ngày 15/1/2004) v i các n i dung chính nh
sau:
-

M c tiêu đ u t c a D án:

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành

13

Lu n v n th c s k thu t

+ Cung c p ngu n đi n n ng đ phát tri n kinh t – xã h i ph c v s
nghi p công nghi p hóa, hi n đ i hoá đ t n

c.

+ Góp ph n ch ng l v mùa m a và cung c p n

c v mùa ki t cho

đ ng b ng B c B .
+ Góp ph n thúc đNy phát tri n kinh t – xã h i vùng Tây B c.
-

Thông s chính c a D án:
+M cn

c dâng bình th

ng: 215m

+ Dung tích ch ng l cho h du: 7 t m3 (k c h Hoà Bình)
+ Công su t l p máy: 2400 MW
+ i nl

ng bình quân hàng n m: 9,429 t kWh

+ C p công trình: c p đ c bi t
-

Các h ng m c công trình ch y u:
+ Công trình đ u m i g m:

p chính, đ p tràn t i tuy n Pa Vinh II k t

c u bê tông tr ng l c.
+ Tuy n n ng l

ng g m: C a l y n

c, đ

ng d n n

c áp l c, nhà

máy thu đi n t 6-8 t máy, tr m phân ph i đi n ngoài tr i.
+
-

u n i nhà máy đi n vào h th ng đi n Qu c gia.

Ti n đ xây d ng:
+ N m 2004-2005 chuNn b xây d ng, kh i công công trình chính vào
cu i n m 2005.
+ Phát đi n t máy 1 vào n m 2010

+ Hoàn thành toàn b công trình n m 2012.

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


Lu n v n th c s k thu t

14

Hình 1.3: S đ khai thác b c thang nhà máy thu đi n (NMT ) S n La
1.3.1 Các thông s chính c a công trình th y đi n S n La
Các thông s chính c a NMT :
MN DBT

215.00 m

MN C

175.00 m

L ul

ng l thi t k P=0.01%

47 700 m3/s

L ul

ng l ki m tra PMF

60 000 m3/s

Dung tích toàn b c a h ch a

9.260 tr. m3

Dung tích h u ích c a h ch a

6.504tr. m3

Dung tích ch ng l

4.000 tr. m3

C tn

78.0 m

c tính toán Htt

Công su t l p máy N lm
Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

2400 MW
H c viên: Nguy n V n Thành


15

Lu n v n th c s k thu t

S l

ng t máy

B trí t ng th (ph

6

ng án 3A)

Tuy n đ p

Pa Vinh –II

Cao trình đ nh đ p

228.10 m

Chi u cao l n nh t

138.10 m

N hà máy T

chân đ p

Công trình x v n hành

x sâu và x m t

S đ n i đi n chính
và tr m phân ph i đi n

500 kV

Thi t b công ngh chính
+ Tuabin
Lo i

Fransis

Công su t đ nh m c

406.92 MW

C tn

c max

101.4 m

C tn

c min

57.2 m

C tn

c trung bình

83.3 m

Chi u cao hút

-7.83 m

+ Máy phát đi n
Lo i

ng b , tr c đ ng, ki u ô

T ng công su t

444444 KVA

T n s đ nh m c

50 Hz

i n áp đ nh m c
+ Máy bi n áp

18 kV
3-pha, làm mát không khí c

ng b c

Ti n đ xây d ng
Kh i công xây d ng các công trình chính: Quý IV n m 2005
Phát đi n t máy s 1:
Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

n m 2010
H c viên: Nguy n V n Thành


16

Lu n v n th c s k thu t

Hoàn thành xây d ng N MT :

n m 2012

1.3.2 Mô t chung v Nhà máy Th y đi n (T ) S n La
N hà máy T n m ph n lòng sông, li n k v i b trái. V trí c a N hà máy T
đ

c xác đ nh theo b trí chung c a đ u m i có tính đ n các đi u ki n đ a ch t và

b trí h p lý nh t các công trình x đ đ m b o đi u ki n n i ti p thu l c th

ng

và h l u an toàn.
Thành ph n công trình N hà máy T nh sau:

+ N hà máy T v i các bloc sàn l p ráp và sàn chuy n t i;
+ Sân máy bi n áp v i bloc các bu ng công ngh ;
+ Kênh d n ra v i các công trình ti p giáp;
+ N hà và công trình trong N hà máy T .
- Nhà máy T bao 6 t máy v i tuabin tâm tr c đ

ng kính 7,8m và máy phát đ ng

b v i v n t c quay đ nh m c 90,9v/ph và đi n áp 18kV, công su t l p đ t 400MW.
T ng công su t l p đ t c a N MT là 2400MW. M i t máy n m trong 1 phân đo n
riêng bi t v i kích th

c m t b ng 31,5m (ngang dòng ch y) và 56,3m (d c dòng

ch y) và chi u cao c a ph n ng m d
39,4m; đ

in

c (đ n cao trình gian máy 118,40m) là

c ng n v i các phân đo n li n k b ng các khe bi n d ng.

- Bloc sàn l p ráp b trí li n k v i t máy c a N hà máy T
cao trình nh sàn gian máy, kích th

phía b trái và có

c m t b ng 46 m (ngang dòng ch y) và 57,7 m

(d c dòng ch y).
- Bloc sàn chuy n t i, th c t là sàn l p ráp kéo dài v phía b trái. Cao trình c a
tr n ng n bên trên đ
th

c ch n b ng cao trình sân N hà máy T

là 138,05m. Kích

c c a ph n kh i l n c a bloc trên m t b ng là 16,0x54,3m và cao 27,8m.
ph c v các t máy trong giai đo n v n hành và l p ráp trong giai đo n

xây d ng, gian máy và sàn l p ráp có trang b 2 c u tr c nh p 28m và s c nâng
550/90+10T v i cao trình đ

ng ray 133,40m, đ m b o v n chuy n kh i t máy

g m bánh xe công tác v i tr c. Khi v n chuy n rôtor đã t h p c a máy phát, d
ki n đ u 2 c u tr c l i.
Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


Lu n v n th c s k thu t

17

Hình 1.4: Hi n tr ng nhà máy thu đi n S n La tháng 10 n m 2010

Hình 1.5: Hi n tr ng nhà máy thu đi n S n La tháng 10 n m 2010

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


18

Lu n v n th c s k thu t
1.4

NG

1.4.1

T VÀ NH H

NG C A

NG

T

N CÔNG TRÌNH [9],[10]

nh ngh a và phân lo i.
ng đ t là hi n t
ng l n đ

ngu n n ng l

ng dao đ ng r t m nh trong n n đ t x y ra khi m t
c gi i phóng trong th i gian r t ng n do s n t r n đ t

ng t trong ph n v ho c trong ph n áo trên c a qu đ t.
Trung tâm c a các chuy n đ ng đ a ch n, n i phát ra n ng l

ng v m t lý

thuy t, đ

c quy v m t đi m g i là ch n tiêu. Hình chi u c a ch n tiêu lên b m t

qu đ t đ

c g i là ch n tâm. Kho ng cách t ch n tiêu đ n ch n tâm đ

c g i là

đ sâu ch n tiêu (H). Kho ng cách t ch n tiêu và ch n tâm đ n đi m quan tr c
đ

c g i t

ng ng là tiêu c ho c kho ng cách ch n tiêu (R) và tâm c ho c

kho ng cách ch n tâm (L).

Hình 1.7: V trí phát sinh đ ng đ t

Tùy thu c vào đ sâu c a ch n tiêu (H) mà đ ng đ t có th đ
ng đ t nông

H<70km

-

ng đ t trung bình

H = 70÷300 km

-

ng đ t sâu

H > 300km

các lo i sau: -

Các tr n đ ng đ t m nh th

ng x y ra

c phân thành

đ sâu H = 30÷100km

1.4.2 Ngu n g c c a đ ng đ t
1.4.2.1

ng đ t có ngu n g c t ho t đ ng ki n t o

T nh ng n m 60 c a th k XX, các nhà đ a ch t và đ a ch n h c đã đ a ra
thuy t ki n t o m ng hay còn g i là thuy t trôi d t các l c đ a đ gi i thích cho ngu n
g c c a các tr n đ ng đ t xu t hi n trên th gi i. Theo thuy t này, lúc đ u các l c đ a
Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


19

Lu n v n th c s k thu t

g n li n v i nhau đ

c g i là Panagea, sau đó cách đây kho ng ch ng 200 tri u n m
ng đ i so v i nhau trên m t

chúng tách ra thành nhi u m ng c ng di chuy n ch m t
l p dung nham

d ng th l ng, nhi t đ cao đ có hình d ng nh ngày nay.

ng đ t có ngu n g c t các đ t gãy

1.4.2.2

Khi quan sát đ a hình ta th
trúc n n đá.

ng g p nh ng s thay đ i đ t ng t trong c u

m t s ch , các v a đá có đ c tính khác nhau g i đ u vào nhau ho c

t a lên nhau d c theo m t ti p xúc gi a chúng. S c t ngang c u trúc đ a ch t nh
v yđ

c g i là đ t gãy ho c phay đ a ch t.
Các v t đ t gãy đ

c chia làm hai lo i: ho t đ ng và không ho t đ ng.

t

gãy ho t đ ng là nh ng đ t gãy đã tr i qua bi n d ng cách đây hàng tr m ngàn n m
và s còn ti p t c trong t

t gãy đ a ch n n i ti ng nh t trên th gi i

ng lai.

thu c lo i này là đ t gãy San Andreas
dài 300 km và tr

California (Hoa K ).

t gãy này có chi u

t ngang 6.4m, t ng gây ra tr n đ ng đ t

San Francisco n m

1906 và nhi u tr n đ ng đ t ti p theo sau đó.
a s các đ t gãy đ

c v trên các b n đ đ a ch t là không ho t đ ng. Tuy

v y, đôi khi t i m t đ t gãy tr

c đó đ

c xem là không ho t đ ng l i th y trên n n

đ t xu t hi n các v t n t m i trong th i gian đ ng đ t.
1.4.2.3

ng đ t phát sinh t các ngu n g c khác

1. S giãn n trong l p v đá c ng c a qu đ t
đ sâu trong v qu đ t kho ng 5km áp l c đ a t nh (do tr ng l
các l p đ t đá phía trên gây ra) đúng b ng c
ch a n t

nhi t đ 500oC và áp su t t

ng đ

ng c a

ng đ c a các m u đ t đá đi n hình
ng

đ sâu đó. N u không có các

y u t khác can thi p vào, l p đá s b bi n d ng d o mà không bao gi có th b
phá ho i dòn đ t ng t và b tr

t do có ma sát d c theo v t n t. K t qu nghiên c u

đã cho th y r ng s t n t i c a n

c trong lòng đ t đã gây ra hi n t

ng phá ho i

đ t ng t do l c ma sát d c theo các mép v t n t b gi m.
2.

ng đ t do các v n

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


20

Lu n v n th c s k thu t

Các tr n đ ng đ t c ng có th đ

c gây ra b i các v n hóa h c ho c h t
ng r t l n đ

c gi i

phóng. Trong nhi u th p k qua, các v n h t nhân ng m trong lòng đ t

nhi u

nhân. Khi m t v n h t nhân ng m x y ra, m t n ng l

bãi th trên th gi i đã gây ra các tr n đ ng đ t m nh (đ t t i đ l n 7 đ Richter).
Các sóng đ a ch n phát sinh t các v n này truy n đi và đ

c các đ a ch n k ghi

l i đã ch ng minh cho k t lu n trên.
ng đ t do ho t đ ng c a núi l a

3.

Tuy t

ng đ i hi m, nh ng các tr n đ ng đ t c ng có th phát sinh t ho t

đ ng c a núi l a.

i v i nh ng tr n đ ng đ t phát sinh t nguyên nhân này có th

phân thành 3 lo i: do các v n khi núi l a ho t đ ng, do chuy n đ ng c a dung
nham và do s k t h p v i các tr n đ ng đ t ki n t o.
ng đ t do s p đ n n đ t

4.

Các tr n đ ng đ t do s p đ n n đ t th

ng nh và x y ra trong các vùng có

hang đ ng ng m ho c khai thác m . S s p đ đ t ng t tr n các h m m ho c hang
đ ng ng m d

i đ t là nguyên nhân tr c ti p gây ra ch n đ ng n n đ t.

Các v tr

t l đ t l n đôi khi c ng gây ra các tr n đ ng đ t thu c d ng này.

ng đ t do tích n

5.

Vi c tích n

c vào các h ch a
c vào các h ch a l n đôi khi c ng làm phát sinh ra các tr n

đ ng đ t m nh. Các tr n đ ng đ t này có th đ t t i đ l n 6 đ Richter. Cho t i

i ta đã ghi nh n đ

nay ng
n

c trên 70 tr n đ ng đ t

nhi u n i trên th gi i do tích

c vào các h ch a nhân t o b ng cách dùng đ p ng n sông.

1.4.3 ánh giá s c m nh c a đ ng đ t
V n đ đánh giá và đo s c m nh c a các tr n đ ng đ t là m t v n đ r t quan
tr ng, đ

c các nhà đ a ch n h c th

ng xuyên quan tâm nghiên c u. Trong nhi u

th k qua đã xu t hi n nhi u cách th c đánh giá đ nh tính và đ nh l

ng các chuy n

đ ng đ a ch n nói riêng và s c m nh đ ng đ t nói chung. Hi n nay, s c m nh đ ng
đ tđ

c đánh giá qua: Thang c

ng đ đ ng đ t và Thang đ l n đ ng đ t.

(1) Thang đ l n đ ng đ t - Thang Richter - Thang đo n ng l

ng đ ng đ t đ

c

tính b ng Magnitude (M), M t Magnitude b ng m t đ Richter.
Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành


21

Lu n v n th c s k thu t

(2) Các thang đo c

ng đ đ ng đ t (I) đ

c tính b ng c p đ ng đ t đ i di n là các

thang: MMI (12 c p); MSK (12 c p); JMA (8 c p).
Thang đ ng đ t theo c
- Con ng

ng đ đ

i có th nh n bi t đ

c thành l p trên ba tiêu chí:
c s tác đ ng đ n môi tr

ng xung quanh.

- S tác đ ng c a đ ng đ t đ n công trình.
- Các hi n t

ng thay đ i trong đ t nh hi n t

Magnitude và c

ng đ đ ng đ t là hai đ i l

s c m nh c a đ ng đ t. Magnitude là đ n v đo n ng l
đ đ ng đ t đ

ng t ng m c n

c ng m.

ng khác nhau đ c tr ng cho
ng c a đ ng đ t còn c

ng

c đ c tr ng b i tr s gia t c đ a ch n, mô t đ ng đ t thông qua

chuy n v , gia t c, v n t c c a m t đ t khi đ ng đ t đi qua.
V i cùng m t tr n đ ng đ t, n ng l

ng c a đ ng đ t có giá tr Magnitude

gi ng nhau t i m i n i trên th gi i (không ph thu c vào kho ng cách đ n ch n
tâm) còn c

ng đ đ ng đ t l i có giá tr khác nhau t i các đi m đo khác nhau (càng

g n ch n tâm, c

ng đ đ ng đ t càng l n).

1.4.4 K t qu nghiên c u đ ng đ t

Vi t Nam

1.4.1.1 C u trúc ki n t o Vi t Nam và vùng lân c n
V m t ki n t o, lãnh th Vi t N am n m

m t v trí khá đ c bi t. Trên b n

đ ki n t o m ng c a v trái đ t, lãnh th Vi t N am n m trên m t ph n l i c a
m ng Á - Âu, b k p gi a ba m ng có m c đ ho t đ ng m nh đó là các m ng Châu
Úc, m ng Philipin và m ng Thái Bình D

ng. Phía tây và phía nam c a n

vành đai đ ng Himalaya và rãnh sâu Java đ

c t o ra do s va ch m gi a m ng

Châu Úc v i m ng Á - Âu, còn phía đông là vành đai l a Thái Bình D
ti ng đ

c t o ra do s va ch m gi a m ng Thái Bình D

m ng Á - Âu.

c ta là

c bi t t i khu v c rãnh sâu Java n m

ng n i

ng và m ng Philipin v i
phía nam đ o Sumatra

(Indonesia) ngày 26 tháng 12 n m 2004 đã x y ra tr n đ ng đ t v i đ l n kho ng
9.1 đ n 9.3 đ Richter kèm theo sóng th n làm g n 300 nghìn ng
gia

i c a 12 qu c

Châu Á và Châu Phi ch t và m t tích. N hi u tháng sau đó, đ n tháng 5 n m

2005, theo th ng kê c a c c
ch n đ ng v n ti p t c x y ra

a lý và Khí t

ng qu c gia Indonesia đã có 3183 c n

khu v c Aceh và đ o Sumatra, trong đó có nh ng

Chuyên ngành Xây d ng công trình th y

H c viên: Nguy n V n Thành