Hướng dẫn đồ án môn học Nhà máy điện

HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHÀ MÁY ĐIỆN
GVHD: ThS. Lê Tiên Phong
A. Cách thức thực hiện
- Trình bày đồ án:
+ Viết tay trên giấy A4 nội dung thuyết minh theo đề tài đã được giao
Mỗi buổi đi thông qua phải mang toàn bộ những phần đã làm
+ Hoặc đánh máy (để in trước khi đi thông qua và nộp quyển)
Trường hợp có đánh máy thì phải đăng ký đánh máy từ đầu và mỗi buổi
đi thông qua in những phần đã làm hoặc đã sửa để đối chiếu.
- Yêu cầu:
+ Trình bày theo đúng nội dung thuyết minh theo yêu cầu (cho trong phần
B dưới đây)
+ Thông qua hàng tuần nội dung đã thực hiện trong khoảng thời gian từ
7h30 đến 10h sáng thứ 2 hoặc sáng thứ 6 hàng tuần tại phòng 402 nhà A4 (chọn
1 trong 2 buổi hoặc cả 2 buổi càng tốt).
Trong trường hợp SV trùng lịch học vào sáng thứ 6 thì có thể qua phòng
gửi lại đồ án để thầy thông qua rồi cuối giờ quay lại lấy.
B. Nội dung thuyết minh
Phần 1: Thiết kế phần thủy công của nhà máy thủy điện
I. Xác định công suất lắp máy tối ưu
1.1. Xác định công suất lắp máy tối ưu của nhà máy
- Xác định công suất điều tiết ( Nđt )

Nđt = *Qđt *Hđt

Trong thiết kế NMTĐ việc xác định được công suất lắp máy tối ưu là một
công việc hết sức quan trọng vì:
- Nếu công suất của nhà máy lớn hơn công suất mà phụ tải yêu cầu thì dẫn
đến nhà máy vận hành không kinh tế gây lãng phí thiết bị và vốn đầu tư
- Nếu công suất quá nhỏ thì sẽ không khai thác hết nguồn năng lượng thuỷ
năng của dòng sông và không đáp ứng được yêu cầu của phụ tải

Do vậy ta phải xác định được công suất lắp máy tối ưu nhất
Công suất lắp máy được xác định: Nlm = NCT + NLT
Nlm : Công suất lắp máy của NMTĐ
NCT : Công suất cần thiết (MW)
-1-

(MW)


NLT : Công suất lắp thêm (MW)
* Xác định công suất cần thiết: NCT = Nđt + NDT

(MW)

Trong đó: NDT là công suất dự trữ của NMTĐ bao gồm:
- Dự trữ quá tải bằng (25)%Nđt để đảm bảo chế độ làm việc bình thường
của nhà máy khi phụ tải tăng đột ngột
- Dự trữ kỹ thuật trong quá trình làm việc có thể xảy ra sự cố các máy
phát, MBA, Đường dây. Do đó cần có dự trữ công suất để thay thế các phần bị
hư hỏng thường lấy từ (810)%Nmax
- Dự trữ cho sửa chữa và bảo quản
- Dự trữ cho phát triển để đảm bảo vấn đề an ninh năng lượng cho quốc
gia.
( NDT sửa chữa bảo quản + NDT phát triển = 0 )
NDT = NDTquá tải + NDT kỹ thuật = 15%Nđt
* Xác định công suất lắp thêm
Công suất lắp thêm là lượng công suất để tận dụng lượng nước thừa trong
thời kỳ mùa lũ không dùng để thay thế cho phần công suất cần thiết của NMTĐ.
Ta chỉ lắp thêm khi tiền đầu tư cho lắp thêm và chi phí vận hành riêng cho nó
cân bằng với tiền đầu tư cho khai thác nhiên liệu và chi phí vận hành giảm đi

tương ứng ở NMNĐ (có thể coi NLT = 0)
II. Xác định số lượng và thông số của turbine
2.1. Chọn số lượng Turbine cho NMTĐ
Khi số lượng tổ máy nhiều dẫn đến tăng vốn đầu tư cho thiết bị và xây dựng
vì không gian lắp máy tăng lên. Nhưng khi số lượng tổ máy nhiều thì quá trình
vận hành và khai thác nhà máy điện sẽ linh hoạt hơn. Giả sử khi ta đưa một tổ
máy vào bảo dưỡng và sửa chữa thì các tổ máy còn lại vẫn đảm bảo cung cấp đủ
lượng công suất cần thiết cho hệ thống.
Số lượng tổ máy không được nhỏ hơn 2 để đảm bảo các yêu cầu kinh tế – kỹ
thuật của hệ thống điện lớn Nếu số lượng tổ máy ít thì công suất mỗi tổ máy
tăng lên dẫn đến tăng về kích thước và tải trọng sẽ bị hạn chế do năng lực chế
tạo và điều kiện chuyên chở
Số lượng tổ máy trong NMTĐ cũng chính là số lượng turbine. Mỗi
turbine được nối đồng trục với một máy phát điện.
2.2. Xác định các thông số cơ bản của turbine

-2-


Tuỳ theo kiểu tác động của dòng nước và BXCT mà ta có thể chọn một
trong hai loại turbine chủ yếu đó là turbine phản kích và turbine xung kích phù
hợp với cột nước và công suất của NMTĐ đem lại hiệu quả đầu tư cao nhất (tra
đồ thị trong bài giảng NMĐ).
a. Công suất turbine
N TB 

N lm
 mf .m

Trong đó: - NTB : Công suất của Turbine

- Nlm : Công suất lắp máy của NMTĐ
- m : Số lượng tổ máy
- mf : Hiệu suất của máy phát (Hiệu suất của Turbine)
b. Xác định hệ số tỷ tốc tính toán (ns).
Mỗi kiểu Turbine có một phạm vi tỷ tốc nhất định thích ứng với một
phạm vi cột nước nhất định. Do chưa xác định được tốc độ quay của Turbine,
nên phải từ cột nước tính toán Htt của NMTĐ ta xác định trị số ns dựa theo công
thức kinh nghiệm ứng với mỗi loại turbine.
c. Xác định tốc độ quay của Turbine (n)
Ta có:

n  ns .

H 1,25
N TB

Trong đó:
H = Hđt
So sánh tốc độ quay vừa tính trên với tốc độ tiêu chuẩn để chọn tốc độ
quay đồng bộ và xác định lại ns
d. Xác định đường kính bánh xe công tác của turbine
H
n

D1  (293  2.7 * ns ) * 10 3 * 84.6 *

Chọn đường kính bánh xe công tác theo tiêu chuẩn gần nhất.
e. Xác định hệ số khí thực của turbine
Hệ số khí thực là đại lượng đặc trưng cho khả năng xuất hiện khí thực
trong turbine.

  75.4 *106 * (ns )1, 41

g. Xác định chiều cao cột hút cho phép.
Là khoảng cách từ mép ra cao nhất của cánh bánh xe công tác đến mực
nước hạ lưu mà không xảy ra hiện tượng khí thực trong Turbine.

H s   10  TB

900

 K *  * H

-3-

(m)


Trong đó:
[Hs] Chiều cao cột hút cho phép của turbine (m)
K : Hệ số dự trữ khí thực (1.11.2) Chọn K = 1.2
TB: Cao trình đặt bánh xe công tác của Turbine
H: Chiều cao cột nước tính toán của Turbine
: Hệ số khí thực
h. Xác định cao trình thực của Turbine
Cao trình đặt Turbine để không xảy ra hiện tượng khí thực trong Turbine.

TB    TB  H S 
k. Xác định tốc độ quay lồng của Turbine
Tốc độ quay lồng của Turbine là hiện tượng phụ tải của tổ máy bị cắt đột
ngột mà bộ phận hướng dòng không kịp đóng lại tốc độ quay của Turbine tăng

lên sau một khoảng thời gian sẽ đạt giá trị max (n1)
n1  n11' .

Trong đó:

H max
D1

n1: Tốc độ quay lồng
n’11: Tốc độ quay lồng quy dẫn
a0: Độ mở của cánh hướng dòng

Ta chọn Turbine thoả mãn các thông số sau:
Kiểu Turbine Số Turbine

NTB(MW)

H(m)

D1(m)

s

Tra bảng thông số tiêu chuẩn ta chọn Turbine có các thông số sau:
Bảng thông số của Turbine:
Kiểu
Turbine

Hmax Hmin(m)

D0/D1

b0/D1

smax

Q'1.ln
(l/s)

Q'1.max (l/s)

ns

III. Xác định thông số của máy phát điện
4.1. Xác định số cặp cực của máy phát
Từ kết quả tính toán ở mục II ta có tốc độ quay tiêu chuẩn của Turbine là
nTC
Số vòng quay của MF phụ thuộc vào số vòng quay của Turbine, khi MF và
Turbine nối đồng trục thì số vòng quay của Turbine cũng chính là số vòng quay

-4-


của MF. Ở VN, tần số dòng điện của MF xoay chiều 3 pha quy định là f = 50Hz.
Quan hệ giữa n và f theo công thức sau:
n

60. f
(v/p)
P

Trong đó: P là số đôi cực của MF
4.2. Xác định đường kính ngoài của máy phát
Da = Di +D

(m)

D = (0,50,9)

Di : Đường kính Roto của máy phát

Di    *

(m)

2P


2P : Số cặp cực của máy phát
* : Chiều dài cung tròn vành bố trí cực Roto
   A * (S  )

Trong đó: A,  là các hệ số phụ thuộc vào chế độ làm mát của máy phát
Trong quá trình làm việc máy phát có hiện tượng bị nóng lên do điện trở của vật
liệu làm dây dẫn, do có hiện tượng từ trễ và dòng xoáy trong lõi thép. Do vậy
MF cần phải có hệ thống làm mát để đảm bảo nhiệt độ của MF không lớn hơn
nhiệt độ cho phép của vật liệu cách điện.
S 

S MF

2P

Với S MF 

N MF
cos . MF

NMF : Công suất của máy phát cần thiết kế
MF : Hiệu suất của MF. Trong tính toán sơ bộ coi MF = 1
NMF = NTB
cos : Hệ số công suất của máy phát cần thiết kế
Đường kính Di của Roto phải đảm bảo vận tốc dài của các bộ phận quay
lớn nhất không vượt quá phạm vi cho phép khi Turbine quay lồng
Di  Dgh
Trong đó:

D gh 

60.VP
.k P .n

VP : Vận tốc dài quay lồng cho phép lớn nhất với SMF > 175 MVA ta chọn

KP : Hệ số quay lồng của Turbine

kP 

'
n11
n1'

n’11 : Tốc độ quay lồng quy dẫn
n’1 : Tốc độ quay quy dẫn thực tế của Turbine
n : Tốc độ quay định mức của máy phát, bằng tốc độ quay của Turbine.
-5-


Với độ mở của cánh hướng dòng a0 (mm) Tra đường đặc tính của Turbine
Tâm trục ta được n11' (v/p)
n 1'  n TC .

D1
H

4.3. Xác định chiều cao lõi thép của máy phát
30.C A .S 0
la 
 .n.Di2
Trong đó:

S0 Công suất tính toán khi điều chỉnh hệ số phụ
S0 = K.SMF
CA 

R
( S  )Y

So sánh với chiều cao tiêu chuẩn của máy phát để chọn được la
4.4. Xác định cấp điện áp của máy phát: Tùy theo công suất đặt để chọn được
Uđm

4.1.5. Xác định loại máy phát
Ta lập tỷ số L  Di
la

L : Hệ số sử dụng của máy phát
Di : Đường kính của Roto
la : Chiều cao lõi thép của máy phát
Tùy theo L để chọn kiểu máy phát
Thông số cần chọn máy phát điện:
Số

Kiểu

Máy

máy

phát

phát

Udm(kV) Sdm(MVA) NF(MW)

2P

Da(m)

la(m)

cos

Ta chọn máy phát có các thông số như sau: (Thiết kế Nhà Máy Điện và Trạm
Biến Áp – Nguyễn Hữu Khái – Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật)
Mã
hiệu

Uđm

Công suất
biểu kiến

Iđm

MF

-6-

cos

X d”

X d’

Xd


Phần 2. Thiết kế phần điện của nhà máy thủy điện
(Tham khảo thêm quyển thiết kế phần điện trong nhà máy điện – PGS. Nguyễn
Hữu Khái)
I. Tính toán phụ tải và cân bằng công suất

Nhà máy cung cấp cho cung cấp cho phụ tải ở 3 cấp điện áp.
+ Cấp điện áp phụ tải địa phương
+ Cấp điện áp phụ tải trung áp
+ Cấp điện áp phụ tải cao áp
+ Phụ tải tự dùng
Từ các bảng 2, 3, 4, 5 ta thực hiện được các công việc sau:
1. Lập được bảng công suất của phụ tải địa phương, trung áp, cao áp theo
mẫu sau:
Thông số của nhà máy và của các cấp điện áp được cho dưới dạng bảng theo
% công suất tác dụng Pmax và hệ số costb của từng phụ tải tương ứng. Từ đó ta
tính được phụ tải của các cấp điện áp theo công suất biểu kiến S theo công thức
sau:
S( t ) 

P% * Pmax
100 * costb

Trong đó:
S (t) : Công suất biểu kiến của phụ tải tại thời điểu t (MVA)
P% : Công suất tác dụng tại thời điểm t tính bằng %Pmax (MW)
Pmax : Công suất tác dụng cực đại của phụ tải (MW)
T(h)

05

5 10

1018

18  24

P(%)
S (MVA)
2. Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến thiên công suất của phụ tải địa phương, trung
áp, cao áp theo mẫu sau:

-7-


S (MVA)

80

53.735

60

53.735

53.735

47.413

40
20
0

5

10

18

24

T (h)

Lưu ý với phụ tải tự dùng:
PTD 

PTD % .Pdm
100

Với: PTD%là công suất tự dùng tính theo % công suất đặt, Pđm là công suất
đặt của các tổ máy trong nhà máy, bằng tổng công suất định mức của các máy
phát trong nhà máy.
3. Xây dựng đồ thị phụ tải tổng hợp của NMĐ
Lập bảng theo mẫu sau
c«ng

t

0-6

6-7

7 - 12

suÊt
SNM(t)

MVA
Std(t)
MVA
S®p(t)
MVA
ST(t)
MVA
SHT(t)
MVA
Vẽ đồ thị tổng hợp theo mẫu sau:

-8-

12 - 15

15 - 21

21 - 24


S (MVA)

213.147
207.264
201.302
199.354
184.06
178.172

175.186

168.289
161.967

110

100

93.895
88.372

90

82.848
80

70

66.279

65.517

60

53.735
50

55.172
53.735

53.735

51.724

48.275
47.413

40

30

20

10

0

5

6

7

10

12

14

17 18

20

24

T (h)

II. Lựa chọn các phương án nối điện chính của nhà máy
1. Phân tích yêu cầu khi thiết lập sơ đồ nối điện chính của nhà máy
2. Đề xuất ít nhất 2 phương án nối điện cho nhà máy
3. Chọn và kiểm tra khả năng tải máy biến áp trong mỗi phương án
Lưu ý phải kiểm tra khả năng tải cho tất cả các máy biến áp trong trường
hợp nhà máy vận hành bình thường và khi có sự cố. Máy biến áp được lựa chọn
phải có công suất sao cho đáp ứng được cho mọi trạng thái vận hành.
4. Tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng cho mỗi phương án.
5. Lựa chọn phương án tối ưu
Nếu chỉ có 2 phương án thì có thể dùng phương pháp thu hồi vốn đầu tư
chênh lệch hoặc hàm chi phí tính toán.
Nếu có nhiều phương án thì dùng hàm chi phí tính toán
-9-


Hai phương án có hàm chi phí tính toán chênh lệch không quá 5% thì có
thể coi là tương đương về kinh tế. Lúc đó có thể phân tích kỹ hơn về yếu tố kỹ
thuật để chọn ra phương án tối ưu.
Để thực hiện so sánh kinh tế cần thực hiện như sau:
+ Tính toán phí tổn vận hành hàng năm
+ Tính vốn đầu tư ban đầu (chỉ tính cho các thiết bị chính)
III. Chọn và kiểm tra các thiết bị điện
1. Tính toán dòng điện bình thường và cưỡng bức tại các vị trí chính

2. Chọn các thiết bị điện chính: máy cắt, dao cách ly, thanh cái
3. Kiểm tra các thiết bị điện:
Để kiểm tra khả năng ổn định động và ổn định nhiệt, ta phải tính toán
ngắn mạch, ở đây ta chỉ xét tới ngắn mạch 3 pha đối xứng
Ta chọn các đại lượng cơ bản Scb, Ucb1, Ucb2, Ucb3
- Thiết lập sơ đồ thay thế của các phần tử (máy biến áp, hệ thống điện)
- Tính toán giá trị điện kháng của các phần tử trong hệ đơn vị tương đối
cơ bản
- Tính toán giá trị dòng điện tại các vị trí quan trọng: thanh cái cao áp,
thanh cái trung áp, thanh cái hạ áp trên cơ sở các phép biến đổi tương đương sơ
đồ và sử dụng đồ thị tra giá trị dòng điện ngắn mạch đối với nhà máy thủy điện
trong hệ đơn vị tương đối.
- Lập bảng tổng kết giá trị dòng điện ngắn mạch
- Kiểm tra khả năng ổn định động và ổn định nhiệt cho các thiết bị đã
chọn
Hoàn thiện sơ đồ thành 2 bản vẽ sau:
Bản vẽ 1: Sơ đồ bố trí thiết bị chính phần thủy công của nhà máy
Bản vẽ 2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phân phối của nhà máy
Chú ý: có khung tên, bố trí kích thước giữa các bản vẽ và cỡ chữ phù hợp.

- 10 -