Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện đồng nai 3
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.67 MB, 104 trang )
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
VÕ NGUYÊN TRƯỞNG
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU
TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
Đà Nẵng - Năm 2018
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
VÕ NGUYÊN TRƯỞNG
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU
TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60 52 02 02
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS TS. NGÔ VĂN DƯỠNG
Đà Nẵng - Năm 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu, xây dựng của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả chương trình xây dựng trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn
Võ Nguyên Trưởng
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Bách
Khoa Đà Nẵng, khoa Đào tạo sau Đại học trường Đại học Đà Nẵng đã cung cấp cho
tôi những kiến thức chuyên sâu, các tài liệu tham khảo trong suốt thời gian học tập và
thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn giảng viên hướng dẫn khoa học PGS.TS Ngô Văn
Dưỡng đã luôn quan tâm và chỉ bảo tận tình, hướng dẫn cho tôi những kiến thức trong
lĩnh vực nghiên cứu khoa học, chuyên sâu để tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.
Tác giả luận văn
Võ Nguyên Trưởng
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY
THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Học viên: VÕ NGUYÊN TRƯỞNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số:
Khoá: K33 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN.
Tóm tắt – Điện năng ngày nay có vai trò rất quan trọng trong sản xuất, quyết
định đến chất lượng của nhiều loại sản phẩm khác nhau, do đó việc cải thiện chất
lượng điện là rất cần thiết. Trong hệ thống điện Việt Nam, nâng cao sự ổn định của tần
số hệ thống là một yêu cầu cấp thiết nhằm cải thiện chất lượng của hệ thống điện. Ở
các nhà máy thủy điện việc ổn định tốc độ tuabin cũng như ổn định tần số lưới điện
phụ thuộc vào hệ thống điều tốc.
Luận văn nghiên cứu các khuyết điểm của hệ thống điều tốc nhà máy Đồng Nai 3
sau một thời gian vận hành; qua đó đề xuất các giải pháp khắc phục nhằm nâng cao
hiệu quả vận hành của hệ thống. Tiến hành thử nghiệm các giải pháp để có đánh giá
cuối cùng nhằm áp dụng các giải pháp cho hệ thống điều tốc nhà máy Đồng Nai 3.
Từ khóa –Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Đồng Nai 3
RESEARCH, EVALUATION AND PROPOSAL OF SOLUTIONS
IMPROVING OPERATION EFFICIENCY OF DONG NA
I HYDRO POWER SYSTEM 3
Abstract – Today, electrical power have a important role in production, it
decides quality of other products, as a result the improving electricity’s quality be very
necessary. In electrical system of Viet Nam, to raise frequency stability is
indispensable demand to meet the pressing requirements of the improving electricity’s
quality. In hydro power, governor system controls the frequency stability and turbin’s
speed.
This composition researchs above governor system’s deficiences of Dong Nai 3
hydro power, when it operated many years; thereby propose solutions to surmount
deficiences to advance efficient operation of governor system. To experiment solutions
to asses result and apply into governor system of Dong Nai 3 hydro power.
Key words - Speed regulation system of Dong Nai 3 hydropower plant
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1
2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài..................................................... 2
6. Tên đề tài ............................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ..................... 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ................................................................................ 3
1.2. CHỨC NĂNG NHIỆM VỤ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ................... 3
1.3. HỒ CHỨA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ............................................. 4
1.4. ĐẬP CHÍNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 .......................................... 4
1.4.1. Điều khiển Local. .......................................................................................... 5
1.4.2. Điều khiển remote tại trung tâm đập tràn. ....................................................5
1.4.3. Điều khiển remote tại trung tâm nhà máy. ...................................................5
1.4.4. Điều khiển bằng tay hoàn toàn. ....................................................................6
1.5. CỬA NHẬN NƯỚC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 .............................. 6
1.6. ĐƯỜNG HẦM ÁP LỰC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ....................... 7
1.7. CÁC THIẾT BỊ CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ............................ 7
1.7.1. Máy phát điện ............................................................................................... 7
1.7.2. Máy biế áp chính........................................................................................... 9
1.7.3. Máy biến áp tự dùng ................................................................................... 10
1.7.4. Tuabin – Gối trục ........................................................................................ 11
1.7.5. Van chính (Van cấp nước cuối đường ống áp lưc) .....................................13
1.8. CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3.... 13
1.8.1. Hệ thống SCADA điều khiển chung .......................................................... 13
1.8.2. Hệ thống kích từ ......................................................................................... 17
1.8.3. Hệ thống rơ le bảo vệ ..................................................................................19
1.8.4. Hệ thống điều tốc ........................................................................................ 21
1.9. CÁC HỆ THỐNG PHỤ DỊCH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3 ............ 22
1.9.1. Hệ thống nước kỹ thuật...............................................................................22
1.9.2. Hệ thống khí nén ......................................................................................... 24
TÓM TẮT CHƯƠNG 1 ............................................................................................... 26
CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG
NAI 3 ............................................................................................................................. 27
2.1. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ................................ 27
2.2. CƠ CẤU THỦY LỰC CHẤP HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ................. 27
2.2.1. Giới thiệu ....................................................................................................27
2.2.2. Phần hệ thống bơm tạo và duy trì áp suất dầu ............................................28
2.2.3. Phần cụm van solenoid và van tỉ lệ điều khiển ...........................................30
2.2.4. Phần servo thủy lực và van cánh hướng ..................................................... 35
2.3. CƠ CẤU GIÁM SÁT - ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG THEO CHU TRÌNH CỦA
HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ............................................................................................... 38
2.3.1. Giới thiệu ....................................................................................................38
2.3.2. Phần tín hiệu giám sát và hồi tiếp: .............................................................. 39
2.4. GIỚI THIỆU CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC ......... 40
2.4.1. Vận hành Manual ........................................................................................ 40
2.4.2. Vận hành Auto ............................................................................................ 40
2.5. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC. 41
2.5.1. LOG “0.” .....................................................................................................41
2.5.2. FCA “7.” .....................................................................................................43
2.5.3. POC (Power controller) “6.” .......................................................................43
2.5.4. OPC ( Opening controller) “5.” ..................................................................43
2.5.5. SPC ( Speed controller) “4.” .......................................................................43
2.5.6. SEL (Selection) “3.” ................................................................................... 44
2.5.7. Khối OPL (Opening Limitation) “2.” ......................................................... 44
2.5.8. WPO (Wicket gate posision) “1.” ............................................................... 45
2.6. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM SAT TOOLBOX II ............................................. 46
2.6.1. Data distribution center ...............................................................................46
2.6.2. OPM ............................................................................................................47
2.6.3. HW – FW Configuration ............................................................................48
2.6.4. CAEx plus ...................................................................................................48
2.6.5. Load Parameter ........................................................................................... 49
TÓM TẮT CHƯƠNG 2 ................................................................................................ 50
CHƯƠNG 3. VAI TRÒ VÀ CÁC HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC
TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH TỔ MÁY ........................................................ 51
3.1. VAI TRÒ VÀ HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC TRONG QUÁ TRÌNH
HÒA ĐỒNG BỘ ........................................................................................................... 51
3.1.1. Giới thiệu chu trình khởi động tổ máy trong nhà máy thủy điện Đồng Nai 3
.......................................................................................................................................51
3.1.2. Bộ hòa đồng bộ “SYN 5201” .....................................................................51
3.1.3. Chế độ điều khiển “Speed controller” của PLC hệ thống điều tốc.............54
3.1.4. Hiện trạng và khuyết điểm hệ thống điều tốc Đồng Nai 3 trong quá trình
hòa đồng bộ ................................................................................................................... 58
3.2. VAI TRO VA HẠN CHẾ HỆ THỐNG DIỀU TỐC ĐỒNG NAI 3 TRONG QUA
TRINH DIỀU TẦN ....................................................................................................... 59
3.2.1. Cơ sở lý thuyết chức năng điều tần ............................................................ 59
3.2.2. Chương trình điều tần nhà máy Đồng Nai 3 ...............................................62
3.2.3. Chế độ điều khiển “Power controller” của PLC hệ thống điều tốc ............64
3.2.4. Hiện trạng và khuyết điểm của hệ thống điều tốc Đồng Nai 3 trong quá
trình điều tần ..................................................................................................................67
TÓM TẮT CHƯƠNG 3 ................................................................................................ 69
CHƯƠNG 4. GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC CÁC HẠN CHẾ CỦA HỆ THỐNG
ĐIỀU TỐC VÀ ỨNG NGHIỆM THỰC TẾ ............................................................. 70
4.1. GIẢI PHÁP KHẮC PHỤ KHUYẾT ĐIỂM TRONG VẤN ĐỀ HÒA ĐỒNG BỘ
HỆ THỐNG VÀ ỨNG NGHIỆM THỰC TẾ ............................................................... 70
4.1.1. Cải tạo nguyên lý chương trình setpoint tốc độ trong “speed controller” ..70
4.1.2. Thử nghiệm thực tế giải pháp khắc phục .................................................... 70
4.2. GIẢI PHÁP KHẮC PHỤ KHUYẾT ĐIỂM TRONG VẤN ĐỀ ĐIỀU TẦN HỆ
THỐNG VÀ ỨNG NGHIỆM THỰC TẾ ..................................................................... 72
4.2.1. Khắc phục vấn đề giá trị deadband không đúng yêu cầu ........................... 72
4.2.2. Khắc phục vấn đề chặn giới hạn công suất điều tần ...................................72
4.2.3. Thử nghiệm thực tế vấn đề điều tần sau khi khắc phục .............................. 74
TÓM TẮT CHƯƠNG 4 ................................................................................................ 78
KẾT LUẬN ..................................................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AVR
Automatic Voltage Regulator
CPU
Central Processing Unit
I/O
Input / Output
LCD
Liquid crytal display
MNDBT Mực nước dâng bình thường
PLC
Programmable Logic Controller
OHT
Ổ Hướng Trên
OHD
Ổ Hướng Dưới
SCADA
Supervisory Control And Data Acquisition
DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng
Tên bảng
Trang
1.1.
Thông số kỹ thuật hồ chứa
4
1.2.
Thông số kỹ thuật đập chính
4
1.3.
Thông số kỹ thuật cửa nhận nước
6
1.4.
Thông số kỹ thuật đường hầm áp lực
7
1.5.
Thông số kỹ thuật chính nhà máy
7
1.6.
Mối quan hệ điện áp và dòng điện MBA chính
10
1.7.
Các biến dòng trên máy biến áp chính 10
2.1.
Thông số kỹ thuật bồn dầu áp lực PT11
29
2.2.
Thông số kỹ thuật bơm dầu PP21-PP22
29
2.3.
Thông số kỹ thuật bơm dầu tuần hoàn PP23
29
3. 1.
Thông số cài đặt của bộ hòa đồng bộ
52
4.1.
Thông số tương quan giữa Công suất – Độ mở cánh hướng
73
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hiệu
hình vẽ
1.1.
Tên hình vẽ
Trang
Sơ đồ chung hệ thống điều khiển
15
1.2.
Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống kích từ
18
1.3.
Sơ đồ khối hệ thống kích từ
19
1.4.
1.5.
1.6.
Sơ đồ bảo vệ tổ máy
Sơ đồ bảo vệ máy biến thế chính
Sơ đồ bảo vệ đường dây 220KV
20
20
21
1.7.
Sơ đồ tổng quát hệ thống điều tốc
22
1.8.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
Cấu tạo của jet pump
Tuabin Francis với các cơ cấu chấp hành
Hệ thống bơm tạo và duy trì áp suất dầu
Lưu đồ duy trì áp lực bồn dầu
Sơ đồ nguyên lý van tỉ lệ
Sơ đồ nguyên lý van selenoid chuyển đổi Auto - Manual
Sơ đồ nguyên lý cụm van solenoid và tỉ lệ điều khiển
Sơ đồ nguyên lý van selenoid điều khiển đóng mở chế
độ Manual(EV13)
23
28
28
30
31
31
31
2.7.
32
2.9.
2.10.
2.11.
Sơ đồ nguyên lý van selenoid điều khiển cấp áp suất hệ
thống
Sơ đồ nguyên lý van selenoid dừng khẩn cấp EV14
Sơ đồ nguyên lý van selenoid dừng khẩn cấp EV31
Sơ đồ nguyên lý van phân phối chính
2.12.
2.13.
2.14.
2.15.
Sơ đồ nguyên lý van phân phối mềm
Sơ đồ nguyên lý van điều hướng HV11
Sơ đồ nguyên lý van áp suất
Servo thủy lực
33
33
33
36
2.16.
2.17.
2.18.
Hệ thống van cánh hướng
CPU điều khiển và các module.
Sơ đồ logic điều khiển hệ thống điều tốc
Bảng giá trị tương quan giữa cột áp và độ mở van cánh
hướng (cột X là giá trị cột áp; cột Y là giá trị giới hạn độ
mở)
Logic lập trình bộ select trong khối SEL
Logic lập trình giới hạn độ mở trong khối SEL
37
39
41
2.8.
2.19.
2.20.
2.21.
32
32
32
33
42
44
45
Số hiệu
hình vẽ
Tên hình vẽ
Trang
2.22.
2.23.
Logic lập trình bộ PD thứ 1 trong khối WPO
Logic lập trình bộ PD thứ 2 trong khối WPO
45
46
2.24.
Giao diện các module chính trong phần mềm SAT
Toolbox II
46
2.25.
Giao diện module Data Distribution Center
47
2.26.
Giao diện module Data Distribution Center
47
2.27.
2.28.
Giao diện module HW – FW Configuration
Giao diện module CAEx plus
48
48
2.29.
3.1.
Giao diện module Load parameter
Sơ đồ nguyên lý bộ hòa đồng bộ
49
52
3.2.
3.3.
3.4.
Sơ đồ logic bộ hòa đồng bộ
Hai cổng nhận điện áp của bộ hòa
Sơ đồ hàm truyền của Speed controller
53
54
54
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
Sơ đồ chân của khối setpoint
Bộ setpoint tốc độ trong Speed controller
Bộ setpoint tốc độ trong Speed controller
Sơ đồ nguyên lý bộ PID
55
56
56
57
3.9.
Bộ PID trong Speed controller
Thời điểm 11h45’ tần số dao động lớn thời gian hòa kéo
dài 1phút 58 giây
Thời điểm 13h tần số dao động lớn thời gian hòa kéo dài
1phút 53 giây
58
3.10.
3.11.
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.
3.16.
3.17.
3.18.
3.19.
3.20.
3.21.
Ví dụ cơ bản về một nhà máy phát điện cung cấp độc lập
cho một phụ tải
Sơ đồ hàm truyền quan hệ giữa moment, độ lệch công
suất và tốc độ
Sơ đồ hàm truyền quan hệ giữa moment, độ lệch công
suất và tốc độ
Đặc tính điều chỉnh của máy phát và phụ tải
Đặc tuyến PF của máy phát
Bộ tính toán Deadband trong PLC điều tốc
Nguyên lý làm việc của bộ deadband
Sơ đồ hàm truyền của Power controller
Sơ đồ lập trình khối tính toán bù công suất điều tần
Sơ đồ lập trình giá trị công suất setpoint + bù ΔP điều tần
59
60
60
61
61
63
63
64
64
65
65
Số hiệu
hình vẽ
Tên hình vẽ
Trang
3.22.
3.23.
Bộ tích phân tích hợp CON-PUI
Bộ “PI” chế độ Power controller
65
66
3.24.
Khối tích phân tích hợp trong PLC điều tốc
Bộ tích phân tích hợp CON-PUI chưa có chặn giới hạn
công suất
66
3.26.
Logic lập trình giá trị deadband và tính toán ΔF
68
4.1.
Thay đổi logic setpoint tốc độ
Thời điểm 8h15 tần số dao động lớn, thời gian hòa kéo
dài 1phút 01 giây
70
3.25.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
Thời điểm 12h45 tần số dao động lớn, thời gian hòa kéo
dài 25 giây
72
Logic lập trình giá trị “Db” mới
73
Sơ đồ lập trình giá trị công suất setpoint + bù ΔP điều tần
thêm biến mới
Logic chặn giới hạn công suất khi điều tần
Biểu đồ P-F (10h11’03’’ đến 10h17’55’’) (đường trên là
giá trị công suất P, đường dưới là giá trị tần số)
Trend công suất và tần số của tổ máy 1 từ (12h30’ đến
14h30’) (đường trên là giá trị công suất P, đường dưới là
giá trị tần số)
67
71
71
72
73
74
75
76
1
MỞ ĐẦU
Ngày nay với xu thế phát triển mạnh của nền kinh tế đất nước, kéo theo các nhu
cầu – yêu cầu về hệ thống điện Việt Nam cũng tăng cao. Hệ thống điện bao gồm nhà
máy điện, đường dây, trạm biến áp là một thể thống nhất. Chất lượng điện năng được
đánh giá bởi hai thông số kỹ thuật là điện áp và tần số. Trong đó điện áp có tính chất
cục bộ, tần số mang tính hệ thống hay nói cách khác là tần số có giá trị như nhau tại
mỗi nút trong hệ thống điện. Độ lệch tần số ảnh hưởng đến hoạt động của tất cả các
thiết bị trong hệ thống điện. Hệ thống điều tốc trong nhày máy Thủy điện Đồng Nai 3
là một hệ thống điều khiển độ mở van nước đầu vào để khống chế lưu lượng nước tác
động lên bánh xe công tác. Hệ thống điều tốc đóng vai trò quyết định cho việc điều
chỉnh tốc độ của tuabin máy phát khi khởi động và ngừng máy; giám sát và điều chỉnh
liên tục giữ ổn định tốc độ của máy phát khi đang hòa lưới; điều khiển tăng giảm công
suất hữu công khi đang hòa lưới; điều chỉnh ổn định tần số lưới khi tần số vượt ngoài
ngưỡng ổn định.
Tuy nhiên, việc tiếp cận cũng như thay đổi nguyên lý hoạt động hệ thống điều
tốc là một vấn đề hết sức khó khăn vì trong suốt quá trình thiết kế, lắp đặt đều phụ
thuộc vào các chuyên gia nước ngoài. Đặc biệt, sau nhiều năm vận hành thì hệ thống
lại bộc lộ nhiều vấn đề chưa tối ưu như : vấn đề điều chỉnh tốc độ tuabin khi máy phát
hòa đồng bộ còn chưa tốt ; vấn đề tự động điều chỉnh tần số hệ thống điện khi tần số
hệ thống mất ổn định còn nhiều khuyết điểm .v.v…
1. Lý do chọn đề tài
Trên cơ sở các hạn chế đó, cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu, đề xuất khắc
phục hệ thống điều tốc để đưa hệ thống ngày một vận hành hiệu quả hơn.
Đề tài đã đẩy nhanh quá trình hòa đồng bộ của tổ máy, giúp quá trình phát điện
lên hệ thống điện diễn ra kịp thời, đáp ứng nhu cầu của phụ tải.
Đề tài cũng nghiên cứu sửa đổi và nâng cao khả năng tự động điều chỉnh tần số
lưới của tổ máy; từ đó góp phần làm ổn định tần số lưới điện hơn nữa, nâng cao chất
lượng điện năng của hệ thống.
2. Mục đích nghiên cứu
Khảo sát, đánh giá hiện trạng, để tìm giải pháp khả thi nhằm nâng cao hiệu quả
điều khiển tốc độ và tần số của hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3.
Các nguyên lý điều khiển tốc độ máy phát khi khởi động và hòa đồng bộ; điều
chỉnh phát công suất tác dụng; tự động điều chỉnh tần số khi tần số hệ thống điện có
dao động.
2
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3
4. Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát, đánh giá hiện trạng các chế độ làm việc của hệ thống điều tốc nhà máy
thủy điện Đồng Nai 3, trên cơ sở đó xác định các hạn chế của hệ thống. Tìm hiều cơ sở
lý thuyết điều khiển của các hệ thống điều tốc thủy điện, các giải pháp đảm bảo độ tin
cậy làm việc của hệ thống, từ đó đề xuất giải pháp hợp lý để áp dụng nhằm nâng cao
hiệu quả vận hành của hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3.
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học: Kết quả đạt được của đề tài sẽ cung cấp giải pháp hiệu quả
để nâng cao khả năng điều khiển tốc độ và tần số lưới điện của các hệ thống điều tốc
máy phát thủy điện.
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả đề tài được áp dụng để nâng cao hiệu quả điều khiển
của hệ thống điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3, giúp khắc phục các hạn chế của
hệ thống đang vận hành.
6. Tên đề tài
“ Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống
điều tốc nhà máy Thủy điện Đồng Nai 3”.
7. Bố cục đề tài
Mở đầu:
Chương 1: Tổng quan nhà máy thủy điện Đồng Nai 3
Chương 2: Hệ thống điều tốc nhà máy thủy điện Đồng Nai 3
Chương 3: Vai trò và các hạn chế của hệ thống điều tốc trong quá trình vận hành
tổ máy
Chương 4: Giải pháp khắc phục các hạn chế của hệ thống điều tốc và ứng
nghiệm thực tế
3
Chương 1
TỔNG QUAN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY
Công trình Thủy điện Đồng Nai 3 được khởi công xây dựng ngày 26/12/2004 với
các hạng mục chính bao gồm:
- Đập chính và các cửa xả tràn: Đây là công trình huyết mạch quan trọng bậc
nhất của nhà máy thủy điện, có nhiệm vụ là ngăn dòng tích nước và xả lũ điều tiết khi
cần. Đập chính được thiết kế và xây dựng theo công nghệ bê tông đầm lăn ; có 5 cửa
xả tràn, có 3 hành lang đập với các thiết bị quang trắc giám sát độ rung động, di động,
nhiệt độ bê tông, độ thấm nước...
- Hồ chứa : Nhờ đập ngăn dòng mà hồ chứa được hình thành, hồ chứa Đồng Nai
3 có diện tích lưu vực 2441km2 nằm ở thượng nguồn sông Đồng Nai, là một trong
những hồ thủy điện lớn nhất khu vực miền nam tây nguyên, điều tiết lưu lượng nước
theo năm, cung cấp nước cho sản xuất điện và tưới tiêu vùng hạ du.
- Cửa nhận nước và đường hầm áp lực dẫn nước về nhà máy : Nước từ hồ chứa
theo cửa nhận nước vào đường hầm áp lực chảy về nhà máy. Cửa nhận nước có thiết
kế hệ thống cửa đóng mở sự cố và vận hành, hệ thống cẩu trục để nâng hạ cửa và vớt
rác cửa. Tổng chiều dài đường hầm áp lực nhà máy Đồng Nai 3 là 940m, ở đoạn cuối
đường hầm được thiết kế 300m là ống thép với đường kính trong 8m.
- Nhà máy thủy điện : Được lắp đặt ngay phía sau đường hầm, gồm các phần
chính như tuabin, máy phát, máy biến thế, các hệ thống điều khiển chính và phụ... Nhà
máy có 2 tổ máy với công suất 2 x 90MW, điện áp và dòng điện định mức đầu cực
máy phát là 15,75kV, 3881,3A.
- Trạm phân phối điện : Được thiết kế ngoài trời với sơ đồ tứ giác, cách nhà máy
khoảng 120m theo đường dây truyền tải, nối với đường dây truyền tải 220kV của trạm
500kV Đắc Nông nhờ 2 xuất tuyến.
Với các công trình rộng lớn và dàn trải, công trình Thủy điện Đồng Nai 3 nằm
trên địa phận của cả hai tỉnh Lâm Đồng và Đắc Nông.
1.2. CHỨC NĂNG NHIỆM VỤ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Chức năng nhiệm vụ chính của nhà máy là:
- Cung cấp phát điện cho Hệ thống điện Quốc gia với điện lượng trung bình hàng
năm 1.109 triệu KWh
- Cung cấp nước cho hồ chứa Thủy điện Đồng Nai 4, phục vụ phát triển kinh tế
xã hội, đồng thời giúp chủ động điều tiết lũ và cung cấp nước tưới tiêu cho vùng hạ du.
4
1.3. HỒ CHỨA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật hồ chứa
TT
Thông số
Đơn vị
Số lượng
1.
Diện tích lưu vực Flv
km2
2441
2.
Lưu lượng trung bình
m3/s
78,1
3.
Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế P = 0,5%
m3/s
7140
4.
Lưu lượng đỉnh lũ thiết kế P = 0,1%
m3/s
10400
5.
Lưu lượng đỉnh lũ kiểm tra P= 0,1%
m3/s
10400
6.
Mực nước gia cường
m
593,24
7.
Mực nước dâng bình thường
m
590
8.
Mực nước chết
m
570
9.
Tổng dung tích
106 m3
1690,1
10.
Dung tích hữu ích
106 m3
891,5
11.
Dung tích chết
106 m3
798,6
12.
Diện tích mặt hồ ở MNDBT 590m
km2
55,181
1.4. ĐẬP CHÍNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật đập chính
TT
Thông số
Đơn vị
Số lượng
Đập chính
1.
Loại
2.
Cao trình đỉnh đập
m
595
3.
Chiều cao lớn nhất
m
108
4.
Chiều dài theo đỉnh
m
475
5.
Mái dốc thượng lưu
6.
Mái dốc hạ lưu
Bê tông RCC
0
0,25 ; 0,75
Công trình xả
1.
Tràn xả mặt có cửa van cung
2.
Số lượng và kích thước cửa van
n(RxBxH)
3.
Lưu lượng thiết kế tại MNDBT 590 m
Cửa
5
m
5 (14,0 x 17,5 x
18,4)
m3/s
10.188
Trên đập chính có thiết kế 5 cửa xả tràn, kèm theo các thiết bị cung cấp nguồn
điện, áp suất dầu, và điều khiển các cửa xả tràn trên.
5
Việc điều khiển các cửa van xả tràn là nội dung quan trọng, đặc biệt là trong mùa
mưa lũ. Để đảm bảo đáp ứng ngay và tính dự phòng cao, các cửa van xả tràn được
thiết kế nhiều cấp độ điều khiển.
Hệ thống cửa van xả tràn đập tràn được điều khiển bằng 4 phương pháp: điều
khiển tại chổ (local) ở các tủ điều khiển tại chổ ở mỗi cửa van cung; điều khiển từ xa
(remote) ở phòng điều khiển trung tâm đập tràn; điều khiển từ xa (remote) ở phòng
điều khiển trung tâm nhà máy; và điều khiển bằng tay hoàn toàn ở các bồn dầu nằm ở
mỗi cửa van xả tràn.
1.4.1. Điều khiển Local.
Switch Local/Remote ở tủ điều khiển tại chổ chọn ở chế độ Local.
Chế độ điều khiển Local có 2 chế độ con: Local auto và Local manual.
- Với chế độ Local auto: chọn chế độ Local auto bằng nút chọn auto trên tủ điều
khiển. Ở chế độ này ta cần setpoint giá trị đóng hoặc mở trên đồng hồ. Khi nhấn nút
đóng hoặc mở, cửa van cung sẽ đóng hoặc mở từ vị trí hiện tại đến vị trí setpoint. Khi
nhấn nút stop cửa van sẽ dừng lại ngay thời điểm nhấn.
- Với chế độ Local manual: chọn chế độ Local manual bằng nút chọn manual
trên tủ điều khiển. Khi nhấn nút mở cửa van cung sẽ mở liên tục đến vị trí mở hoàn
toàn nếu không có lệnh stop. Khi nhấn nút đóng cửa van cung sẽ đóng liên tục đến vị
trí đóng hoàn toàn nếu không có lệnh stop. Khi nhấn nút stop cửa van sẽ dừng lại ngay
thời điểm nhấn.
1.4.2. Điều khiển remote tại trung tâm đập tràn.
Switch Local/Remote ở tủ điều khiển tại chổ chọn ở chế độ remote.
Switch lựa chọn chế độ Remote/Center ở vị trí Remote.
Chế độ điều khiển remote có 2 vị trí điều khiển: điều khiển remote-panel tại tủ
điều khiển trung tâm; điều khiển remote-PC tại máy tính trung tâm.
- Với chế độ remote-panel: chọn chế độ remote-panel bằng switch lựa chọn
Panel/PC. Ở chế độ này hoàn toàn tương tự chế độ điều khiển Local tại tủ điều khiển
tại chổ.
- Với chế độ Remote-PC: chọn chế độ remote -panel bằng switch lựa chọn
PC/Panel. Ở chế độ này ta có ba chế độ điều khiển con:
➢ Auto gate: ta cần setpoint giá trị độ mở cửa van cung trước khi muốn đóng
hoặc mở cửa van cung.
➢ Auto flow: ta cần setpoint giá trị lưu lượng xả trước khi muốn đóng hoặc mở
cửa van cung.
➢ Manual: nhấn nút open trên màn hình PC để mở cửa van cung liên tục đến vị
trí mở hoàn toàn; nhấn nút close trên màn hình PC để đóng cửa van cung đến vị trí
đóng hoàn toàn. Nhấn stop nếu muốn dừng cửa van cung.
1.4.3. Điều khiển remote tại trung tâm nhà máy.
- Switch lựa chọn chế độ Remote/Center ở vị trí Center.
6
- Switch Local/Remote ở tủ điều khiển tại chổ chọn ở chế độ remote.
1.4.4. Điều khiển bằng tay hoàn toàn.
- Điều khiển bằng tay hoàn toàn khi bị mất điện hệ thống điều khiển, hay hệ
thống điều khiển bằng điện bị hỏng không thể hoạt động. trên hệ thống thủy lực được
thiết kế một bơm thủy lực hoạt động bằng tay để nhân viên vận hành thao tác bơm áp
lực bằng tay đi điều khiển cửa van cung.
1.5. CỬA NHẬN NƯỚC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Bảng 1.3. Thông số kỹ thuật cửa nhận nước
TT
Thông số
Đơn vị
Số lượng
Cửa nhận nước
1.
Kiểu
Tháp
2.
Số lượng khoang
khoang
02
Kênh dẫn vào cửa lấy nước
1.
Cao trình đáy kênh
m
561
2.
Chiều rộng đáy kênh
m
19,0 – 24,0
3.
Chiều dài theo đáy
m
125
Lưới chắn rác
1.
Loại cống
Dưới sâu
2.
Số lượng
Bộ
2
3.
Chiều dài nhịp
m
8
4.
Nhịp tính toán
m
8,4
5.
Kích thước lưới
m
8,0x14,4
6.
Sức nâng tải của cẩu trục chân dê
Tấn
2x16
Cửa van sửa chữa
1.
Loại cửa van
Dưới sâu
2.
Khoảng thông thủy
m
8,0
3.
Nhịp tính toán
m
8,5
4.
Nhịp chịu lực
m
8,15
5.
Chiều cao chịu lực
m
8,10
6.
Cột áp tính toán
m
37
Cửa van vận hành
1.
Loại cửa van
Dưới sâu
2.
Số lượng cửa van
cửa
01
3.
Chiều rộng thông thủy
m
8
4.
Nhịp tính toán
m
8,99
5.
Nhịp chịu lực
m
8,15
6.
Chiều cao thông thủy
m
8
7.
Cột áp tính toán
m
40,24
8.
Sức nâng của thiết bị
tấn
2 x 80
9.
Trọng lượng cửa van
tấn
85,446
7
1.6. ĐƯỜNG HẦM ÁP LỰC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Bảng 1.4. Thông số kỹ thuật đường hầm áp lực
TT
Thông số
Đơn vị
Số lượng
Đường hầm áp lực
Ngầm, bê tông cốt thép và bê
tông có lót thép
1.
Loại
2.
Lưu lượng thiết kế
m3/s
215
3.
Chiều dài
m
640
4.
Đường kính trong
m
8,0
Đường ống áp lực
1.
Loại
2.
Lưu lượng thiết kế
3.
4.
Ngầm, có lót thép
m3/s
2 x 107,5
Chiều dài
m
300
Đường kính trong
m
8-7-5-4.
1.7. CÁC THIẾT BỊ CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 3
Bảng 1.5. Thông số kỹ thuật chính nhà máy
TT
Thông số
1.
Loại
2.
Lưu lượng lớn nhất (Qmax)
m3/s
215
3.
Cột nước lớn nhất (Hmax)
m
113,3
4.
Cột nước tính toán (Hmax)
m
95
5.
Cột nước nhỏ nhất (Hmin)
m
89
6.
Công suất lắp máy (Nlm)
MW
180
7.
Điện lượng bình quân năm
106 kWh
607,1
8.
Số tổ máy
tổ
2
9.
Loại tuốc bin
10.
Cao trình sàn lắp máy
1.7.1. Máy phát điện
1.7.1.1. Thông số chính
- Loại :
- Công suất định mức:
- Cos φ:
- Điện áp định mức:
Đơn vị
Số lượng
Hở
Francis
m
SF90-28/7600
105,9 MVA (90 MW)
0,85
15,75 kV
496
8
- Dòng điện định mức :
3881,3 A
- Tốc độ quay định mức:
214,3 vòng/ phút
- Tần số định mức:
50 Hz
- Tốc độ quay lồng tốc định mức:
420 vòng/phút
- Công suất Qđm phát ra (Uđm, 0,85): 55,81 MVAR
- Công suất Qđm nhận vào (Uđm, 0,85): 55,81 MVAR
- Tổng tổn thất máy phát:
1720 kW
- Cấp cách điện :
F(Nhiệt độ làm việc cho phép của cách
điện là 1550C)
- Tỉ số ngắn mạch :
1,1 (là tỷ số ngắn mạch của dòng điện
ngắn mạch so với dòng điện định mức của máy phát khi mà giá trị dòng kích từ bằng
với giá trị ở chế độ không tải).
- Trở kháng đồng bộ dọc trục (Xd):
+ Bão hòa:
90,56%.
+ Không bão hòa:
100,62%.
- Điện kháng quá độ dọc trục(X’d)
+ Bão hòa:
21,1%.
+ Không bão hòa:
23,44%.
- Điện kháng siêu quá độ dọc trục(X’’d):
+ Bão hòa:
14,71%.
+ Không bão hòa:
16,34%.
- Điện kháng đồng bộ ngang trục(Xq): 63,25%.
- Điện kháng siêu quá độ ngang trục(X’’q):
17,83%.
- Điện kháng thứ tự không (X0):
5,86%.
- Điện kháng thứ tự nghịch (X2):
17,07%.
1.7.1.2. Các bộ làm mát máy phát:
- Loại:
Giàn ống, bộ trao đổi nhiệt có cánh tản nhiệt
- Số bộ làm mát:
8 bộ
- Kích thước:
1400x900x330
- Lưu lượng nước xả qua 1 bộ làm mát: 8834lít/phút
1.7.1.3. Hệ thống thắng và kích nâng Rotor:
- Tốc độ lớn nhất dùng khởi động thắng
+ Hoạt động tự động bình thường:
42,86 rpm.
+ Hoạt động tự động đặc biệt:
64,28 rpm.
+ Vận hành bằng tay cho phép:
75 rpm.
- Áp lực khí vận hành thắng bình thường: 0,7 MPa
- Áp lực dầu kích nâng Rotor:
0,5 MPa.
- Độ cao lớn nhất khi nâng:
35 mm
9
1.7.1.4. Kích thước máy phát:
- Đường kính bên ngoài Stator: 7600 mm
- Đường kính bên trong Stator:
6850 mm
- Độ cao lõi từ:
1400 mm
- Đường kích Rotor (cả cực từ): 2900 mm
- Độ cao Rotor (bao gồm trục): 7230 mm
1.7.1.5. Trọng lượng máy phát:
- Trọng lượng Stator:
158,4 tấn.
- Trọng lượng Rotor:
236,5 tấn.
- Trọng lượng toàn bộ máy phát: 504,2 tấn
- Trọng lượng của bộ phận nặng nhất được nâng bằng cẩu trục: 235 tấn.
1.7.1.6. Hệ thống chữa cháy máy phát:
- Nhà sản xuất:
DEC
- Loại: Chữa cháy dùng khí CO¬2
- Số lượng bình khí CO¬2:
24 bình
- Thể tích 1 bình:
70 lít
- Khối lượng mỗi bình:
42 kg
- Áp suất nén:
15 MPa
1.7.2. Máy biế áp chính
1.7.2.1. Thông số chính
- Nhà sản xuất :
XI’AN XD Transformer.
- Loại:
SF9-106000/220. 3 pha, ngâm trong dầu,
điều chỉnh không tải.
- Theo chuẩn:
IEC60076.
- Tần số định mức:
50Hz.
- Sơ đồ đấu dây :
YNd11.
- Phương thức nối đất phía cao : nối đất trực tiếp.
- Số đầu đổi nấc không điện :
5 nấc (230 ± 2x2,5%).
- Điện áp định mức nấc chính :
230 /15,75 kV.
- Điện áp ngắn mạch :
Un 14% (sai số ± 7,5%).
- Công suất định mức
+ ONAF:
106 MVA.
+ ONAN:
75 MVA.
- Dòng định mức nấc chính (ONAF)
+ Cuộn cao:
266,1 A.
+ Cuộn hạ:
3885,7 A.
10
Bảng 1.6. Mối quan hệ điện áp và dòng điện MBA chính
-
Tổn thất không tải :
75 kW.
Tổn thất tải định mức :
315 kW.
Khối lượng máy biến áp :
9730 kg.
Khối lượng dầu:
33580 kg.
Trọng lượng khi vận chuyển khi có khí Nito: 91000 kg.
Tổng trọng lượng:
142000 kg.
Bảng 1.7. Các biến dòng trên máy biến áp chính
Ký hiệu
Loại
Tỷ số biến
Cấp chính xác Tải định mức
T1
LR-200
300/1 A
1
30 VA
T2
LR-200
300/1 A
0.2
30 VA
T3
LRB-200
300/1 A
5P20
30 VA
T4
LRB-110
300/1 A
5P20
30 VA
1.7.2.2. Hệ thống làm mát máy biến áp chính:
- Loại :
Động cơ quạt.
- Số lượng:
8 bộ.
1.7.2.3. Hệ thống chữa cháy:
- Nhà sản xuất:
DEC.
- Loại:
Phun sương nước.
- Số vòi phun:
44 vòi.
- Áp lực:
0.8 MPa.
1.7.3. Máy biến áp tự dùng
1.7.3.1. BHT01 và BHT02.
- Nhà sản xuất:
Shandong JMC Transformer.
- Kiểu biến áp:
Biến thế khô đặt trong nhà.
- Công suất định mức:
1600 kVA.
- Điện áp định mức:
5 nấc (15.75 ± 2x2,5%/ 0,4 kV).
- Tần số định mức:
50 Hz.
- Sơ đồ đấu dây:
Dyn11.
- Điện áp ngắn mạch:
Un = 8%.
11
- Điện áp định mức nấc chính:
- Tổn thất không tải :
- Tổng trở ngắn mạch :
- Lớp cách điện :
- Trọng lượng :
1.7.3.2. BFT01 và BFT02.
- Nhà sản xuất:
Shuangxing.
- Kiểu biến áp
- Công suất định mức
- Điện áp định mức
- Tần số định mức
- Tổ đấu dây
- Điện áp ngắn mạch
- Kiểu làm mát
1.7.3.3. Máy biến áp kích từ
- Nhà sản xuất :
- Loại:
- Kiểu đấu dây:
- Công suất định mức:
- Cấp cách điện:
- Điện áp định mức HV/LV:
- Dòng điện định mức phía hạ áp:
- Trọng lượng toàn bộ:
1.7.4. Tuabin – Gối trục
1.7.4.1. Tuabin
Đặc tính chính:
- Loại Francis trục đứng:
- Công suất định mức đầu ra trục:
- Tốc độ định mức:
- Tốc độ lồng tốc:
- Lưu lượng xả định mức:
- Cao độ của tâm tua bin:
- Chiều quay của tua bin:
xuống
- Đường kính Servomotor:
- Đường kính trục chính:
- Đường kính Gate van:
- Áp suất dầu vận hành:
15,75/ 0.4 kV .
2,5 kW.
8.05 %.
F.
4600 kg.
Tập đoàn thiết bị điện JMC, Chengdu
Dầu, lắp đặt ngoài trời.
1600 KVA.
22000 V 6 ± 1,5% / 400V.
50 Hz.
dYn11.
Un = 6%.
làm mát bằng không khí tự nhiên.
JINPAN/ China
ZSCB9-1700/15.75
Y/dn-11
1200 KVA
F
15750/ 560 V
1237 A
6100 kg
HLD294A-LJ-340.
91,860 MW.
214,3 v/ph.
420 v/ph.
104.3 m3/s
471,2m.
Thuận chiều kim đồng hồ nhìn từ trên
Ф 400 mm.
Ф 850 mm.
Ф 3806 mm.
6,3 Mpa.
12
Cột áp lớn nhất:
Cột áp tính toán:
Cột áp nhỏ nhất:
Độ cao cột hút cho phép:
Bánh xe công tác:
- Số cánh:
- Chiều cao:
- Dmax:
- Chốt bắt vào trục:
- Bulông bắt vào trục:
- Khối lượng:
Trục tua bin:
- Chiều dài:
- Đường kính ngõng trục lắp ổ hướng:
- Đường kính thân trục:
- Đường kính lỗ trục
1.7.4.2. Hệ thống gối trục máy phát:
Ổ hướng trên máy phát:
- Loại:
- Vật liệu lớp Babbit:
- Nhiệt độ cao nhất của bac ổ hướng:
- Số lượng bạc:
- Dung tích bồn chứa dầu:
Ổ đỡ máy phát:
- Loại:
- Vật liệu mặt tiếp xúc:
- Nhiệt độ cao nhất của bac ổ đỡ:
- Số lượng bạc:
Ổ hướng dưới máy phát:
- Loại:
- Vật liệu lớp Babbit:
- Nhiệt độ cao nhất của bac ổ hướng:
- Số lượng bạc:
- Dung tích bồn chứa dầu:
Ổ hướng tuabin máy phát:
- Loại:
- Vật liệu lớp Babbit:
- Nhiệt độ cao nhất của bac ổ hướng:
- Số lượng bạc:
-
113,3 m.
95 m.
89 m.
- 5.6 m
13.
2000 mm.
3480 mm.
08 x Ф 165 mm.
16 x M90x4.
23840 Kg.
4466 mm.
Φ1200 mm.
Φ850 mm.
Φ450 mm.
Bản nêm.
ZChSnSb11-6.
650C.
8 cái.
2000 lít.
Bản nêm.
Teflon
650C.
8 cái.
Bản nêm.
ZChSnSb11-6.
650C.
12 cái.
2000 lít.
Bản nêm.
ZChSnSb11-6.
650C.
8 cái.
