Tải bản đầy đủ
thiết bị điều chỉnh turbin

thiết bị điều chỉnh turbin

Tải bản đầy đủ

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Trong quá trình làm việc của trạm thuỷ điện nhu cầu phụ tải thay đổi rất lớn
và không hề báo trớc , nếu không có thiết bị điều chỉnh turbin để bảo đảm sao
cho công suất của trạm phát ra phải luôn luôn bằng nhu cầu dùng điện thì sẽ xãy
ra các hiện tợng mất ổn định nh thay đổi tần số quá giới hạn, thay đổi số vòng
quay và các hiện tợng bất lợi khác
Quy trình kỹ thuật vận hành hiện nay quy định tần số điện không đổi, độ sai
lệch của tần số điện tạm thời của tần số xoay chiều với giá strị định mức (50 hez)
không quá 2%.
Tần số hoặc chu kỳ biến thiên dòng điện xoay chiều biến thiên trong một
giây phụ thuộc vào số vòng quay của phần quay roto máy phát.
Ta có :

f=

p. n
(Hz) ;
30

Với:

p là số đôi cực máy phát .
n là số vòng quay của roto máy phát điện trong vòng một phút(v/p)
Theo cơ học phơng trình đặc trng chuyển động của roto máy phát có dạng:
J.

d
= Mq Mc. (*)
dt

Trong đó:
J : Mômen quán tính Roto của tổ máy thuỷ lực
: Tốc độ góc Roto của tổ máy.
Mq: Mômen lực chuyển động của rôto tổ máy ( do năng lợng dòng nớc
truyền cho nó ).
Mc: Mômen cản chuyển động quay của tổ máy ( do yêu cầu dùng điện của
các hộ dùng điện gây ra ).
Từ phơng trình (*) ta thấy: muốn giữ đợc tốc độ goác là hằng số (= cos) tức:
d
= 0. Khi n = const thì cần duy trì cân bằng giữa mômen lực chuyển động và
dt

momen lực cản chuyển động tức: Mq = Mc
Mômen cản phụ thuộc phụ tải máy phát điện N mp còn momen chuyển động
Mq phụ thuộc vào công suất của turbin, giữa chúng có quan hệ nh său:
Mq =

N TB
..Q. H
=



Từ phơng trình trên ta thấy để tần số ( số vòng quay) không đổi trong quá
trình làm tức là thiết lập sự cân bằng giữa M q và Mc chỉ thực hiện đợc khi công
73

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

suất của máy phát ra luôn bằng công suất của turbin ở mọi thời điểm. Trong thực
tế nhà máy thuỷ điện phải làm việc theo yêu cầu của phụ tải khi nhu cầu phụ tải
tăng thì nhà máy phát với công suất lớn và khi nhu cầu dùng điện giảm thì công
suất của trạm sẽ giảm cho phù hợp với nhu cầu dùng điện tại thời điểm đó
Công suất của turbin đợc xác định bởi công thức sau :
Ntb = 9,81. .Q.H và nh vậy muốn thay đổi công suất Ntb cho phù hợp
với nhu cầu dùng điện thì chỉ có thể thay đổi lu lợng Q hoặc thay đổi cột nớc làm
việc H.Nhng trong thực tế việc thay đổi cột nớc làm việc của trạm thuỷ điện tại
một thời điểm tức thời nào đó là rất khó khăn so với sự thay đổi tức thời của phụ
tải , do vậy chỉ có thể thay đổi lu lợng vào trong turbin (vì hiệu suất của turbin
cũng khó xác định ).Việc điều chỉnh lu lợng vào trong turbin đợc gọi là điều chỉnh
turbin , thiết bị dùng để điều chỉnh gọi là thiết bị điều chỉnh turbin
Đối với turbin tâm trục thì điêu chỉnh lu lợng vào trong turbin chính là điều
chỉnh độ mở ao của cánh hứng nớc
Đối với turbin hớng trục cánh quay việc điều chỉnh lu lợng vào trong turbin là
điều chỉnh độ mở ao của cơ cấu hứng nớc và điều chỉnh góc quay của cánh turbin
Đối với turbin gáo thì việc điều chỉnh lu lợng vào trong turbin chính là điều
chỉnh vòi phun van kim do và bộ phận lái dòng
Trong phạm vi đồ án này tôi sử dụng máy điều tốc để điều chỉnh cơ cấu hớng nớc của turbin , bao gồm các bộ phận său:
- Động cơ tiếp lực
- Máy điều tốc
- Thùng dầu áp lực.
.2. Tính toán động cơ tiết lực:
a)Đờng kính động cơ tiếp lực
Đờng kính pitton đợc chọn dựa vào đờng kính tính toán dHtt:
dHtt = .D1. H max .b 0
Trong đó:
dHtt : Đờng kính động cơ tiếp lực
: Hệ số phụ thuộc số cánh hớng nớc Z0. Từ bảng (5-5)
giáo trình với turbin PO115/697ta có Z 0 =24 => = 0,03
b 0 : chiều cao tơng đối của cánh hớng nớc
74

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế
b0 =

bo
= 0,25
D1

Hmax: cột nớc làm việc lớn nhất của trạm thuỷ điện ( Hmax = 90,17 m)
Thay số ta đợc
dHtt = 0.03.4. 0.25 x90,17 = 0,57m = 570 mm
Tra GTTB trang 158 chọn dH = 550 mm
b) Độ dời lớn nhất của động cơ tiếp lực
SHmax = (1,4 ữ 1,6).aomax
Trong đó
aomax: Độ mở lớn nhất của của cánh hứng nớc turbin thực.
D 0 .Z 0 M

Aomax = a0M. D .Z
0M
0
aoM: Độ mở lớn nhất cánh hớng nớc của turbin mô hình.
Từ điểm tính toán trên đờng ĐTTHC turbin PO115/697 ta có: a 0M = 32 mm = 0.032
m
D0 , D0M: Lần lợt là đờng kính vòng tròn đi qua trung tâm cánh hớng nớc của
turbin thực và turbin mẫu.
D0M = 1.16 D1M = 534 mm = 0,534 m
Do: = 4650mm = 4,65 m
Zo , ZoM: Lần lợt là số cánh của turbin thực và turbin mẫu.
Z0 = Z0M = 24
Thay số ta có:
4,65 x 24

a0max = 32. 24 x0,534 = 279 mm
SHmax = 1.4 aomax = 1,4.279 = 390 mm
c). Thể tích các động cơ tiếp lực
VH=


.ZH.dH2.H.SHmax
4

Trong đó:
ZH: Số pitton của động cơ tiếp lực , chọn ZH= 4.
H: Hệ số co hẹp do có cần pitton chiếm chỗ trong xi lanh.
H= (0,7ữ1). Ta chọn H = 0,8
dH : đờng kính pittong động cơ tiếp lực dH = 570mm
Thay vào công thức trên ta tính đợc:
75

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát
VH =

Thiết kế

3,14
.0,572.4.0,8.0,39 = 0.31 m3 = 310 lit
4

d). Lực tác dụng lớn nhất của động cơ tiếp lực
PH = P0.


ZH.dH2.H
4

Trong đó: P0: áp lực làm việc lớn nhất của dầu có áp. Với cột nớc bình thờng có
thể lấy Po = 40 at = 40.105 N/m2.
PH = 40.105 .


.0,572.4.0,8=32,65.105 N = 3265 KN
4

e). Tính khả năng công tác của động cơ tiếp lực(AH):
AH= Po.VH = 40.105.0,31 = 12,4.105 (Nm) =1240 KNm
2.2. lựa chọn thiết bị dầu áp lực:
Kích thớc của thiết bị dầu áp lực phụ thuộc vào thể tích nồi hơi, dung tích
của nó phải đủ để đóng bộ phận hớng nớc trong điều kiện bất lợi khi áp xuất nồi
hơi thấp hơn áp xuất định mức ( 25 hoặc 40 at) từ (35% ữ 40%) đồng thời phải đủ
để bổ xung lợng dầu rò rỉ.
Thiết bị dầu có áp đợc tính theo dung tích của nồi hơi (V), dung tích đó đợc
xác định nh sau :
Với turbin tâm trục ta có:
V = (18 ữ 20).VH ; = (18 ữ 20).0,31 = (5,58 ữ 6,2)m3
Từ đó tra bảng 9.1 GTTBTL trang 180 ta chọn đợc thiết bị dầu áp lực có ký hiệu:
MHY-4 kiểu một nồi hơi .
.1. Nồi hơi

Kiểu
TDAL
MHY5,6

Nồi hơi
Kiểu
kêt cấu
Một
hơi

Thể tích (m3)

Kích thớc (mm)

Toàn Một nồi
H
bộ
hơi
nồi

5,6

5,6

D

3670 1560

h1
500 4,6

2. Thùng dầu & máy bơm dầu
Thùng dầu
Thể
tích
8,0

Máy bơm dầu

Kích thớc (mm)
Trọng Lu
l- Công Số
lợng ợng
suất vòng
H
L
B
A
1300 250 250 1600 6,0
8,9
53
1470
76

Đờng
kính ống
70

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát
0

Thiết kế
0

2.3. chọn máy điều tốc
.1.Bộ điều tốc
Máy điều tốc có hai loại: Cơ - thuỷ lực và Điên thuỷ lực.
Trong máy điều tốc cơ thuỷ lực các bộ phận nhạy cảm , truyền lực và cơ cấu
chấp hành đều bằng cơ giới và thuỷ lực.
Trong máy điều tốc Điện thuỷ lực các bộ phận nhạy cảm và truyền lực là
điện, còn cơ cấu chấp hành là dầu có áp
Cùng với hệ thống điều kiển tổ máy, bộ điều tốc phải đảm bảo:
- Khởi động và dừng tổ máy tự động và điều kiển bằng tay
- Các chế độ làm việc khác nhău của turbin : Điều chỉnh tần số, điều chỉnh
công suất, điều chỉnh nhóm các tổ máy
- Hạn chế công suất lớn nhất, công suất nhỏ nhất phù hợp với cột nớc và
mực nớc hạ lu
- Cho phép chuyển chế độ làm việc từ chế độ này sang chế độ khác hoặc từ
xa
- Tự động khởi động và dừng tổ máy trong điều kiện không có dòng xoay
chiều của hệ thống tự dùng nhà máy
- Tự động điều kiển tổ máy ổn định chế độ làm việc: mchạy không tải, mang
tải độc lập và mang tải trên lới
- Tự động đóng cánh hớng nớc trong điều kiện mất phản hồi ng ợc từ bộ
phận cánh hớng
- Bảo vệ tổ máy bằng cách tác động tới cơ cấu sự cố của hệ thống điều
khiển khi bộ điều tốc bị trục trặc và tần số quay lên tới 115% tốc độ định mức
- Thu thập gửu tín hiệu thông báo về chế độ làm việc và tính trạng kỹ thuật,
cảnh báo về cấp điều khiển cao hơn
- Turbin PO115/697 là kiểu turbin tâm trục nên ta chọn thiết bị điều tốc đơn.
- Máy điều tốc xác định theo kích thớc đờng kính van trợt chính của máy điều
tốc. Đờng kính này lấy bằng đờng kính ống dẫn dầu từ van trợt đến ĐCTL của bộ
phận hớng nớc và chọn theo cấp đờng kính tiêu chuẩn.
* Cách chọn đờng kính van này nh sau:
77

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Trớc hết tính Lu lợng dầu có áp đi vào van trợt chính của máy điều tốc theo
công thức:
Qb =

VH
TS

Trong đó: VH : thể tích toàn bộ các ĐCTL của BPHN VH = 0,31 m3
TS: Thời gian đóng mở cánh hớng nớc. TS = (3 ữ 5) s ,Chọn TS = 5 (s)
=> QH =

0.31
= 0.062 m3/s = 62 l/s
5

Đờng kính đờng ống dẫn dầu từ van phối áp tới động cơ máy tiếp lực (d H):
dott =

4.Qb
Vd .

Trong đó: Vd Là vận tốc dầu có áp trong ống. Vd = (4 ữ 6) m/s Chọn Vd = 5 m/s
=> dott =

4.0,062
= 0.126 m = 126 mm
5.3,14

Dựa vào cấp đờng kính tiêu chuẩn chọn do = 100mm
Từ đó ta chọn đợc thiết bị máy điều tốc có ký hiệu: P- 100
Kích thớc ngoài của máy điều tốc loại lớn đều bằng nhau trong đó
cao ì dài ì rộng = 1,9ì0,8ì0,8 .
.2. Cơ cấu lồng tốc
Chức năng lồng tốc đợc thực hiện bằng các cơ cấu sau:
Đóng cánh hớng nớc từ van đóng sự cố khi tốc độ quay đạt tới 115% tốc
độ quay định mức
Đóng bộ cánh hớng nớc từ van trợt tác động bằng lực ly tâm thông qua van
trợt đóng sự cố . van trợt đợc lắp cạnh turbin sẽ bị tác động bằng con lắc ly
tâm, khi tốc độ quay tăng tới 160% tốc độ quay định mức.
Đóng nhanh van đóng nhanh tại cửa lấy nớc. Van đóng nhanh chỉ tác động
khi cánh hớng không đóng đợc său khi van trợt tác động bằng lực ly tâm, tác
động.
Chơng IV : sơ đồ đấu điện chính .

I . sơ đồ đấu điện chính:

78

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

1 .Khái niệm : Sơ đồ đấu điện chính là bản vẽ mà trên đó các thiết bị điện
nh máy biến áp, dao cách ly, máy cắt, ... đợc vẽ theo ký hiệu và nối với nhau theo
đúng trình tự thiết kế .
2.Các loại sơ đồ đấu điện chính:
* Sơ đồ đấu bộ- Mỗi tổ máy đấu trực tiếp với một máy biến thế, máy biến thế
đấu với đờng dây cao thế.
- Ưu điểm: Máy biến áp có kích thớc và khối lợng nhỏ => chi phí vận chuyển
giảm .
- Nhợc điểm: + Khả năng xảy ra sự cố cao
+ Khi một máy cắt bị sự cố thì mạch đó ngừng phát .
- ứng dụng: Dùng trong TTĐ có công suất lớn , làm việc trong hệ thống điện
quan trọng .
*Sơ đồ bộ mở rộng ( 2 máy phát + 1 máy biến áp), nhà máy có một cấp điện
áp tăng cao,điện tự dùng và phụ tải địa phơng đợc lấy từ các tổ máy.
u điểm : Sơ đồ đấu điện đơn giản , giảm số lợng máy biến áp , khả năng
xảy ra sự cố giảm, điều kiện kỷ thuật tốt , giảm vốn đầu t vào máy biến áp , dao
cách ly và máy cắt
- Nhợc điểm: Kích thớc và khối lợng MBA lớn => chi phí vận chuyển lớn
( do những TTĐ thờng nằm ở nơi giao thông không thuận tiện).
- ứng dụng thờng đợc áp dụng cho TTĐ quan trọng nhng công suất tổ máy
không quá lớn , số tổ máy nhiều .
* Sơ đồ hệ thống thanh góp:
Tất cả các máy phát điện đấu vào thanh góp ở điện áp máy phát, các máy
biến thế chính cũng đợc nối vào thanh góp thứ hai và đa vào hệ thống điện.
-u điểm : Đảm bảo cung cấp điện an toàn , liên tục. Khi một MBA bị sự cố
thì các máy biến áp còn lại có thể làm việc quá tải bình thờng đợc .
- Nhợc điểm : Sơ đồ đấu điện phức tạp , số lợng thanh góp , dao cách li
tăng .
- ứng dụng : Thờng dùng khi có nhiều hộ dùng điện tại chỗ . Điện tự dùng
của nhà máy cũng đợc lấy từ thanh góp điện áp máy phát.
3. Chọn sơ đồ đấu điện chính cho trạm thuỷ điện Nậm Cát :

79

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế

Trên cơ sở phân tích và so sánh u nhợc điểm của các sơ đồ đấu điện và đối
chiếu với nhiệm vụ củaTTĐ Nậm Cát em chọn sơ đồ đấu bộ mở rộng tơng ứng cứ
hai máy phát đợc nối với một máy biến áp
II Chọn máy biến áp
1 . Công dụng của máy biến áp :
* Khái niệm : Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh , nó có tác dụng biến đổi
điện áp từ cấp này sang cấp khác có cùng tần số để phục vụ cho quá trình truyền
tải và phân phối điện năng (không biến đổi công suất ).
* Công dụng :Sau khi điện năng đợc sản suất ra tại đầu ra của máy phát ,
để có thể truyền đi sử dụng cho các phụ tải ở các vùng điện áp khác nhau ta phải
dùng MBA để có thể tăng hoặc giảm điện áp để phù hợp với nhu cầu dùng điện .
2. Yêu cầu khi chọn máy biến áp (MBA):
Trên cơ sở tài liệu về nhà máy khi chọn cần chú ý:
- Cần phải có tính bảo đảm liên tục giữa nhà máy với hệ thống, đảm bảo
cung cấp điện trong điều kiện làm việc bình thờng cũng nh khi có sự cố.
- Số lợng MBA có liên quan đến công suất phát ra của tổ máy và sơ đồ đấu
điện.
- Công suất MBA đợc chọn sau khi đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ tại Việt Nam
phải lớn hơn công suất yêu cầu một cấp nếu không xét tới quá tải bình thờng.
3. Chọn máy biến áp chính:
Với sơ đồ đấu điện đã chọn ta tính toán hiệu chỉnh để chọn MBA , máy biến
áp đợc chọn là MBA 3 pha 2 dây cuốn ,có một cấp điện áp đầu ra
Sơ đồ đấu điện gồm : MBA, dao cách ly, máy cắt. Công suất điện tự dùng lấy
bằng 1% công suất của toàn nhà máy.
MBA đợc chọn trên cơ sở : Tổng công suất MBA đợc chọn lớn hơn công suất của
toàn nhà máy sau khi đã trừ đi phần tự dùng.
3

3

3

i =1
3

i =1

i =1

S MBA S dmmf 0,01. S dmmf
S
i =1

Trong đó :

3

S
i =1
3

dmmf

S
i =1

MBA

dmmf

=

380
= 422,22 ( MVA)
0,9

- Tổng công suất định mức của nhà máy.
- Tổng công suất MBA sau khi đã hiệu chỉnh theo nhiệt độ VN.
80

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế
3

Thay vào công thức trên S MBA 422,22 0,01.422,22 = 418 ( MVA)
i =1

yc
Vậy công suất của 1 MBA yêu cầu là S MBA =

418
= 209 ( MVA)
2

Căn cứ vào SycMBA , điện áp đầu cực máy phát ( điện áp đầu vào MBA ) là 15
KV và điện áp đầu ra là 242 KV. Tra tài liệu chọn thiết bị đợc loại MBA có ký hiệu :
TM250000/220 .
Công suất biểu kiến Sđm = 250 ( MVA ), đây là công suất định mức do nhà
chế tạo quy định theo điều kiện khí hậu nhất định.
MBA đợc chọn là MBA đợc sản xuất theo điều kiện khí hậu Liên Xô cũ, do
vậy ta phải hiệu chỉnh theo điều kiện nhiệt độ Việt Nam.
Nhiệt độ trung bình ở Liên Xô là: + 50C
Nhiệt độ lớn nhất ở Liên Xô là
: + 350C
Nhiệt độ trung bình ở VN là + 200C
Nhiệt độ lớn nhất ở VN là
+ 400C
- Hiệu chỉnh theo nhiệt độ trung bình.
15
5 20

TB
S MBA
= S dm 1 +
= 250000 1
= 212500 ( KVA)
100

100

- Hiệu chỉnh theo nhiệt độ lớn nhất.
5
35 40

LN
S MBA
= S dm 1 +
= 250000.1
= 237500 ( KVA)
100

100

Vậy MBA ta chọn thoản mãn điều kiện
Chon
TB
LN
yc
S MBA
= min S MBA
, S MBA
S MBA

(

)

4.Chọn MBA tự dùng:
Nhu cầu dùng điện trong nhà máy chủ yếu là phục vụ cho việc quản lý và vận
hành, dung chạy động cơ điều tốc, máy nén khí, điện sinh hoạt cho cán bộ công
nhân nhân viên và khu vực lân cận đó điện áp hạ từ 13,8 KV xuống 0,4KV, với
tổng công suất tự dùng.
3

S td = 0,01 S dm = 0,01.5000000 = 50000 ( KVA)
i =1

Kích thớc MBA trong Bảng :

81

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát
Nhãn
hiệu
TM2500
00/242

Công
suất
định
mức
250

Thiết kế
Kích thớc chủ yếu( m
)
l

b

h

9,3

4,7

4,7

Chiều rộng
đờng day
( mm )

Trọng lợng ( Tấn )
Toàn
Dầu bộ

UN%

Io%

11

0,45 44

244

dọc

ngan
g

152
4

1524

III - Tính ngắn mạch và chọn thiết bị điện.
Công suất máy phát: Sđm F1= Sđm F2 =SđmF3 = SđmF4= 105,56 MVA.
Điện thế ngắn mạch của máy biến áp : UN% B1 = UN%B2 = 11%
Điện kháng siêu quá độ máy phát: Xd1= Xd2= Xd3= Xd4 = 0,146
Công suất của hệ thống: Sđm HT= 300 MVA.
Điện kháng tơng đối định mức hệ thống: X*HT= 0,5.
Công suất của máy biến áp: Sđm MBA= 250 MVA.
Chọn các đại lợng cơ bản: Scb= 100 (MVA), Ucb=Utb=Uđm.
1. Tính toán ngắn mạch cho điểm N1:
1).Sơ đồ đấu điện chính:
2)Sơ đồ thay thế của điểm ngắn mạch N1
a) Xác định các giá trị điện kháng tơng đối cơ bản của các phần tử:
- Điện kháng của hệ thống:
82

đồ án tốt nghiệp
sơ bộ TTĐ Nậm Cát

Thiết kế
S cb

X1= X*HT. S

= 0,5.

dmHT

100
= 0,167.
300

- Điện kháng của máy biến áp:
X6= X7 = UN%.

S cb
S dmMBA

= 11%.

100
= 0,044
250

- Điện kháng của máy phát:
S cb

100

X2= X3= X4 = X5 = Xđ. S = 0,146. 105,56 = 0,138
dmF
- Biến đổi sơ đồ thay thế để xác định điện kháng tổng hợp :
X 2ì X 3

X2

X8 = X9= X + X = 2 = 0,069
2
3
X ìX

X

8
9
8
X10 = X + X = 2 = 0,0345
8
9

X ìX

X

6
7
6
X11 = X + X = 2 = 0,022
6
7

X12 = X10 + X11 = 0,022 + 0,0345 = 0,0565
- Xác định điện kháng tổng hợp :
X ìX

0,167 ì 0,0565

1
12
X13 = X = X + X = 0,167 + 0,0565 = 0,042
1
12

b) Xác định điện kháng tơng đối tính toán:
S

dm
X*tt = X . S = 0,042.
cb

(300 + 4 ì 105,56)
= 0,303
100

Vì loại máy phát điện có cuộn cảm nên:
X*tt= X*tt + 0,07 = 0,303 + 0,07 = 0,373
c) Xác định các thông số để chọn thiết bị điện:
Với thời gian xảy ra ngắn mạch t= 0,2s và X*tt= 0,373 tra đờng cong hình 4-16a
ta đợc dòng điện ngắn mạch tơng đối chu kỳ I*ck= 2,7 và dòng điện ngắn mạch
ổn định tơng đối chu kỳ I* =f(X*tt, ) = 2,8
*''
*''
Ick = I ck ì I dm = I ck ì

S dm
3.U cb

= 2,7 ì

83

(3 ì 105,56 + 300)
3 ì 230

= 4,18 KA