Điều chỉnh bộ điều tốc của Tuabin

trục Tuabin tâm trục Tuabin hướng chéo 2.2.2. Tuabin xung lực Tuabin gáo Tuabin tia nghiêng Tuabin tác dụng kép 2.3. Tuabin trạm PLEIKRÔNG Thông số chính của tuabin Kiểu loại tuabin của trạm Cao trình đặt tuabin Các bộ phận chính của phần dẫn dòng tuabin 2.3.4.1. Buồng dẫn tuabin Bánh công tác của tuabin Buồng hút Một số yêu cầu chính của kết cấu tuabin CHƯƠNG 3: BỘ ĐIỀU TỐC CỦA TUABIN Vấn đề điều chỉnh tuabin Nhiệm vụ của bộ điều tốc Nguyên lý làm việc của bộ điều tốc Các bộ phận cơ bản của bộ điều tốc Phân loại bộ điều tốc 3.5.1. Phân loại theo nguyên lý tác động Bộ điều tốc tác động trực tiếp Bộ điều tốc tác động gián tiếp Phân loại theo đặc điểm của sơ đồ điều chỉnh Bộ điều tốc có phản hồi Bộ điều tốc không có phản hồi Phân loại theo tính chất của phản hồi Bộ điều tốc có phản hồi cứng Bộ điều tốc có phản hồi mềm Phân loại theo phương pháp điều chỉnh Bộ điều tốc cơ khí Bộ điều tốc thuỷ cơ Bộ điều tốc điện thuỷ 3.6. Bộ điều tốc tuabin cánh quay 3.7. Bộ điều tốc tuabin gáo Bộ điều tốc tuabin tâm trục hay tuabin chong chóng Bộ điều tốc của trạm thuỷ điện PLEIKRÔNG Vấn đề điều chỉnh turbine Đối với lưới điện hiện đại, yêu cầu tần số điện không đổi (50Hz hoặc 60Hz), hay nói chính xác hơn, phạm vi biến đổi rất nhỏ, dưới 0,1%. Vì vậy, nó đòi hỏi tốc độ quay của turbine không được thay đổi. Song, khi phụ tải thay đổi, mômen (tương ứng công suất phát của turbine) và mô men cản (tương ứng vơi phụ tải) sẽ mất cân bằng, làm tốc độ quay của turbine thay đổi. Muốn giữ tốc độ quay của turbine không thay đổi, phải tạo nên cân bằng mới giữa mômen quay và mômen cản. Để thay đổi công suất trên trục turbine, người ta thường thay đổi lưu lượng qua turbine bằng cách thay đổi độ mở cánh hướng dòng của turbine phản kích, hay thay đổi độ mở vòi phun của turbine xung kích. Việc tăng giảm độ mở turbine để thay đổi công suất hay dừng máy có thể thao tác bằng tay khi yêu cầu chính xác của tần điện không cao và lực đóng mở turbine không lớn, tức chỉ được dùng ở trạm thuỷ điện nông thôn với turbine cực nhỏ. Để đảm bảo chất lượng điện đưa lên lưới điện (gồm điện áp và tần số) cũng như để đảm bảo yêu cầu dừng máy cấp tốc người ta phải tiến hành thao tác điều chỉnh turbine một cách tự động, tức là bộ phận điều chỉnh lưu lượng qua turbine phải được thao tác bằng động cơ secvo có lực thao tác lớn nhờ áp lực dầu từ các ống dẫn dầu áp lực. Dầu áp lực này được cung cấp từ thiết bị dầu áp lực và được điều khiển, khống chế từ thiết bị điều tốc. Ba bộ phận này hợp lại thành hệ thống điều chỉnh tự động độ quay của turbine. Hệ thống dầu bộ điều tốc turbine Trong đó: Hệ thống dầu áp lực: 1.1.Thùng chứa dầu áp lực 1.2.Bảng điều khiển 1.3.Máy bơm dầu 11.4. Hệ thống làm mát dầu 11.5. Hệ thống trao đổi dầu Hệ thống điều tốc điện thuỷ lực: Tủ điều khiển Tủ khởi động bộ điều tốc Van sự cốbộ điều chỉnh van định hướng Servomotor Thiết bị phản hồi Bộ bảo vệ tần số và chống lồng tốc Hệ thống tự động điều chỉnh turbine: Tủ điều khiển tự động Bảng dụng cụ đo và điều khiển Vòng hướng đo nhiệt độ Đồng hồ đo lưu lượng Khoá van cánh hướng Đo mức dầu ổ trục Đo độ mở trục cánh hướng Đo mức nước nắp turbine Đo áp suất của nước dưới bánh xe công tá CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN Nguồn thuỷ năng và vai trò của nhà máy thuỷ điện trong đời sống Chúng ta đã biết rằng để phát ra điện ta có thể sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau như : với các nhà máy nhiệt điện người ta sử dụng nhiên liệu là than, với nhà máy thuỷ điện thì người ta sử dụng năng lượng của dòng chảy. Ngoài ra người ta còn xây dựng các nhà máy điện bằng cách khai thác năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời, năng lượng gió… Trong các loại nhà máy điện kể trên thì phổ biến nhất là nhà máy thuỷ điện và nhà máy nhiệt điện. Từ nhiều thế kỷ trước nguời ta đã biết sử dụng năng lượng của sông ngòi và cho đến ngày nay thì việc sử dụng năng lượng của sông ngòi đã phát triển trên một quy mô lớn. Thuỷ năng là một dạng năng lượng tuần hoàn, đây là tính ưu việt nhất của nguồn năng lượng này mà các nguồn năng luợng khác như nguyên tử, than, dầu … không thể có được. Trong quá trình biến đổi năng lượng thì chỉ có thuỷ năng sau khi biến đổi thành cơ năng và nhiệt năng lại được tái tạo thành dạng thuỷ năng. Còn các dạng năng lượng khác trong quá trình biến đổi không tự tái tạo được trong tự nhiên. Con người sử dụng nguồn thuỷ năng vô tận để phục vụ cho đời sống và sản xuất đặc biệt là để phát điện. Trong nhà máy thuỷ điện năng lượng dòng chảy được tập chung vào một chỗ ( bằng cách đắp đập, đào kênh dẫn…). Năng lượng này được sử dụng để quay tuabin nước và tuabin này kéo theo máy phát điện từ đấy biến cơ năng thành điện năng So với các nhà máy điện khác thì nhà máy thuỷ điện có các ưu điểm : Hiệu suất của nhà máy thuỷ điện có thể đạt được rất lớn so với nhà máy nhiệt điện - Thiết bị đơn giản dễ tự động hóa và có khả năng điệu khiển rừ xa - ít sự cố và cần ít người vận hành - Có khả năng làm việc ở phần tải thay đổi - Thời gian mở máy và dừng máy ngắn - Không làm ô nhiêm môi trường - Mặt khác nếu khai thác thuỷ năng tổng hợp kết hợp với tưới tiêu,giao thông và phát điện thì giá thành diện sẽ giảm xuống giải quyết được triệt để hơn vần đề của thuỷ lợi và môi trường sinh thái của một vùng rộng lớn quanh đó. Xây dựng nhà máy thuỷ điện thường không chỉ nhằm mục đích duy nhất để phát điện mà còn nhằm lợi dụng tổng hợp việc trị thuỷ và khai thác sông ngòi.Đó cúng là một nguyên tắc cơ bản của vấn đề khai thác các dòng chảy đảm bảo được hiệu quả kinh tế tổng hợp cao nhất cho nhiều ngành kinh tế.Thạt vậy xây dựng nhà máy thuỷ điện thường nhằm mục đích giải quyết các nhiệm vụ sau: - Tưới ruộng : xây dựng các nhà máy thuỷ điện kiểu đập tạo nên những hồ chứa nước lớn . trữ một khối lượng nước lớn trong mùa lũ làm mức nước dâng lên cao tạo điều kiện cho việc tưới các vùng đồng bằng hay đồi núi rộng lớn. - Chống lũ: xây dựng các nhà máy thuỷ điện kiểu đập tạo thành những hồ chứa lớn có khả năng trữ đại bộ phận lượng nước trong mùa lũ để phát điện và tưới ruộng như vậy hạn chế được mức nước lũ phía hạ lưu tránh được các tai hoạ do lũ lụt gây ra. - Giao thông: ở những khúc sông miền núi thường có lắm thác ghềnh thuyền bè đi lại khó khăn.Nhà xây dựng các nhà máy thuỷ điện với những hồ chứa nước lớn làm cho dòng sông chảy ít xiết hơn không còn thác ghềnh không còn những chỗ bồi đắp,lòng sông cạn.Do đó tạo điều kiện cho thuyền bè đi lại dễ dàng - Nuôi cá:Những hồ chứa nước lớn là những hồ nuôi cá rất tốt đây cũng là một nguồn lợi lớn cần được suy nghĩ đến khi xây dựng nhà máy thuỷ điện. - Cải thiện điều kiện sinh hoạt vệ sinh phòng bệnh: Nhờ hồ chứa nước tạo điều kiện để cung cấp nước cho thành phó các xí nghiệp được đảm bảo. 1.2. Phân loại nhà máy thuỷ điện: Trong thực tế có ba loại nhà máy thuỷ điện là: Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông, nhà máy thuỷ điện đường dẫn và nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp. 1.2.1. Nhà máy thuỷ điện kiểu lòng sông: Để tập trung năng lượng người ta dùng cột áp H là độ chênh mực nước trước và sau đập(tương ứng thượng lưu và hà lưu) đập có hồ nước lớn để điều tiết lưu lượng dòng sông.Nhà máy thường đặt sau đập với cột nước lớn hoặc là một bộ phận của đập đối với cột nước nhỏ,Các trạm thuỷ điện với phương pháp tặp trung năng lượng bằng đập gọi là nhà máy kiểu lòng sông hay sau đập. 1.2.2 Nhà máy thuỷ điện đường dân: Nước được ngăn bởi một đập thấp rồi chảy theo đường dẫn (kênh, máng tru nen, ống dẫn) đến nhà máy thuỷ điện ở đây cột áp cơ bản là do đường dân tạo nên còn đập chỉ để ngăn nước.Đường dẫn có độ dốc nhỏ hơn độ dốc lòng sông.Trạm kiểu này thường dùng ở các sông suối có độ dốc lòng sông lớn và lưu lương nhỏ. 1.2.3. Nhà máy thuỷ điện kiểu tổng hợp : Năng lượng nước được tập chung lại nhờ đập và cả đường dẫn. Cột áp của trạm gồm 2 phần một phần do đập tạo nên, phần còn lại do đường dẫn toạ nên. Nhà máy kiểu này được dùng cho các đoạn sông mà ở phía trên sông có độ dốc nhỏ thì xây đập ngăn nước và hồ chứa còn phía dưới có độ dốc lớn thì xây dựng đường dẫn. 1.3. Nhà máy thuỷ điện PLEIKRÔNG Công trình thủy điện PLEIKRÔ NG dự kiến xây dựng trên sông KrôngPôkô một nhánh chính của sông Sêsan. Vị trí xây dựng công trình thuộc địa phận xã Sa Bình, huyện Sa Thầy và xã Kroong,thị xã Kon Tum ,tỉnh Kon Tum. Nhiệm vụ chính của công trình là phát điện, cung cấp điện cho các tỉnh miền Trung và miền Nam thông qua hệ thống đường dây 550KV. Công trình có công suất lắp máy Nlm = 110MW và sản lượng điện hàng năm khoảng 478,5triệu KWh. Do dung tích hồ chứa lớn, hồ chứa Pleikrông được xây dựng sẽ nâng cao độ an toàn, gia tăng công suất đảm bảo sản lượng điện cho các bậc thang bên dưới. Riêng thuỷ điện Yali(đã được xây dựng ) với sự điều tiết của hồ chứa Pleikrông công suất đảm bảo tăng lên khoảng 91,7MW (tăng khoảng 40%) và sản lượng điện hàng năm là 151,5triệu KWh. Ngoài nhiệm vụ chính là phát điện, thuỷ điện Pleikrông được xây dựmg sẽ góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế, nâng cao đời sống nhân dân tỉnh Kon Tum. 1.3.1. Thông số hồ chứa: + Mực nước dâng bình thường: 575 (m) + Mực nước chết : 550(m) + Dung tích toàn bộ : 1343,9.106 (m3) + Dung tích hữu ích : 1021,9.106 (m3) + Dung tích chết : 322.106 (m3) 1.3.2. Quy mô và kết cấu các hạng mục công trình chính Đập dâng bê tông trọng lực Đập phụ bằng đất đồng chất, nền thượng lưu đắp đá gia tải và chống xói lở do sóng Đập tràn lòng sông (liền đập dâng bê tông) không chân không kiểu Ôphixêrốp tuyến năng lượng bố trí gần khu vực lòng sông(giữa đập tràn và đập dâng bê tông ) nhà máy thuỷ điện sau đập Thiết bị công nghệ Đập tràn: cửa van cung, đóng mở bằng xylanh thuỷ lực nhà máy: tuabin hướng trục, trục đứng, nối đồng trục với máy phát phương án đấu nối nhà máy vào hệ thống quốc gia: đấu nối nhà máy thuỷ điện Pleikrông vào hệ thống quốc gia bằng đường dây 220KV, mạch đơn vào trạm biến áp 500/220/110KV Pleiku. Sơ đồ nối điện chính : Thanh cái 220KV sử dụng sơ đồ nối tam giác Biện pháp dẫn dòng thi công và tổng tiến độ thi công biện pháp dẫn dòng thi công bằng 3 lỗ xả kích thước 5x9m trong thân đập tràn và một kênh xả kiệt. Tổng tíên độ thi công công trình là 3 năm không kể năm chuẩn bị. CHƯƠNG 2 : TUABIN Tuabin nước và sự phát triển của nó Hiện nay ngành năng lượng học đang phát triển mạnh. Người ta tích cực tìm kiếm những nguồn năng lượng khác nhau để sử dụng cho các ngành kinh tế. Trong đó năng lượng truyền thống như : than, dầu, khí đốt, hạt nhân, thuỷ năng được coi là các dạng năng lượng cơ bản còn năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thuỷ triều và năng lượng thuỷ điện cực nhỏ… là nhưỡng dạng năng lượng mới. ở nước ta có 2 nguồn năng lượng chính đã được khai thác là than và năng lượng các dòng sông và suối lớn. Tuabin nước còn gọi là tuabin thuỷ lực là một thiết bị động lực dùng biến đổi năng lượng của dòng chảy(thuỷ năng) thành cơ năng để kéo máy phát điện hoặc máy công cụ. Tuabin nước là loại máy thuỷ lực đầu tiên loài người dùng để sử dụng nguồn năng lượng thiên nhiên phục vụ đời sống và sản xuất, trước tiên là để lấy nước và gia công lương thực. Tuabin nước đầu tiên là những bánh xe đơn giản sử dụng động năng của dòng chảy năm 1834 Fuarây (Pháp) đã chế tạo thành công bánh tuabin đầu tiên năm 1837 Xaphôn (Nga) cũng chế tạo một loại tuabin nước kiểu ly tâm năm 1838 Hopd (Mỹ) đã cải tạo tuabin ly tâm trên thành tuabin hướng tâm năm 1847-1849 Dran Franxic (Mỹ) đã cải tiến tuabin Hopd thành tua bin tâm trục có hiệu suất cao hơn năm 1837-1841 Ghensen (Đức) và Jônvan (Pháp) đã chế tạo tuabin hướng trục cánh cố định năm 1912-1924 Kaplan (Tiệp) đã cải tiến tuanbin hướng trục cánh cố định thành tuabin hướng trục cánh điều chỉnh năm 1880 Penton (Mỹ) đã cải tiến bánh xe nước và phát minh ra tuabin gáo Ngày nay các loại tuabin nước kể trên đã được cải tiến và hoàn thiện ở mức độ cao. Nhiều kiểu tuabin mới được ra đời như tuabin hướng chéo tuabin dòng chảy (capsun), tuabin- bơm (máy thuỷ lực thuận nghịch dùng trong các trạm thuỷ điện tích năng). Phân loại tuabin 2.2.1. Tuabin phản lực tuỳ thuộc vào hướng chảy của dòng nước qua bánh công tác mà chia tuabin phản lực thành các loại : tuabin hướng trục, tuabin tâm trục, tuabin hướng chéo trục 2.2.1.1. Tuabin hướng trục tuabin hướng trục là tuabin trong đó hướng chuyển động của dòng chảy trong phạm vi bánh công tác song song vớib truc quay tuabin. Tuabin hướng trục có thể là loại cánh cố định (tuabin chong chóng) hoặc loại cánh điều chỉnh loại tuabin này có thể làm việc với cột nước H= 1,5- 40 (m) Tuabin tâm trục Trong tuabin tâm trục hướng của dòng chẩy ở vùng bánh công tác ban đầu theo phương hướng tâm sau đó chuyển sang phương song song với trục. Tuabin này còn gọi là tuabin Franxic, nó được sử dụng rộng rãi trong các trạm có cột nước cao H= 30-600 (m) Tuabin hướng chéo Kết hợp ưu điểm của cả 2 loại tuabin hướng trục cánh xoay và tuabin tâm trục Dòng chảy trong vùng bánh công tác của tuabin hướng chéo có hướng làm với trục quay 1 góc nào đó. Bầu cánh là hình nón, bầu cánh chứa toàn bộ cơ cấu điều chỉnh cánh như cơ cấu điều chỉnh cánh quay của tuabin hướng trục cánh xoay Loại tuabin này làm việc trong phạm vi cột nước H = 30- 150 (m) 2.2.2. Tuabin xung lực Tuabin xung lực gồm : tuabin gáo, tuabin tia nghiêng, tuabin tác dụng kép 2.2.2.1. Tuabin gáo Là loại tuabin xung lực được sử dụng nhiều nhất, phần dẫn dòng của nó gồm bánh công tác và vòi phun. Bánh công tác gồm nhiều cánh hình gáo được gắn chặt lên đĩa bành công tác Hình 2.1. Sơ đồ tuabin Pentôn Tuabin gáo làm vịêc với cột áp H = 40- 300(m) 2.2.2.2. Tuabin tia nghiêng Tuabin tia nghiêng có dòng chảy từ vòi phun hướng vào bánh công tác dưới một góc nghiêng. Tuabin này được lắp cho những trạm thuỷ điện nhỏ 2..2.2.3. Tuabin tác dụng kép (tuabin xung kích 2 lần ) dòng chảy từ vòi phun tác dụng lên bánh công tác 2 lần: dòng chảy đi từ ngoài vào tâm sau đó lại hướng từ tâm ra ngoài nên gọi là tuabin tác dụng kép Tuabin tác dụng kép còn gọi là tuabin banki nó được dùng cho trạm thuỷ điện cỡ nhỏ N= 5-1000KW Hình 2.1. tuabin tác dụng kép 2.3. Tuabin trạm PLEIKRONG kiểu loại tuabin của trạm Trên cơ sở so sánh kinh tế- năng lượng các phương án MNC có tính tới hiệu ích năng lượng của các bậc thang sông Sê san, đã kết luận phương án MNC 537,0 với tuốc bin Kaplan hiệu quả hơn và được coi là phương án chọn. Vì vậy trong thiết kế đã xem xét lựa chọn phương án tuốc bin cánh quay với các thông số định hướng dựa trên mô hình tuốc bin Õ 60/642. Tuabin của trạm có các thông số sau: số tổ máy : 2 tổ công suất định mức của tổ máy Nđm = 50MW công suất trên trục tuabin Nt = 51,282MW đường kính bánh xe công tác D = 5 (m) số vòng quay định mức nđm = 136,4V/phút số vòng quay lồng nl = 300V/phút cột nước tinh + cao nhất Hmax = 57,5 (m) + thấp nhất Hmin = 22,3 (m) + trung bình Htb = 42,9 (m) + tính toán Htt = 31 (m) - hiệu suất tuabin cao nhất hmax = 93,8% - hiệu suất tuabin ứng với Htt và Nt htt = 91,76% lưu lượng qua tuabin ứng với Htt và Nt Qtt = 183,77(m3/s) chiều cao hút yêu cầu Hs = -5(m) Cao trình đặt Tuabin Cao trình đặt tua bin quy ước là cao độ đường đi qua điểm giữa của cánh tuốc bin, được chọn để đảm bảo khả năng vận hành tuốc bin không có xâm thực theo lý thuyết. Cao độ đặt tua bin phu thuộc vào cao độ mức nước min tại hạ lưu nhà máy và chiều cao hút cho phép. Mực nước này được xác định trên cơ sở đường quan hệ Zhl=f(Q) ứng với lưu lượng 1 tổ máy vận hành 40% công suất định mức là 511,50m. Chiều cao hút Hs yêu cầu sẽ được chính xác lại sau khi thoả thuận với nhà máy chế tạo tuốc bin., gía trị này đã được xác định với dự phòng thiên lớn theo tiêu chuẩn tính toán của Liêng bang Nga. Sau khi tính toán ta chọn cao trình đặt tuabin là 506,5 (m) ứng với Hs = -5(m) là phù hợp 2.3.3. Các bộ phận chính của phần dẫn dòng tuabin Phần dẫn dòng của tuabin được hiểu là buồng xoắn, buồng bánh xe công tác và ống xả Buồng xoắn kim loại với góc ôm j0 = 3450, tiết diện các mặt cắt được tính toán theo quy luật Vu.R=const của dòng chảy. Tiết diện tại mặt cắt cửa vào là đường tròn có đường kính f = 6,5m. Trên buồng xoắn được bố trí một cửa kiểm tra đường kính f = 0,8m. Vì đường ống áp lực được lựa chọn có tiết diện hình tròn bằng kim loại có D0= 6,5m, vì vậy việc liên kết với buồng xoắn kim loại thuận lợi và đơn giản hơn so với dùng buồng xoắn bê tông có mặt cắt hình chữ nhật. Sử dụng buồng xoắn kim loại chịu toàn bộ áp lực nước sẽ làm đơn giản hoá công tác đổ bê tông vì không cần dùng cốp pha phức tạp, cho phép đẩy nhanh quá trình đổ bê tông được thi công tại hiện trường. ống xả tuabin được chọn là loại ống xả tiêu chuẩn với chiều cao bằng 2,3xD1=2,3x5,0m. mặt cắt đoạn ra mở rộng bxh=13,0x5,98m, có một trụ pin chia đổi cửa ra. Với chiều cao và chiều dài ống xả tương đối lớn giúp cải thiện quá trình khôi phục phần lớn động năng của dòng chẩy ra ngoài tuabin và tăng hiệu suất của tuabin 2.3.4. Một số yêu cầu chính của kết cấ tuabin Bánh xe công tác có kết cấu hàn liền khối, cánh bánh xe công tác, vành dưới, may ơ, vành chắn nước được đúc từ thép không gỉ. Stato tuabin có kế cấu thép hàn, được cấu tạo từ các vành trên và dưới được gắn kết với nhau bằng các cột thép có biên dạng Profin thuận lợi cho dòng chẩy, bao gồm cả phần “răng” của buồng xoắn kim loại. Stato được tính toán như là một thành phần chịu lực của kết cấu xây dựng. Cơ cấu cánh hướng nước: gồm 20 cánh với chiều cao 0,37xD1 phân bố đều theo vòng tròn đường kính 1,2xD1 , ổ bạc ngõng trục của các cánh được chế tạo từ vật liệu tổng hợp không cần bôi trơn bằng dầu mỡ. Cơ cấu cánh hướng được điêù khiển đóng mở bằng 2 secvomotor làm việc bằng dầu áp lực của hệ thống điều khiển. Trục tua bin để truyền tải mômen quay có kết cấu hình ống, 2 đầu có mặt bích để bắt nối với bánh xe công tác và trục máy phát ổ hướng tuabin có nhiệm vụ định tâm trục quay của tuabin, ổ hướng cấu tạo từ các xéc măng phủ babit hoặc vật liệu tổng hợp, tự bôi trơn bằng dầu tuabin. ổ chèn trục tuabin: ổ này nằm phía dưới ổ hướng tuabin, ngăn không cho nước từ phần dẫn dòng của tuabin rò vào không gian giếng tuabin khi tổ máy đang làm việc cũng như khi dừng. Cơ cấu chèn trục gồm 2 phần : phần công tác và phần sửa chữa. CHƯƠNG 3: BỘ ĐIỀU TỐC CỦA TUABIN 3.1. Nhiệm vụ Nhiệm vụ cơ bản của bộ điều tốc là làm thay đổi lưu lượng qua turbine để thay đổi mômen của turbine, sao cho bằng mômen cản để giữ cho số vòng quay không đổi. Bộ điều tốc tự động thay đổi mômen quay turbine bằng cách điều tiết chất mang năng lượng (nước, hơi nước, khí đốt … ) vào turbine. Để điều tiết năng lượng vào turbine người ta dùng các van điều tiết, ở turbine nước dùng cánh hướng dòng hoặc cánh hướng dòng kết hợp với thay đổi độ nghiêng của cánh turbine. Trong các hệ thống điện hiện đại, các bộ điều tốc sơ cấp của turbine là một trong những phần tử chủ yếu của hệ thống điều chỉnh tần số và công suất tác dụng ngoài nhiệm vụ điều chỉnh tần số nó còn tham gia vào quá trình phân bố công suất tác dụng giữa các tổ máy trong nhà máy. Nguyên lý làm việc Phương trình chuyển động của rôto tổ máy có dạng (2.1) Trong đó MT - mômen của turbine . MC - mômen cản, phụ thuộcvào phụ tải. J - mômen quán tính của rôto tổ máy. w - vận tốc góc. Mômen của turbine có thể xác định theo công thức : ; hoặc (2.2) Từ biểu thức (2.1) ta thấy trong điều kiện trạm làm việc cột áp trong ngày hầu như không thay đổi, hiệu suất gần như không thay đổi. Mômen turbine phụ thuộc vào lưu lượng. Từ phương trình (2.1) ta nhận xét thấy trạng thái làm việc của hệ thống có thể mô tả qua ba phương trình : (2.3) Tương ứng với ba phương trình ta có ba nguyên lý điều chỉnh turbine. Theo phương trình đầu người ta chế tạo các bộ điều tốc có nhiệm vụ điều chỉnh gia tốc sao cho =0. Bộ diều tốc này gọi là bộ điều tốc gia tốc. Theo nguyên lý của phương trình thứ hai người ta chế tạo ra bộ điều tốc có khả năng theo dõi sự thay đổi của phụ tải, để điều chỉnh mômen động lực của turbine MT thông qua việc điều chỉnh lưu lượng qua turbine, sao cho MT cân bằng với MC. Theo phương trình thứ ba ngưới ta chế tạo ra bộ điều tốc theo dõi sự thay đổi của vận tốc góc w và nghiên cứu tác động sao cho . Bộ điều tốc gồm các cơ cấu phức tạp để thao tác điều chỉnh tự động tốc độ quay của turbine cũng như các thao tác điều khiển, khống chế chế độ làm việc của turbine. Các bộ phận chính của bộ điều tốc w 2 5 4 Turbine 3 1 wđ 1 - Phần tử đo lường ; 2 - Phần tử khuếch đại 3 - Cơ cấu chấp hành thuỷ lực ; 4 - Cơ cấu phản hồi 5 - Phần tử đặt và hiệu chỉnh tốc độ quay Hình 2.2 Sơ đồ khối bộ điều tốc turbine Phần tử đo lường ghi nhận mức độ thay đổi tốc độ quay của tổ máy (so với tốc độ quay của đồng hồ), thường là con lắc cơ hoặc con lắc điện và truyền tín hiệu đó cho bộ phận tiếp theo. Bộ phận khuếch đại: làm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ phận cảm biến và khuếch đại tín hiệu điều chỉnh và truyền các tín hiệu đã được khuếch đại tới bộ phận điều chỉnh. Bộ phận phân phối dầu áp lực: căn cứ vào tín hiệu từ bộ phận cảm biến để điều phối dầu áp lực tới động cơ secvo thao tác đóng mở bộ phận hướng dòng của turbine. Đó là van trượt phân phối (còn gọi là van điều phối hay zalotnhit) Cơ cấu chấp hành: thực hiện mệnh lệnh đóng mở các cánh hướng turbine. Đó là động cơ secvo (còn gọi là động cơ tiếp lực) gồm xilanh và pittong di chuyển bên trong xilanh theo hướng đóng hoặc mở các cánh hướng turbine tuỳ thuộc vào hướng tác dụng của dầu áp lực, do van trượt phân phối điều phối. Cơ cấu phản hồi: gồm phản hồi cứng và phản hồi mềm nhằm đưa tín hiệu vị trí pittong động cơ secvo phản hồi trở lại để các bộ phận con lắc và van điều phối trở lại vị trí cũ ứng với trạng thái cân bằng mới của turbine. Cơ cấu ổn định: làm nhiệm vụ ổn định hệ thống điều chỉnh, đảm bảo chất lượng của bộ điều tốc. Phần tử đặt và hiệu chỉnh tốc độ quay có nhiệm vụ đặt và hiệu chỉnh và hiệu chỉnh tốc độ quay Ngoài ra, trong Bộ điều tốc còn có một số bộ phận điều khiển như cơ cấu biến tốc, cơ cấu giới hạn độ mở...dùng để thay đổi phụ tải tổ máy đảm nhận, hay khống chế độ mở tối đa của cánh hướng dòng ... Phân loại bộ điều tốc Người ta phân loại các Bộ điều tốc theo nhiều cách : Theo nguyên lý tác động có thể chia ra +Bộ điều tốc tác động trực tiếp: tín hiệu sai lệch qua khuếch đại truyền trực tiếp đến bộ điều chỉnh, không qua một cơ cấu trung gian nào. Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý Bộ điều tốc tác dụng trực tiếp. Dầu hồi H H' Z Đóng - Mở Dầu từ nguồn D ầu hồi S' S Bộ điều tốc gián tiếp: quá trình truyền tín hiệu đến bộ phận điều chỉnh còn qua một số phần tử trung gian làm tăng độ chính xác và ổn điịnh hệ thống. Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý Bộ điều tốc tác dụng gián tiếp Theo đặc điểm sơ đồ điều chỉnh Bộ điều tốc có phản hồi Bộ điều tốc không có phản hồi (phản hồi hay còn gọi là mối liên hệ ngược) Theo tính chất phản hồi Bộ điều tốc có phản hồi cứng Bộ điều tốc có phản hồi mềm Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý Bộ điều tốc có phản hồi cứng. Bộ điều tốc phân loại theo phương pháp điều chỉnh Bộ điều tốc cơ khí Bộ điều tốc cơ thuỷ lực Có hai loại: P dùng cho điều chỉnh đơn và PK, PKM dùng cho điều khiển kép.Năng lực làm việc của Bộ điều tốc được xác định theo đường kính dẫn dầu của van trượt phân phối, có các cỡ 60, 100, 150, 200mm. + Bộ điều tốc điện thuỷ lực Hình 2.6 Bộ điều tốc turbine điện thuỷ lực Trong bộ điều tốc turbine điện thuỷ lực thì cơ cấu chi tiết bên trong được mô hình hoá trong hình 2.7 sau: Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cụ thể bộ điều tốc điện thủy lực Với: ống cung cấp dầu áp lực Van từ cho khởi động và ngắt Bộ chuyển đổi Bộ điều chỉnh turbine Điều khiển pitông Van Pilot Van phân phối chính Thanh kéo Van ngắt Cung cấp dầu áp lực Đo tốc độ turbine ống dẫn Thiết bị đóng ngắt Bộ biến đổi tần số cho phản hồi Bộ giới hạn độ mở động cơ Secvor Khoá giới hạn của vị trí độ mở Đồng hồ đo vị trí độ mở Bộ chuyển đổi vị trí cho đồng hồ đo vị trí độ mở Động cơ cho giới hạn độ mở Khoá giới hạn cho bộ chuyển đổi vị trí độ mở Thiết bị đo vị trí giới hạn Cán giới hạn độ mở Bộ phản hồi cơ khí Quả cân Động cơ Secvor Turbin Có hai loại: íÃé dùng cho điều chỉnh đơn và íÃéấ dùng cho điều chỉnh kép. ở Bộ điều tốc điện thuỷ lực, một số bộ phận cơ được thay bằng phần điện tử như: con lắc điện, bộ phận khuếch đại tổng hợp, bộ phận phản hồi mềm,... ngoài ra còn có các rơle cần thiết cho việc điều khiển tự động. Bộ điều tốc turbine tâm trục hay turbine chong chóng ở turbine tâm trục hay turbine chong chóng, bộ điều tốc chỉ nhằm thay đổi độ mở bộ phận hướng dòng turbine, gọi là bộ điều tốc điều chỉnh đơn (có một bộ phận điều chỉnh)tur Bộ điều tốc turbine cách quay Turbine cánh điều chỉnh trong quá trình điều chỉnh cùng phải thay đổi cùng một lúc độ mở cánh hướng và góc đặt cánh bánh công tác. Đó là điều chỉnh kép. Nhờ điều chỉnh kép mà dòng chảy qua turbine êm, không va đập nên hiệu suất turbine cao trong một phạm vi thay đổi phụ tải lớn. Bộ điều tốc gồm hai bộ phận: bộ phận điều chỉnh cánh hướng và bộ phận điều chỉnh góc đặt bánh công tác. Góc đặt bánh xe công tác được thay đổi tuỳ thuộc vào cột nước và độ mở cánh hướng dòng, vì vậy giữa hai bộ phận này có quan hệ với nhau theo một mối liên kết nhất định. Mối quan hệ này thiết lập trên cơ sở thực nghiệm trong các chế độ tối ưu. Trong bộ điều chỉnh turbine cánh quay mối quan hệ này được biểu thị bằng một cam gọi là bộ phận liên hợp. Thiết kế cam dựa vào quan hệ tối ưu giữa a0 và góc đặt cánh bánh công tác lấy từ đường đặc tính tổng hợp chính của turbine cánh điều chỉnh. Do sự thay đổi phụ tải, nên sinh ra tín hiệu điều chỉnh độ mở cánh hướng. Đồng thời cũng truyền tín hiệu này nhờ cam đến bộ phận điều chin chỉnh góc đặt bánh công tác. Mối quan hệ giữa độ mở cánh hướng và góc đặt bánh công tác trong các chế độ tối ưu với các cộ áp khác nhau. Vì thế tương ứng với mọi cột áp có các biên dạng cam khác nhau có thể chế tạo được một cam không gian để tương ứng với quan hệ a0=f(j). Bộ điều tốc turbine gáo Như ta đã biết, để thay đổi lưu lượng của turbine gáo thì cần thay đổi vị trí kim phun. Quá trình điều chỉnh lưu lượng, quá trình mở, đóng bình thường và quan trọng nhất là trường hợp đóng do sự cố đều được điều chỉnh trong bộ điều tốc. Với yêu cầu đóng nhanh và điều chỉnh lưu lượng tới giá trị bằng không bằng kim phun thì sẽ gây ra va đập trong đường ống rất lớn. Vì thế trong quá trình tắt máy thì cần điều chỉnh kim phun đến một giá trị nào đó, tương ứng với lưu lượng cho phép mà đường ống có thể chịu được áp suất, tính với áp suất do hiện tượng nước va. Sau đó cần phải hướng dòng tia đi ra khỏi bánh công tác. Trong chế độ ổn định với việc điều chỉnh lưu lượng phù hợp với phụ tải thì cơ cấu hướng tia nước luôn luôn ở xa dòng dòng tia phun khoảng 2¸3mm. Trong trường hợp bình thường, bộ điều tốc làm việc điều chỉnh vị trí kim phun. Trong trường hợp sợ cố, phụ tải mất đột ngột, quả lăng xếp lại. Pittong cản xilanh lực chuyển động nhanh sang phải, đóng vòi phun nhờ hệ thống thanh truyền, cam, con trượt và xilanh lực. Đồng thời, tín hiệu được truyền đến cơ cấu hướng tia nước để hướng dòng tia ra khỏi bánh công tác. Trong các chương tới chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu về bộ điều tốc của turbine, từ đây xây dựng nên các phương pháp điều khiển hiện đại dùng cho hệ thống điều tốc turbine của nhà máy thuỷ điện. . 3.8. Bộ điều tốc của trạm thuỷ điện pleikrông cùng với hệ thống điều khiển tổ máy, bộ điều tốc phải đảm bảo được: Khởi động và dừng tổ máy tự động và điều khiển bằng tay Trong các chế độ làm việc khác nhau của tuabin : điều chỉnh tần số, điều chỉnh công suất, điều chỉnh nhomó các tổ máy. Hạn chế công suất lớn nhất, công suất nhỏ nhất của tuabin phù hợp với cột nước và mực nước hạ lưu. Cho phép chuyển từ chế độ làm việc này sang chế độ làm việc khác : tại chỗ hoặc từ xa. Tự động khởi động và dừng tổ máy trong điều kiện không có dòng xoay chiều của hệ thống tự dừng nhà máy. Tự động điều khiển tổ máy ổn định ở các chế độ làm việc: chạy không tải, mang tải độc lập và mang tải trên lưới. Tự động đóng cánh hướng nước trong điều kiện mất “phản hồi ngược từ bộ cánh hướng”. 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 tăng lên tới 115% tốc độ định mức. Thu thập và gửi tín hiệu thông báo về chế độ làm việc và tình trạng kỹ thuật, cũng như các tín hiệu cảnh báo về cấp điều khiển cao hơn. Bộ điều tốc được lựa chọn là bộ điều tốc Điện-Thuỷ lực hiện đại, công nghệ kỹ thuật số, với khối PID làm việc theo nguyên lý: tỷ lệ – tích phân- vi phân. Bộ điều tốc gồm các phần: Phần cơ thuỷ lực bao gồm: các van phân phối, van điều chỉnh, có đường kính khác nhau và thiết bị dầu áp lực 6,3MP Phần đo đếm tốc độ phục vụ cho điều chỉnh và rơle tần số quay, hoạt động theo nguyên lý từ. Phần điện tử được bố trí thành một tủ gồm: + Phần điện tử của bộ điều chỉnh tần số và công suất. + Rơ le tần số quay và các bộ phát lệnh + Rơ le trung gian điều khiển động cơ của cơ cấu hạn chế độ mơ cánh hướng + Phần điều khiển dẫn động các nam châm điện của hệ thống đóng sự cố cánh hướng. Phần điện tử để điều khiển phần cơ thuỷ lực theo các chương trình phần mềm đã được cài đặt, phat ra các tín hiệu bảo vệ, điều khiển số cho các mạch tự động hoá của tỏ máy, chuyển tín hiệu thông báo tới trung tâm điều khiển. Tất cả các thông số và chế độ điều chỉnh được thể hiện trên màn hình, cho phép giao diện giữa người vận hành và máy. Các thông số chính của điều tốc như sau: Dải không tác động theo tần số, % fđm :0,01 Vùng điều chỉnh tần số, % Fđm :90-110 Thời gian trễ thị trường giây :0,2 Hiện nay, có nhiều hãng trên thế giới có khả năng cung cấp bộ điều tốc hiện đại, kỹ thuật số với các thông số kỹ thuật cao, dáp ứng được đòi hỏi về độ nhạy, độ ổn định cao của lưới điện, cho phép chủ đầu tư mở rộng được khả năng lựa chọn. Các ưu điểm chính của bộ điều tốc với khối PID là: Độ chính xác điều chỉnh các thông số cao(tần số, công suất,v.v…) Xử lý và cấp tín hiệu điều khiển nhanh. Có khả năng tiếp nhận, truyền số lượng lớn các tín hiẹu tương tự cuãng như tín hiệu sô.._.