Kỹ thuật hạ tầng giao thông - Chương II: Đặc điểm cấu tạo của các loại nhà máy thuỷ điện

CHƯƠNG II:ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA CÁC LOẠI NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN Đ2-1. Phân loại nhà máy thuỷ điện 1. Nhà máy thuỷ điện ngang đập.Nhà máy thuỷ điện không kết hợp xả lũNhà máy thuỷ điện kết hợp xả lũNhà máy TĐ trong thân đập trànNhà máy TĐ với đường hầm xả lũNhà máy thuỷ điện trong trụ pin đập tràn.Nhà máy thuỷ điện với turbin trục ngang ( chảy thẳng)2. Nhà máy thủy điện sau đậpNhà máy thuỷ điện sau đập bê tông Nhà máy thuỷ điện trong thân đập bê tôngSau đập đất, đá3. Nhà máy thuỷ điện đường dẫn4. Nhà máy thuỷ điện ngầm và nửa ngầm.5. Nhà máy thuỷ điện thuỷ triều.6. Nhà máy thuỷ điện tích năng.7. Nhà máy thuỷ điện công suất nhỏ.Đ2-1 Phân loại nhà máy thuỷ điệnHèNH PHỐI CẢNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN NGANG ĐẬPCửa lấy nướcNhà mỏy TĐTràn xả lũĐập dõngNHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN SAU ĐẬP Bấ TễNG TRỌNG LỰC MẶT CẮT NGANG TỔNG QUÁT NMTĐ ĐƯỜNG DẪN VỚI TBIN TÂM TRỤCTurbin sử dụng : tõm trục đường kớnh nhỏ hoặc TB gỏoCửa van trước buồng xoắn cú thể bố trớ trong gian mỏy cú nắp đậy hoặc gian riờng, Mố cố định đường ống và nhà mỏy cú thể kết hợp làm một hoặc tỏch rờiTrường hợp TTĐ cột nước cao cú thể sử dụng ống hỳt hỡnh nún cụt. Khi đú kờnh xả nước khụng ỏp thỡ cú thể tiến hành sửa chữa BXCT khụng cần thỏo mỏy phỏt điệnMBA thường bố trớ hạ lưu hoặc bờn hồi nhà mỏyĐ2-2. Đặc điểm chung Nhà máy thuỷ điện ngang đập Vị trớ nhà mỏy và cụng trỡnh bờ tụng: nằm trong lũng sụngI. Đặc điểm chungLà một phần của cụng trỡnh dõng nước và chịu ỏp lực nứơc thượng lưu thay cho một phần của đập dõng. Kết cấu và kớch thước nhà mỏy phải đảm bảo cỏc yờu cầu về độ bền, ổn định và khả năng chống thấm tương tự như phần đập dõng nước.Thành phần của khối dưới nước của tổ mỏy bao gồm cửa lấy nước, buồng xoắn bờ tụng và ống hỳt congCụng trỡnh lấy nước nối trực tiếp với tuốc bin khụng cú đường ống dẫn nước.Nhà mỏy và CLN liền khối. Trờn hỡnh chiếu bằng chiều rộng cửa lấy nước bằng chiều rộng khối tổ mỏy. thụng thường từ 2,63,2 D1Cột nước sử dụng thấp nờn thiết bị sử dụng là turbin hướng trục cụng suất lớn: Nmax =120200 MW; D1max =11.5m; Q= 650700m3/s.Vị trớ mỏy biến ỏp: Trờn ống hỳtKớch thước khối dưới nước lớn do sử dụng buồng xoắn bờ tụng và ống hỳt cú kớch thước lớn.CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TỔNG THỂ Kiểu bờn bờKiểu bói sụng.Kiểu lũng sụngKiểu kết hợpHèNH PHỐI CẢNH NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN NGANG ĐẬPCửa lấy nướcNhà mỏy TĐTràn xả lũĐập dõngMẶT CẮT TỔNG QUÁT KHỐI DƯỚI NƯỚCCụng trỡnh lấy nước nối trực tiếp với tuốc bin Khụng cú đường ống dẫn nướcNhà mỏy và CLN liền khối. Tấm đỏy liềnvới tấm đỏy nhà mỏy.Trụ pin chớnh của cửa lấy nước, buồng xoắn và ống hỳt liền nhau trờn cựng đường thẳng. Trờn hỡnh chiếu bằng chiều rộng cửa lấy nước bằng chiều rộng khối tổ mỏyTường ngực thường kết hợp với tường nhà mỏyII. Ưu nhược điểm:Ưu điểm: Giảm khối lượng cụng trỡnh, giảm tổn thất thuỷ lực do khụng cú đường dẫnNhược điểm: Tớnh ổn định và chống thấm kộm, bố trớ MBA và giao thụng vào nhà mỏy khú khănIII. Điều kiện ứng dụng:Sử dụng ở cột nước dưới 35m khi kớch thước tổ mỏy dủ đảm bảo điều kiện ổn định chống trượt, ổn định độ bền và chống thấmĐ2-2. Nhà máy thuỷ điện ngang đậpĐ2-3 Nhà máy thuỷ điện ngang đập trục đứng không kết hợp xả lũ:Trong phạm vi nhà mỏy khụng cú cụng trỡnh xả lũ.Phần trờn nước của nhà mỏy cú cấu tạo như xưởng mỏy thụng thường. Phụ thuộc vào chiều cao cửa lấy nước cú thể sử dụng tường ngực làm tường thượng lưu nhà mỏy và kết hợp làm dầm cầu trục.Cửa lấy nước được bố trớ lưới chắn rỏc, cỏc cửa van cụng tỏc và van sửa chữa với cỏc thiết bị nõng chuyển thụng thường là cỏc loại cầu trục.Hai tổ mỏy cạnh nhau được ngăn cỏch bằng trụ pin chạy suốt từ cửa vào đến cửa ra của ống hỳt, chiều dày trụ pin thường 1.52.5m. Khi trong trụ pin cú bố trớ khe lỳn thỡ chiểu dày của chỳng cú thể từ 3,06,0mKhi chiều rộng ống hỳt B5 >10 m cú thể bố trớ thờm trụ pin trung gian dày 1,01,5mTấm đỏy nhà mỏy trờn nền đất thường rất dày và cú cựng cao trỡnh đỏy múng, trong tấm đỏy cú thể bố trớ cỏc đường hành lang kiểm tra và thỏo nước sửa chữa tổ mỏyTrờn nền đỏ tốt chiều dày của nú và cao trỡnh đỏy múng cú thể thay đổi thay đổi để giảm khối lượng đào múng và khối lượng bờ tụng.Phần trờn ống hỳt thuộc khối dưới nước cú thể bố trớ một số tầng làm cỏc phũmg phụ để bố trớ cỏc hệ thống thiết bị phụ của nhà mỏy. MBA thường bố trớ phớa hạ lưu phớa trờn ống hỳt, trờn cỏc phũng phụ ở cao trỡnh cao hơn mực nước hạ lưu lớn nhấn. Trong trường hợp đặc biệt cú thể bố trớ trờn mỏi nhà mỏy.NHÀ MÁY KHễNG KẾT HỢP XẢ LŨ TRấN NỀN ĐẤTCột nước H=25m.Turbin cỏnh quayCụng suất tổ mỏy: 180MWMẶT CẮT TỔNG QUÁT KHỐI DƯỚI NƯỚCCụng trỡnh lấy nước nối trực tiếp với tuốc bin Khụng cú đường ống dẫn nướcNhà mỏy và CLN liền khối. Tấm đỏy liềnvới tấm dấy nhà mỏy.Trụ pin chớnh của cửa lấy nước, buồng xoắn và ống hỳt liền nhau trờn cựng đường thẳng. Trờn hỡnh chiếu bằng chiều rộng cửa lấy nước bằng chiều rộng khối tổ mỏyTường ngực thường kết hợp với tường nhà mỏyNHÀ MÁY KHễNG KẾT HỢP XẢ LŨ TRấN NỀN ĐÁCột nước H=29m.Turbin cỏnh quayCụng suất tổ mỏy: 150MWCễNG TRèNH THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂU (S. TRƯỜNG GIANG- TRUNG QUỐC)Nhà mỏy ngang đập2 nhà mỏy bố trớ hai bờn bờNhà mỏy chớnh 14 mỏy cụng suất 1750MW, L=596mNhà mỏy thứ 2 7 mỏy cụng suất 965 MW, L=327mTràn xả lũ bố trớ giữa sụng3 õu thuyền Cột nước: Hmax=27m, Htt=18.6m, Hmin=8.3m, cụng suất lắp mỏy 2715MW Chiều dài nhà mỏy: 596+327mCễNG TRèNH THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂU NHèN TỪ THƯỢNG LƯUCẮT NGANG NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂUTURBIN CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂULoại turbin: CQ 3019 mỏy:Cụng suất: 125 MWĐường kớnh D1=10.2mTrọng lượng TB:1900 T/mỏy2 mỏy:Cụng suất: 170 MWĐường kớnh D1= 11.3mTrọng lượng TB:2100 T/mỏyMÁY PHÁT ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂULoại mỏy phỏt: kiểu ụ giỏ ổ trục trờn nắp turbin Cụng suất: 125 MW, 170 MWTrọng lượng:1300T/mỏy Ro to -640 T2 mỏy:Cụng suất: 170 MWGIAN MÁY SỐ 1 THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂU14 mỏy tổng cụng suất 1750MWChiều dài: L=596.2mChiều rộng: 76.47m,cụng suất tổ mỏy 125MWGIAN MÁY SỐ 2 THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂU7 mỏy cụng suất 965MWChiều dài: L=327mChiều rộng: 76.47m5 mỏy cụng suất 125MW+ 2 mỏy-170 MWNHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂUPHềNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂMNHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN CÁT CHÂUBỐ TRÍ MÁY BIẾN ÁP CHÍNHMBA bố trớ trờn ống hỳtĐiện ỏp tăng thế: 220KV và 500 KV 1. Nhà mỏy thuỷ điện trục đứng kết hợp tràn xả lũ ( nhà mỏy bố trớ trong thõn đập tràn).a. Đặc điểm cấu tạo: NMTĐ cột nước trung bỡnh (H=2030m)NMTĐ cột nước thấp (H<20m)b. Ưu nhược điểm:Ưu điểm:Giảm khối lượng bờ tụng khoảng 20% so với phương ỏn khụng kết hợp xả lũ, giảm chi phớ xõy dựng 5-10%.Cú thể tận dụng cột nước phun xiết để tăng cụng suất phỏt điện trong mựa lũ đối với cỏc TTĐ trong mựa lũ cột nước nhỏ hơn cột nước tớnh toỏn.Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khú khăn trong thi cụng cũng như vận hànhNhiều kết cầu bờ tụng mỏng phải chụi tải trọng lớnKhú khăn trong việc làm kớn nước.Phải giảm đường kớnh turbin và do đú sẽ phải nhiều tổ mỏy.c. Điều kiện ứng dụng: Khi đập tràn cú kớch thước đủ lớn đảm bảo bền và ổn định khi bố trớ tổ mỏy bờn trongĐ2-3 Nhà máy thuỷ điện trục đứng kết hợp xả lũ:( Trong phạm vi nhà mỏy cú cụng trỡnh xả lũ.)NHÀ MÁY KẾT HỢP TRÀN XẢ LŨ CỘT NƯỚC H=2035MCột nước sử dụng: 2035mToàn bộ tổ mỏy cựng cầu trục chớnh bố trớ trong thõn đập trànMỏy phỏt sử dụng loại kiểu ụ, giỏ đỡ ổ trục trờn nắp turbin.Buồng xoắn trần bằngMBA bố trớ trờn trụ pin đập trànCầu trục chung phục vụ cho cửa lấy nước và cửa van tràn xả lũ.Gian lắp mỏy bố trớ phớa bờ trong phạm vi đập khụng tràn và liờn hệ với bờn ngoài qua nắp đậy trờn đỉnh gian lắp mỏy hoặc đường hầm.NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN PAVLOPSKAIA ( NGA)Cột nước sử dụng: 35mToàn bộ tổ mỏy cựng cầu trục bố trớ trong thõn đập trànMỏy phỏt sử dụng loại kiểu ụ, giỏ đỡ ổ trục trờn nắp turbin.MBA bố trớ trờn trụ pin đập trànCầu trục chung phục vụ cho cửa lấy nước và cửa van tràn xả lũ.Dầm cầu trục hạ lưu bố trớ trờn trụ pin trànNHÀ MÁY TRONG THÂN ĐẬP TRÀN CỘT NƯỚC THẤPCột nước sử dụng: <20mTổ mỏy bố trớ trong thõn đập tràn, Chiều cao gian mỏy thấp, cú nắp đậy từ mặt tràn, trong gian mỏy khụng bố trớ cầu trục chớnh, cú thể bố trớ cầu trục phụ phục vụ tại chỗ.Cầu trục chung bố trớ trờn trụ pin phục vụ cho cửa lấy nước và cửa van tràn xả lũ và sửa chữa tổ mỏy.Gian lắp rỏp sửa chữa bố trớ độc lập trờn diện tớch bờn ngoài ở cao trỡnh đỉnh đập.MBA bố trớ trờn trụ pin đập trànNhược điểm: Phức tạp kết cấu và vận hành, nhất là làm kớn nắp đậy2. Nhà mỏy thuỷ điện trục đứng kết hợp với đường hầm xả lũa. Đặc điểm cấu tạo: Đường hầm xả lũ bố trớ vào khoảng giữa buồng xoắn và mỏy phỏtĐường hầm xả lũ bố trớ dưới buồng xoắnb. Ưu nhược điểm:Ưu điểm: Nhà mỏy cú thể bố trớ như TTĐ khụng kết hợp do đú giảm khú khăn trong vận hành.Giảm khối lượng bờ tụngCú thể tận dụng cột nước phun xiết.Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khú khăn trong thi cụng và vận hànhKhi cửa vào đường hầm nằm dưới cửa lấy nước turbin sẽ kộo theo rỏc bẩn vào cửa lấy nước turbinc. Điều kiện ứng dụng: Khi cột nước thấp kớch thước thõn tràn khụng bố trớ được tổ mỏy TĐ trong đúĐ2-3 Nhà máy thuỷ điện trục đứng kết hợp xả lũ:NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN KẾT HỢP VỚI ĐƯỜNG HẦM XẢ LŨ KHễNG ÁP BỐ TRÍ GIỮA BUỒNG XOẮN VÀ MÁY PHÁT ĐIỆNĐường hầm xả lũ khụng ỏp bố trớ giữa buồng xoắn và mỏy phỏt điện. Van cụng tỏc bố trớ tại cửa vàoCửa lấy nước turbin nằm dưới cửa vào đường hầm xả lũ và cú chung khe van sửa chữa.Mỏy phỏt điện kiểu treo đặt nổi trờn sàn nhà mỏy.Trục tổ mỏy phải kộo dài.Kết cấu phần trờn nước tương tự với nhà mỏy khụng kết hợp xả lũ.ứng dụng: Cột nước thấp và mực nước thượng lưu ớt thay đổi.NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN KẾT HỢP VỚI ĐƯỜNG HẦM XẢ LŨ Cể ÁP BỐ TRÍ GIỮA BUỒNG XOẮN VÀ MÁY PHÁT ĐIỆNĐường hầm xả lũ khụng ỏp bố trớ giữa buồng xoắn và mỏy phỏt điện cú cửa van cụng tỏc nằm ở cửa ra.Cửa lấy nước turbin nằm dưới cửa vào đường hầm xả lũ và cú chung khe van sửa chữa.Mỏy phỏt điện kiểu treo đặt nổi trờn sàn nhà mỏy.Buồng xoắn thường là loại trần bằng.Kết cấu phần trờn nước tương tự với nhà mỏy khụng kết hợp xả lũ.Nhược điểm: Cửa lấy nước bố trớ sõu gõy khú khăn trong vận hành.ứng dụng: cho mọi cột nước, đặc biệt khi mực nước thượng lưu thay đổi nhiềuNHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN KẾT HỢP VỚI ĐƯỜNG HẦM XẢ LŨ Cể ÁP BỐ TRÍ DƯỚI BUỒNG XOẮNĐường hầm xả lũ cú ỏp bố trớ phớa dưới buồng xoắn. Trờn mặt bằng đường hầm bao quanh phần hỡnh chúp của ống hỳtCửa vào đường hầm xả nước nằm phớa dưới cửa lấy nước turbin. Chiều cao ống hỳt được kộo dài.Buồng xoắn tiết diện đối xứng hoặc phỏt triển về phớa trờn.Kết cấu phần trờn nước tương tự với nhà mỏy khụng kết hợp xả lũ.ứng dụng: cho mọi cột nước, đặc biệt khi mực nước thượng lưu thay đổi nhiềuNHÀ MÁY THUỶ VOLGA ( NGA) (ĐƯỜNG HẦM XẢ LŨ Cể ÁP BỐ TRÍ DƯỚI BUỒNG XOẮN)Đường hầm xả lũ cú ỏp bố trớ phớa dưới buồng xoắn.Cửa vào đường hầm xả nước nằm phớa dưới cửa lấy nước turbin và cú chung van sửa chữa. Chiều cao ống hỳt được kộo dài.Kết cấu phần trờn nước tương tự với nhà mỏy khụng kết hợp.Phớa trờn ống hỳt bố trớ MBA, trạm phõn phối điện và đường ụ tụ, đường sắtĐường hầm xả lũ3. Nhà mỏy thuỷ điện trục đứng trong trụ pin tràn xả lũĐặc điểm cấu tạo: Tổ mỏy bố trớ trong trụ pinKhụng cú gian mỏy chung, mỗi tổ mỏy là một gian độc lậpChiều dày trụ pin lớnCầu trục chõn dờ phục vụ chungb. Ưu nhược điểm:Ưu điểm: Giảm tổn thất thuỷ lực khi dũng chảy vào turbinCú thể xả cỏt và rỏc bẩn qua tràn.Cú thể tận dụng cột nước phun xiết.Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khú khăn trong thi cụng và vận hànhKhụng cú gian mỏy chung nờn khụng tiện lợi trong vận hành.Cỏc tổ mỏy xa nhau, cần giảm kớch thước turbinc. Điều kiện ứng dụng: Cột nước sử dụng dưới 15-17m. Cụng suất nhỏ hơn 20MW.Đ2-3 Nhà máy thuỷ điện trục đứng kết hợp xả lũ:NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TRONG TRỤ PINTổ mỏy bố trớ trong trụ pinKhụng cú gian mỏy chung, mỗi tổ mỏy là một gian độc lậpChiều dày trụ pin lớnCầu trục chõn dờ phục vụ chung4. Nhà mỏy thuỷ điện với turbin trục ngang ( Chảy thẳng)Đặc điểm cấu tạo: Sử dụng tổ mỏy capxun, BXCT là turbin cỏnh quayKhụng cú buồng xoắn ống hỳt trục thẳng nằm ngangNhà mỏy thường kết hợp dạng tràn xả lũb. Ưu nhược điểm:Ưu điểm: Kớch thước tổ mỏy nhỏ. Nếu cựng đường kớnh thỡ cống suất tăng 20-30% . Hiệu suất tămg 2-4%., Đường đặc tớnh hiệu suất thoải, vựng hiệu suất cao rộng hơnGiảm khối lượng bờ tụngCú thể tận dụng cột nước phun xiết.Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khú khăn trong thi cụng và vận hành nhất là mỏy phỏt điờnc. Điều kiện ứng dụng: Khi cột nước thấp H dưới 20-25m.Đ2-3 Nhà máy thuỷ điện trục đứng kết hợp xả lũ:TURBIN CAPXUNTURBIN CAPXUNCẮT DỌC TỔ MÁY VỚI TURBIN CAPXUNCẮT NGANG NHÀ MÁY TĐ VỚI TURBIN CAPXUNNhà mỏy trong thõn tràn.Capxun tường bố trớ về thượng lưuVào gian mỏy thụng qua một trụ pin của trànống hỳt trục thẳng và khụng cú buồng xoắnLắp rỏp và sửa chữa nhờ cầu trục bố trớ trong gian mỏy trong đập tràn hoặc cầu trục chõn dờ trờn trụ pin qua nắp đậy trờn mặt trànThỏo dỡ MF và Tbin qua hai lỗ riờngNHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN TREREPOVET ( LB.NGA)NHÀ MÁY TĐ VỚI CAPXUN BỐ TRÍ VỀ THƯỢNG LƯUứng dụng đối với tràn cú chiều cao nhỏThỏo dỡ mỏy phỏt bằng cầu trục chan dờ trờn trụ pinPhải cú van thượng lưu để bơm nước khi lắp rỏp, sửa chữaSO SÁNH KÍCH THƯỚC TỔ MÁY TRỤC NGANG VÀ TRỤC ĐỨNGN=20MW, H=8mTurbin trục đứng: D1=8.0m. Turbin trục ngang D1=7.0m.Cao trỡnh đỏy múng cao hơn 1.3mĐường kớnh capxun (1.1-1.2)D1Khoảng cỏch gữa cỏc tổ mỏy giảm 30-40%NHÀ MÁY TĐ TRỤ PIN VỚI TURBIN CHẢY THẲNG