Tài liệu 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

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 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