Tài liệu ứng dụng logic mờ để nâng cao chất lượng điều khiển công suất nhà máy thủy điện đăkrơsa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HUY QUYỀN NGUYỄN HUY QUYỀN ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHÀ MÁY C C THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT R L T. U D LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT K37 Đà Nẵng – Năm2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HUY QUYỀN ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHÀ MÁY C C THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA R L T. Chuyên nghành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số U D : 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Lê Tiến Dũng Đà Nẵng – Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn : "Ứng dụng logic mờ để nâng cao chất lượng điều khiển công suất nhà máy thủy điện ĐăkRơSa ” là công trình nghiên cứu tự bản thân tôi thực hiện. Các số liệu tham khảo, trích dẫn và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Học viên C C R L T. Nguyễn Huy Quyền U D TÓM TẮT ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA Học viên : Nguyễn Huy Quyền Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Mã số: 8520216 Khóa: K37. Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Hiện nay Năng lƣợng là lĩnh vực quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia nói riêng trên toàn thế giới nói chung, các nguồn năng lƣợng đƣợc tạo ra từ thủy điện, năng lƣợng tái tạo luôn là nguồn năng lƣợng sạch, ổn định, chi phí thấp và ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng luôn đƣợc các Quốc gia trên toàn thế giới quan Tâm phát triển. Chính vì vậy đòi hỏi phải có những giải pháp kỹ thuật các vấn đề trên một cách linh hoạt và hiệu quả. C C Nhà máy thủy điện Đăkrơsa với lợi thế địa lý có độ dốc lớn, là khu vực có tiềm năng lớn về thuỷ điện có lƣợng mƣa trung bình hàng năm lớn, hệ thống sông suối dày R L T. đặc với độ dốc lớn, thung lũng hẹp, nƣớc chảy xiết và là nơi đầu nguồn của các sông lớn có tiềm năng thủy điện. Nhà máy thủy điện Đăkrơsa rất phù hợp làm đối tƣợng nghiên cứu trong đề tài này. U D APPLICATION OF FUZZY LOGIC QUALITY IMPROVEMENT CAPACITY CONTROL OF DAKROSA HYDROPOWER Abstract - Currently, Energy is an important field for the development of a country in particular around the world in general, energy sources are generated from hydroelectricity, and renewable energy is always a clean and stable source of energy. countries with low cost and low environmental impact have always been interested in developing countries all over the world. Therefore, it is required to have technical solutions to the above problems in a flexible and effective way. Dak Lak hydroelectric power plant with geographical advantages is steep, is an area with great potential for hydroelectricity with large average annual rainfall, dense river system with great slope, narrow valley, water it is fast flowing and is the source of large rivers with hydropower potential. Dakrosa hydroelectric power plant is very suitable as the research subject in this topic. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………....…………… TÓM TẮT ……………………………………………………………………………. MỤC LỤC ......................................................................................................................... DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................... DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ......................................................................................... DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU ............................................................................................ LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 1 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC .................... 3 C C NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA ........................................................................... 3 1.1 Tổng quan về nhà máy thủy điện Đăkrơsa .............................................................. 3 R L T. 1.1.1 Vị trí địa lý công trình thủy điện Đăkrơsa............................................................ 3 U D 1.1.2 Thông số cơ bản công trình .................................................................................. 4 1.2 Các Hạng mục chính của Công trình ..................................................................... 4 1.2.1 Hồ chứa nƣớc thủy điện Đăkrơsa ......................................................................... 4 1.2.2. Đập thủy điện Đăkrơsa ........................................................................................ 4 1.2.3 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa ................................................................................. 6 1.3. Thiết bị thủy lực chính của nhà máy thủy điện ...................................................... 6 1.3.1. Hệ thống turbine nhà máy thủy điện Đăkrơsa ..................................................... 7 1.3.2. Máy phát nhà máy thủy điện Đăkrơsa................................................................. 9 1.3.3 Hệ thống điều tốc thủy điện Đăkrơsa ............................................................... 12 Chƣơng 2 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO NHÀ MÁY ......................... 16 THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA ............................................................................................. 16 2.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 16 2.2 Mô hình toán học các khối chức năng của nhà máy ............................................ 16 2.2.1 Đƣờng ống chính ................................................................................................ 16 2.2.4 Lƣu lƣợng đƣờng ống nhánh .............................................................................. 25 2.2.5 Turbine ............................................................................................................... 29 2.3 Mô hình toán học tổng nhà máy thủy điện Đăkrơsa ............................................. 30 Chƣơng 3 - ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ..................... 31 3.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................. 31 3.2. Tổng quan về logic mờ ứng dụng trong điều khiển ............................................. 32 3.3. Giải pháp đề xuất ứng dụng logic mờ để nâng cao chất lƣợng điều khiển công suất nhà máy thủy điện Đăkrơsa ................................................................................. 38 3.4 Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................ 45 Chƣơng 4 - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ................................................. 46 4.1. Mô phỏng hệ thống điều tốc hiện tại của nhà máy .............................................. 46 C C 4.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống với thuật toán điều khiển đề xuất ................................ 52 R L T. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 55 U D TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 56 DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3. 1 Luật hợp thành bộ điều khiển mờ cho KP ..................................................... 43 Bảng 3. 2 Luật hợp thành bộ điều khiển mờ cho KI ...................................................... 44 Bảng 3. 3 Luật hợp thành bộ điều khiển mờ cho KD ..................................................... 44 Bảng 4. 1 Các thông số dùng trong mô hình Matlab .................................................... 50 C C U D R L T. DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1. 1 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa nhìn từ thượng lưu ............................................. 4 Hình 1. 2 Mặt cắt công trình Dập thủy điện Đăkrơsa..................................................... 5 Hình 1. 3 Đập dâng nhà máy thủy điện Đăkrơsa ............................................................ 5 Hình 1. 4 Kênh dẫn nhà máy thủy điện Đăkrơsa ............................................................ 6 Hình 1. 5 Tổng quan hệ thống van cánh hướng, turbine, máy phát ................................ 7 Hình 1. 6 Tuabine tổ máy Đăkrơsa ................................................................................. 7 Hình 1. 7 Turbine Francis – Trục Ngang ....................................................................... 8 Hình 1. 8 Cấu tạo Rotor máy phát điện 3 pha đồng bộ ................................................ 11 Hình 1. 9 Hình ảnh hệ thống điều tốc thủy điện Đăkrơsa ............................................. 13 Hình 2. 1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thủy lực NMTĐ Đăkrơsa ............................... 16 Hình 2. 2 Sơ đồ khối các thành phần chức năng chính NMTĐ Đăkrơsa..................... 17 C C Hình 2. 3 Đường ống chính ........................................................................................... 18 R L T. Hình 2. 4 Mô hình toán cột nước tổng .......................................................................... 21 Hình 2. 5 Mô hình hóa van servo .................................................................................. 22 Hình 2. 6 Hệ thống thủy lực các đường ống phụ .......................................................... 22 Hình 2. 7 Sơ đồ khối các đường ống phụ ...................................................................... 23 Hình 2. 8 Mô hình để tính cột nước áp lực H1 .............................................................. 25 Hình 2. 9 Mô hình tính lưu lượng qua ống dẫn phụ Q1 ................................................ 29 Hình 2. 10 Mô hình tính công suất cơ turbine .............................................................. 29 Hình 2. 11 Mô hình toán học tổng NMTĐ Đăkrơsa...................................................... 30 Hình 3. 1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống điều tốc ............................................... 31 Hình 3. 2 Mô tả các giá trị ngôn ngữ bằng tập mờ [2] ................................................. 34 U D Hình 3. 3 Quy tắc hợp thành MIN (a), Quy tắc hợp thành PROD (b) .......................... 36 Hình 3. 4 Cấu trúc của một bộ điều khiển mờ ............................................................... 36 Hình 3. 5 Xác định độ thỏa mản đầu vào [2] ................................................................ 37 Hình 3. 6 Giải mờ theo phương pháp trọng tâm ........................................................... 38 Hình 3. 7 Cấu trúc bộ điều khiển dùng thuật toán PID+ Puzzy ................................... 39 Hình 3. 8 Sơ đồ nguyên lý của phương án cải tiến thuật toán điều khiển hệ thống điều tốc mà luận văn đề xuất ................................................................................................. 39 Hình 3. 9 Xây dựng hàm liên thuộc cho sai lệch e và de .............................................. 42 Hình 3. 10 Xây dựng hàm liên thuộc cho đáp ứng đầu ra KP và KD ............................. 42 Hình 3. 11 Xây dựng hàm liên thuộc cho đáp ứng đầu ra KI ........................................ 43 Hình 3. 12 Xây dựng luật hợp thành trên phần mềm Matlab........................................ 45 Hình 4. 1 Mô hình bộ điều khiển trước cải tiến NMTĐ Đăkrơsa trên Matlab ............. 46 Hình 4. 2 Mô hình hóa van servo trên Matlab .............................................................. 46 Hình 4. 3 Mô hình hóa cột nước tổng trên Matlab ....................................................... 47 Hình 4. 4 Mô hình hóa năng lượng thủy lực trên Matlab ............................................. 47 Hình 4. 5 Mô hình hóa công suất cơ trên Matlab ......................................................... 47 Hình 4. 6 Sơ đồ mô phỏng 1 tổ máy phát điện trên Matlab .......................................... 48 Hình 4. 7 Sơ đồ mạch nhất thứ lưới điện nhà máy ........................................................ 48 Hình 4. 8 Mô phỏng lưới điện và máy phát của một tổ máy trên Matlab ..................... 48 Hình 4. 9 Mô phỏng cả hệ thống điện nhà máy thủy điện Đăkrơsa và lưới điện ......... 49 Hình 4. 10 Kết quả mô phỏng các tổ máy chưa cải tiến .............................................. 51 Hình 4. 11 Mô phỏng bộ điều khiển tự chỉnh định tham số bộ PID.............................. 52 Hình 4. 12 Mô phỏng toàn bộ hệ thống trên Matlab-Simullink .................................... 52 Hình 4. 13 Kết quả đặc tính khi sử dụng bộ điều khiển PID kết hợp FUZZY. .............. 53 Hình 4. 14 So sánh kết quả đáp ứng độ mở cánh hướng khi sử dụng bộ điều khiển PID C C và bộ điều khiển kết hợp PID + FUZZY........................................................................ 53 Hình 4. 15 So sánh kết quả đáp ứng công suất cơ khi sử dụng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển kết hợp PID + FUZZY. ................................................................................ 54 U D R L T. DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU Cách đọc TT Ký hiệu 1 Hi Cột nƣớc áp lực tổng [m] 2 ̅̅̅ Cột nƣớc áp lực tổng [pu] 3 HD Cột nƣớc áp lực khi xét đến tổn thất [m] 4 ̅̅̅̅ Cột nƣớc áp lực khi xét đến tổn thất [pu] 5 Ρ Trọng lƣợng riêng của nƣớc [kg/m³] 6 g Gia tốc trọng trƣờng [m/s2] 7 fms 8 D, D1, D2, D3 9 Ac , Ac1 , Ac2 , Tiết diện đƣờng ống chính và các đƣờng ống nhánh 1, 2, 3 [m2] Ac3 10 Đƣờng kính đƣờng ống chính và các đƣờng ống nhánh 1, 2, 3 [m] C C R L T. Chiều dài đƣờng ống chính và các đƣờng ống nhánh 1, 2, 3 L , L1 , L2 , L3 [m] 11 12 Hệ số sức cản ma sát U D u1 , u2 , u3 Tín hiệu bộ điều khiển hệ thống điều tốc 3 tổ máy 1, 2, 3 [%] ̅̅̅ , ̅̅̅ , ̅̅̅ Tín hiệu bộ điều khiển hệ thống điều tốc 3 tổ máy 1, 2, 3 [pu] 13 G1, G2, G3 Độ mở của các van hƣớng 1, 2, 3 [%] 14 ̅̅̅ , ̅̅̅ , ̅̅̅ Độ mở van hƣớng 1, 2, 3 [pu] 15 Q , Q1, Q2, Q3 16 ̅̅̅ , ̅̅̅ , ̅̅̅ 17 ̅̅̅̅̅ 18 H1, H2, H3 Cột nƣớc làm việc các tổ máy 1, 2, 3 [m] 19 ̅̅̅ , ̅̅̅̅ , ̅̅̅̅ Cột nƣớc làm việc của các tổ máy 1, 2, 3 [pu] 20 Pm Công suất cơ của turbine[MW] 21 ̅̅̅̅ Công suất cơ của turbine [pu] 22 Lƣu lƣợng vào turbine của các tổ máy 1, 2, 3 [m3/s] Lƣu lƣợng vào turbine của các tổ máy 1, 2, 3 [pu] Lƣu lƣợng không tải [pu] Hiệu suất của turbine 1 LỜI NÓI ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay Năng lƣợng là lĩnh vực quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia nói riêng trên toàn thế giới nói chung, các nguồn năng lƣợng đƣợc tạo ra từ thủy điện, năng lƣợng tái tạo luôn là nguồn năng lƣợng sạch, ổn định, chi phí thấp và ít ảnh hƣởng đến môi trƣờng luôn đƣợc các Quốc gia trên toàn thế giới quan Tâm phát triển. Chính vì vậy đòi hỏi phải có những giải pháp kỹ thuật các vấn đề trên một cách linh hoạt và hiệu quả. Nhà máy thủy điện Đăkrơsa với lợi thế địa lý có độ dốc lớn, là khu vực có tiềm năng lớn về thuỷ điện có lƣợng mƣa trung bình hàng năm lớn, hệ thống sông suối dày đặc với độ dốc lớn, thung lũng hẹp, nƣớc chảy xiết và là nơi đầu nguồn của các sông C C lớn có tiềm năng thủy điện. Nhà máy thủy điện Đăkrơsa rất phù hợp làm đối tƣợng nghiên cứu trong đề tài này. R L T. 2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài này đề cập đến việc xây dựng mô hình toán học của một nhà máy thủy điện điển hình có chung đƣờng ống áp lực, không có hồ chƣa, khả năng điều tiết theo giờ của các khâu thiết bị trong nhà máy thủy điện Đăkrơsa gồm các hạng mục công trình gồm : Đƣờng ống áp lực, Van cầu, máy phát điện, các ống rẽ nhánh. Thông qua đề tài nghiên cứu này, Tôi hiểu rõ hơn phƣơng pháp xây dựng bộ điều khiển cũng nhƣ các phần tử chức năng trong nhà máy thủy điện để đáp ứng các điều kiện về sự thay đổi cột áp lớn trong quá trình vận hành, khả năng điều chỉnh công suất thích ứng về những thay đổi các yếu tố đầu vào nhƣ lƣu lƣợng, cột áp đến hiệu suất và sự ổn định U D của thiết bị khi hòa lƣới. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là hệ thống thiết bị, hệ thống điều tốc của nhà máy thủy điện Đăkrơsa; 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết; - Nghiên cứu xây dựng mô hình toán học các khâu trong hệ thống thiết bị nhà máy thủy điện Đăkrơsa; - Dựa trên mô hình toán học, nghiên cứu và áp dụng lý thuyết điều khiển để tự động chỉnh định các tham số của bộ điều khiển nhằm nâng cao chất lƣợng hệ thống điều khiển. 2 - Sử dụng công cụ Matlab để mô phỏng, đánh giá và rút ra kết luận. 5. Bố cục đề tài Luận văn đƣợc chia thành 04 chƣơng: Chƣơng 1 : Tổng quan về nhà máy thủy điện Đăkrơsa; Chƣơng 2 : Mô hình toán học các khâu trong hệ thống nhà máy thủy điện Đăkrơsa; Chƣơng 3 : Đề xuất giải pháp nâng cao chất lƣợng điều khiển nhà máy; Chƣơng 4 : Mô phỏng và đánh giá kết quả. 6. Tài liệu nghiên cứu Tài liệu nghiên cứu sử dụng cho luận văn này là các bài báo, luận văn của các tác giả trong nƣớc và nƣớc ngoài về vấn đề mô hình hóa nhà máy thủy điện và các phƣơng pháp nâng cao chất lƣợng điều của nhà máy thủy điện. Tài liệu kỹ thuật của nhà máy. C C U D R L T. 3 Chƣơng 1 - TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU TỐC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐĂKRƠSA 1.1 Tổng quan về nhà máy thủy điện Đăkrơsa 1.1.1 Vị trí địa lý công trình thủy điện Đăkrơsa Công trình thủy điện Đăkrơsa nằm trên địa phận xã Ngọc Tụ thuộc huyện Đăk Tô tỉnh Kon Tum. Công trình khai thác nguồn nƣớc suối ĐắkTaKan – nhánh suối nhỏ bờ trái và đổ vào sông Krông Po Kô, khai thác kiểu đƣờng dẫn. Thành phần công trình bao gồm: Đập dâng, đập tràn, cửa lấy nƣớc, kênh dẫn và nhà máy có công suất lắp đặt 7,5MW cùng với kênh xả và trạm phân phối ngoài trời. Công trình thủy điện tận dụng phần chênh lệch mực nƣớc từ cao trình MNDBT 734m đến cao trình MNHL 600m. C C Nhiệm vụ chính của công trình thủy điện Đăkrơsa: Phát điện bổ sung nguồn điện năng khoảng 33,62 triệu kWh vào hệ thống điện Quốc gia. Tọa độ địa lí vào khoảng : R L T. 14042‟28” đến 14042‟49” + Vĩ độ bắc + Kinh độ đông U D 107049‟16” đến 107049‟27”. Công trình thủy điện ĐăkRơSa nằm trên nhánh suối ĐắkTaKan là phụ lƣu nhỏ của nhánh Krông Pô Kô, thƣợng nguồn sông Sê San, sông bắt nguồn từ đỉnh Ngọc Linh với cao độ khoảng +2598m, suối ĐắkTaKan gần nhƣ chảy theo hƣớng Bắc Nam. Khu vực xây dựng công trình thủy điện Đắk Rơ Sa gần thị trấn Đắk Tô, tỉnh Kon Tum. Hệ thống sông suối phân bố tƣơng đối dày trong lƣu vực, mật độ sông suối 0,84km/km2. Lƣu vực có hình dạng lông chim, dòng chính ĐắkTaKan có độ dốc thoải (0,8%). Trừ một vài km ở thƣợng nguồn có độ dốc lớn còn độ dốc của suối tại vùng tuyến công trình là 0,25%. Dòng chảy hiền hoà, hai bên bờ suối đều có bãi bồi và bậc thềm rộng 200†1200m. Đoạn từ tuyến đập đến nhà máy là đoạn thác với độ dốc 2,6%. Lợi dụng đoạn thác này để xây dựng nhà máy thuỷ điện. Từ nhà máy đến cửa suối độ dốc lòng sông rất thoải hai bên bờ suối có bãi bồi và thềm, sông đƣợc mở rộng. Hai bờ thung lũng suối là những dải núi nhấp nhô chạy song song với suối. Độ dốc của sƣờn núi bờ phải từ 25†40o, bờ trái 15†25o phủ cây bụi và rừng cây lâm nghiệp. Thảm phủ thực vật trên lƣu vực chiếm 70%, phần lớn là rừng nguyên sinh và tái sinh. Rừng trồng có ít, chủ yếu là rừng phòng hộ đầu nguồn. 4 C C Hình 1. 1 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa nhìn từ thượng lưu R L T. 1.1.2 Thông số cơ bản công trình + Số tổ máy : 03 U D + Công suất: 3 x 2,5 MW + Sản lƣợng điện bình quân hàng năm: 33,62 triệu KWh/năm + Thời gian vận hành chính thức: 09/11/2007 + Vị trí xây dựng: Trên dòng sông Đăktơkan thuộc địa phận xã Văn Lem Huyện Đăk Tô, tỉnh KonTum. 1.2 Các Hạng mục chính của Công trình 1.2.1 Hồ chứa nước thủy điện Đăkrơsa Diện tích ngập trong lòng hồ 27ha bao gồm suối và bãi bồi - đƣợc nhân dân trồng lúa và hoa màu. Nền lòng hồ là nền đất sét, á sét aluvi, á cát, cát cuội sỏi, chiều dày từ 1 đến 3m. Chỗ sâu nhất không quá 10m. Dƣới là đá Granit - biotit của phức hệ Bà Nà. Đá nứt nẻ yếu, tính thấm nhỏ, rất cứng chắc, cắt qua hồ chứa có một đới phá hủy kiến tạo bậc IV - đới nứt nẻ tăng cao, không làm ánh hƣởng đến hồ chứa. 1.2.2. Đập thủy điện Đăkrơsa a. Tuyến đập dâng là đập bê tông trọng lực, cao khoảng 15 m, chiều dài đập (tính theo cao trình đỉnh đập 734.0m) khoảng 40m. Suối Đăk Tơ kan đoạn xây tuyến đập chảy theo hƣớng Đông Nam - Tây Bắc, thung lũng suối tƣơng đối rộng khá bằng 5 phẳng. Vai phải đập là sƣờn phủ có độ dốc 20 - 300, Vai trái đập là là sƣờn phủ có độ dốc 20 - 250. b. Đập thủy điện Đăkrơsa là dạng kiểu đập bằng cách xây dựng đập chắn ngang sông có thể làm cho mức nƣớc ở trƣớc đập dâng cao tạo ra cột nƣớc H0 tạo áp lực theo kênh dẫn nƣớc đƣa nƣớc về bể điều áp. Nói chung nhà máy thủy điện kiểu đập thƣờng dễ xây dựng ở những nơi dòng chảy có độ dốc lớn, chảy ngang qua thung lũng của những quả đồi. Do dòng chảy trong đƣờng ống áp lực là kín bảo toàn đƣợc cột áp thủy tĩnh nên cột nƣớc của nhà máy thủy điện có thể đƣợc tính nhƣ từ mức nƣớc khối kênh dẫn hở (Điểm cuối bể áp lực nhà máy) đến mức nƣớc phía sau NMTĐ. Dễ thấy, cột nƣớc của NMTĐ kiểu kênh dẫn có thể rất lớn nếu nguồn nƣớc đƣợc lấy từ vị trí cao. C C R L T. U D Hình 1. 2 Mặt cắt công trình Dập thủy điện Đăkrơsa Hình 1. 3 Đập dâng nhà máy thủy điện Đăkrơsa  Nhà máy thủy điện Đăkrơsa thuộc kiểu kênh dẫn. 6 C C R L T. Hình 1. 4 Kênh dẫn nhà máy thủy điện Đăkrơsa U D 1.2.3 Nhà máy thủy điện Đăkrơsa Nhà máy thuỷ điện Đăkrơsa đƣợc bố trí bên bờ phải sông ĐăkTờkan, ở chân đồi núi cách mép sông khoảng 30m, cao độ mặt đất tự nhiên khu nhà máy từ (624.0  635.0)m. Chọn loại kết cấu BTCT kiểu hở móng đặt trên nền địa chất đặt móng nhà máy trong đới IIA, các thông số chính của thiết bị kiến nghị dùng turbine Francis trục ngang, 03 tổ máy với công suất lắp máy mỗi tổ là 7,5 MW. Các thiết bị chính bố trí các thiết bị gồm (turbine, máy phát điện, van cầu, máy biến áp…), hệ thống điều khiển giám sát và các thiết bị khác. 1.3. Thiết bị thủy lực chính của nhà máy thủy điện Thiết bị thuỷ lực chính của nhà máy thuỷ điện gồm có: - Tua bin. - Máy điều tốc. - Máy phát điện. - Van trƣớc turbine. 7 Hình 1. 5 Tổng quan hệ thống van cánh hướng, turbine, máy phát C C R L T. 1.3.1. Hệ thống turbine nhà máy thủy điện Đăkrơsa U D Hình 1. 6 Tuabine tổ máy Đăkrơsa Trong các nhà máy thủy điện,Turbine là một trong những bộ phận chính trong nhà máy thủy điện có chức năng chuyển đổi năng lƣợng của dòng nƣớc (thủy năng) thành cơ năng làm quay tuabine và máy phát điện, thông qua kết nối trục với máy phát điện để biến năng lƣợng nƣớc thành điện năng. Có thể coi Turbine là trái tim của nhà máy.Turbine nhà máy thủy điện Đăkrơsa thuộc loại Turbine Francis trục ngang. 8 Thành phần cấu tạo hệ thống turbine: Buồng xoắn, cánh hƣớng, Bánh xe công tác, côn hút, trục turbine, ổ đỡ turbine, hệ thống điều khiển cánh hƣớng, đêm kín trục turbine, hệ thống làm kín bánh xe công tác. C C R L T. Hình 1. 7 Turbine Francis – Trục Ngang  Buồng xoắn: Chức năng hƣớng cánh hƣớng dẫn dòng. Phân bố áp lực dòng chảy lên bánh xe công tác đều nhau để tránh mài mòn cánh của bánh xe công tác. Buồng xoắn có kết cấu dạng ống xoắn theo hình xoắn ốc, có đƣờng kính của tiết diện thay đổi nhỏ dần. Bồng xoắn đƣợc chia ra làm 3 bộ phận cơ bản: Đoạn ống trung gian, thân buồng xoắn, Stay-ring. U D  Ống hút và côn xả: Là bộ phận đƣa nƣớc từ bánh xe công tác xả ra hạ lƣu  Bánh xe công tác.  Chức năng: là bộ phận chuyển năng lƣợng dòng nƣớc thành cơ năng truyền lên trục Turbine-Máy phát làm quay máy phát điện. Nguyên lý làm việc: BXCT là sử dụng phần thế năng và một phần động năng của dòng nƣớc. Dòng nƣớc khi chảy qua BXCT theo hƣớng xuyên tâm lƣợn trong các rãnh giữa hai mặt cong cánh BXCT, làm thay đổi cả độ lớn lẫn hƣớng (theo hƣớng dọc trục) của vận tốc nƣớc. Do nƣớc phải đổi hƣớng chảy tạo nên phản lực tác dụng lên cánh BXCT. Phản lực này tác động lên tất cả các cánh BXCT tạo nên mômen quay turbine. Trục turbine và ổ hƣớng turbine.  Trục turbine Nhiệm vụ là truyền động mômen quay từ BXCT đến trục rotor máy phát. Trục Turbine mặt trên gắn với trục dƣới máy phát bằng bu lông, mặt dƣới 9 đƣợc gắn với bánh xe công tác bằng bu lông và có vai trục turbine. Trục Turbine đƣợc định hƣớng bằng 10 segment;  Ổ hƣớng Turbine: có nhiệm vụ giữ cho trục turbine luôn quay theo một phƣớng thẳng đứng đồng tâm với trục máy phát. Cấu tạo : vai trục turbine (phần quay) gắn trực tiếp với trục turbine, cùng với segment hƣớng, phần tĩnh gắn trên giá đỡ turbine gồm: thùng dầu, dầu, các đƣờng ống làm mát dầu ổ hƣớng, các segment hƣớng, các cảm biến đo lƣờng và bảo vệ ổ hƣớng turbine.  Hệ thống dầu làm mát : Dầu trong ổ hƣớng turbine đƣợc làm mát bằng các ống nƣớc ngâm trực tiếp trong bồn dầu. Hệ thống ống nƣớc làm mát đƣợc quấn thành những vòng tròn hở quanh trục turbine theo chu vi thùng dầu, ống nƣớc đƣợc quấn thành ba lớp, mỗi lớp gồm sáu vòng quanh trục, các ống đƣợc gắn nối tiếp nhau chỉ có một đầu vào và một đầu ra.  Cảm biến đo lƣờng : 8 RTD đo nhiệt độ segment hƣớng (Hiển thị đo lƣờng). 2 Dial đo nhiệt độ segment hƣớng (Hiển thị và bảo vệ), 700C (Trip). 1 Dial đo nhiệt độ dầu ổ hƣớng (Hiển thị và bảo vệ) 600C (Alarm), 65o C (Trip). 1 RTD đo nhiệt độ dầu C C R L T. ổ hƣớng (Hiển thị). 2 RTD đo nhiệt độ nƣớc vào và ra hệ thống nƣớc làm mát dầu turbine. 3WOD Cảm biến nƣớc lẫn trong dầu 3LS1,2,3. Hiển thị mức dầu trong ổ hƣớng (Thƣớc đo) U D Cánh hƣớng tĩnh và cánh hƣớng động.  Cánh hƣớng tĩnh : Gồm 24 cánh hƣớng cố định bố trí đều xung quanh ngõ ra của buồng xoắn trƣớc van cánh hƣớng động. Nhiệm vụ hƣớng dòng nƣớc theo hƣớng xuyên tâm với BXCT nhằm tăng hiệu suất.  Cánh hƣớng động : Gồm 24 cánh hƣớng đƣợc dẫn động qua cánh tay đòn của servomotor. Nhiệm vụ điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc chảy vào BXCT từ đó thay đổi công suất Turbine.  Bộ phận phân phối nƣớc cho BXCT : Bộ phận phân phối nƣớc cho bánh xe công tác có nhiệm vụ chính điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc vào Bánh xe công tác theo một hƣớng dòng chảy nhất định để thay đổi công suất của Turbine. Bộ phận này gồm các thành phần sau: Vành dẫn động cánh hƣớng, vành dƣới, cánh hƣớng động, servomotor. 1.3.2. Máy phát nhà máy thủy điện Đăkrơsa - Nguyên lý làm việc: Máy phát điện làm việc dựa trên nguyên lý của định luật cảm ứng điện từ, khi tốc độ tổ máy ta cung cấp dòng kích từ cho cuộn dây rotor máy phát. Dòng điện này sẽ sản sinh ra từ thông Φ, vì rotor đang quay nên từ thông này 10 quét qua các thanh dẫn. Stator đặt lệnh nhau trong không gian 1200 nên sức điện động cảm ứng phía dây quấn. Stator là sức điện động xoay chiều 3 pha có cùng biên độ nhƣng lệch nhau 1200 điện. - Thông số kỹ thuật: + Công suất biểu kiến : 3.125 MVA + Công suất tác dụng : 2.5 MW + Tần số định mức: 50Hz + Hệ số công suất : 0.8 + Điện áp định mức : 6.3 kV + Dòng điện định mức : 286.4 A + Tốc độ định mức : 1000 vòng/phút + Tốc độ lồng tốc : 1697 vòng/ phút - Cấu tạo máy phát diện 3 pha đồng bộ: cấu tạo chính của máy phát gồm hai phần: C C a. Stator + Stator gồm một khung, lõi stator và cuộn dây stator… R L T. + Khung của stator đƣợc hàn từ các tấm thép và khung máy, chúng đƣợc sử dụng để gắn cố định vào lõi của stator. U D + Lõi của stator đƣợc làm từ các lá thép silicon có độ dẫn từ cao, tổn thất thấp, các lá thép có độ mỏng 0,5mm. Lõi của stator đƣợc đặt trên khung, bên trong và khe của lõi thực hiện xử lý hoàn hảo nhằm ngăn chặn sự phóng điện hồ quang. + Các cuộn dây stator đƣợc làm bằng các sợi dây đồng ghép đôi. Lớp cách điện trong và lớp cách điện ngoài đều đƣợc tạo thành bằng các sợi vải mica epoxy ép nóng. Bề mặt của mỗi cuộn dây đƣợc xử lý để bảo vệ tia lửa điện. + Khi các cuộn dây stator đƣợc gắn vào bên trong khe của lõi stator, 6 bộ dò nhiệt độ điện trở dây đồng (RTD, 100 ở 00C) đƣợc gắn vào các rãnh của stator để phát hiện các kênh nhiệt độ của các cuộn dây stator và lõi stator. + Có 6 sợi cáp đầu ra của máy phát, trong đó có 3 sợi cáp đầu ra và 3 sợi cáp trung tính. Nếu vị trí của các sợi cáp này không thuận lợi cho việc kết nối trong việc thiết kế và lắp đặt của nhà máy, các sợi cáp đầu ra và các sợi cáp trung tính có thể chuyển đổi vị trí cho nhau. b. Rotor: Rô to Máy điện đồng bộ bao gồm lõi thép, cực từ và dây quấn kích từ. Dây quấn kích từ đƣợc cấp bởi nguồn điện Một chiều để tạo ra từ trƣờng cho Máy.