1
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
ISO 9001:2008
TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN. ĐI SÂU
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH
VẬN HÀNH AN TOÀN THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
HẢI PHÒNG-2015
1
BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
ISO 9001:2008
TÌM HIỂU QUY TRÌNH SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN. ĐI SÂU
NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH
VẬN HÀNH AN TOÀN THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
Sinh viên: Lƣơng Duy Chinh
Ngƣời hƣớng dẫn: Th.S Đỗ Thị Hồng Lý
HẢI PHÒNG-2015
2
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP TỰ DO HẠNH PHÚC
—————-o0o—————–
BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Sinh viên : Lƣơng Duy Chinh – mã SV: 0912102001
Lớp : ĐC1301- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp.
Tên đề tài: Tìm hiểu quy trình sản xuất điện năng trong các nhà
máy nhiệt điện. Đi sâu nghiên cứu quy trình vận hành an toàn thiết
bị điện.
3
NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp(về
lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán.
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp:………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………..
4
CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Ngƣời hƣớng dẫn thứ 1.
Họ và tên :
Học hàm, học vị :
Cơ quan công tác :
Nội dung hƣớng dẫn :
Đỗ Thị Hồng Lý
Thạc sĩ
Trƣờng Đại học dân lập Hải Phòng
Toàn bộ đồ án
Ngƣời hƣớng dẫn thứ 2.
Họ và tên :
Học hàm, học vị :
Cơ quan công tác :
Nội dung hƣớng dẫn :
Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày……tháng…..năm 2015.
Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày……tháng……năm 2015.
Đã nhận nhiệm vụ ĐT.T.N.
Sinh viên
Lƣơng Duy Chinh
Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N
Cán bộ hƣớng dẫn ĐT.T.N
Th.S Đỗ Thị Hồng Lý
Hải Phòng, ngày……tháng…….năm 2015
HIỆU TRƢỞNG
GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ
5
PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
1. Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
2. Đánh giá chất lƣợng của Đ.T.T.N( so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong
nhiệm vụ Đ.T.T.N, trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng,
chất lƣợng các bản vẽ…)
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
3. Cho điểm của cán bộ hƣớng dẫn
(Điểm ghi bằng số và chữ)
Ngày…..tháng……năm 2015
Cán bộ hƣớng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên)
1
NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
1. Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu
ban đầu, cơ sở lý luận chọn phƣơng án tối ƣu, cách tính toán chất lƣợng thuyết
minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………………..
2. Cho điểm của cán bộ chấm phản biện
( Điểm ghi bằng số và chữ)
Ngày……tháng…….năm 2015
Ngƣời chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)
1
LỜI MỞ ĐẦU
Đất nƣớc ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Trong
quá trình này, điện năng đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Điện không
những cung cấp cho các ngành công nghiệp mà nhu cầu sinh của ngƣời dân
cũng ngày một tăng lên. Chính vì lý do đó mà ngành điện luôn là ngành mũi
nhọn của đất nƣớc . Đó là niềm vinh dự và trọng trách cho những ai công tác
làm việc trong ngành điện. Bản thân em cũng rất tự hào minh là một sinh viên
ngành điện.
Sau 4 năm học tập tại trƣờng, em đã đƣợc giao đề tài tốt nghiệp: “Tìm
hiểu các thiết bị điện trong nhà máy nhiệt điện, đi sâu nghiên cứu quy
trình vận hành an toàn cho một số thiết bị điện.” do Thạc sĩ Đỗ Thị Hồng
Lý trực tiếp hƣớng dẫn.
Đồ án gồm những phần chính sau đây:
Chƣơng 1 : Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện.
Chƣơng 2 : Giới thiệu một số thiết bị chính trong nhà máy nhiệt điện.
Chƣơng 3 : Quy trình vận hành an toàn một số thiết bị điện.
2
CHƢƠNG 1.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
GIỚI THIỆU CHUNG
Để sản xuất điện năng ta phải sử dụng các nguồn năng lƣợng thiên
nhiên. Tùy theo loại năng lƣợng ngƣời ta chia ra làm các nhà máy nhiệt điện
chính: nhà máy nhiệt( NND), nhà máy thủy điện (NTD)và nhà máy nguyên tử
(NNT) . Hiện nay phổ biến nhất là nhà máy nhiệt điện, ở đó nhiệt năng thoát
ra khi đốt các nhiên liệu hữu cơ (than , dầu, khí v,v…) đƣợc biến đổi thành
điện năng. Nhà máy nhiệt điện sản xuất khoảng 70% điện năng của thế giới .
Hiện nay nhu cầu nhiên liệu lỏng trong công nghiệp , giao thông vận tải
và sinh hoạt càng ngày càng tăng . Do đó ngƣời ta đã hạn chế dùng nhiên liệu
lỏng cho nhà máy nhiệt điện. Nhiên liệu rắn và khí cũng trở thành nhiên liệu
hƣu cơ chính của nhà máy nhiệt điện. Trong tƣơng lai, theo tổng sơ đồ phát
triển điện quốc gia (Tổng sơ đồ VII), nhu cầu điện Việt Nam tiếp tục tăng từ
14-16%/năm trong thời kỳ 2011-2015 và giảm dần xuống 11.15%/năm trong
thời kỳ 2016-2020 và 7.4-8.4%/năm cho giai đoạn 2021-2030.
Để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu điện năng, chính phủ Việt Nam đã đề
ra mục tiêu cụ thể về sản xuất và nhập khẩu cho ngành điện. Trong giai đoạn
2010-2020 tầm nhìn 2030 các mục tiêu bao gồm:
-Sản xuất và nhập khẩu tổng cộng 194-210 tỷ kWh đến năm 2015, 330
tỷ kWh năm 2020, và 695-834 tỷ kWh năm 2030.
-Ƣu tiên sản xuất điện từ nguồn năng lƣợng tái tạo bằng cách tăng tỷ lệ
điện năng sản suất từ nguồn năng lƣợng này từ mức 3.5% năm 2010 lên 4.5%
tổng điện năng sản xuất năm 2020 và 6% năm 2030.
-Giảm hệ số đàn hồi điện/GDP từ bình quân 2.0 hiện nay xuống còn 1.5
năm 2015 và 1.0 năm 2020.
3
-Đẩy nhanh chƣơng trình điện hóa nông thông miền núi đảm bảo đến
năm 2020 hầu hết nông thôn đều có điện.
Các chiến lƣợc áp dụng để đạt mục tiêu nói trên cũng đƣợc đặt ra bao
gồm:
-Đa dạng hóa các nguồn sản xuất điện nội địa bao gồm các nguồn điện
truyền thống (nhƣ than ga )và các nguồn mới (nhƣ là năng lƣợng tái tạo và
điện nguyên tử).
-Phát triển cân đối nguồn trên từng miền: Bắc, Trung và Nam, đảm bảo
độ tin cậy cung cấp điện trên từng hệ thống điện nhằm giảm tổn thất truyền tải
, chia sẻ công suất nguồn dự trữ và khai thác hiệu quả các nhà máy thủy điện
trong các mùa.
-Phát triển nguồn điện mới đi đôi với đổi mới công nghệ các nhà máy
đang vận hành.
-Đa dạng hóa các hình thức đầu tƣ phát triển nguồn điện nhằm tăng
cƣờng nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cơ cấu các nguồn điện cho giao đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 đã
đƣợc đề ra trong tổng sơ đồ VII và đƣợc tóm tắt ở bảng bên dƣới. Nguồn điện
quan trọng nhất vẫn là than và nhiệt điện. Điện nguyên tử và năng lƣợng tái
tạo chiếm tỷ trọng tƣơng đối cao vào giai đoạn 2010 và 2020 và dần trở lên
tƣơng đối quan trọng trong giai đoạn 2020-2030. Thủy điện vẫn duy trì thị
phần không đổi trong giai đoạn 2010-2020 và 2020-2030 vì thủy điện gần
nhƣ đã đƣợc khai thác hết trên toàn quốc.
4
Bảng 1.1: Cơ cấu nguồn điện theo công suất và sản lƣợng cho giai đoạn
2010-2020 tầm nhìn 2030
STT
Nguồn điện
2020
2030
Tổng
công
suất
lắp đặt
(MW)
Thị
phần
trong
tổng
công
suất
lắp đặt
(%)
Thị
phần
trong
tổng
sản
lƣợng
điện
(%)
Tổng
công
suất lắp
đặt
(MW)
Thị
phần
trong
tổng
công
suất lắp
đặt
(%)
Thị
phần
trong
tổng
sản
lƣợng
điện
(%)
1
Nhiệt điện than
36,000 48.0
46.8
75,000
51.6
56.4
2
Nhà máy nhiệt
điện tua bin khí
10,400 1.3.9
20.0
11,300
7.7
10.5
3
Nhà máy nhiệt
điện chạy tua
bin khí LNG
2,000
2.6
4.0
6,000
4.1
3.9
4
Nhà máy thủy
điện
17,400 23.1
19.6
N/A
11.8
9.3
5
Nhà máy thủy
điện tích năng
1,800
2.4
5,700
3.8
6
Nhà máy điện
sinh khối
500
5.6
4.5
2,000
9.4
6.0
7
Nhà máy điện
gió
1,000
6,200
5
8
Nhà máy điện
nguyên tử
N/A
N/A
2.1
10,700
6.6
10.1
9
Nhập khẩu
2,200
3.1
3.0
7,000
4.9
3.8
Total
75,000 100
100
146,800 100
100
Cụ thể vào năm 2020, cơ cấu các nguồn điện liên quan đến sản lƣợng là
46.8% cho nhiệt điện than, 19.6% cho thủy điện và thủy điện tích năng, 24%
cho nhiệt điện chạy khí và khí LNG, 4.5% cho năng lƣợng tái tạo, 2.1% cho
năng lƣợng nguyên tử và 3.0% từ nhập khẩu từ các quốc gia khác.
Hình 1.1: Cơ cấu nguồn điện cho đến năm 2020
Thị trƣờng điện cho đến nay tại Việt Nam vẫn ở dạng độc quyền với
tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN), một công ty nhà nƣớc, nắm giữ hơn 71%
tổng điện sản xuất, nắm giữ toàn bộ khâu truyền tải, vận hành hệ thống điện,
phân phối và kinh doanh bán lẻ điện.
Để có thể huy động vốn đầu tƣ phát triển ngành điện chính Phủ Việt
Nam đã thông qua cách tiếp cận giá điện vận hành theo cơ chế thị trƣờng và
6
theo mục tiêu bảo vệ môi trƣờng với danh mục đầu tƣ khác nhau cho các
nguồn điện khác nhau.
Chính phủ Việt Nam đã đặt ra mục tiêu phát triển thị trƣờng điện cạnh
tranh nhằm nâng cao việc sử dụng hiệu quả nguồn cung cấp điện trong bối
cảnh nền kinh tế thị trƣờng. Theo bản dự thảo chi tiết phát triển thị trƣờng
điện cạnh tranh, ngành điện phát triển qua 3 giai đoạn:
-Thị trƣờng phát điện cạnh tranh (2005-2014): các công ty sản xuất
điện có thể chào bán điện cho ngƣời mua duy nhất.
-Thị trƣờng bán buôn điện (2015-2022): các công ty buôn bán điện có
thể cạnh tranh để mua điện trƣớc khi bán cho công ty phân phối điện.
-Thị trƣờng bán lẻ điện cạnh tranh từ năm 2022 trở đi: ngƣời mua điện
có thể lựa chọn cho mình nhà cung cấp.
Giá điện của Việt Nam năm 2010 là 1,058-1,060VND/kWh (~5.3 US
cents/kWh). Năm 2011 khi tỷ giá hối đoái tăng cao, giá điện trên chỉ còn
tƣơng đƣơng 4 US cents/kWh .
Theo Chính phủ , giá điện sẽ đƣợc điều chỉnh hàng năm theo nghị định
số 21 nhƣng Chính phủ cũng sẽ xem xét thời điểm thích hợp để đảm bảo ảnh
hƣởng it nhất đến tình hình kinh tế xã hội nói chung và tình hình sản xuất bà
con nhân dân nói riêng.
Tiếp theo quyết định số 21, vào tháng 3/2011, giá điện trung bình tăng
lên 1.242VND/kWh (khoảng 6.5US cents), tăng 12.28% so với năm 2010.
Hiện nay các bên tham gia vào thị trƣờng phát điện tại Việt Nam là các
công ty nhà nƣớc nhƣ tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN), tập đoàn dầu khí
Việt Nam(PVN), tập đoàn than và khoáng sản Việt Nam (VINACOMIN) và
các nhà sản xuất điện độc lập(IPPs) và dự án BOT nƣớc ngoài. Các công ty
nhà nƣớc chiếm thị phần rất lớn trong sản xuất điện. Ví dụ vào cuối năm
2001, tổng công suất lắp đặt các nguồn điện tại Việt Nam là 17.521MW trong
7
số đó nguồn điện thuộc sở hữu của tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) là
53%, của tập đoàn dầu khí Việt Nam(PVN) 10%và VINACOMIN là 3.7%.
Các nhà sản xuất điện độc lập (IPP) và dự án BOT nƣớc ngoài chiếm 10.4%
tổng công xuất lắp đặt của năm 2009.
Lƣới điện quốc gia đang đƣợc vận hành với các cấp điện áp cao áp
500kV, 220kV và 110kV và các cấp điện áp trung áp 35kV và 6kV. Toàn bộ
đƣơng dây truyền tải 500kV và 220kV đƣợc quản lý bởi tổng công ty truyền
tải điện quốc gia, phần lƣới điện phân phối ở cấp điện áp 110kV và lƣới trung
áp ở các cấp điện áp từ 6kV đến 35kV do các công ty điện lực miền quản lý.
Để có thể đảm bảo nhu cầu về điện của quốc gia trong tƣơng lai, Việt
Nam có kế hoạch phát triển lƣới quốc gia đồng thời cùng với phát triển các
nhà máy điện nhằm đạt đƣợc hiệu quả tổng hợp đầu tƣ , đáp ứng đƣợc kế
hoạch cung cấp điện cho các tỉnh nâng cao độ tin cậy của hệ thống cung cấp
điện và khai thác hiệu quả các nguồn điện đã phát triển, hỗ trợ chƣơng trình
điện khí hóa nông thôn và thiết thực chuẩn bị cho sự phát triển hệ thống điện
trong tƣơng lai.
Bảng 1.2: Số lƣợng đƣờng dây và các trạm điện đƣợc bổ sung vào lƣới điện
quốc gia vào giai đoạn 2010-2030
Hạng mục
Đơn
vị
2009
2011-
2015
2016-
2020
2021-
2025
2026-
2030
Trạm 500kV
MVA
7,500
17,100
24,400
24,400
20,400
Trạm 220kV
MVA
19,094
35,863
39,063
42,775
53,250
Đƣờng
dây
500kV
Km
3,438
3,833
4,539
2,234
2,724
Đƣờng
dây
220kV
Km
8,497
10,637
5,305
5,552
5,020
8
Phân loại nhà máy nhiệt
điện
Theo loại nhiên liệu sử dụng:
-Nhà máy điện đốt nhiên liệu rắn
-Nhà máy điện đốt nhiên liệu lỏng
-Nhà máy điện đốt nhiên liệu khí
-Nhà máy điện đốt nhiên liệu2 hoặc 3 loại trên
Theo loại tuabin máy phát:
-Nhà máy điện tuabin hơi
-Nhà máy điện tuabin khí
-Nhà máy điện tuabin khí-hơi
Theo tính chất mang tải
– Nhà máy điện phụ tải gốc, có số giờ sử dụng công suất đặt hơn
5000 giờ.
– Nhà máy điện phụ tải giữa, có số giờ sử dụng công suất đặt
khoảng 3000 đến 4000 giờ.
– Nhà máy điện phụ tải đỉnh, có số giờ sử dụng công suất đặt ít hơn
1500 giờ.
9
CHƢƠNG 2.
GIỚI THIỆU MỘT SỐ THIẾT BỊ ĐIỆN CHÍNH TRONG
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
Khái niệm chung
Thiết bị điện chiếm vị trí quan trọng nhất trong các NMĐ là máy phát
điện (MPĐ). Các MPĐ biến đổi cơ năng thành điện năng – khâu chính của
quá trình sản xuất năng lƣợng điện. Ngoài ra, máy phát điện, với khả năng
điều chỉnh công suất của mình, giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm chất
lƣợng điện năng ( điều chỉnh tần số và điện áp của hệ thống điện (HTĐ)). Do
ý nghĩa quan trọng nhƣ vậy, trong các NMĐ các MPĐ đƣợc chế tạo hiệu suất
cao, làm việc tin cậy và sử dụng lâu dài.
Cho đến nay các MPĐ dùng trong NMĐ chủ yếu vẫn là các MPĐ đồng
bộ 3 pha. Chúng có công suất từ vài kW đến vài nghìn MW, điện áp định mức
từ 380V đến 25 kV. Xu hƣớng hiện nay là chế tạo các MPĐ với công suất
định mức ngày càng lớn. Trong HTĐ tƣơng đối lớn (với dự trữ công suất từ
100MW trở lên ) các MPĐ thƣờng có công suất định mức lớn hơn 100MW.
Khi làm việc trong NMĐ, các MPĐ không thể tách rời các thiết bị phụ
( nhƣ hệ thống làm mát, hệ thống bôi trơn, hệ thống kích từ…), bởi vì chính
hệ thống các thiết bị phụ này quyết định khả năng làm việc của MPĐ và , do
đó, cũng đòi hỏi độ tin cậy cao. Ngoài ra, đặc điểm và các thông số của MPĐ
phải phù hợp với điều kiện cụ thể của HTĐ mà NMĐ đang tham gia vận
hành.
Trƣớc hết cần xem xét một vài đặc điểm phân biệt các loại MPĐ trong
NMĐ và các thông số của chúng.
10
-Máy phát điện tuabin hơi:
Các máy phát điện tuabin hơi đƣợc tính toán chế tạo tốc độ quay lớn,
roto cực ẩn dạng hình trụ dài, trục quay đƣợc bố trí nằm ngang.
Cần lựa chọn tốc độ quay lớn cho máy phát điện tuabin hơi vì khi làm
việc tốc độ lớn các tubin hơi có hiệu suất cao, kích thƣớc có thể giảm đi đáng
kể. Tƣơng ứng với tần số 50 Hz, các MPĐ tuabin hơi có 1 đôi cực và tốc độ
quay định mức là 3000vg/ph.
Một đầu trục roto của MPĐ đƣợc nối trực tiếp với trục làm hơi của
tubin hơi ( thƣờng nối cứng), đầu còn lại nối với roto của máy kích thích (nếu
có). Các ổ đỡ của MPĐ tuabin hơi là các ổ trƣợt đƣợc bôi trơn bằng dầu áp
lực cao cùng hệ thống dầu bôi trơn với tuabin.
Do có công suất lớn, roto và stato của các MPĐ trong NMĐ đƣợc chọn
loại vật liệu và kết cấu sao cho có độ từ dẫn lớn, độ bền cơ học cao và giảm
đƣợc tổn hao dòng điện xoáy. Để làm lạnh MPĐ khi làm việc, trong lõi thép
và dây dẫn ngƣời ta bố trí ngƣời ta bố trí các khe hở hoặc ống dẫn để cho chất
lỏng hoặc khí làm lạnh chảy qua. Vì roto của các MPĐ tuabin hơi quay hơi
nhanh nên đƣờng kính phải nhỏ, kết cấu cực ẩn để đảm bảo độ bền cơ học
cao.
Hệ thống làm mát
Làm mát MPĐ khi vận hành có ảnh hƣởng đến quyết định giới hạn
công suất làm việc của nó, thậm trí quyết định cả giới hạn tuyệt đối về công
suất ( giới hạn công suất chế tạo) của máy. Thật vậy, công suất định mức của
máy phát xác định nhiệt độ nóng cho phép lâu dài của cách điện. Nhiệt độ
trong máy khi làm việc lại phụ thuộc vào tổn thất công suất trong các bộ phận
của máy (dây dẫn, lõi thép) và khả năng tản nhiệt từ máy ra môi trƣờng ngoài,
mà hệ thống làm mát đóng vai trò quyết định. Với phƣơng thức làm mát đã
chọn, để tăng công suất định mức của máy chỉ có 1 một cách là tăng kích
11
thƣớc của dây dẫn và lõi thép (để giảm điện trở và từ trở), nghĩa là tăng kích
thƣớc của máy. Tuy nhiên với độ bền cơ học của các vật liệu điện hiện tại ,
đƣờng kính cực đại của roto MPĐ tuabin hơi chỉ có thể từ (1,2 -1,3)m. Quá
giới hạn này roto có thể bị vỡ bởi trục ly tâm. Chiều dài roto cũng bị giới hạn
bởi hiệu suất uốn và độ cong trục ( không đƣợc vƣợt quá (5.5 -6.5) lần đƣờng
kính). Vì vậy công suất của MPĐ chỉ có thể tăng lên hơn nữa bằng cách tăng
cƣờng làm mát.
Có hai loại hệ thống làm mát: Hệ thống làm mát gián tiếp và hệ thống
làm mát trực tiếp.
ệ thống làm mát gián tiếp
Trong hệ thống làm mát gián tiếp môi chất lạnh chất khí ( không khí
hoặc hydro). Máy phát đƣợc làm mát bằng cách thổi môi chất làm mát qua
các khe hở trong máy ( khe hở tự nhiên giữa roto và stato, cũng nhƣ khe hở
kết cấu cho mục đích làm mát).
Hiệu quả của phƣơng pháp làm mát gián tiếp không cao vì sự tỏa nhiệt
của dây dẫn hoặc lõi thép đến môi chất làm mát phải thông qua các lớp cách
điện, các phân lõi thép. Ở mỗi đoạn truyền nhiệt tồn tại một chênh lệch nhiệt
độ nhất định, do đó nhiệt độ của dây dẫn và cách điện cao hơn nhiều so với
nhiệt độ làm mát.
Đối với các máy phát điện công suất nhỏ (≤ 12MW) thƣờng áp hệ
thống làm mát gián tiếp bằng không khí. Trong trƣờng hợp này hệ thống làm
mát có 2 dạng kín và hở. Trong dạng hở, không khí đƣợc đào thải ra ngoài.
Trong kiểu kín không khí sạch, dùng làm môi chất , đƣợc bơm tuần hoàn
trong hệ thống di qua hệ ống nƣớc làm mát trƣớc khi làm mát máy. Kiểu kín
tránh đƣợc bụi lẫn vào không khí làm mát. Ở MPĐ tubin hơi hệ thống làm
mát bằng không khí thƣờng đƣợc bố trí dƣới bệ máy. Còn ở MPĐ tuabin nƣớc
– bố trí quanh stato.
12
Hình 2.1: Hệ thống làm mát MPĐ tuabin hơi
Ở các MPĐ công suất lớn hơn ngƣời ta sử dụng hydro làm môi
chất làm mát. Hydro có độ dẫn điện lớn gấp 7 lần so với không khí và tốc độ
nhận nhiệt bề mặt nhanh gấp 1.44 lần. So với không khí cùng áp suất, mật
độ khi hydro thấp hơn nhiều, nên giảm đƣợc ma sát và do đó giảm đƣợc
công suất
bơm.
MPĐ cùng kích thƣớc, nếu dùng hydro làm mát thay cho không khí thì
có thể tăng công suất định mức lên (15 -20)% và nâng hiệu suất thêm (0.7-
1)%. Dùng hydro làm mát còn làm tăng tuổi thọ cách điện vì hạn chế đƣợc
oxi hóa. Tuy nhiên dùng hydro làm mát có 1 nhƣợc điểm là có khả năng tạo
thành hỗn hợp cháy nổ nếu hydro bị lẫn oxi. Để loại trừ nguy hiểm này ngƣời
ta phải điều chế hydro thật tinh khiết. Phải đảm bảo áp suất hydro trong máy
bơm lớn hơn áp suất khí trời. Ngoài ra trƣớc khi nạp hydro vào máy, ngƣời ta
phải nạp khí nitơ để lùa hết không khí ra, sau đó mới đƣa khí hydro vào thay
thế. Nhƣ vậy hệ thống làm mát dùng hydro phải có độ bền cao, kín hơn so với
hệ thống làm mát bằng không khí. Dùng khí hydro làm mát có thể chế tạo
MPĐ tuabin hơi công suất đến 100MW.
13
Hệ thống làm mát trực tiếp
Trong hệ thống làm mát trực tiếp môi chất làm mát chạy xuyên dây dẫn
rỗng vào các lõi thép, vì thế nhiệt lƣợng đƣợc truyền trực tiếp ra môi chất làm
mát không có đoạn đƣờng trung gian. Trƣờng hợp này chênh lệch nhiệt độ
chủ yếu tồn tại giữa bề mặt tiếp xúc của dây dẫn và môi chất làm mát và giữa
bản thân môi chất làm mát với môi trƣờng bên ngoài. Hiệu quả cao của
phƣơng pháp làm mát trực tiếp đã cho phép tăng cao đáng kể công suất chế
tạo của MPĐ, cũng nhƣ giảm kích thƣớc của chúng.
Hình 2.2: Dây dẫn rỗng MPĐ
Trong hệ thống làm mát trực tiếp môi chất làm mát thƣờng đƣợc dùng
là hydro, nƣớc, dầu. Ngƣời ta thƣờng hay áp dụng hệ thống làm mát hỗn hợp.
Chẳng hạn stato đƣợc làm mát gián tiếp bằng hydro, còn roto đƣợc làm mát
trực tiếp bằng nƣớc.
14
Hình 2.3: hệ thống làm mát MPĐ hỗn hợp
Trong các môi chất làm mát thì nƣớc có độ dẫn nhiệt cao nhất, độ nhớt
thấp nhất nên lƣu thông dễ dàng. Nƣớc cũng không gây cháy nổ. Tuy nhiên,
cần phải đảm bảo nƣớc có độ tinh khiết cao để tránh dẫn điện và ăn mòn. Vì
thế vận hành khá phức tạp. Dầu cách điện tốt dùng rất thuận lợi đối với MPĐ
áp cao. Nhƣng nhƣợc điểm quan trọng của dầu là độ nhớt lớn, lƣu thông khó
khăn, đòi hỏi phải có công suất bơm lớn.
Hệ thống đƣa môi chất làm mát vào máy thƣờng là các ống đặt trong
lòng các thanh dẫn và lõi thép, đƣợc bố trí theo cách nhất định để đảm bảo sự
phân bố tƣơng đối đều nhiệt độ trong máy. Để đƣa nƣớc vào hệ thống các ống
dẫn này ở roto, ngƣời ta tạo ra các hộp nối đặc biệt, có răng chèn và khe hở
rất nhỏ giữa phần đứng yên và chuyển động.
15
Hình 2.4: Hệ thống làm mát MPĐ hộp nối dẫn nƣớc.
Hệ thống kích từ
hái niệm chung
Hệ thống kích từ có nhiệm vụ cung cấp dòng điện 1 chiều cho các cuộn
dây kích thích của MPĐ đồng bộ. Nó phải có khả năng điều chỉnh bằng tay
hoặc tự động, dòng kích từ để đảm bảo chế độ làm việc ổn định, kinh tế với
chất lƣợng điện năng cao trong mọi tình huống.
Trong chế độ làm việc bình thƣờng điều chỉnh dòng kích từ sẽ điều
chỉnh đƣợc điện áp đầu cực máy phát, thay đổi lƣợng công suất phản kháng
phát vào lƣới. Thiết bị tự động điều chỉnh kích từ (TĐK) làm việc nhằm giữ
điện áp không đổi (với độ chính xác nào đó) khi phụ tải biến động. TĐK còn
nhằm mục đích nâng cao giới hạn công suất truyền tải từ MPĐ vào hệ thống,
đặc biệt khi nhà máy nối hệ thống qua đƣờng dây dài, đảm bảo ổn định tĩnh,
nâng cao tinh ổn định động.
Trong chế độ sự cố ( ngắn mạch trong lƣới…) chỉ có bộ phận kích thích
cƣỡng bức làm việc chủ yếu, nó cho phép duy trì điện áp của lƣới, giữ ổn định
cho hệ thống. Hiệu quả thực hiện các nhiệm vụ trên phụ thuộc vào đặc trƣng
và thông số của hệ thống kích từ cũng nhƣ kết cấu của bộ phận TĐK.
16
Để cung cấp một cách tin cậy dòng điện một chiều cho cuộn dây kích
từ của MPĐ đồng bộ, cần phải có hệ thống kích từ thích hợp với công suất
định mức đủ lớn.Thông thƣờng đòi hỏi công suất định mức của hệ thống kích
từ bằng (0,2-0,6)% công suất định mức MPĐ.
Việc tạo ra các hệ thống kích từ có công suất lớn nhƣ vậy thƣờng gặp
khó khăn. Đó là vì công suất chế tạo các MPĐ một chiều bị hạn chế bởi điều
kiện làm việc của bộ phận đổi chiều. Khi công suất lớn bộ phận này làm việc
kém tin cậy và mau hỏng (do tia lửa phát sinh). Với các MPĐ công suất lớn,
ngƣời ta phải áp dụng hệ thống kích từ dùng MPĐ xoay chiều và chỉnh lƣu.
Ngoài công suất định mức và điện áp định mức hệ thống kích từ còn
đƣợc đặc trƣng bằng 2 thông số quan trọng khác là điện áp kích từ giới hạn
Ufgh và hằng số thời gian Te . Điện áp kích từ giới hạn là điện áp kích từ lớn
nhất có thể tạo ra đƣợc của hệ thống kích từ. Điện áp này càng lớn thì phạm vi
điều chỉnh dòng kích từ càng rộng và càng có khả năng điều chỉnh nhanh. Đối
với MPĐ tua bin hơi thƣờng có Ufgh ≥ 2Ufđm . Trong nhiều trƣờng hợp, để đáp
ứng yêu cầu đảm bảo ổn định hệ thống ngƣời ta chế tạo Ufgh = (3-4) Ufđm.
Hình 2.5: Biến thiên điện áp kích từ cƣỡng bức.
17
Tốc độ tăng kích điện áp kích thích càng nhanh khi Ufgh càng lớn, còn
hằng số thời gian Te càng nhỏ. Các tham số này phụ thuộc vào kết cấu và
nguyên lý làm việc của hệ thống kích từ cụ thể.
Phân loại và đặc điểm của các hệ thống kích từ
Có thể chia hệ thống kích từ làm 3 nhóm chính:
-Hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều.
-Hệ thống kích từ dùng MPĐ xoay chiều.
-Hệ thống kích từ dùng chỉnh lƣu có điều khiển.
a. Hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều
Trên hình 2.6 cho sơ đồ hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều. Để điều
chỉnh dòng kích từ trong các cuộn kích từ của máy phát điện một chiều. Biến
điện trở Rđc cho phép điều chỉnh bằng tay dòng điện trong cuộn dây kích từ
chính C1. Khi TĐK làm việc dòng điện trong các cuộn C2 và C3 đƣợc điều
chỉnh tự động: dòng trong cuộn C2 đƣợc điều chỉnh tƣơng ứng với chế độ làm
việc bình thƣờng, còn trong cuộn C3 – tƣơng ứng với chế độ kích thích cƣỡng
bức. Năng lƣợng và tín hiệu điều chỉnh cung cấp cho TĐK đƣợc nhận qua
máy biến dòng và máy biến điện áp phía đầu cực MPĐ đồng bộ (có khi lấy từ
thanh góp phía cao áp của máy biến áp tăng).
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều.
MPĐ một chiều trong hệ thống kích từ cũng có thể kích thích độc lập.
Khi đó một MPĐ một chiều nhỏ hơn sẽ đƣợc làm nguồn cung cấp cho cuộn
dây C1 MPĐ kích thích chính mình.
18
Để quay MPĐ một chiều kích thích ngƣời ta sử dụng năng lƣợng của
chính trục quay của MPĐ đồng bộ. Cũng có thể sử dụng một động cơ điện
xoay chiều riêng cho mục đích này. Động cơ đƣợc cung cấp từ lƣới điện tự
dùng của nhà máy qua máy biến áp hoặc từ một MPĐ đồng bộ riêng ghép
cùng trục với MPĐ chính nhƣng có công suất nhỏ hơn nhiều.
Hình 2.7: Các phƣơng pháp quay MPĐ kích thích.
Trƣờng hợp đầu có ƣu điểm là đơn giản , tin cậy , giá thành hạ, tốc độ
quay ổn định không phụ thuộc vào điện áp của lƣới điện tự dùng. Tuy nhiên
có nhƣợc điểm là khi cần sửa chữa máy kích thích nhất thiết phải dừng MPĐ
đồng bộ, không thay thế đƣợc bằng nguồn kích thích dự phòng. Ngoài ra tốc
độ quay quá lớn của trục tuabin hơi không thích hợp với MPĐ một chiều, do
đó phƣơng pháp này đƣợc sử dụng chỉ ở các MPĐ công suất nhỏ.
Nhƣợc điểm chung của hệ thống kích từ dùng MPĐ một chiều là hằng
số thời gian Te lớn (0,3-0,6s) và giới hạn điều chỉnh không cao (Ufgh ≤ 2,0).
Ngoài ra có vành góp và chổi điện, công suất chế tạo bị hạn chế. Vì vậy hệ
thống kích từ loại này thƣờng chỉ đƣợc áp dụng ở các MPĐ công suất nhỏ và
trung bình.
