Phát điện Thuỷ điện JE-HYO-B-01
127
Dự án đào tạo giáo viên/hướng dẫn viên ngành điện (JICA-EVN)
Lưu lượng (m
3
/s)
Cột áp hữu ích (m)
IV. Một số các hệ thống thiết bị phụ khác
IV.1 Van nước vào (Main shut-off Valve)
1. Phân loại van nước vào
Van nước vào được bố trí ở cuối đường ống áp lực và cửa vào tua bin phục
vụ cho việc đóng dòng nước khi cần thiết, thí dụ khi tiến hành kiểm tra bên
trong tua bin, tua bin dừng dài hạn hoặc hỏng hóc. Van nước vào chỉ tác động
đóng hoặc mở hoàn toàn mà không là van mở điều chỉnh công suất tua bin.
Trong trường hợp đối với các trạm thủy điện cột áp thấp và lưu lượng lớn,
van nước vào có thể không bố trí mà thay vào nó là sử dụng cửa điều chỉnh.
Yêu cầu cần thiết là van nước vào đảm bảo đóng kín nước, chắc chắn, vận hành
thuận lợi, không rò rỉ nước, ít cản trở dòng chảy. Trong các loại van nước vào,
van kiểu bướm và cánh phai được sử dụng rộng rãi hơn cả, các loại khác là van
quay và van kiểu Johnson. Phạm vi ứng dụng phù hợp đối với cột áp hữu ích và
lưu lượng thể hiện trong hình III.10, còn phạm viáp dụng cho đường kính van
và cột áp hữu ích thể hiện trong hình III.11.
van
phai
Van
bướm
Cột áp hữu ích (m)
Không có van
Hình III.10 Phạm vi ứng dụng van nước vào
2. Van Bướm
Đường kính van(m)

Hình
III.11
Thí dụ thực tế sử dụng
van
nước
vào
Loại van này thích hợp với cột áp trung bình (dưới 150m) và tua bin có
đường kính lớn. Đây là một cấu trúc trong đó có dạng đĩa đặt bên trong ống dẫn
hình trụ và khi đĩa ở vị trí vuông góc với đường tâm ống dẫn nó sẽ đóng dòng
nước lại như thể hiện ở hình III.12.
So sánh với các loại khác, xét cấu trúc của van, bề mặt tiếp xúc với dòng
nước rộng và tổn thất cột áp nhiều nhất. Đặc biệt khi cột nước cao, bởi lẽ độ
bền vững, độ dầy của thân van được gia cố thêm, chính điều này có khuynh
hướng làm tăng mức độ hạn chế. Mức độ rò rỉ nước khi van đóng hoàn toàn
tương đối nhiều hơn so với các loại van khác. Tuy nhiên, do cấu trúc và cơ chế
vận hành đơn giản hơn so với các loại van khác và không yêu cầu diện tích rộng,
nên van bướm là loại kinh tế nhất. Hiện nay, biện pháp chống rò rỉ là dùng cao
su cứng ghép xung quanh van tạo độ kín.
Van By-path
Xéc vơ mô tơ
dùng dầu
(nước) áp lực
Operation
lever
Rubber
packing
Van By-path
Xéc vơ mô tơ
dùng dầu
(nước) áp lực

Operation
lever
Công tắc hạn chế
Dầu áp lực đi
đóng van
Tua bin
nước
Ống áp lực
Van
Trục
van
CầnĐ/C
trục van
Tua bin
nước
Ống áp lực
Dầu áp lực đi
mở van
Thân van
Thân van
Van xả (sluice)
(a) Đóng hoàn toàn
(b) Mở hoàn toàn
Hình III.12 Van Bướm
Hình III.13 Van Cửa phai
3. Van cửa phai (Van cánh cửa)
Như thể hiện trong hình III.13, cửa phai cấu tạo dạng đĩa đặt vuông góc
với trục đường ống, van đóng dòng chảy khi đĩa đóng từ phần trên của ống dẫn
xuống phía dưới, loại này phù hợp với cột áp cao và đường kính ống nhỏ. Bởi
lẽ xéc vơ mô tơ dùng dầu áp lực được sử dụng rộng rãi để vận hành van nên

chiều cao theo hướng thẳng đứng trở nên lớn, xét theo điều kiện lắp ráp và sử
dụng không gian, van loại này kém lợi thế so với van bướm. Trọng lượng nặng
hơn đáng kể và giá thành cao. Tuy nhiên, tổn thất cột áp rất nhỏ, đó chính là
một lợi thế trong nhà máy Thủy điện vận hành liên tục. Hơn nữa, lượng nước rò
rỉ khi van đóng hoàn toàn là rất nhỏ.
4. Van quay (Van hình cầu)
Như biểu thị trong hình III.14, trong vỏ van một đoạn trụ rỗng xoay 90
o
quanh trục lắp vuông góc với đường tâm ống dẫn. Phần trụ quay của van có
cùng đường kính với ống áp lực, khi mở hoàn toàn không gây nên bất kỳ một
cản trở đối với dòng chảy của nước. Khi quay góc 90
o
van đóng đường nước và
dừng dòng chảy. Phạm vi ứng dụng cho cột nước khoảng từ 30 đến 100 m và
đường kính ống dẫn 250-3000 mm. Đối với loại van này, khi mở hoàn toàn, tổn
thất cột nước ít hơn so với các loại van khác. Lượng rò rỉ trong trạng thái đóng
hoàn toàn nhỏ, song cấu trúc rất phức tạp và có những han chế về mặt cơ khí.
Hơn nữa, trọng lượng nặng hơn đáng kể và giá thành cao, Tuy vậy những hạn
chế đó đã được cải thiện và van loại này được sử dụng cho cột áp trung bình và
cột áp cao.
Trục van
Van
Trục van
Tua bin
nước
Tua bin
nước
Ống áp lực
Ống áp lực
Mở hoàn toàn

Đóng hoàn toàn
Hình III.14 Van
qua
y
5. Van By-path
Nhằm làm cho áp suất của nước phía đường ống áp lực và phía tua bin cân
bằng và để đóng mở van nước vào trong trạng thái nước đứng yên, bố trí một
van by-path đường kính nhỏ. Thông thường sử dụng loại van khóa, tuy nhiên
đôi khi sử dụng cả loại có tên gọi là Johnson như thể hiện trong hình III.15.
Máy phát
Van nước vào
Trục chính
Van By-path
Tua bin nước
Ống áp lực
Van nước thải
Ống hút
Hình III.15 Van
By-path
6. Phương thức vận hành van nước vào
Phương thức vận hành van nước vào gồm dùng sức nước, dùng sức dầu,
điện và bằng tay, nhưng phổ biến là sử dụng nước và dầu áp lực. Phương thức
vận hành bằng tay dùng cho NMTĐ công suất nhỏ, phương thức dùng điện sử
dụng mô tơ điện thay cho xéc vơ mô tơ tuy thiết bị đơn giản song tác động
không êm và không thể vận hành khi xảy ra mất điện, đây chính là những hạn
chế dẫn đến ít được sử dụng.
Phương thức dùng sức nước vận hành xéc vơ mô tơ bằng áp suất dòng
nước lấy từ ống có đường kính nhỏ trích từ đường ống áp lực. Phương thức này
phù hợp cho các NMTĐ nước có chất lượng tốt và cột áp trung bình. Tuy nhiên,
vào mùa đông cần bảo đảm sao cho nước không bị đóng băng.

Phương thức dùng dầu thủy lực là phương thức vận hành xéc vơ mô tơ
bằng áp suất dầu. Phương thức này cần có thiết bị dầu áp lực và là phương thức
có ít hạn chế nhất, và dĩ nhiên nó được sử dụng cho các NMTĐ mới, ngoài ra
thường được sử dụng cho việc tự động hóa hệ thống của các nhà máy hiện hành
khi nâng cấp việc sử dụng nó. áp suất dầu tiêu chuẩn là 15 kg/cm
2
∼
18 kg/cm
2
,
ngày nay sử dụng cả 20 kg/cm
2
.
Ngoài ra, vận hành van by-path trước đây thường bằng tay, nhưng ngày
nay loại dùng dầu áp lực được sử dụng phổ biến trong các NMTĐ vận hành tự
động. Sau khi mở van the by-path, van nước vào mở, đồng thời van by-path
đóng lại sau khi van nước vào đóng, ở đây cả hai trường hợp đều tác động kế
tiếp. Thời gian mở và đóng van nước vào là 2
∼
5 phút, khi sự gia tăng áp suất
nước nhỏ có thể 40
∼
90 giây là đủ và thường đây chính là thời gian cần thiết.
IV.2 Thiết bị cung cấp dầu áp lực
1. Đặc điểm cấu tạo hệ thống dầu áp lực
Dầu áp lực được sử dụng cho nhiều thiết bị khác nhau trong các NMTĐ
gồm cả điều chỉnh cánh hướng nước, van kim, cánh tua bin của tua bin cánh
quay (Kaplan), đóng/mở van nước vào, điều khiển tự động của thiết bị điều
khiển áp lực, máy điều chỉnh tốc độ và các thiết bị phụ. Chính vì vậy, thiết bị
cung cấp dầu áp lực là nguồn cấp dầu áp lực được mang tính chất sống còn cho

điều khiển NMTĐ. Sau đây là mô tả những nét chính từng thành phần cảu hệ
thống dầu áp lực và hình III.16 thể hiện cấu tạo hệ thống cung cấp dầu áp lực.
(1) Thùng dầu áp lực(chamber)
Đây là thùng chứa dầu áp lực và phía trên dầu là khí nén. Dầu áp lực được
cấp thêm hoặc tích trữ tùy theo sự tương quan giữa thể tích và áp suất của khí
nén. Thùng dầu có lắp đặt van an toàn để giải phóng áp suất tăng quá mức bình
thường.
(2) Máy bơm dầu áp lực
Nhiệm vụ của bơm này là cung cấp dầu cho thùng dầu áp lực và thường sử
dụng loại bơm bánh răng. Để tránh trường hợp mất dầu áp lực do hỏng hóc bơm
ở tất cả các NMTĐ đều bố trí một bơm dự phòng.
(3) Thiết bị xả dầu
Để điều chỉnh áp lực dầu, ở giữa thùng dầu áp lực và bơm dầu bố trí một
máy cắt tải. Khi áp suất trong thùng dầu đạt mức điều chỉnh cho phép cao nhất,
thiết bị này tác động nhằm tránh sự vượt quá giới hạn. Cùng lúc này, bơm dầu
được đưa về chế độ vận hành không tải, kết quả là tiết kiệm điện năng.
(4) Thùng khí nén
Thùng khí nén được lắp đặt giữa thùng dầu áp lực và thiết bị cắt tải làm
nhiệm vụ cung cấp khí nén.
(5) Thùng chứa dầu
Thùng này làm nhiệm vụ cung cấp dầu để bơm tại mọi thời điểm và thu
nhận dầu chảy về. Dầu dùng ở đây là dầu tua bin.
Các bơm dầu kể cả bơm làm việc lẫn bơm dự phòng đều được chạy bằng
mô tơ điện. Dạng này của hệ thống được gọi là dạng có kí hiệu M-M và hiện
nay được sử dụng ở rất nhiều NMTĐ.
Hình III.16 Thành phần cấu tạo của hệ thống cung cấp dầu áp lực
2. Hệ thống dầu áp lực
Các NMTĐ công suất lớn thường trang bị cho mỗi tổ máy một thiết bị dầu
áp lực, tuy nhiên trong các tổ máy công suất nhỏ thiết bị này đôi khi hợp bộ vào
máy điều chỉnh tốc độ. Ở những hệ thống đơn lẻ mỗi thiết bị dầu áp lực dùng

riêng cho một tổ máy còn ở hệ thống tập trung mỗi thiết bị dầu áp lực dùng cho
2 đến 3 tổ máy. Đối với hệ thống đơn lẻ, bởi bơm được lắp cho từng tua bin nên
kinh tế hơn khi có số lượng máy phát nhỏ. Với hệ thống tập trung, cần có thùng
dầu áp lực lớn vì phải cung cấp cho tất cả các tua bin. Nếu số lượng tổ máy lớn
hệ thống tập trung được đánh giá là kinh tế hơn hệ thống đơn lẻ.
Trong vận hành, tỉ lệ hỏng hóc ở hệ thống đơn lẻ thường lớn vì nhiều máy
bơm.Tuy nhiên đây là một lợi thế là khi xảy ra hỏng hóc chỉ một máy dừng.
Những hạn chế của hệ thống loại này là cần khoảng trống lắp đặt lớn và giá
thành cao hơn.Mặc dầu hệ thống tập trung luôn có bơm dự phòng nhưng toàn
bộ nhà máy sẽ vẫn dừng trong trường hợp xảy ra sự cố.
3. Cơ cấu cấp dầu áp lực
(1) Nạp dầu và xả dầu
Mức áp suất dầu của hệ thống cung cấp dầu áp lực được quyết định bởi
tầm cỡ nhà máy và bảo đảm duy trì trong khoảng từ 1,5 MP(Mega Pascals;
1MP=9,8kg/cm
2
) đến 6,9 MP là áp suất dầu không tải (mức áp suất dầu cực đại:
Max.OPL) của thùng dầu áp lực. Phạm vi biến động của mức dầu là khoảng
chênh lệch giữa mức dầu không tải (Max.OPL) và mức dầu mang tải (mức dầu
vận hành thấp nhất; Min.OPL), và được ấn định tùy theo hệ thống cụ thể.
Hình III.17 Các thí dụ về mức áp suất dầu
Khi các xéc vơ mô tơ sử dụng dầu áp lực và mức dầu đạt Min.OPL, dầu
được cấp vào thùng bằng các bơm dầu để nâng áp suất đến Max.OPL. Khi đã
đạt tới áp suất này (Max.OPL), dòng dầu được mở thông xuống thùng chứa dầu,
và cả áp suất dầu lẫn mức dầu luôn duy trì trong khoảng đã định. Những chế độ
này gọi là “Nạp dầu” và “Xả dầu”.
Hình III.18 Nạp dầu và Xả dầu
(2) Cấu trúc của thiết bị xả dầu
Thiết bị xả dầu gồm có “Van xả dầu” có nhiệm vụ đóng cắt dầu từ bơm
dầu áp lực, “Van cấp khí nén” làm nhiệm vụ điều chỉnh mực dầu trong thùng

dầu áp lực và “Van điều chỉnh” tác động đóng mở van xả dầu. Hình III.19 thể
hiện hình dáng bên ngoài của thiết bị xả dầu và hình III.20 thể hiện kết cấu bên
trong của nó.
Hình III.19 Hình dạng của thiết bị xả dầu
Cần đ/chỉnh
Van Khí
nén
Hình III.20 Cấu tạo thiết bị xả dầu
Trong van xả, pít tông trên và pít tông van cùng liên kết với một trục và
chuyển dịch lên xuống bên trong thân van.
Van khí nén tạo bởi van kiểm tra mức dầu và van nạp khí. Đĩa van cầu bị
nén vào vỏ bởi lò xo và được đóng mở theo sự chuyển dịch lên xuống của cần
điều khiển.
Trong van điều khiển, van pít tông ở bên trong thân van còn van điều
chỉnh nằm bên trong van pít tông. Các van pít tông và van điều khiển chuyển
động lên xuống thẳng đứng ngược chiều nhau. Áp lực sử dụng để tác động van
điều khiển được ấn định bởi lò xo. Áp lực ấn định được điều chỉnh bằng cách
nới khóa và xoay vít điều chỉnh.