Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
LỜI NÓI ĐẦU
Năng lượng điện có vai trò vô cùng to lớn trong sự phát triển văn hoá và đời
sống nhân loại. Nhu cầu điện năng của cả thế giới tăng trưởng ngày càng mạnh hoà
nhịp với tốc độ tăng trưởng nền kinh tế chung, có thể nói một trong những tiêu
chuẩn để đánh giá sự phát triển của một quốc gia đó là nhu cầu sử dụng điện năng.
Nguồn điện năng chủ yếu là nhiệt điện than, nhiệt điện khí đốt, thuỷ điện, điện
nguyên tử và một số nguồn năng lượng khác như năng lượng gió, năng lượng mặt
trời …
Ở nước ta, điện năng luôn đóng vai trò quan trọng trong sự nghiệp phát triển
kinh tế của đất nước. Để đáp ứng sự phát triển của nền kinh tế đất nước thì yêu cầu
về điện năng đòi hỏi ngày càng nhiều. Hiện nay ở nước ta nguồn năng lượng thuỷ
điện chiếm vai trò quan trọng trong hệ thống điện Việt Nam. Nó chiếm tỷ trọng
khoảng 60% công suất của hệ thống điện Việt Nam. Tuy nguồn thuỷ điện chiếm
một tỷ trọng lớn nhưng chúng ta cũng mới chỉ khai thác được khoảng 20% trữ năng
lý thuyết của các con sông ở Việt Nam.
Mặt khác nhu cầu sử dụng điện của các hộ dùng điện thay đổi từng giờ vì
vậy để đáp ứng sự thay đổi đó thì trong hệ thống điện không thể thiếu các trạm thuỷ
điện có khả năng thay đổi công suất trong thời gian ngắn.
Chính vì tầm quan trọng cũng như tiềm năng của thuỷ điện là rất lớn, do đó
đòi hỏi người thiết kế và thi công các trạm thuỷ điện phải nắm vững những kiến
thức về thuỷ điện.
Để củng cố và hệ thống lại những kiến thức về thuỷ điện, được sự đồng ý
của nhà trường và Hội đồng thi tốt nghiệp khoa Năng Lượng, em được giao đề tài “
Thiết kế trạm thuỷ điện Nậm Lúc trên Sông Nậm Lúc, thuộc xã Nậm Lúc - huyện
Bắc Hà - tỉnh Lào Cai.
1
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
PHẦN I: TỔNG QUAN CÔNG TRÌNH THỦY ĐIỆN NẬM LÚC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CÔNG TRÌNH
1.1. Vị trí địa lý công trình
Công trình thuỷ điện Nậm Lúc dự kiến xây dựng trên sông chảy là nhánh cấp I
của sông lô và là nhánh lớn thứ hai sau nhánh sông gấm, thuộc địa phận xã Nậm
Lúc - huyện Bắc Hà - tỉnh Lào Cai. vị trí dự án nằm về phía Đông Nam của thành
phố Lào Cai, cách thành phố này khoảng 68km.
Tọa độ địa lí của tuyến công trình thuỷ điện Nậm Lúc:
104
0
22'40" kinh độ Đông.
22
0
20'60" vĩ độ Bắc.
1.2. Địa hình sông suối
Địa hình dự án chạy dọc sông Chảy là vùng núi cao, độ dốc rất lớn. tuy nhiên
địa hình trong khu vực công trình thuỷ điện Nậm Lúc có độ dốc không lớn lắm. độ
cao trung bình khu đo khoảng 180m so với mặt nước biển. độ dốc địa hình tăng dần
theo hai sườn núi cảu sông, trung bình 20
o
- 30
o
. Địa hình được phủ lớp thực vật tăng
dần theo vị trí khe.
2
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
CHƯƠNG II: CÁC TÀI LIỆU TÍNH TOÁN
2.1 Bản đồ địa hình
Sử dụng các tại liệu đã có bao gồm các điểm cao tọa độ quốc gia GPS,bản đồ

địa hình tỷ lệ 1:10.000 toàn bộ khu vực công trình.
Bản đồ địa hình tỉ lệ 1:500 đường đồng mức 0.5 m được vẽ bằng phương
pháp toàn đạc theo phương pháp bản đồ số bao gồm cả trên cạn và lòng song.
2.2 Tài liệu địa hình
Tài liệu địa hình sử dụng trong tính toán này dựa trên bản đồ vùng lòng hồ
và tuyến công trình tỷ lệ 1:1000. Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 1.1
2.3 Quan hệ Q = f(Z
hl
) tuyến nhà máy
Đường quan hệ Q=f(H) tại tuyến nhà máy được xác định bằng công thức
thủy lực:
Q = V.ω =ω
1
n
R
2/3
J
1/2
(1.1)
trong đó :
- Q là lưu lượng nước (m
3
/s)
- n là hệ số nhám, R là bán kính thủy lực (m)
- J là độ dốc mặt nước, ω diện tích mặt cắt ngang
Độ nhám n tính theo tài liệu hướng dẫn xác định độ nhám lòng sông thiên nhiên. Độ
dốc J được lấy theo tài liệu đo đạc mực nước ở một số cấp mực nước. Các trị số R,
ω tính theo mặt cắt thực đo.Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 1.2
2.4 Tài liệu khí tượng thủy văn
Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 1.3

2.4.1. Các đặc điểm khí hậu khí tượng
2.4.2.2. Tốc độ gió
Để tính tốc độ gió lớn nhất phục vụ thiết kế công trình đã sử dụng tốc độ gió
max tại trạm Bắc Hà là trạm gần tuyến công trình nhất. Tốc độ gió lớn nhất 8 hướng
ứng với các tần suất thiết kế tại trạm khí tượng Bắc Hà.
Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 1.4
3
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
2.4.2. Bốc hơi
Bảng 1-5.Lượng tổn thất bốc hơi sau khi xây dựng hồ chứa Nậm Lúc
Đặc Trưng
Tháng nă
m
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
∆Z(mm)
19,
4
20,1 27,8 33,5 40,3 33,5 31,9 30,0 29,9 28,
8
24,
6
22,
1
342
2.4.3. Dòng chảy lũ thiết kế
2.4.3.1. Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế
Bảng 1-6. Lưu lượng lũ lớn nhất ứng với tần suất thiết kế
Phương

pháp tính
Qmaxp(m
3
/s)
0.1 0.2 0.5 1 5 10
Triết giảm từ
Bảo yên
5640 5050 4330 3830 2800 2400
2.4.4.2.Tính tổng lượng lũ thiết kế đến tuyến công trình
Bảng 1-7.Tổng lượng lũ thiết kế đập Nậm Lúc
Tần suất (P
%)
Q
p%(
m
3
/s) Tổng lượng lũ thời đoạn W
p%
(10
6
m
3
)
W
1p
W
3p
W
5p
0,1 5640 400 885 1152

0,2 5050 357 792 1034
0,5 4330 304 678 890
1,0 3830 267 599 790
5,0 2800 191 436 584
10,0 2400 162 373 504
4
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
4
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
PHẦN II – TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG
CHƯƠNG 1 - NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
1.1. Mục đích của tính toán thuỷ năng
1.2. Chọn phương pháp tính thuỷ năng
1.2.1.Phương pháp lưu lượng không đổi
1.2.2. Phương pháp công suất bằng hằng số
1.3.Chọn mức bảo đảm tính toán
1.3.1. Ý nghĩa của việc chọn mức bảo đảm
1.3.2 Nguyên lý chọn mức bảo đảm
Mức bảo đảm được dùng để xác định các thông số của TTĐ và dùng để xác
định vai trò của TTĐ trong cân bằng công suất của hệ thống được gọi là mức bảo đảm
tính toán (tần suất thiết kế). Mức bảo đảm quyết định lớn khả năng cung cấp điện an
toàn cũng như mức độ lợi dụng năng lượng dòng nước, đây chính là chỉ tiêu kinh tế
quan trọng.
Thực tế việc xác định Ptt là bài toán kinh tế so sánh giữa chi phí của hệ thống
tăng lên với thiệt hại của các hộ dùng điện giảm hay tổng chi phí của hệ thống là nhỏ
nhất.
1.3.3 Chọn mức bảo đảm
Công trình thuỷ điện Nậm Lúc có nhiệm vụ chính là phát điện, thuộc công
trình cấp III dựa vào TCXDVN 285-2002 em lấy P
tt

= 85%.
1.4 Chọn phương thức khai thác thuỷ năng
1.4.1 Phương pháp khai thác kiểu đập
1.4.2 Chọn phương pháp khai thác cho tram thủy điện Nậm Lúc
5
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
5
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
CHƯƠNG 2 - TÍNH TOÁN THUỶ NĂNG
LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN
2.1 Tính toán lựa chọn mực nước dâng bình thường ( MNDBT )
2.1.1 Khái niệm MNDBT
2.1.2 Lựa chọn MNDBT
2.1.3 Lựa chọn MNC
2.1.3.1.Xác định MNC theo điệu kiện làm việc của Tua bin:
Đối với mỗi loại tuabin có phạm vi làm việc về cột nước khác nhau từ H
min
-
H
max
, để đảm bảo hiệu suất cao, công suất khả dụng lớn và đảm bảo điều kiện
về khí thực. Để đảm bảo được điều kiện này thì độ sâu công tác (là khoảng
cách giữa MNDBT và MNC) phải thỏa mãn điều kiện:
Trong đó: H
max
: cột nước lớn nhất của TTĐ
H
max
= MNDBT – Z
hl

(Q
min
)
Với Q
min
: lưu lượng nhỏ nhất chảy qua tổ máy về hạ lưu.
Chọn sơ bộ Q
min
= Q
bđ
= 36.7 m
3
/s.ứng với tần suất thiết kế P=85%
Tra quan hệ Q~Z
hl
ta tìm được
Z
hl
(Q
min
)= 84.878m
→Hmax = 108 – 84,878 = 23.122(m)
→h
ct
≤ 7,707 (m)
Ta có: MNC
tb
=MNDBT –h
ct
→MNC

tb
≥ 108 –7,707 = 100,293( m)
Vậy MNC ≥ 100,293 (m).
2.1.3.2 Xác định MNC theo điều kiện bồi lắng:
MNC
BC
= Z
bc
+ d1 + D + d2
6
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
6
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
MNDBT
MNC
min(tuabin)
MNC
min (boi lang)
V
hi
h
ct
d
2
d
1
Hình 2.1 – Các thông số hồ chứa
Trong đó:
 Zbc : Cao trình bùn cát. Được xác định từ thể tích bùn cát lắng đọng
V

ll
bc
=
γ
ρ
TWK .
0
- K: hệ số lắng đọng lấy K= 0,2
-
ρ
: hàm lượng phù sa,
ρ
= 100 (g/m
3
), (theo tài liệu bùn cát).
-
bc
γ
: là dung trọng của bùn cát. Sơ bộ lấy bằng 1,25 T/m
3
- T : Tuổi thọ theo cấp công trình.ở đây cấp 3 lấy =60nam
-
W : lượng nước đến trung bình năm
→
V
ll
bc
= 0,94276×10
6
(m

3
)
Mặt khác V
dd
bc
=0,47×10
3
(m
3
).Tra theo tài liệu
Khi đó ta có thể tích bùn cát :
V
bc
= = 0,94276×10
6
+ 0,47×10
3
=0.94223×10
6
(m
3
)
Từ V
bc
tra quan hệ Z –V trong quan hệ lòng hồ ta được Z
bc
= 92.37 (m)
 d1 : khoảng cách an toàn không cho bùn cát lọt vào cửa lấy nước.
d
1

= (1÷3)m , chọn d
1
=1 (m)
 d2 : khoảng cách an toàn không cho không khí lọt vào cửa lấy nước.
d
2
= (0,5÷1)m, chọn d
2
= 1 (m)
 Xác định D (tinh duoc D = 10,08m)
Vậy MNC
bc
= Z
bc
+ d
1
+ d
2
+ D = 92.37+1 +1 + 10.8= 105.17 m
7
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
7
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
MNC
gh
=MAX
[
MNC
bc
,MNC

tb
]
vậy
MNC
gh
=
105.17m
2.1.3.4.Khả năng điều tiết của hồ chứa
Từ các tông số hồ chứa đã xác định và từ MNC của 2 điều kiện kỹ thuật đã tính
ở trên, ta tính hệ shố điều tiết:
β =
hi
bq
V
W
Trong đó: V
hi
= V
MNDBT
- V
MNC
= 2,615. 10
6
(m
3
) vớiMNC= 105,65m
W
bq
: lượng nước trung bình nhiều năm, xác định theo công thức:
W

bq
= 31,5.10
6
.Qo (m3)
Với Q
o
: lưu lượng trung bình nhiều năm, Q
o
= 36,7 m
3
/s
→ β= 0,00226< 0,02. Như vậy hồ chứa có khă năng điều tiết ngày đêm
2.1.3.5.Xác định MNC của hồ chứa theo điệu kiện đảm bảo yêu cầu điều tiết ngày
Ta có:
Với : k- hệ số an toàn, k = (1,1÷1,2). Ta chọn k = 1,1
t- số giờ phủ đỉnh. Chọn t = 6giờ
→
Ứng với cao trình MNDBT là dung tích hồ V
h
, tra quan hệ lòng hồ ta tìm được
V
h
= 9,95 (10
6
m
3)
→
Lại sử dụng quan hệ Z-V của các đặc trưng hồ chứa ta tìm được cao trình MNC
tương ứng với V
c

vừa tìm được là 105.6 m
Ta chọn MNC = max {
bc
MNC
;
tt
MNC
;
tb
MNC
)
Kết luận : MNC = 105.6(m)
Và hồ có V
h
= 9,95×10
6
m
3
; V
c
= 7,334×10
6
m
3
; V
hi
= 2,615×10
6
m
3

- Chế độ làm việc và điều tiết của TTĐ
8
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
8
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
+ Mùa lũ: Để phát huy tối đa hiệu suất năng lượng, TĐ ưu tiên phát công suất tối
đa vào các giờ cao điểm, trong các giờ còn lại sẽ phát công suất theo khả năng của
dòng chảy
+ Mùa kiệt: Hằng ngày, TĐ phải tập trung lưu lượng ở các giờ thấp điểm tích lại
trong hồ để phát điện vào giờ cao điểm của biểu đồ phụ tải, lượng nước thừa còn lại
(nếu có) mới được sử dụng để phát tăng công suất vào các giờ khác trong ngày.
Vậy MNC= 105,6(m) và hồ chứa là hồ điều tiết ngày đêm.
Bảng 2.1 - Kết quả tính toán hồ chứa
MND 108 m
MNC 105.6m
V
MND
9,95.10
6
m
3
V
MNC
7.334.10
6
m
3
V
hi
2,615.10

6
m
3
2.2 Xác định các thông số năng lượng của TTĐ
2.2.1 Xác định công suất bảo đảm:
Với trạm thủy điện điều tiết ngày đêm, do cột nước biến động trong vòng một ngày
đêm là không nhiều, do đó có thể coi đường tần suất lưu lượng có dạng tương tự
đường tần suất công suất. Chính vì vậy có thể tính N
bd
theo công thức sau:
N
bd
= K.Q
bd
.H
(Qbd)
+ K: là hệ số công suất của TTĐ
K = 9,81 = 9,81 × 0,9 × 0,98 = 8,65
+Q
bd
: Lưu lượng ứng với tần suất thiết kế, Q
bd
=36,7 (m
3
/s)
+H
tb
: Là cột nước trung bình của TTĐ
H
tb

= Z
tltb
– Z
hl(Qbđ)
– h
w(Qbđ)
+ Z
tltb
: Mực nước thượng lưu trung bình. Xác định Z
tltb
bằng cách tra quan hệ lòng
hồ từ V
tb
, với:
Trong đó: V
c
= m
3
; V
hi
= 2615000 m
3
→Ztltb = 106.9(m)
9
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
+ Z
hl(Qbd)
: Mực nước hạ lưu ứng với Q

db
Tra quan hệ Q~Z ta tìm được: Z
hltb
= 84,878(m)
+ h
w
: Tổn thất cột nước, tra theo quan hệ Q~h
w
ta được h
w
= 0,1468 (m)
→H
(Qbd)
= Z
tltb
– Z
hl(Qbd)
– h
w(Qbđ)
=106,9– 84,878−0,1468 = 21,8752(m)
⇒
N
bd
= 8,65×36.7×21,8752 = 6944,42 (KW)
Chọn N
bđ
= 6.94(MW).
2.2.2 Xác định công suất lắp máy (N
lm
)

Cơ sở để chọn công suất lắp máy là dựa vào các chỉ tiêu năng lượng của từng
phương án:điện năng trung bình nhiều năm Enn, số giờ sử dụng công suất lắp máy
h
Nlm
.
Theo kinh nghiệm thiết kế và vận hành của các TTĐ trong hệ thống thì số giờ lợi
dụng công suất lắp máy của TTĐ điều tiết ngày đêm thường nằm trong khoảng từ
3500 đến 4500 giờ và Nlm = (2
÷
8).Nbđ. Với Nbđ = 6.94 (MW)
2.2.2 Xác định công suất lắp máy (N
lm
):
Ta giả thiết 1 số giá trị N
lm
= 36; 38; 40;42;44(MW). Với mỗi phương án đó,
tiến hành tính toán thủy năng xác định các thông số của TTĐ. Trên cơ sở đó, so
sánh lựa chọn phương án N
lm
=40(MW) phù hợp. Bảng kết quả tính toán thủy năng
được trình bày trong (phụ lục từbảng 2.1đến bảng 2.5).
P
(%)
∆t
(h)
Qtn
(m3/s)
Q
thấm
(m3/s)

Q
bh
(m3/s)
Qthực
(m3/s)
Qhcgt
(m3/s)
Qfđ
(m3/s)
Ztl
(m)
Zhl
(m)
Hw
(m)
Hfd
(m)
Nfd
(MW)
Qhc
(m3/s)
E
(MW.h
)
H*E
∆Q
(m3/s)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Giải thích bảng tính toán:
Cột 1 : P(%) - Là tần suất xuất hiện.

Cột 2: Thời đoạn tính toán ∆t = t
i
– t
i-1
Ứng với P = 100% ~ t = 8760h (thời gian trong 1 năm)
Suy ra:
*8760
100%
i
i
P
t =
(h)
10
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
10
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
Cột 3:
tn
Q
(m3/s) - Lưu lượng thiên nhiên đến ứng với tần suất P(%). Tra trên
đường duy trì lưu lượng TTĐ Diềm Khe
Cột 4: Q
thấm
(m3/s) - Lưu lượng tổn thất do thấm.
th th
V
Q
t
α

=
∆
Trong đó :
1.
th
α
: hệ số thấm , lấy
th
α
= 1%
2.
V
: Dung tích trung bình của hồ chứa
3.
t
∆
= 2,62.10
6
(s)
Cột 5: Q
bh
(m3/s) - Lưu lượng tổn thất do bốc hơi.
Q
bh
=∆Z
bh
*
6
10.62,2
F

Trong đó:
• ∆Z
bh
: Là cột nước bốc hơi trung bình (m)
•
F
: Diện tích mặt thoáng trung bình của hồ chứa (m2)
F
được tra từ quan hệ Z
hl
-V-F ứng với
V
suy ra
F
=0,3815km2
Cột 6: Q
thực
(m3/s) - Lưu lượng thiên nhiên sau khi đã trừ đi tổn thất.
Q
thực
= Q
tn
– Q
thấm
– Q
bh
Cột 7 : : Q
hcgt
(m3/s) - Lưu lượng hạn chế giả thiết.
Cột 8: Lưu lượng phát điên thực tế của TTĐ Q

pd
= min(Q
thực
, Q
hc
)
Cột 9:Z
tl
(m) - Cao trình mực nước thượng lưu, lấy Z
tl
=
Z
tl
tra quan hệ Z
tl
-V-F ứng
với
V
= Const.
Cột 10: Z
hl
(m) - Cao trình mực nước hạ lưu. Tra quan hệ Q ~ Zhl.
Cột 11: hw (m) - Tổn thất cột nước. Tra quan hệ Q ~ hw
Cột 12: H
fd
(m) Cột nước phát điện của TTĐ :H = Z
tl
-Z
hl
– h

w
Cột 13 : N
fđ
(MW) Công suất phát điện của TTĐ : N
dc
= K.Q
fđ
.H
fd
11
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
11
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
• K : là hệ số công suất, Lấy K = 8,65 ;K = 9,81.
mftb
ηη
.
Cột 14: - Q
hc
(m3/s) Lưu lượng hạn chế của TTĐ : Q
hc
=
fd
lm
H*8.5
1000*N
Cột 15: E (kWh) - Điện năng trung bình năm :E = N
tđ
. ∆T
Cột 16: H*E.

Cột 17 : ∆Q = Q
hc
-Q
hcgt
Tính đến khi nào bằng 0 thì dừng lại .
Từ bảng tính toán thủy năng ta có:
• Điện lượng trung bình năm: Điện lượng trung bình năm chính là sản lượng điện mà
TTĐ phát ra trong 1 năm. Ở đây E
n
được xác định dựa vào đường tần suất công
suất. Quy đổi đường quan hệ N~P sang đường N~t.
• Số giờ lợi dụng công suất lắp máy: Số giờ lợi dụng N
lm
phản ánh mức độ khai thác
so với khả năng khai thác của Thiết bị
Thông qua việc tính toán thuỷ năng ở trên ta xác định được số giờ lợi dụng
tổng hợp theo công thức sau:
Bảng 2.1- Kết quả tính E
n
và h
i
N
lm
(MW) 36 38 40 42 44
E
n
(kWh.10
6
) 156525.354 158757.54 161412.08 164066.24 164809.265
∆E 2232.181 2654.545 2654.16 743.025

h
i
(giờ) 4347.927 4177.83 4035.302 3906.348 3745.665
Để chọn được công suất lắp ta phải tiến hành thiết kế TTĐ cho từng phương
án công suất lắp máy để tính ra chi phí và lợi ích cho từng phương án, sau đó so
sánh kinh tế để chọn phương án công suất lắp máy cho hiệu quả công suất cao nhất.
Trong đồ án ta chọn công suất lắp máy theo 2 tiêu chí:
 Có điện năng lớn.
 Có số giờ lợi dụng tổng hợp lớn nhưng dao động trong khoảng 3500 -4500h.
12
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
12
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
Từ bảng tính thủy năng cho giá trị của hld = 4018.557 là thuộc khoảng 3500-
4500 cho điều tiết ngày đêm,và điện năng En lớn.Vậy ta chọn phương án công suất
lắp máy là 40 MW.
Với phương án công suất lắp máy N
lm
= 40(Mw) thì cấp công trình theo năng
lực phát điện theo tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN 285:2002 là công trình cấp III.
Như vậy cấp công trình giả thiết là đúng.
2.3 Xác định các cột nước đặc trưng của TTĐ
Các cột nước đặc trưng của trạm thủy điện được xác định cùng với phần
tính toán thủy năng, kết quả có thể tóm lược như sau:
Xác định cột nước bình quân.
Là cột nước bình quân của TTĐ trong suốt quá trình làm việc bình thường.
Trong đó: Ni: công suất trung bình thời đoạn thứ i
Hi: cột nước trung bình thời đoạn thứ i.
Ei: điện năng tương ứng với cột nước trung bình và công suất trung bình.
Vậy H

bq
= 19.61(m).Xác định cột nước tính toán.
Cột nước tính toán H
tt
là cột nước nhỏ nhất mà trạm thủy điện có thể phát
được công suất lắp máy.H
tt
= 15.7 m
2.4 Xây dựng biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ :
a, Xây dựng mối quan hệ Q~H với MNTL = MNDBT =108 (m) :
Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.6
b, Xây dựng mối quan hệ Q~H với MNTL = MNC =105.6 (m) :
Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.7
c, Xây dựng mối quan hệ Q~H với N = Nlm hay đường hạn chế máy phát :
N = Nlm = 40000 (kw). Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.8
d, Xây dựng mối quan hệ Q~H khi N=Nmin :
Sơ bộ chọn số tổ máy Z = 2, công suất tối thiểu của một tổ máy là :
Nmin = 50%Nlm/Z = 10000 (MW)
Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.9
13
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
13
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
e, Xây dựng mối quan hệ Q~H theo đường hạn chế TB :
Xác định lưu lượng lớn nhất
max
Q
:
)/m(22.248
63.18*65,8

40000
.
3
max
s
Hk
N
Q
tt
lm
===
- Xác định lưu lượng chảy qua TB khi
x
H
<
tt
H
Lưu lượng chảy qua TB khi
x
H
<
tt
H
được tính gần đúng như sau :
tt
x
x
H
HQ
Q

.
max
=
Trong đó : Hx là cột nước phát điện của TTĐ (
x
H
<
tt
H
)
Qx là lưu lượng phát điện ứng với Hx khi TTĐ làm việc với công suất lớn
nhất có thể
Htt là cột nước phát điện tính toán của TTĐ
Qmax là lưu lượng ứng với Htt khi TTĐ làm việc với công suất lớn nhất có thể
Số liệu được cho xem ở phụ lục tính toán bảng 2.10
Hình 3.1. biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ
Từ biểu đồ phạm vi làm việc của TTĐ ta xác định được các thông số đặc trưng
của TTĐ được tổng hợp dưới bảng sau :
14
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
14
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
TT Thông số Đơn vị Trị số
1 Cột nước lớn nhất Hmax m 20.69
2 Cột nước nhỏ nhất Hmin m 15.7
3 Cột nước bình quân Hbq m 19.61
4 Cột nước tính toán Htt m 15.7
5 Lưu lượng lớn nhất Qmax m
3
/s 294.54

6 Lưu lượng nhỏ nhất Qmin m
3
/s 147.27
15
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
15
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
PHẦN III: THIẾT BỊ CHO NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
CHƯƠNG 1- CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CHƯƠNG 2 - XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CỦA TURBIN VÀ MÁY PHÁT
2.1 Tính toán lựa chọn số tổ máy (trường hợp Z = 2)
Công suất định mức cho mỗi tổ máy và công suất định mức của turbin theo
công thức sau:
Công suất định mức cho một tổ máy: N
tm
=
Z
N
lm
= = 20 MW
Công suất định mức của turbin: N
tb
=
mf
lm
Zx
N
η
= = 21.05 MW
trong đó:

η
mf
- hiệu suất của máy phát, với máy phát nhỏ sơ bộ chọn η
mf
= 0.95
N
lm
- công suất lắp máy của Nậm Lúc, N
lm
= 40 (MW).
Z- số tổ máy của TTĐ, Z = 2
Căn cứ vào công suất turbin của từng phương án và với dao động cột nước
H
min
= 15.7 (m) đến H
max
= 20.69 (m) tra bảng 8-2 trang 132 giáo trình tuabin ta
được loại tuabin CQ20/661.
2.1.1. Xác định đường kính bánh xe công tác D
1
Đối với turbin cánh quay, D
1
là đường kính lớn nhất cửa vào của BXCT. Nó
được tính theo công thức:
1
'
1
9.81* * * *
TB
tt tt tt tt

N
D
Q H H
η
=
trong đó:
+ N
tb
- công suất định mức của một turbin.
+ η
tt
- hiệu suất của turbin thực tại điểm tính toán. (Sơ bộ chọn η
tt
= η
M
).
+ Q
Itt
’- lưu lượng dẫn suất của turbin thực tại điểm tính toán.
(Sơ bộ chọn Q
Itt
’= Q
IM
’).
+ Q’
IM
, η
M
- lần lượt là lưu lượng dẫn suất, hiệu suất của turbin mẫu tại điểm
tính toán, nó chính là giao điểm giữa đường n’

1Mtt
(số vòng quay dẫn suất của turbin
mẫu tại điểm tính toán)với đường giới hạn góc đặt cánh BXCT.
16
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
16
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
+ H
tt
- cột nước tính toán của TTĐ, H
tt
= 15.7 (m).
Tìm số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm tính toán (n’
1Mtt
).
n’
IMtt
= n’
I0
+( 10 ÷ 20)
+ n’
I0
– số vòng quay dẫn suất của turbin mẫu tại điểm có hiệu suất lớn nhất:
n’
I0
= 130(v/ph) .
+ n’
IMtt
= n’
I0

+ 10 = 130 + 10 = 140 (v/ph).
Với n’
IMtt
= 140(v/ph) dựa vào đường đặc tính tổng hợp chính của turbin
CQ20/661 ta tìm được điểm tính toán của turbin mẫu thuộc đường giới hạn góc đặt
cánh BXCT:
Q’
IM
= 1.85(m
3
/s), η
M
= 0.784
Thay số vào công thức ta được đường kính D
1tt
như sau:
7.15*7.15*784.0*85.1*81.9
21050
1
=
tt
D
D
1tt
=
4.88 m
Chọn D
1
theo đường kính tiêu chuẩn : D
1

= 5 m.
Các kích thước khác của Turbin:
D
0
= 5.8 m; D
b
= 6.75 m; D
a
= 7.77 m; Z
0
= 24
2.1.2. Xác định số vòng quay đồng bộ n ( v/ph)
Số vòng quay đồng bộ của turbin được tính theo công thức:
n
tt
=
1
bq
'
I
D
Hn
trong đó:
H
bq
- cột nước bình quân gia quyền, H
bq
= 19.61 (m ).
D1tc - đường kính tiêu chuẩn của bánh xe công tác. D
1tc

= 5 (m)
n
’
I
- số vòng quay quy dẫn tính toán của turbin thực được tính theo.
n’
I
= n’
I0
+ ∆ n’
1
∆n’
I
= n’
I0
.








−1
maxM
maxT
η
η
trong đó:

∆n’
I
- chênh lệch giữa số vòng quay dẫn suất của turbin thực và mẫu.
17
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
17
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
η
Tmax
, η
Mmax
- hiệu suất lớn nhất của turbin thực và turbin mẫu, tra trên đường
ĐTTHC của turbin mẫu ta được η
M max
= 0.875
Với cột nước tính toán H
tt
= 15.7m < 150 m thì η
T max
được tính như sau:
5
T1
M1
maxMmaxT
D
D
).1(1 ηη
−−=
Trong đó:
D

1M
, D
1T
- đường kính BXCT của turbin mẫu và turbin thực.
D
1M
= 0.46 (m) .
Thay số: 922
Ta có:
Tmax Tmax
η η
η
∆ = −
= 0.922 – 0.875 = 0.047
Suy ra:
Ttt M
η η
η
= + ∆
= 0.784+ 0.047 = 0.831
Ta được: ∆n’
I
= 130* = 3.45 ( v/ph)
Vậy n
I
’ = 130 + 3.45 = 133.45 v/ph
Số vòng quay tính toán : n
tt
= = 118.19(v/ph)
Dựa vào bảng (8-3) GTTBTL ta chọn được số vòng quay đồng bộ là n

tc
=120(v/ph).
2.1.3 Xác định số vòng quay lồng của turbin n
l
( v/ph)
Ta có công thức tính n
l
:
tc1
max.l1
l
D
H'n
n
=
(3.1)
trong đó:
n’
1l
- số vòng quay lồng quy dẫn turbin CQ20/661: n’
1t
= 280 v/ph
H
max
-là cột nước lớn nhất của trạm thủy điện
D
1tc
-là đường kính của tuabin thực
Tính lại số vòng quay lồng quy dẫn:
'

ax
1
lt m
lt
tc
n H
n
D
=
= 254.72 (v/ph)
2.1.4 Kiểm tra lại các thông số của turbin
2.1.4.1 Xác định lại điểm tính toán
18
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
18
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin thực:
'
tc 1tc
1tt
tt
n .D
n
H
=
Với n
tc
= 120 v/ph; D
tc
=5 m; H

tt
= 15.7 m ta tính được:
'
1tt
n
= 151.43(v/ph)
Số vòng quay dẫn suất tại điểm tính toán của turbin mẫu:
'
1
'
tt1
'
Mtt1
nnn Δ
−=
= 151.43– 3.45 = 147.98(v/ph).
Lưu lượng dẫn suất tại điểm tính toán của Turbin mẫu:
'
tb
IMtt
2
1 Ttt tt tt
N
Q
9.81Dη H H
=
( m
3
/s)
Với N

tb
= 21.05 Mw;
η
tt
= 0.831 ; D
1
= 5m; H
tt
= 15.7 m ta tính được:
'
1Ttt
Q
= 1.66 (m
3
/s)
Xác định độ hiểu chỉnh về sự sai khác giữa tuabin mẫu và tuabin thực.
'
I
Q
∆
= Q’
IM
= 1.85=0.049 <5
Do
'
I
Q∆
nhỏ nên có thể bỏ qua ta có:
' '
1 1Mtt Ttt

Q Q
=
= 1.66(m
3
/s)
Đưa n
’
1M tt
=147.98(v/ph) và Q’
1M tt
=1.66 m
3
/s) lên đường ĐTTHC xem điểm
tính toán có nằm trong phạm vi cho phép.
2.1.4.2 Kiểm tra lại vùng làm việc của turbin
Khi cột nước làm việc của turbin dao động từ (H
max
÷ H
min
) thì vùng làm việc
của turbin sẽ được giới hạn bởi hai đường nằm ngang n’
1MHmin
và n’
1MHmax
trên đường
ĐTTHC.
+ Với H = H
max
= 20.69 (m); N
tb

= 21.05 Mw;
η
tt
=0.831 ; D
1
=5m; n
tc
= 120
v/p ta xác định được:
Số vòng quay dẫn suất turbin thực ứng với cột nước H
max
19
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
19
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
ax
'
tc 1tc
1Ttt(H )
max
n .D
n
H
m
=
= =131.91 (v/ph)
Số vòng quay dẫn suất turbin mẫu:
m ax m ax
' ' '
1 1 1MH TH

n n n
= − ∆
= 131.91 – 3.45 = 128.46 (v/ph)
Lưu lượng dẫn suất của Turbin với H
max
, N = N
tb
= 21.05Mw
' '
max
IT(Nmax,Hmax) IM(Nmax,Hmax)
2
1 T max max
N
Q Q
9.81Dη H H
= =
= = 1.097 ( m
3
/s)
Lưu lượng dẫn suất tại của Turbin với H
max
N = N
min
=0.5*21.05 = 10.525 Mw
' '
min
ITNmin(Hmax) IMNmin(Hmax)
2
1 T max max

N
Q Q
9.81Dη H H
= =
= 0.549( m
3
/s)
+ Với H = H
min
= H
tt
= 15.7 (m); N
tb
= 21.05 Mw;
η
tt
= 0.831 ; D
1
= 5 m;
n
tc
= 120 v/ph ta xác định được:
Số vòng quay dẫn suất turbin thực ứng với cột nước H
min
= H
tt
'
tc 1tc
1Ttt(H )
min

n .D
n
H
min
=
= = 151.43 (v/ph)
Số vòng quay dẫn suất turbin mẫu:
min min
' ' '
1 1 1MH TH
n n n= − ∆
= 151.43 – 3.45 = 147.98 (v/ph)
Lưu lượng dẫn suất tại của Turbin với H
min
,N = N
tb
= 21.05 Mw
' '
max
IT(Nmax,Hmin) IM(Nmax,Hmin)
2
1 T min min
N
Q Q
9.81Dη H H
= =
= 1.66 ( m
3
/s)
Lưu lượng dẫn suất tại của Turbin với H

max
, N = N
min
=0.5*21.05 = 10.525 Mw
' '
min
IT(Nmin,Hmin) IM(Nmin,Hmin)
2
1 T min min
N
Q Q
9.81Dη H H
= =
= 0.83 ( m
3
/s)
20
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
20
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
Sau khi tính được các giá trị số vòng quay quy dẫn và lưu lượng quy dẫn ứng
với các cột nước H
max
, H
min
ta đưa lên đường đặc tính tổng hợp chính các điểm có
tọa độ (n’
1MHhmin
; Q
I

’
(Nmin,Hmin)
), (n’
1MHmin
; Q
I
’
(Nmax,Hmin)
) , (n’
1MHmax
; Q
I
’
(Nmax,Hmax)
) và
(n’
1MHmax
; Q
I
’
(Nmin,Hmax)
) ta thấy turbin làm việc trong vùng hiệu suất cao.Với những
kết quả kiểm tra trên cho thấy, các thông số của tuabin được chọn là hợp lý.
2.1.5 Xác định chiều cao hút Hs
Độ cao hút H
S
là khoảng cách thẳng đứng tính từ mặt nước hạ lưu đến điểm có
áp lực nhỏ nhất. Với turbin cánh quay người ta quy ước điểm có cao trình tương
đương trục đi qua cánh BXCT. Sơ bộ có thể xác định H
S

theo công thức sau.
H
s
= 10 -
900
∇
- k.σ
M.
H
tt
Trong đó:
21
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
21
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
+ σ
M
- Hệ số khí thực của turbin mẫu tra trên đường ĐTTHC với điểm tính
toán (n’
1M tt
= 147.98 , Q’
1M tt
=1.66), σ
M
= 0.61
+ ∇ - Cao trình lắp máy so với mặt biển, sơ bộ lấy ∇ = Z
hl(Qmin)
= 86.72 (m).
+ hệ số an toàn ,thường lấy k = 1.05 ÷ 1.10 , sơ bộ chọn K=1.1
Thay số :H

s
= 10 – - 1.1*0.61*15.7 = -0.63 m
Trong thực tế khi công suất và cột nước của turbin thay đổi thì các đại lượng
quy dẫn Q’
1
, n’
1
sẽ thay đổi và do đó hệ số khí thực cũng thay đổi theo. Bởi thế,
chiều cao hút H
s
cũng phụ thuộc vào công suất và cột nước làm việc của turbin. Mặt
khác, cột nước của TTĐ lại phụ thuộc vào sự dao động của MNTL, MNHL. Do đó
muốn chọn H
s
hợp lý cần phải xét các tổ hợp mực nước và cột nước khác nhau, từ
đó tính ra trị số H
s
cho phép với mỗi tổ hợp nói trên, sau đó chọn ra H
s
cho phép
hợp lý nhất.
2.1.6 Xác định cao trình lắp máy
∇
lm
Cao trình lắp máy là cao trình mặt phẳng nằm ngang đi qua trung tâm cánh
hướng nước đối với turbin tâm trục, cánh quay trục đứng.
Đây là cao trình quan trọng của nhà máy thuỷ điện vì nó là cơ sở để xác định
các cao trình khác.
Sơ bộ xác định theo công thức:
∇

lm
= Z
hlmin
+ H
s
+
1
D
χ
Trong :
1
D
χ
= (0.41-0.46)D1 khoảng cách thẳng đứng tính từ trung tâm
cánh hướng nước đến trục BXCT
∇
lm
= 86.72 + (-0.63) + 0.41*5. = 88.14(m).
22
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
22
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
Bảng 3 -1 :Các thông số turbin chọn
Thông số Đơn vị Giá trị
Công suất định mức turbin N
T
KW 21050
Đường kính BXCT D
1
m 5

Đường kính trục cánh hướng nước D
0
m 5.8
Đường kính trong Stato turbin D
b
m 6.75
Đường kính ngoài Stato turbin D
a
m 7.77
Chiều cao cánh hướng nước b
0
m 2
Số vòng quay đồng bộ n v/ph 120
Hiệu suất turbin thực h
T
% 83.1
Độ cao hút H
s
m -0.63
Cao trình lắp máy sơ bộ Ñ
lm
m 88.14
2.2 Chọn máy phát điện
Chọn máy phát:
Chọn máy phát phải thoả mãn 2 điều kiện:
[ ]
[ ]
mfmf
mfmf
nn

NN
=
=
+ Công suất định mức của MPĐ được tính theo công thức:
N
mf
= =
Z
N
lm
= = 20 MW
+ Số vòng quay đồng bộ của MPĐ: n = 120 (v/ph)
+ Số đôi cực từ của máy phát: 2p = 50 (Tra GT Tuabin trang 139)
Công suất biểu kiến
S == MVA
với cos
ϕ
là hệ số công suất lấy = 0.8
Điện áp máy phát : U (kV)
U = 6,3 kV khi N
mf
≤ 15 MW
U = 10,5 kV khi N
mf
≤ 70 MW
U = 18 kV khi N
mf
> 70 MW
+ Điện áp đầu ra của máy phát: U = 10.5 KV
Tra tài liệu chọn thiết bị điện ta không tìm được kiểu máy phát phù hợp nên ta

phải thiết kế máy phát cho trạm thuỷ điện
23
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
23
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
2.2.1 Trình tự thiết kế
- Xác định công suất tính toán:
S
o
= k. S
mf
= 1.08*25= 27 MVA
Trong đó k là hệ số phụ thuộc cos
ϕ
, tra ở bảng 1-1 trang 225 GT CTT
- Công suất trên mỗi cực của máy phát:
MVA
- Chiều dài cung tròn vành bố trí cực Roto:
= 0.373 m
Trong đó A,
α
được xác định theo bảng 1-2 trang 227 GTCTT với hình thức
làm mát nước + không khí.
- Đường kính Rôto được xác định theo ct:
= 5.94 m
- Đường kính D
i
phải thoả mãn điều kiện sau:
0P
P

i
nπk
60V
D ≤
trong đó :
+ V
P
là vận tốc dài quay lồng cho phép lớn nhất : V
P
=160m/s
khi S
mf
≤
175 MW
+ k
P
= = 1.89 là hệ số quay lồng của Tuabin
'
IP
n
là số vòng quay quy dẫn ở chế độ lông tốc,
'
I0
n
số vòng quay quy dẫn
ở chế độ tính toán:
0P
P
i
nπk

60V
D ≤
==
60 160
3.14 2.09 107.1
×
× ×
= 13.48 m
+ Theo điều kiện tháo lắp turbin: với D
g
đường kính giếng Tuabin, sơ bộ có
thể lấy bằng đường kính trong D
b
của stato tuabin, D
b
= 6.75 m
i g
D D 0.6 m≥ +
= 6.75 + 0.6 =7.34 m
Từ hai điều kiện trên ta lấy D
i
= 7.34 m = 7.34 cm
- Chiều cao lõi thép từ xác định theo công thức:
A 0
a
2
0 i
30 C S
l
π n D

× ×
=
× ×
(*)
24
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
24
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế trạm thủy điện Nậm Lúc
Với
và S
o
=27 MVA ; n
o
= 120 v/ph ; D
i
= 7.34 m thay số vào (*) ta có l
a
= 0.82 m
- Mặt khác phải thỏa mãn điều kiện: l
a
/
*
τ
=1.5
÷
4
⇒
l
a
=0.54

÷
1.42
Theo tiêu chuẩn đã cho sẵn ta lấy l
a
= 1 m = 100 cm
Căn cứ vào tỉ số D
i
/l
a
để xác định máy phát kiểu ô hay kiểu treo
>4nên là máy phát kiểu ô
2.2.2 Các kích thước của máy phát
2.2.2.1 Đường kính trục tuabin
- Đường kính ngoài trục turbin:
d
v
=(1214) =(1214) =(6677) cm
Chọn d
v
= 70 cm
- Đường kính trong trục turbin:
= = =69 cm
Chọn d
v
’
= 65 cm.
2.2.2.2 Stato máy phát
- Đường kính ngoài lõi thép từ:
D
a

= 7.34+ (0.5
÷
0.9m) = 7.34 + 0.66 = 8 m
- Chiều cao máy phát:
h
st
= l
a
+ 0.75 = 1.00 + 0.75 = 1.75 m
- Đường kính máy phát:
D
st
= ( 1.05 + 0.0017n
0
)D
i
= ( 1.05 + 0.0017*120)*7.34 = 9 m
2.2.2.3 Giá chữ thập trên
- Chiều cao: h
1
= (0.1  0.12)D
i
= (0.1  0.12)*7.34 = (0.734 0.881) m
Chọn h
1
= 0.8 m
- Đường kính: D
1
= D
st

= 9 m
2.2.2.4 Giá chữ thập dưới
- Chiều cao: h
2
= (0.25  0.3)D
g
= (0.25  0.3)*6.75= (1.6882.025) m
Chọn h
2
= 1.8 m
25
Sinh Viên: Vũ Văn Thực Lớp: 50Đ1
25