B KHOA HC V CễNG NGH - B NễNG NGHIP V PTNT
I HC BCH KHOA H NI
TRUNG TM NGHIấN CU NNG LNG MI
S 1 i C Vit Hai B Trng H Ni

BO CO TNG HP

ề tài nghiên cứu khoa học cấp Nhà nớc:
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo,lắp đặt V VN HNH MY IU TC
KIU IN THY LC CHO T MY THY IN
công suất đến 6MW cho Nhà máy thủy điện ĐaksrônG"
D ỏn KHCN quy mụ ln :
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành thiết bị
thủy điện cho nhà máy thủy điện Đaksrông công suất 20MW
( Thuc chng trỡnh phỏt trin KHCN trng im cp nh nc
giai on 2005 2010)
TS.Hong Sinh Trng

8789

iu tc tua bin nhà máy thy in
ksrông …………………………………………………………… 24
2.2. Các loi máy iu tc dùng cho t máy thy in va và nh …….28
2.3. Các phn mm tính toán thy lc và iu khin t ng máy iu tc
in – thy lc……………………………………………………… 39
2.4. Nghiên cu tính toán h thng cung cp du áp lc cho máy iu
tc…………………………………………………………………….40
2.5. Nghiên cu tính toán thit k
 môun iu khin ca máy iu tc….47
2.6. Tính toán thit k Servo motor thy lc …………………………….51
2.7. Tính toán thit k h thng phn hi cng và phn hi mm……… 51
2.8. Tính toán thit k h thng truyn lc cho máy iu tc………… 51
2.9. Tính toán thit k h dn ng cánh hng bng tay và b gii hn 
m cánh h
ng………………………………………………………55
2.10. Tính toán thit k h phn hi c khí kiu nêm……………………57
2.11. Tính toán thit k h thng van cánh hng khi xy ra s c…… 59
2

2.12. Nghiên cu tính toán thit k, tích hp h thng cnh báo an toàn cho
máy iu tc………………………………………………………….60
CHNG III. NGHIÊN CU XÂY DNG QUY TRÌNH CÔNG NGH
CH TO CÁC B PHN CHÍNH CA H THNG IU TC CHO
NHÀ MÁY THY IN KSRÔNG………………………………… 65
3.1. Quy trình công ngh ch to môun thông s u vào ca iu tc 65
3.2. Quy trình công ngh ch to môun iu khi
n CPU………………68
3.3. Quy trình công ngh ch to mô un khuych i in – in t….73
3.4. Quy trình công ngh ch to mô un khuych i thy lc vi sai…74
3.5. Quy trình công ngh ch to thit b áp lc…………………………76

4

MỞ ĐẦU
Hin nay trên th gii, vic khai thác ngun nng lng tái to phi
truyn thng nh nng lng gió, nng lng mt tri hay các ngun nng
lng tái to truyn thng nh thy in ang là mt nh hng phát trin
chin lc ca nhiu quc gia trên toàn cu không phân bit mc  phát
trin ca mi nn kinh t
. iu này c lý gii không ch bi tim nng to
ln và phân b rng khp ca ngun nng lng này mà cùng vi s phát
trin ca kinh t xã hi toàn cu, ngun nng lng tái to ã chng t c
tm quan trng ca mình trong quá trình phát trin ca xã hi vn minh hin

lng ca mình, k
t qu là mi s nhìn nhn v thy in va và nh ã phi
thay i. óng góp phn không nh ca mình cho s thay i ó phi k n
vic ng dng ngày càng rng rãi các h thng iu khin t ng cùng k
thut vi x lý trong quá trình vn hành và iu khin các nhà máy thy in
va và nh. S hoàn thi
n ca máy điều tốc turbin thủy điện cng là mt
trong nhng yu t quan trng làm nên s thay i ln ó. Chính vì vy  có
th làm chủ công nghệ chế tạo thiết bị thủy điện và xây dng các công trình
thy in va và nh trong giai on phát trin kinh t hin nay ca nc ta ,
vic u t nghiên c
u  hoàn thin công ngh ch to thit b thy in nói
chung và iu tc turbin nói riêng ã và ang là vn  bc xúc ,òi hi ca
nn kinh t .
Vi kh nng hin có ca ngành c khí ch to kt hp vi nhng kt
qu và kinh nghim tích ly c ca các c s nghiên cu vi i ng cán
b
có trình  không thua kém trong khu vc , vic nghiên cu và cho ra i
các sn phm “iu tc thy in “ mang tính công nghip vi cht lng
ngang tm khu vc là cân thit và hoàn toàn có th.
Ngi ta nhn thy mc dù các công trình thy in ln cung cp in
cho khong 20% dân s toàn cu song nó li có nh hng ln ti th
nhng, a cht, ngun nc, khí hu….Các h
cha ca các nhà máy thy
in  các vùng nhit i có th sn sinh ra mt lng ln khí methane và
carbon dioxide. Nguyên nhân ca hin tng này là do các xác thc vt mi
b l quét và các vùng tái b l tràn ngp nc, mc nát trong mt môi trng
k khí và to thành methane, mt khí gây hiu ng nhà kính mnh. Methane
bay vào khí quyn khi nc c x t p  làm quay tuabin. Theo bn báo
cáo ca Cao y th gii v 

th
ng… thì mt u im ni tri ca loi hình này là Thy in va và nh ít
làm nh hng n môi trng xung quanh và kh nng t cung t cp in
cho các vùng sâu, vùng xa, ít dân c
Vit Nam là mt quc gia c thiên nhiên u ãi có h thng sông
ngòi phong phú, a dng tri khp chiu dài t nc nên rt thun li cho
vic phát trin thy i
n. Tính ti thi im nm 2003, tng công sut ca
7

các nhà máy thy in ã xây dng xp x 4.000MW và các nhà máy ang
xây dng có tng công sut gn 1.000 MW. Tuy nhiên, theo các s liu thng
kê mi ch có khong 1/4 tim nng thy in  nc ta c khai thác 
phc v sn xut dân sinh.
iu kin t nhiên ca nc ta cng rt thun li cho vic phát trin
thy in va và nh. Trong tình hình kh
ng hong thiu nng lng in
hin nay do nhu cu s dng in tng nhanh thì vic cung cp in cho các
vùng sâu, vùng xa t ngun in ca các nhà máy in ln s càng khó khn.
Vic xây dng thy in va và nh không cn u t vn ln, có th tranh
th huy ng vn t các xí nghip nh hay t nhân. B
i vy, s dng các
kinh nghim ca th gii v vic phát trin thy in va và nh  nc ta
tr nên cn thit và ang c Nhà nc ht sc quan tâm.
Mục tiêu của đề tài là:
- To kh nng thit k, ch to, lp t và vn hành s dng máy iu
tc kiu in – th
y lc cho t máy thy in công sut n 6MW vi
các thit b ng b cho lc lng cán b và công nhân k thut trong
nc;

cn s dng nhng b iu tc turbin có nguyên lý n gin và r nht so vi
nhng b iu tc ca các nhà máy thy in ln. Tuy nhiên, nu tip cn
vn  này t góc  “iu khin ng b
“ và ti u hóa nhà máy thy in
va và nh ch không ch n thun là “iu tc” thì chúng ta li phi thay
đổi khái niệm trên. Các kt qu nghiên cu trên thc t ti Hoa K, Nga và
ngay c Trung Quc cho thy ti các nhà máy thy in ln, iu tc turbin ch
là mt phn trong h thng t ng iu khin cng nh
 bo v t máy trong
quá trình làm vic. Trong khi ó, i vi nhà máy thy in va và nh, vic
lp t riêng bit các h thng iu tc, iu khin t ng phân b ti và bo
v t máy s dn n nhiu tn kém trong u t ban u.  ây, phng án
ti u c la chn ph
bin trên th gii, ó là tổ hợp các chức năng trên
vào cùng với điều tốc turbin.Vi xu hng tin ti nhà máy thy in va và
nh hoàn toàn t ng, vic ng dng nhng k thut tiên tin trong iu
khin vi các b vi x lý mnh tng nh làm phc tp thêm cho nhà máy
thy in, nhng thc t
li chng minh iu ngc lai. Vi ng dng k
thut mi, vic vn hành, bo dng sa cha các nhà máy thy in va và
nh c n gin hóa rt nhiu nh s dng các t hp, linh kin tiêu chun.
9

Trên th gii hin nay, các máy iu tc turbin dùng cho nhà máy thy in
va và nh c thit k và ch to da trên các nguyên lý c bn, ó là
nguyên lý điện-cơ, nguyên lý thủy – cơ , và nguyên lý điện - thủy lực. Loi
th nht c nghiên cu và ng dng cho các trm thy in có công sut
rt nh loi vài trm KW vi u t
 khiêm tn và ã chng t c  tin
cy trong quá trình vn hành. Trong mt thi gian dài, các mu điều tốc thủy

kt qu t c ti các a ch trên cng ch mi dng  mc  sn phm
chế tạo đơn chiếc, chưa có tính công nghiệp.Hn na các sn phm ó sau
khi a vào vn hành ã không c theo dõi ánh giá chu áo  có th
chun hóa mt quy trình công ngh phc v cho vic trin khai ch to mang
tính sn phm công nghip sau này .Chính vì v
y mc dù t c mt s kt
qu nht nh ,song các sn phm này cha có giá tr nghiên cu cao .
Vào nhng nm cui ca thp niên 80, c s u t ca UBKHKTNN (c)
ã hình thành và trin khai mt  tài khoa hc v nghiên cứu thiết kế và chế
thử bộ điều tốc điện – thủy lực. Sn phm  tài 
ã c lp t chy th ti
trm thy in Iarng II Buôn Ma Thut Tây Nguyên. Tuy nhiên, quá trình
trin khai  tài còn nhiu bt cp nên kt qu t c là rt hn ch và cng
nhanh chóng b lãng quên.
Nm 1990, theo chng trình “mang ánh sáng văn hóa đến với đồng bào dân
tộc” ca ng và nhà nc, Trng HBK Hà Ni ã trin khai  tài “điều
tốc turbin cho thủy
điện nhỏ ”vi a ch ng dng là trm thy in Chp
thuc tnh Gia lai – Công Tum (c). Sn phm c lp t ã cho phép hòa
hai t máy turbin 200KW mà trc ó, sut ba nm tn ti cha bao gi
c hòa. Tuy nhiên do iu kin kinh t , tài cng không c tng hp
y  các kt qu nên cng không có giá tr nghiên cu cao.
N
m 1992 nhóm nghiên cu ca HBK Hà Ni cng trin khai  tài iu
tc in - thy lc cho nhà máy in Phc Sn à Nng vi t máy tuabin
1,2MW. Tuy nhiên, giai on ó do s phát trin mnh ca các nhà máy thy
in ln nh Tr An, Yaly… nên kt qu t c cng không th m rng
phm vi ng dng.
11


s thay i này có th vt quá gii hn cho phép.
12

Trong quy trình k thut vn hành li in quy nh  sai lch tm thi ca
tn s in xoay chiu vi giá tr nh mc (50Hz) trong khong
0,2%.
Tn s (hay s chu k bin thiên ca dòng in xoay chiu trong 1 giây) ph
thuc vào tc  quay ca rôto máy phát: Trong ó:
f – tn s (Hz)
p – s ôi cc ca máy phát
n – tc  quay ca rôto máy phát(vòng /phút)
Do s ôi cc p ca máy phát là c nh nên tn s f ch ph thuc vào tc 
quay n ca rôto máy phát, mt khác phng trình c bn c trng cho s
chuyn ng ca rôto t máy có dng: Trong ó:
J – mômen quán tính ca rôto t máy
 – vn tc góc ca rôto t máy
M
T
- mômen ca tuabin
M
C
– mômen cn (ph thuc vào ph ti)
T phng trình (1.1) ta nhn thy trng thái làm vic ca h thng có th mô
t qua 3 phng trình:

Ta nhn thy, vic duy trì s cân bng gia mômen ca tuabin và mômen cn
(M
T
= M
C
) cng s gi cho vn tc góc  là mt hng s (const;hay
.
Mômen cn MC ph thuc vào ph ti ca máy phát in, còn mômen
ca tuabin MT c quyt nh bi công sut ca tuabin N, gia MT và N có
quan h nh sau:
M
T
= 102.N/ hay M
T
= .Q.H./
Trong iu kin làm vic bình thng vi ct áp trong ngày hu nh
không thay i, hiu sut tuabin không i, t (1.2) ta thy rng mômen MT
14

ca tuabin ph thuc vào lu lng Q. Nh vy nhim v c bn ca máy
iu tc là làm thay i lu lng qua tuabin  thay i mômen tuabin sao
cho bng mômen cn và gi cho s vòng quay không i.
1.1.2. Nhiệm vụ phân bố phụ tải khi các tổ máy làm việc song
song
Hu ht các trm thy in u có nhiu hn 1 t máy làm vic song song
trong mt h thng l
i in chung, iu này òi hi phi có s iu chnh s
làm vic song song gia các tuabin cho phù hp vi quy nh v tn s dòng
in. i vi các t máy làm vic song song, khi thay i  m ca h
thng cánh hng dòng s không làm thay i s vòng quay ca tuabin mà

quay n ngi ta dùng h s sai lch . H s sai lch  c xác nh theo
công thc:


Trong ó nmax là s vòng quay không ti, nmin là s vòng quay toàn ti và
s vòng quay ng b n0.
Hay: 

 thay i h s sai lch  ngi ta thng dùng c cu c bit  thay
i h s truyn ca phn hi (t s truyn ca xy lanh lc và thanh truyn).
Hin nay h s sai lch  cho phép ca các máy iu tc nm trong khong t
(2Hình 1.2: Đường đặc tính của máy điều tốc, trường hợp 2 tổ máy làm việc
song song có hệ số δ khác nhau
16

Ta nghiên cu s làm vic song song ca 2 t máy có h s sai lch  khác
nhau (
1 

2
), vi hai ng c tính iu chnh c cho trên hình 1.3. 
ch  làm vic n nh, vi s vòng quay nh mc ng vi ng O
1
O
1
, t
máy 1 có ng c tính iu chnh A

Tng t, ta có:

Tng s ph ti thay i trên c hai máy iu tc là:
N = N
1
+ N
2

Mt cách tng quát, ta có:

Trong ó, i là t máy th i trong trm thy in có nhiu t máy làm vic
song song.
17

Khi ph ti ca h thng gim, quá trình din ra ngc li, ng c tính
iu chnh c tnh tin xung phía di.
Nh vy, khi ti thay i, gi s ti tng thì mi t máy s phi gánh thêm
mt phn công sut t l nghch vi h s sai lch ca mi t máy, có ngha
là t máy có h s sai l
ch  ln s chu s thay i ti nh, t máy có h s
sai lch  nh s chu s thay i ti ln.
Qua s phân tích trên ta thy rng, nu nh ng c tính iu chnh ca
các t máy không phi là ng nm nghiêng mà là ng nm ngang (máy
iu tc có b phn phn hi mm) thì s phân phi ph t
i gia các t máy
làm vic song song s không n nh. Do 1= 2 = i = 0, ta thy rng Ni là
mt i lng vô nh, iu ó ng ngha vi vic ph ti mà mi t máy
m nhn không phi là mt giá tr xác nh mà luôn thay i.
Trong thc t vn hành, ngi ta thng s dng mt t máy có ng c
tính iu chnh n
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý của máy điều tốc có phản hồi mềm
19

1_xylanh thủy lực; 2,3,9,10_cơ cấu thanh truyền phản hồi; 4_đường ống
dẫn dầu; 5_động cơ điên; 6_cơ cấu quả văng; 7_van thủy lực điều khiển;
8_con trượt điều khiển; 11_hộp giảm tốc; 12_trục vít; 13,14_vít điều chỉnh;
15_thanh truyền; 16_bộ giảm chấn thủy lực; 17,18_

Máy iu tc là s tng hp ca nhi
u c cu thit b, mi mt c cu thit b
dm nhn mt chc nng, c th nh:
- C cu cm bin và o lng: nhn bit sai lch v s vòng quay
và s thay i v trí ca c cu iu chnh.
- C cu iu chình: b phn trc ti
p thay i mômen lc chuyn
ng ca tuabin

thng. Mt cái hi na ca các p thy in ln là vic tái nh c dân
chúng sng trong vùng h cha. Trong nhiu trng hp không mt khon
bi thng nào có th bù p c s g
n bó ca h v t tiên và vn hóa gn
lin vi a im ó vì chúng có giá tr tính thn rt ln i vi h. Hn na,
v mt lch s và vn hóa các a im quan trng có th b bin mt, nh d
án p Tam Hip  Trung Quc, p Clyde  New Zealand và p Ilisu 
ông nam Th Nh K… M
t s d án thy in cng s dng các kênh ào,
 làm chch hng mt con sông ti  dc ít hn  tng ct áp ca nhà
máy. Trong mt s trng hp, toàn b con song có th b i hng  tr
li áy dòng sông. Ví d nh song Tekapo và Pukaki (Newzealand). Ngi ta
lo ngi rng, nu con sông c s dng làm thy in chy qua nhiu vùng

t khác nhau thì mc  nh hng s gia tng nghiêm trng ti các vùng
t rng ln, thm chí nh hng ti nhiu quc gia. Vì th, các nhà nghiên
cu phát trin thy in loi va và nh, ch cung cp in cho mt vùng
hoc khu vc nh, va không gây hao tn tài nguyên, nhân lc va bo m
gìn gi môi trng sng tt lành.
Do tính u vit ca nó, thy
in va và nh ã c rt nhiu nc trên
th gii quan tâm phát trin. Ngoài các u im nh vn u t không ln,
không òi hi phi s dng các thit b thy in quá phc tp, không phi
xây dng các h cha nc ln tit kim c ngun nng lng truyn
thng… thì mt u 
im ni tri ca loi hình này là Thy in va và nh ít
làm nh hng n môi trng xung quanh và kh nng t cung t cp in
cho các vùng sâu, vùng xa, ít dân cư
21


ện
thủy on-off .
Mô hình bộ điều tốc theo mẫu a. có nhiu u im ni tri nh ng dng
loi van t l (hoc van servo ) tiêu chun hin ai ,cho phép ng dng kt
22

hp cùng lúc nhiu mô hình iu khin cho cht lng cao. Tuy nhiên do
yêu cu các ch s chun cao trong iu khin nên giá thành h thng thng
cao và thng c ng dng  nhng nc có nn kinh t phát trin nh
M,tây Âu .v.v.
Mô hình bộ điều tốc theo mẫu b. s dng loi ng c bc in tiêu
chun  iu khi
n loi van thy lc phi tiêu chun cho phép h áng k giá
thành khi tích hp h thng .Tuy nhiên , do nh hng ca quán tính động cơ
bước và tính phi tiêu chuẩn ca van thy lc chuyn i , loi iu tc này
không có cht lng tht cao .Mc dù vy vi giá thành hợp lý và chất lượng
chấp nhận được ,loi iu tc này đáp ứ
ng tôt nhu cầu thực tế hin nay ca
th trng trong nc và khu vc.
Mô hình bộ điều tốc theo mẫu c. cng sử dụng bộ khả trình đa năng PLC
tiêu chun trong h thng iu khin , tuy nhiên  u ra c kt ni và điều
khiển trực tiếp hệ thống thủy lực theo ngưỡng và hoàn toàn không cần các bộ
biể
n đổi D/A . Vi mô hình nêu trên , b iu tc này có nhiu tính nng u
vit và khá phù hp vi iu kin th trng Vit nam và khu vc nh giá
thành hp lý, cht lng iu khin tng i cao và c bit có  tin cy
cao và thun tin trong vn hành bo dng . Hn na nh s dng các phn
t tiêu chun trong h thng nên các yêu c
u k thut rt phù hp vi các nn
kinh t k thut còn cha tht phát trin nh VN.

Công sut ca servomotor có th c tính bng công thc di ây :
A = (20 – 25).Q. (H
max
. D
1
)
1/2
(kgf.m)
A là công sut ca servomotor.
Q là lu lng qua tuabin.
H
max
là ct áp ln nht max .
D
1
là ng kính bánh công tác tuabin.
Các thông s k thut chính ca seri máy iu tc dùng PLC :
• in áp vào : AC200V ± 15% ; DC 200V ± 15% hoc DC110V
± 15%.
• Lut iu khin: PID song song.
• MTBF ca toàn b máy iu tc  25 000 gi.
• Phng pháp o tn s : o  chênh tn s in th (residual
voltage frequency measurement).
•  thuyên gim tc  tc thi : bt = 1 – 200 % (bc i
u
chnh 1%).