1
Mục lục. Trang
Danh mục các bảng 7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị. 8
MỞ ĐẦU 11
CHƯƠNG 1. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT, YÊU CẦU KỸ
THUẬT CỦA SẢN PHẨM MẪU
21
1.1 Tổng quát 21
1.2 Xác định thông số kỹ thuật để tính toán và kiểm chứng 22
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MÁY PHÁT THUỶ ĐIỆN CÔNG SUẤT ĐẾN
6MW
27
2.1 Thiết kế tính toán 28
2.1.1 Lựa chọn phương pháp tính toán thiế
t kế điện từ 28
2.1.2 Dữ liệu đầu vào 32
2.1.3 Mục tiêu tính toán 32
2.2 Nghiên cứu tính toán, thiết kế cụm lõi tôn stato 33
2.2.1 Mục đích và yêu cầu 33
2.2.2 Xác định kích thước lá tôn và lõi tôn stato 34
2.2.3 Kết quả nghiên cứu 42
2.3 Nghiên cứu tính toán, thiết kế bộ dây stato 45
2.3.1 Mục đích và yêu cầu 45
2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 46
2.3.3 Kết quả nghiên cứu 48
2.4 Nghiên cứu, tính toán thiết kế thân máy phát 53
2.4.1 Mục đích và yêu cầu 53
2.4.2 Cơ sở tính toán thiết kế 53
2
2.4.3 Nội dung tính toán 53

3.3.7 Giàn sấy 97
3.3.8 Cáp điện và cáp điều khiển 97
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY PHÁT
THUỶ ĐIỆN CÔNG SUẤT ĐẾN 6MW
98
4.1 Mục đích và yêu cầu 98
4.2 Nghiên cứu công nghệ 98
4.3 Phương pháp nghiên cứu công nghệ 100
4.4 Nghiên cứu vật tư sử dụng 103
4.5 Giới thiệu các công nghệ chính 103
4.5.1 Công nghệ chế tạo cụm stato 104
4.5.1.1 Công nghệ chế tao lõi tôn stato 104
4.5.1.2 Công nghệ chế tạo bộ dây stato 108
4.5.1.3 Lắp ráp stato 110
4.5.2 Công nghệ chế tạo cụm rôto 111
4.5.2.1 Lõi bạc cực từ rôto 111
4.5.2.2 Trục máy phát 113
4.5.2.3 Cực từ rôto 114
4.5.2.4 Đóng thanh dẫn của hệ thống chống rung 118
4.5.2.5 Cách điện cực từ 118
4
4.5.2.6 Công nghệ chế tạo cuộn dây cực từ 119
4.5.2.7 Lắp cực từ 121
4.5.3 Cân bằng động roto trục 122
4.5.4 Thân ổ đỡ 124
4.5.5 Công nghệ chế tạo ổ đỡ trên 125
4.5.6 Công nghệ chế tạo ổ đỡ dưới 128
4.5.7 Thùng dầu và hệ thống làm mát dầu 129
4.5.8 Lắp ráp máy phát thủy điện 130
4.6 Đánh giá về nghiên cứu công nghệ 135

6.3 Đánh giá chất lượng chế
tạo sản phẩm mẫu máy phát
6MW-600vg/ph-6,3kV
158
CHƯƠNG 7. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÍCH THÍCH,
BẢO VỆ ĐỒNG BỘ VỚI MÁY PHÁT 6MW
160
7.1 Nghiên cứu tính toán, thiết kế mạch chỉnh lưu cầu Thyristor 160
7.2 Nghiên cứu tính toán thiết bị điều chỉnh điện áp 166
7.3 Nghiên cứu tính toán, thiết kế mạch điều khiển 171
CHƯƠNG 8. CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 176
8.1 Các kết quả khoa học công nghệ
đã đạt được 176
8.2 Khả năng ứng dụng các kết quả nghiên cứu của đề tài 179
8.3 Các kết quả khác 180
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 186
TÀI LIỆU THAM KHẢO 191
PHỤ LỤC
Phụ lục 1. Sơ đồ hệ thống điện Việt Nam năm 2005
Phụ lục 2. Quy hoạch điện 4.
6
Phụ lục 3. Kích thước lắp đặt máy phát
Phụ lục 4. Đặc tính vận hành máy phát thủy điện 6MW
Phụ lục 5. Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H1 do Trung Quốc chế tạo
Phụ lục 6. Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H2 do Trung Quốc chế tạo
Phụ lục 7. Kết quả thử nghiệm tổ máy phát H3 do Việt Nam chế tạo
7

Hình 2.10 Bộ dây stato với hệ thống vòi phun nước ch
ữa cháy 52
Hình 2.11 Khoảng cách 2 vành đỡ lõi thép trên thân 54
Hình 2.12 Khoảng cách từ lõi tôn đến hai mặt thân 55
Hình 2.13 Khoảng cách đầu dây đấu 55
Hình 2.14 Kích thước vành thân 56
Hình 2.15 Đường kính mép phễu hướng gió 57
Hình 2.16 Đường kính mặt bích đỡ trên lõi tôn 58
Hình 2.17 Đường kính tâm gudong ép 58
Hình 2.18 Đường kính tâm gudong vành đỡ dây 59
Hình 2.19 Đường kính trong vành ép lõi tôn 60
Hình 2.20 Một số kích thước chính lõi tôn cực từ 62
Hình 2.21 Cực từ lắp trên bạc rôto 64
Hình 2.22 Lá tôn cực từ 67
9
Hình 2.23 Cực từ rôto sau khi xếp ép 68
Hình 2.24 Mặt cắt ngang của dây quấn có profin đặc biệt 70
Hình 2.25 Tiết diện dây quấn cực từ 71
Hình 2.26 Xác định hệ số dẫn nhiệt của cuộn dây kích thích 72
Hình 2.27 Cuộn dây cực từ 73
Hình 2.28 Cuộn dây sau khi lắp lên cực từ 74
Hình 2.29 Vành ngắn mạch dây quấn cản 76
Hình 2.30 Rôto trục 79
Hình 2.31 Trục MFTĐ 6MW 80
Hình 2.32 Bạc rôto dạng liền khối 81
Hình 2.33 Kết cấu bạc rôto dạng nan hoa 82
Hình 2.34 Bản vẽ
định vị bạc rôto trên trục 83
Hình 4.35 Kết cấu lá tôn secmăng 105
Hình 4.36 Lá tôn thông gió hàn 107

Hoạt động của mọi quốc gia, nền kinh tế và con người gắn liền với nhu
cầu tiêu thụ năng lượng. Nhu cầu về năng lượng của chúng ta càng ngày càng
tăng lên theo sự phát triển của dân số, của mức sống, của nền kinh tế đang
trên đà phát triển, mức tăng trưởng phụ tải thường xuyên hàng năm là 15-
17%. Theo Quy hoạch phát triển Điện l
ực Quốc gia giai đoạn 2006-2015 có
xét đến 2025 (Quy hoạch điện 4) yêu cầu nâng tổng công suất các nguồn thuỷ
điện nhỏ thêm khoảng 1200MW giai đoạn 2006-2010 và 1250MW giai đoạn
2011-2015 (xem phụ lục 1 và phụ lục 2).
Có nhiều nguồn năng lượng khác nhau, và nhiều cách phân loại nguồn
năng lượng theo các tiêu chí khác nhau. Dựa trên quan điểm môi trường, năng
lượng được phân thành 2 loại chính: năng lượng tái tạo và năng lượng không
tái tạ
o. Cho tới nay chủ yếu ở nước ta sử dụng năng lượng từ các nguồn
không tái tạo như dầu mỏ, than đá. Các nguồn năng lượng không tái tạo này
đang ngày càng cạn kiệt và căn cứ theo trữ lượng hiện có, thì chỉ đủ phục vụ
nhu cầu sản xuất điện trong một vài thập kỷ tới. Thậm chí năng lượng điện
hạt nhân hiện đ
ang chiếm tỷ lệ lớn tại các nước phát triển cũng đứng trước
nguy cơ cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu là uranium.
Năng lượng tái tạo là năng lượng được tạo ra từ các nguồn thiên nhiên
như thủy điện, phong điện, năng lượng mặt trời, năng lượng thuỷ triều, địa
nhiệt Các nguồn năng lượng này hầu như là vô tận, không bao giờ c
ạn kiệt.
Tuy nhiên việc khai thác các nguồn năng lượng này khó khăn hơn về công
nghệ, chi phí lớn nên quy mô khai thác còn hạn chế, đặc biệt là ở các nước
đang phát triển và chậm phát triển. Cho tới nay năng lượng tái tạo phổ biến
nhất vẫn là thuỷ điện, còn năng lượng gió và năng lượng mặt trời mới chỉ ở
bước đầu phát triển.
12

20 MW”.
13
Mục tiêu của đề tài là:
- Tạo khả năng thiết kế, chế tạo, lắp đặt, thử nghiệm và vận hành sử
dụng máy phát thuỷ điện công suất đến 6MW với các thiết bị đồng bộ cho lực
lượng cán bộ và công nhân kỹ thuật trong nước.
- Chế tạo, lắp đặt, thử nghiệm và vận hành sử dụng 01 tổ máy phát thuỷ
điện công suất 6MW cho Nhà máy thuỷ
điện Đaksrông.
- Phục vụ chương trình nội địa hoá thiết bị trong chiến lược phát triển
thuỷ điện của nhà nước đến năm 2010 và 2020, trong đó chỉ tiêu nội địa hoá
của đề tài là 60%.
- Góp phần cung cấp điện năng thúc đẩy sự phát triển của các ngành
liên quan, tạo công ăn việc làm cho xã hội và nâng cao đời sống dân sinh.
- Tạo điều kiện chủ động sử
a chữa, bảo dưỡng các máy phát thuỷ điện,
cung cấp thiết bị thuỷ điện loại vừa và nhỏ dùng cho các công trình trạm thuỷ
điện mới xây dựng, và phụ tùng bảo dưỡng, thay thế, sửa chữa cho các trạm
đang sử dụng.
Nội dung nghiên cứu của đề tài là:
- Nghiên cứu tổng quan về máy phát thuỷ điện (MFTĐ), thu thập các
tài liệu, số liệu liên quan đến lĩnh v
ực MFTĐ.
- Nghiên cứu và phân tích, lựa chọn máy phát mẫu của đề tài.
- Nghiên cứu tính toán, thiết kế MFTĐ công suất lớn tới 6MW. Đây là
một trong những nội dung nghiên cứu quan trọng nhất, vì cho tới nay trong
nước chưa thiết kế MFTĐ lớn, và chưa có kinh nghiệm trong thiết kế, kể cả
MFTĐ nhỏ.
- Nghiên cứu xây dựng các quy trình công nghệ (QTCN) chế tạo
MFTĐ 6MW là một nội dung nghiên cứu trọng y

vực mới mẻ. Tuy nhiên đối với trình độ sản xuất thiết bị điện trong nước thì
15
đây là vấn đề cần được xem xét, nghiên cứu. Theo số liệu thống kê từ năm
2000 đến 2004 cho thấy các công trình thủy điện do tập đoàn Điện lực Việt
Nam (EVN) làm chủ đầu tư số lượng là 24 công trình, tổng công suất
6000MW. Ngoài EVN có 76 dự án với tổng công suất 1840MW. Toàn bộ
thiết bị thuỷ điện đều nhập ngoại, các MFTĐ công suất đến 6MW chủ yếu là
nhập t
ừ Trung Quốc. Do vậy để từng bước nội địa hoá các thiết bị máy phát
thuỷ điện theo mục tiêu chiến lược của ngành điện thì các nhà khoa học và
các doanh nghiệp sản xuất trong nước cần phải đầu tư nghiên cứu và để trong
thời gian ngắn có khả năng từng bước chế tạo được các thiết bị cho nhà máy
thuỷ điện. Do vậy nghiên cứu thiết kế máy phát thuỷ
điện là một nhu cầu lớn
và cấp bách của ngành Công nghiệp nước nhà.
Nhu cầu sử dụng và ý nghĩa thực tế của đề tài.
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng năng
lượng điện của thế giới nói chung và của nước ta nói riêng ngày một tăng cao.
Do đó việc xây dựng thêm nhiều các nhà máy phát điện là rất cần thiết. Trong
đ
ó thì thuỷ điện vừa và nhỏ chiếm tỷ lệ rất lớn trong kênh đầu tư của Chính
phủ về phát triển nguồn năng lượng.
Đánh giá về nhu cầu trong nước cho thấy, hiện nay đang có hàng ngàn
dự án công trình thủy điện nhỏ, công suất các tổ máy chủ yếu là dưới 6MW,
đang được triển khai ở khắp mọi miền trong nước. Cho tới nay toàn bộ MFTĐ
cho các công trình này đều đượ
c nhập ngoại. Tiềm năng thuỷ điện của nước ta
còn rất dồi dào, nhu cầu tiêu thụ điện năng cũng ngày càng tăng nhanh. Do
vậy chắc chắn trong vòng vài chục năm tới nhu cầu thị trường trong nước về
MFTĐ còn rất lớn.

năm giữa thế kỷ 18, cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công
nghệ, ngành thuỷ điện nói chung và thiết bị thuỷ điện nói riêng đã có nhiều
17
thay đổi lớn về công nghệ thiết kế, chế tạo, quy trình tháo lắp, vận hành và sử
dụng. Cho đến nay ngành chế tạo thiết bị thuỷ điện đã đạt trình độ khá hoàn
thiện với công suất mỗi tổ máy có thể lên tới hơn 1 triệu kilowatt. Đặc biệt,
vấn đề điều khiển tự động hoá đã được sử dụng rộng rãi và đạt hiệu quả
cao.
Ở các nước công nghiệp phát triển thì việc nghiên cứu thiết kế, công
nghệ chế tạo máy phát thuỷ điện công suất tới vài chục ngàn kilowatt và các
thiết bị điều khiển đồng bộ đã đi vào ổn định. Hiện tại họ chỉ còn tập trung
vào nghiên cứu áp dụng công nghệ và vật liệu mới để giảm chi phí sản xuất
và nâng cao tính năng, hiện đại hoá sản phẩm. Các n
ước công nghiệp vẫn
không ngừng nghiên cứu và cải tiến đang tập trung vào các khâu sau:
+ Khâu thiết kế MFTĐ:
- Sử dụng các phần mềm tính toán thiết kế tiên tiến, tính toán toàn bộ
các thông số kỹ thuật về điện từ, tính toán kết cấu, dựng hình không gian ba
chiều toàn bộ máy phát, xây dựng các hình ảnh về tập trung ứng lực, ứng suất
một cách trực quan, lập phân bố từ trường, phân bố nhiệ
t ba chiều.
- Nghiên cứu cải tiến kết cấu của máy, nghiên cứu sử dụng các vật liệu
mới, nhằm giảm trọng lượng máy, nâng cao tính năng, tuổi thọ của máy như:
nghiên cứu ứng dụng các vật liệu kết cấu mới như thép trục, thép kỹ thuật
điện, vật liệu cách điện. Vật liệu cách điện mới cho phép rút giảm chiều dày
cách đi
ện, nâng cao độ bền cơ, độ bền điện , từ đó góp phần giảm vật tư và
nâng cao tuổi thọ. Vật liệu dẫn từ mới cho phép mật độ từ thông cao hơn,
giảm suất tổn hao. Một hướng nghiên cứu quan trọng là nghiên cứu các
phương pháp làm mát MFTĐ, như làm mát máy bằng nước, làm mát bằng khí

quy mô lớ
n ( Thuỷ điện Hoà Bình, Yaly, Cần Đơn ) cũng như các nhà máy
quy mô vừa và nhỏ đều phải nhập khẩu của nước ngoài, chi phí cao. Do phải
nhập khẩu thiết bị nên không chủ động trong việc cung cấp thiết bị đồng bộ
cũng như các phụ tùng thay thế khi sửa chữa, bảo dưỡng máy móc. Do vậy,
19
việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt thiết bị thuỷ điện công suất đến
6MW cho nhà máy thuỷ điện vừa và nhỏ, từng bước nâng cao tỷ lệ nội địa
hoá sản phẩm là rất cần thiết và cấp bách.
Công ty cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà Nội là doanh nghiệp hàng đầu
của Việt Nam trong lĩnh vực chế tạo máy
điện và thiết bị điện. Trong khuôn
khổ của đề tài thực hiện năm 2003-2005, Công ty đã nghiên cứu, chế tạo, lắp
đặt và thử nghiệm thành công động cơ đồng bộ 500kW-300vg/ph-6,3kV.
Động cơ này có kết cấu tương tự như MFTĐ nhưng với công suất nhỏ hơn 10
lần.
Trong phạm vi của đề tài "Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và lắp đặt máy
phát thuỷ
điện công suất 6MW của Nhà máy thuỷ điện Đaksrông", cơ quan
chủ trì đề tài đã nghiên cứu đưa ra đầy đủ các sản phẩm của đề tài như đã
dăng ký với Ban Chủ nhiệm Dự án, Bộ NN&PTNT và Bộ KH&CN. Đặc biệt
là đề tài đã thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thành công MFTĐ 6MW. MFTĐ
đã được lắp đặt và đưa vào sử dụng tạ
i Nhà máy Thuỷ điện Đaksrông, đã phát
điện thương phẩm và đang hoạt động ổn định từ ngày 31/8/2010.
Kết quả nghiên cứu của đề tài khẳng định khả năng chế tạo MFTĐ đến
6MW trong nước. Nghiên cứu thực hiện đề tài đã góp phần trang bị cho cơ
quan chủ trì đề tài những kiến thức về thiết kế, công nghệ, thử nghiệm, kinh
nghi
ệm nghiên cứu. Nâng cao năng lực sản xuất, góp phần đào tạo đội ngũ


21
CHƯƠNG 1. XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ KỸ THUẬT, YÊU CẦU KỸ
THUẬT CỦA SẢN PHẨM MẪU.
1.1. Tổng quát.
Các nội dung của đề tài được nghiên cứu để áp dụng không phải chỉ
cho một sản phẩm mà cho các sản phẩm đến công suất quy định. Khi nghiên
cứu, cơ quan chủ trì đề tài phải lựa chọn đối tượng để đưa các nội dung
nghiên cứu vào ứng dụng và chế tạ
o ra được sản phẩm cụ thể để chứng minh
tính đúng đắn hợp lý của các kết quả nghiên cứu.
Sản phẩm của đề tài được lựa chọn theo các tiêu chí sau:
- Công suất tối đa trong dãy đã đăng ký;
- Sản phẩm mẫu chế tạo có địa chỉ tiêu thụ, và có nhu cầu của thị trường;
- Sản phẩm mẫu phải được đánh giá thử
nghiệm khả năng sử dụng tại
hiện trường và phải có các sản phẩm tương tự để so sánh, xác nhận giá
trị sử dụng của các nội dung và kết quả nghiên cứu.
Để lựa chọn sản phẩm của đề tài, cơ quan chủ trì đề tài đã tiếp xúc với
Cục quản lý nhà nước – Bộ NN & PTNT, qua quá trình nghiên cứu thực trạng
sử dụng và nghiên cứu năng lực ch
ế tạo máy phát thuỷ điện nhỏ ở Việt Nam,
đề tài đã chọn đối tượng nghiên cứu thiết kế và chế tạo là máy phát thuỷ điện
6MW-600vg/ph-6,3kV, công suất gần như lớn nhất trong dãy sản phẩm
nghiên cứu, có địa chỉ lắp đặt, có điều kiện thử nghiệm và đánh giá các thông
số kỹ thuật sau khi chế tạo. Bộ NN & PTNN sẽ tạo các điều ki
ện và giúp đỡ
Công ty HEM nghiên cứu và lắp đặt thử nghiệm sản phẩm tại tổ máy phát
6MW của Nhà máy thuỷ điện Đaksrông bên cạnh hai tổ MFTĐ cùng loại do
Trung Quốc chế tạo.

Đaksrông. Sản phẩm của Đề tài được lắp cùng trạm thuỷ điện với 2 MFTĐ do
Trung quốc sản xuất có đủ điều kiện để xác định các chỉ tiêu kỹ thuật, đo độ
ồn, độ rung, xác định nhiệt độ của bối dây stato, nhiệt độ ổ đỡ trượt, tốc độ,
dòng kích từ, dòng điện làm việc, công suất không tải, có tải .v.v
Nhóm nghiên cứu
đã tham khảo các tài liệu của Trung quốc, các yêu
cầu của dự án và đưa ra các thông số kỹ thuật cơ bản của máy phát cho tổ
máy phát thuỷ điện Đaksrông như sau:
1.2.1. Kiểu máy và định mức
Máy phát điện 6MW của Đề tài là máy phát điện đồng bộ 3 pha, trục
đứng.
Máy phát điện có các thông số như sau :
1/ Kiểu vận hành Liên tục
2/ Công suất định mức N = 6000kW
3/ Điện áp đị
nh mức U = 6,3kV
4/ Dòng điện định mức I = 687,32 A
5/ Tần số định mức f = 50Hz
6/ Hệ số công suất định mức Cosϕ = 0,80
7/ Hiệu suất η = 96,35%
8/ Cấp cách điện F
9/ Điện áp kích từ 115 VDC
10/ Dòng điện kích từ 470 A
1.2.2. Tốc độ
Tốc độ định mức của máy phát điện 600vg/ph. Máy phát điện phải
được thiết kế chịu được tốc độ
lồng max 1019vg/ph.
24

1.2.3. Chiều quay

tb
=
7
Trong đó η
A
, η
B
, η
C
, η
D
, η
E
, η
F
, η
I
, là hiệu suất đảm bảo tương ứng với
các phụ tải 100%; 90%, 80%; 70%; 60%; 50%; 40%, công suất định mức của
máy phát điện là 6000kW với hệ số cos ϕ = 0,80, ở tần số định mức và điện
áp định mức.
Tất cả các tổn hao đều được hiệu chỉnh về nhiệt độ 75
0
C. Cách tính các
tổn hao để tính hiệu suất phải phù hợp với tiêu chuẩn IEC34-2 và 34-2A (các
phương pháp xác định tổn hao và hiệu suất của máy điện qua thử nghiệm).
1.2.5 Bội số dòng ngắn mạch (SCR)
Bội số dòng ngắn mạch phải nằm trong khoảng từ 1,0 - 1,05 (theo yêu cầu
của Chủ đầu tư - Công ty Cổ phần Thuỷ điện Đaksrông).
1.2.6 Dạng sóng

Máy phát điện phải áp dụng các giới hạn tăng nhiệt độ cho phép theo
yêu cầu khách hàng. Khi máy phát điện vận hành liên tục với công suất định
mức, ở điện áp định mức, cosϕ định mức và tần số định mức, giới hạn tăng
nhiệt độ được quy định trong bảng 1.2.
Bảng 1.2 Giới hạn tăng nhiệt
độ cho phép của máy phát.
Bộ phận máy phát điện Phương pháp đoGiới hạn tăng
nhiệt độ không
quá
Cuộn dây Stato

Nhiệt điện 80
0
C

Cuộn dây Rô to

Điện trở 80
0
C

Lõi từ và các phần khác tiếp xúc với
cuộn dây
Nhiệt điện trở 80
0
C