Tiểu luận Vận hành nhà máy thủy điện - Nguyễn Khánh Hòa

c vận hành hợp lý thường được thiết lập phục vụ cho các mục đích này trong mỗi công ty hoặc trong nhà máy điện. Nhân viên vận hành phải nắm được các quy trình, quy phạm và chỉ dẫn này. Các quy trình, quy phạm và chỉ dẫn này thường mô tả các hạng mục cần thiết mà nhân viên vận hành phải hiểu và nắm được trong quá trình vận hành tuần tự, xử lý sự cố, trong công việc kiểm tra và sửa chữa. Nhưng họ phải có những hiểu biết cơ bản về kỹ thuật và an toàn của các quy trình, quy phạm và chỉ dẫn để thực hiện cho tốt. Và sự nỗ lực không ngừng cùng với thái độ nghiêm túc là cần thiết cho việc vận hành tốt hơn bên cạnh các quy định này. 
Nhiệm vụ vận hành thường bao gồm việc vận hành bản thân thiết bị, và kiểm tra tình trạng thiết bị. Công việc vận hành nhà máy thủy điện thường được diễn ra liên tục (24 giờ, 365 ngày trong một năm), vì vậy thường được thực hiện theo ca, kíp.
Nhiệm vụ của nhân viên vận hành bình thường:
Nhân viên vận hành nhà máy thuỷ điện cần luôn luôn chú ý duy trì nhà máy thuỷ điện trong tình trạng tốt để cung cấp điện năng ổn định. Nhân viên vận hành cần phát hiện các biểu hiện khác nhau của sự cố và đưa ra các biện pháp để ngăn ngừa sự cố xảy ra, ngay cả đối với các nhà máy điều khiển tự động hoàn toàn. Các quy trình, quy phạm liên quan để vận hành hợp lý được đưa ra trong nhà máy thuỷ điện, nhằm: 
Nắm được các quy trình, quy phạm về vận hành nhà máy thuỷ điện. 
Nắm rõ mạch điện, hệ thống bảo vệ, hệ thống vận hành thủy, hệ thống làm mát, hệ thống dầu bôi trơn, v.v. của các nhà máy thuỷ điện một cách chi tiết. 
Nắm được tình trạng vận hành của nhà máy thuỷ điện tại mọi thời điểm.
Kiểm tra công suất phát, điện áp, dòng điện, hệ số công suất, v.v. của máy phát và điều chỉnh chúng một cách chính xác tại mọi thời điểm. 
Ghi nhớ cao độ việc vận hành hiệu quả.
Tránh tình trạng vận hành không bình thường (vd: vận hành với công suất phát thấp) bởi hư hỏng turbine, hiện tượng xâm thực. 
Kiểm tra nhiệt độ cuộn dây máy phát, ổ trục, và các thiết bị khác. 
Kiểm tra tình trạng, nhiệt độ của dầu bôi trơn và nước làm mát.
Kiểm tra, nắm rõ tình trạng của thiết bị thông qua tuần tra theo tần suất và phương pháp. 
Kiểm tra dữ liệu so sánh với dữ liệu đã ghi nhận trong quá khứ để đánh giá tình trạng thiết bị. 
Tuân theo lệnh từ trung tâm điều độ theo quy trình quy phạm, bởi vì nhân viên vận hành tại nhà máy điện không thể biết tình hình thực tế của toàn hệ thống từ nhà máy điện. 
Vận hành theo yêu cầu của nhân viên có trách nhiệm dựa trên sự chuẩn bị đầy đủ tránh nhầm lẫn trong vận hành.
Nhiệm vụ của nhân viên bảo dưỡng khi cắt thiết bị
Khi tiến hành công việc (bảo dưỡng hoặc sửa chữa) trong tình trạng cắt điện các thiết bị liên quan, nhiệm vụ của nhân viên chịu trách nhiệm vận hành và người chịu trách nhiệm về công việc trên phải nắm rõ một cách đầy đủ. Nhân viên vận hành phải nắm được các nội dung dưới đây để thực hiện công việc an toàn và đảm bảo chắc chắn thiết bị liên quan đã cắt điện. Các quy trình quy phạm an toàn được đưa ra bởi mỗi nhà máy điện, nhằm:
Nắm trước được khu vực làm việc, thời gian, khu vực mất điện và nội dung công việc một cách đầy đủ trên cơ sở thống nhất trong cuộc họp với người chịu trách nhiệm công việc. 
Thông tin với nhân viên vận hành nhà máy thực hiện thao tác cắt điện một cách chính xác để xác nhận tình trạng an toàn và cắt điện khu vực làm việc. Sau xác nhận này cho phép người chịu trách nhiệm tiến hành công việc. 
Làm rõ tình trạng công việc và khu vực cắt điện cho tất cả các nhân viên vận hành của nhà máy thuỷ điện tránh thao tác gây nguy hiểm. 
Giữ liên lạc với người chịu trách nhiệm theo tiến trình công việc. Nếu cần thiết bổ sung hoặc thay đổi công việc so với kế hoạch ban đầu thì yêu cầu này phải được thông báo cho từ người chịu đảm nhiệm công việc tới các nhân viên chịu trách nhiệm vận hành. Yêu cầu này phải được xác nhận từ quan điểm về an toàn trước khi cho phép và việc thảo luận phải được tiến hành với nhân viên của trung tâm điều độ có liên quan dựa trên báo cáo. 
Xác nhận về an toàn và các điều kiện cần thiết của khu vực làm việc và thiết bị thông qua tuần tra hiện trường sau khi người chịu trách nhiệm báo cáo kết thúc công việc. Sau khi xác nhận, thiết bị điện cần được đưa về trạng thái ban đầu để nhân viên vận hành có thể đóng điện từ hệ thống. Để vận hành các thiết bị nhận và phát điện dưới sự cho phép của nhân viên trung tâm điều độ liên quan. 
Kế hoạch vận hành nhà máy thủy điện
Kế hoạch vận hành tối ưu của nhà máy thủy điện được chia thành kế hoạch vận hành dài hạn và ngắn hạn.
Kế hoạch vận hành tối ưu dài hạn (kế hoạch năm): nhằm đạt được doanh thu cực đại trong năm kế hoạch vận hành. Dữ liệu đầu vào chính của kế hoạch vận hành tối ưu dài hạn là dòng chảy tự nhiên trung bình tháng về hồ. Dòng chảy tự nhiên trung bình tháng có thể được dự báo dựa trên tần suất của dữ liệu các dòng chảy trong quá khứ. Ngoài ra, còn có các dữ liệu đầu vào khác như: dung tích hữu ích của hồ, cột nước cực đại Hmax, các đặc tính hồ (đường cong đặc tính thể tích, đặc tính mức nước thượng lưu, hạ lưu). Biến quyết định và biến trạng thái của kế hoạch vận hành tối ưu dài hạn là lưu lượng phát điện trung bình hằng tháng và mức nước hồ (dung tích hồ) đạt được cuối mỗi tháng. Kế hoạch vận hành tối ưu dài hạn được dùng để xác định dung tích nước tối ưu vào cuối tháng sẽ tích trữ trong hồ chứa và lưu lượng nước phát điện trung bình tối ưu trong từng tháng của năm kế hoạch vận hành.
Kế hoạch vận hành tối ưu ngắn hạn bao gồm kế hoạch vận hành ngày và kế hoạch vận hành tuần. Dữ liệu đầu vào chính của kế hoạch vận hành tối ưu ngắn hạn là dòng chảy tự nhiên về hồ được dự báo, đặc tính phát của nhà máy, giá thị trường được dự báo Ngoài ra, còn có các dữ liệu đầu vào khác như: dung tích hữu ích của hồ, cột nước cực đại Hmax, các đặc tính hồ (đường cong đặc tính thể tích, đặc tính mức nước thượng lưu, hạ lưu), mức nước ban đầu và mức nước cuối cùng. Biến quyết định và biến trạng thái của kế hoạch vận hành tối ưu ngắn hạn là lưu lượng phát điện hằng giờ/ ngày và diễn biến mức nước hồ hằng giờ/ ngày. Kế hoạch vận hành tối ưu ngắn hạn được dùng cho tính toán sơ bộ để chuẩn bị chào giá cạnh tranh trên thị trường điện.
Hiện tượng xâm thực trong nhà máy thủy điện
Nguyên nhân, tác hại
Nước chuyển động với vận tốc lớn, ở những vùng có tốc độ cao sẽ phát sinh hiện tượng áp suất giảm thấp. Khi áp suất bằng áp suất hơi, nước sẽ sôi và bốc hơi tạo thành các bọt khí,các bọt khí này vỡ ra với năng lượng lớn làm mài mòn hay làm rổ các bộ phận tiếp xúc với nước, đặc biệt là bánh xe công tác. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng xâm thực.
Cho đến nay các nghiên cứu về hiện tượng xâm thực vẫn chưa được hoàn chỉnh, song nói chung nhiều ý kiến tương đối thống nhất cho rằng quá trình phát sinh hiện tượng xâm thực có thể giải thích như sau: 
Trước hết các chỗ có áp suất thấp hơn áp suất bốc hơi, các thể khí hòa tan tách ra khỏi nước tạo thành bọt nhỏ lẫn lộn trong nước, gặp nơi có áp suất cao, xuất hiện sự ngưng tụ, dưới tác dụng bao vây đối xứng của áp suất nước, các bọt nước bị thu hẹp thể tích, nước xung quanh bọt khí cũng tăng tốc độ chuyển động hướng vào tâm bọt khí. 
Lúc bọt khí bị thu hẹp đến mức độ nhất định sẽ vỡ và tạo thành các bộ phận nhỏ đồng thời với sự tan vỡ đó sẽ sản sinh ra hiện tượng các phần tử nước va chạm lẫn nhau hay còn gọi là hiện tượng thủy kích cục bộ, áp suất tăng vọt không đều. Áp suất thủy kích cục bộ đó có trị số gấp nhiều lần áp suất không khí, có khi đạt hàng trăm hàng nghìn áp-mốt-phe. Nếu các bọt khí đó tiêu tan và tan vỡ ở bề mặt bánh xe công tác, sẽ có hiện tượng như là mũi dao không ngừng kích vào bề mặt nó và trải qua thời gian lâu dài do sự mỏi mệt cơ khí gây nên rỗ bề mặt . Ngoài ra còn có các hiện tượng hóa học, điện, ôxi hóa... cùng với hiện tượng trên thúc đẩy sự phá hoại bề mặt bánh xe công tác. 
Khi áp suất giảm thì độ hòa tan của các thể khí đối với nước cũng giảm. Sau khi không khí tách ra trên bề mặt bánh xe công tác thì sẽ sản sinh ra hiện tượng han rỉ gây ra hư hỏng gọi là phá hoại của hóa học. 
Lúc thể tích bọt khí bị thu nhỏ tương đương với quá trình nén, nhiệt độ sẽ tăng cao, ngoài ra dưới tác dụng của thủy kích, sản sinh hiện tượng biến dạng và nước, nhiệt độ cũng tăng. Thực nghiệm cho thấy nhiệt độ tức thời do sự tan vỡ của các bọt khí có khi tăng tới 3000C mặt khác do sự phân bố không đều nhiệt độ do trên bề mặt bánh xe công tác, giữa vùng nóng và vùng lạnh tạo ra dòng điện, gây hiện tượng điện phân bề mặt kim loại dẫn đến sự phá hủy bề mặt bánh xe công tác. 
Qua phân tích trên ta thấy rằng, hiện tượng xâm thực là một hiện tượng khá phức tạp. Tác dụng phá hoại của xâm thực là tác dụng tổng hợp của các hiện tượng hóa học, cơ khí, điện phân... trong đó tác dụng phá hoại cơ khí là chủ yếu, tuy nhiên các hiện tượng trên có tác dụng tương hỗ thúc đẩy lẫn nhau. Tác dụng hóa học điện phân thúc đẩy tác dụng cơ khí. Ngược lại do sự phá hoại cơ khí tăng nhanh, làm cho phá hoại hóa học và điện phân càng có điều kiện tăng nhanh. 
Hiện tượng xâm thực sản sinh không những làm mài mòn hay làm rổ bề mặt thiết bị, mà còn sản sinh ra một loạt hiện tượng và gây hậu quả không tốt trong quá trình vận hành. Ví dụ gây nên chấn động tiếng ồn của máy làm cho một phần năng lượng nước chuyển thành nhiệt năng, hơn nữa thúc đẩy sự phá hoại của xâm thực. Lúc bọt khí nhiều đến một mức độ nào đó làm cho chuyển động của nước không còn là chuyển động liên tục, ảnh hưởng xấu đến sự chuyển biến năng lượng nước làm giảm hiệu suất turbine. 
Vấn đề xâm thực là vấn đề “nhức nhối” trong vận hành turbine, chính vì thế, nó được coi là “căn bệnh ung thư” trong công tác vận hành hệ thống thủy lực.
Cách hạn chế hiện tượng xâm thực
Duy trì áp suất phía dưới bánh xe công tác lớn hơn hoặc bằng áp suất giới hạn. 
Điều chỉnh độ cao tâm bánh xe công tác tương ứng với chiều cao hút cột nước sao cho áp suất vùng bánh xe công tác không thấp hơn áp suất giới hạn. Ðồng thời, trong công tác vận hành phải luôn giữ cho turbine làm việc trong vùng đặc tính của vận hành do nhà chế tạo quy định.