Thiết kế, xây dựng và vận hành khai thác các trạm bơm vừa và lớn

Trong quá trình khảo sát thiết kế, thi công, lắp đặt và vận hành quản lý các trạm bơm vừa và lớn, nhiều giải pháp kỹ thuật quản lý đã được áp dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao, tạo điều kiện phát huy năng lực công trình và vận hành, quản lý thuận lợi. Tuy nhiên, bên cạnh đó cũng bộc lộ một số tồn tại cần rút kinh nghiệm. Bài viết xin giới thiệu tổng quan các vấn đề trên

1. Chọn tuyến công trình và vị trí đặt trạm bơm

Các trạm bơm được thiết kế và thi công gần đây đều được nghiên cứu chọn tuyến hợp lý, bảo đảm máy bơm làm việc ổn định.

Tuyến công trình phải đặc biệt lưu ý đến chất lượng thuỷ lực ở bể hút, buồng hút của trạm bơm. Nếu không có lí do gì khác thì tuyến công trình tốt nhất là vuông góc với kênh hút.

Kinh nghiệm cho thấy việc chọn tuyến có ảnh hưởng rất lớn đến việc bố trí công trình, biện pháp xử lý nền móng, biện pháp và tiến độ thi công, vấn đề an toàn trong thi công, vốn đầu tư công trình, chất lượng thuỷ lực của bể hút, buồng hút và cuối cùng là hiệu quả hoạt động.

2. Bố trí tổng thể công trình

Bố trí tổng thể trạm bơm cho hài hoà và hiệu quả cho vận hành sử dụng đồng thời giảm chi phí đầu tư

Các trạm bơm hiện nay đa phần bố trí trạm biến thế một bên có đường vận hành riêng, nhà quản lí cùng với đường vận chuyển bơm và thiết bị được bố trí đồng thời đi cùng với sân và vào cổng chính của công trình. Nhà quản lí thường được xây dựng riêng tách hẳn với nhà máy.

Trạm biến thế bố trí sát phía bể hút của cửa vào nhà máy và được bố trí đường vận hành chung vào cổng chính. Cách bố trí này vừa đảm bảo công tác bảo vệ qua đêm, vừa đảm bảo khô ráo để đặt các tủ bảng điện bảo vệ hoặc các loại tủ điều khiển, vừa hợp lý khi quan sát toàn cảnh hoạt động của các máy..., vừa tiết kiệm chi phí đầu tư.

Nên cân nhắc bố trí tầng hai phía trên dàn kéo phai phía bể hút để xắp xếp các phòng họp chung, phòng điều khiển và các gian đặt các tủ điện, gian trực ngủ qua đêm cho cán bộ vận hành, có hành lang nhìn xuống gian động cơ bao quát được toàn bộ hoạt động của các tổ máy.

3. Nhà trạm

Nhà trạm gồm bể hút, bể xả, gian đặt máy bơm, gian sửa chữa, gian điều khiển vận hành.

Tuỳ theo kết cấu máy bơm mà nhà máy là loại một sàn hay hai sàn, buồng khô hay buồng ướt.  Tuỳ theo yêu cầu cụ thể và loại máy mà lựa chọn loại kết cấu trạm cho phù hợp.

Thường các bơm có công suất lớn, lưu lượng trên 20.000m3/h, người ta  chọn bơm loại kết cấu hai sàn. Những nhà máy có yêu cầu máy bơm dài(dao động mực nước hút lớn) cũng nên chọn kiểu hai sàn, lựa chọn đúng loại sẽ đảm bảo tổ máy hoạt động bền, đỡ rung và giảm được chi phí đầu tư.

+ Bể hút

Bể hút đóng vai trò rất quan trọng quyết định nhiều đến chất lượng thuỷ lực của buồng hút và do đó ảnh hưởng đến độ bền và hiệu suất làm việc của máy bơm. Cho đến nay hầu hết các trạm bơm lớn vấn đề bể hút và buồng hút vẫn chưa được cải thiện nhiều, đa số các trạm bơm lớn khi hoạt động hai máy hai đầu nhà máy thường vẫn bị thiếu nước, bị xoáy, máy rung nhiều và chóng hỏng.

Nhiều trạm bơm khi thiết kế bể hút mái dốc của đoạn mở rộng nối tiếp với công trình lấy nước bằng tường cánh gà không đảm bảo góc 45 độ với trục tim của trụ pin biên của công trình lấy nước, không kiểm tra bằng mô hình toán hoặc mô hình vật lý

+ Buồng hút

Buồng hút có kích thước định hình được tính theo các công thức kinh nghiệm.

Tuỳ loại kết cấu máy mà buồng hút có kết cấu khác nhau. Buồng hút của các loại bơm có lưu lượng lớn  phải được đặc biệt chú ý  đến chất lượng thuỷ lực, nhất là loại bơm kiểu  buồng ướt. Khi hoạt động, do có nhớt nên lớp nước trước bánh công tác cũng có vận tốc vòng và quay theo chiều quay của cánh, kết hợp với dòng vào buồng hút không đối xứng nên tạo thành các loại xoáy mặt và xoáy ngầm. Xoáy mặt chúng ta dễ dàng phát hiện bởi các phễu khí, riêng xoáy ngầm phải có kinh nghiệm nghe qua tiếng động bất thường về thuỷ lực khi bơm vận hành. Cả hai loại xoáy này đều gây rung động máy và làm cho máy chóng hỏng. Người ta thường bố trí chóp dẫn dòng ở buồng hút hoặc các vách dẫn dòng ở phía cuối buồng hút để làm nhiệm vụ hướng dòng và tránh hiện tượng phát sinh xoáy. Đây không phải là giải pháp phá xoáy mà là hướng dòng để không có xoáy. Ngoài ra, do xoáy hai bên cánh gà nên buồng hút của hai máy hai đầu nhà máy thường bị bồi lắng, thiếu nước và gây xoáy làm bơm chóng hỏng.

Với mỗi loại máy bơm lắp đặt ở nhà máy kiểu buồng ướt, các trị số h1, h2, B và Lmin đều được nhà máy chế tạo ghi trên bản vẽ bố trí máy bơm của cataloge giới thiệu sản phẩm. Cán bộ tư vấn nên tham khảo cả các thông số tính toán theo các công thức trong sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi để lựa chọn thông số tốt nhất, không nên chỉ tính toán và lấy theo các công thức tính theo Dv, hoặc các trường hợp buồng hút chỉ tính theo chỉ dẫn của nhà thầu cung cấp máy.

Thường các bơm lớn có lưu lượng trên 10.000m3/h tốt nhất là làm buồng hút có ống hút cong được làm bằng bê tông hoặc thép gắn vào bê tông. Trường hợp những bơm còn lại phải bố trí chóp dẫn dòng đồng thời với các giải pháp kết cấu buồng hút để dẫn dòng đảm bảo không sinh xoáy(Sổ tay kỹ thuật thuỷ lợi phần 2 tập 3, trang 252). Những kích thước được tính toán và cần thiết phải được kiểm tra chí ít cũng bằng mô hình toán để kiểm soát được dòng chảy vào bơm đảm bảo phân bố đều và ổn định.

Cũng phải lưu ý rằng kích thước Dv của các nhà chế tạo bơm không giống nhau khi có cùng một đường kính cánh. Vì vậy công thức tính toán các kích thước dựa vào Dv sẽ không giống nhau khi so sánh các bơm có cùng một thông số Q, H của các công ty chế tạo bơm khác nhau. Người thiết kế phải có kinh nghiệm và so sánh với các buồng hút của các máy bơm có Q, H cùng loại đã được xây dựng trước đây có chế độ thuỷ lực buồng hút tốt mà quyết định thông số cho phù hợp.

+ Sàn bơm

Sàn đặt bơm thường được bố trí quạt hút để thông gió. Một số trạm mới xây dựng, bố trí quá nhiều quạt và công suất quá lớn, trong khi sàn đặt động cơ bố trí  quá ít.

+ Sàn động cơ

Cần phải tính toán bố trí quạt thông gió, vừa để lưu thông không khí đảm bảo thoáng mát cho cán bộ vận hành vừa để làm mát thiết bị

+ Gian sửa chữa và gian phân phối điện.

Hầu như gian sửa chữa của các trạm bơm đều bố trí ngay gian đầu tiên vào nhà trạm. Bố trí như vậy sẽ rất bất tiện cho việc giao thông và mỹ quan, đồng thời khi bố trí gian sửa chữa ở đầu nhà máy thì  gian điều khiển phân phối điện ở cuối nhà máy và chính điều này cũng làm khó khăn cho việc cần phải sử lý đóng ngắt trong trường hợp đặc biệt(hoả hoạn, chạm điện…). Gian sửa chữa nên có cấu tạo sàn bằng gỗ để đảm bảo đặt các chi tiết bơm được ổn định và có thể dùng được lâu bền.

+ Bể xả

Sau nhà trạm là bể xả, bể xả được nối với nhà trạm theo hai hình thức: Bể xả liền nhà máy hoăc bể xả tách rời nhà máy. Hai hình thức bố trí này hình thức bể xả liền nhà trạm có khối lượng và giá thành rẻ hơn. Bể xả xây liền nhà máy chỉ hợp lý khi máy bơm có cột nước thấp. Trường hợp máy bơm có cột nước cao, mực nước lớn nhất ở bể xả cao hơn nhiều sàn đặt động cơ thì phải xây dựng bể xả xa nhà máy, đặt bể xả lên đất nguyên thổ nối tiếp bằng đường ống xả với máy bơm

4. Máy bơm

Máy bơm giữ vai trò chính trong quá trình vận hành khai thác. Mỗi loại bơm thích ứng với một số đặc điểm địa hình và có những ưu điểm phù hợp với những điều kiện tự nhiên, nếu chọn nhầm sẽ gây tốn kém và không phát huy được hiệu quả: Bơm chìm cho vùng có dao động mực nước bể hút lớn, thường ngập lụt. Bơm xiên cho vùng bãi sông tránh xây dựng nhà trạm phức tạp, Bơm hướng trục trục đứng khả năng hút kém nên phải bố trí cánh ngập dưới nước…Bơm hướng trục trục ngang cho những vị trí có địa chất xấu…

Cần lưu ý: Lựa chọn máy bơm đúng chủng loại, có tính năng phù hợp(Lưu ý các điều kiện có dao động cột nước để chọn loại bơm)

Có điểm làm việc nằm trong vùng có hiệu suất cao

Kiểm tra sự quá tải của bơm ở vị trí có cột nước địa hình cao nhất.

Trường hợp đặc biệt phải chọn hai loại trong môt trạm hoặc chọn bơm thay đổi được góc đặt cánh.

4.1. Số lượng máy bơm trong trạm bơm

Số máy bơm trong trạm bơm không những ảnh hưởng lớn đến quy mô, kết cấu công trình đầu mối, đến chi phí đầu tư và cả quá trình quản lý vận hành sau này.

Số máy bơm trong một trạm bơm nhiều, dễ phù hợp với biểu đồ lưu lượng yêu cầu, hiệu suất sử dụng thường kém hơn, chi phí đầu tư ban đầu nhỏ. Nếu không có hỗ trợ vận hành bằng hệ thống điều khiển trung tâm thì phức tạp trong quản lý, vận hành khai thác

Số máy bơm trong một trạm bơm ít, đơn giản trong quản lý vận hành nhưng khó phù hợp với biểu đồ lưu lượng yêu cầu, đầu tư lớn hơn nhưng hiệu suất sử dụng lâu dài cao hơn.

Như vậy, đối với một quy mô tưới, tiêu xác định, cột nước yêu cầu xác định, số máy trong trạm bơm lớn hay nhỏ sẽ làm thay đổi đáng kể đến chi phí xây dựng, quản lý vận hành khai thác.

Kinh nghiệm xác định số máy bơm hiện nay:

Một số tài liệu hướng dẫn hiện nay khuyến cáo số máy bơm trong một trạm tốt nhất từ 4 đến 6 máy. Điều này có thể chỉ là kinh nghiệm được tổng kết dựa vào thực tế ở các giai đoạn trước đây, và vào khả năng điều hành quản lý của con người khi mà các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong chế tạo máy bơm, tự động hoá trong việc điều hành quản lý máy bơm chưa thực sự phát triển. Việc tính toán lưu lượng thiết kế một máy bơm còn phải được xem xét dựa vào khả năng đáp ứng các loại máy bơm của nơi cung cấp (các nhà máy sản xuất trong nước và ngoài nước).

Vì vậy có thể thấy rằng chỉ tiêu khống chế số lượng máy bơm trong một trạm được khuyến cáo như trước đây cần phải được kiểm chứng lại một cách tổng hợp hơn và chi tiết bằng việc tính toán tổng mức đầu tư và tính toán hiệu quả vận hành trong thời gian hoàn vốn sau này với từng loại máy và từng trạm cụ thể.

4.2. Tính toán và lựa chọn thông số thiết kế và hệ số dự trữ

Trong một trạm bơm, máy bơm phải đáp ứng hoạt động cho một dải thông số:

H (A-B)= Hmin đến Hmax;

Q(A-B) = Qmax đến Qmin

Và tương ứng với NdcA đến NdcB là nb (A) đến nb (B). Cán bộ tư vấn phải lựa chọn thông số thiết kế  để bơm có thể đáp ứng được phạm vi làm việc ở trên mà vẫn đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt nhất.

Thông thường chúng ta vẫn chọn thông số thiết kế của bơm Htk và Qtk là bộ thông số mà bơm sẽ làm việc nhiều nhất và nhà thầu thiết bị phải chào hàng loại bơm có tính năng tốt nhất cho yêu cầu của của dải thông số này. Nhà thầu nào có thiết bị phù hợp nhất, có dải nb (A) đến nb (B) lớn nhất sẽ là nhà thầu có bơm tốt nhất về mặt thuỷ lực để cung cấp cho trạm.

Lúc đó Ndc của động cơ sẽ tuỳ vào vị trí điểm Hmax (là điểm B, đối với bơm cánh cố định loại hướng trục), hiệu suất của bơm và động cơ mà nhà thầu cung cấp thiết bị sẽ quyết định giá trị Ndcvà được tính như sau:

NdC= (1.05 – 1.15) x (9,81 x Q(B) x H(B)): (nb (B) x ndc (B)).

Với các loại bơm cánh quay, trên cơ sở lựa chọn công suất động cơ cho điểm thiết kế, cần phải kiểm tra để đảm bảo công suất khi làm việc ở điểm Hmax

Tổ chấm thầu sẽ căn cứ vào thông số chào hàng của nhà thầu để chấm điểm và lựa chọn nhà thầu có bơm với thông số thuỷ lực tốt nhất.

4.3. Vấn đề xâm thực

Vấn đề xâm thực ảnh hưởng lớn và đặc biệt nguy hiểm đến chế độ làm việc của Bơm, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của các chi tiết. Đặc biệt là cánh, vành mòn, các ổ.

Đa số các bơm lớn loại hướng trục hoạt động ở vùng mực nước bể hút thấp đều dễ xảy ra xâm thực. Các trạm bơm lớn như Như trác, Thống nhất, Như Quỳnh đều bị hiện tượng xâm thực.

Vì vậy, cần phải có yêu cầu cụ thể trong các hồ sơ mời thầu và nhà thầu phải chứng minh được năng lực của mình bằng mô hình hoặc trực tiếp chạy máy bơm nguyên hình ở chế độ giới hạn của mực nước bể hút min.

Cùng một thông số nhưng các hãng chế tạo bơm khác nhau có các loại bơm có mức độ ngập cánh tối thiểu và khả năng chống xâm thực khác nhau. Thậm chí có hãng đề nghị độ ngập cánh có thể dương trong khi các hãng khác phải yêu cầu độ ngập âm.

Như vậy để đảm bảo thông số thiết kế nhà thầu tư vấn nên tham khảo vài hãng bơm để quyết định thông số ngập cánh tối thiểu(với bơm hướng trục, trục đứng), không nên chỉ dựa vào công thức tính toán theo lí thuyết.

4.4. Vấn đề kiểm tra đánh giá để nghiệm thu

Việc kiểm tra đánh giá chất lượng cả phần cơ, điện và thuỷ lực của các thiết bị là việc làm quan trọng và phải được thực hiện trước khi nghiệm thu, bàn giao. Để đánh giá được chính xác các giá trị của các thông số nhà thầu chào hàng, khi đấu thầu cần phải thành lập các tổ chuyên gia có chuyên môn, đầy đủ thiết bị mới có thể có kết quả chấm thầu tốt.

Riêng chất lượng thuỷ lực của các bơm lớn cần phải có thí nghiệm mô hình. Nhà thầu phải chứng minh bằng mô hình các thông số thuỷ lực như đã chào thầu và chứng minh thông số bơm nguyên hình được thiết kế tương tự với bơm mô hình. Có như vậy mới kiểm soát được chất lượng và giá trị thực của máy nguyên hình(máy thực). Sai số của các phép đo trong phòng thí nghiệm, tuỳ thuộc vào sai số của thiết bị đo mà có sai số từ 2% - 3%. Nếu kiểm tra ngoài hiện trường sai số có thể lên tới 5%- 10% và như vậy khi lấy các thông số đo hiện trường để đánh giá  bộ thông số chào thầu sẽ không có ý nghĩa.

5. Thiết bị điện

Hầu hết các trạm bơm lớn trước đây được xây dựng từ những năm chiến tranh và trong thời gian bao cấp  nên các thiết bị đóng ngắt, các thiết bị bảo vệ, các loại đồng hồ đo đếm, các thiết bị an toàn đều thiếu và không đồng bộ.

Mặt khác cùng với những lý do về kỹ thuật, cập nhật công nghệ còn hạn chế, các công tác trao đổi thông tin còn bị ràng buộc và đặc biệt là vấn đề về kinh phí nên các công trình đa phần được trang bị tiết kiệm .

Các động cơ nhập ngoại nói chung đều có chất lượng cao, nhưng do điều kiện khí hậu nóng, ẩm ướt cách điện suy giảm. Ngoài động cơ cao thế (6000 v) có thiết bị sấy thường xuyên, và một số động cơ lớn khác mới cải tiến, bổ sung thiết bị sấy, hầu hết các động cơ chỉ sau một ngày nghỉ vận hành cách điện chỉ còn: 0,01- 0,10 MW ; Rất nhiều động cơ chỉ số cách điện bằng không (0,00). Do nhiễm ẩm nhanh, nhưng  sấy lại rất lâu nên các trạm bơm thường cho động cơ làm việc trong tình trạng thiếu an toàn.

Tình trạng trang bị kỹ thuật không đồng bộ, ngoài việc chất lượng không đồng đều còn làm cho việc quản lý, vận hành khó khăn, dễ gây ra nhầm lẫn, không an toàn cho người và thiết bị.

Đa số các trạm bơm lớn hệ thống điều khiển tự động không làm việc được.  Những trạm bơm nói trên hiện tại vẫn đang vận hành bình thưòng, thậm chí người quản lý vẫn xem như không có gì đặc biệt bởi vì khi đóng điện động cơ vẫn chạy. Các trường hợp như vậy thực sự rất không an toàn cho người và thiết bị.

Thiết bị điện bao gồm máy biến áp, động cơ, dây dẫn, các loại tủ cao hạ áp(Tủ đầu vào, tủ phân đoạn, tủ khởi động động cơ, tủ bù, tủ tự dùng), hệ thống bảo vệ(Tủ bảo vệ động cơ, tủ bảo vệ tụ bù, tủ bảo vệ biến áp, tủ đo lường), hệ thống giám sát điều khiển(Tủ điều khiển trung tâm, tủ giám sát điều khiển tổ bơm, tủ điều khiển tại chỗ, tủ thu thập và chuyển đổi tín hiệu cảm biến), hệ thống một chiều(Tủ ác quy, tủ nạp). Các hệ thống này nên mời thầu kèm theo cùng với bơm và động cơ chính để đảm bảo được sự đồng bộ và các mối liên quan khi nhà thầu chọn các loại bơm và động cơ có các tính năng riêng.

5.1. Động cơ điện

Động cơ lắp với bơm ở các trạm là các động cơ đã được nhà máy chế tạo bơm lựa chọn phù hợp với các thông số của bơm. Khi tính toán thiết kế phải kiểm tra quá tải động cơ trong các trường hợp làm việc ở vị trí có công xuất lớn nhất.

Các động cơ này có điện áp làm việc nằm trong phạm vi cho phép (sai số ±5%). Tuy vậy hiện nay nhiều trạm trong thời gian chống úng điện áp không đảm bảo yêu cầu. Do đó hệ số dự trữ nên chọn từ 10-15%. Đối với các loại động cơ lớn nên có hệ thống tự động sấy khi cách điện không đảm bảo

5.2. Máy biến áp

Khi chọn máy biến áp, cán bộ thiết kế đã căn cứ vào công suất yêu cầu, điện áp của lưới và điện áp động cơ để chọn. Máy biến áp có hai loại: Tự dùng và loại dùng để chạy máy. Ví dụ về các loại máy biến áp đã dùng ở các trạm ghi trong bảng sau:

Để đảm bảo khi  máy biến áp chính bị hỏng vẫn có điện dùng, máy biến áp tự dùng phải được đấu thẳng vào lưới cao áp

5.3. Dây dẫn

a. Hệ thống đường dây từ máy biến áp đến tủ phân phối:

- Với các trạm dùng điện cao áp cáp được đI ngầm vào nhà máy.

- Với các trạm dùng điện hạ áp, cáp có bọc cánh điện đi lộ thiên hoặc cáp có bọc cách điện đi ngầm

b. Hệ thống đường dây từ tủ phân phối đến động cơ.

- Với các trạm dùng điện cao thế cáp cách điện đi bên dưới sàn động cơ đến từng động cơ.

- Với các trạm dùng điện hạ thế: dây cáp bọc cách điện đi dưới sàn động cơ hoặc đi lộ thiên theo tường đến từng động cơ. Một số trạm đường dây từ máy biến áp đến tủ phân phối chọn tiết diện không đủ gây nóng quá tải khi vận hành

5.4. Các loại tủ cao hạ áp

Bao gồm các tủ: Tủ đầu vào, tủ phân đoạn, tủ khởi động động cơ, tủ bù, tủ tự dùng. Các máy bơm công suất lớn hơn 8000m3/h sử dụng động cơ điện hạ thế lớn hơn 200 kw thường sử dụng một số loại thiết bị khởi động sau đây:

1/ Thiết bị khởi động kiểu biến thế tự ngẫu, điều khiển bằng tay

2/ Thiết bị khởi động kiểu biến trở, điều khiển bằng tay, sử dụng cho động cơ cuốn dây (K0-857 của Hung-ga-ri).

3/ Thiết bị khởi động kiểu biến trở, điều khiển bằng điện từ (ấn nút) sử dụng cho động cơ dây cuốn.

4/ Thiết bị khởi động kiểu kháng điện khô, điều khiển bằng điện từ(LMACS của Nhật).

5/ Khởi động động cơ không đồng bộ kiểu chuyển đổi sao tam giác

6/ Thiết bị khởi động qua bộ biến đổi bằng bán dẫn (thyristor), điều khiển bằng điện từ(KĐT-200,  sản phẩm của Đại học Bách khoa Hà nội).

Cấu tạo và biện pháp giảm dòng điện vào động cơ khi khởi động đối với các loại thiết bị khởi động kiểu biến trở và kiểu chuyển đổi sao-tam giác đơn giản chỉ điều khiển thay đổi cách nối dây vào stator, ít sử dụng trong các trạm bơm lớn. Hiện nay có 2 loại thiết bị khởi động chính sau đây thường gặp:

a/ Thiết bị khởi động kiểu kháng điện khô.

b/ Thiết bị khởi động kiểu bán dẫn (Thyristor).

a. Thiết bị khởi động kiểu kháng điện khô

Về cấu tạo, thiết bị khởi động kiểu kháng điện khô gồm 3 bộ phận chủ yếu sau đây :

Cuộn kháng lõi sắt đặt  ở 3 pha

- Các thiết bị đóng, cắt bằng điện từ (công tắc tơ, khởi động từ hoặc áp tô mát ) dùng để  làm nhiệm vụ tạo ra các cấp điện áp khi khởi động.

- Các thiết bị tự động điều khiển chương trình khởi động.

Riêng các kháng điện, sau khi chế tạo xong được tẩm sơn cách điện, sấy khô và phủ bọc ngoài  một lớp làm đông cứng (epoxy) để giữ cố định và chống ẩm.

Toàn bộ các thiết bị của bộ khởi động được đặt trực tiếp vào trong tủ.

Nguyên lý làm việc của thiết bị khởi động kiểu kháng điện là điều tiết điện áp đặt vào động cơ để không cho đòng điện tăng quá cao khi động cơ bắt đầu quay.

Điện áp sẽ được điều khiển tăng hai cấp từ  khoảng 65% định mức và sau đó là 100% điện áp lưới, trong khoảng thời gian từ 7 đến 10 giây.

b. Thiết bị khởi động kiểu bán dẫn Thyristor

Thiết bị khởi động kiểu bán dẫn  Thyristor  có 2 phần chính: Mạch lực và mạch điều khiển.

Mạch lực có phần  chủ yếu là bộ biến đổi thyristor ở 3 pha, mỗi pha được bố trí 2 thyristor đấu song song ngược. các phần phụ khác là cuộn  kháng, tụ điện, áp tô mát, để hạn chế tăng dòng, tăng điện áp cho thyristor và khống chế nguồn điện vào bộ điều khiển .

Mạch điều khiển được bố trí thành 2 panel: Panel nguồn và panel phát xung. Panel nguồn làm nhiệm vụ bảo vệ mất pha, bảo vệ quá dòng điện và tạo quy luật điều khiển khởi động, Panel phát xung điều khiển mở, đóng các thyristor. Do khả năng có thể khởi động cho nhiều tổ máy, nên khởi động kiểu bán dẫn còn có thêm các 2 chi tiết phụ khác là thanh cái khởi động và áp tô mát khởi động

Bộ khởi động kiểu bán dẫn làm việc theo nguyên tắc điều khiển góc mở thyristor để điều tiết lượng điện áp đặt vào động cơ sao cho dòng điện cực đại khi khởi động ở trị số ấn định khoảng 2 đến 2,5 lần dòng điện định mức đồng thời khi khởi động xong, động cơ được nối trực tiếp vào lưới điện, sau đó tự động tách khỏi bộ khởi động để kết thúc giai đoạn khởi động tổ máy .

5.5. Hệ thống bảo vệ bao gồm các tủ: Tủ bảo vệ động cơ, tủ bảo vệ tụ bù, tủ bảo vệ biến áp, tủ đo lường

5.6. Hệ thống giám sát điều khiển bao gồm các tủ: Tủ(bàn)điều khiển trung tâm, tủ LCU giám sát điều khiển tổ bơm, tủ điều khiển động cơ tại chỗ, tủ thu thập và chuyển đổi tín hiệu cảm biến

Các trạm bơm điện vừa và lớn thường có 3 chế độ điều khiển:

a. Tự động: Các trạm đặt máy OÕ6-145(4 trạm), Tân Chi có thể đặt chế độ điều khiển hoàn toàn tự động. Khi mở máy cũng như khi dừng máy chỉ cần ấn nút điều khiển là hệ thống điều khiển tự động làm việc, điều khiển phối hợp làm việc giữa máy bơm chính, động cơ, hệ thống bơm nước kỹ thuật, dầu... khi có sự cố máy tự ngắt, tình trạng làm việc của máy móc thiết bị được biểu hiện bằng hệ thống đèn tín hiệu. Bên cạnh bộ phận điều khiển tự động còn có các bộ phận điều khiển bằng tay để phòng khi sửa chữa, thay thế bộ phận tự động và khi bộ phận tự động không làm việc.

b. Bán tự động: Hai trạm dùng máy OÕ6-87 có chế độ điều khiển bán tự động. Về cơ bản làm việc như hệ thống tự động nhưng kém hơn ở chỗ không tự động liên động làm việc trong 1 tổ máy, còn phải dùng tay điều khiển một số động tác để tổ máy cùng hoạt động.

c. Điều khiển bằng tay: Các trạm dùng máy Việt Nam chế tạo, các máy CSV1000 của Hunggary, máy DU 750 của Rumani có chế độ điều khiển bằng tay, các van khóa đều dùng bằng tay.

5.7. Hệ thống điện một chiều bao gồm các tủ ác quy, tủ nạp

6. Thiết bị phụ trợ

Các thiết bị phụ trợ vừa đảm bảo cho bơm hoạt động được, vừa đảm bảo an toàn cho máy bơm và cho công nhân vận hành. Công tác thiết kế đòi hỏi phải am hiểu các thiết bị này để bố trí đủ và đúng chủng loại, đúng công suất, đúng vị trí. Chúng ta cũng phải nhận thức vai trò quan trọng của các loại thiết bị này từ các máy bơm nước kĩ thuật, hút nước hầm, quạt thông gió, bơm mỡ, bơm dầu…

7. Kết luận và kiến nghị

1. Nếu không có lí do gì khác thì tuyến công trình tốt nhất là vuông góc với kênh hút, trường hợp đặc biệt phải có thí nghiệm bằng mô hình vật lý hoặc mô hình toán. Trước đây thường ngại chọn phương án bể xả liền nhà máy vì sợ nước thấm vào nhà máy, nhưng ngày nay với kỹ thuật bê tông và phụ gia hiện có, việc chống thấm trở thành đơn giản thì nên chọn phương án bể xả liền móng khi cột nước bơm thấp.

2. Bố trí mặt bằng đầu mối trạm bơm phải chú ý đến vấn đề giao thông nội bộ, mĩ quan, vị trí của nhà quản lý nên cân nhắc để bố trí trên tầng hai dàn kéo phai và lưới chắn rác. Bố trí các gian phân phối điện, điều khiển và gian sửa chữa cho hợp lí .

3. Khi thiết kế bể hút, buồng hút các trạm bơm lớn cần phải kiểm tra bằng mô hình toán, hoặc phải tham khảo các trạm có sẵn với các máy bơm tương tự có chất lượng thuỷ lực bể hút và buồng hút tốt. Cần phải chú ý bố trí chóp và vách dẫn dòng cho các tổ máy bơm khi chọn bơm loại treo hoặc ngồi, trục đứng có kết cấu trạm bơm dạng buồng ướt

4. Bố trí gian sửa chữa. Gian lắp ráp sửa chữa của các trạm bơm nên bố trí phía cuối nhà máy để không làm ảnh hưởng đến giao thông và hoạt động cũng như vấn đề mĩ quan và vệ sinh của trạm.

5. Lựa chọn kiểu máy bơm phải dựa trên tính năng và tính ưu việt của tầng loại (máy bơm trục ngang, trục đứng, trục xiên, bơm chìm) để thiết kế bố trí công trình trạm phù hợp. Cán bộ làm công tác tư vấn phải hiểu đúng tính năng và tính ưu việt cũng như nhược điểm của từng loại bơm để lựa chọn cho hợp lí và phù hợp với địa chất của công trình, không nhất thiết phải bơm trục đứng, bơm hướng trục trục ngang có giá thành đầu tư công trình rẻ hơn nhiều bơm trục đứng.

6. Số lượng máy bơm được chọn phải tính toán kinh tế về bài toán đầu tư và hiệu quả khai thác vận hành để đảm bảo cả hiệu quả đầu tư và khai thác lâu dài, không nhất thiết số máy bơm chỉ từ 4 đến 6 máy(lời khuyên này không phù hợp trong điều kiện hiện nay về khả năng quản lý điều khiển vận hành bằng công nghệ mới).

7. Lựa chọn máy bơm cần thiết phải tính toán cụ thể các phương án( cánh quay, cánh cố định...) để lựa chọn phương án hiệu quả nhất, trong đó có tính đến hiệu suất của máy bơm ở điểm làm việc nhiều nhất của dải thông số yêu cầu và hệ số dự trữ.

Thông thường bơm được chọn cho một trạm xuất phát từ cánh sau:

- Cách thứ nhất: Cách này phải dựa trên cơ sở bơm có sẵn kèm với đường đặc tính tổng hợp có chất lượng thuỷ lực tốt, xem xét vị trí điểm làm việc nhiều nhất của máy bơm cần chọn ở vào góc đặt cánh nào của loại bơm có các thông số gần với bơm yêu cầu, trên cơ sở đó chúng ta có thể chọn loại bơm tương tự với bơm có sẵn và đồng thời biết khả năng bơm có làm việc được ở vùng thông số yêu cầu hay không và phạm vi hiệu suất có thoả mãn không? Phương pháp này có thể điểm làm việc nhiều nhất của bơm không phải là điểm có hiệu suất cao nhất.

- Cách thứ hai: Dựa vào một số bơm có sẵn có hiệu suất cao, chọn bơm thoả mãn yêu cầu mới bằng phương pháp tương tự. Lúc đó về cơ bản hiệu suất bơm sẽ không đổi, bơm mới nhận được đảm bảo các điều kiện sau:

Trường hợp đặc biệt, nhà thầu tư vấn nêu đưa ra các yêu cầu về cột nước, lưu lượng. Nhà thầu cung cấp thiết bị sẽ đưa ra các thông số đáp ứng trên cơ sở khả năng thiết kế và khả năng chế tạo được của mình.                         

8. Bố trí đầy đủ các thiết bị bảo vệ: Bảo vệ (điện áp, ngắn mạch, quá tải, mức thấp nhất của bể hút, mức cao nhất bể xả), điều khiển(tự động, bán tự động, điều khiển trung tâm, điều khiển tại chỗ…), khởi động mềm …

9. Có phương án xử lý tụt áp trong mùa mưa (tốt nhất là phương án thay đổi công suất bằng phương án quay cánh của những loại bơm có cánh quay)

10. Cập nhật công nghệ nói chung và công nghệ tự động hoá để hoàn thiện giải pháp điều khiển và quản lý đầu mối. Đề xuất thêm các phương án công nghệ bơm mới để so sánh lựa chọn: Bơm chìm, bơm hở, bơm đặt ngang…

11. Khi tính toán lắp đặt quạt ở sàn đặt bơm phải để ý một số điểm sau:

- Tính toán như nhà máy công nghiệp khi bơm được bố trí ổ chịu tải tại đầu bơm, bôi trơn bằng dầu hoặc mỡ có làm mát bằng không khí.

- Chỉ cần bố trí quạt thông gió để lưu thông không khí cho một tốp công nhân làm việc, nhiều nhất là 10 người khi ổ chịu tải của tổ bơm được bố trí ở đỉnh động cơ.

12. Rà soát lại các chỉ tiêu, tiêu chuẩn thiết kế trạm bơm, đặc biệt là xem xét lại các công thức tính toán bể hút, buồng hút, lựa chọn cột nước, hệ số dự trữ và các yêu cầu kĩ thuật về thiết bị.

13. Nên có một bộ thiết kế mẫu về đầu mối trạm bơm lớn, trong đó thể hiện được phần bố trí tổng thể đầu mối, bể hút, buồng hút, phòng điều khiển, gian sửa chữa, các thiết bị điện và điện tử, các thiết bị động lực chính, các loại tủ bảng điều khiển, cầu trục,  giao thông trong và ngoài nhà máy, đặc biệt là bộ hồ sơ mời thầu mẫu để thống nhất tạo điều kiện cho các nhà thầu tư vấn và ban quản lý triển khai đảm bảo đủ và đúng các yêu cầu kĩ thuật.

14. Nên mời thầu chế tạo, cung cấp Bơm cùng thời gian với mời thầu thiết kế kĩ thuật để thiết kế trạm bơm hợp lí.

Tác giả: TS. Phạm Văn Thu
Viện Bơm & Thiết Bị Thủy lợi- Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Tạp chí KH&CN Thủy lợi