ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕРХНЕ-АБАКАНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ АБАКАН. БЕЗОПАСНОСТЬ ВЫСОТНЫХ РАБОТ НА ОБЪЕКТАХ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ.
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ВЕРХНЕ-АБАКАНСКОЙ ГЭС 7
1 Анализ исходных данных 10
1.1 Топографические данные 10
1.2 Климат 10
1.3 Г идрология 10
1.4 Топографические характеристики водохранилища: кривые зависимости 11
1.5 Требования участников ВХК и потери воды 12
1.6 Данные по энергосистеме 12
2 Водно-энергетические расчеты и выбор установленной мощности 14
2.1 Определение расходов маловодного и средневодного года в заданном
створе 14
2.2 Годовой график нагрузки 16
2.3 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований ВХК 17
2.4 Баланс энергии 18
2.5 Водно-энергетический расчет на сработку - наполнение водохранилища
(90%) 19
2.6 Определение установленной мощности ГЭС 19
2.7 Баланс мощности 19
2.8 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в среднем по
водности году (50%) 20
3 Выбор оборудования 21
3.1 Режимное поле 21
3.2 Выбор системы и количества гидротурбин 22
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 26
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 28
3.5 Расчет спиральной камеры 29
3.6 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 31
3.7 Выбор вспомогательного оборудования 33
4 Электрическая часть 34
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 34
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 34
4.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 34
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 36
4.2.3 Выбор трансформаторов СН 37
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 38
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 39
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего напряжения 41
4.5 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 42
4.6.1 Расчёт исходных данных 42
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет
токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 43
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 45
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10.5 кВ 45
4.9 Выбор трансформаторов тока и напряжения 47
4.10 Выбор параметров ОРУ 48
4.10.1 Выбор выключателей и разъединителей 48
4.10.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 49
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Перечень защит основного оборудования 50
5.2 Расчёт номинальных токов 51
5.2 Описание защит и расчет их уставок 51
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 52
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un (Uo)) . 54
5.3.2 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 57
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 57
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок (/1) 61
5.2.6 Дистанционная защита генератора Z1 <, Z2 < 63
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 66
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 68
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 68
6 Компоновка и сооружения гидроузла 71
6.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 71
6.2 Гидравлический расчёт 73
6.3 Определение отметки гребня водослива 75
6.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
6.5 Расчёт водобойного колодца78 6.6 Пропуск расходов через донный водосброс 79
6.7 Конструирование плотины 81
6.7.1 Определение ширины подошвы плотины 81
6.7.2 Разрезка бетонной плотины швами 82
6.7.2 Быки 82
6.7.3 Устои 83
6.7.3 Дренаж тела бетонных плотин 83
6.7.4 Галереи в теле плотины 84
6.7 Основные элементы плотины 84
6.7.1 Понур 84
6.7.2 Шпунтовая стенка 84
6.7.3 Дренажные устройства в основании плотины 85
6.8 Конструктивные элементы нижнего бьефа 85
6.8.1 Колодец 85
6.9 Рисберма и ковш 85
6.9.1 Рисберма 85
6.9.2 Ковш 86
6.10 Фильтрационные расчёты подземного контура 87
6.10.1 Построение эпюры противодавления методом удлинённой
контурной линии 87
6.11 Обоснование надёжности и безопасности бетонной плотины 88
6.11.1 Определение основных нагрузок на плотину 88
6.12 Оценка прочности плотины 91
6.13 Критерии прочности плотины и ее основания 93
6.14 Расчёт устойчивости плотины 94
7 Охрана труда и противопожарная безопасность 96
7.1 Охрана труда 96
7.2 Пожарная безопасность 98
7.3 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния ВерхнеАбаканской ГЭС 100
7.3.1 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 100
7.3.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 101
7.3.3 Отходы, образующиеся при строительстве 103
7.3.4 Воздействия на природную среду в строительный период 103
8 Технико-экономические показатели 105
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 105
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 105
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 106
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 109
8.3 Оценка инвестиционного проекта 111
8.3.1 Методология, исходные данные 111
8.3.2 Коммерческая эффективность 112
8.3.3 Бюджетная эффективность 112
8.4 Анализ чувствительности 113
9 Безопасность высотных работ на объектах гидроэнергетики 115
9.1 Высотные работы 115
9.2 Требования к работникам при работе на высоте 115
9.3 Обеспечение безопасности высотных работ 118
9.3.1 Акт-допуск 120
9.3.2 План производства работ (ПНР) 120
9.3.3 Наряд-допуск 122
9.4 Системы безопасности 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ АРасчёты режимов по водотоку и по санитарному попуску 137 ПРИЛОЖЕНИЕ БРасчёты по сработке и наполнению водохранилища 138
ПРИЛОЖЕНИЕ ВВодно-энергетический расчет для средневодного года .... 139 ПРИЛОЖЕНИЕ ГУниверсальная характеристика турбины ПЛ30б-В-315 141 ПРИЛОЖЕНИЕ ДГидромеханический расчет сечений 142
ПРИЛОЖЕНИЕ ЕТеоретический чертеж спиральной камеры 143
ПРИЛОЖЕНИЕ ЖПлан мероприятии по охране окружающей среды 144
1 Анализ исходных данных 10
1.1 Топографические данные 10
1.2 Климат 10
1.3 Г идрология 10
1.4 Топографические характеристики водохранилища: кривые зависимости 11
1.5 Требования участников ВХК и потери воды 12
1.6 Данные по энергосистеме 12
2 Водно-энергетические расчеты и выбор установленной мощности 14
2.1 Определение расходов маловодного и средневодного года в заданном
створе 14
2.2 Годовой график нагрузки 16
2.3 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований ВХК 17
2.4 Баланс энергии 18
2.5 Водно-энергетический расчет на сработку - наполнение водохранилища
(90%) 19
2.6 Определение установленной мощности ГЭС 19
2.7 Баланс мощности 19
2.8 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в среднем по
водности году (50%) 20
3 Выбор оборудования 21
3.1 Режимное поле 21
3.2 Выбор системы и количества гидротурбин 22
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 26
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 28
3.5 Расчет спиральной камеры 29
3.6 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 31
3.7 Выбор вспомогательного оборудования 33
4 Электрическая часть 34
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 34
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 34
4.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 34
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 36
4.2.3 Выбор трансформаторов СН 37
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 38
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 39
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего напряжения 41
4.5 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 42
4.6.1 Расчёт исходных данных 42
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет
токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 43
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 45
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10.5 кВ 45
4.9 Выбор трансформаторов тока и напряжения 47
4.10 Выбор параметров ОРУ 48
4.10.1 Выбор выключателей и разъединителей 48
4.10.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 49
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Перечень защит основного оборудования 50
5.2 Расчёт номинальных токов 51
5.2 Описание защит и расчет их уставок 51
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 52
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un (Uo)) . 54
5.3.2 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 57
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 57
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок (/1) 61
5.2.6 Дистанционная защита генератора Z1 <, Z2 < 63
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 66
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 68
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 68
6 Компоновка и сооружения гидроузла 71
6.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 71
6.2 Гидравлический расчёт 73
6.3 Определение отметки гребня водослива 75
6.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
6.5 Расчёт водобойного колодца78 6.6 Пропуск расходов через донный водосброс 79
6.7 Конструирование плотины 81
6.7.1 Определение ширины подошвы плотины 81
6.7.2 Разрезка бетонной плотины швами 82
6.7.2 Быки 82
6.7.3 Устои 83
6.7.3 Дренаж тела бетонных плотин 83
6.7.4 Галереи в теле плотины 84
6.7 Основные элементы плотины 84
6.7.1 Понур 84
6.7.2 Шпунтовая стенка 84
6.7.3 Дренажные устройства в основании плотины 85
6.8 Конструктивные элементы нижнего бьефа 85
6.8.1 Колодец 85
6.9 Рисберма и ковш 85
6.9.1 Рисберма 85
6.9.2 Ковш 86
6.10 Фильтрационные расчёты подземного контура 87
6.10.1 Построение эпюры противодавления методом удлинённой
контурной линии 87
6.11 Обоснование надёжности и безопасности бетонной плотины 88
6.11.1 Определение основных нагрузок на плотину 88
6.12 Оценка прочности плотины 91
6.13 Критерии прочности плотины и ее основания 93
6.14 Расчёт устойчивости плотины 94
7 Охрана труда и противопожарная безопасность 96
7.1 Охрана труда 96
7.2 Пожарная безопасность 98
7.3 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния ВерхнеАбаканской ГЭС 100
7.3.1 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 100
7.3.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 101
7.3.3 Отходы, образующиеся при строительстве 103
7.3.4 Воздействия на природную среду в строительный период 103
8 Технико-экономические показатели 105
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 105
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 105
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 106
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 109
8.3 Оценка инвестиционного проекта 111
8.3.1 Методология, исходные данные 111
8.3.2 Коммерческая эффективность 112
8.3.3 Бюджетная эффективность 112
8.4 Анализ чувствительности 113
9 Безопасность высотных работ на объектах гидроэнергетики 115
9.1 Высотные работы 115
9.2 Требования к работникам при работе на высоте 115
9.3 Обеспечение безопасности высотных работ 118
9.3.1 Акт-допуск 120
9.3.2 План производства работ (ПНР) 120
9.3.3 Наряд-допуск 122
9.4 Системы безопасности 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ АРасчёты режимов по водотоку и по санитарному попуску 137 ПРИЛОЖЕНИЕ БРасчёты по сработке и наполнению водохранилища 138
ПРИЛОЖЕНИЕ ВВодно-энергетический расчет для средневодного года .... 139 ПРИЛОЖЕНИЕ ГУниверсальная характеристика турбины ПЛ30б-В-315 141 ПРИЛОЖЕНИЕ ДГидромеханический расчет сечений 142
ПРИЛОЖЕНИЕ ЕТеоретический чертеж спиральной камеры 143
ПРИЛОЖЕНИЕ ЖПлан мероприятии по охране окружающей среды 144
Россия обладает одним из самых больших гидропотенциалов в мире. Энергию рек используют Китай, РФ, Бразилия, Канада, Индия, США. Гидроресурсы России оцениваются сегодня без малого в 900 млрд. кВт-ч, но, по степени освоения экономически эффективных гидроресурсов Россия на сегодняшний день значительно уступает экономически развитым странам.
СебестоимостьпроизводстваэлекгроэнергиивкВт-чнаГЭСв7- 10раз ниже, чем на тепловых и атомных станциях.
Источникэнергии - текущая вода, возобновляемый источник энергии, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь повысит технико - экономический потенциал страны. Поэтому, структурным лидеромвразвитииэлектроэнергетикинаближайшиедесятилетиядолжнастать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и возобновляемая отрасль народногохозяйства.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
СебестоимостьпроизводстваэлекгроэнергиивкВт-чнаГЭСв7- 10раз ниже, чем на тепловых и атомных станциях.
Источникэнергии - текущая вода, возобновляемый источник энергии, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь повысит технико - экономический потенциал страны. Поэтому, структурным лидеромвразвитииэлектроэнергетикинаближайшиедесятилетиядолжнастать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и возобновляемая отрасль народногохозяйства.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Верхне-Абаканского гидроузла на реке Абакан, являющимся сооружением II класса.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 33 МВт и среднемноголетняя выработка 133,5 млн. Квт-ч.
Было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена областьдопустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 29,3 м;
расчетный - 27,6 м;
минимальный - 26,4 м.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ30а-В и ПЛ30б-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с двумя гидротурбинами П30а-В-315.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 214 об/мин был подобран серийный гидрогенератор ВГС 525/9928 с номинальной активной мощностью 15 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 4 присоединений (2 единичных блока, 2 отходящих воздушных линий) ОРУ 220кВ - "Четырёхугольник". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТДН- 25000/220,трансформаторы общестанционных собственных нужд:ТСЗ- 160/10/0,4, для ВЛЭП -сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята русловая. Строительные расходы пропускаются через гребенку. Водосливная плотина принята бетонной. Бетоннаялевобережная плотина.
В состав сооружений входят:
-водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 34 м;
-станционная бетонная плотина - 30 м;
-бетонная левобережная - 221 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
-ширина подошвы - 33 м;
-отметкаподошвы водосливной плотины - 455,9м;
-число водосливных отверстий - 2;
-отметка гребня - 495,65 м;
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется водобойный колодец. Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурноосадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,2 для основныхнагрузок (нормативное значение для сооружений II класса -1,2). Таким образом, плотина Верхне-Абаканского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла. По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
-срок окупаемости -11 лет 7 месяцев;
-себестоимость - 0,049 руб/кВт-ч;
-удельные капиталовложения -1730,8 долл/кВт.
Таким образом, строительство Верхне-Абаканского гидроузла в настоящее время является актуальным.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 33 МВт и среднемноголетняя выработка 133,5 млн. Квт-ч.
Было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена областьдопустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 29,3 м;
расчетный - 27,6 м;
минимальный - 26,4 м.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ30а-В и ПЛ30б-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с двумя гидротурбинами П30а-В-315.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 214 об/мин был подобран серийный гидрогенератор ВГС 525/9928 с номинальной активной мощностью 15 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 4 присоединений (2 единичных блока, 2 отходящих воздушных линий) ОРУ 220кВ - "Четырёхугольник". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТДН- 25000/220,трансформаторы общестанционных собственных нужд:ТСЗ- 160/10/0,4, для ВЛЭП -сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята русловая. Строительные расходы пропускаются через гребенку. Водосливная плотина принята бетонной. Бетоннаялевобережная плотина.
В состав сооружений входят:
-водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 34 м;
-станционная бетонная плотина - 30 м;
-бетонная левобережная - 221 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
-ширина подошвы - 33 м;
-отметкаподошвы водосливной плотины - 455,9м;
-число водосливных отверстий - 2;
-отметка гребня - 495,65 м;
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется водобойный колодец. Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурноосадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,2 для основныхнагрузок (нормативное значение для сооружений II класса -1,2). Таким образом, плотина Верхне-Абаканского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла. По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
-срок окупаемости -11 лет 7 месяцев;
-себестоимость - 0,049 руб/кВт-ч;
-удельные капиталовложения -1730,8 долл/кВт.
Таким образом, строительство Верхне-Абаканского гидроузла в настоящее время является актуальным.
