ПРОЕКТИРОВАНИЕ БОДАЙБИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ МАМАКАН, ТЕХНОЛОГИИ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СИСТЕМАХ СОБСТВЕННЫХ НУЖД
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ БОДАЙБИНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общие сведения 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Гидрохимический режим загрязнения воды 11
1.1.4 Растительность 11
1.1.5 Фауна 12
1.1.6 Водная фауна 12
1.1.7 Инженерно-геологическое изыскание 13
1.1.8 Сейсмологические условия 13
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 13
1.3 Аналоги проектируемого узла 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Исходные данные 14
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 16
2.2.1 Выбор расчетного средневодного года (p=50%) 18
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (p=90%) 19
2.3 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 20
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 22
2.5 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
гидроэлектростанциями 24
2.6 Расчет режимов работы проектируемой ГЭС без регулирования с учетом
требований водохозяйственной системы 25
2.7 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном
году 30
2.8 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС и
планирование капитальных ремонтов. Баланс мощности и энергии в энергосистеме 34
2.9 Водно-энергетический расчет режима работы проектируемой ГЭС в
среднем по водности году 38
2.10 Построение режимного поля проектируемой ГЭС 39
3 Основное и вспомогательное оборудование 42
3.1 Построение режимного поля 42
3.2 Выбор системы и типа гидротурбины 43
3.3 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 44
3.4 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её безкавитационной работы 46
3.5 Гидромеханический расчёт и построение бетонной спиральной камеры, и
определение её геометрических размеров проточной части 48
3.6 Выбор серийного типа генератора 51
3.7 Расчёт вала на прочность 53
3.8 Выбор типа маслонапорной установки 53
3.9 Выбор электрогидравлического регулятора 53
4 Электрическая часть 54
4.1 Выбор схемы электрических соединений 54
4.1.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 54
4.1.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 55
4.1.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым
блоком 56
4.1.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 58
4.1.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 59
4.2 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания в главной схеме с
помощью программного обеспечения RastrWin 61
4.2.1 Расчёт исходных данных 61
4.2.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе RastrWin 62
4.3 Выбор электрических аппаратов 63
4.3.1 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов ... 64
4.3.2 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 65
4.3.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 66
4.3.4 Выбор выключателей и разъединителей 67
5 Релейная защита и автоматика 69
5.1 Перечень защит основного оборудования 69
5.1.1 На гидрогенераторе СВ-850/135-28 69
5.1.2 На силовом трансформаторе блока ТДЦ 80000/220 69
5.1.3 На трансформаторе СН ГЭС 70
5.1.4 На линиях электропередачи 220 кВ 70
5.2 Расчёт защит и выбор уставок 70
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 70
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(Un(Uo) 73
5.2.3 Защита от повышения напряжения на генераторе (U1>)(U2>) 75
5.2.4 Защита генератора от обратной последовательности от
несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 76
5.2.5 Защита генератора от симметричных перегрузок (I1) 79
5.2.6 Дистанционная защита (Zi<), (Z2<) 81
5.2.7 Защита генератора от перегрузки обмотки ротора (1р) 83
5.3 Выбор комплекса защит блока «генератор-трансформатор» 85
5.4 Матрица отключений 86
5.5 Таблица уставок 87
6 Компоновка и сооружение гидроузла 88
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 88
6.1.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 88
6.1.1.1 Основной случай 88
6.1.1.2 Поверочный случай 89
6.2 Гидравлические расчёты 91
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 91
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 93
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 95
6.2.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 97
6.2.5 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 99
6.2.6 Пропуск расходов через глубинные водосбросы 101
6.3 Конструирование плотины 102
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 102
6.3.2 Разрезка плотин швами 103
6.3.3 Быки 103
6.3.4 Устои 104
6.3.5 Галереи в теле плотины 104
6.3.6 Противофильтрационные устройства 104
6.3.7 Расчёт фильтрации 105
6.3.7.1 Основной случай 105
6.3.7.2 Поверочный случай 106
6.4 Статические расчёты плотины 107
6.4.1 Вес сооружения 107
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 108
6.4.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 108
6.4.4 Давления грунта 109
6.4.5 Волновое давление 110
6.5 Расчёт прочности плотины 110
6.5.1 Расчёт при ФПУ 113
6.6 Критерии прочности плотины 114
6.7 Расчёт устойчивости плотины 116
6.7.1 Основное сочетание нагрузок 116
6.7.2 Особое сочетание нагрузок 117
7. Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 118
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 118
7.2 Техника безопасности 118
7.3 Противопожарная безопасность 121
7.4 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 122
П.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 122
7.6 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 124
7.7 Отходы, образующиеся при строительстве 126
7.8 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 126
7.9 Водоохранная зона 127
7.10 Водоохранные мероприятия по гидроэлектростанции 128
8 Технико-экономические показатели 129
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 129
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 129
8.3 Налоговые расходы 132
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 133
8.5 Оценка инвестиционного проекта 135
8.6 Методология, исходные данные 135
8.7 Коммерческая эффективность 135
9. Технологии охлаждения трансформаторов на основе органических веществ и их применение в системах собственных нужд 136
9.1 Введение по разделу 136
9.2 Виды масел на основе органических веществ 136
9.2.1 Минеральные масла 136
9.2.1 Растительные масла 138
9.2.2.1 Biotemp® 139
9.2.2.2 Envirotemp 141
9.2.2.3 HerbO FR3 142
9.2.2.4 Рапсовое масло 143
9.2.2.5 Пальмовое масло 145
9.2.2.6 Эфиры 147
9.2.3 Другие охлаждающие жидкости, применяемые в
трансформаторах 147
9.2.3.1 Полихлорбифениловые диэлектрики (аскарел, совтол) 147
9.2.3.2 Высокотемпературные углеводороды 148
9.1 Галогенированные жидкости 149
9.1 Силиконы 149
9.2.4 Подробные характеристики жидкостей, альтернативных нефтяным
трансформаторным маслам 150
9.2.5 Практическое применение растительных масел в силовых
трансформаторах 147
9.2.6 Вывод по разделу 147
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 166
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 168
ПРИЛОЖЕНИЯ А - Д 181-188
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общие сведения 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Гидрохимический режим загрязнения воды 11
1.1.4 Растительность 11
1.1.5 Фауна 12
1.1.6 Водная фауна 12
1.1.7 Инженерно-геологическое изыскание 13
1.1.8 Сейсмологические условия 13
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 13
1.3 Аналоги проектируемого узла 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Исходные данные 14
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 16
2.2.1 Выбор расчетного средневодного года (p=50%) 18
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (p=90%) 19
2.3 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 20
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 22
2.5 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
гидроэлектростанциями 24
2.6 Расчет режимов работы проектируемой ГЭС без регулирования с учетом
требований водохозяйственной системы 25
2.7 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном
году 30
2.8 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС и
планирование капитальных ремонтов. Баланс мощности и энергии в энергосистеме 34
2.9 Водно-энергетический расчет режима работы проектируемой ГЭС в
среднем по водности году 38
2.10 Построение режимного поля проектируемой ГЭС 39
3 Основное и вспомогательное оборудование 42
3.1 Построение режимного поля 42
3.2 Выбор системы и типа гидротурбины 43
3.3 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 44
3.4 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её безкавитационной работы 46
3.5 Гидромеханический расчёт и построение бетонной спиральной камеры, и
определение её геометрических размеров проточной части 48
3.6 Выбор серийного типа генератора 51
3.7 Расчёт вала на прочность 53
3.8 Выбор типа маслонапорной установки 53
3.9 Выбор электрогидравлического регулятора 53
4 Электрическая часть 54
4.1 Выбор схемы электрических соединений 54
4.1.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 54
4.1.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 55
4.1.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым
блоком 56
4.1.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 58
4.1.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 59
4.2 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания в главной схеме с
помощью программного обеспечения RastrWin 61
4.2.1 Расчёт исходных данных 61
4.2.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе RastrWin 62
4.3 Выбор электрических аппаратов 63
4.3.1 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов ... 64
4.3.2 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 65
4.3.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 66
4.3.4 Выбор выключателей и разъединителей 67
5 Релейная защита и автоматика 69
5.1 Перечень защит основного оборудования 69
5.1.1 На гидрогенераторе СВ-850/135-28 69
5.1.2 На силовом трансформаторе блока ТДЦ 80000/220 69
5.1.3 На трансформаторе СН ГЭС 70
5.1.4 На линиях электропередачи 220 кВ 70
5.2 Расчёт защит и выбор уставок 70
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 70
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(Un(Uo) 73
5.2.3 Защита от повышения напряжения на генераторе (U1>)(U2>) 75
5.2.4 Защита генератора от обратной последовательности от
несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 76
5.2.5 Защита генератора от симметричных перегрузок (I1) 79
5.2.6 Дистанционная защита (Zi<), (Z2<) 81
5.2.7 Защита генератора от перегрузки обмотки ротора (1р) 83
5.3 Выбор комплекса защит блока «генератор-трансформатор» 85
5.4 Матрица отключений 86
5.5 Таблица уставок 87
6 Компоновка и сооружение гидроузла 88
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 88
6.1.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 88
6.1.1.1 Основной случай 88
6.1.1.2 Поверочный случай 89
6.2 Гидравлические расчёты 91
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 91
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 93
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 95
6.2.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 97
6.2.5 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 99
6.2.6 Пропуск расходов через глубинные водосбросы 101
6.3 Конструирование плотины 102
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 102
6.3.2 Разрезка плотин швами 103
6.3.3 Быки 103
6.3.4 Устои 104
6.3.5 Галереи в теле плотины 104
6.3.6 Противофильтрационные устройства 104
6.3.7 Расчёт фильтрации 105
6.3.7.1 Основной случай 105
6.3.7.2 Поверочный случай 106
6.4 Статические расчёты плотины 107
6.4.1 Вес сооружения 107
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 108
6.4.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 108
6.4.4 Давления грунта 109
6.4.5 Волновое давление 110
6.5 Расчёт прочности плотины 110
6.5.1 Расчёт при ФПУ 113
6.6 Критерии прочности плотины 114
6.7 Расчёт устойчивости плотины 116
6.7.1 Основное сочетание нагрузок 116
6.7.2 Особое сочетание нагрузок 117
7. Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 118
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 118
7.2 Техника безопасности 118
7.3 Противопожарная безопасность 121
7.4 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 122
П.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 122
7.6 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 124
7.7 Отходы, образующиеся при строительстве 126
7.8 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 126
7.9 Водоохранная зона 127
7.10 Водоохранные мероприятия по гидроэлектростанции 128
8 Технико-экономические показатели 129
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 129
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 129
8.3 Налоговые расходы 132
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 133
8.5 Оценка инвестиционного проекта 135
8.6 Методология, исходные данные 135
8.7 Коммерческая эффективность 135
9. Технологии охлаждения трансформаторов на основе органических веществ и их применение в системах собственных нужд 136
9.1 Введение по разделу 136
9.2 Виды масел на основе органических веществ 136
9.2.1 Минеральные масла 136
9.2.1 Растительные масла 138
9.2.2.1 Biotemp® 139
9.2.2.2 Envirotemp 141
9.2.2.3 HerbO FR3 142
9.2.2.4 Рапсовое масло 143
9.2.2.5 Пальмовое масло 145
9.2.2.6 Эфиры 147
9.2.3 Другие охлаждающие жидкости, применяемые в
трансформаторах 147
9.2.3.1 Полихлорбифениловые диэлектрики (аскарел, совтол) 147
9.2.3.2 Высокотемпературные углеводороды 148
9.1 Галогенированные жидкости 149
9.1 Силиконы 149
9.2.4 Подробные характеристики жидкостей, альтернативных нефтяным
трансформаторным маслам 150
9.2.5 Практическое применение растительных масел в силовых
трансформаторах 147
9.2.6 Вывод по разделу 147
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 166
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 168
ПРИЛОЖЕНИЯ А - Д 181-188
Гидроэлектрические станции, использующие энергию водотоков и являющиеся высокоэффективным источником электроэнергии, представляет собой комплекс сложных инженерных сооружений, гидросилового, электрического и механического оборудования. Особенностью проектирования и эксплуатации ГЭС является тем, что их параметры тесным образом зависят от природных условий, топографических, геологических, гидрологических и других характеристик района проектирования. Также при проектировании необходимо учитывать интересы других отраслей хозяйства, связанных с использованием водотока. В настоящее время также немалое значение придаётся вопросам охраны водных ресурсов.
Гидроэлектростанция несомненно имеет ряд преимуществ. Одно из основных - низкая себестоимость электроэнергии. Себестоимость производства электроэнергии в кВт/ч на ГЭС меньше в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, 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 отражает достигнутый технике -экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
Целью бакалаврской работы является проектирование гидроэлектростанции с проработкой всех основных этапов, с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мыли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти правильные проектные решения.
Гидроэлектростанция несомненно имеет ряд преимуществ. Одно из основных - низкая себестоимость электроэнергии. Себестоимость производства электроэнергии в кВт/ч на ГЭС меньше в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, 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 отражает достигнутый технике -экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
Целью бакалаврской работы является проектирование гидроэлектростанции с проработкой всех основных этапов, с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мыли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти правильные проектные решения.
