СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ КАРАНАЙСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Климат 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Инженерно-геологические условия 13
2 Водно-энергетические расчеты 15
2.1 Регулирование стока воды 15
2.1.1 Определение максимальных расчетных расходов 15
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 16
2.1.3 Выбор расчетных гидрографов 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических
расчетов 21
2.2.1 Расчет конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому стоку и по
требованиям ВХК 21
2.2.2 Баланс энергии 21
2.2.3 Водно-энергетический расчет в маловодном году 23
2.2.4 Расчет резервов и планирование капитальных ремонтов оборудования
2.2.5 Баланс мощностей 25
2.2.6 Определение установленной мощности 26
2.2.7 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в средневодном году 26
3 Гидротурбинное, гидромеханическое и вспомогательное оборудование .. 27
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 27
3.1.1 Построение режимного поля 27
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 28
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 33
3.3 Расчет и построение плана металлической спиральной камеры 35
3.4 Выбор типа серийного генератора 38
3.5 Выбор вспомогательного оборудования 38
4 Электрическая часть 39
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 39
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 39
4.2.1 Выбор синхронного генератора 39
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночными
блоками 40
4.2.3 Выбор повышающего трансформаторов для схемы с объединенным
блоком 42
4.2.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 43
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 44
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета 45
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 47
4.6 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 48
4.6.1 Расчет исходных данных 48
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 49
4.7 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 50
4.8 Выбор и проверка электрооборудования 51
4.8.1 Выбор комплектного распределительного устройства на генераторное
напряжение 10,5 кВ 51
4.8.2 Выбор разъединителей на генераторное напряжение 10,5 кВ 52
4.8.3 Выбор трансформаторов тока на генераторное напряжение 10,5 кВ . 53
4.8.4 Выбор генераторного анализатора и синхронизатора 53
4.8.5 Выбор выключателей и разъединителей на напряжение 110 кВ 54
4.8.6 Выбор трансформаторов тока и напряжения на напряжение 110 кВ . 54
4.9 Выбор вспомогательного электрооборудования 55
5 Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем .... 55
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 55
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 56
5.3 Расчет номинальных токов, выбор системы возбуждения и
выпрямительный трансформатор 57
5.4 Описание защит и расчет их уставок 59
5.4.1 Расчет уставок МТЗ и ТО преобразовательного трансформатора
(1>ТВ), (1>>ТВ) 59
5.4.2 Продольная дифференциальная защита (TAG) 63
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN
(UO)) 66
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 68
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 68
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок (I1) 72
5.4.7 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 74
5.4.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 77
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 79
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 79
6 Компоновка и сооружения гидроузла 79
6.1 Назначение класса ГТС 79
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 79
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 79
6.2.2 Определение ширины водосливного фронта 81
6.2.3 Определение отметки гребня водослива 82
6.2.4 Проверка пропуска поверочного расчетного расхода 83
6.2.5 Построение профиля водосливной грани 84
6.2.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 86
6.2.7 Расчет свободно отброшенной струи 87
6.2.8 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 88
6.3 Конструирование плотины 89
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 89
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 90
6.3.3 Быки 90
6.3.4 Устои 90
6.3.5 Галереи в теле плотины 90
6.3.6 Основные элементы плотины 91
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 91
6.4.1 Вес сооружения и затворов 91
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 92
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 92
6.4.4 Сила фильтрационного давления 92
6.4.5 Давление грунта 93
6.4.6 Волновое давление 93
6.5 Оценка прочности плотины 93
6.6 Критерии прочности плотины и ее основания 96
6.7 Обоснование устойчивости плотины 96
7 Мероприятия по охране окружающей среды 97
7.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 97
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 99
7.3 Основные мероприятия по охране окружающей среды в данный период 100
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 101
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 102
8 Мероприятия по пожарной безопасности. Охрана труда 102
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 102
8.2 Опасные производственные факторы, действующие на предприятии ... 103
8.3 Охрана труда Каранайской ГЭС. Общие положения 104
8.4 Требования охраны и безопасности труда по оказанию первой помощи 107
8.5 Пожарная безопасность 107
8.5.1 Общие требования к пожарной безопасности 107
8.5.2 Объекты водяного пожаротушения 109
8.5.3 Подготовка рабочего персонала по пожарной безопасности. Общие
требования 111
8.5.4 Пожарная безопасность в аккумуляторных установках 112
9 Технико-экономические показатели 113
9.1 Оценка объемов реализации энергии и расходов 113
9.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 113
9.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 113
9.1.3 Налоговые расходы 116
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 117
9.3 Анализ денежных потоков 118
9.4 Оценка инвестиционного проекта 119
9.4.1 Методология, исходные данные и оценка инвестиционного проекта 119
9.4.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 120
9.4.3 Бюджетная эффективность 120
9.5 Анализ чувствительности 121
10 Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий электропередачи
напряжением 110-220 кВ. ДФЗ-201 123
10.1 Принцип действия дифференциально-фазной защиты 123
10.2 Основные органы дифференциально-фазной защиты и их особенности 125
10.3 Искажение фаз сравниваемых токов 126
10.4 Дифференциально-фазная защита типа ДФЗ-2 127
10.5 Программные способы расчета мест повреждений ВЛ 127
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 131
ПРИЛОЖЕНИЕ А 135
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 139
ПРИЛОЖЕНИЕ В 145
Потребление электроэнергии является обязательным условием существования человечества. В настоящее время количество потребителей электрической энергии стремительно растет за счет развития технологий, поэтому необходимо наращивать генерирующие мощности. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях различного типа.
Гидроэлектростанции занимают фундаментальное место в современных энергосистемах, выполняя основную роль регулирования их параметров в нестабильных режимах, а также покрывая пиковые части графиков нагрузки.
Основными проблемами в топливно-энергетическом комплексе республики являются:
- ограниченность ввода в действие новых производственных мощностей во всех отраслях топливно-энергетического комплекса области при недостаточных предложениях со стороны инвесторов;
- повышенная зависимость топливно-энергетического комплекса области от состояния централизованного рынка энергоресурсов, незначительное использование альтернативных традиционным видов топлива для производства тепловой и электрической энергии.
Основными факторами, которые могут положительно повлиять на развитие топливно-энергетического комплекса республики, являются:
- удобное географическое положение и комфортные природно-климатические условия, незначительная удаленность от крупнейших научно-производственных центров России, доступность автомобильного, железнодорожного транспорта, выгодная логистика, наличие на территории области федеральных трасс и объектов транспортировки энергоресурсов;
- обеспечение потребителей энергоресурсами всех видов при приоритете наличие местных видов возобновляемых топливно-энергетических ресурсов.
Из перечисленных выше проблем и факторов можно сделать вывод, что создание на территории области ГЭС повлечет за собой сугубо положительный эффект и способствует развитию топливно-энергетического комплекса.
Целью данной работы является: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, расчет защит гидрогенератора, экономическое обоснование строительства Каранайской ГЭС на реке Сулак, а также проработка специального вопроса - «Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий электропередачи напряжением 110-220 кВ. ДФЗ-201».
В данной работе были рассчитаны и определены основные параметры и объекты Каранайского гидроузла на реке Сулак, являющимся сооружением I класса.
В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность, которая равна 148 МВт, и среднемноголетняя выработка 855 млн. кВтч.
Следующим этапом работы был выбор основного и вспомогательного оборудования, в ходе которого было определено число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы ГЭС (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 76,86 м;
- расчетный - 62,92 м;
- минимальный - 49,48 м.
При выборе турбин рассматривалось два варианта: ПЛ90-В45 и РО75-В. В результате расчетов был выбран оптимальный вариант с тремя гидротурбинами ПЛД90-В45-355. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 200 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-735/115- 30 с номинальной активной мощность 50,5 МВт.
Затем была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 8 присоединений (3 одиночных блока, 5 отходящих воздушных линий) с двумя рабочими системами шин. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТД 63000/110, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-1000/10, для ВЛ - сталеалюминевые провода марки АСК-70/11.
Далее был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловой с водосбросами раздельного типа. В состав сооружения входят:
- левобережная глухая бетонная плотина;
- станционная часть;
- водосбросная часть;
- правобережная глухая бетонная плотина;
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы водосливной плотины - 57,7 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 341,00 м;
- число водопропускных отверстий - 2;
- ширина пролетов - 8 м;
- отметка гребня плотины - 426,50 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, носок-трамплин. Также произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,3 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Каранайского гидроузла соответствует всем требованиям надежности и другим требованиям предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды, охране труда и пожарной безопасности.
По технико-экономическим расчетам были получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 156 месяца;
- чистый приведенный доход - 595 млн.руб.;
- себестоимость электроэнергии - 0,17 руб/кВтч;
- удельные капиталовложения - 102,91 тыс. руб/кВт.
Таким образом, строительство Каранайского гидроузла является актуальным и выгодным с точки зрения технико-экономических показателей
1. Мосин, К. Ю. Гидрология: методические указания к практическим занятиям / К.Ю. Мосин. - 2-е изд., испр. и доп. - Саяногорск; Черемушки: Сибирский федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2012. - 48 с.
2. Александровский, К. Ю. Выбор параметров ГЭС: Учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию гидротехнических объектов / Сост. А. Ю. Александровский, Е. Ю. Затеева, Б. И. Силаев; СШФ КГТУ - Саяногорск, 2005. 114 с.
3. Затеева, Е. Ю. Использование водной энергии: Методические указания по выполнению курсового и дипломного проектирования / Е. Ю. Затеева. - Саяногорск; Черемушки: Сибирский Федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2012. - 12 с.
4. Использование водной энергии. Часть 1. Водно-энергетические расчеты режимов ГЭС / сост. Ю. А. Секретарев, А. А. Жданович, Е. Ю. Затеева, С. В. Митрофанов. - Саяногорск; Черемушки: Сибирский Федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2014. -106 с.
5. Васильев, Ю. С. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2 т. / Под ред. Ю. С. Васильева, Д. С. Щавелева. - Т. 1. Основное оборудование гидроэлектростанций. - М.: Энергоатомиздат. 1988. - 400 с.
6. Васильев, Ю. С. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2 т. / Под ред. Ю. С. Васильева, Д. С. Щавелева. - Т. 2. Вспомогательное оборудование гидроэлектростанций. - М.: Энергоатомиздат. 1990. - 336 с.
7. Новоженин, В. Д. Гидроэлектростанции России: Справочное пособие / Под ред. В. Д. Новоженина, Е. В. Невского. Типография «Институт Гидропроект», 1998. - 467 с.
8. Возобновляемая энергия. Гидроэлектростанции России. Справочник. М. И. Дворецкая, А. П. Жданова, О. Г. Гушников, И. В. Слива / под общей ред.к.т.н., В. В. Берлина. - СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2018. - 224 с.
9. Васильев, А. А. Электрическая часть станций и подстанций: Учебник для вузов / А. А. Васильев, И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшкова. - Москва: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.
10. Брызгалов, В. И. Гидроэлектростанции: Учебное пособие / В. И. Брызгалов, Л. А. Гордон. — Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. — 541 с.
11. СТО РусГидро 01.01.78-2012 Гидроэлектростанции. Нормы технологического проектирования. - Введен впервые : дата введения 30-07-2012 - Москва: Федеральная гидрогенерирующая компания - РусГидро, 2012. - 290 с.
12. СТО РусГидро 04.02.75-2011 Гидроэлектростанции.
Энергоэффективность и энергосбережение. Основные требования. - Введен впервые : дата введения 19-09-2011 - Москва: Федеральная гидрогенерирующая компания - РусГидро, 2012. - 63 с.
13. СТО 17230282.27.140.022-2008 Здания ГЭС и ГАЭС. Условия создания. Нормы и требования: введен впервые: дата введения 2008-01-10. - Москва: ОАО РАО «ЕЭС России», 2008. - 43 с.
14. СТО 17330282.140.016-2008 Здания ГЭС и ГАЭС. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования: введен впервые: дата введения 2008-07-30. - Москва: ОАО РАО «ЕЭС России», 2008. - 50 с.
15. Куценов, Д. А. Электрическая часть гидроэлектростанций: проектирование: учеб. пособие / Д. А. Куценов, И. Ю. Погоняйченко. - Саяногорск; Черемушки: Сибирский Федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2009. - 232 с.
16. Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учебное пособие для вузов / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - Москва: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.
17. Номенклатурный каталог // ООО «Тольяттинский трансформатор» ;
официальный сайт. - 2020. - URL:
http://www.transformator.com.ru/blog/information-materials/#bx(дата обращения: 19.03.2023).
18. СТО 56947007-29.240.30.010-2008 Схемы принципиальные электрических распределительных устройств подстанций 35 - 750 кВ. Типовые решения: введен впервые: дата введения 2007-12-20. - Москва: ОАО «ФСК ЕЭС», 2007 - 131 с.
19. Каталог «Трансформаторно-реакторное оборудование» // УЭТМ ;
официальный сайт. - 2017 - URL: https://www.uetm.ru/katalog-
produktsii/?url=transformarnoreaktornoe+oborudovanie (дата обращения:
06.03.2023).
20. Файбисович, Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей / Д. Л. Файбисович. - Москва: ЭНАС, 2012. - 376 с.
21. Каталог «Ограничители перенапряжений 6-220 кВ» // «ОАО «Раzряд» ; официальный сайт. - 2019 - URL: http://www.zavod-razryad.ru/(дата обращения: 02.11.2022).
22. СТО 17330282.27.140.020-2008 Системы питания собственных нужд ГЭС Условия создания нормы и требования: введен впервые: дата введения: 2008-07-30. - Москва: ОАО РАО «ЕЭС России», 2008. - 24 с.
23. Каталог «Трансформаторы тока и напряжения» // ОАО «Свердловский завод» ; официальный сайт. - 2021 - URL: http://www.cztt.ru/main.html. (дата обращения: 05.12.2022)
24. Каталог «Разъединители» // ЗАО «ЗЭТО» ; официальный сайт. - 2018 - URL: http://www.zeto.ru/. (дата обращения: 05.12.2022)
25. ГОСТ Р 57114-2016 «Электроэнергетические системы. Оперативно-диспетчерское управление в электроэнергетике и оперативно - технологичное управление» - Введен впервые : дата введения 01-03-2017 - Москва: ОАО «ЕЭС России», 2017 - 19 с.
26. ГОСТ Р 56302-2014 Оперативно-диспетчерское управление диспетчерские наименования объектов электроэнергетики и оборудования объектов электроэнергетики: введен впервые: дата введения: 2015-09-01. - Москва: ОАО «ЕЭС России», 2016 - 19 с.
27. СТО 56947007-29.240.10.249-2017 Правила оформления принципиальных электрических схем подстанций: введен впервые: дата введения: 2017-09-28. - Москва: ПАО «ФСК ЕЭС», 2017 - 19 с.
28. Чернобровов, Н. В. Релейная защита электрических систем: Учеб. пособие для техникумов / Н. В. Чернобровов, В. А. Семенов; - Москва: Энергоатомиздат, 1998. - 800 с.: ил.
29. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание: дата введения 2003-01-01 // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. - URL: https://docs.cntd.ru/document/12000031147marker(дата обращения: 06.06.2023).
30. Постановление Правительства РФ от 05.10.2020 № 1607.
31. Лыбина, Т. А. Гидротехнические сооружения. Проектирование гидротехнических сооружений в составе гидроузла: методические указания по выполнению курсового проекта и выпускной квалификационной работы / сост. Т. А. Лыбина, Н. П. Ульянова, В. Б. Затеев. - Саяногорск; Черемушки: Сибирский федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2016. - 64 с.
32. СП 38.13330.2018. Свод правил. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов): дата введения 2019-02-17 // Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. - URL: https://docs.cntd.ru/document/553863434(дата обращения: 06.06.2022).
33. СП 58.13330.2019. Свод правил. Гидротехнические сооружения.
Основные положения: дата введения 2020-06-17 // Электронный фонд
правовых и нормативно-технических документов. -
URL: https://docs.cntd.ru/document/564542210(дата обращения: 06.06.2022).
34. Киселев, П. Г. Справочник по гидравлическим расчётам / Справочник по гидравлическим расчётам, изд. 4 переработ. П. Г. Киселев. - М.: Энергия, 1974. - 312 с.
35. СП 23.13330.2018. Свод правил. Основания гидротехнических
сооружений: дата введения 2019-02-14 // Электронный фонд
правовых и нормативно-технических документов. -
URL: https://docs.cntd.ru/document/553863425(дата обращения: 06.06.2022).
36. Гидротехнические сооружения (речные): учебное пособие / Л. Н. Рассказов, В. Г. Орехов, Н. А. Анискин, В. В. Малаханов и др. - М.: АСВ, 2011. - Ч.1. - 584 с.
37. СП 40.13330.2012 «Плотины бетонные и железобетонные».
Актуализированная версия СНиП 2.06.06 - 85. - М.: Минрегион России, 2012: дата введения 2013-01-01 // Электронный фонд правовых и нормативно¬
технических документов. - URL: https://docs.cntd.ru/document/1200093819(дата обращения: 06.06.2022).
38. Лапасова, В. В. Управление проектами: методические указания по выполнению курсовой работы и экономической части выпускной квалификационной работы / сост. В. В. Лапасова. - Саяногорск; Черемушки: Сибирский федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2018. - 40 с.
39. Налоговый кодекс Российской Федерации часть 2 // КонсультантПлюс.
- URL: https://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_28165/ (дата
обращения: 10.06.2023).
40. Соловьев, А.Л. Защита асинхронных электрических двигателей напряжением 0,4 кВ / А. Л. Соловьев - Москва; НТФ "Энергопрогресс", "Энергетик", 2007. - 95 с.
41. Каталог оборудования «Schneider Electric». ; официальный сайт. - 2021
- URL: http://www.schneider-spb.ru/. (дата обращения: 20.04.2023)