ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕМИНИКАНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ОЛЁКМА. СТАНДАРТ МЭК-61850 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В ЧАСТИ РЗА
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ДЕМИНИКАНСКОЙ ГЭС 6
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования ГЭС 9
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Инженерно - геологические условия 13
1.4 Данные по энергосистеме 13
2Водно-энергетические расчёты 14
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года
при заданной обеспеченности стока 14
2.1.1 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 15
2.1.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 16
2.1 Определение типа регулирования 17
2.2 Построение суточных графиков и интегральных кривых нагрузки
энергосистемы 18
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 22
2.4 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом
санитарного попуска 23
Таблица 2.9 - Расчеты режима без регулирования 23
2.5 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в средневодном
году 23
2.6 Определение установленной мощности Деминиканской ГЭС 24
2.7 Баланс мощности 25
2.8 Водно-энергетический расчет режима работы Деминиканской ГЭС в
среднем по водности году 27
3 Основное и вспомогательное оборудование 29
3.1 Построение режимного поля 29
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 31
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 35
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 36
3.5 Гидромеханический расчёт и построение плана спиральной камеры 39
3.6 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического
регулятора 42
3.7 Заглубление водозабора на величину воронкообразования 42
3.8 Выбор геометрических размеров машинного зала 43
4Электрическая часть 44
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 44
4.2 Выбор основного оборудования 44
4.2.1Выбор трансформаторов собственных нужд 44
4.2.2Выбор главных повышающих трансформаторов 45
4.3 Количество отходящих линии 45
4.4 Выбор схемы распределительного устройства 46
4.5 Расчет токов короткого замыкания 47
4.5.1 Параметры элементов схемы для расчета токов КЗ 47
4.5.2Расчет токов КЗ с помощью программного обеспечения RastrWin .... 48
4.6 Выбор и проверка оборудования 49
4.6.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 49
4.6.2Выбор электрооборудования для КРУЭ (ячейки) 50
4.6.3Выбор генераторного выключателя 51
5Релейная защита и автоматика 53
5.1 Перечень защит основного оборудования 53
5.2 Параметры защищаемого оборудования 54
5.3 Расчет номинальных параметров 55
5.4 Описание защит и расчет их уставок 56
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 56
5.4.2 Поперечная дифференциальная защита (IA>) 58
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un
(Uo)) 58
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 61
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 61
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок (/1) 65
5.4.7 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 67
5.4.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 70
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 71
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 71
6 Состав и компоновка сооружений 73
6.1 Исходные данные 73
6.2 Состав и компоновка сооружений гидроузла 73
6.3 Проектирование сооружений напорного фронта 73
6.3.1 Определение отметки гребня плотины 74
6.3.2 Гидравлический расчёт бетонной водосливной плотины 76
6.4 Конструирование бетонной плотины 86
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 87
6.4.2 Разрезка бетонной плотины швами 87
6.4.3 Быки 88
6.4.4 Устои 88
6.4.5 Дренаж тела бетонных плотин 88
6.4.6 Галереи в теле плотины 88
6.5 Элементы подземного контура плотины 89
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 90
6.6.1 Вес сооружения 90
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 91
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего и фильтрационного
давления 91
6.6.4 Давление наносов 93
6.6.5 Волновое воздействие 93
6.7 Расчёт прочности плотины 94
6.8 Расчёт устойчивости плотины 97
7Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 99
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 99
7.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 99
7.3 Налоговые расходы 103
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 104
7.5 Оценка инвестиционного проекта 105
7.5.1 Методология и исходные данные 105
7.5.2 Коммерческая эффективность 106
8Мероприятия по охране окружающей среды Демениканского гидроузла 107
8.1 Охрана природы 107
8.1.1 Общие сведения, охрана окружающей среды 107
8.1.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в
период строительства 109
8.1.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 110
8.1.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в
период эксплуатации 112
9Безопасность гидротехнических сооружений, охрана труда 114
9.1 Охрана труда 114
9.2 Пожарная безопасность 116
9.2.1 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 117
9.2.2 Пожарная безопасность в кабельных помещениях 118
10 Стандарт МЭК 61850. Область применения в части РЗА 120
10.1 Общие данные 120
10.2 Передача данных по стандарту МЭК61850 120
10.3 Архитектура подстанции по МЭК 61850 121
10.4 Характеристики передачи данных 122
10.5 Использование стандарта в энергосистеме 123
10.6 Достоинства стандарта 127
10.7 Вывод 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 131
ПРИЛОЖЕНИЕ А_Водно-энергетические расчеты 134
ПРИЛОЖЕНИЕ Б_Параметры и характеристика гидротурбины 136
ПРИЛОЖЕНИЕ В_Геологический разрез по створу плотины реки Олёкма 139
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования ГЭС 9
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Инженерно - геологические условия 13
1.4 Данные по энергосистеме 13
2Водно-энергетические расчёты 14
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года
при заданной обеспеченности стока 14
2.1.1 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 15
2.1.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 16
2.1 Определение типа регулирования 17
2.2 Построение суточных графиков и интегральных кривых нагрузки
энергосистемы 18
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 22
2.4 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом
санитарного попуска 23
Таблица 2.9 - Расчеты режима без регулирования 23
2.5 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в средневодном
году 23
2.6 Определение установленной мощности Деминиканской ГЭС 24
2.7 Баланс мощности 25
2.8 Водно-энергетический расчет режима работы Деминиканской ГЭС в
среднем по водности году 27
3 Основное и вспомогательное оборудование 29
3.1 Построение режимного поля 29
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 31
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 35
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 36
3.5 Гидромеханический расчёт и построение плана спиральной камеры 39
3.6 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического
регулятора 42
3.7 Заглубление водозабора на величину воронкообразования 42
3.8 Выбор геометрических размеров машинного зала 43
4Электрическая часть 44
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 44
4.2 Выбор основного оборудования 44
4.2.1Выбор трансформаторов собственных нужд 44
4.2.2Выбор главных повышающих трансформаторов 45
4.3 Количество отходящих линии 45
4.4 Выбор схемы распределительного устройства 46
4.5 Расчет токов короткого замыкания 47
4.5.1 Параметры элементов схемы для расчета токов КЗ 47
4.5.2Расчет токов КЗ с помощью программного обеспечения RastrWin .... 48
4.6 Выбор и проверка оборудования 49
4.6.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 49
4.6.2Выбор электрооборудования для КРУЭ (ячейки) 50
4.6.3Выбор генераторного выключателя 51
5Релейная защита и автоматика 53
5.1 Перечень защит основного оборудования 53
5.2 Параметры защищаемого оборудования 54
5.3 Расчет номинальных параметров 55
5.4 Описание защит и расчет их уставок 56
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 56
5.4.2 Поперечная дифференциальная защита (IA>) 58
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un
(Uo)) 58
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 61
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 61
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок (/1) 65
5.4.7 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 67
5.4.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 70
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 71
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 71
6 Состав и компоновка сооружений 73
6.1 Исходные данные 73
6.2 Состав и компоновка сооружений гидроузла 73
6.3 Проектирование сооружений напорного фронта 73
6.3.1 Определение отметки гребня плотины 74
6.3.2 Гидравлический расчёт бетонной водосливной плотины 76
6.4 Конструирование бетонной плотины 86
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 87
6.4.2 Разрезка бетонной плотины швами 87
6.4.3 Быки 88
6.4.4 Устои 88
6.4.5 Дренаж тела бетонных плотин 88
6.4.6 Галереи в теле плотины 88
6.5 Элементы подземного контура плотины 89
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 90
6.6.1 Вес сооружения 90
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 91
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего и фильтрационного
давления 91
6.6.4 Давление наносов 93
6.6.5 Волновое воздействие 93
6.7 Расчёт прочности плотины 94
6.8 Расчёт устойчивости плотины 97
7Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 99
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 99
7.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 99
7.3 Налоговые расходы 103
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 104
7.5 Оценка инвестиционного проекта 105
7.5.1 Методология и исходные данные 105
7.5.2 Коммерческая эффективность 106
8Мероприятия по охране окружающей среды Демениканского гидроузла 107
8.1 Охрана природы 107
8.1.1 Общие сведения, охрана окружающей среды 107
8.1.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в
период строительства 109
8.1.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 110
8.1.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в
период эксплуатации 112
9Безопасность гидротехнических сооружений, охрана труда 114
9.1 Охрана труда 114
9.2 Пожарная безопасность 116
9.2.1 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 117
9.2.2 Пожарная безопасность в кабельных помещениях 118
10 Стандарт МЭК 61850. Область применения в части РЗА 120
10.1 Общие данные 120
10.2 Передача данных по стандарту МЭК61850 120
10.3 Архитектура подстанции по МЭК 61850 121
10.4 Характеристики передачи данных 122
10.5 Использование стандарта в энергосистеме 123
10.6 Достоинства стандарта 127
10.7 Вывод 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 129
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 131
ПРИЛОЖЕНИЕ А_Водно-энергетические расчеты 134
ПРИЛОЖЕНИЕ Б_Параметры и характеристика гидротурбины 136
ПРИЛОЖЕНИЕ В_Геологический разрез по створу плотины реки Олёкма 139
Энергетика имеет огромное значение, как для обычного потребителя, так и для всей промышленности. Ввиду более высоких значении коэффициента полезного действия гидротурбин, достигающего 95 %, гидростанции признаны одним из самых эффективных источников энергии. Покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки, а также поддерживая частоту тока, они занимают особо важное место в современных энергетических системах.
Вода как возобновляемый природный ресурс не требует производственных затрат. А значит, себестоимость производства электроэнергии на гидростанциях значительно ниже, что делает гидроэнергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
В будущем доля гидроэнергетики в энергетическом балансе со временем будет только возрастать. А уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, гидроэнергетика является самым конкурентным и, не смотря на свою уже многовековую историю, перспективным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
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.
Вода как возобновляемый природный ресурс не требует производственных затрат. А значит, себестоимость производства электроэнергии на гидростанциях значительно ниже, что делает гидроэнергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
В будущем доля гидроэнергетики в энергетическом балансе со временем будет только возрастать. А уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, гидроэнергетика является самым конкурентным и, не смотря на свою уже многовековую историю, перспективным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
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.
Рассчитаны и определены показатели, выбраны элементы и параметры Деминиканской ГЭС, с плотиной высотой 109,2 м на реке Олёкма, являющейся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% обеспеченности случаев: Qo,i% = 14775 м3/с., Qo,oi% = 16529 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчётов выбрана установленная мощность Деминиканской, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки. Установленная мощность составила 1045 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 80,65 м. Полезный объём при отметке НПУ составляет 21,0 млн.м3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 7,77 млрд. кВт-ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и тип гидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 95,0 м;
- расчётный - 77,1 м;
- минимальный - 62,2 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчётному напору, составляет 1254 м3/с.
Выбрана гидротурбина ПЛД115б-В45°-800. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с 3 гидроагрегатами, диаметрами рабочих колёс 8,0 м.
Для выбранной поворотно-лопастной диагональной турбины с синхронной частотой вращения 93,8 об/мин расчитан серийный гидрогенератор СВ 900/260-32 с номинальной активной мощностью 335 МВт.
Далее выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (три воздушных линии, три генераторных присоединения) КРУЭ 500 кВ - полуторная цепочка. По справочным данным и каталогам выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 400000/500-У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ 4000/35 У1
В качестве генераторного выключателя, принят элегазовый выключатель ВГГ-20-90/20000 У3 производства российской машиностроительной компании ЗАО «ЗЭТО».
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Деминиканская ГЭС спроектирована по плотинной схеме.
В состав сооружений входят:
- водосливная бетонная плотина;
- левобережная глухая бетонная плотина;
- правобережная глухая бетонная плотина;
- станционная плотина;
- глубинные водосбросы;
- машинный зал приплотинного типа.
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 71,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 8,00 м;
- отметка гребная водослива - 98,00 м;
- число водосливных отверстий - 12;
- ширина водосливных отверстий - 14,0 м;
- отметка гребня плотины - 117,20 м.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетании нагрузок. При расчёте плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Деминиканской ГЭС отвечает требованиям надёжности.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
Оценка эффективности капиталовложений в такое масштабное производство, как гидроэнергетика показывает, в лучшем случае:
- срок окупаемость - 10 лет;
- себестоимость электроэнергии - 0,47 руб./кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 119000 руб./кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Деминиканской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% обеспеченности случаев: Qo,i% = 14775 м3/с., Qo,oi% = 16529 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчётов выбрана установленная мощность Деминиканской, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки. Установленная мощность составила 1045 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 80,65 м. Полезный объём при отметке НПУ составляет 21,0 млн.м3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 7,77 млрд. кВт-ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и тип гидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 95,0 м;
- расчётный - 77,1 м;
- минимальный - 62,2 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчётному напору, составляет 1254 м3/с.
Выбрана гидротурбина ПЛД115б-В45°-800. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с 3 гидроагрегатами, диаметрами рабочих колёс 8,0 м.
Для выбранной поворотно-лопастной диагональной турбины с синхронной частотой вращения 93,8 об/мин расчитан серийный гидрогенератор СВ 900/260-32 с номинальной активной мощностью 335 МВт.
Далее выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (три воздушных линии, три генераторных присоединения) КРУЭ 500 кВ - полуторная цепочка. По справочным данным и каталогам выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 400000/500-У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ 4000/35 У1
В качестве генераторного выключателя, принят элегазовый выключатель ВГГ-20-90/20000 У3 производства российской машиностроительной компании ЗАО «ЗЭТО».
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Деминиканская ГЭС спроектирована по плотинной схеме.
В состав сооружений входят:
- водосливная бетонная плотина;
- левобережная глухая бетонная плотина;
- правобережная глухая бетонная плотина;
- станционная плотина;
- глубинные водосбросы;
- машинный зал приплотинного типа.
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 71,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 8,00 м;
- отметка гребная водослива - 98,00 м;
- число водосливных отверстий - 12;
- ширина водосливных отверстий - 14,0 м;
- отметка гребня плотины - 117,20 м.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетании нагрузок. При расчёте плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Деминиканской ГЭС отвечает требованиям надёжности.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
Оценка эффективности капиталовложений в такое масштабное производство, как гидроэнергетика показывает, в лучшем случае:
- срок окупаемость - 10 лет;
- себестоимость электроэнергии - 0,47 руб./кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 119000 руб./кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Деминиканской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
