ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТУВИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ МАЛЫЙ ЕНИСЕЙ. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. АЛГОРИТМЫ И УСТАВКИ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ТУВИНСКОЙ ГЭС 7
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 изыскания 11
1.4 Сейсмическая обстановка 12
1.5 Энерго-экономическая характеристика региона 12
2 Водно-энергетические расчеты и выбор установленной мощности 13
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 13
2.1.1 Выбор расчетного средневодного года 13
2.1.2 Выбор расчетного маловодного года 14
2.2 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС 15
2.3 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 16
2.4 Определение среднемноголетней выработки 18
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 19
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 19
3.1.1 Построение режимного поля Тувинской ГЭС по напору и расходу .. 19
3.1. Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 21
3.2. Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 24
3.3. Выбор типа серийного гидрогенератора 25
3.1. Выбор типа маслонапорной установки 26
3.2. Выбор электрогидравлического регулятора 26
3.3. Выбор конструктивной схемы компоновки гидротурбины 27
4 Электрическая часть 28
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 28
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 29
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 29
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 29
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым
блоком 31
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд 32
4.3 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 32
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
отчета 34
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 35
4.6 Расчёт токов КЗ для выбора электрических аппаратов 36
4.6.1 Расчёт исходных данных 36
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 37
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 39
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,1 кВ 40
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 40
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 40
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 41
4.9 Выбор параметров КРУЭ 41
5 Релейная защита и автоматика 43
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 43
5.2 Перечень защит основного оборудования 44
5.3 Расчёт номинальных токов 45
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 45
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 45
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 48
5.4.3 Защита от повышения напряжения 50
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 50
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок 54
5.4.6 Дистанционная защита генератора 55
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 59
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 61
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 61
6 Компоновка и сооружения гидроузла 64
6.1 Проектирование водосливной плотины 64
6.1.1 Определение отметки гребня плотины грунтовой плотины 64
6.1.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 66
6.2 Гидравлические расчёты 66
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 66
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 67
6.2.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 68
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 70
6.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 71
6.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 72
6.2.7 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные
водосбросы 74
6.3 Конструирование плотины 75
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 75
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 75
6.3.3 Быки 76
6.3.4 Устои 76
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 76
6.3.6 Галереи в теле плотины 76
6.4 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины ... 77
6.4.1 Противофильтрационная завеса 77
6.4.2 Дренажные устройства в основании 77
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 78
6.5.1 Вес сооружения и затворов 78
6.5.2 Сила гидростатического давления 79
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 79
6.5.4 Сила фильтрационного давления 80
6.5.5 Давление грунта 80
6.5.6 Волновое давление 82
6.6 Оценка прочности плотины 82
6.6.1 Критерии прочности плотины и ее основания 85
6.7 Обоснование устойчивости плотины 85
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 87
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 87
7.2 Пожарная безопасность 87
7.3 Охрана труда 89
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Тувинского
ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 90
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 90
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 91
7.4.3 Отходы, образующиеся при строительстве 92
7.4.4 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 93
7.4.5 Отходы, образующиеся при строительстве 94
7.4.6 Лом бетонных изделий, отходы бетона в кусковой форме 94
7.4.7 Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде
изделий, кусков, несортированные 94
7.4.8 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 95
8 Технико-экономические показатели 97
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 97
8. 2 Текущие расходы по гидроузлу 98
8. 3 Налоговые расходы 101
8.1 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 101
8.2 Анализ денежных потоков с указанием укрупнённых этапов реализации
проекта 102
8.3 Оценка инвестиционного проекта 103
8.6.1 Методология, исходные данные 103
8.6.2 Коммерческая эффективность 103
8.6.3 Бюджетная эффективность 104
8.4 Анализ чувствительности 104
9 Цифровые устройства релейной защиты электродвигателей. Алгоритмы и
уставки 107
9.1 Цифровые устройства релейной защиты электродвигателей 107
9.2 Алгоритм токовой отсечки 108
9.3 Алгоритм защиты от замыканий на землю 108
9.4 Алгоритм дифференциальной защиты 110
9.5 Алгоритмы защиты электродвигателя от перегрузки 110
9.6 Алгоритм защиты от минимального напряжения 117
9.7 Выводы 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 124
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водноэнергетические расчеты 126
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 136
ПРИЛОЖЕНИЕ В Технико-экономическое обоснование 140
... Глава 1 и Введение отсутствуют
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 изыскания 11
1.4 Сейсмическая обстановка 12
1.5 Энерго-экономическая характеристика региона 12
2 Водно-энергетические расчеты и выбор установленной мощности 13
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 13
2.1.1 Выбор расчетного средневодного года 13
2.1.2 Выбор расчетного маловодного года 14
2.2 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС 15
2.3 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 16
2.4 Определение среднемноголетней выработки 18
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 19
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 19
3.1.1 Построение режимного поля Тувинской ГЭС по напору и расходу .. 19
3.1. Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 21
3.2. Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 24
3.3. Выбор типа серийного гидрогенератора 25
3.1. Выбор типа маслонапорной установки 26
3.2. Выбор электрогидравлического регулятора 26
3.3. Выбор конструктивной схемы компоновки гидротурбины 27
4 Электрическая часть 28
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 28
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 29
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 29
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 29
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым
блоком 31
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд 32
4.3 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 32
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
отчета 34
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 35
4.6 Расчёт токов КЗ для выбора электрических аппаратов 36
4.6.1 Расчёт исходных данных 36
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 37
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 39
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,1 кВ 40
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 40
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 40
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 41
4.9 Выбор параметров КРУЭ 41
5 Релейная защита и автоматика 43
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 43
5.2 Перечень защит основного оборудования 44
5.3 Расчёт номинальных токов 45
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 45
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 45
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 48
5.4.3 Защита от повышения напряжения 50
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 50
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок 54
5.4.6 Дистанционная защита генератора 55
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 59
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 61
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 61
6 Компоновка и сооружения гидроузла 64
6.1 Проектирование водосливной плотины 64
6.1.1 Определение отметки гребня плотины грунтовой плотины 64
6.1.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 66
6.2 Гидравлические расчёты 66
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 66
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 67
6.2.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 68
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 70
6.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 71
6.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 72
6.2.7 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные
водосбросы 74
6.3 Конструирование плотины 75
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 75
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 75
6.3.3 Быки 76
6.3.4 Устои 76
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 76
6.3.6 Галереи в теле плотины 76
6.4 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины ... 77
6.4.1 Противофильтрационная завеса 77
6.4.2 Дренажные устройства в основании 77
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 78
6.5.1 Вес сооружения и затворов 78
6.5.2 Сила гидростатического давления 79
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 79
6.5.4 Сила фильтрационного давления 80
6.5.5 Давление грунта 80
6.5.6 Волновое давление 82
6.6 Оценка прочности плотины 82
6.6.1 Критерии прочности плотины и ее основания 85
6.7 Обоснование устойчивости плотины 85
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 87
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 87
7.2 Пожарная безопасность 87
7.3 Охрана труда 89
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Тувинского
ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 90
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 90
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 91
7.4.3 Отходы, образующиеся при строительстве 92
7.4.4 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 93
7.4.5 Отходы, образующиеся при строительстве 94
7.4.6 Лом бетонных изделий, отходы бетона в кусковой форме 94
7.4.7 Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде
изделий, кусков, несортированные 94
7.4.8 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 95
8 Технико-экономические показатели 97
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 97
8. 2 Текущие расходы по гидроузлу 98
8. 3 Налоговые расходы 101
8.1 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 101
8.2 Анализ денежных потоков с указанием укрупнённых этапов реализации
проекта 102
8.3 Оценка инвестиционного проекта 103
8.6.1 Методология, исходные данные 103
8.6.2 Коммерческая эффективность 103
8.6.3 Бюджетная эффективность 104
8.4 Анализ чувствительности 104
9 Цифровые устройства релейной защиты электродвигателей. Алгоритмы и
уставки 107
9.1 Цифровые устройства релейной защиты электродвигателей 107
9.2 Алгоритм токовой отсечки 108
9.3 Алгоритм защиты от замыканий на землю 108
9.4 Алгоритм дифференциальной защиты 110
9.5 Алгоритмы защиты электродвигателя от перегрузки 110
9.6 Алгоритм защиты от минимального напряжения 117
9.7 Выводы 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 124
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водноэнергетические расчеты 126
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 136
ПРИЛОЖЕНИЕ В Технико-экономическое обоснование 140
... Глава 1 и Введение отсутствуют
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Тувинского гидроузла на реке Малый Енисей, являющимся сооружением II класса.
На основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного 0,01 % равных 230,77 и 1369,98 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 130 МВт и среднемноголетняя выработка 825 млн. кВт-ч.
Также было построено режимное поле с учетом заданных ограничений по расходу, мощности и пропускной способности, из которого определен диапазон изменения напоров и расхода: Hmax=38,6 м, Нр=35,5 м, Hmin=34,8 м.
При выборе турбин рассматривалось несколько вариантов: ПЛ40а-В; ПЛ40б-В.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами ПЛ40а-В-560. Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 136,4 об/мин по справочным данным был подобран серийный гидрогенератор СВ-845/140-44Т с номинальной активной мощностью 65 МВт.
Для проектируемой Тувинской ГЭС была выбрана структурная схема с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 110 кВ - " с одной рабочей секционированной выключателем системой шин ". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 80000/110-У1, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТЗС-1600/10,5, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-95/16.
После выбора основного электрооборудования был произведён расчёт микропроцессорных электрических защит гидрогенератора Тувинской ГЭС. По результатам расчёта определены уставки и построены характеристики срабатывания, а также схема подключения устройств РЗиА генератора проектируемой ГЭС. Были выбраны микропроцессорные терминалы релейной защиты и автоматики ООО НПП «ЭКРА».
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Плотина расположена на скальном основании и имеет следующие параметры:
• количество водосливных пролётов - 3, шириной 6 м;
• отметка гребня водослива УГВ = 903,10 м;
• ширина подошвы плотины по основанию 35 м;
• в качестве гасителя энергии потока была рассчитана водобойная стенка.
Плотина удовлетворяет условию прочности (в частности отсутствие растягивающих напряжений, а также наличие сжимающих напряжений, не превосходящих пределов прочности на сжатие материала плотины). Спроектированное гидротехническое сооружение отвечает требованиям устойчивости (сопротивлением сдвигу). Также для попуска аварийных расходов в зимний период были предусмотрены два глубинных водовыпуска с габаритными размерами 1х3 м.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
На основании технико-экономических расчетов проект «Тувинская ГЭС на реке Малый Енисей», с установленной мощностью 130 МВт является экономически оправданым. Показатель чистого приведенного дохода инвестиционного проекта NPV >0, это говорит о том, что проект привлекателен для инвестирования. Индекс прибыльности (PI =1,19 руб.) больше единицы, следовательно, инвестиции в проект эффективны и инвестированные средства приносят доход. Период окупаемости составляет 147 месяцев (12,25 лет), что является приемлемым для гидроэлектростанций.
На основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного 0,01 % равных 230,77 и 1369,98 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 130 МВт и среднемноголетняя выработка 825 млн. кВт-ч.
Также было построено режимное поле с учетом заданных ограничений по расходу, мощности и пропускной способности, из которого определен диапазон изменения напоров и расхода: Hmax=38,6 м, Нр=35,5 м, Hmin=34,8 м.
При выборе турбин рассматривалось несколько вариантов: ПЛ40а-В; ПЛ40б-В.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами ПЛ40а-В-560. Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 136,4 об/мин по справочным данным был подобран серийный гидрогенератор СВ-845/140-44Т с номинальной активной мощностью 65 МВт.
Для проектируемой Тувинской ГЭС была выбрана структурная схема с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 110 кВ - " с одной рабочей секционированной выключателем системой шин ". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 80000/110-У1, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТЗС-1600/10,5, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-95/16.
После выбора основного электрооборудования был произведён расчёт микропроцессорных электрических защит гидрогенератора Тувинской ГЭС. По результатам расчёта определены уставки и построены характеристики срабатывания, а также схема подключения устройств РЗиА генератора проектируемой ГЭС. Были выбраны микропроцессорные терминалы релейной защиты и автоматики ООО НПП «ЭКРА».
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Плотина расположена на скальном основании и имеет следующие параметры:
• количество водосливных пролётов - 3, шириной 6 м;
• отметка гребня водослива УГВ = 903,10 м;
• ширина подошвы плотины по основанию 35 м;
• в качестве гасителя энергии потока была рассчитана водобойная стенка.
Плотина удовлетворяет условию прочности (в частности отсутствие растягивающих напряжений, а также наличие сжимающих напряжений, не превосходящих пределов прочности на сжатие материала плотины). Спроектированное гидротехническое сооружение отвечает требованиям устойчивости (сопротивлением сдвигу). Также для попуска аварийных расходов в зимний период были предусмотрены два глубинных водовыпуска с габаритными размерами 1х3 м.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
На основании технико-экономических расчетов проект «Тувинская ГЭС на реке Малый Енисей», с установленной мощностью 130 МВт является экономически оправданым. Показатель чистого приведенного дохода инвестиционного проекта NPV >0, это говорит о том, что проект привлекателен для инвестирования. Индекс прибыльности (PI =1,19 руб.) больше единицы, следовательно, инвестиции в проект эффективны и инвестированные средства приносят доход. Период окупаемости составляет 147 месяцев (12,25 лет), что является приемлемым для гидроэлектростанций.
