Проектирование Катуньской ГЭС на реке Катунь. Виды заземления нейтрали тема сетей среднего напряжения 6-35 кВ. Защита от замыканий на землю в сетях собственных нужд ГЭС
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ КАТУНЬСКОЙ ГЭС 6
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климатические данные 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 10
1.2 Энерго-экономическая характеристика региона 11
2 Водно-энергетические расчеты 17
2.1 Регулирование стока реки 17
2.1.1 Построение эмпирических кривых обеспеченности 17
2.1.2 Выбор расчетных маловодного и средневодного лет 20
2.2 Выбор установленной мощности 21
2.2.1 Выбор рабочей мощности. Первая итерация 21
2.2.2 Расчет мощности резервов 24
2.2.3 Выбор рабочей мощности. Вторая итерация 26
2.2.4 Выбор дублирующей мощности 28
2.3 Баланс мощности и энергии 30
3 Основное и вспомогательное оборудование 32
3.1 Выбор числа и типа гидроагрегатов 32
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 36
3.2.1 Определение отметки установки рабочего колеса 36
3.2.2 Расчет металлической спиральной камеры 38
3.2.3 Выбор маслонапорной установки и системы автоматического
управления гидротурбины 42
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 43
3.4 Подъемно-транспортное оборудование 43
4 Электрическая часть 44
4.1 Исходные данные для проектирования электрической части 44
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений 44
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы 45
4.3.1 Выбор синхронных генераторов 45
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночными
блоками 46
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным и
укрупненным блоками 47
4.3.4 Выбор трансформатора собственных нужд 48
4.4 Выбор числа отходящих воздушных линий и марки их проводов 48
4.5 Выбор главной схемы 50
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 51
4.7 Расчет токов коротких замыканий 52
4.8 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов 52
4.9 Выбор оборудования на генераторном напряжении 53
4.10 Выбор электротехнического оборудования гидрогенератора 53
4.11 Выбор оборудования открытого распределительного устройства 55
5 Микропроцессорные электрические защиты гидрогенератора 56
5.1 Состав защит блока 56
5.2 Расчет номинальных первичных и вторичных токов 56
5.3 Описание и расчет уставок микропроцессорных электрических защит ... 57
5.3.1 Продольная дифференциальная защита обмотки статора ГГ 57
5.3.2 Защита от однофазных замыканий на землю обмотки статора 59
5.3.3 Защита от повышения напряжения 62
5.3.4 Защита обратной последовательности 62
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок гидрогенератора 66
5.3.6 Дистанционная защита гидрогенератора 68
5.3.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 71
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 72
6 Компоновка и сооружения гидроузла 73
6.1 Состав и компоновка сооружений гидроузла 73
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 73
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 73
6.2.2 Гидравлические расчеты 75
6.2.2.1 Определение ширины водосливного фронта 75
6.2.2.2 Определение отметки гребня водослива 76
6.2.2.3 Построение профиля водосливной грани 76
6.2.2.4 Гашение энергии способом свободного отброса струи 78
6.2.2.5 Сброс полезного объема водохранилища 80
6.3 Конструирование плотины 80
6.4 Конструирование элементов подземного контура плотины 81
6.5 Фильтрационные расчеты подземного контура 81
6.6 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 82
6.6.1 Определение основных нагрузок на плотину 82
6.6.1.2 Сила гидростатического давления воды 82
6.6.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 83
6.6.1.4 Сила фильтрационного давления 83
6.6.1.5 Давление грунта 83
6.6.1.6 Волновое давление 84
6.6.2 Оценка прочности плотины 84
6.6.3 Критерии прочности плотины и ее основания 86
6.6.4 Обоснование устойчивости плотины 86
7 Охрана труда, пожарная безопасность, охрана окружающей среды 88
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 88
7.2 Охрана труда 90
7.2.1 Общие положения 90
7.2.2 Требования к персоналу 91
7.3 Пожарная безопасность 92
7.3.1 Общие требования пожарной безопасности 92
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения 94
7.3.3 Пожарная безопасность аккумуляторных установок 95
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды 96
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 96
7.4.2 Охрана окружающей среды в период строительства 97
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 98
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 100
7.4.5 Охрана окружающей среды в период эксплуатации 101
8 Технико-экономические показатели 103
8.1 Производство электроэнергии и расходы в период эксплуатации 103
8.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 103
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 103
8.1.3 Налоговые расходы 106
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 107
8.3 Анализ денежных потоков 108
8.4 Оценка инвестиционного проекта 108
8.4.1 Методология, исходные данные 109
8.4.2 Коммерческая эффективность 109
8.4.3 Бюджетная эффективность 110
8.5 Анализ чувствительности проекта 110
9 Виды заземления нейтрали сетей среднего напряжения 6-35 кВ. Защита от
замыканий на землю в сетях собственных нужд ГЭС 113
9.1 Виды заземления нейтралей сетей среднего напряжения 6-35 кВ 113
9.1.1 Режим изолированной нейтрали сети 114
9.1.2 Режим заземления нейтрали сети через дугогасящий реактор 116
9.1.3 Режим заземления нейтрали сети через резистор 117
9.2 Защита от замыканий на землю в сетях собственных нужд ГЭС 119
9.3 Итоги 124
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 127
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 128
Приложения А - Е
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климатические данные 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 10
1.2 Энерго-экономическая характеристика региона 11
2 Водно-энергетические расчеты 17
2.1 Регулирование стока реки 17
2.1.1 Построение эмпирических кривых обеспеченности 17
2.1.2 Выбор расчетных маловодного и средневодного лет 20
2.2 Выбор установленной мощности 21
2.2.1 Выбор рабочей мощности. Первая итерация 21
2.2.2 Расчет мощности резервов 24
2.2.3 Выбор рабочей мощности. Вторая итерация 26
2.2.4 Выбор дублирующей мощности 28
2.3 Баланс мощности и энергии 30
3 Основное и вспомогательное оборудование 32
3.1 Выбор числа и типа гидроагрегатов 32
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 36
3.2.1 Определение отметки установки рабочего колеса 36
3.2.2 Расчет металлической спиральной камеры 38
3.2.3 Выбор маслонапорной установки и системы автоматического
управления гидротурбины 42
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 43
3.4 Подъемно-транспортное оборудование 43
4 Электрическая часть 44
4.1 Исходные данные для проектирования электрической части 44
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений 44
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы 45
4.3.1 Выбор синхронных генераторов 45
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночными
блоками 46
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным и
укрупненным блоками 47
4.3.4 Выбор трансформатора собственных нужд 48
4.4 Выбор числа отходящих воздушных линий и марки их проводов 48
4.5 Выбор главной схемы 50
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 51
4.7 Расчет токов коротких замыканий 52
4.8 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов 52
4.9 Выбор оборудования на генераторном напряжении 53
4.10 Выбор электротехнического оборудования гидрогенератора 53
4.11 Выбор оборудования открытого распределительного устройства 55
5 Микропроцессорные электрические защиты гидрогенератора 56
5.1 Состав защит блока 56
5.2 Расчет номинальных первичных и вторичных токов 56
5.3 Описание и расчет уставок микропроцессорных электрических защит ... 57
5.3.1 Продольная дифференциальная защита обмотки статора ГГ 57
5.3.2 Защита от однофазных замыканий на землю обмотки статора 59
5.3.3 Защита от повышения напряжения 62
5.3.4 Защита обратной последовательности 62
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок гидрогенератора 66
5.3.6 Дистанционная защита гидрогенератора 68
5.3.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 71
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 72
6 Компоновка и сооружения гидроузла 73
6.1 Состав и компоновка сооружений гидроузла 73
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 73
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 73
6.2.2 Гидравлические расчеты 75
6.2.2.1 Определение ширины водосливного фронта 75
6.2.2.2 Определение отметки гребня водослива 76
6.2.2.3 Построение профиля водосливной грани 76
6.2.2.4 Гашение энергии способом свободного отброса струи 78
6.2.2.5 Сброс полезного объема водохранилища 80
6.3 Конструирование плотины 80
6.4 Конструирование элементов подземного контура плотины 81
6.5 Фильтрационные расчеты подземного контура 81
6.6 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 82
6.6.1 Определение основных нагрузок на плотину 82
6.6.1.2 Сила гидростатического давления воды 82
6.6.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 83
6.6.1.4 Сила фильтрационного давления 83
6.6.1.5 Давление грунта 83
6.6.1.6 Волновое давление 84
6.6.2 Оценка прочности плотины 84
6.6.3 Критерии прочности плотины и ее основания 86
6.6.4 Обоснование устойчивости плотины 86
7 Охрана труда, пожарная безопасность, охрана окружающей среды 88
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 88
7.2 Охрана труда 90
7.2.1 Общие положения 90
7.2.2 Требования к персоналу 91
7.3 Пожарная безопасность 92
7.3.1 Общие требования пожарной безопасности 92
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения 94
7.3.3 Пожарная безопасность аккумуляторных установок 95
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды 96
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 96
7.4.2 Охрана окружающей среды в период строительства 97
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 98
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 100
7.4.5 Охрана окружающей среды в период эксплуатации 101
8 Технико-экономические показатели 103
8.1 Производство электроэнергии и расходы в период эксплуатации 103
8.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 103
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 103
8.1.3 Налоговые расходы 106
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 107
8.3 Анализ денежных потоков 108
8.4 Оценка инвестиционного проекта 108
8.4.1 Методология, исходные данные 109
8.4.2 Коммерческая эффективность 109
8.4.3 Бюджетная эффективность 110
8.5 Анализ чувствительности проекта 110
9 Виды заземления нейтрали сетей среднего напряжения 6-35 кВ. Защита от
замыканий на землю в сетях собственных нужд ГЭС 113
9.1 Виды заземления нейтралей сетей среднего напряжения 6-35 кВ 113
9.1.1 Режим изолированной нейтрали сети 114
9.1.2 Режим заземления нейтрали сети через дугогасящий реактор 116
9.1.3 Режим заземления нейтрали сети через резистор 117
9.2 Защита от замыканий на землю в сетях собственных нужд ГЭС 119
9.3 Итоги 124
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 127
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 128
Приложения А - Е
Строительство Катуньской ГЭС обеспечит энергосистему Республики Алтай высокоманевренными генерирующими мощностями, что позволит снизить величину перетоков из соседних регионов. Для более полного использования гидроэнергетического потенциала Катуни предполагается возведение каскада ГЭС. Катуньская ГЭС будет являться средней ступенью каскада.
В силу сильной неравномерности стока Катуни необходимо предусмотреть установку дублирующей мощности на Катуньской ГЭС для более полного освоения энергетического потенциала реки.
Для эффективного использования водохранилища требуется подобрать основное оборудование, позволяющее работать ГЭС в большом диапазоне напоров и расходов.
Так как Катуньская ГЭС будет являться единственной ГЭС в республике, а, следовательно, и единственным высокоманевренным источником электроэнергии электрическая схема станции должна обеспечивать высокую надежность работы ГЭС на рынке электроэнергии и мощности.
Гидротехнические сооружения Катуньской ГЭС должны обеспечивать безопасную эксплуатацию электростанции во всех расчетных режимах, определяемых с учетом класса ГТС Катуньской ГЭС.
В силу сильной неравномерности стока Катуни необходимо предусмотреть установку дублирующей мощности на Катуньской ГЭС для более полного освоения энергетического потенциала реки.
Для эффективного использования водохранилища требуется подобрать основное оборудование, позволяющее работать ГЭС в большом диапазоне напоров и расходов.
Так как Катуньская ГЭС будет являться единственной ГЭС в республике, а, следовательно, и единственным высокоманевренным источником электроэнергии электрическая схема станции должна обеспечивать высокую надежность работы ГЭС на рынке электроэнергии и мощности.
Гидротехнические сооружения Катуньской ГЭС должны обеспечивать безопасную эксплуатацию электростанции во всех расчетных режимах, определяемых с учетом класса ГТС Катуньской ГЭС.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы на реке Катунь был спроектирован гидроузел. Основными нетривиальными решениями при проектировании Катуньской ГЭС являются:
- выбор и обоснование размещения дублирующей мощности в размере 100 МВт;
- установка поворотно-лопастных диагональных турбин, позволившая расширить зону работы турбин с наибольшими значениями КПД, в сравнении с поворотно-лопастными турбинами;
- строительство носка-трамплина, как устройства гашения энергии потока, что позволило снизить стоимость строительства за счет исключения большого объема работ по выработке скального основания при возведении иных гасителей;
- для обеспечения высокой надежности электроснабжения потребителей главной схемой электрических соединений выбрана схема с двумя рабочими системами шин;
- так же для повышения надежности функционирования электростанции спроектирована система собственных нужд двух классов напряжения - 6/0,4 кВ с резервным питанием от ДГУ.
- выбор и обоснование размещения дублирующей мощности в размере 100 МВт;
- установка поворотно-лопастных диагональных турбин, позволившая расширить зону работы турбин с наибольшими значениями КПД, в сравнении с поворотно-лопастными турбинами;
- строительство носка-трамплина, как устройства гашения энергии потока, что позволило снизить стоимость строительства за счет исключения большого объема работ по выработке скального основания при возведении иных гасителей;
- для обеспечения высокой надежности электроснабжения потребителей главной схемой электрических соединений выбрана схема с двумя рабочими системами шин;
- так же для повышения надежности функционирования электростанции спроектирована система собственных нужд двух классов напряжения - 6/0,4 кВ с резервным питанием от ДГУ.