ПРОЕКТИРОВАНИЕ АХМЕТОВСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ БОЛЬШАЯ ЛАБА. ДИФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ ГИДРОГЕНЕРАТОРА. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОР АХМЕТОВСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Инженерно-геологические изыскания 14
1.4 Сейсмическая обстановка 14
1.5 Энерго-экономическая характеристика региона 14
2 Водноэнергетические расчёты и выбор установленной мощности 15
2.1 Регулирование стока воды 15
2.1.1 Определение максимальных расчётных расходов 15
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 16
2.1.3 Выбор расчётного средневодного года 17
2.1.4 Выбор расчётного маловодного года 17
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических
расчётов 19
2.2.1 Расчёт режима работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственного комплекса 19
2.2.2 Баланс энергий 20
2.2.3 Водноэнергетические расчёты режима работы ГЭС 21
2.2.4 Баланс мощности 23
2.2.5 Определение установленной мощности Ахметовская ГЭС 24
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 26
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 26
3.1.1 Построение режимного поля 26
Ахметовской ГЭС по напору и расходу 26
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 28
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её безкавитационной работы 31
3.3 Выбор серийного гидрогенератора 33
3.4 Выбор типа маслонапорной установки 35
4 Электрическая часть 36
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 36
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 38
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 38
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схем с одиночным блок.38
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 40
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд (СН) 41
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распред-устройства
высшего напряжения, марки проводов воздушных линий 41
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 42
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 44
4.6 Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 45
4.6.1 Исходные данные для расчетов 45
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 46
4.6.3 Результаты расчёта токов КЗ 48
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов 48
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 49
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 49
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 49
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов 50
4.9 Выбор параметров ОРУ 50
5 Релейная защита и автоматика 52
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 52
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 53
5.3 Расчёт номинальных токов 54
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 57
5.4.1 Защита преобразовательного трансформатора 57
5.4.2 Продольная дифференциальная защита 59
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) 63
5.4.4 Защита от повышения напряжения 66
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 66
5.4.6. Защита от симметричных перегрузок 71
2.7 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z?<) 74
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 77
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 79
5.6 Таблица уставок и матрица отключений 79
6 Компоновка сооружения и гидроузла 80
6.1 Назначение класса ГТС 80
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 80
6.3 Выбор максимальных расчетных расходов для основного и поверочного
расчетных случаев - рМакс.Расч0СН; QMaKc.pac4 82
6.4 Расчет пропускной способности гидроузла, включая заглубленные водопропускные отверстия для сработки полезного объема водохранилища и притока за период от НПУ до УМО 83
6.4.1 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случая 83
6.4.2 Определение расхода через другие водопропускные сооружения
гидроузла 84
6.4.3 Определение ширины водосливного фронта 85
6.4.4 Определение напора на водосливе 85
6.4.5 Определение напора на водосливе 86
6.4.6 Определение отметки гребня водослива 86
6.4.7 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 86
6.4.8 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 87
6.4.9 Построение профиля водосливной грани 87
6.4.10 Определение отметки гребня плотины 88
6.5 Обоснованный выбор состава ГТС и компоновки гидроузла 88
6.6 Расчет энергогасящих устройств в НБ 89
6.6.1 Расчёт сопряжения потока в НБ 89
6.6.2 Расчет водобоя 90
6.6.3 Расчёт водобойной стенки 91
6.6.4. Проверка сопряжения потоков за водобойной стенкой 92
6.7 Определение ширины подошвы плотины 95
6.7.1 Разрезка бетонных плотин швами 95
6.7.2 Быки 96
6.7.3 Устои 96
6.7.4 Определение ширины плотины по гребню 96
6.7.5 Галереи и дренаж в теле плотины 97
6.7.6 Расчет цементационной завесы и дренажа 97
6.8 Определение основных нагрузок на плотину 100
6.8.1 Вес сооружения 100
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 101
6.8.3 Равнодействующая взвешивающего давления 102
6.8.4 Сила фильтрационного давления 102
6.8.5 Давление грунта 102
6.8.6 Волновое воздействие 104
6.9 Оценка прочности плотины 105
6.9.1 Определение напряжений 105
6.9.2 Критерии прочности плотины и её основания 107
6.10 Обоснование устойчивости плотины 108
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Ахметовской ГУ.
Противопожарная безопасность и охрана труда 110
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений ПО
7.2 Пожарная безопасность 112
7.3 Охрана труда 115
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Ахметовской
ГУ 118
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 118
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 119
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 120
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 121
7.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 122
8 Технико-экономическое обоснование 123
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 123
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 123
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 123
8.1.3 Налоговые расходы 126
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 127
8.3 Анализ денежных потоков 127
8.4 Оценка инвестиционного проекта 128
8.4.1 Методология, исходные данные 128
8.4.2 Коммерческая эффективность 129
8.4.3 Бюджетная эффективность 130
8.5 Анализ чувствительности 130
9. Дифференциальные защиты гидрогенератора. Устройство и принцип работы.
133
9.1 Продольная дифференциальная защита генератора 133
9.1.1 Дифференциальный ток 134
9.1.2 Ток торможения 135
9.2 Поперечная дифференциальная защита генератора 137
9.2.1 Расчет уставок поперечной дифференциальной защиты 139
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 141
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водноэнергетические расчёты 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 173
ПРИЛОЖЕНИЕ В Таблица уставок и матрицы отключений защит 176
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Технико-экономическое обоснование 178
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Инженерно-геологические изыскания 14
1.4 Сейсмическая обстановка 14
1.5 Энерго-экономическая характеристика региона 14
2 Водноэнергетические расчёты и выбор установленной мощности 15
2.1 Регулирование стока воды 15
2.1.1 Определение максимальных расчётных расходов 15
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 16
2.1.3 Выбор расчётного средневодного года 17
2.1.4 Выбор расчётного маловодного года 17
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических
расчётов 19
2.2.1 Расчёт режима работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственного комплекса 19
2.2.2 Баланс энергий 20
2.2.3 Водноэнергетические расчёты режима работы ГЭС 21
2.2.4 Баланс мощности 23
2.2.5 Определение установленной мощности Ахметовская ГЭС 24
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 26
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 26
3.1.1 Построение режимного поля 26
Ахметовской ГЭС по напору и расходу 26
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 28
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её безкавитационной работы 31
3.3 Выбор серийного гидрогенератора 33
3.4 Выбор типа маслонапорной установки 35
4 Электрическая часть 36
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 36
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 38
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 38
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схем с одиночным блок.38
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 40
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд (СН) 41
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распред-устройства
высшего напряжения, марки проводов воздушных линий 41
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 42
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 44
4.6 Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 45
4.6.1 Исходные данные для расчетов 45
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 46
4.6.3 Результаты расчёта токов КЗ 48
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов 48
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 49
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 49
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 49
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов 50
4.9 Выбор параметров ОРУ 50
5 Релейная защита и автоматика 52
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 52
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 53
5.3 Расчёт номинальных токов 54
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 57
5.4.1 Защита преобразовательного трансформатора 57
5.4.2 Продольная дифференциальная защита 59
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) 63
5.4.4 Защита от повышения напряжения 66
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 66
5.4.6. Защита от симметричных перегрузок 71
2.7 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z?<) 74
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 77
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 79
5.6 Таблица уставок и матрица отключений 79
6 Компоновка сооружения и гидроузла 80
6.1 Назначение класса ГТС 80
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 80
6.3 Выбор максимальных расчетных расходов для основного и поверочного
расчетных случаев - рМакс.Расч0СН; QMaKc.pac4 82
6.4 Расчет пропускной способности гидроузла, включая заглубленные водопропускные отверстия для сработки полезного объема водохранилища и притока за период от НПУ до УМО 83
6.4.1 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случая 83
6.4.2 Определение расхода через другие водопропускные сооружения
гидроузла 84
6.4.3 Определение ширины водосливного фронта 85
6.4.4 Определение напора на водосливе 85
6.4.5 Определение напора на водосливе 86
6.4.6 Определение отметки гребня водослива 86
6.4.7 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 86
6.4.8 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 87
6.4.9 Построение профиля водосливной грани 87
6.4.10 Определение отметки гребня плотины 88
6.5 Обоснованный выбор состава ГТС и компоновки гидроузла 88
6.6 Расчет энергогасящих устройств в НБ 89
6.6.1 Расчёт сопряжения потока в НБ 89
6.6.2 Расчет водобоя 90
6.6.3 Расчёт водобойной стенки 91
6.6.4. Проверка сопряжения потоков за водобойной стенкой 92
6.7 Определение ширины подошвы плотины 95
6.7.1 Разрезка бетонных плотин швами 95
6.7.2 Быки 96
6.7.3 Устои 96
6.7.4 Определение ширины плотины по гребню 96
6.7.5 Галереи и дренаж в теле плотины 97
6.7.6 Расчет цементационной завесы и дренажа 97
6.8 Определение основных нагрузок на плотину 100
6.8.1 Вес сооружения 100
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 101
6.8.3 Равнодействующая взвешивающего давления 102
6.8.4 Сила фильтрационного давления 102
6.8.5 Давление грунта 102
6.8.6 Волновое воздействие 104
6.9 Оценка прочности плотины 105
6.9.1 Определение напряжений 105
6.9.2 Критерии прочности плотины и её основания 107
6.10 Обоснование устойчивости плотины 108
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Ахметовской ГУ.
Противопожарная безопасность и охрана труда 110
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений ПО
7.2 Пожарная безопасность 112
7.3 Охрана труда 115
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Ахметовской
ГУ 118
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 118
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 119
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 120
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 121
7.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 122
8 Технико-экономическое обоснование 123
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 123
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 123
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 123
8.1.3 Налоговые расходы 126
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 127
8.3 Анализ денежных потоков 127
8.4 Оценка инвестиционного проекта 128
8.4.1 Методология, исходные данные 128
8.4.2 Коммерческая эффективность 129
8.4.3 Бюджетная эффективность 130
8.5 Анализ чувствительности 130
9. Дифференциальные защиты гидрогенератора. Устройство и принцип работы.
133
9.1 Продольная дифференциальная защита генератора 133
9.1.1 Дифференциальный ток 134
9.1.2 Ток торможения 135
9.2 Поперечная дифференциальная защита генератора 137
9.2.1 Расчет уставок поперечной дифференциальной защиты 139
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 141
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водноэнергетические расчёты 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 173
ПРИЛОЖЕНИЕ В Таблица уставок и матрицы отключений защит 176
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Технико-экономическое обоснование 178
Гидроэлектростанция (ГЭС) - основной объект гидроэлектроэнергетики. Она представляет собой неразрывную систему гидротехнических сооружений и оборудования получения электрической энергии. Занимая особо важное место в современных энергетических системах, они выполняют главную роль по регулированию параметров систем в нестационарных режимах, а также покрывают наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на ценообразовании электроэнергии на рынке сбыта.
Российская Федерация обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, причём существует значительная неравномерность его освоения. В то время, как для центра характерна высокая степень освоения гидроресурсов (50%), в таких регионах как Сибирь и Дальний Восток гидроэнергетический потенциал рек освоен на 20% и на 3% соответственно.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
Российская Федерация обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, причём существует значительная неравномерность его освоения. В то время, как для центра характерна высокая степень освоения гидроресурсов (50%), в таких регионах как Сибирь и Дальний Восток гидроэнергетический потенциал рек освоен на 20% и на 3% соответственно.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.