ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАТУНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАТУНЬ. ОБСЛУЖИВАНИЕ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ КАТУНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Сейсмологические условия 13
1.1.4 Инженерно-геологические условия 13
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 14
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 14
2 Водно-энергетические расчёты 15
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 15
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 18
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 20
2.4 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
электростанциями 22
2.5 Расчет конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому стоку и по
требованиям ВХК 23
2.6 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в маловодном году .. 25
2.7 Определение рабочих мощностей 30
2.8 Расчет резервов и планирование капитальных ремонтов оборудования.
Определение установленной мощности ГЭС. Баланс мощностей 31
2.9 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по
водности году 32
2.10 Построение режимного поля 36
3 Основное и вспомогательное оборудование 38
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 38
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 38
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 38
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 41
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 43
3.4 Гидромеханический расчёт бетонной спиральной камеры 43
3.5 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 45
3.5.1 Расчёт вала на прочность 45
3.5.2 Расчёт подшипника 46
3.5.3 Выбор типа маслонапорной установки 47
3.5.4 Выбор электрогидравлического регулятора 47
4 Электрическая часть 49
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 49
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 50
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 50
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 50
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым
блоком 51
4.2.4 Выбор трансформатор собственных нужд 52
4.3 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 53
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании ТЭР 54
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 55
4.6 Расчёт токов КЗ для выбора электрических аппаратов 56
4.6.1 Расчёт исходных данных 56
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 57
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 58
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
13.1 кВ 59
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 59
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 60
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 60
4.9 Выбор параметров ОРУ 61
5 Микропроцессорные электрические защиты гидрогенератора 62
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 62
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 63
5.3 Расчёт номинальных токов 64
5.4 Описание защит и расчет их уставок 64
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 64
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора гидрогенератора (UN
(Uo)) 67
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 70
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 70
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок(71) 74
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 76
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 78
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 80
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 80
6 Компоновка и сооружения гидроузла 83
6.1 Назначение класса ГТС 83
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 83
6.2.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 83
6.2.2 Гидравлические расчеты 85
6.2.2.1 Определение ширины водосливного фронта 85
6.2.2.2 Определение отметки гребня водослива 86
6.2.2.3. Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном случае 87
6.2.2.1 Построение профиля водосливной грани 88
6.2.2.2 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 89
6.2.2.3 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 90
6.2.3 Расчет глубинных водовыпусков 92
6.3 Конструирование плотины 93
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 93
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 93
6.3.3 Быки 94
6.3.4 Устои 94
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 94
6.3.6 Галереи в теле плотины 94
6.4 Противофильтрационные устройства в основании 95
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 96
6.5.1 Вес сооружения 96
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 97
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 97
6.5.4 Волновое воздействие 97
6.5.5 Сила фильтрационного давления 98
6.5.6 Давление грунта 98
6.6 Оценка прочности плотины 99
6.7 Критерии прочности плотины и её основания 101
6.8 Обоснование устойчивости плотины 102
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 104
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 104
7.2 Охрана труда 104
7.2.1 Обще положения 104
7.2.2 Требования к персоналу 106
7.3 Пожарная безопасность 107
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды 109
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 109
7.4.2 Охрана окружающей среды в период строительства 111
7.4.1 Отходы, образующиеся при строительстве 114
7.4.2 Охрана окружающей среды в период эксплуатации 115
8 Технико-экономическое обоснование 116
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 116
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 116
8.3 Налоговые расходы 119
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 119
8.5 Оценка инвестиционного проекта 121
8.5.1 Методология и исходные данные 121
8.5.2 Показатели коммерческой эффективности 121
8.5.3 Показатели бюджетной эффективности 122
9 Обслуживание силовых трансформаторов 125
9.1 Осмотр силовых трансформаторов 126
9.2 Параллельная работа силовых трансформаторов 127
9.3 Техническое обслуживание силовых трансформаторов 128
9.4.1 Контроль системы охлаждения силовых трансформаторов 128
9.4.2 Вибрационный контроль силовых трансформаторов 129
9.4.3 Включение и отключение силового трансформатора в зимнее время
года 130
9.4.4 Эксплуатация трансформаторного масла трансформаторов 131
9.4.5 Мероприятия по оперативно-техническому обслуживанию силовых
трансформаторов 132
9.4.6 Включение силового трансформатора в сеть 134
9.4.7 Ремонт силовых трансформаторов 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водно-энергетические расчёты 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 150
ПРИЛОЖЕНИЕ В Компоновка и сооружения гидроузла 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Технико-экономические показатели 158
... 1 глава отсутствует
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Сейсмологические условия 13
1.1.4 Инженерно-геологические условия 13
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 14
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 14
2 Водно-энергетические расчёты 15
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 15
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 18
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 20
2.4 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
электростанциями 22
2.5 Расчет конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому стоку и по
требованиям ВХК 23
2.6 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в маловодном году .. 25
2.7 Определение рабочих мощностей 30
2.8 Расчет резервов и планирование капитальных ремонтов оборудования.
Определение установленной мощности ГЭС. Баланс мощностей 31
2.9 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по
водности году 32
2.10 Построение режимного поля 36
3 Основное и вспомогательное оборудование 38
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 38
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 38
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 38
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 41
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 43
3.4 Гидромеханический расчёт бетонной спиральной камеры 43
3.5 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 45
3.5.1 Расчёт вала на прочность 45
3.5.2 Расчёт подшипника 46
3.5.3 Выбор типа маслонапорной установки 47
3.5.4 Выбор электрогидравлического регулятора 47
4 Электрическая часть 49
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 49
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 50
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 50
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 50
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым
блоком 51
4.2.4 Выбор трансформатор собственных нужд 52
4.3 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 53
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании ТЭР 54
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 55
4.6 Расчёт токов КЗ для выбора электрических аппаратов 56
4.6.1 Расчёт исходных данных 56
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 57
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 58
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
13.1 кВ 59
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 59
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 60
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 60
4.9 Выбор параметров ОРУ 61
5 Микропроцессорные электрические защиты гидрогенератора 62
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 62
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 63
5.3 Расчёт номинальных токов 64
5.4 Описание защит и расчет их уставок 64
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 64
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора гидрогенератора (UN
(Uo)) 67
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 70
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 70
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок(71) 74
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 76
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 78
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 80
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 80
6 Компоновка и сооружения гидроузла 83
6.1 Назначение класса ГТС 83
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 83
6.2.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 83
6.2.2 Гидравлические расчеты 85
6.2.2.1 Определение ширины водосливного фронта 85
6.2.2.2 Определение отметки гребня водослива 86
6.2.2.3. Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном случае 87
6.2.2.1 Построение профиля водосливной грани 88
6.2.2.2 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 89
6.2.2.3 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 90
6.2.3 Расчет глубинных водовыпусков 92
6.3 Конструирование плотины 93
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 93
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 93
6.3.3 Быки 94
6.3.4 Устои 94
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 94
6.3.6 Галереи в теле плотины 94
6.4 Противофильтрационные устройства в основании 95
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 96
6.5.1 Вес сооружения 96
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 97
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 97
6.5.4 Волновое воздействие 97
6.5.5 Сила фильтрационного давления 98
6.5.6 Давление грунта 98
6.6 Оценка прочности плотины 99
6.7 Критерии прочности плотины и её основания 101
6.8 Обоснование устойчивости плотины 102
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 104
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 104
7.2 Охрана труда 104
7.2.1 Обще положения 104
7.2.2 Требования к персоналу 106
7.3 Пожарная безопасность 107
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды 109
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 109
7.4.2 Охрана окружающей среды в период строительства 111
7.4.1 Отходы, образующиеся при строительстве 114
7.4.2 Охрана окружающей среды в период эксплуатации 115
8 Технико-экономическое обоснование 116
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 116
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 116
8.3 Налоговые расходы 119
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 119
8.5 Оценка инвестиционного проекта 121
8.5.1 Методология и исходные данные 121
8.5.2 Показатели коммерческой эффективности 121
8.5.3 Показатели бюджетной эффективности 122
9 Обслуживание силовых трансформаторов 125
9.1 Осмотр силовых трансформаторов 126
9.2 Параллельная работа силовых трансформаторов 127
9.3 Техническое обслуживание силовых трансформаторов 128
9.4.1 Контроль системы охлаждения силовых трансформаторов 128
9.4.2 Вибрационный контроль силовых трансформаторов 129
9.4.3 Включение и отключение силового трансформатора в зимнее время
года 130
9.4.4 Эксплуатация трансформаторного масла трансформаторов 131
9.4.5 Мероприятия по оперативно-техническому обслуживанию силовых
трансформаторов 132
9.4.6 Включение силового трансформатора в сеть 134
9.4.7 Ремонт силовых трансформаторов 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водно-энергетические расчёты 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 150
ПРИЛОЖЕНИЕ В Компоновка и сооружения гидроузла 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Технико-экономические показатели 158
... 1 глава отсутствует
Потребление электроэнергии является неотъемлемым ysлoвиeм существования человечества. В настоящее время количество потребителей электрической энергии стремительно расчёт за счёт развития технологий, в связи с этим, необходимо наращивать генерирующие мощности. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях различного типа.
Гидроэлектростанции занимают значительное место в современных энергосистемах, выполняют основную функцию регулирования их параметров в нестабильных режимах, а также покрывают пиковые части графиков нагрузки.
Электроэнергия проектируемой ГЭС в республике Алтай пойдет на строительство туристических баз, запланированных в регионе, которые нужно будет снабжать электроэнергией.
Все это способствует созданию на территории республики современной мощной гидроэлектростанции, которая решит практически все проблемы электроэнергетики этого региона. Несмотря на создание водохранилищ, которые сопровождаются затоплением территорий, гидроэлектростанции являются одним из самых экологически чистых источников энергии.
Гидротехнические сооружения Катунской ГЭС должны обеспечивать безопасную эксплуатацию электростанции во всех расчетных режимах, определяемых с учетом класса ГТС ГЭС.
В данной работе рассмотрен проект Катунской ГЭС на реке Катунь. В состав проекта входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, расчет защит гидрогенератора, экономическое обоснование строительства ГЭС.
Гидроэлектростанции занимают значительное место в современных энергосистемах, выполняют основную функцию регулирования их параметров в нестабильных режимах, а также покрывают пиковые части графиков нагрузки.
Электроэнергия проектируемой ГЭС в республике Алтай пойдет на строительство туристических баз, запланированных в регионе, которые нужно будет снабжать электроэнергией.
Все это способствует созданию на территории республики современной мощной гидроэлектростанции, которая решит практически все проблемы электроэнергетики этого региона. Несмотря на создание водохранилищ, которые сопровождаются затоплением территорий, гидроэлектростанции являются одним из самых экологически чистых источников энергии.
Гидротехнические сооружения Катунской ГЭС должны обеспечивать безопасную эксплуатацию электростанции во всех расчетных режимах, определяемых с учетом класса ГТС ГЭС.
В данной работе рассмотрен проект Катунской ГЭС на реке Катунь. В состав проекта входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, расчет защит гидрогенератора, экономическое обоснование строительства ГЭС.
В данной работе были рассчитаны и определены основные параметры и элементы Катунского гидроузла на реке Катунь, являющимся сооружением II класса.
В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность, равная 204 МВт и среднемноголетняя выработка 1069 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 - 40,0 м;
■ расчетный - 31,85 м;
■ минимальный - 28,55 м;
Была выбрана турбина ПЛ4Оа-В-600. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-850/190-48 с номинальной активной мощность 72,5 МВт.
Затем была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 8 присоединений (3 одиночных блока, 2 служебных блока, 3 отходящие воздушные линии) с двумя рабочими и обходной системами шин. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 125000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-2500/13,8, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
Далее был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловой. В состав сооружения входят:
■ левобережная глухая бетонная плотина;
■ водосливная бетонная плотина;
■ здание ГЭС;
■ правобережная глухая бетонная плотина.
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
■ ширина подошвы водосливной плотины - 31,5 м;
■ отметка подошвы плотины - 735,00 м;
■ число водосливов - 3;
■ ширина водосливного фронта - 33 м;
■ длина плотины по гребню - 298 м;
■ отметка гребня плотины - 786,00 м;
■ ширина гребня - 20 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется способ свободного отброса струи через трамплин в яму размыва. Бетонная плотина разделяется по длине постоянными температурными швами на отдельные секции, для обеспечения монолитности бетона секций плотины при температурной деформации в различных частях тела плотины и при неравномерных осадках основания.
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 - 121 месяцев;
■ себестоимость электроэнергии - 0,18 руб./кВтч;
■ удельные капиталовложения - 147108 руб./кВт.
Таким образом строительство Катунского гидроузла в настоящее время является актуальным и выгодным с точки зрения технико-экономических показателей.
В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность, равная 204 МВт и среднемноголетняя выработка 1069 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 - 40,0 м;
■ расчетный - 31,85 м;
■ минимальный - 28,55 м;
Была выбрана турбина ПЛ4Оа-В-600. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-850/190-48 с номинальной активной мощность 72,5 МВт.
Затем была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 8 присоединений (3 одиночных блока, 2 служебных блока, 3 отходящие воздушные линии) с двумя рабочими и обходной системами шин. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 125000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-2500/13,8, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
Далее был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловой. В состав сооружения входят:
■ левобережная глухая бетонная плотина;
■ водосливная бетонная плотина;
■ здание ГЭС;
■ правобережная глухая бетонная плотина.
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
■ ширина подошвы водосливной плотины - 31,5 м;
■ отметка подошвы плотины - 735,00 м;
■ число водосливов - 3;
■ ширина водосливного фронта - 33 м;
■ длина плотины по гребню - 298 м;
■ отметка гребня плотины - 786,00 м;
■ ширина гребня - 20 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется способ свободного отброса струи через трамплин в яму размыва. Бетонная плотина разделяется по длине постоянными температурными швами на отдельные секции, для обеспечения монолитности бетона секций плотины при температурной деформации в различных частях тела плотины и при неравномерных осадках основания.
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 - 121 месяцев;
■ себестоимость электроэнергии - 0,18 руб./кВтч;
■ удельные капиталовложения - 147108 руб./кВт.
Таким образом строительство Катунского гидроузла в настоящее время является актуальным и выгодным с точки зрения технико-экономических показателей.
