ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЛДАНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ АЛДАН. ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ АВТОМАТИКА В ЕЭС РОССИИ
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ АЛДАНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определения внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
2 Водно-энергетические расчёты 13
2.1 Исходные данные 13
2.2 Выбор маловодного и средневодного годов при заданной обеспеченности
стока 13
2.3 Определение типа регулирования 17
2.4 Построение суточных графиков нагрузки с интегральной кривой нагрузки
энергосистемы 18
2.1 Построение годовых графиков нагрузок энергосистемы 20
2.2 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 21
2.3 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году. 24
2.4 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС 25
2.5 Баланс мощности 25
2.6 Водно-энергетические расчеты работы ГЭС в средневодном году 26
3 Основное и вспомогательное оборудование 27
3.1 Построение режимного поля 27
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 29
3.3 Выбор отметки расположения рабочего колеса гидротурбины 31
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 33
3.5 Расчет вала на прочность 35
3.6 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 36
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 37
4.2 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 37
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы 38
4.3.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 38
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 39
4.4 Выбор синхронных генераторов 39
4.5 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.6 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчета .... 40
4.7 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 41
4.8 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 42
4.9 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 45
4.10 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
13,1 кВ 45
4.11 Выбор трансформаторов тока и напряжения 46
4.12 Выбор параметров КРУЭ 47
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Перечень защит основного оборудования 49
5.2 Расчет номинальных токов 50
5.3 Описание защит и расчет их уставок 51
5.3.1 Продольная дифференциальная защита 51
5.3.2 Защита от замыкания на землю обмотки статора генератора (UN(U0))53
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 56
5.3.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 56
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 60
5.3.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 61
5.3.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 64
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 66
5.5 Таблица уставок и матрица отключений защит 66
6 Компоновка и сооружения гидроузла 67
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 67
6.2 Определение отметки гребня грунтовой плотины 67
6.3 Определение ширины водосливного фронта 70
6.4 Определение отметки гребня водослива 71
6.5 Проверка пропуска проверочного расхода 72
6.6 Построение профиля водослива по координатам Кригера - Офицерова .. 73
6.7 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 74
6.8 Конструирование бетонной плотины 77
6.8.1 Определение ширины подошвы 77
6.8.2 Разрезка бетонных плотин швами 77
6.8.3 Быки 78
6.8.4 Галереи 78
6.8.5 Элементы подземного контура плотины 78
6.9 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 79
6.10 Определение основных нагрузок на плотину 80
6.10.1 Вес сооружения и затворов 80
6.10.2 Сила гидростатического давления воды 81
6.10.3 Волновое давление 82
6.10.4 Фильтрационное и взвешивающее давление 82
6.10.5 Давление грунта 83
6.11 Расчет прочности плотины 84
6.12 Критерии прочности плотины 86
6.13 Расчёт устойчивости плотины 87
7 Охрана труда. Пожарная безопасность 88
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 88
7.2 Пожарная безопасность 89
7.3 Охрана труда 91
8 Охрана окружающей среды 93
8.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 93
8.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 94
8.3 Отходы, образующиеся при строительстве 96
8.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 98
9 Технико-экономические показатели 100
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 100
9.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 100
9.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 100
9.1.3 Налоговые расходы в первые годы эксплуатации 103
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 103
9.3 Оценка инвестиционного проекта 105
9.3.1 Методология и исходные данные 105
9.3.2 Коммерческая эффективность 106
9.3.3 Бюджетная эффективность 106
9.4 Анализ чувствительности 107
10 Противоаварийная автоматика в ЕЭС России 109
10.1 Введение 109
10.2 Управляющие воздействия противоаварийной автоматики ПО
10.3 Виды противоаварийной автоматики ПО
10.3.1 Автоматика предотвращения нарушения устойчивости (АЛЛУ).. 111
10.3.2 Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР) 112
10.3.3 Автоматика ограничения повышения напряжения (АОПН) 113
10.3.4 Автоматика ограничения снижения напряжения (АОСН) 113
10.3.5 Автоматика ограничения перегрузки оборудования (АОПО) 113
10.3.6 Автоматика ограничения повышения частоты (АОПЧ) 114
10.3.7 Автоматика ограничения снижения частоты (АОСЧ) 114
10.4 Надежность ЕЭС России 115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 118
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Исходный гидрологический ряд 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Водно-энергетические расчеты 125
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Режимное поле 129
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Параметры и характеристики гидротурбин 130
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Релейная защита и автоматика 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Сбор нагрузок на водосливную плотину 138
... 1 глава отсутствует
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определения внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
2 Водно-энергетические расчёты 13
2.1 Исходные данные 13
2.2 Выбор маловодного и средневодного годов при заданной обеспеченности
стока 13
2.3 Определение типа регулирования 17
2.4 Построение суточных графиков нагрузки с интегральной кривой нагрузки
энергосистемы 18
2.1 Построение годовых графиков нагрузок энергосистемы 20
2.2 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 21
2.3 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году. 24
2.4 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС 25
2.5 Баланс мощности 25
2.6 Водно-энергетические расчеты работы ГЭС в средневодном году 26
3 Основное и вспомогательное оборудование 27
3.1 Построение режимного поля 27
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 29
3.3 Выбор отметки расположения рабочего колеса гидротурбины 31
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 33
3.5 Расчет вала на прочность 35
3.6 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 36
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 37
4.2 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 37
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы 38
4.3.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 38
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 39
4.4 Выбор синхронных генераторов 39
4.5 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.6 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчета .... 40
4.7 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 41
4.8 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 42
4.9 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 45
4.10 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
13,1 кВ 45
4.11 Выбор трансформаторов тока и напряжения 46
4.12 Выбор параметров КРУЭ 47
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Перечень защит основного оборудования 49
5.2 Расчет номинальных токов 50
5.3 Описание защит и расчет их уставок 51
5.3.1 Продольная дифференциальная защита 51
5.3.2 Защита от замыкания на землю обмотки статора генератора (UN(U0))53
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 56
5.3.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 56
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 60
5.3.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 61
5.3.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 64
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 66
5.5 Таблица уставок и матрица отключений защит 66
6 Компоновка и сооружения гидроузла 67
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 67
6.2 Определение отметки гребня грунтовой плотины 67
6.3 Определение ширины водосливного фронта 70
6.4 Определение отметки гребня водослива 71
6.5 Проверка пропуска проверочного расхода 72
6.6 Построение профиля водослива по координатам Кригера - Офицерова .. 73
6.7 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 74
6.8 Конструирование бетонной плотины 77
6.8.1 Определение ширины подошвы 77
6.8.2 Разрезка бетонных плотин швами 77
6.8.3 Быки 78
6.8.4 Галереи 78
6.8.5 Элементы подземного контура плотины 78
6.9 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 79
6.10 Определение основных нагрузок на плотину 80
6.10.1 Вес сооружения и затворов 80
6.10.2 Сила гидростатического давления воды 81
6.10.3 Волновое давление 82
6.10.4 Фильтрационное и взвешивающее давление 82
6.10.5 Давление грунта 83
6.11 Расчет прочности плотины 84
6.12 Критерии прочности плотины 86
6.13 Расчёт устойчивости плотины 87
7 Охрана труда. Пожарная безопасность 88
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 88
7.2 Пожарная безопасность 89
7.3 Охрана труда 91
8 Охрана окружающей среды 93
8.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 93
8.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 94
8.3 Отходы, образующиеся при строительстве 96
8.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 98
9 Технико-экономические показатели 100
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 100
9.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 100
9.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 100
9.1.3 Налоговые расходы в первые годы эксплуатации 103
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 103
9.3 Оценка инвестиционного проекта 105
9.3.1 Методология и исходные данные 105
9.3.2 Коммерческая эффективность 106
9.3.3 Бюджетная эффективность 106
9.4 Анализ чувствительности 107
10 Противоаварийная автоматика в ЕЭС России 109
10.1 Введение 109
10.2 Управляющие воздействия противоаварийной автоматики ПО
10.3 Виды противоаварийной автоматики ПО
10.3.1 Автоматика предотвращения нарушения устойчивости (АЛЛУ).. 111
10.3.2 Автоматика ликвидации асинхронного режима (АЛАР) 112
10.3.3 Автоматика ограничения повышения напряжения (АОПН) 113
10.3.4 Автоматика ограничения снижения напряжения (АОСН) 113
10.3.5 Автоматика ограничения перегрузки оборудования (АОПО) 113
10.3.6 Автоматика ограничения повышения частоты (АОПЧ) 114
10.3.7 Автоматика ограничения снижения частоты (АОСЧ) 114
10.4 Надежность ЕЭС России 115
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 118
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Исходный гидрологический ряд 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Водно-энергетические расчеты 125
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Режимное поле 129
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Параметры и характеристики гидротурбин 130
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Релейная защита и автоматика 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Сбор нагрузок на водосливную плотину 138
... 1 глава отсутствует
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, является «гибким» источником электроэнергии, а также покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, на ГЭС отсутствует необходимость добывать, отрабатывать, транспортировать какое-либо топливо по сравнению с ТЭЦ, что сказывается на низкой стоимости товарной продукции ГЭС, а также ГЭС имеет постоянную естественную возобновляемость энергоресурсов. ГЭС не имеет вредных отходов и выбросов в атмосферу.
Республика Саха (Якутия) имеет множество горнодобывающих предприятий, также на территории республики ведется реализация газотранспортной магистрали и увеличивается мощность нефтеперекачивающих станций.
Возведение Алданской ГЭС обеспечит прирост выработки электроэнергии в Республики Саха (Якутия) с целью развития производства в республике, также будет создано условие для стабильной, постоянной поставки электроэнергии потребителям.
Целью 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.
Республика Саха (Якутия) имеет множество горнодобывающих предприятий, также на территории республики ведется реализация газотранспортной магистрали и увеличивается мощность нефтеперекачивающих станций.
Возведение Алданской ГЭС обеспечит прирост выработки электроэнергии в Республики Саха (Якутия) с целью развития производства в республике, также будет создано условие для стабильной, постоянной поставки электроэнергии потребителям.
Целью 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.
В дипломном проекте рассчитаны и определены показатели, выбраны элементы и параметры Алданской ГЭС на реке Алдан, являющейся сооружением II класса.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 427 МВт и среднемноголетняя выработка 2,5 млрд. кВт-ч.
Было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 59,00 м;
расчетный - 43,80 м;
минимальный - 37,25 м.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с шестью гидротурбинами ПЛ 60-В-475.
По упрощенным расчетам для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 166,7 об/мин был подобран гидрогенератор СВ-817/150-36 с номинальной активной мощностью 84 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 220 кВ с двумя рабочими системами шин. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТДЦ-125000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд: ТСЗ-6300/13,8/6,3 и ТСЗ 6300/6,3/0,4 для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-300/39.
После выбора основного электрооборудования был произведен расчет обязательного переченя устройств релейной защиты и автоматики генератора Алданской ГЭС в соответствии с ПУЭ. Были выбраны микропроцессорные терминалы релейной защиты и автоматики ООО НИН «ЭКРА».
Компоновка гидроузла была принята приплотинная.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля;
- правобережная глухая каменно-набросная плотина;
- станционная часть бетонной плотины;
- левобережная глухая бетонная плотина.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 47 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 322,00 м;
- число пролетов водосливной плотины - 5;
- ширина пролета водосливной плотины - 10 м;
- отметка гребня - 391,10 м;
- ширина гребня - 24 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется способ свободно отброшенной струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурно-осадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,23 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений II класса - 1,20). Таким образом, плотина Алданского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 7,1 лет;
- себестоимость - 0,24 руб/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 146668 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Алданского гидроузла в настоящее время является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 427 МВт и среднемноголетняя выработка 2,5 млрд. кВт-ч.
Было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 59,00 м;
расчетный - 43,80 м;
минимальный - 37,25 м.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с шестью гидротурбинами ПЛ 60-В-475.
По упрощенным расчетам для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 166,7 об/мин был подобран гидрогенератор СВ-817/150-36 с номинальной активной мощностью 84 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 220 кВ с двумя рабочими системами шин. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТДЦ-125000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд: ТСЗ-6300/13,8/6,3 и ТСЗ 6300/6,3/0,4 для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-300/39.
После выбора основного электрооборудования был произведен расчет обязательного переченя устройств релейной защиты и автоматики генератора Алданской ГЭС в соответствии с ПУЭ. Были выбраны микропроцессорные терминалы релейной защиты и автоматики ООО НИН «ЭКРА».
Компоновка гидроузла была принята приплотинная.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля;
- правобережная глухая каменно-набросная плотина;
- станционная часть бетонной плотины;
- левобережная глухая бетонная плотина.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 47 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 322,00 м;
- число пролетов водосливной плотины - 5;
- ширина пролета водосливной плотины - 10 м;
- отметка гребня - 391,10 м;
- ширина гребня - 24 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется способ свободно отброшенной струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурно-осадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,23 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений II класса - 1,20). Таким образом, плотина Алданского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 7,1 лет;
- себестоимость - 0,24 руб/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 146668 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Алданского гидроузла в настоящее время является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
