ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДЛО-ОНЕЖСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ВОДЛА. ЗАЩИТА ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 6-10 кВ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ВОДЛО-ОНЕЖСКОЙ ГЭС 7
1 Общие сведения 9
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Топографические данные 11
1.4 Инженерно-геологические условия 13
1.5 Сейсмические условия 13
1.6 Данные по энергосистеме 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Данные для водно-энергетических расчетов 14
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 14
2.2.1 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 16
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 17
2.3 Построение суточных графиков нагрузки 18
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 20
2.5 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований ВХК и бытового
стока 21
2.6 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в маловодном году 22
2.6.1 Определение типа регулирования 24
2.7 Определение рабочей мощности ГЭС. Баланс мощности 24
2.8 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в
средневодном году 25
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 27
3.1 Режимное поле 27
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 29
3.2.1 Выбор типа гидротурбин 29
3.2.2 Определение отметки установки рабочего колеса 33
3.3 Расчет параметров гидрогенератора 36
3.4 Определение геометрических параметров проточной части 38
3.4.1 Расчет спиральной камеры 38
3.4.2 Расчет вала на прочность 41
3.4.3 Расчет подшипника 41
3.5 Выбор МНУ и электрогидравлического регулятора 43
4 Электрическая часть 44
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 44
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 44
4.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с
одиночным блоком 44
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с
укрупненным блоком 46
4.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 47
4.2.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов
воздушных линий 48
4.3 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета 49
4.1 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 51
4.2 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 51
4.5.1 Расчет исходных данных 51
4.5.2 Внесение исходных данных в программный комплекс RastrWin и
расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении ... 52
4.3 Определение расчетных токов рабочего и утяжелённого режима 54
4.4 Выбор и проверка оборудования 55
4.7.1 Выбор генераторных выключателей и разъединителей на
напряжение 10,5 кВ 55
4.7.2 Выбор генераторного анализатора и синхронизатора 56
4.7.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 56
4.7.4 Выбор вспомогательного оборудования 56
4.7.5 Выбор электроаппаратов на напряжение 110 кВ 57
5 Релейная защита и автоматика 58
5.1 Перечень защит блока генератор-трансформатор 58
5.2 Расчет номинальных токов 59
5.3 Описание защит и расчет их уставок 60
5.3.1 Продольная дифференциальная защита генератора 60
5.3.2 Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора
(Un (U0)) 63
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 65
5.3.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 66
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 69
5.3.6 Дистанционная защита генератора Zl <, Z2 < 72
5.3.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 75
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 76
6 Компоновка сооружений гидроузла 77
6.1 Назначение класса ГТС 77
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 77
6.2.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 77
6.3 Гидравлические расчеты 79
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 79
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 81
6.3.3 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном
расчетном случае 83
6.3.4 Построение оголовка водослива по Кригеру-Офицерову 83
6.3.5 Расчет сопряжений потока в нижнем бьефе 85
6.3.6 Расчет водобойной плиты 85
6.3.7 Расчет водобойной стенки 86
6.3.8 Проверка сопряжений потоков за водобойной стенкой 87
6.3.9 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные
водосбросы 87
6.4 Конструирование плотины 88
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 88
6.4.2 Разрезка бетонных плотин по швам 90
6.4.3 Быки 91
6.4.4 Устои 91
6.4.5 Дренаж тела бетонных плотин 91
6.4.6 Г ал ерей в теле плотины 92
6.4.7 Ширина плотины по гребню 92
6.5 Основные элементы плотины 92
6.5.1 Понур 92
6.5.2 Дренажные устройства в основании 92
6.5.3 Водобой 93
6.5.4 Рисберма и ковш 93
6.6 Обоснование надежности и безопасности плотины 94
6.6.1 Определение основных нагрузок на плотину 94
6.6.2 Вес сооружения и затворов 94
6.6.3 Сила гидростатического давления воды 95
6.6.4 Равнодействующая взвешивающего давления 96
6.6.5 Сила фильтрационного давления 96
6.6.6 Давление грунта 96
6.6.7 Волновое давление 97
6.7 Оценка прочности плотины 97
6.8 Критерии прочности плотины и ее основания 100
6.9 Обоснование устойчивости плотины 101
7 Пожарная безопасность и охрана труда 102
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 102
7.2 Охрана труда 103
7.3 Пожарная безопасность 105
8 Мероприятия по охране окружающей среды Водло-Онежского ГУ 108
8.1 Общие сведения 108
8.2 Виды работ при строительстве Водло-Онежского ГУ 109
8.3 Охрана природы ПО
8.4 Водоохранная зона 111
8.5 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 112
8.6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 113
8.7 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период эксплуатации гидроэлектростанции 116
9 Технико-экономическое обоснование 117
9.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 117
9.1.1 Т екущие расходы по гидроузлу 117
9.1.2 Налоговые расходы в первые годы эксплуатации 120
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .. 121
9.3 Оценка инвестиционного проекта 123
9.3.1 Методология, исходные данные 123
9.3.2 Коммерческая эффективность 123
9.3.3 Бюджетная эффективность 124
9.4 Анализ чувствительности 125
10 Режимы заземления нейтрали и способ действия защиты от замыканий на
землю 128
10.1 Однофазные замыкания 130
10.2 Характеристики основных режимов заземления нейтрали 132
10.3 Защиты от однофазных замыканий на землю 134
10.3.1 Общие требования к защите от замыканий на землю 134
10.3.2 Защиты от 033, основанные на использовании электрических
величин промышленной частоты 135
10.3.3 Защиты от 033, основанные на использовании высших
гармоник 137
10.3.4 Защиты от 033, основанные на использовании электрических
величин переходного процесса 138
10.4 Устройства защит от 033 139
10.4.1 Направленные защиты типа ЗЗП-1М и ЗЗН 139
10.4.2 Устройство защиты от замыканий на землю в сетях
6-35 кВ: УЗС 141
10.4.3 Прибор сигнализации замыкания на землю ПЗЗМ 1 142
10.4.4 Устройство сигнализации присоединения с 033 в сетях с
изолированной или компенсированной нейтралью «Сириус-ОЗЗ» 143
10.4.5 Устройства индикации повреждения ВЛ 3-35 кВ и КЛ 6-35 кВ .. 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 146
ПРИЛОЖЕНИЕ А. _Анализ исходных данных 150
ПРИЛОЖЕНИЕ Б152_Водно-энергетические расчеты 152
ПРИЛОЖЕНИЕ В. _Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. _Релейная защита и автоматика 160
.... Главы 1, 1.1, 1.2, 1.3 отсутствуют
1 Общие сведения 9
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Топографические данные 11
1.4 Инженерно-геологические условия 13
1.5 Сейсмические условия 13
1.6 Данные по энергосистеме 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Данные для водно-энергетических расчетов 14
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 14
2.2.1 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 16
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 17
2.3 Построение суточных графиков нагрузки 18
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 20
2.5 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований ВХК и бытового
стока 21
2.6 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в маловодном году 22
2.6.1 Определение типа регулирования 24
2.7 Определение рабочей мощности ГЭС. Баланс мощности 24
2.8 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в
средневодном году 25
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 27
3.1 Режимное поле 27
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 29
3.2.1 Выбор типа гидротурбин 29
3.2.2 Определение отметки установки рабочего колеса 33
3.3 Расчет параметров гидрогенератора 36
3.4 Определение геометрических параметров проточной части 38
3.4.1 Расчет спиральной камеры 38
3.4.2 Расчет вала на прочность 41
3.4.3 Расчет подшипника 41
3.5 Выбор МНУ и электрогидравлического регулятора 43
4 Электрическая часть 44
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 44
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 44
4.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с
одиночным блоком 44
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с
укрупненным блоком 46
4.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 47
4.2.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов
воздушных линий 48
4.3 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета 49
4.1 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 51
4.2 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 51
4.5.1 Расчет исходных данных 51
4.5.2 Внесение исходных данных в программный комплекс RastrWin и
расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении ... 52
4.3 Определение расчетных токов рабочего и утяжелённого режима 54
4.4 Выбор и проверка оборудования 55
4.7.1 Выбор генераторных выключателей и разъединителей на
напряжение 10,5 кВ 55
4.7.2 Выбор генераторного анализатора и синхронизатора 56
4.7.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 56
4.7.4 Выбор вспомогательного оборудования 56
4.7.5 Выбор электроаппаратов на напряжение 110 кВ 57
5 Релейная защита и автоматика 58
5.1 Перечень защит блока генератор-трансформатор 58
5.2 Расчет номинальных токов 59
5.3 Описание защит и расчет их уставок 60
5.3.1 Продольная дифференциальная защита генератора 60
5.3.2 Защита от замыканий на землю в обмотке статора генератора
(Un (U0)) 63
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 65
5.3.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 66
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 69
5.3.6 Дистанционная защита генератора Zl <, Z2 < 72
5.3.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 75
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 76
6 Компоновка сооружений гидроузла 77
6.1 Назначение класса ГТС 77
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 77
6.2.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 77
6.3 Гидравлические расчеты 79
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 79
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 81
6.3.3 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном
расчетном случае 83
6.3.4 Построение оголовка водослива по Кригеру-Офицерову 83
6.3.5 Расчет сопряжений потока в нижнем бьефе 85
6.3.6 Расчет водобойной плиты 85
6.3.7 Расчет водобойной стенки 86
6.3.8 Проверка сопряжений потоков за водобойной стенкой 87
6.3.9 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные
водосбросы 87
6.4 Конструирование плотины 88
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 88
6.4.2 Разрезка бетонных плотин по швам 90
6.4.3 Быки 91
6.4.4 Устои 91
6.4.5 Дренаж тела бетонных плотин 91
6.4.6 Г ал ерей в теле плотины 92
6.4.7 Ширина плотины по гребню 92
6.5 Основные элементы плотины 92
6.5.1 Понур 92
6.5.2 Дренажные устройства в основании 92
6.5.3 Водобой 93
6.5.4 Рисберма и ковш 93
6.6 Обоснование надежности и безопасности плотины 94
6.6.1 Определение основных нагрузок на плотину 94
6.6.2 Вес сооружения и затворов 94
6.6.3 Сила гидростатического давления воды 95
6.6.4 Равнодействующая взвешивающего давления 96
6.6.5 Сила фильтрационного давления 96
6.6.6 Давление грунта 96
6.6.7 Волновое давление 97
6.7 Оценка прочности плотины 97
6.8 Критерии прочности плотины и ее основания 100
6.9 Обоснование устойчивости плотины 101
7 Пожарная безопасность и охрана труда 102
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 102
7.2 Охрана труда 103
7.3 Пожарная безопасность 105
8 Мероприятия по охране окружающей среды Водло-Онежского ГУ 108
8.1 Общие сведения 108
8.2 Виды работ при строительстве Водло-Онежского ГУ 109
8.3 Охрана природы ПО
8.4 Водоохранная зона 111
8.5 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 112
8.6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 113
8.7 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период эксплуатации гидроэлектростанции 116
9 Технико-экономическое обоснование 117
9.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 117
9.1.1 Т екущие расходы по гидроузлу 117
9.1.2 Налоговые расходы в первые годы эксплуатации 120
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .. 121
9.3 Оценка инвестиционного проекта 123
9.3.1 Методология, исходные данные 123
9.3.2 Коммерческая эффективность 123
9.3.3 Бюджетная эффективность 124
9.4 Анализ чувствительности 125
10 Режимы заземления нейтрали и способ действия защиты от замыканий на
землю 128
10.1 Однофазные замыкания 130
10.2 Характеристики основных режимов заземления нейтрали 132
10.3 Защиты от однофазных замыканий на землю 134
10.3.1 Общие требования к защите от замыканий на землю 134
10.3.2 Защиты от 033, основанные на использовании электрических
величин промышленной частоты 135
10.3.3 Защиты от 033, основанные на использовании высших
гармоник 137
10.3.4 Защиты от 033, основанные на использовании электрических
величин переходного процесса 138
10.4 Устройства защит от 033 139
10.4.1 Направленные защиты типа ЗЗП-1М и ЗЗН 139
10.4.2 Устройство защиты от замыканий на землю в сетях
6-35 кВ: УЗС 141
10.4.3 Прибор сигнализации замыкания на землю ПЗЗМ 1 142
10.4.4 Устройство сигнализации присоединения с 033 в сетях с
изолированной или компенсированной нейтралью «Сириус-ОЗЗ» 143
10.4.5 Устройства индикации повреждения ВЛ 3-35 кВ и КЛ 6-35 кВ .. 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 146
ПРИЛОЖЕНИЕ А. _Анализ исходных данных 150
ПРИЛОЖЕНИЕ Б152_Водно-энергетические расчеты 152
ПРИЛОЖЕНИЕ В. _Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. _Релейная защита и автоматика 160
.... Главы 1, 1.1, 1.2, 1.3 отсутствуют
Все действующие на сегодняшний день защиты способны определить только поврежденный участок при однофазном замыкании на землю, но не способны с наибольшей точностью определить место замыкания. Это является проблемой для защит электрических сетей 6-10 кВ.
Для длинных линий особенно важно определение места замыкания, т.к. в этом случае ремонтная бригада будет знать, где конкретный поврежденный участок и не придется затрачивать время на его поиск по всей линии. Тем самым быстрее будет произведен ремонт и перерыв в питании потребителя будет минимальным.
Для коротких линий важно определение поврежденного фидера, но из-за малых емкостных токов это сделать сложно. В этом случае возникают трудности в селективном отключении поврежденного фидера, связанные с чувствительностью защит.
Для длинных линий особенно важно определение места замыкания, т.к. в этом случае ремонтная бригада будет знать, где конкретный поврежденный участок и не придется затрачивать время на его поиск по всей линии. Тем самым быстрее будет произведен ремонт и перерыв в питании потребителя будет минимальным.
Для коротких линий важно определение поврежденного фидера, но из-за малых емкостных токов это сделать сложно. В этом случае возникают трудности в селективном отключении поврежденного фидера, связанные с чувствительностью защит.
