ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРАПИВИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ТОМЬ. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ГЭС В УСЛОВИЯХ РЫНКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И МОЩНОСТИ
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ КРАПИВИНСКОЙ ГЭС
ВВЕДЕНИЕ
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС
1.1 Климат в районе проектируемой ГЭС
1.2 Гидрологические данные
1.3 Топографические данные
1.4 Инженерно-геологические характеристики 7
1.5 Сейсмические характеристики района строительства 7
1.6 Данные по энергосистеме 8
2 Водно-энергетические расчеты 9
2.1 Данные для водно-энергетических расчетов 9
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 9
2.2.1 Выбор расчётного средневодного года (Р=50%) 9
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 10
2.3 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН ЭС 12
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 12
2.5 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 13
2.6 Водно-энергетический расчет (ВЭР) режима работы ГЭС по условию
маловодного года 14
2.7 Определение рабочей мощности ГЭС 15
2.8 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 16
2.9 Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по условию
средневодного года 17
3 Основное и вспомогательное оборудование 18
3.1 Построение режимного поля 18
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 19
3.3 Проверка работы турбины при минимальном расходе 24
3.4 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 25
3.5 Выбор типа серийного гидрогенератора 26
3.6 Расчет спиральной камеры 26
3.7 Выбор типа маслонапорной установки 29
3.8 Выбор электрогидравлического регулятора 29
3.9 Расчёт вала на прочность 29
3.10 Расчёт подшипника 29
3.11 Выбор конструктивной схемы компоновки гидротурбины 31
3.12 Определение геометрических размеров здания ГЭС 32
4 Электрическая часть 33
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 33
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 33
4.2.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 33
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов 34
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий 37
4.4 Выбор схемы распределительного устройства 38
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчёта 38
4.6 Расчёт токов короткого замыкания 39
4.6.1 Расчёт исходных данных 39
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 41
4.6.3 Результаты расчёта токов короткого замыкания 43
4.7 Выбор и проверка оборудования 43
4.7.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 43
4.7.2 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 13,8 кВ 44
4.7.2.1 Выбор выключателей и разъединителей 44
4.7.2.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 45
4.7.2.3 Выбор параметров КРУЭ 46
5 Релейная защита и автоматика 48
5.1 Расчет номинальных токов 48
5.2 Перечень защит основного оборудования 49
5.3 Технические данные защищаемого оборудования 50
5.4 Описание и расчет уставок защит 51
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 51
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) 53
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1 >), (U2 >) 56
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (12) 56
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (II) 60
5.4.6 Защита от перегрузки обмотки ротора 62
5.4.7 Дистанционная защита генератора Z1 <, Z2 < 63
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 66
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 67
6 Компоновка и состав сооружений гидроузла 68
6.1 Проектирование сооружений напорного фронта 68
6.1.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 68
6.2 Гидравлические расчёты 70
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 70
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 71
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном
расчетном случае 73
6.2.4 Построение оголовка водослива по Кригер - Офицерову 75
6.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 75
6.2.6 Расчет водобойной стенки 76
6.2.7 Проверка сопряжения потоков за водобойной стенкой 77
6.3 Конструирование бетонной плотины 77
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 77
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 78
6.3.3 Быки 78
6.3.4 Устои 79
6.3.5 Г ал ерей в теле плотины 79
6.3.6 Определение ширины плотины по гребню 80
6.3.7 Расчет цементационной завесы и дренажа 80
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 81
6.4.1 Вес сооружения и затворов 81
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 82
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 82
6.4.4 Сила фильтрационного давления 82
6.4.5 Давление грунта 83
6.5 Оценка прочности плотины 84
6.6 Критерии прочности плотины и её основания 86
6.7 Обоснование устойчивости плотины 87
7 Пожарная безопасность. Охрана труда 88
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 88
7.2 Требования по охране труда и техники безопасности 88
7.3 Пожарная безопасность 90
8 Охрана окружающей среды 92
8.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища 93
8.2 Водоохранная зона 94
8.3 Отходы, образующиеся при строительстве 95
8.4 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции в период
эксплуатации 96
9 Технико-экономическое обоснование 98
9.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 98
9.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 99
9.3 Налоговые расходы 101
9.4 Оценка суммы прибыли 102
9.5 Оценка инвестиционного проекта 103
9.5.1 Методология и исходные данные 103
9.5.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 104
9.6 Бюджетная эффективность 104
9.7 Анализ чувствительности 105
10 Повышение эффективности работы ГЭС в условиях рынка электроэнергии
и мощности 108
10.1 Крапивинская ГЭС в условиях рынка электроэнергии и мощности 108
10.2 Технические требования к генерирующему оборудованию участников
оптового рынка 108
10.3 Требования к генерирующему оборудованию Крапивинской ГЭС в части предоставления диапазона регулирования реактивной мощности 109
10.4 Порядок контроля и критерии оценки участия ГЭС в предоставлении
диапазона регулирования реактивной мощности 109
10.5 Требования к участию Крапивинской ГЭС во вторичном регулировании частоты электрического тока и перетоков активнойэлектрической мощности 110
10.6 Требования к участию Крапивинской ГЭС в оперативном вторичном
регулировании 110
10.7 Порядок определения готовности генерирующего оборудования
Крапивинской ГЭС 111
10.8 Меры оперативного воздействия 112
10.9 Контроль готовности 112
10.10 Основные факторы влияющие на цену электроэнергии на оптовом
рынке 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 117
ПРИЛОЖЕНИЯ А-Ж 120-145
... Нет главы 1 и введения
ВВЕДЕНИЕ
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС
1.1 Климат в районе проектируемой ГЭС
1.2 Гидрологические данные
1.3 Топографические данные
1.4 Инженерно-геологические характеристики 7
1.5 Сейсмические характеристики района строительства 7
1.6 Данные по энергосистеме 8
2 Водно-энергетические расчеты 9
2.1 Данные для водно-энергетических расчетов 9
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 9
2.2.1 Выбор расчётного средневодного года (Р=50%) 9
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 10
2.3 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН ЭС 12
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 12
2.5 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 13
2.6 Водно-энергетический расчет (ВЭР) режима работы ГЭС по условию
маловодного года 14
2.7 Определение рабочей мощности ГЭС 15
2.8 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 16
2.9 Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по условию
средневодного года 17
3 Основное и вспомогательное оборудование 18
3.1 Построение режимного поля 18
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 19
3.3 Проверка работы турбины при минимальном расходе 24
3.4 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 25
3.5 Выбор типа серийного гидрогенератора 26
3.6 Расчет спиральной камеры 26
3.7 Выбор типа маслонапорной установки 29
3.8 Выбор электрогидравлического регулятора 29
3.9 Расчёт вала на прочность 29
3.10 Расчёт подшипника 29
3.11 Выбор конструктивной схемы компоновки гидротурбины 31
3.12 Определение геометрических размеров здания ГЭС 32
4 Электрическая часть 33
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 33
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 33
4.2.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 33
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов 34
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий 37
4.4 Выбор схемы распределительного устройства 38
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчёта 38
4.6 Расчёт токов короткого замыкания 39
4.6.1 Расчёт исходных данных 39
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 41
4.6.3 Результаты расчёта токов короткого замыкания 43
4.7 Выбор и проверка оборудования 43
4.7.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 43
4.7.2 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 13,8 кВ 44
4.7.2.1 Выбор выключателей и разъединителей 44
4.7.2.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 45
4.7.2.3 Выбор параметров КРУЭ 46
5 Релейная защита и автоматика 48
5.1 Расчет номинальных токов 48
5.2 Перечень защит основного оборудования 49
5.3 Технические данные защищаемого оборудования 50
5.4 Описание и расчет уставок защит 51
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 51
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) 53
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1 >), (U2 >) 56
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (12) 56
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (II) 60
5.4.6 Защита от перегрузки обмотки ротора 62
5.4.7 Дистанционная защита генератора Z1 <, Z2 < 63
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 66
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 67
6 Компоновка и состав сооружений гидроузла 68
6.1 Проектирование сооружений напорного фронта 68
6.1.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 68
6.2 Гидравлические расчёты 70
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 70
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 71
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном
расчетном случае 73
6.2.4 Построение оголовка водослива по Кригер - Офицерову 75
6.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 75
6.2.6 Расчет водобойной стенки 76
6.2.7 Проверка сопряжения потоков за водобойной стенкой 77
6.3 Конструирование бетонной плотины 77
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 77
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 78
6.3.3 Быки 78
6.3.4 Устои 79
6.3.5 Г ал ерей в теле плотины 79
6.3.6 Определение ширины плотины по гребню 80
6.3.7 Расчет цементационной завесы и дренажа 80
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 81
6.4.1 Вес сооружения и затворов 81
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 82
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 82
6.4.4 Сила фильтрационного давления 82
6.4.5 Давление грунта 83
6.5 Оценка прочности плотины 84
6.6 Критерии прочности плотины и её основания 86
6.7 Обоснование устойчивости плотины 87
7 Пожарная безопасность. Охрана труда 88
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 88
7.2 Требования по охране труда и техники безопасности 88
7.3 Пожарная безопасность 90
8 Охрана окружающей среды 92
8.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища 93
8.2 Водоохранная зона 94
8.3 Отходы, образующиеся при строительстве 95
8.4 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции в период
эксплуатации 96
9 Технико-экономическое обоснование 98
9.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 98
9.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 99
9.3 Налоговые расходы 101
9.4 Оценка суммы прибыли 102
9.5 Оценка инвестиционного проекта 103
9.5.1 Методология и исходные данные 103
9.5.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 104
9.6 Бюджетная эффективность 104
9.7 Анализ чувствительности 105
10 Повышение эффективности работы ГЭС в условиях рынка электроэнергии
и мощности 108
10.1 Крапивинская ГЭС в условиях рынка электроэнергии и мощности 108
10.2 Технические требования к генерирующему оборудованию участников
оптового рынка 108
10.3 Требования к генерирующему оборудованию Крапивинской ГЭС в части предоставления диапазона регулирования реактивной мощности 109
10.4 Порядок контроля и критерии оценки участия ГЭС в предоставлении
диапазона регулирования реактивной мощности 109
10.5 Требования к участию Крапивинской ГЭС во вторичном регулировании частоты электрического тока и перетоков активнойэлектрической мощности 110
10.6 Требования к участию Крапивинской ГЭС в оперативном вторичном
регулировании 110
10.7 Порядок определения готовности генерирующего оборудования
Крапивинской ГЭС 111
10.8 Меры оперативного воздействия 112
10.9 Контроль готовности 112
10.10 Основные факторы влияющие на цену электроэнергии на оптовом
рынке 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 117
ПРИЛОЖЕНИЯ А-Ж 120-145
... Нет главы 1 и введения
Рассчитаны и определены основные элементы и параметры Крапивинского гидроузла на реке Томь, являющегося сооружением II класса.
В ходе водно-энергетических расчётов была выбрана установленная мощность, равная 347МВт.Также был определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 171,71 м. Полезный объём при отметке НПУ составил7км3 .Произведена оценкасреднемноголетней выработки
электроэнергии, которая составила1420 млн. кВт • ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и типгидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный -36,1 м;
расчётный - 23,7 м;
минимальный - 21,5 м.
Выбрана гидротурбина ПЛ40а-В-800. По результатам
расчётовоптимальным оказался вариант с 4 гидроагрегатами, диаметрами рабочихколёс 8 м.
Для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 78,9 об/мин посчитангидрогенератор СВ-1230/100-76с номинальной активной мощностью87 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства - «две системы сборных шин». По справочным данным и каталогам выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 125000/220 У1, трансформаторы собственных нуждТСЗНС-4000/13,8УЗ, для линий электропередач - сталеалюминевые провода марки АС 500/64.
После был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты иавтоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла - русловая.В состав Крапивинского гидроузла входят:
- глухая левобережная бетонная плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- глухая центральная бетонная плотина;
- водосливная бетонная плотина с глубинными водовыпусками;
- станционная бетонная плотина;
- глухая правобережная бетонная плотина.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивостиплотиныпри основном сочетании нагрузок. При расчёте плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Крапивинской ГЭС отвечает требованиям надёжности.
В соответствии с действующим законодательством рассмотренымероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчётам получены следующие показатели:
- срок окупаемости 8,8 лет;
- чистый приведенный доход NPV 6636450000руб;
- индекс прибыльности PI-1,2;
- себестоимость электроэнергии - 0,20 руб./кВт-ч;
Из этого можно сделать вывод, что строительство Крапивинской ГЭС являетсяобоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
В ходе водно-энергетических расчётов была выбрана установленная мощность, равная 347МВт.Также был определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 171,71 м. Полезный объём при отметке НПУ составил7км3 .Произведена оценкасреднемноголетней выработки
электроэнергии, которая составила1420 млн. кВт • ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и типгидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный -36,1 м;
расчётный - 23,7 м;
минимальный - 21,5 м.
Выбрана гидротурбина ПЛ40а-В-800. По результатам
расчётовоптимальным оказался вариант с 4 гидроагрегатами, диаметрами рабочихколёс 8 м.
Для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 78,9 об/мин посчитангидрогенератор СВ-1230/100-76с номинальной активной мощностью87 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства - «две системы сборных шин». По справочным данным и каталогам выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 125000/220 У1, трансформаторы собственных нуждТСЗНС-4000/13,8УЗ, для линий электропередач - сталеалюминевые провода марки АС 500/64.
После был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты иавтоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла - русловая.В состав Крапивинского гидроузла входят:
- глухая левобережная бетонная плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- глухая центральная бетонная плотина;
- водосливная бетонная плотина с глубинными водовыпусками;
- станционная бетонная плотина;
- глухая правобережная бетонная плотина.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивостиплотиныпри основном сочетании нагрузок. При расчёте плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Крапивинской ГЭС отвечает требованиям надёжности.
В соответствии с действующим законодательством рассмотренымероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчётам получены следующие показатели:
- срок окупаемости 8,8 лет;
- чистый приведенный доход NPV 6636450000руб;
- индекс прибыльности PI-1,2;
- себестоимость электроэнергии - 0,20 руб./кВт-ч;
Из этого можно сделать вывод, что строительство Крапивинской ГЭС являетсяобоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
Подобные работы
- ПРОЕКТИРОВАНИЕ КРАПИВИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ТОМЬ. КРАПИВИНСКАЯ ГЭС, КАК УЧАСТНИК ОПТОВОГО РЫНКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И МОЩНОСТИ
Бакалаврская работа, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 5600 р. Год сдачи: 2016