ПРОЕКТИРОВАНИЕ НОВОМУЛЛАКАЕВСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ УФА. ПНЕВМОХОЗЯЙСТВО ГЭС (ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И
СОСТАВ ОБОРУДОВАНИЯ, ТИПЫ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК, ТРЕБОВАНИЯ ПО МОНТАЖУ, БЕЗОПАСНОСТИ, ПРОВЕДЕНИЮ
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ НОВОМУЛЛАКАЕВСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования
ГЭС 10
1.1 Климат в районе проектируемой ГЭС 10
1.2 Гидрологические данные реки Уфа 10
1.3 Инженерно-геологические условия проектируемого гидроузла 11
1.4 Данные по энергосистеме 11
2 Водно-энергетические расчёты 12
2.1 Данные для водно-энергетических расчётов 12
2.2 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 12
2.2.1 Выбор расчётного средневодного года (Р = 50%) 12
2.2.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 13
2.3 Построение суточных графиков нагрузки, годовых графиков
максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 14
2.4 Расчёт конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому стоку и по
требованиям ВХК 16
2.5 Водно-энергетический расчет режима ГЭС в маловодном году. Выбор
рабочих мощностей и построение интегральных кривых нагрузок 17
2.6 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в средневодном
году 20
2.7 Расчёт режимного поля 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 23
3.1 Выбор системы и типа гидротурбины 23
3.2 Выбор номинального диаметра и основных характеристик гидротурбины,
определение частоты вращения, рабочей зоны на универсальной характеристике 23
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 28
3.4 Гидромеханический расчет и построение плана металлической спиральной
камеры 31
3.5 Выбор типа серийного генератора 35
3.6 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 35
3.6.1 Расчёт вала на прочность 35
3.6.2 Расчёт подшипника 36
3.7 Выбор типа маслонапорной установки, электрогидравлического
регулятора 38
4 Электрическая часть 39
4.1 Исходные данные 39
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединении ГЭС 39
4.3. Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 39
4.3.1 Выбор синхронного генератора 39
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночными
блоками 40
4.3.3 Выбор повышающего трансформаторов для схемы с объединённым
блоком 42
4.3.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 44
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 44
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике -экономического
расчёта 46
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 47
4.7.1 Расчёт исходных данных 48
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном
комплексе «RastrWin» 49
4.8 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 50
4.9 Выбор и проверка электрооборудования 51
4.9.1 Выбор комплектного распределительного устройства на
генераторное напряжение 13,8 кВ 51
4.9.2 Выбор разъединителей на генераторное напряжение 13,8 кВ 52
4.9.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения на генераторное
напряжение 13,8 кВ 53
4.9.4 Выбор генераторного анализатора и синхронизатора 53
4.9.5 Выбор выключателей и разъединителей на напряжение 220 кВ 54
4.9.6 Выбор трансформаторов тока и напряжения на напряжение 220 кВ 55
5 Устройство релейной защиты и автоматизация энергетических систем 56
5.1 Выбор системы возбуждения и выпрямительного трансформатора 56
5.1.1 Защита системы возбуждения 58
5.1.2 Максимальная токовая защита системы возбуждения 59
5.1.3 Токовая отсечка системы возбуждения 61
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор. Расчёт уставок 61
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 63
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(UN (UO)) 66
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 68
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 69
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 75
5.2.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 77
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 81
6 Компоновка и сооружения гидроузла 84
6.1 Проектирование сооружений напорного фронта 84
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 84
6.2 Гидравлические расчёты 86
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 86
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 87
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 89
6.2.4 Построение оголовка водослива по Кригеру - Офицерову 90
6.3 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 91
6.3.1 Расчёт носка трамплина и дальности отлета струи 92
6.4 Конструирование бетонной плотины 94
6.4.1 Определение ширины подошвы 94
6.4.2 Разрезка бетонных плотин швами 96
6.4.3 Быки 97
6.4.4 Устои 97
6.4.5 Определение ширины плотины по гребню 97
6.4.6 Галереи и дренаж в теле плотины 98
6.4.7 Расчет цементационной завесы и дренажа 98
6.5 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины. Оценка
прочности плотины 99
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 99
6.5.1.1 Вес плотины 99
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 100
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 101
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 101
6.5.1.5 Давление грунта 102
6.5.1.6 Волновое воздействие 103
6.6 Определение напряжений 103
6.7 Критерий прочности плотины и ее основания 106
6.8 Обоснование устойчивости плотины 106
7 Охрана окружающей среды 108
8 Пожарная безопасность. Охрана труда 111
8.1 Пожарная безопасность 111
8.1.1 Пожаротушение кабельных секций 112
8.2 Устройство охраны труда 112
9 Технико-экономические обоснование 116
9.1. Оценка объёмов реализации электроэнергии 116
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 119
9.3 Оценка инвестиционного проекта 120
9.4 Анализ чувствительности 122
10 Пневмохозяйство ГЭС (технологические схемы и состав оборудования, типы
компрессорных установок, требования по монтажу, безопасности, проведению обслуживания) 125
10.1 Типы компрессорных установок 125
10.2 Технологические схемы и состав оборудования 126
10.2.1 Схема высокого давления проектируемой Новомуллакаевской
ГЭС 126
10.2.2 Схема низкого давления проектируемой Новомуллакаевской
ГЭС 130
10.3 Требования по монтажу, безопасности, проведению обслуживания .... 132
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 136
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 141
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно-энергетические расчёты 143
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование 166
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Устройства релейной защиты и автоматизации
энергетических систем 171
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Компоновка и сооружение гидроузла 173
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Компоновка и сооружение гидроузла 175
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Технико-экономическое обоснование 177
Во многих регионах России наблюдается дефицит электрической энергии в связи с развитием экономики. Для решения данной проблемы необходимо строительство энергообъектов, для генерации электричества.
Одной из самой обсуждаемой глобальной проблемой в настоящее время является изменение климата, что накладывает ограничения на выработку электроэнергии традиционными источниками, так как их влияние на экологию увеличивается.
Опираясь на современные вызовы устойчивого развития, возрастает интерес к использованию природных возобновляемых энергоресурсов. Самым распространенным источником возобновляемой энергии остается энергия течения рек. Стабильность потока воды и широкие возможности по регулированию его энергии позволяет использовать более простые и дешёвые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии.
При выработке на гидравлических электростанциях себестоимость производства в кВт-ч заметно ниже по сравнению с себестоимости электроэнергии, выработанной на тепловых и атомных станциях.
Такой источник энергии, как текущая вода, постоянно возобновляется, что отличает от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. Ожидается, что доля гидроэнергетики в энергетическом балансе будет возрастать и увеличит технико-экономических потенциал страны. Поэтому, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и привлекательная для инвестиций отрасль народного хозяйства.
Рассматривая энергетику Республики Башкортостан, выявлено, что имеется некий дефицит генерирующих мощностей. Обуславливается он развитием нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий, также развитие легкой промышленности, транспортного комплекса.
Строительство Новомуллкаевской ГЭС является решением проблемой, указанной выше.
Целью бакалаврской работы является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением теоретических знаний, также путём инженерного подхода к решению задач, с сопоставлением вариантов для выбора оптимальных технологических решений.
В ходе выполнения бакалаврской работы удалось рассчитать и определить основные элементы и параметры Новомулакаевского гидроузла на реке Уфа, являющегося сооружением II класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного - 0,01%, равных 1099 и 1266 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчётов была выбрана установленная мощность, равная 260 МВт. Также был определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 182,58 м. Полезный объём при отметке НПУ составил 2,33 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 989 млн. кВт • ч.
На этапе проектирования и выбора основного и вспомогательного оборудования определено оптимальное число и тип гидроагрегатов ГЭС. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 47,55 м;
расчётный - 43,24 м;
минимальный - 42,80 м.
Выбрана гидротурбина ПЛД50-В60°-500. По результатам расчётов оптимальным оказалась установка 4 гидроагрегатов, диаметрами рабочих колёс 5,0 м.
Для выбранной поворотно-лопастной диагональной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-810/160- 40 с номинальной активной мощностью 65 МВт.
Структурная схема ГЭС выбрана с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства - «две системы сборных шин». По справочным и каталожным данным заводов-изготовителей выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 80000/220 У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-3000/13,8 УЗ, для ЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
Опираясь на ПУЭ рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики и выполнен расчет уставок срабатывания защит гидрогенератора.
Компоновка гидроузла принята приплотинная. В состав
Новомуллакаевского гидроузла входят:
- глухая левобережная грунтовая плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- глухая центральная бетонная плотина;
- станционная бетонная плотина;
- глухая правобережная грунтовая плотина.
В расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки водосливной плотины:
- ширина подошвы - 40,20 м;
- отметка подошвы - 133 м;
- отметка гребная водослива - 188,0 м;
- число водосливных отверстий - 3;
- ширина водосливных отверстий - 8,0 м;
- отметка гребня плотины - 188,0 м.
По расчетным данным в качестве гасителя энергии принят способ отброшенной струи.
Произведенная оценка плотины на прочность показала, что сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Следовательно, плотина Новомуллакаевской ГЭС отвечает требованиям надёжности.
Рассмотрены организационные мероприятия безопасности ГТС и охраны труда эксплуатирующих подразделений. Приведены нормы и правила в процессе строительства и эксплуатации по охране окружающей среды
Т ехнико-экономические показатели:
- срок окупаемости 13 лет;
- чистый приведенный доход NPV- 1558,1 млн. руб;
- индекс прибыльности PI-1,22;
- себестоимость электроэнергии - 0,12 руб./кВт-ч;
Таким образом, строительство Новомуллакаевской ГЭС на реке Уфа является экономически выгодным, выработанная энергия будет обеспечивать Башкирское РДУ. Станция будет учувствовать в первичном регулировании, обеспечивая дополнительную надежность и устойчивость ОДУ Урала.
1. Александровский А.Ю. Выбор параметров ГЭС: учебно¬методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию гидротехнических объектов/ Е.Ю. Затеева, Б.И. Силипаев; СШФ КГТУ. - Саяногорск, 2005. - 114 с.
2. Васильева Ю.С.. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций Т.1 : справочное пособие/ Д.С. Щавелева Основное оборудование гидроэлектростанций. - М.: Энергоатоммиздат, 1988. - 400 с.
3. Васильев Ю.С. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций Т.2 : справочное пособие/ Д.С. Щавелева Основное оборудование гидроэлектростанций. - М.: Энергоатоммиздат, 1988. - 400 с.
4. Васильев Ю.С. Проектирование зданий гидроэлектростанций (строительная часть): учебное пособие/ Г.А. Претро. -Л.: ЛГТУ, 1991. - 80с.
5. Затеева Е.Ю. Использование водной энергии: методические указания по выполнению курсового и дипломного проектирования - Саяногорск; Черемушки: Сибирский Федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2012. - 11с.
6. Щавелев Д.С. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: справочное пособие / Д.С. Щавелев. - Л.: Москва Энергоатоммиздат, 1988 - 340 с.
7. СП 38.13330.2012 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)». Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*. - Введ. 01.01.2013. - Москва: Министерство регионального развития Российской Федерации, 2012. - 110 с
8. Каталог «Гидрогенераторы» [Электронный ресурс] //Сервис «Онлайн Электрик». - Режим доступа: http://online-electric.ru.
9. Использование водной энергии: учебное пособие в задачах и упражнениях. В 2 ч. Ч. 1. Водно-энергетические расчёты режимов ГЭС / сост. Ю.А. Секретарёв, А.А. Жданович, Е.Ю. Затеева, С.В. Митрофанов. - Саяногорск; Черёмушки: Сибирский федеральный университет; Саяно - Шушенский филиал, 2014. - 108с.
10. Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учебное пособие для вузов / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - Москва :Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.
11. СТО РусГидро 01.01.78-2012 «Гидроэлектростанции. Нормы технологического проектирования» - Введ. 27.12.2002 - Москва : ОАО «РусГидро», 2012 - 288с.
12. СТО 56947007-29.240.014-2008 «Укрупненные показатели стоимости сооружения (реконструкции) подстанции 35-750кВ и линий электропередачи напряжением 6,10-750кВ» - Введ. 18.04.2008 - Москва: ОАО «ФСК ЕЭС », 2008
- 12 с.
13. СТО 56947007-29.240.30.010-2008 «Схемы принципиальные
электрических распределительных устройств подстанций 35 - 750 кВ. Типовые решения» - Введ. 20.12.2007 - Москва : ОАО «ФСК ЕЭС », 2007 - 131 с.
14. ГОСТ Р 57114-2016 «Электроэнергетические системы. Оперативно - диспетчерское управление в электроэнергетике и оперативно - технологичное управление» - Введ. 01.03.2017 - Москва : ОАО «ЕЭС России», 2017 - 19 с.
15. ГОСТ Р 56302- 2014 «Оперативно-диспетчерское управление диспетчерские наименования объектов электроэнергетики и оборудования объектов электроэнергетики» - Введ. 01.09.2015 - Москва : ОАО «ЕЭС России», 2016 - 19 с...28