ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРЕМЯЧИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ВИЛЬВА. СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА ПРИ РАБОТЕ НА ОБЪЕКТАХ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ГРЕМЯЧИНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия и исходные данные 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Энерго-экономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические и водохозяйственные расчёты 12
2.1 Суточный график нагрузок и годовой график нагрузок 12
2.2 Водно-энергетический расчет без регулирования с учетом требований
водохозяйственного комплекса 13
2.3 Баланс энергии. Первый вариант гарантируемой мощности 13
2.4 Водно-энергетический расчет режима ГЭС в маловодном году 14
2.5 Нахождение рабочей мощности 15
2.7 Выбор установленной мощности 17
2.9 Режимное поле 18
3 Выбор гидросилового оборудования 19
3.1 Выбор системы и количества гидроагрегатов 19
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 23
3.3 Выбор типа серийного генератора 24
3.4 Гидромеханический расчет бетонной спиральной камеры, и
определение ее геометрических размеров проточной части 25
3.5 Выбор маслонапорной установки 27
3.6 Выбор электрогидравлического регулятора 27
4 Электрическая часть 28
4.1 Исходные данные 28
4.2 Выбор структурных схем электрических соединений ГЭС 28
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 29
4.3.1 Выбор синхронного генератора 29
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 29
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 31
4.3.4 трансформаторов собственных нужд 33
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий, распределительного
устройства и марки проводов воздушной линий 33
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико - экономического
расчета 35
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 36
4.7 Расчёт токов трехфазного и однофазного коротких замыканий в
главной схеме при помощи программного обеспечения «RastrWin» с выбором оборудования 37
4.7.1 Расчёт исходных данных 37
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном
комплексе «RastrWin» 38
4.8 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 40
4.9 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 41
4.10 Выбор трансформаторов тока и напряжения 46
4.11 Выбор параметров КРУЭ 50
5 Релейная защита и автоматика 51
5.1 Перечень защит основного оборудования 51
5.3 Расчёт номинальных токов 53
5.4 Описание защит и расчет их уставок 54
5.4.1 Защиты системы возбуждения 54
5.4.2 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 57
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO))60
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 63
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок (/1) 67
5.4.7 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 69
5.4.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 72
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 73
5.6 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 74
6 Компоновка и сооружения гидроузла 74
6.1 Определение класса и отметки гребня плотины 74
6.1.1 Назначение класса ГТС 74
6.1.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 74
6.2 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины и глубинного
водосброса 76
6.2.1 Расчет пропускной способности водосливной плотины 76
6.2.2 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случая 76
6.2.3 Определение количества и размера водовыпусков 77
6.2.4 Определение ширины водосливного фронта 78
6.2.5 Определение напора на водосливе 79
6.2.6 Определение отметки гребня водослива 80
6.2.7 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 80
6.2.8 Построение профиля водосливной грани 81
6.2.9 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 82
6.2.10 Расчет водобойной плиты 83
6.2.11 Расчет водобойной стенки 84
6.2.12 Проверка сопряжения потоков за водобойной стенкой 84
6.3 Конструирование бетонной плотины 85
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 85
6.3.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 86
6.3.3 Быки 86
6.3.4 Устои 86
6.3.5 Дренаж в теле бетонной плотины 87
6.3.6 Галереи в теле плотины 87
6.3.7 Противофильтрационная завеса 87
6.3.8 Дренажные устройства в основании 88
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 88
6.4.1 Вес сооружения и затворов 88
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 89
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 90
6.4.4 Сила фильтрационного давления 90
6.4.5 Давление грунта 90
6.4.6 Волновое давление 92
6.5 Оценка прочности плотины 93
6.5.1 Определение напряжений 93
6.5.2 Критерии прочности плотины и ее основания 95
6.5.3 Обоснование устойчивости плотины 96
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации97
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 97
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 98
7.3 Налоговые расходы 101
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .. 102
7.5 Оценка инвестиционного проекта 102
7.5.1 Методология, исходные данные 103
7.5.2 Коммерческая эффективность 103
7.5.3 Бюджетная эффективность 104
7.6 Анализ чувствительности 105
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Гремячинского ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 107
8.1 Общие сведения о районе строительства 107
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 108
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 109
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 111
8.4.1 Лом бетонных изделий, отходы бетона в кусковой форме 111
8.4.2 Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде
изделий, кусков, несортированные 112
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 112
8.6 Пожарная безопасность 113
8.7 Охрана труда Гремячинской ГЭС 116
9 Снижение влияния вибрации на человека при работе на объектах гидроэнергетики 118
9.1 Вибрация и ее виды 118
9.2 Специальная оценка условий труда 119
9.3 Методы специальной оценки условий труда 120
9.4 Приборы и методы контроля вибрации на объекте гидроэнергетики... 123
9.4.1 Акселерометры 124
9.4.2 Контроль вибрации стационарными средствами измерения 125
9.5 Измерительные величины и критерии оценки вибрационного состояния125
9.6 Воздействие вибрации на организм человека 126
9.7. Вибрация гидроагрегата 127
9.8. Методы снижения вибрации на объекте гидроэнергетики 129
9.9 Средства защиты индивидуальной защиты 131
ПРИЛОЖЕНИЕ АОбщая часть 136
ПРИЛОЖЕНИЕ БВодно-энергетический расчет 137
ПРИЛОЖЕНИЕ ВОсновное и вспомогательное оборудование 141
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Электрическая часть 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Релейная защита и автоматика 145
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 148
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия и исходные данные 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Энерго-экономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические и водохозяйственные расчёты 12
2.1 Суточный график нагрузок и годовой график нагрузок 12
2.2 Водно-энергетический расчет без регулирования с учетом требований
водохозяйственного комплекса 13
2.3 Баланс энергии. Первый вариант гарантируемой мощности 13
2.4 Водно-энергетический расчет режима ГЭС в маловодном году 14
2.5 Нахождение рабочей мощности 15
2.7 Выбор установленной мощности 17
2.9 Режимное поле 18
3 Выбор гидросилового оборудования 19
3.1 Выбор системы и количества гидроагрегатов 19
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 23
3.3 Выбор типа серийного генератора 24
3.4 Гидромеханический расчет бетонной спиральной камеры, и
определение ее геометрических размеров проточной части 25
3.5 Выбор маслонапорной установки 27
3.6 Выбор электрогидравлического регулятора 27
4 Электрическая часть 28
4.1 Исходные данные 28
4.2 Выбор структурных схем электрических соединений ГЭС 28
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 29
4.3.1 Выбор синхронного генератора 29
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 29
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 31
4.3.4 трансформаторов собственных нужд 33
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий, распределительного
устройства и марки проводов воздушной линий 33
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико - экономического
расчета 35
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 36
4.7 Расчёт токов трехфазного и однофазного коротких замыканий в
главной схеме при помощи программного обеспечения «RastrWin» с выбором оборудования 37
4.7.1 Расчёт исходных данных 37
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном
комплексе «RastrWin» 38
4.8 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 40
4.9 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 41
4.10 Выбор трансформаторов тока и напряжения 46
4.11 Выбор параметров КРУЭ 50
5 Релейная защита и автоматика 51
5.1 Перечень защит основного оборудования 51
5.3 Расчёт номинальных токов 53
5.4 Описание защит и расчет их уставок 54
5.4.1 Защиты системы возбуждения 54
5.4.2 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 57
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO))60
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 63
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок (/1) 67
5.4.7 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 69
5.4.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 72
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 73
5.6 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 74
6 Компоновка и сооружения гидроузла 74
6.1 Определение класса и отметки гребня плотины 74
6.1.1 Назначение класса ГТС 74
6.1.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 74
6.2 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины и глубинного
водосброса 76
6.2.1 Расчет пропускной способности водосливной плотины 76
6.2.2 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случая 76
6.2.3 Определение количества и размера водовыпусков 77
6.2.4 Определение ширины водосливного фронта 78
6.2.5 Определение напора на водосливе 79
6.2.6 Определение отметки гребня водослива 80
6.2.7 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 80
6.2.8 Построение профиля водосливной грани 81
6.2.9 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 82
6.2.10 Расчет водобойной плиты 83
6.2.11 Расчет водобойной стенки 84
6.2.12 Проверка сопряжения потоков за водобойной стенкой 84
6.3 Конструирование бетонной плотины 85
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 85
6.3.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 86
6.3.3 Быки 86
6.3.4 Устои 86
6.3.5 Дренаж в теле бетонной плотины 87
6.3.6 Галереи в теле плотины 87
6.3.7 Противофильтрационная завеса 87
6.3.8 Дренажные устройства в основании 88
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 88
6.4.1 Вес сооружения и затворов 88
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 89
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 90
6.4.4 Сила фильтрационного давления 90
6.4.5 Давление грунта 90
6.4.6 Волновое давление 92
6.5 Оценка прочности плотины 93
6.5.1 Определение напряжений 93
6.5.2 Критерии прочности плотины и ее основания 95
6.5.3 Обоснование устойчивости плотины 96
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации97
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 97
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 98
7.3 Налоговые расходы 101
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .. 102
7.5 Оценка инвестиционного проекта 102
7.5.1 Методология, исходные данные 103
7.5.2 Коммерческая эффективность 103
7.5.3 Бюджетная эффективность 104
7.6 Анализ чувствительности 105
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Гремячинского ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 107
8.1 Общие сведения о районе строительства 107
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 108
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 109
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 111
8.4.1 Лом бетонных изделий, отходы бетона в кусковой форме 111
8.4.2 Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде
изделий, кусков, несортированные 112
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 112
8.6 Пожарная безопасность 113
8.7 Охрана труда Гремячинской ГЭС 116
9 Снижение влияния вибрации на человека при работе на объектах гидроэнергетики 118
9.1 Вибрация и ее виды 118
9.2 Специальная оценка условий труда 119
9.3 Методы специальной оценки условий труда 120
9.4 Приборы и методы контроля вибрации на объекте гидроэнергетики... 123
9.4.1 Акселерометры 124
9.4.2 Контроль вибрации стационарными средствами измерения 125
9.5 Измерительные величины и критерии оценки вибрационного состояния125
9.6 Воздействие вибрации на организм человека 126
9.7. Вибрация гидроагрегата 127
9.8. Методы снижения вибрации на объекте гидроэнергетики 129
9.9 Средства защиты индивидуальной защиты 131
ПРИЛОЖЕНИЕ АОбщая часть 136
ПРИЛОЖЕНИЕ БВодно-энергетический расчет 137
ПРИЛОЖЕНИЕ ВОсновное и вспомогательное оборудование 141
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Электрическая часть 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Релейная защита и автоматика 145
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 148
Потребленные энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения потребностей человека, увеличение продолжительности и улучшение условий его жизни. Самым распространенным видом энергии является электрическая энергия. В настоящее время народное хозяйство энергии, тем самым необходимо увеличивать генерирующие мощности, растущая потребность в энергии призывает к реализации немалых мероприятий по увеличению эффективности работы энергетических установок.
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях различного типа. Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день является гидравлические, с неоспоримым плюсом, таким как экологическая чистота. Одним из основных сооружений гидравлических станций является плотина, которая служит для подпора воды в электрическую. В результате разрушения плотины, появляется угроза затопления больших территорий. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, что регламентируется в СНиПах и нормативных документах.
Целью бакалаврской работы является проектирование сооружений, выбор основного и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды, технико-экономическое обоснование эффективности проекта, разработка технологической карты и составление календарного плана строительства гидроузла.
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях различного типа. Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день является гидравлические, с неоспоримым плюсом, таким как экологическая чистота. Одним из основных сооружений гидравлических станций является плотина, которая служит для подпора воды в электрическую. В результате разрушения плотины, появляется угроза затопления больших территорий. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, что регламентируется в СНиПах и нормативных документах.
Целью бакалаврской работы является проектирование сооружений, выбор основного и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды, технико-экономическое обоснование эффективности проекта, разработка технологической карты и составление календарного плана строительства гидроузла.
В представленной бакалаврской работе был спроектирован гидроузел Гремячинский на реке Вильва, являющийся сооружением II класса.
На первом этапе в ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных гидрологии была выбрана установленная мощность Гремячинской ГЭС, а также определен суточный график нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность станции составляет 71 МВт. Произведена оценка среднегодовой выработки электроэнергии, которая составила 224 млнкВтч.
На втором этапе было определено количество и тип гидрогенераторов электростанции. Для этого построена область допустимых режимов работы, на которой были определены следующие напоры:
- максимальный 28,56 м;
- расчетный 21,90 м;
- минимальный 20,00 м.
По результатам выполненных расчетов был определен оптимальный вариант с 2 гидрогенераторами, с диаметром рабочего колеса 5 м (ПЛ30а-В- 500).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был выбран серийный гидрогенератор СВ 840/130-48.
Следующим шагом была выбрана структурная схема ГЭС с единичным блоком и принята схема распределительного устройства КРУЭ-220 кВ - «четырехугольник». По справочным данным и каталогом были выбраны два трансформатора ТДЦ 40000/220.
После выбора основного и вспомогательного оборудования рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла выбрана русловая. Водосливная плотина принята бетонной. Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную часть, применяется водобойная стенка.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетании нагрузок. В результате расчетов выяснилось, что Гремячинская ГЭС отвечает требованиям надежности. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренным СНИП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС.
На первом этапе в ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных гидрологии была выбрана установленная мощность Гремячинской ГЭС, а также определен суточный график нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность станции составляет 71 МВт. Произведена оценка среднегодовой выработки электроэнергии, которая составила 224 млнкВтч.
На втором этапе было определено количество и тип гидрогенераторов электростанции. Для этого построена область допустимых режимов работы, на которой были определены следующие напоры:
- максимальный 28,56 м;
- расчетный 21,90 м;
- минимальный 20,00 м.
По результатам выполненных расчетов был определен оптимальный вариант с 2 гидрогенераторами, с диаметром рабочего колеса 5 м (ПЛ30а-В- 500).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был выбран серийный гидрогенератор СВ 840/130-48.
Следующим шагом была выбрана структурная схема ГЭС с единичным блоком и принята схема распределительного устройства КРУЭ-220 кВ - «четырехугольник». По справочным данным и каталогом были выбраны два трансформатора ТДЦ 40000/220.
После выбора основного и вспомогательного оборудования рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла выбрана русловая. Водосливная плотина принята бетонной. Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную часть, применяется водобойная стенка.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетании нагрузок. В результате расчетов выяснилось, что Гремячинская ГЭС отвечает требованиям надежности. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренным СНИП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС.