ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУЛЕМСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ СУЛЕМ. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. АЛГОРИТМЫ И УСТАВКИ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ СУЛЕМСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Инженерно-геологические изыскания 11
1.4 Сейсмическая обстановка 11
1.5 Энерго-экономическая характеристика региона 12
2 Водно-энергетические расчёты и выбор установленной мощности 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Определение максимальных расчётных расходов 13
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.3 Выбор расчётного средневодного и маловодного года 15
2.2 Определение установленной мощности на основе водно¬энергетических расчётов 17
2.2.1 Расчёт режима работы ГЭС без регулирования с учётом
требований водохозяйственного комплекса 17
2.2.2 Баланс энергий 18
2.2.3 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в
средневодном году 19
2.2.4 Баланс мощности 20
2.2.5 Определение установленной мощности Сулемской ГЭС 22
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 23
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 23
3.1.1 Режимное поле Сулемской ГЭС по напору и расходу 23
3.1.2 Выбор гидротурбин по ГУХ 24
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её безкавитационной работы 28
3.3 Выбор типа маслонапорной установки 29
3.4 Выбор электрогидравлического регулятора 30
4 Электрическая часть 31
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 31
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 32
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 32
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схем с одиночным
блоком 33
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 34
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд (СН) 35
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распред-устройства
высшего напряжения, марки проводов воздушных линий 36
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 37
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 39
4.6 Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 39
4.6.1 Исходные данные для расчетов 39
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 41
4.6.3 Результаты расчёта токов КЗ 43
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов .. 43
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторное
напряжение 44
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей на генераторное
напряжение 44
4.8.2 Выбор синхронизаторов и анализаторов 45
4.8.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 45
4.9 Выбор электротехнического оборудования на напряжении 220 кВ . 46
4.9.1 Выбор выключателей и разъединителей 46
4.9.2 Выбор синхронизаторов и анализаторов 46
4.9.3 Выбор трансформатора тока и напряжения 47
5 Релейная защита и автоматика 48
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 48
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 49
5.3 Расчёт номинальных токов 50
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 53
5.4.1 Расчёт уставок МТЗ и ТО выпрямительного трансформатора 53
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 56
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(UN(UO)) 59
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 62
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 68
5.4.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 71
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 74
5.5 Таблица уставок и матрица отключений 76
6 Компоновка сооружения и гидроузла 77
6.1 Назначение класса ГТС 77
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 77
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 77
6.2.2 Выбор максимальных расчетных расходов для основного и
поверочного расчетных случаев - QMaKc.pac4°CH; QMaKc.pac4n0B 81
6.2.3 Определение расхода через другие водопропускные сооружения
гидроузла (донные отверстия и глубинные водосбросы) 83
6.2.4 Определение ширины водосливного фронта 84
6.2.5 Определение напора на водосливе 84
6.3 Расчёт сопряжения потока в НБ 88
6.4 Конструирование плотины 93
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 93
6.4.2 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 94
6.4.3 Разрезка бетонных плотин швами 96
6.4.4 Быки 96
6.4.5 Галереи и дренаж в теле бетонных плотин 97
6.4.6 Устои 98
6.4.7 Ширина плотины по гребню 98
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 98
6.5.1 Вес сооружения 98
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 99
6.5.3 Давление наносов 100
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 101
6.5.4 Сила фильтрационного давления 101
6.5.5 Давление грунта 101
6.5.6 Волновое воздействие 102
6.6 Оценка прочности плотины 103
6.6.1 Критерии прочности плотины 106
6.6.2 Обоснование устойчивости плотины 107
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Сулемского
ГУ 109
7.1 Общие сведения о районе строительства 109
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 110
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 112
7.4 Основные мероприятия по охране окружающей среды в данный
период 113
7.5 Отходы, образующиеся при строительстве 114
7.6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 115
8 Противопожарная безопасность и охрана труда 116
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 116
8.2 Пожарная безопасность 118
8.3 Охрана труда 121
9 Технико-экономическое обоснование 125
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 125
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 125
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 125
9.1.3 Налоговые расходы 128
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 129
9.3 Оценка инвестиционного проекта 129
9.3.1 Методология, исходные данные 130
9.3.2 Коммерческая эффективность 130
9.3.3 Бюджетная эффективность 131
9.4 Анализ чувствительности 131
10 Цифровые устройства релейной защиты электродвигателей.
Алгоритмы и уставки 134
10.1 Схемы и алгоритмы защиты электродвигателей 134
10.1.1 Схема защиты от междуфазных коротких замыканий 134
10.1.2 Схема защиты от однофазных замыканий на землю 138
10.1.3 Схема защиты от перегрузки электродвигателя 139
10.1.4 Схема защиты от понижения напряжения в сети 141
10.1.4 Схема и алгоритмы защиты от неполнофазного режима 143
10.2 Схемы подключения защиты электродвигателей 143
10.3 Пример расчета уставок защиты электродвигателя от междуфазных
коротких замыканий 148
10.3.1 Расчет токовой отсечки 148
10.3.2 Расчет защиты от замыканий на землю 150
10.3.3 Расчет уставки защиты от перегрузки 152
10.3.4 Расчет уставки защиты от минимального напряжения 152
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 154
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 158
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно-энергетические расчёты 160
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование 182
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Таблица уставок и матрицы отключений защит 185
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Оценка экономических показателей 187
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Инженерно-геологические изыскания 11
1.4 Сейсмическая обстановка 11
1.5 Энерго-экономическая характеристика региона 12
2 Водно-энергетические расчёты и выбор установленной мощности 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Определение максимальных расчётных расходов 13
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.3 Выбор расчётного средневодного и маловодного года 15
2.2 Определение установленной мощности на основе водно¬энергетических расчётов 17
2.2.1 Расчёт режима работы ГЭС без регулирования с учётом
требований водохозяйственного комплекса 17
2.2.2 Баланс энергий 18
2.2.3 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в
средневодном году 19
2.2.4 Баланс мощности 20
2.2.5 Определение установленной мощности Сулемской ГЭС 22
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 23
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 23
3.1.1 Режимное поле Сулемской ГЭС по напору и расходу 23
3.1.2 Выбор гидротурбин по ГУХ 24
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её безкавитационной работы 28
3.3 Выбор типа маслонапорной установки 29
3.4 Выбор электрогидравлического регулятора 30
4 Электрическая часть 31
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 31
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 32
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 32
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схем с одиночным
блоком 33
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 34
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд (СН) 35
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распред-устройства
высшего напряжения, марки проводов воздушных линий 36
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 37
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 39
4.6 Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 39
4.6.1 Исходные данные для расчетов 39
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 41
4.6.3 Результаты расчёта токов КЗ 43
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов .. 43
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторное
напряжение 44
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей на генераторное
напряжение 44
4.8.2 Выбор синхронизаторов и анализаторов 45
4.8.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 45
4.9 Выбор электротехнического оборудования на напряжении 220 кВ . 46
4.9.1 Выбор выключателей и разъединителей 46
4.9.2 Выбор синхронизаторов и анализаторов 46
4.9.3 Выбор трансформатора тока и напряжения 47
5 Релейная защита и автоматика 48
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 48
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 49
5.3 Расчёт номинальных токов 50
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 53
5.4.1 Расчёт уставок МТЗ и ТО выпрямительного трансформатора 53
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 56
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(UN(UO)) 59
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 62
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 68
5.4.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 71
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 74
5.5 Таблица уставок и матрица отключений 76
6 Компоновка сооружения и гидроузла 77
6.1 Назначение класса ГТС 77
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 77
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 77
6.2.2 Выбор максимальных расчетных расходов для основного и
поверочного расчетных случаев - QMaKc.pac4°CH; QMaKc.pac4n0B 81
6.2.3 Определение расхода через другие водопропускные сооружения
гидроузла (донные отверстия и глубинные водосбросы) 83
6.2.4 Определение ширины водосливного фронта 84
6.2.5 Определение напора на водосливе 84
6.3 Расчёт сопряжения потока в НБ 88
6.4 Конструирование плотины 93
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 93
6.4.2 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 94
6.4.3 Разрезка бетонных плотин швами 96
6.4.4 Быки 96
6.4.5 Галереи и дренаж в теле бетонных плотин 97
6.4.6 Устои 98
6.4.7 Ширина плотины по гребню 98
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 98
6.5.1 Вес сооружения 98
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 99
6.5.3 Давление наносов 100
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 101
6.5.4 Сила фильтрационного давления 101
6.5.5 Давление грунта 101
6.5.6 Волновое воздействие 102
6.6 Оценка прочности плотины 103
6.6.1 Критерии прочности плотины 106
6.6.2 Обоснование устойчивости плотины 107
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Сулемского
ГУ 109
7.1 Общие сведения о районе строительства 109
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 110
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 112
7.4 Основные мероприятия по охране окружающей среды в данный
период 113
7.5 Отходы, образующиеся при строительстве 114
7.6 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 115
8 Противопожарная безопасность и охрана труда 116
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 116
8.2 Пожарная безопасность 118
8.3 Охрана труда 121
9 Технико-экономическое обоснование 125
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 125
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 125
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 125
9.1.3 Налоговые расходы 128
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 129
9.3 Оценка инвестиционного проекта 129
9.3.1 Методология, исходные данные 130
9.3.2 Коммерческая эффективность 130
9.3.3 Бюджетная эффективность 131
9.4 Анализ чувствительности 131
10 Цифровые устройства релейной защиты электродвигателей.
Алгоритмы и уставки 134
10.1 Схемы и алгоритмы защиты электродвигателей 134
10.1.1 Схема защиты от междуфазных коротких замыканий 134
10.1.2 Схема защиты от однофазных замыканий на землю 138
10.1.3 Схема защиты от перегрузки электродвигателя 139
10.1.4 Схема защиты от понижения напряжения в сети 141
10.1.4 Схема и алгоритмы защиты от неполнофазного режима 143
10.2 Схемы подключения защиты электродвигателей 143
10.3 Пример расчета уставок защиты электродвигателя от междуфазных
коротких замыканий 148
10.3.1 Расчет токовой отсечки 148
10.3.2 Расчет защиты от замыканий на землю 150
10.3.3 Расчет уставки защиты от перегрузки 152
10.3.4 Расчет уставки защиты от минимального напряжения 152
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 154
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 158
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно-энергетические расчёты 160
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование 182
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Таблица уставок и матрицы отключений защит 185
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Оценка экономических показателей 187
В настоящее время во многих регионах нашего государства отмечается недостаток электрической энергии, вызванный развитием экономики. Для решения данной проблемы нужна постройка генерирующих предприятий.
Сокращение запасов органического топлива и стремительно вырастающее влияние на экологию ставят в приоритет во всем мире использование чистых возобновляемых энергоресурсов. Среди всех имеющихся значительное превосходство по запасам и масштабам в нашей стране занимает энергия воды.
У России огромный гидроэнергетический потенциал, но степень его освоения существенно ниже, чем в других странах. В основном в России развиты реки европейской части, а реки дальнего востока из-за своей труднодоступности даже не рассматриваются в проектах.
Огромным преимуществом ГЭС перед тепловыми и атомными станциями является дешевизна производства электрической энергии, но у ГЭС есть и два больших недостатка первый это необходимость больших вложений на первоначальном этапе строительства, а второй недостаток это долгое строительство по сравнению с тепловыми и атомными электростанциями.
В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе государства со временем будет лишь возрастать. А уровень развития энергетики в свою очередь отображает набранный технико-экономический потенциал страны. Поэтому, структурным лидером в формирования электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и привлекательная для инвестиций отрасль народного хозяйства.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
Сокращение запасов органического топлива и стремительно вырастающее влияние на экологию ставят в приоритет во всем мире использование чистых возобновляемых энергоресурсов. Среди всех имеющихся значительное превосходство по запасам и масштабам в нашей стране занимает энергия воды.
У России огромный гидроэнергетический потенциал, но степень его освоения существенно ниже, чем в других странах. В основном в России развиты реки европейской части, а реки дальнего востока из-за своей труднодоступности даже не рассматриваются в проектах.
Огромным преимуществом ГЭС перед тепловыми и атомными станциями является дешевизна производства электрической энергии, но у ГЭС есть и два больших недостатка первый это необходимость больших вложений на первоначальном этапе строительства, а второй недостаток это долгое строительство по сравнению с тепловыми и атомными электростанциями.
В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе государства со временем будет лишь возрастать. А уровень развития энергетики в свою очередь отображает набранный технико-экономический потенциал страны. Поэтому, структурным лидером в формирования электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и привлекательная для инвестиций отрасль народного хозяйства.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.