ПРОЕКТИРОВАНИЕ АДЫЧАНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ АДЫЧА. ЦИФРОВЫЕ СТАНЦИИ. ОПТИЧЕСКИЕ ТТ И TH. ПРОТОКОЛ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ SV. СТАНДАРТ МЭК-61850. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В ЧАСТИ РЗА
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ АДЫЧАНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
Климат в районе проектируемого ГУ 10
Гидрологические данные 10
Инженерно-геологические условия 11
Сейсмические условия 13
Данные по энергосистеме 13
Водно-энергетические расчеты 14
Данные для водно-энергетических расчетов 14
Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 14
Выбор расчетного маловодного и средневодного года 15
Построение суточных графиков нагрузки 17
Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 19
Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 20
Баланс энергии 22
Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС по условию
маловодного года 23
Определение рабочих мощностей ГЭС 23
Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 25
Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по условию
средневодного года 26
Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 27
Построение режимного поля 27
Выбор системы и типа гидротурбины 29
Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 32
Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 33
Выбор типа серийного гидрогенератора 35
Гидромеханический расчет и построение плана бетонной спиральной
камеры 36
Расчет вала и подшипников 39
Выбор типа маслонапорной установки 40
Выбор электрогидравлического регулятора 40
Электрическая часть 41
Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 41
Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 42
Выбор синхронных генераторов 42
Выбор повышающих трансформаторов для схем с одиночным
блоком 43
Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 44
Выбор трансформатора собственных нужд (СН) 45
Выбор количества отходящих воздушных линий распред-устройства
высшего напряжения, марки проводов воздушных линий 46
Выбор главной схемы проектируемой ГЭС на основании технике-
экономического расчёта 47
Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 48
Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 49
Исходные данные для расчетов 49
Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 51
Результаты расчёта токов КЗ 52
Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов 53
Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 53
Выбор выключателей и разъединителей 53
Выбор трансформаторов тока и напряжения 54
Выбор синхронизаторов и анализаторов 54
Выбор параметров КРУЭ 55
Релейная защита и автоматика 57
Перечень защит основного оборудования 57
Расчет номинальных токов 58
Описание защит и расчет их уставок 59
Продольная дифференциальная защита генератора 59
Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 61
Защита от повышения напряжения 64
Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 64
Защита от симметричных перегрузок 67
Дистанционная защита генератора 69
Защита от перегрузки обмотки ротора 72
Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 74
Таблица уставок и матрица отключений защит 74
Компоновка и сооружения гидроузла 75
Расчет пропускной способности гидроузла 75
Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случаев 75
Определение количества и размера водовыпусков 76
Определение ширины водосливного фронта 77
Определение напора на водосливе 77
Определение отметки гребня водослива 78
Проверка обеспечения пропускной способности при пропуске расчетного
расхода поверочного расчетного случая для уточнения отметки ФПУ 78
Построение водосливного оголовка и водосливной грани 79
Определение отметки гребня плотины 80
Расчет энергогасящих устройств в нижнем бьефе 83
Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе при донном режиме 83
Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 84
Конструирование водосливной плотины 87
Определение ширины подошвы 87
Разрезка бетонных плотин швами 87
Быки 87
Устои 88
Определение ширины плотины по гребню 88
Галереи в теле плотины 88
Цементационная завеса и дренаж 88
Дренаж в теле плотины 89
Сбор нагрузок, действующих на плотину 90
Расчет веса тела плотины, быка и затвора 90
Гидростатическое давление 91
Давление наносов 91
Давление грунта 92
Сила взвешивающая 92
Сила фильтрационного давления 93
Волновое воздействие 93
Обоснование прочности и устойчивости водосливной плотин 94
Определение напряжений 94
Проверка выполнения критериев прочности 96
Проверка устойчивости плотины 97
Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Адычанского ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 99
Общие сведения о районе строительства 99
Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 99
Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 100
Отходы, образующиеся при строительстве 102
Безопасность гидротехнических сооружений 103
Пожарная безопасность 104
Охрана труда 105
Технико-экономические показатели 107
Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 107
Оценка объёмов реализации электроэнергии 107
Текущие расходы по гидроузлу 107
Налоговые расходы 110
Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 111
Анализ денежных потоков 112
Оценка инвестиционного проекта 114
Методология, исходные данные 114
Коммерческая эффективность 114
Бюджетная эффективность 115
Анализ чувствительности 115
Цифровые станции. Оптические ТТ и TH. Протокол передачи данных SV.
Стандарт МЭК-61850. Область применения в части РЗА 118
Цифровые станции 118
Оптические трансформаторы тока и напряжения 119
Стандарт МЭК-61850 121
Протокол передачи данных SV 123
Архитектуры построения цифровой станции 124
Основные элементы структурной схемы АСУ ТП 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно-энергетические расчеты 135
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Релейная защита и автоматика 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Компоновка и сооружения гидроузла 146
... Глава 1 отсутствует
ВВЕДЕНИЕ 9
Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
Климат в районе проектируемого ГУ 10
Гидрологические данные 10
Инженерно-геологические условия 11
Сейсмические условия 13
Данные по энергосистеме 13
Водно-энергетические расчеты 14
Данные для водно-энергетических расчетов 14
Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 14
Выбор расчетного маловодного и средневодного года 15
Построение суточных графиков нагрузки 17
Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 19
Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 20
Баланс энергии 22
Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС по условию
маловодного года 23
Определение рабочих мощностей ГЭС 23
Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 25
Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по условию
средневодного года 26
Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 27
Построение режимного поля 27
Выбор системы и типа гидротурбины 29
Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 32
Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 33
Выбор типа серийного гидрогенератора 35
Гидромеханический расчет и построение плана бетонной спиральной
камеры 36
Расчет вала и подшипников 39
Выбор типа маслонапорной установки 40
Выбор электрогидравлического регулятора 40
Электрическая часть 41
Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 41
Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 42
Выбор синхронных генераторов 42
Выбор повышающих трансформаторов для схем с одиночным
блоком 43
Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 44
Выбор трансформатора собственных нужд (СН) 45
Выбор количества отходящих воздушных линий распред-устройства
высшего напряжения, марки проводов воздушных линий 46
Выбор главной схемы проектируемой ГЭС на основании технике-
экономического расчёта 47
Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 48
Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 49
Исходные данные для расчетов 49
Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 51
Результаты расчёта токов КЗ 52
Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов 53
Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 53
Выбор выключателей и разъединителей 53
Выбор трансформаторов тока и напряжения 54
Выбор синхронизаторов и анализаторов 54
Выбор параметров КРУЭ 55
Релейная защита и автоматика 57
Перечень защит основного оборудования 57
Расчет номинальных токов 58
Описание защит и расчет их уставок 59
Продольная дифференциальная защита генератора 59
Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 61
Защита от повышения напряжения 64
Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 64
Защита от симметричных перегрузок 67
Дистанционная защита генератора 69
Защита от перегрузки обмотки ротора 72
Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 74
Таблица уставок и матрица отключений защит 74
Компоновка и сооружения гидроузла 75
Расчет пропускной способности гидроузла 75
Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случаев 75
Определение количества и размера водовыпусков 76
Определение ширины водосливного фронта 77
Определение напора на водосливе 77
Определение отметки гребня водослива 78
Проверка обеспечения пропускной способности при пропуске расчетного
расхода поверочного расчетного случая для уточнения отметки ФПУ 78
Построение водосливного оголовка и водосливной грани 79
Определение отметки гребня плотины 80
Расчет энергогасящих устройств в нижнем бьефе 83
Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе при донном режиме 83
Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 84
Конструирование водосливной плотины 87
Определение ширины подошвы 87
Разрезка бетонных плотин швами 87
Быки 87
Устои 88
Определение ширины плотины по гребню 88
Галереи в теле плотины 88
Цементационная завеса и дренаж 88
Дренаж в теле плотины 89
Сбор нагрузок, действующих на плотину 90
Расчет веса тела плотины, быка и затвора 90
Гидростатическое давление 91
Давление наносов 91
Давление грунта 92
Сила взвешивающая 92
Сила фильтрационного давления 93
Волновое воздействие 93
Обоснование прочности и устойчивости водосливной плотин 94
Определение напряжений 94
Проверка выполнения критериев прочности 96
Проверка устойчивости плотины 97
Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Адычанского ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 99
Общие сведения о районе строительства 99
Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 99
Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 100
Отходы, образующиеся при строительстве 102
Безопасность гидротехнических сооружений 103
Пожарная безопасность 104
Охрана труда 105
Технико-экономические показатели 107
Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 107
Оценка объёмов реализации электроэнергии 107
Текущие расходы по гидроузлу 107
Налоговые расходы 110
Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 111
Анализ денежных потоков 112
Оценка инвестиционного проекта 114
Методология, исходные данные 114
Коммерческая эффективность 114
Бюджетная эффективность 115
Анализ чувствительности 115
Цифровые станции. Оптические ТТ и TH. Протокол передачи данных SV.
Стандарт МЭК-61850. Область применения в части РЗА 118
Цифровые станции 118
Оптические трансформаторы тока и напряжения 119
Стандарт МЭК-61850 121
Протокол передачи данных SV 123
Архитектуры построения цифровой станции 124
Основные элементы структурной схемы АСУ ТП 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно-энергетические расчеты 135
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Релейная защита и автоматика 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Компоновка и сооружения гидроузла 146
... Глава 1 отсутствует
В современном мире для производства какого-либо товара на крупных предприятиях, необходимо иметь в сети большой запас электроэнергии. Для производства этой электроэнергии возводят различные станции, но самыми экологичными и маневренными из них являются гидроэлектростанции. Они способны обеспечивать предприятия нужной электроэнергией и покрывать неравномерности графиков нагрузки.
Створ проектируемой Адычанской ГЭС расположен в северном районе республики Саха (Якутия) вблизи месторождения золота и посёлка Лазо. В начале 21 века работы по добыче золота в данном районе были прекращены, но уже в 2016 году стало наблюдаться возобновление работ по золотодобыче. В связи с этим в посёлке Лазо начали появляться жители.
После строительства ГЭС вырабатываемая ей энергия будет нужна для дальнейшего развития золотодобывающего дела. Но, помимо этого, энергию также можно поставлять в отдалённые населённые пункты Северного района, что будет необходимо, так как в настоящее время Северный район Якутии является децентрализованным и нуждается в поставке энлектроэнергии. Также в будущем планируется строить благоустроенные поселения в данном районе, где потребуется электроэнергия.
Створ проектируемой Адычанской ГЭС расположен в северном районе республики Саха (Якутия) вблизи месторождения золота и посёлка Лазо. В начале 21 века работы по добыче золота в данном районе были прекращены, но уже в 2016 году стало наблюдаться возобновление работ по золотодобыче. В связи с этим в посёлке Лазо начали появляться жители.
После строительства ГЭС вырабатываемая ей энергия будет нужна для дальнейшего развития золотодобывающего дела. Но, помимо этого, энергию также можно поставлять в отдалённые населённые пункты Северного района, что будет необходимо, так как в настоящее время Северный район Якутии является децентрализованным и нуждается в поставке энлектроэнергии. Также в будущем планируется строить благоустроенные поселения в данном районе, где потребуется электроэнергия.
Рассчитаны и определены основные элементы и параметры Адычанского гидроузла на реке Адыча, являющегося сооружением II класса.
В ходе водно-энергетических расчётов была выбрана установленная мощность, равная1998 МВт. Также был определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 354,97 м. Полезный объём при отметке НПУ составил 5,05км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1153 млн. кВт • ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и тип гидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 48,25 м;
расчётный - 42,75 м;
минимальный - 33,65 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчётному напору, составляет 529м3/с.
Выбрана гидротурбина ПЛ50-В-400. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с 4 гидроагрегатами, диаметрами рабочих колёс 4,0 м.
Для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 200 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-735/115-30 с номинальной полной мощностью 63 MBA.
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-80000/220 У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-2500/10,5У1, для ЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
После был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла - приплотинная. В состав Адычанского гидроузла входят:
- глухая левобережная бетонна плотина;
- левобережная глухая грунтовая плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- глухая центральная бетонная плотина;
- станционная бетонная плотина;
- глухая правобережная бетонная плотина;
- глухая правобережная грунтовая плотина.
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки водосливной плотины:
- ширина подошвы- 42 м;
- отметка подошвы - 317 м;
- отметка гребная водослива - 359,00 м;
- число водосливных отверстий - 4;
- ширина водосливных отверстий - 16 м;
- отметка гребня плотины - 373,40 м.
- число глубинных водовыпусков - 2;
- ширина глубинных водовыпусков - 3 м;
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетании нагрузок. При расчёте плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Адычанской ГЭС отвечает требованиям надёжности.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия 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 11,75 лет;
- чистый приведенный доход NPV- 10266,6 млн. руб;
- индекс прибыльности PI-1,4;
- себестоимость электроэнергии - 0,41 руб./кВт-ч;
Из этого можно сделать вывод, что строительство Адычанской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
В ходе водно-энергетических расчётов была выбрана установленная мощность, равная1998 МВт. Также был определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 354,97 м. Полезный объём при отметке НПУ составил 5,05км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1153 млн. кВт • ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и тип гидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 48,25 м;
расчётный - 42,75 м;
минимальный - 33,65 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчётному напору, составляет 529м3/с.
Выбрана гидротурбина ПЛ50-В-400. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с 4 гидроагрегатами, диаметрами рабочих колёс 4,0 м.
Для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 200 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-735/115-30 с номинальной полной мощностью 63 MBA.
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-80000/220 У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-2500/10,5У1, для ЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
После был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла - приплотинная. В состав Адычанского гидроузла входят:
- глухая левобережная бетонна плотина;
- левобережная глухая грунтовая плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- глухая центральная бетонная плотина;
- станционная бетонная плотина;
- глухая правобережная бетонная плотина;
- глухая правобережная грунтовая плотина.
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки водосливной плотины:
- ширина подошвы- 42 м;
- отметка подошвы - 317 м;
- отметка гребная водослива - 359,00 м;
- число водосливных отверстий - 4;
- ширина водосливных отверстий - 16 м;
- отметка гребня плотины - 373,40 м.
- число глубинных водовыпусков - 2;
- ширина глубинных водовыпусков - 3 м;
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетании нагрузок. При расчёте плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Адычанской ГЭС отвечает требованиям надёжности.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия 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 11,75 лет;
- чистый приведенный доход NPV- 10266,6 млн. руб;
- индекс прибыльности PI-1,4;
- себестоимость электроэнергии - 0,41 руб./кВт-ч;
Из этого можно сделать вывод, что строительство Адычанской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
