ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧУЛЫМСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ЧУЛЫМ. МЕТОДЫ ПРОВЕРКИ И ИСПРАВЛЕНИЯ ЛИНИЙ ВАЛА ГА
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ЧУЛЫМСКОЙ ГЭС 6
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования
ГЭС 9
1.1 Гидрологические данные 9
1.2 Данные по энергосистеме 11
2 Водно-энергетические расчёты 13
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 13
2.1.1 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 14
2.1.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 15
2.2 Расчет режимов работы ГЭС с учётом требований ВХК 16
2.3 Баланс энергии 16
2.4 Водно-энергетический расчёт на сработку-наполнение водохранилища в
маловодный (P=90%) год 17
2.5 Определение рабочей мощности, проектируемой ГЭС 18
2.6 Баланс мощностей 19
2.7 Водно-энергетический расчёт на сработку-наполнение водохранилища в
средневодный (P=50%) год 20
3 Основное вспомогательное оборудование 22
3.1 Построение режимного поля 22
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 24
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 29
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 30
3.5 Расчет спиральной камеры 31
3.6 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 33
3.6.1 Расчет вала на прочность 33
3.7 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 35
3.8 Выбор геометрических размеров машинного зала 35
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 37
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 37
4.2.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 37
4.2.2 Выбор главных повышающих трансформаторов для схемы с
одиночными блоками 38
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 39
4.3 Количество отходящих линий 41
4.4 Выбор схемы распределительного устройства 42
4.5 Технико-экономический расчет 43
4.6 Расчет токов короткого замыкания 44
4.6.1 Параметры элементов схемы для расчета токов КЗ 44
4.6.2 Расчет токов КЗ с помощью программного обеспечения RastrWin 45
4.7 Выбор и проверка оборудования 47
4.7.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 47
4.7.2 Выбор электрооборудования для генераторного напряжения 48
4.7.3 Выбор генераторного синхронизатора и сетевого анализатора 49
4.7.4 Выбор трансформаторов тока и напряжения 50
4.8 Выбор электрооборудования для РУ 110 кВ 50
4.9 Выбор дизель - генератора 52
4.10 Выбор резервного трансформатора собственных нужд 52
5 Релейная защита и автоматика 53
5.1 Технические данные оборудования 53
5.2 Перечень защит основного оборудования 54
5.3 Расчет номинальных токов 55
5.4 Описание и расчет уставок защит 57
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 57
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(Un(Uo)) 59
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 62
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (12) 62
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 66
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <, Z2 < 68
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 71
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 73
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 73
6 Компоновка и сооружения гидроузла 76
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 76
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 76
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 80
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 81
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 83
6.3.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 86
6.3.5 Расчет водобойного колодца 88
6.1 Конструировные элементы плотины 90
6.4.1 Расчет водобойной плиты 90
6.4.2 Определение ширины подошвы плотины 90
6.4.3 Дренаж в теле бетонной плотины 91
6.4.4 Дренажные устройства в основании 91
6.4.5 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 91
6.4.6 Быки 92
6.4.7 Устои 92
6.4.8 Галереи в теле плотины 92
6.4.9 Рисберма 93
6.2 Пропуск расходов через глубинные водосбросы 93
6.3 Статические расчёты плотины 94
6.6.1 Вес сооружения 94
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 95
6.6.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 96
6.6.4 Давление грунта 97
6.6.5 Волновое давление 98
6.4 Расчёт прочности плотины 98
6.7.1 Критерии прочности плотины 101
6.5 Расчёт устойчивости плотины 103
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 104
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 104
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 104
7.3 Налоговые расходы 107
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 108
7.5 Оценка инвестиционного проекта 110
7.5.1 Методология и исходные данные 110
7.5.2 Коммерческая эффективность 111
7.5.3 Бюджетная эффективность 111
7.6 Анализ чувствительности 112
8 Мероприятия по охране окружающей среды Чулымского гидроузла 116
8.1 Охрана природы 116
8.1.1 Общие сведения, охрана окружающей среды 116
8.1.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 116
8.1.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 119
8.1.4 .. Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 121
9 Безопасность гидротехнических сооружений, охрана труда 123
9.1 Пожарная безопасность 125
9.2.1 Пожарная безопасность в кабельных помещениях 127
10 Методы проверки и исправления линий вала ГА 129
10.1 Проверка общей линии вала методом поворота ротора на 360° 130
10.2 Проверка уклона валов 133
10.2.1 Проверка линии вала методом четырех струн 135
10.3 Методы исправления линий вала ГА 139
10.3.1 Устранение неперпендикулярности зеркального диска 139
10.3.2 Устранение излома линии валов во фланцах 140
10.3.3 Устранение уклона линии валов 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 145
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водно-энергетические
расчеты 145
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Параметры и характеристика гидротурбины 157
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования
ГЭС 9
1.1 Гидрологические данные 9
1.2 Данные по энергосистеме 11
2 Водно-энергетические расчёты 13
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 13
2.1.1 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 14
2.1.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 15
2.2 Расчет режимов работы ГЭС с учётом требований ВХК 16
2.3 Баланс энергии 16
2.4 Водно-энергетический расчёт на сработку-наполнение водохранилища в
маловодный (P=90%) год 17
2.5 Определение рабочей мощности, проектируемой ГЭС 18
2.6 Баланс мощностей 19
2.7 Водно-энергетический расчёт на сработку-наполнение водохранилища в
средневодный (P=50%) год 20
3 Основное вспомогательное оборудование 22
3.1 Построение режимного поля 22
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 24
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 29
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 30
3.5 Расчет спиральной камеры 31
3.6 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 33
3.6.1 Расчет вала на прочность 33
3.7 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 35
3.8 Выбор геометрических размеров машинного зала 35
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 37
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 37
4.2.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 37
4.2.2 Выбор главных повышающих трансформаторов для схемы с
одиночными блоками 38
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 39
4.3 Количество отходящих линий 41
4.4 Выбор схемы распределительного устройства 42
4.5 Технико-экономический расчет 43
4.6 Расчет токов короткого замыкания 44
4.6.1 Параметры элементов схемы для расчета токов КЗ 44
4.6.2 Расчет токов КЗ с помощью программного обеспечения RastrWin 45
4.7 Выбор и проверка оборудования 47
4.7.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 47
4.7.2 Выбор электрооборудования для генераторного напряжения 48
4.7.3 Выбор генераторного синхронизатора и сетевого анализатора 49
4.7.4 Выбор трансформаторов тока и напряжения 50
4.8 Выбор электрооборудования для РУ 110 кВ 50
4.9 Выбор дизель - генератора 52
4.10 Выбор резервного трансформатора собственных нужд 52
5 Релейная защита и автоматика 53
5.1 Технические данные оборудования 53
5.2 Перечень защит основного оборудования 54
5.3 Расчет номинальных токов 55
5.4 Описание и расчет уставок защит 57
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 57
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(Un(Uo)) 59
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 62
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (12) 62
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 66
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <, Z2 < 68
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 71
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 73
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 73
6 Компоновка и сооружения гидроузла 76
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 76
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 76
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 80
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 81
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 83
6.3.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 86
6.3.5 Расчет водобойного колодца 88
6.1 Конструировные элементы плотины 90
6.4.1 Расчет водобойной плиты 90
6.4.2 Определение ширины подошвы плотины 90
6.4.3 Дренаж в теле бетонной плотины 91
6.4.4 Дренажные устройства в основании 91
6.4.5 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 91
6.4.6 Быки 92
6.4.7 Устои 92
6.4.8 Галереи в теле плотины 92
6.4.9 Рисберма 93
6.2 Пропуск расходов через глубинные водосбросы 93
6.3 Статические расчёты плотины 94
6.6.1 Вес сооружения 94
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 95
6.6.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 96
6.6.4 Давление грунта 97
6.6.5 Волновое давление 98
6.4 Расчёт прочности плотины 98
6.7.1 Критерии прочности плотины 101
6.5 Расчёт устойчивости плотины 103
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 104
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 104
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 104
7.3 Налоговые расходы 107
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 108
7.5 Оценка инвестиционного проекта 110
7.5.1 Методология и исходные данные 110
7.5.2 Коммерческая эффективность 111
7.5.3 Бюджетная эффективность 111
7.6 Анализ чувствительности 112
8 Мероприятия по охране окружающей среды Чулымского гидроузла 116
8.1 Охрана природы 116
8.1.1 Общие сведения, охрана окружающей среды 116
8.1.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 116
8.1.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 119
8.1.4 .. Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 121
9 Безопасность гидротехнических сооружений, охрана труда 123
9.1 Пожарная безопасность 125
9.2.1 Пожарная безопасность в кабельных помещениях 127
10 Методы проверки и исправления линий вала ГА 129
10.1 Проверка общей линии вала методом поворота ротора на 360° 130
10.2 Проверка уклона валов 133
10.2.1 Проверка линии вала методом четырех струн 135
10.3 Методы исправления линий вала ГА 139
10.3.1 Устранение неперпендикулярности зеркального диска 139
10.3.2 Устранение излома линии валов во фланцах 140
10.3.3 Устранение уклона линии валов 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 145
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водно-энергетические
расчеты 145
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Параметры и характеристика гидротурбины 157
Электроэнергетика — отрасль экономики Российской Федерации, включающая в себя комплекс экономических отношений, возникающих в процессе производства (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии), передачи электрической энергии, оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, сбыта и потребления электрической энергии с использованием производственных и иных имущественных объектов. Электроэнергетика является основой функционирования экономики и жизнеобеспечения.
Гидроэнергетика является наиболее эффективным способом получения электроэнергии, так как производство электроэнергии с меньшими издержками, по сравнению с ТЭС и АЭС.
Также гидроэлектростанции экологически безопасные объекты, так как не используют нефть, газ, ядерное горючее, тем самым не загрязняют атмосферу и окружающую среду. Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) не бесконечны. Таким образом, необходимо развивать гидроэнергетику в настоящее время.
Целью бакалаврской работы является проработка основных этапов проектирования ГЭС и в процессе проработки, необходимо найти оптимальные проектные решения с применением теоретических знаний.
Гидроэнергетика является наиболее эффективным способом получения электроэнергии, так как производство электроэнергии с меньшими издержками, по сравнению с ТЭС и АЭС.
Также гидроэлектростанции экологически безопасные объекты, так как не используют нефть, газ, ядерное горючее, тем самым не загрязняют атмосферу и окружающую среду. Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) не бесконечны. Таким образом, необходимо развивать гидроэнергетику в настоящее время.
Целью бакалаврской работы является проработка основных этапов проектирования ГЭС и в процессе проработки, необходимо найти оптимальные проектные решения с применением теоретических знаний.
Рассчитаны и определены показатели, выбраны элементы и параметры Чулымской ГЭС, с плотиной высотой 50,75 м на реке Чулым, являющейся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% обеспеченности случаев: 20,1% = 3151,0 м3/с., Q0,01% = 3530,0 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчётов выбрана установленная мощность Чулымской ГЭС, а также определена зона её работы в годовых графиках нагрузки. Установленная мощность составила 195 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 284,30 м. Полезный объём при отметке НПУ составляет 3,76 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,04 млрд. кВт-ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и тип гидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 29,55 м;
- расчётный - 20,30 м;
- минимальный - 16,32 м.
Выбрана гидротурбина ПЛ 30а-В-630. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с 4 гидроагрегатами, диаметрами рабочих колёс
6,1 м.
Для выбранной поворотно - лопастной турбины с синхронной частотой вращения 93,8 об/мин подобран серийный гидрогенератор ВГС-850/110-64с номинальной активной мощностью 48 МВт.
Далее выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 9 присоединений (пять воздушных линии, четыре генераторных присоединения) ОРУ 110 кВ - с одной рабочей секционированной выключателем системой сборных шин. По справочным данным и каталогам выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 80000/110-У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-2500/10,5/6.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Чулымской ГЭС спроектирована по русловой схеме.
В состав сооружений входят:
- водосливная бетонная плотина;
- левобережная глухая бетонная плотина;
- правобережная глухая бетонная плотина;
- глухая бетонная секция
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины головного узла:
- ширина подошвы 34,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 252,75 м;
- отметка гребная водослива - 285,5 м;
- число водосливных отверстий - 4;
- ширина водосливных отверстий - 9 м;
- отметка гребня плотины - 303,5 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 Чулымской 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.
Оценка эффективности капиталовложений в такое масштабное производство, как гидроэнергетика показывает, в лучшем случае:
- срок окупаемость - 6 лет, 10 месяца;
- себестоимость электроэнергии - 0,17руб./кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 67377,19 руб./кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Чулымской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% обеспеченности случаев: 20,1% = 3151,0 м3/с., Q0,01% = 3530,0 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчётов выбрана установленная мощность Чулымской ГЭС, а также определена зона её работы в годовых графиках нагрузки. Установленная мощность составила 195 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого составила 284,30 м. Полезный объём при отметке НПУ составляет 3,76 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,04 млрд. кВт-ч.
На следующем этапе определено оптимальное число и тип гидроагрегатов гидроэлектростанции. Для этого построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 29,55 м;
- расчётный - 20,30 м;
- минимальный - 16,32 м.
Выбрана гидротурбина ПЛ 30а-В-630. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с 4 гидроагрегатами, диаметрами рабочих колёс
6,1 м.
Для выбранной поворотно - лопастной турбины с синхронной частотой вращения 93,8 об/мин подобран серийный гидрогенератор ВГС-850/110-64с номинальной активной мощностью 48 МВт.
Далее выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 9 присоединений (пять воздушных линии, четыре генераторных присоединения) ОРУ 110 кВ - с одной рабочей секционированной выключателем системой сборных шин. По справочным данным и каталогам выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ 80000/110-У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-2500/10,5/6.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Чулымской ГЭС спроектирована по русловой схеме.
В состав сооружений входят:
- водосливная бетонная плотина;
- левобережная глухая бетонная плотина;
- правобережная глухая бетонная плотина;
- глухая бетонная секция
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины головного узла:
- ширина подошвы 34,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 252,75 м;
- отметка гребная водослива - 285,5 м;
- число водосливных отверстий - 4;
- ширина водосливных отверстий - 9 м;
- отметка гребня плотины - 303,5 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 Чулымской 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.
Оценка эффективности капиталовложений в такое масштабное производство, как гидроэнергетика показывает, в лучшем случае:
- срок окупаемость - 6 лет, 10 месяца;
- себестоимость электроэнергии - 0,17руб./кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 67377,19 руб./кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Чулымской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
