ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕЛЕНОГОРСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАН. ИССЛЕДОВАНИЕ НАВЕДЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ЛЭП НАПРЯЖЕНИЕМ 10-35 КВ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ЗЕЛЕНОГОРСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климатические данные 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно -геологические условия 11
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 12
2 Водно-энергетические расчеты 13
2.1 Регулирование стока реки 13
2.1.1 Построение эмпирических кривых обеспеченности 13
2.2 Выбор расчетных маловодного и средневодного лет 15
2.2.1 Расчёт конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому стоку и по
требованиям ВХК 17
2.2.2 Водно-энергетический расчет режима ГЭС в маловодном году 20
2.3 Определение рабочих мощностей и построение интегральных кривых
нагрузок 22
2.4 Расчет резервов, планирование капитальных ремонтов оборудования 26
2.5 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в средневодном году 28
2.5 Режимное поле 28
3 Основное и вспомогательное оборудование 30
3.1 Выбор системы и количества гидроагрегатов 30
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 34
3.3 Выбор типа серийного генератора 36
3.4 Расчет вала и подшипников 38
3.5 Гидромеханический расчет бетонной спиральной камеры, и определение
ее геометрических размеров проточной части 39
3.6 Выбор маслонапорной установки 41
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 42
4 Электрическая часть 42
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений 42
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 42
4.2.1 Выбор синхронного генератора 42
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 43
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 44
4.4 Распределительное устройство 45
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 45
4.4.2 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 46
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико- экономического
расчета 47
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 48
4.7 Расчёт токов трехфазного и однофазного коротких замыканий в главной
схеме при помощи программного обеспечения «RastrWin» с выбором оборудования 49
4.7.1 Расчёт исходных данных 49
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 50
4.8 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 52
4.9 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5 кВ 52
4.9.1 Выбор выключателей и разъединителей 52
4.9.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 54
4.9.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов 56
4.10 Выбор параметров КРУЭ 56
5 Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 58
5.1 Исходные данные для курсового проектирования 58
5.2 Перечень защит основного оборудования 59
5.3 Выбор системы возбуждения и выпрямительного трансформатора 60
5.4 Расчет токов КЗ 62
5.5 Описание защит и расчет уставок 65
5.5.1 Расчет уставок для защит выпрямительного трансформатора (I > ТВ),
(I >> ТВ) 65
5.5.2 Продольная дифференциальная защита (IAG) 67
5.5.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (Uo)) 70
5.5.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 73
5.5.5 Дистанционная защита генератора (Zi<), (Z2<) 74
5.5.6 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 78
5.5.7 Защита от симметричных перегрузок (I1) 84
5.5.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 87
5.6 Выбор комплекса защит блока генератор -трансформатор 90
6 Компоновка и сооружения гидроузла 90
6.1 Определение класса сооружения Зеленогорской ГЭС 90
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 90
6.2.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины при НПУ 90
6.2.2 Определение отметки гребня грунтовой плотины при ФПУ 92
6.3 Гидравлические расчеты 94
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 95
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 96
6.3.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 97
6.3.4 Построение профиля водосливной грани 99
6.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 100
6.4.1 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 101
6.4.2 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 103
6.5 Конструирование плотины 104
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 104
6.6 Разрезка бетонных плотин швами 105
6.7 Быки 105
6.8 Дренаж тела бетонных плотин 105
6.9 Галереи в теле плотины 105
6.10 Основные элементы плотины 106
6.11 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины 106
6.11.1 Противофильтрационная завеса 106
6.11.2 Дренажные устройства в основании 107
6.12 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 107
6.12.1 Вес сооружения и затворов 107
6.12.2 Сила гидростатического давления воды 108
6.12.3 Равнодействующая взвешивающего давления 108
6.12.4 Сила фильтрационного давления 109
6.12.5 Давление грунта 110
6.12.6 Расчёт волнового давления 110
6.13 Оценка прочности плотины 110
6.13.1 Критерии прочности плотины 113
6.13.2 Расчёт устойчивости плотины 113
7 Мероприятия по охране окружающей среды 114
7.1 Общие сведения о районе строительства 114
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 116
7.3 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 117
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 117
7.5 Охрана окружающей среды в период эксплуатации 118
8 Пожарная безопасность. Охрана труда 119
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 119
8.2 Охрана труда 120
8.3 Пожарная безопасность 121
9 Технико-экономические показатели 124
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 124
9.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 124
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 124
9.1.3 Налоговые расходы 127
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 127
9.3 Анализ денежных потоков 128
9.4 Оценка инвестиционного проекта 129
9.4.1 Методология, исходные данные 129
9.4.2 Коммерческая эффективность проекта 130
9.4.3 Бюджетная эффективность 130
9.5 Анализ чувствительности проекта 130
10 Исследование наведенного напряжения на ЛЭП напряжением 10-35 кВ ... 133
10.1 Наведенное напряжение 133
10.2 Опасность наведенного напряжения 133
10.3 Подготовка к проведению измерений и места измерений 135
10.4 Проведение измерений 137
10.5 Оценка значений наведенного напряжения 139
10.6 Меры безопасности при выполнении измерений 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 142
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 143
ПРИЛОЖЕНИЕ А 146
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 148
ПРИЛОЖЕНИЕ В 150
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 152
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 154
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 155
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климатические данные 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно -геологические условия 11
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 12
2 Водно-энергетические расчеты 13
2.1 Регулирование стока реки 13
2.1.1 Построение эмпирических кривых обеспеченности 13
2.2 Выбор расчетных маловодного и средневодного лет 15
2.2.1 Расчёт конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому стоку и по
требованиям ВХК 17
2.2.2 Водно-энергетический расчет режима ГЭС в маловодном году 20
2.3 Определение рабочих мощностей и построение интегральных кривых
нагрузок 22
2.4 Расчет резервов, планирование капитальных ремонтов оборудования 26
2.5 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в средневодном году 28
2.5 Режимное поле 28
3 Основное и вспомогательное оборудование 30
3.1 Выбор системы и количества гидроагрегатов 30
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 34
3.3 Выбор типа серийного генератора 36
3.4 Расчет вала и подшипников 38
3.5 Гидромеханический расчет бетонной спиральной камеры, и определение
ее геометрических размеров проточной части 39
3.6 Выбор маслонапорной установки 41
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 42
4 Электрическая часть 42
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений 42
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 42
4.2.1 Выбор синхронного генератора 42
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 43
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 44
4.4 Распределительное устройство 45
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 45
4.4.2 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 46
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико- экономического
расчета 47
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 48
4.7 Расчёт токов трехфазного и однофазного коротких замыканий в главной
схеме при помощи программного обеспечения «RastrWin» с выбором оборудования 49
4.7.1 Расчёт исходных данных 49
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 50
4.8 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 52
4.9 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5 кВ 52
4.9.1 Выбор выключателей и разъединителей 52
4.9.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 54
4.9.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов 56
4.10 Выбор параметров КРУЭ 56
5 Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 58
5.1 Исходные данные для курсового проектирования 58
5.2 Перечень защит основного оборудования 59
5.3 Выбор системы возбуждения и выпрямительного трансформатора 60
5.4 Расчет токов КЗ 62
5.5 Описание защит и расчет уставок 65
5.5.1 Расчет уставок для защит выпрямительного трансформатора (I > ТВ),
(I >> ТВ) 65
5.5.2 Продольная дифференциальная защита (IAG) 67
5.5.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (Uo)) 70
5.5.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 73
5.5.5 Дистанционная защита генератора (Zi<), (Z2<) 74
5.5.6 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 78
5.5.7 Защита от симметричных перегрузок (I1) 84
5.5.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 87
5.6 Выбор комплекса защит блока генератор -трансформатор 90
6 Компоновка и сооружения гидроузла 90
6.1 Определение класса сооружения Зеленогорской ГЭС 90
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 90
6.2.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины при НПУ 90
6.2.2 Определение отметки гребня грунтовой плотины при ФПУ 92
6.3 Гидравлические расчеты 94
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 95
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 96
6.3.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 97
6.3.4 Построение профиля водосливной грани 99
6.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 100
6.4.1 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 101
6.4.2 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 103
6.5 Конструирование плотины 104
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 104
6.6 Разрезка бетонных плотин швами 105
6.7 Быки 105
6.8 Дренаж тела бетонных плотин 105
6.9 Галереи в теле плотины 105
6.10 Основные элементы плотины 106
6.11 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины 106
6.11.1 Противофильтрационная завеса 106
6.11.2 Дренажные устройства в основании 107
6.12 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 107
6.12.1 Вес сооружения и затворов 107
6.12.2 Сила гидростатического давления воды 108
6.12.3 Равнодействующая взвешивающего давления 108
6.12.4 Сила фильтрационного давления 109
6.12.5 Давление грунта 110
6.12.6 Расчёт волнового давления 110
6.13 Оценка прочности плотины 110
6.13.1 Критерии прочности плотины 113
6.13.2 Расчёт устойчивости плотины 113
7 Мероприятия по охране окружающей среды 114
7.1 Общие сведения о районе строительства 114
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 116
7.3 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 117
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 117
7.5 Охрана окружающей среды в период эксплуатации 118
8 Пожарная безопасность. Охрана труда 119
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 119
8.2 Охрана труда 120
8.3 Пожарная безопасность 121
9 Технико-экономические показатели 124
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 124
9.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 124
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 124
9.1.3 Налоговые расходы 127
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 127
9.3 Анализ денежных потоков 128
9.4 Оценка инвестиционного проекта 129
9.4.1 Методология, исходные данные 129
9.4.2 Коммерческая эффективность проекта 130
9.4.3 Бюджетная эффективность 130
9.5 Анализ чувствительности проекта 130
10 Исследование наведенного напряжения на ЛЭП напряжением 10-35 кВ ... 133
10.1 Наведенное напряжение 133
10.2 Опасность наведенного напряжения 133
10.3 Подготовка к проведению измерений и места измерений 135
10.4 Проведение измерений 137
10.5 Оценка значений наведенного напряжения 139
10.6 Меры безопасности при выполнении измерений 141
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 142
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 143
ПРИЛОЖЕНИЕ А 146
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 148
ПРИЛОЖЕНИЕ В 150
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 152
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 154
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 155
Источник энергии - текущая вода, возобновляемый источник энергии, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь повысит технико-экономический потенциал страны. Поэтому, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и возобновляемая отрасль народного хозяйства.
Развитие энергетики неотделимо от развития региона, стабильности и процветания территории присутствия. Рост объемов промышленного производства приводит к увеличению энергопотребления в регионе и оказывает свое существенное влияние на дальнейшее развитие и модернизацию всей энергетической системы.
Строительство Зеленогорской ГЭС позволит:
- Обеспечить потребителей Красноярской энергосистемы
электроэнергией;
- Повысить надёжность и качество электроснабжения потребителей;
- Отказаться от строительства тепловой электростанции, использующей органическое топливо (природный газ);
- Обеспечить необходимые пропуски воды для нужд ВХК;
- Создать инфраструктуру, обеспечивающую улучшение социальных и экономических условий жизни населения близлежащих Красноярского края;
- Обеспечить значительные поступления налоговых выплат в бюджеты всех уровней.
Целью проекта является проектирование Зеленогорской ГЭС на реке Кан её сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технико-экономическое обоснование эффективности проекта.
В рамках специального вопроса рассмотрена оценка технического состояния основного оборудования после установленного срока службы .
Развитие энергетики неотделимо от развития региона, стабильности и процветания территории присутствия. Рост объемов промышленного производства приводит к увеличению энергопотребления в регионе и оказывает свое существенное влияние на дальнейшее развитие и модернизацию всей энергетической системы.
Строительство Зеленогорской ГЭС позволит:
- Обеспечить потребителей Красноярской энергосистемы
электроэнергией;
- Повысить надёжность и качество электроснабжения потребителей;
- Отказаться от строительства тепловой электростанции, использующей органическое топливо (природный газ);
- Обеспечить необходимые пропуски воды для нужд ВХК;
- Создать инфраструктуру, обеспечивающую улучшение социальных и экономических условий жизни населения близлежащих Красноярского края;
- Обеспечить значительные поступления налоговых выплат в бюджеты всех уровней.
Целью проекта является проектирование Зеленогорской ГЭС на реке Кан её сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технико-экономическое обоснование эффективности проекта.
В рамках специального вопроса рассмотрена оценка технического состояния основного оборудования после установленного срока службы .
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры средненапорной Зеленогорской ГЭС на реке Кан, являющимся сооружением I класса.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Зеленогорской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета.
Так же было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
Максимальный Hmax = 47,90 м;
Расчетный Нрасч = 38,85 м;
Минимальный Hmin = 32,1 м.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5,0 м (ПЛ50-В-500).
По справочным данным для выбранной радиально -осевой турбины с синхронной частотой вращения 150,0 об/мин был подобран серийный гидрогенератор CB-808/130-40 с номинальной активной мощностью 55,0 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 220кВ - «две системы сборных шин».
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка здания ГЭС принята приплотинного типа.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. Плотина Зеленогорского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют.
Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
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 расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 13 лет;
- себестоимость - 0,28 руб/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 105041,52 руб./кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Зеленогорской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения эко номических показателей.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Зеленогорской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета.
Так же было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
Максимальный Hmax = 47,90 м;
Расчетный Нрасч = 38,85 м;
Минимальный Hmin = 32,1 м.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5,0 м (ПЛ50-В-500).
По справочным данным для выбранной радиально -осевой турбины с синхронной частотой вращения 150,0 об/мин был подобран серийный гидрогенератор CB-808/130-40 с номинальной активной мощностью 55,0 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 220кВ - «две системы сборных шин».
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка здания ГЭС принята приплотинного типа.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. Плотина Зеленогорского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют.
Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
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 расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 13 лет;
- себестоимость - 0,28 руб/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 105041,52 руб./кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Зеленогорской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения эко номических показателей.
