ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАЛАДЖИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ЛАБА. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЗАЩИТЫ ГИДРОАГРЕГАТА - ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ КАЛАДЖИНСКОЙ 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 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.3 Выбор расчётного средневодного года 15
2.1.4 Выбор расчётного маловодного года 16
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 Каладжинской ГЭС 22
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 23
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 23
3.1.1 Построение режимного поля Каладжинской ГЭС по напору и
расходу 23
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 24
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её безкавитационной работы 28
3.3 Выбор типа маслонапорной установки 30
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 технике- экономического
расчёта 37
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 38
4.6 Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 38
4.6.1 Исходные данные для расчетов 38
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 41
4.6.3 Результаты расчёта токов КЗ 42
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов 42
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 44
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 44
4.8.2 Выбор синхронизаторов и анализаторов 46
4.8.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 47
4.9 Выбор электротехнического оборудования на напряжении 220 кВ 49
4.9.1 Выбор выключателей и разъединителей 49
4.9.2 Выбор синхронизаторов и анализаторов 51
4.9.3 Выбор трансформатора тока и напряжения 52
5 Релейная защита и автоматика 55
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 55
5.2 Перечень защит блока генератор- трансформатор 55
5.3 Расчёт номинальных токов 57
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 59
5.4.1 Расчёт уставок МТЗ и ТО выпрямительного трансформатора 59
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 62
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(UN (UO)) 66
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 69
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 70
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 75
5.4.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 78
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 82
5.6 Таблица уставок и матрица отключений 84
6 Компоновка сооружения и гидроузла 85
6.1 Назначение класса ГТС 85
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 85
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 85
6.3 Выбор максимальных расчетных расходов для основного и поверочного расчетных случаев - рМакс.Расч0СН; QMaKc.pac4 90
6.2.3 Определение расхода через другие водопропускные сооружения
гидроузла (донные отверстия и глубинные водосбросы) 91
6.2.4 Определение ширины водосливного фронта 92
6.2.5 Определение напора на водосливе 93
6.3 Расчёт сопряжения потока в НБ 96
6.4 Конструирование плотины 101
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 101
6.4.2 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 102
6.4.3 Разрезка бетонных плотин швами 104
6.4.4 Быки 105
6.4.5 Галереи и дренаж в теле бетонных плотин 105
6.4.6 Устои 106
6.4.7 Гребень плотины 106
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 106
6.5.1 Вес сооружения 106
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 107
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 108
6.5.4 Сила фильтрационного давления 109
6.5.5 Давление грунта 109
6.5.6 Волновое воздействие 111
6.6 Оценка прочности плотины 111
6.6.1 Критерии прочности плотины 115
6.6.2 Обоснование устойчивости плотины 116
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Каладжинского ГУ 117
7.1 Общие сведения о районе строительства 117
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 118
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 119
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 121
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 122
8 Противопожарная безопасность и охрана труда 123
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 123
8.2 Пожарная безопасность 125
8.3 Охрана труда 128
9 Технике-экономическое обоснование 132
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 132
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 132
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 132
9.1.3 Налоговые расходы 135
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 136
9.3 Оценка инвестиционного проекта 136
9.3.1 Методология, исходные данные 136
9.3.2 Коммерческая эффективность 137
9.3.3 Бюджетная эффективность 138
9.4 Анализ чувствительности 138
10 Гидромеханические защиты гидроагрегата - принцип действия, нормы и требования 142
10.1 Краткая характеристика системы автоматического управления
гидроагрегатом 142
10.2 Гидромеханические защиты гидроагрегата 143
10.3 Перечень датчиков, участвующих в гидромеханических защитах 145
10.4 Алгоритм работы системы автоматического управления гидроагрегатом при
действии гидромеханических защит 145
10.5 Нормы и требования, предъявляемые к гидромеханическим защитам
гидроагрегата 148
10.6 Критерии и пределы безопасного состояния и режимов работы 150
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 152
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 155
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно - энергетические расчёты 157
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование 169
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Таблица уставок и матрицы отключений защит 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Оценка экономических показателей 174
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Карта уставок ГМЗ 175
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 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.3 Выбор расчётного средневодного года 15
2.1.4 Выбор расчётного маловодного года 16
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 Каладжинской ГЭС 22
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 23
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 23
3.1.1 Построение режимного поля Каладжинской ГЭС по напору и
расходу 23
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 24
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её безкавитационной работы 28
3.3 Выбор типа маслонапорной установки 30
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 технике- экономического
расчёта 37
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 38
4.6 Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 38
4.6.1 Исходные данные для расчетов 38
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 41
4.6.3 Результаты расчёта токов КЗ 42
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов 42
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 44
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 44
4.8.2 Выбор синхронизаторов и анализаторов 46
4.8.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 47
4.9 Выбор электротехнического оборудования на напряжении 220 кВ 49
4.9.1 Выбор выключателей и разъединителей 49
4.9.2 Выбор синхронизаторов и анализаторов 51
4.9.3 Выбор трансформатора тока и напряжения 52
5 Релейная защита и автоматика 55
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 55
5.2 Перечень защит блока генератор- трансформатор 55
5.3 Расчёт номинальных токов 57
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 59
5.4.1 Расчёт уставок МТЗ и ТО выпрямительного трансформатора 59
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 62
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(UN (UO)) 66
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 69
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 70
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 75
5.4.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 78
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 82
5.6 Таблица уставок и матрица отключений 84
6 Компоновка сооружения и гидроузла 85
6.1 Назначение класса ГТС 85
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 85
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 85
6.3 Выбор максимальных расчетных расходов для основного и поверочного расчетных случаев - рМакс.Расч0СН; QMaKc.pac4 90
6.2.3 Определение расхода через другие водопропускные сооружения
гидроузла (донные отверстия и глубинные водосбросы) 91
6.2.4 Определение ширины водосливного фронта 92
6.2.5 Определение напора на водосливе 93
6.3 Расчёт сопряжения потока в НБ 96
6.4 Конструирование плотины 101
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 101
6.4.2 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 102
6.4.3 Разрезка бетонных плотин швами 104
6.4.4 Быки 105
6.4.5 Галереи и дренаж в теле бетонных плотин 105
6.4.6 Устои 106
6.4.7 Гребень плотины 106
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 106
6.5.1 Вес сооружения 106
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 107
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 108
6.5.4 Сила фильтрационного давления 109
6.5.5 Давление грунта 109
6.5.6 Волновое воздействие 111
6.6 Оценка прочности плотины 111
6.6.1 Критерии прочности плотины 115
6.6.2 Обоснование устойчивости плотины 116
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Каладжинского ГУ 117
7.1 Общие сведения о районе строительства 117
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 118
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 119
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 121
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 122
8 Противопожарная безопасность и охрана труда 123
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 123
8.2 Пожарная безопасность 125
8.3 Охрана труда 128
9 Технике-экономическое обоснование 132
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 132
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 132
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 132
9.1.3 Налоговые расходы 135
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 136
9.3 Оценка инвестиционного проекта 136
9.3.1 Методология, исходные данные 136
9.3.2 Коммерческая эффективность 137
9.3.3 Бюджетная эффективность 138
9.4 Анализ чувствительности 138
10 Гидромеханические защиты гидроагрегата - принцип действия, нормы и требования 142
10.1 Краткая характеристика системы автоматического управления
гидроагрегатом 142
10.2 Гидромеханические защиты гидроагрегата 143
10.3 Перечень датчиков, участвующих в гидромеханических защитах 145
10.4 Алгоритм работы системы автоматического управления гидроагрегатом при
действии гидромеханических защит 145
10.5 Нормы и требования, предъявляемые к гидромеханическим защитам
гидроагрегата 148
10.6 Критерии и пределы безопасного состояния и режимов работы 150
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 152
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 155
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно - энергетические расчёты 157
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование 169
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Таблица уставок и матрицы отключений защит 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Оценка экономических показателей 174
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Карта уставок ГМЗ 175
В настоящее время во многих регионах нашей страны наблюдается дефицит электрической энергии, вызванный развитием экономики. Для решения этой проблемы необходимо строительство генерирующих компании.
Сокращение запасов органического топлива и стремительно возрастающие проломы экологии определяют все больше интерес во всем мире к использованию природных возобновляемых энергоресурсов. Среди них весьма существенное место по запасам и масштабам занимает энергия потока воды. Российская Федерация обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, причём существует значительная неравномерность его освоения.
Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. 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 отражает достигнутый технико¬экономический потенциал страны. Поэтому, структурным лидером в развития 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 возрастающие проломы экологии определяют все больше интерес во всем мире к использованию природных возобновляемых энергоресурсов. Среди них весьма существенное место по запасам и масштабам занимает энергия потока воды. Российская Федерация обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, причём существует значительная неравномерность его освоения.
Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. 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 отражает достигнутый технико¬экономический потенциал страны. Поэтому, структурным лидером в развития 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.
