ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОТВАЖНОЙ ГЭС НА РЕКЕ АРХАРА. ОПЕРАТИВНОЕ И РЕМОНТНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ГИДРОАГРЕГАТА
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ОТВАЖНОЙ 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 13
1.4 Сейсмическая обстановка 13
1.5 Энерго - экономическая характеристика региона 13
2 Водно - энергетические расчёты и выбор установленной мощности 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Определение максимальных расчётных расходов 14
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 15
2.1.3 Выбор расчётного средневодного года 16
2.1.4 Выбор расчётного маловодного года 16
2.1.5 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 18
2.1.6 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
электростанциями 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических
расчётов 20
2.2.1 Расчет конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому стоку и по
требованиям ВХК 20
2.2.2 Баланс энергий 22
2.2.3 Водно - энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном
году 23
2.2.4 Баланс мощности 24
2.2.5 Определение установленной мощности Отважной ГЭС 25
2.2.6 Водно - энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном
году, определение среднемноголетней выработки 26
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 27
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 27
3.1.1 Построение режимного поля Отважной ГЭС по напору и расходу ... 27
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 28
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 32
3.3 Выбор серийного гидрогенератора 34
3.4 Выбор вспомогательного оборудования 34
4 Электрическая часть 35
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 35
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 36
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 36
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схем с одиночным
блоком 36
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 38
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд (СН) 39
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения, марки проводов воздушных линий 39
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 40
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 42
4.6 Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 42
4.6.1 Исходные данные для расчетов 42
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 44
4.6.3 Результаты расчёта токов КЗ 46
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов 46
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 46
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 46
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 48
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов 48
4.9 Выбор параметров КРУЭ 49
5 Релейная защита и автоматика 50
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 50
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 51
5.3 Расчёт номинальных токов 52
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 53
5.4.1 Защита системы возбуждения 53
5.4.2 Максимальная токовая защита выпрямительного трансформатора
ТЕ 55
5.4.3 Токовая отсечка системы возбуждения 56
5.4.4 Продольная дифференциальная защита 57
5.4.5 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN
(UO)) 60
5.4.6 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 62
5.4.7 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.4.8 Защита от симметричных перегрузок (I1) 69
5.4.9 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 71
5.4.10 Защита от перегрузки обмотки ротора 74
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 76
5.6 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
6.3 Выбор максимальных расчетных расходов для основного и поверочного
расчетных случаев - рМакс.Расч0СН; Самаке.расч 79
6.4 Расчет пропускной способности гидроузла, включая заглубленные
водопропускные отверстия для сработки полезного объема водохранилища и притока за период от НПУ до УМО 79
6.4.1 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случая 80
6.4.2 Определение расхода через другие водопропускные сооружения
гидроузла 81
6.4.3 Определение ширины водосливного фронта 81
6.4.4 Определение напора на водосливе 82
6.4.5 Определение напора на водосливе 83
6.4.6 Определение отметки гребня водослива 83
6.4.7 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 83
6.4.8 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 83
6.4.9 Построение профиля водосливной грани 84
6.4.10 Определение отметки гребня плотины 85
6.5 Обоснованный выбор состава ГТС и компоновки гидроузл 85
6.6 Расчет энергогасящих устройств в НБ 85
6.6.1 Расчёт сопряжения потока в НБ 85
6.6.2 Расчет носка трамплина и дальности отлета струи 86
6.7 Определение ширины подошвы плотины 89
6.7.1 Разрезка бетонных плотин швами 90
6.7.2 Быки 90
6.7.3 Устои 91
6.7.4 Галереи и дренаж в теле плотины 91
6.7.5 Расчет цементационной завесы и дренажа 92
6.8 Определение основных нагрузок на плотину 93
6.8.1 Вес сооружения 93
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 94
6.8.3 Равнодействующая взвешивающего давления 94
6.8.4 Сила фильтрационного давления 94
6.8.5 Давление грунта 95
6.8.6 Волновое воздействие 96
6.9 Оценка прочности плотины 97
6.9.1 Определение напряжений 97
6.9.2 Критерии прочности плотины и её основания 99
6.10 Обоснование устойчивости плотины 100
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Отважного ГУ. Противопожарная безопасность и охрана труда 101
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 101
7.2 Пожарная безопасность 101
7.3 Охрана труда 102
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Отважного
ГУ 104
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 104
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 105
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 106
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 108
7.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 109
8 Технико-экономическое обоснование 110
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 110
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии ПО
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 110
8.1.3 Налоговые расходы 113
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 114
8.3 Анализ денежных потоков 114
8.4 Оценка инвестиционного проекта 115
8.4.1 Методология, исходные данные 115
8.4.2 Коммерческая эффективность 115
8.4.3 Бюджетная эффективность 116
8.5 Анализ чувствительности 116
9 Оперативное и ремонтное обслуживание гидроагрегата 118
9.1 Оперативное обслуживание 118
9.1.1 Правила ухода и обслуживания 118
9.1.2 Обязанности оперативного персонала 119
9.2 Ремонтное обслуживание 121
9.2.1 Общие сведения 121
9.2.2 Классификация ремонтов 121
9.3 Ремонтная документация 122
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 124
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водноэнергетические расчёты 128
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 135
ПРИЛОЖЕНИЕ В Таблица уставок и матрицы отключений защит 138
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Технико-экономическое обоснование 140
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 13
1.4 Сейсмическая обстановка 13
1.5 Энерго - экономическая характеристика региона 13
2 Водно - энергетические расчёты и выбор установленной мощности 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Определение максимальных расчётных расходов 14
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 15
2.1.3 Выбор расчётного средневодного года 16
2.1.4 Выбор расчётного маловодного года 16
2.1.5 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 18
2.1.6 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
электростанциями 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических
расчётов 20
2.2.1 Расчет конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому стоку и по
требованиям ВХК 20
2.2.2 Баланс энергий 22
2.2.3 Водно - энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном
году 23
2.2.4 Баланс мощности 24
2.2.5 Определение установленной мощности Отважной ГЭС 25
2.2.6 Водно - энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном
году, определение среднемноголетней выработки 26
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 27
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 27
3.1.1 Построение режимного поля Отважной ГЭС по напору и расходу ... 27
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 28
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 32
3.3 Выбор серийного гидрогенератора 34
3.4 Выбор вспомогательного оборудования 34
4 Электрическая часть 35
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 35
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 36
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 36
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схем с одиночным
блоком 36
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупнённым
блоком 38
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд (СН) 39
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения, марки проводов воздушных линий 39
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 40
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 42
4.6 Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) 42
4.6.1 Исходные данные для расчетов 42
4.6.2 Расчёт токов короткого замыкания в ПК RastrWin 44
4.6.3 Результаты расчёта токов КЗ 46
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режимов 46
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 46
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 46
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 48
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов 48
4.9 Выбор параметров КРУЭ 49
5 Релейная защита и автоматика 50
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 50
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 51
5.3 Расчёт номинальных токов 52
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 53
5.4.1 Защита системы возбуждения 53
5.4.2 Максимальная токовая защита выпрямительного трансформатора
ТЕ 55
5.4.3 Токовая отсечка системы возбуждения 56
5.4.4 Продольная дифференциальная защита 57
5.4.5 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN
(UO)) 60
5.4.6 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 62
5.4.7 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.4.8 Защита от симметричных перегрузок (I1) 69
5.4.9 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 71
5.4.10 Защита от перегрузки обмотки ротора 74
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 76
5.6 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
6.3 Выбор максимальных расчетных расходов для основного и поверочного
расчетных случаев - рМакс.Расч0СН; Самаке.расч 79
6.4 Расчет пропускной способности гидроузла, включая заглубленные
водопропускные отверстия для сработки полезного объема водохранилища и притока за период от НПУ до УМО 79
6.4.1 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случая 80
6.4.2 Определение расхода через другие водопропускные сооружения
гидроузла 81
6.4.3 Определение ширины водосливного фронта 81
6.4.4 Определение напора на водосливе 82
6.4.5 Определение напора на водосливе 83
6.4.6 Определение отметки гребня водослива 83
6.4.7 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 83
6.4.8 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 83
6.4.9 Построение профиля водосливной грани 84
6.4.10 Определение отметки гребня плотины 85
6.5 Обоснованный выбор состава ГТС и компоновки гидроузл 85
6.6 Расчет энергогасящих устройств в НБ 85
6.6.1 Расчёт сопряжения потока в НБ 85
6.6.2 Расчет носка трамплина и дальности отлета струи 86
6.7 Определение ширины подошвы плотины 89
6.7.1 Разрезка бетонных плотин швами 90
6.7.2 Быки 90
6.7.3 Устои 91
6.7.4 Галереи и дренаж в теле плотины 91
6.7.5 Расчет цементационной завесы и дренажа 92
6.8 Определение основных нагрузок на плотину 93
6.8.1 Вес сооружения 93
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 94
6.8.3 Равнодействующая взвешивающего давления 94
6.8.4 Сила фильтрационного давления 94
6.8.5 Давление грунта 95
6.8.6 Волновое воздействие 96
6.9 Оценка прочности плотины 97
6.9.1 Определение напряжений 97
6.9.2 Критерии прочности плотины и её основания 99
6.10 Обоснование устойчивости плотины 100
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Отважного ГУ. Противопожарная безопасность и охрана труда 101
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 101
7.2 Пожарная безопасность 101
7.3 Охрана труда 102
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Отважного
ГУ 104
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 104
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 105
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 106
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 108
7.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 109
8 Технико-экономическое обоснование 110
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 110
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии ПО
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 110
8.1.3 Налоговые расходы 113
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 114
8.3 Анализ денежных потоков 114
8.4 Оценка инвестиционного проекта 115
8.4.1 Методология, исходные данные 115
8.4.2 Коммерческая эффективность 115
8.4.3 Бюджетная эффективность 116
8.5 Анализ чувствительности 116
9 Оперативное и ремонтное обслуживание гидроагрегата 118
9.1 Оперативное обслуживание 118
9.1.1 Правила ухода и обслуживания 118
9.1.2 Обязанности оперативного персонала 119
9.2 Ремонтное обслуживание 121
9.2.1 Общие сведения 121
9.2.2 Классификация ремонтов 121
9.3 Ремонтная документация 122
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 124
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водноэнергетические расчёты 128
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 135
ПРИЛОЖЕНИЕ В Таблица уставок и матрицы отключений защит 138
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Технико-экономическое обоснование 140
Гидроэлектростанция (ГЭС) является основным объект гидроэлектроэнергетики, ввиду того что она представляет собой неразрывную систему гидротехнических сооружений и оборудования для выработки электрической энергии. Занимая особо важное место в современных энергетических системах, они выполняют главную роль по регулированию параметров систем в нестационарных режимах, а также покрывают наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на ценообразовании электроэнергии на рынке сбыта.
Гидроэнергетика является важным и ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, так как располагает более 90% резерва регулировочной мощности. Из всех существующих типов электростанции именно ГЭС является наиболее маневренными, а также способными при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель может измеряться часами, а для атомных - целыми сутками.
Российская Федерация обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, при том существует весьма ощутимая неравномерность его освоения. В то время, как для центра характерна высокая степень освоения гидроресурсов (50%), а в таких регионах как Сибирь и Дальний Восток гидроэнергетический потенциал рек освоен на 20% и на 3% соответственно.
Целью представленной бакалаврской работы является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением полученных теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
Гидроэнергетика является важным и ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, так как располагает более 90% резерва регулировочной мощности. Из всех существующих типов электростанции именно ГЭС является наиболее маневренными, а также способными при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель может измеряться часами, а для атомных - целыми сутками.
Российская Федерация обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, при том существует весьма ощутимая неравномерность его освоения. В то время, как для центра характерна высокая степень освоения гидроресурсов (50%), а в таких регионах как Сибирь и Дальний Восток гидроэнергетический потенциал рек освоен на 20% и на 3% соответственно.
Целью представленной бакалаврской работы является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением полученных теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
