ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧУСОВОЙ ГЭС НА РЕКЕ ЧУСОВАЯ. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ТЕХНИЧЕСКИХ СЛУЖБ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЭС
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ СЕЛЕМДЖИНСКОЙ ГЭС 7
1 Анализ исходных данных и внешних условий 9
1.1 Климатические условия в районе предполагаемого строительства 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Геологические условия 11
1.4 Энерго-экономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические расчёты и определение установленной мощности 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических расчётов 16
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 16
2.2.2 Баланс энергии 17
2.2.3 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в маловодном году 17
2.2.4 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС 18
2.2.5 Баланс мощности 18
2.2.6 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в средневодном году 18
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 20
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 20
3.1.1 Построение режимного поля 20
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 22
3.1.3 Определение отметки установки рабочего колеса для обеспечения её
бескавитационной работы турбины 27
3.1.4 Работа одного агрегата с установленной мощностью при установленном
напор 28
3.1.5 Отметка рабочего колеса 30
3.2 Выбор энергетического оборудования 30
3.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 30
3.2.2 Выбор электрогидравлического регулятора 31
3.2.3 Расчет вала и подшипников 31
3.2.4 Расчет спиральной камеры 32
3.3 Выбор типа и размеров маслонапорной установки и регулятор частоты вращения 35
4 Электрическая часть ГЭС 36
4.1 Исходные данные 36
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 36
4.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком ...37
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 38
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчета 39
4.6 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 40
4.6.1 Расчет исходных данных 40
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 42
4.6.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 43
4.7 Выбор электрического оборудования на генераторном напряжении
13,8 кВ 43
4.8Выбор трансформаторов тока и напряжения 44
4.9 Выбор параметров КРУЭ 45
4.9.1 Выбор ячейки КРУЭ 45
4.9.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 45
5 Устройства РЗиА 47
5.1 Релейная защита и автоматика 47
5.1.1 Перечень защит основного оборудования 47
5.2 Описание защит и расчет их уставок 49
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора(1АС) 49
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) .52
5.2.33ащита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 55
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 55
5.2.53ащита от симметричных перегрузок(И) 59
5.2.6 Дистанционная защита генератора (Z1<),(Z2<) 60
5.2.73ащита от перегрузки обмотки ротора 63
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 65
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 65
6 Компоновка и сооружения гидроузла 66
6.1 Проектирование водосливной плотины 66
6.1.1 Г лухие плотины 66
6.2 Гидравлические расчёты 68
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 68
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 70
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 71
6.3 Построение профиля водосливной грани 72
6.3.1 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 74
6.4 Расчет элементов в нижнем бьефе 75
6.4.1 Расчет водобойной плиты 75
6.4.2 Расчет водобойного колодца 76
6.5. Конструирование плотины 78
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 78
6.5.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 78
6.5.3 Быки 79
6.5.4 Устои 79
6.5.5 Дренаж в теле бетонной плотины 80
6.5.6 Галереи в теле плотины 80
6.5.7 Дренажные устройства в основании в скальных грунтах 80
6.5.8 Пропуск расходов через глубинный водоспуск 81
6.5.9 Рисберма 82
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 82
6.6.1 Вес сооружения и затворов 82
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 83
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего давления 83
6.6.4 Сила фильтрационного давления 84
6.6.5 Давление грунта 84
6.6.6 Волновое давление 86
6.7 Оценка прочности плотины 86
6.8 Критерии прочности плотины и её основания 89
6.9 Обоснование устойчивости плотины 90
7 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия по
охране природы 91
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 91
7.2 Охрана труда 91
7.3 Пожарная безопасность 94
8 Охрана окружающей среды 97
8.1 Общие сведения о районе строительства 97
8.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 98
8.3 Отходы, образующиеся при строительстве 100
8.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 101
9 Технико-экономические показатели 103
9.1Расчет себестоимости электроэнергии 103
9.1.1Оценка объёмов реализации электроэнергии 103
9.2Текущие расходы по гидроузлу 103
9.3Налоговые расходы 106
9.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 106
9.5Анализ денежных потоков 107
9.6Коммерческая эффективность 107
9.7Бюджетная эффективность 108
9.8 Анализ чувствительности 109
10.1 Организационная структура 111
10.2 Виды организационных структур 111
10.3 Оптимизация структуры, проектируемой ГЭС 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ 121
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходный гидрологический ряд 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Использование водной энергии 127
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Суточный график нагрузки для зимнего периода 132
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Характеристика турбины РО75/841а-В-46 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Таблица уставок и матрица отключений 134
1 Анализ исходных данных и внешних условий 9
1.1 Климатические условия в районе предполагаемого строительства 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Геологические условия 11
1.4 Энерго-экономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические расчёты и определение установленной мощности 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических расчётов 16
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 16
2.2.2 Баланс энергии 17
2.2.3 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в маловодном году 17
2.2.4 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС 18
2.2.5 Баланс мощности 18
2.2.6 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в средневодном году 18
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 20
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 20
3.1.1 Построение режимного поля 20
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 22
3.1.3 Определение отметки установки рабочего колеса для обеспечения её
бескавитационной работы турбины 27
3.1.4 Работа одного агрегата с установленной мощностью при установленном
напор 28
3.1.5 Отметка рабочего колеса 30
3.2 Выбор энергетического оборудования 30
3.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 30
3.2.2 Выбор электрогидравлического регулятора 31
3.2.3 Расчет вала и подшипников 31
3.2.4 Расчет спиральной камеры 32
3.3 Выбор типа и размеров маслонапорной установки и регулятор частоты вращения 35
4 Электрическая часть ГЭС 36
4.1 Исходные данные 36
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 36
4.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком ...37
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 38
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчета 39
4.6 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 40
4.6.1 Расчет исходных данных 40
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 42
4.6.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 43
4.7 Выбор электрического оборудования на генераторном напряжении
13,8 кВ 43
4.8Выбор трансформаторов тока и напряжения 44
4.9 Выбор параметров КРУЭ 45
4.9.1 Выбор ячейки КРУЭ 45
4.9.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 45
5 Устройства РЗиА 47
5.1 Релейная защита и автоматика 47
5.1.1 Перечень защит основного оборудования 47
5.2 Описание защит и расчет их уставок 49
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора(1АС) 49
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) .52
5.2.33ащита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 55
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 55
5.2.53ащита от симметричных перегрузок(И) 59
5.2.6 Дистанционная защита генератора (Z1<),(Z2<) 60
5.2.73ащита от перегрузки обмотки ротора 63
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 65
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 65
6 Компоновка и сооружения гидроузла 66
6.1 Проектирование водосливной плотины 66
6.1.1 Г лухие плотины 66
6.2 Гидравлические расчёты 68
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 68
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 70
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 71
6.3 Построение профиля водосливной грани 72
6.3.1 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 74
6.4 Расчет элементов в нижнем бьефе 75
6.4.1 Расчет водобойной плиты 75
6.4.2 Расчет водобойного колодца 76
6.5. Конструирование плотины 78
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 78
6.5.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 78
6.5.3 Быки 79
6.5.4 Устои 79
6.5.5 Дренаж в теле бетонной плотины 80
6.5.6 Галереи в теле плотины 80
6.5.7 Дренажные устройства в основании в скальных грунтах 80
6.5.8 Пропуск расходов через глубинный водоспуск 81
6.5.9 Рисберма 82
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 82
6.6.1 Вес сооружения и затворов 82
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 83
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего давления 83
6.6.4 Сила фильтрационного давления 84
6.6.5 Давление грунта 84
6.6.6 Волновое давление 86
6.7 Оценка прочности плотины 86
6.8 Критерии прочности плотины и её основания 89
6.9 Обоснование устойчивости плотины 90
7 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия по
охране природы 91
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 91
7.2 Охрана труда 91
7.3 Пожарная безопасность 94
8 Охрана окружающей среды 97
8.1 Общие сведения о районе строительства 97
8.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 98
8.3 Отходы, образующиеся при строительстве 100
8.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 101
9 Технико-экономические показатели 103
9.1Расчет себестоимости электроэнергии 103
9.1.1Оценка объёмов реализации электроэнергии 103
9.2Текущие расходы по гидроузлу 103
9.3Налоговые расходы 106
9.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 106
9.5Анализ денежных потоков 107
9.6Коммерческая эффективность 107
9.7Бюджетная эффективность 108
9.8 Анализ чувствительности 109
10.1 Организационная структура 111
10.2 Виды организационных структур 111
10.3 Оптимизация структуры, проектируемой ГЭС 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ 121
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходный гидрологический ряд 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Использование водной энергии 127
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Суточный график нагрузки для зимнего периода 132
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Характеристика турбины РО75/841а-В-46 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Таблица уставок и матрица отключений 134
В данной работе был проведен расчет и определены основные элементы и параметры Эвенкийского гидроузла на реке Нижняя Тунгуска, который является сооружением I класса. В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов ГЭС, для чего было построено режимное поле. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с десятью гидротурбинами РО- 170-а-В-710. По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 175 об/мин был выбран серийный гидрогенератор СВФ 1690/185-48 с номинальной активной мощностью 550 МВт. Была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 550 кВ «полуторная», с 18-ю присоединениями. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТНДЦ - 630000/500, трансформаторы собственных нужд: ТДНС-10000/15 и ТСЗ-2500/10 для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки 3 АС - 300/66.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла - приплотинная. Водосливная плотина принята бетонной. Две грунтовых плотины: правобережная и бетонная левобережная. В состав сооружений входят: - грунтоваялевобережная плотина; - шлюз; - водосливная бетонная плотина с поверхностным водосливом; - здание ГЭС; - грунтовая левобережная плотина. Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины: - число водосливных отверстий - 10 шт; - ширина водосливных отверстий в свету - 30 м; - отметка гребня водосливной плотины- 202,6 м; - отметка гребня грунтовой плотины - 195,87 м. Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,28 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Эвенкийского гидроузла отвечает требованиям надежности, сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренным СНиП. В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране труда, охране окружающей среды и пожарной безопасности. По технике-экономическим расчетам получены следующие показатели: - срок окупаемости - 116 месяцев; - себестоимость - 0,29руб/кВт-ч.
В ходе проработки специального вопроса был разработан прототип датчика контроля наличия протечек в полости поворотно-лопастного колеса, имеющий возможность определять тип и уровень попавшей в рабочее колесо жидкости, получены зависимости изменения его ёмкости в зависимости от уровня и природы жидкости в датчике. Была подобрана схема измерителя и усилителя для преобразования ёмкости датчика в напряжение. На языке программирования С написана программа для микроконтроллера ArduinoUno, управляющего работой измерителя. Для наглядной демонстрации работы программы изображена её блок-схема. В будущем планируется разработка системы передачи сигнала от измерителя в АСУ ТП.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла - приплотинная. Водосливная плотина принята бетонной. Две грунтовых плотины: правобережная и бетонная левобережная. В состав сооружений входят: - грунтоваялевобережная плотина; - шлюз; - водосливная бетонная плотина с поверхностным водосливом; - здание ГЭС; - грунтовая левобережная плотина. Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины: - число водосливных отверстий - 10 шт; - ширина водосливных отверстий в свету - 30 м; - отметка гребня водосливной плотины- 202,6 м; - отметка гребня грунтовой плотины - 195,87 м. Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,28 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Эвенкийского гидроузла отвечает требованиям надежности, сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренным СНиП. В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране труда, охране окружающей среды и пожарной безопасности. По технике-экономическим расчетам получены следующие показатели: - срок окупаемости - 116 месяцев; - себестоимость - 0,29руб/кВт-ч.
В ходе проработки специального вопроса был разработан прототип датчика контроля наличия протечек в полости поворотно-лопастного колеса, имеющий возможность определять тип и уровень попавшей в рабочее колесо жидкости, получены зависимости изменения его ёмкости в зависимости от уровня и природы жидкости в датчике. Была подобрана схема измерителя и усилителя для преобразования ёмкости датчика в напряжение. На языке программирования С написана программа для микроконтроллера ArduinoUno, управляющего работой измерителя. Для наглядной демонстрации работы программы изображена её блок-схема. В будущем планируется разработка системы передачи сигнала от измерителя в АСУ ТП.
