ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВИЛЮЙСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ВИЛЮЙ. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЗАЩИТЫ ГИДРОАГРЕГАТА - ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ВИЛЮЙСКОЙ ГЭС 8
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Общие сведения 11
1.1 Природные условия 11
1.1.1 Климат 11
1.1.2 Гидрологические данные 11
1.1.3 Сейсмологические условия 12
1.1.4 Инженерно-геологические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 13
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водно-энергетические расчёты 14
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 14
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 15
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 15
2.4 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
электростанциями 16
2.5 Определение типа регулирования ГЭС 16
2.6 Водно-энергетический расчёт ГЭС годового регулирования при заданной
отдаче воды в нижний бьеф 17
2.7 Баланс энергии 18
2.8 Водно-энергетический расчёт в маловодном году 18
2.9 Определение рабочих мощностей 19
2.10 Определение установленной мощности ГЭС. Расчёт резервов и
планирование капитальных ремонтов оборудования 20
2.11 Баланс мощностей 21
2.12 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по
водности году 21
2.13 Построение режимного поля 22
3 Основное и вспомогательное оборудование 23
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 23
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 23
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 23
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 25
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 26
3.4 Гидромеханический расчёт бетонной спиральной камеры 26
3.5 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 27
3.5.1 Расчёт вала на прочность 27
3.5.2 Расчёт подшипника 27
3.5.3 Выбор типа маслонапорной установки 28
3.5.4 Выбор электрогидравлического регулятора 29
4 Электрическая часть 30
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 30
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 30
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 30
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 30
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым
блоком 31
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд 32
4.3 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 32
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании ТЭР 33
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 35
4.6 Расчёт токов КЗ для выбора электрических аппаратов 35
4.6.1 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 35
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 35
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5 кВ 36
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 36
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 36
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 36
4.9 Выбор параметров КРУЭ 37
5 Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 38
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 38
5.2 Перечень защит основного оборудования 38
5.3 Расчёт номинальных токов 39
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 40
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 40
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 42
5.4.3 Защита от повышения напряжения 44
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 44
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок 47
5.4.6 Дистанционная защита генератора 48
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 50
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 51
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 51
6 Компоновка сооружения и гидроузла 52
6.1 Назначение класса ГТС 52
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 52
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 52
6.2.1.1 Грунтовая плотина 52
6.2.1.2 Бетонная плотина 54
6.2.2 Гидравлические расчёты 54
6.2.2.1 Определение ширины вoдosливнoгo фронта 54
6.2.2.2 Определение отметки гребня водослива 56
6.2.2.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 57
6.2.2.4 Построение профиля водосливной грани 58
6.2.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 58
6.2.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 59
6.2.3 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 61
6.3 Конструирование плотины 62
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 62
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 62
6.3.3 Быки 63
6.3.4 Устои 63
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 63
6.3.6 Галереи в теле плотины 64
6.4 Основные элементы плотины 64
6.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 64
6.4.1.1 Противофильтрационная завеса 64
6.4.1.2 Дренажные устройства в основании 65
6.5 Обоснование безопасности и надёжности бетонной плотины 65
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 65
6.5.1.1 Вес сооружения и затворов 65
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 66
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 66
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 67
6.5.1.5 Давление грунта 67
6.5.1.6 Волновое давление 68
6.5.2 Оценка прочности плотины 69
6.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 71
6.5.4 Обоснование устойчивости плотины 72
7 Мероприятия по охране окружающей среды 73
7.1 Общие сведения о районе строительства 73
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 75
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 77
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 78
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 79
8 Мероприятия по пожарной безопасности. Охрана труда 81
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 81
8.2 Пожарная безопасность 82
8.3 Охрана труда 83
9 Технико-экономические показатели 86
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 86
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 86
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 86
9.1.3 Налоговые расходы 87
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 88
9.3 Анализ денежных потоков 88
9.4 Оценка инвестиционного проекта 88
9.4.1 Методология, исходные данные 89
9.4.2 Коммерческая эффективность 89
9.4.3 Бюджетная эффективность 90
10 Гидромеханические защиты гидроагрегата - принцип действия. Нормы и требования 91
10.1 Автоматическая система управления технологическим процессом 91
10.1.1 Структура АСУ ТП 91
10.2 ГМЗ. Нормы и требования 92
10.3 Аварийные и предупреждающие сигналы ГМЗ Светлинской ГЭС 94
10.3.1 Аварийное повышение температуры сегментов подпятника 94
10.3.2 Аварийное повышение температуры сегментов подшипника
генератора 94
10.3.3 Аварийное повышение температуры горячего воздуха 95
10.3.4 Аварийное повышение температуры генератора (СТК) 10.3.5 Авария МНУ 95
10.3.6 Аварийное давление МНУ 95
10.3.7 аварийный уровень МНУ 95
10.3.8 СТОП 3 96
10.3.9 Пожар в генераторе 96
10.3.10 Авария ПШТ 96
10.3.11 Аварийный уровень масла в НИ 97
10.3.12 Аварийный уровень масла в ПТТТГ 97
10.3.13 Разгон 2 ступени 97
10.3.14 Прекращение циркуляции воды на охлаждение НН 98
10.4 СТОП 1, СТОП 2, СТОП 3 98
10.4.1 СТОП 1 98
10.4.2 СТОП 2 98
10.4.3 СТОП 3 99
10.5 Резервирование ГМЗ, работа ЗАЗ и ПЗАЗ 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Общие сведения 106
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Водно-энергетические расчёты 110
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Основное и вспомогательное оборудование 128
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Электрическая часть 131
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Компоновка сооружения и гидроузла 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Технико-экономические показатели 145
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Гидромеханические защиты гидроагрегата - принцип действия. Нормы и требования 149
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Общие сведения 11
1.1 Природные условия 11
1.1.1 Климат 11
1.1.2 Гидрологические данные 11
1.1.3 Сейсмологические условия 12
1.1.4 Инженерно-геологические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 13
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водно-энергетические расчёты 14
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 14
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 15
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 15
2.4 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими
электростанциями 16
2.5 Определение типа регулирования ГЭС 16
2.6 Водно-энергетический расчёт ГЭС годового регулирования при заданной
отдаче воды в нижний бьеф 17
2.7 Баланс энергии 18
2.8 Водно-энергетический расчёт в маловодном году 18
2.9 Определение рабочих мощностей 19
2.10 Определение установленной мощности ГЭС. Расчёт резервов и
планирование капитальных ремонтов оборудования 20
2.11 Баланс мощностей 21
2.12 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по
водности году 21
2.13 Построение режимного поля 22
3 Основное и вспомогательное оборудование 23
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 23
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 23
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 23
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 25
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 26
3.4 Гидромеханический расчёт бетонной спиральной камеры 26
3.5 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 27
3.5.1 Расчёт вала на прочность 27
3.5.2 Расчёт подшипника 27
3.5.3 Выбор типа маслонапорной установки 28
3.5.4 Выбор электрогидравлического регулятора 29
4 Электрическая часть 30
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 30
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 30
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 30
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 30
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым
блоком 31
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд 32
4.3 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 32
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании ТЭР 33
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 35
4.6 Расчёт токов КЗ для выбора электрических аппаратов 35
4.6.1 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 35
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 35
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5 кВ 36
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 36
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 36
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 36
4.9 Выбор параметров КРУЭ 37
5 Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 38
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 38
5.2 Перечень защит основного оборудования 38
5.3 Расчёт номинальных токов 39
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 40
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 40
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 42
5.4.3 Защита от повышения напряжения 44
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 44
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок 47
5.4.6 Дистанционная защита генератора 48
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 50
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 51
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 51
6 Компоновка сооружения и гидроузла 52
6.1 Назначение класса ГТС 52
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 52
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 52
6.2.1.1 Грунтовая плотина 52
6.2.1.2 Бетонная плотина 54
6.2.2 Гидравлические расчёты 54
6.2.2.1 Определение ширины вoдosливнoгo фронта 54
6.2.2.2 Определение отметки гребня водослива 56
6.2.2.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 57
6.2.2.4 Построение профиля водосливной грани 58
6.2.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 58
6.2.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 59
6.2.3 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 61
6.3 Конструирование плотины 62
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 62
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 62
6.3.3 Быки 63
6.3.4 Устои 63
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 63
6.3.6 Галереи в теле плотины 64
6.4 Основные элементы плотины 64
6.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 64
6.4.1.1 Противофильтрационная завеса 64
6.4.1.2 Дренажные устройства в основании 65
6.5 Обоснование безопасности и надёжности бетонной плотины 65
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 65
6.5.1.1 Вес сооружения и затворов 65
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 66
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 66
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 67
6.5.1.5 Давление грунта 67
6.5.1.6 Волновое давление 68
6.5.2 Оценка прочности плотины 69
6.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 71
6.5.4 Обоснование устойчивости плотины 72
7 Мероприятия по охране окружающей среды 73
7.1 Общие сведения о районе строительства 73
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 75
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 77
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 78
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 79
8 Мероприятия по пожарной безопасности. Охрана труда 81
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 81
8.2 Пожарная безопасность 82
8.3 Охрана труда 83
9 Технико-экономические показатели 86
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 86
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 86
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 86
9.1.3 Налоговые расходы 87
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 88
9.3 Анализ денежных потоков 88
9.4 Оценка инвестиционного проекта 88
9.4.1 Методология, исходные данные 89
9.4.2 Коммерческая эффективность 89
9.4.3 Бюджетная эффективность 90
10 Гидромеханические защиты гидроагрегата - принцип действия. Нормы и требования 91
10.1 Автоматическая система управления технологическим процессом 91
10.1.1 Структура АСУ ТП 91
10.2 ГМЗ. Нормы и требования 92
10.3 Аварийные и предупреждающие сигналы ГМЗ Светлинской ГЭС 94
10.3.1 Аварийное повышение температуры сегментов подпятника 94
10.3.2 Аварийное повышение температуры сегментов подшипника
генератора 94
10.3.3 Аварийное повышение температуры горячего воздуха 95
10.3.4 Аварийное повышение температуры генератора (СТК) 10.3.5 Авария МНУ 95
10.3.6 Аварийное давление МНУ 95
10.3.7 аварийный уровень МНУ 95
10.3.8 СТОП 3 96
10.3.9 Пожар в генераторе 96
10.3.10 Авария ПШТ 96
10.3.11 Аварийный уровень масла в НИ 97
10.3.12 Аварийный уровень масла в ПТТТГ 97
10.3.13 Разгон 2 ступени 97
10.3.14 Прекращение циркуляции воды на охлаждение НН 98
10.4 СТОП 1, СТОП 2, СТОП 3 98
10.4.1 СТОП 1 98
10.4.2 СТОП 2 98
10.4.3 СТОП 3 99
10.5 Резервирование ГМЗ, работа ЗАЗ и ПЗАЗ 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Общие сведения 106
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Водно-энергетические расчёты 110
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Основное и вспомогательное оборудование 128
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Электрическая часть 131
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Компоновка сооружения и гидроузла 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Технико-экономические показатели 145
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Гидромеханические защиты гидроагрегата - принцип действия. Нормы и требования 149
Потребление электроэнергии является неотъемлемым ysлoвиeм существования человечества. В настоящее время количество потребителей электрической энергии стремительно расчёт за счёт развития технологий, в связи с этим, необходимо наращивать генерирующие мощности. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях различного типа.
Гидроэлектростанции занимают фундаментальное место в современных энергосистемах, выполняя основную роль регулирования их параметров в нестабильных режимах, а также покрывая пиковые части графиков нагрузки.
Красноярский край так же, как и другие регионы Российской Федерации на сегодняшний день интенсивно развивается. Энергосистема округа становится остродефицитной. Собственное производство электроэнергии в регионе составляет около 34% от общего потребления. Потребление электроэнергии в крае в течение дня активно меняется, поскольку основным потребителем электроэнергии является население, поэтому данной системе крайне необходим мощный и маневренный источник электроэнергии. Красноярский край богат полезными ископаемыми, для добычи которых требуется большое количество электрической энергии. Этот край также имеет уникальную речную систему, но их гидроэнергетический потенциал использован не с максимальной эффективностью и выжимкой.
Все это способствует созданию на территории области современной мощной гидроэлектростанции, которая решит практически все проблемы электроэнергетики этого региона. Также стоит отметить экологическую составляющую вопроса. Несмотря на создание водохранилищ, которые сопровождаются затоплением территорий, гидроэлектростанции являются одним из самых экологически чистых источников энергии.
В данной работе рассмотрен проект Вилюйской ГЭС на реке Вилюй. В состав проекта входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, расчет защит гидрогенератора, экономическое обоснование строительства Вилюйской ГЭС.
Гидроэлектростанции занимают фундаментальное место в современных энергосистемах, выполняя основную роль регулирования их параметров в нестабильных режимах, а также покрывая пиковые части графиков нагрузки.
Красноярский край так же, как и другие регионы Российской Федерации на сегодняшний день интенсивно развивается. Энергосистема округа становится остродефицитной. Собственное производство электроэнергии в регионе составляет около 34% от общего потребления. Потребление электроэнергии в крае в течение дня активно меняется, поскольку основным потребителем электроэнергии является население, поэтому данной системе крайне необходим мощный и маневренный источник электроэнергии. Красноярский край богат полезными ископаемыми, для добычи которых требуется большое количество электрической энергии. Этот край также имеет уникальную речную систему, но их гидроэнергетический потенциал использован не с максимальной эффективностью и выжимкой.
Все это способствует созданию на территории области современной мощной гидроэлектростанции, которая решит практически все проблемы электроэнергетики этого региона. Также стоит отметить экологическую составляющую вопроса. Несмотря на создание водохранилищ, которые сопровождаются затоплением территорий, гидроэлектростанции являются одним из самых экологически чистых источников энергии.
В данной работе рассмотрен проект Вилюйской ГЭС на реке Вилюй. В состав проекта входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, расчет защит гидрогенератора, экономическое обоснование строительства Вилюйской ГЭС.
