ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЛГАМСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ АЛГАМА. РЕЛЕ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ СЕЛЕМДЖИНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и внешних условий 10
1.1 Климатические условия в районе предполагаемого строительства 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Геологические условия 12
1.4 Энерго-экономическая характеристика района 12
2 Водно-энергетические расчёты и определение установленной мощности 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Исходные данные 13
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 13
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.2 Суточные графики нагрузки и построение ИКН 17
2.3Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы 18
2.4 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в маловодном году 19
2.5 Расчёт рабочей мощности 19
2.6 Баланс мощности 20
2.7 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в средневодном году 21
2.8 Построение режимного поля 22
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 22
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 22
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 22
3.1.2Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному расходу 27
3.1.3Определение отметки установки рабочего колеса для обеспечения её бескавитационной работы турбины 27
3.2 Выбор энергетического оборудования 30
3.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 30
3.2.2Гидромеханический расчет и построение плана металлической спиральной камеры. Определение ее геометрических размеров проточной части 33
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 37
3.2.5 Расчет вала 37
3.2.6 Расчёт подшипника 38
3.3 Выбор типа и размеров маслонапорной установки и регулятор частоты
вращения 40
4 Электрическая часть ГЭС 41
4.1 Исходные данные 41
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 41
4.3 Выбор синхронных генераторов 42
4.4 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком .... 42
4.5 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым блоком 44
4.6 Выбор трансформатора собственных нужд 44
4.7 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 45
4.8 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета 46
4.9Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 47
4.10Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 48
4.10.1 Расчет исходных данных 48
4.10.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 49
4.10.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 51
4.11 Выбор электрического оборудования на генераторном напряжении
13.8 кВ 51
4.11.1 Выбор генераторного распределительного устройство 51
4.11.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 52
4.11.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 52
4.12 Выбор электротехнического оборудования на напряжение 220 кВ 53
4.12.1 Выбор выключателей и разъединителей 53
4.12.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 54
4.13 Выбор вспомогательного электрооборудования 55
5.1 Перечень защит основного оборудования 55
5.2 Технические данные оборудования 56
5.3 Расчёт номинальных токов 57
5.4 Описание защит и расчет их уставок 59
5.4.1 Защиты системы возбуждения 59
5.4.2 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 62
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) .. 65
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 68
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 68
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок(И) 72
5.4.7 Дистанционная защита генератора (Z1<),(Z2<) 74
5.4.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 77
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 78
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 78
6 Компоновка и сооружения гидроузла 79
6.1 Назначение класса ГТС 79
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 79
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 79
6.3 Гидравлические расчёты 81
6.3.1 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случая 81
б.3.20пределение расхода через другие водопропускные сооружения гидроузла 83
6.3.3 Определение ширины водосливного фронта 83
6.3.4 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 84
6.4 Построение профиля водосливной грани 85
6.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 8б
6.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 87
6.7 Конструирование плотины 89
6.7.1 Определение ширины подошвы плотины 89
6.7.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 90
6.7.3 Быки 91
6.7.4 Устои 91
6.7.5 Дренаж в теле бетонной плотины 91
6.7.6 Галереи в теле плотины 92
6.7.7 Дренажные устройства в основании в скальных грунтах 92
6.8 Фильтрационные расчёты подземного контура 93
6.9 Определение основных нагрузок на плотину 94
6.9.1 Вес сооружения и затворов 94
6.9.2 Сила гидростатического давления воды 95
6.9.3 Равнодействующая взвешивающего давления 95
6.9.4 Сила фильтрационного давления 95
6.9.5 Давление грунта 9б
6.9.6 Волновое давление 9б
6.10 Оценка прочности плотины 97
6.10.1 Нагрузки и напряжения действующие на плотину 97
6.10.2 Критерии прочности плотины и её основания 99
6.10.2 Обоснование устойчивости плотины 100
7 Охрана окружающей среды 101
7.1 Общие сведения о районе строительства 101
7.2Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 102
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 103
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 104
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 105
8 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия по
охране природы 10б
8.1 Пожарная безопасность 10б
8.2 Охрана труда 108
9 Технико-экономические показатели 111
9.1 Расчет себестоимости электроэнергии 111
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 111
9.2 Текущие расходы по гидроузлу 112
9.3 Налоговые расходы 113
9.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 114
9.5 Анализ денежных потоков 114
9.6 Коммерческая эффективность 115
9.7 Бюджетная эффективность 116
9.8 Анализ чувствительности 116
10.1 Дифференциальная токовая защита 118
10.2 Дифференциальная защита без торможения 120
10.2.1 Принцип работы 120
10.2.2 Исходные данные 121
10.2.3 Расчеты 121
10. 3 Дифференциальная защита с торможением 126
10.3.1Принцип действия 126
10.3.2 Исходные данные 128
10.3.3 Расчет 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 132
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ 133
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходный гидрологический ряд 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Использование водной энергии 137
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Основное и вспомогательное оборудование 145
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Таблица уставок и матрица отключений 148
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Компоновка и сооружение гидроузла 150
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и внешних условий 10
1.1 Климатические условия в районе предполагаемого строительства 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Геологические условия 12
1.4 Энерго-экономическая характеристика района 12
2 Водно-энергетические расчёты и определение установленной мощности 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Исходные данные 13
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 13
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.2 Суточные графики нагрузки и построение ИКН 17
2.3Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы 18
2.4 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в маловодном году 19
2.5 Расчёт рабочей мощности 19
2.6 Баланс мощности 20
2.7 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в средневодном году 21
2.8 Построение режимного поля 22
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 22
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 22
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 22
3.1.2Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному расходу 27
3.1.3Определение отметки установки рабочего колеса для обеспечения её бескавитационной работы турбины 27
3.2 Выбор энергетического оборудования 30
3.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 30
3.2.2Гидромеханический расчет и построение плана металлической спиральной камеры. Определение ее геометрических размеров проточной части 33
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 37
3.2.5 Расчет вала 37
3.2.6 Расчёт подшипника 38
3.3 Выбор типа и размеров маслонапорной установки и регулятор частоты
вращения 40
4 Электрическая часть ГЭС 41
4.1 Исходные данные 41
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 41
4.3 Выбор синхронных генераторов 42
4.4 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком .... 42
4.5 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым блоком 44
4.6 Выбор трансформатора собственных нужд 44
4.7 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 45
4.8 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета 46
4.9Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 47
4.10Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 48
4.10.1 Расчет исходных данных 48
4.10.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 49
4.10.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 51
4.11 Выбор электрического оборудования на генераторном напряжении
13.8 кВ 51
4.11.1 Выбор генераторного распределительного устройство 51
4.11.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 52
4.11.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 52
4.12 Выбор электротехнического оборудования на напряжение 220 кВ 53
4.12.1 Выбор выключателей и разъединителей 53
4.12.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 54
4.13 Выбор вспомогательного электрооборудования 55
5.1 Перечень защит основного оборудования 55
5.2 Технические данные оборудования 56
5.3 Расчёт номинальных токов 57
5.4 Описание защит и расчет их уставок 59
5.4.1 Защиты системы возбуждения 59
5.4.2 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 62
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) .. 65
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 68
5.4.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 68
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок(И) 72
5.4.7 Дистанционная защита генератора (Z1<),(Z2<) 74
5.4.8 Защита от перегрузки обмотки ротора 77
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 78
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 78
6 Компоновка и сооружения гидроузла 79
6.1 Назначение класса ГТС 79
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 79
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 79
6.3 Гидравлические расчёты 81
6.3.1 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и
поверочного расчетного случая 81
б.3.20пределение расхода через другие водопропускные сооружения гидроузла 83
6.3.3 Определение ширины водосливного фронта 83
6.3.4 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 84
6.4 Построение профиля водосливной грани 85
6.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 8б
6.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 87
6.7 Конструирование плотины 89
6.7.1 Определение ширины подошвы плотины 89
6.7.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 90
6.7.3 Быки 91
6.7.4 Устои 91
6.7.5 Дренаж в теле бетонной плотины 91
6.7.6 Галереи в теле плотины 92
6.7.7 Дренажные устройства в основании в скальных грунтах 92
6.8 Фильтрационные расчёты подземного контура 93
6.9 Определение основных нагрузок на плотину 94
6.9.1 Вес сооружения и затворов 94
6.9.2 Сила гидростатического давления воды 95
6.9.3 Равнодействующая взвешивающего давления 95
6.9.4 Сила фильтрационного давления 95
6.9.5 Давление грунта 9б
6.9.6 Волновое давление 9б
6.10 Оценка прочности плотины 97
6.10.1 Нагрузки и напряжения действующие на плотину 97
6.10.2 Критерии прочности плотины и её основания 99
6.10.2 Обоснование устойчивости плотины 100
7 Охрана окружающей среды 101
7.1 Общие сведения о районе строительства 101
7.2Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 102
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 103
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 104
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 105
8 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия по
охране природы 10б
8.1 Пожарная безопасность 10б
8.2 Охрана труда 108
9 Технико-экономические показатели 111
9.1 Расчет себестоимости электроэнергии 111
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 111
9.2 Текущие расходы по гидроузлу 112
9.3 Налоговые расходы 113
9.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 114
9.5 Анализ денежных потоков 114
9.6 Коммерческая эффективность 115
9.7 Бюджетная эффективность 116
9.8 Анализ чувствительности 116
10.1 Дифференциальная токовая защита 118
10.2 Дифференциальная защита без торможения 120
10.2.1 Принцип работы 120
10.2.2 Исходные данные 121
10.2.3 Расчеты 121
10. 3 Дифференциальная защита с торможением 126
10.3.1Принцип действия 126
10.3.2 Исходные данные 128
10.3.3 Расчет 128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 132
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ 133
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Исходный гидрологический ряд 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Использование водной энергии 137
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Основное и вспомогательное оборудование 145
ПРИЛОЖЕНИЕ Г - Таблица уставок и матрица отключений 148
ПРИЛОЖЕНИЕ Д - Компоновка и сооружение гидроузла 150
Гидроэлектростанции занимают особое место в энергосистеме, обеспечивают надежность и эффективную работу энергосистемы. Помимо энергетических функций важны и сами функции водохранилища, образованного плотиной ГЭС такие, как урегулирование речного потока, водоснабжение населенных пунктов. Особенностью проектирования и эксплуатации ГЭС является тем, что их параметры тесным образом зависят от природных условий, топографических, геологических, гидрологических и других характеристик района проектирования. При проектировании учитываются интересы и других отраслей хозяйства, которые связаны с использованием водотока.
Опираясь на современные вызовы устойчивого развития, возрастает интерес к использованию природных возобновляемых энергоресурсов. Самым распространенным источником возобновляемой энергии остается энергия течения рек. Стабильность потока воды и широкие возможности по регулированию его энергии позволяет использовать более простые и дешёвые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии.
При выработке на гидравлических электростанциях себестоимость производства в кВт-ч заметно ниже по сравнению с себестоимости электроэнергии, выработанной на тепловых и атомных станциях.
Целью бакалаврской работы является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением теоретических знаний, также путём инженерного подхода к решению задач, с сопоставлением вариантов для выбора оптимальных технологических решений.
Опираясь на современные вызовы устойчивого развития, возрастает интерес к использованию природных возобновляемых энергоресурсов. Самым распространенным источником возобновляемой энергии остается энергия течения рек. Стабильность потока воды и широкие возможности по регулированию его энергии позволяет использовать более простые и дешёвые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии.
При выработке на гидравлических электростанциях себестоимость производства в кВт-ч заметно ниже по сравнению с себестоимости электроэнергии, выработанной на тепловых и атомных станциях.
Целью бакалаврской работы является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением теоретических знаний, также путём инженерного подхода к решению задач, с сопоставлением вариантов для выбора оптимальных технологических решений.
В данной работе был проведен расчет и определены основные элементы и параметры Алгамског гидроузла на реке Алгама, который является сооружением I класса. В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность 212 МВт, было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов ГЭС, для чего было построено режимное поле. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с тремя гидротурбинами РО-115 -В-315. Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 230,8 об/мин был рассчитан серийный гидрогенератор СВГ 564/120-16 с номинальной активной мощностью 71 МВт. Была выбрана структурная схема ГЭС с одинночными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ 220 кВ №13 «две рабочие системы шин», с шестью присоединениями. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТДЦ -125000/220, трансформаторы собственных нужд: ТСЗС-4000/13,8 для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки 3 АС - 300/39.
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 левобережная. В состав сооружений входят: - грунтовая левобережная плотина; - водосливная бетонная плотина с поверхностным водосливом; - здание ГЭС; - грунтовая левобережная плотина. Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины: число водосливных отверстий - 2 шт; ширина водосливных отверстий - 10 м; отметка гребня плотины - 460,4 м. Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,29 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Алгамского 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 - 118 месяцев; себестоимость - 0,56руб/кВт-ч.
В ходе проработки специального вопроса были рассчитаны количество витков тормозной, уравнительных обмоток, а также коэффициенты чувствительности реле РНТ - 565 и ДЗТ - 11 подключенные к трасформаторам тока блока трансформатор - генератор. Показатели уставок рассчитывались в зависимости от схемы подключения силового трасформатора и генератора в главной электрической схеме Алгамской ГЭС.
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 левобережная. В состав сооружений входят: - грунтовая левобережная плотина; - водосливная бетонная плотина с поверхностным водосливом; - здание ГЭС; - грунтовая левобережная плотина. Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины: число водосливных отверстий - 2 шт; ширина водосливных отверстий - 10 м; отметка гребня плотины - 460,4 м. Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,29 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Алгамского 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 - 118 месяцев; себестоимость - 0,56руб/кВт-ч.
В ходе проработки специального вопроса были рассчитаны количество витков тормозной, уравнительных обмоток, а также коэффициенты чувствительности реле РНТ - 565 и ДЗТ - 11 подключенные к трасформаторам тока блока трансформатор - генератор. Показатели уставок рассчитывались в зависимости от схемы подключения силового трасформатора и генератора в главной электрической схеме Алгамской ГЭС.
