ПРОЕКТИРОВАНИЕ НИМАНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ НИМАН.СИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВЗРЫВОВ И ПОЖАРОВТРАНСФОРМАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ НИМАНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 13
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 13
2 Водно-энергетические расчеты 19
2.1 Регулирование стока воды 19
2.1.1 Построение эмпирических кривых обеспеченности 19
2.1.2 Выбор расчетных расходов маловодного и
средневодного лет 21
2.2 Выбор установленной мощности 23
2.2.1 Расчёт конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому
стоку и по требованиям ВХК 23
2.2.2 Баланс энергии 25
2.2.3 Выбор гарантированной мощности. Первая итерация 25
2.2.4 Расчет резервов и планирование капитальных ремонтов
оборудования 29
2.2.5 Баланс мощностей 31
3 Гидротурбинное, гидромеханическое и вспомогательное
оборудование 33
3.1 Режимное поле 33
3.2 Выбор гидротурбины 34
3.2.1 Выбор системы и типа гидротурбины 34
3.2.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 35
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 38
3.4 Расчёт и построение плана металлической спиральной камеры
с круглым сечением и полным углом охвата 40
3.5 Выбор типа серийного генератора 43
3.6 Выбор типа маслонапорной установки 45
3.7 Расчёт вала на прочность 46
3.8 Расчёт подшипника 46
4 Электрическая часть 49
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 49
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 50
4.2.1 Выбор синхронного генератора 50
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с
одиночными блоками 50
4.2.3 Выбор повышающего трансформаторов для схемы с
укрупнёнными блоками 52
4.2.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 54
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий
распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 55
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-
экономического расчёта 56
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 57
4.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания
в главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 58
4.6.1 Расчёт исходных данных 58
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и
расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 59
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого
режима 61
4.8 Выбор и проверка электрооборудования 62
4.8.1 Выбор комплектного распределительного устройства на
генераторное напряжение 10,5 кВ 62
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения на
генераторное напряжение 10,5 кВ 63
4.8.3 Выбор генераторного анализатора и синхронизатора 63
4.9 Выбор электрооборудования на напряжение класса 220 кВ 64
4.10 Выбор вспомогательного электрооборудования 65
5 Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических
систем 66
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 66
5.2 Перечень защит основного оборудования 67
5.3 Расчёт номинальных токов, выбор системы возбуждения и
выпрямительного трансформатора 68
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 71
5.4.1 Расчёт уставок МТЗ и ТО преобразовательного
трансформатора 71
5.4.2 Защита от перегрузки обмотки ротора 74
5.4.3 Защита от симметричных перегрузок (I1) 76
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 78
5.4.5 Продольная дифференциальная защита 84
5.4.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора
генератора (UN (UO)) 87
5.4.7 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 90
5.4.8 Дистанционная защита генератора 91
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 94
6 Компоновка и сооружения гидроузла 96
6.1 Состав и компоновка сооружений гидроузла 96
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 96
6.2 Гидравлические расчёты 98
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 98
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 100
6.2.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 101
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 102
6.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 104
6.2.6 Расчет носка трамплина и дальности отлета струи 105
6.3 Конструирование плотины 107
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 107
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 108
6.3.3 Быки 108
6.3.4 Дренаж тела бетонных плотин 109
6.3.5 Галереи в теле плотины 109
6.3.6 Определение ширины плотины по гребню 109
6.4 Основные элементы плотины 109
6.4.1 Цементационная завеса 109
6.4.2 Дренажные устройства в основании 110
6.5 Обоснование надёжности и безопасности бетонной плотины.. 110
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 111
6.5.1.1 Вес сооружения и затворов 111
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 112
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 112
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 113
6.5.1.5 Давление грунта 113
6.5.1.6 Волновое давление 114
6.5.2 Оценка прочности плотины 115
6.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 117
6.5.4 Обоснование устойчивости плотины 118
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Ниманского ГУ 120
7.1 Общие сведения о районе строительства 120
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в
период строительства 120
7.3 Отходы, образующиеся при строительстве 122
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды
в период эксплуатации 123
8 Мероприятия по пожарной безопасности. Охрана труда 124
8.1 Пожарная безопасность 124
8.1.1 Пожарная безопасность при эксплуатации
трансформаторов 126
8.2 Охрана труда 126
8.2.1 Общие требования безопасности 126
8.2.2 Мероприятия, обеспечивающие безопасное
выполнение работ 127
8.2.3 Требования безопасности во время работы 128
9.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 131
9.4 Анализ денежных потоков 135
9.5 Оценка инвестиционного проекта 135
9.5.1 Методология и исходные данные оценка инвестиционного
проекта 135
9.5.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 136
9.5.4 Бюджетная эффективность 137
10 Системы предупреждения взрывов и пожаров трансформаторного оборудования 140
10.1 Основные причины и виды повреждения трансформаторов .... 140
10.1.2 Внутреннее короткое замыкание трансформатора 140
10.2 Системы предупреждения взрывов и пожаров
трансформаторного оборудования 141
10.3.1 Система TRANSFORMER PROTECTOR (SERGI) 143
10.3.2 Метод пористых покрытий 145
10.3.3 Система динамической защиты 146
10.4 Сравнение систем предупреждения взрывов и пожаров 148
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 151
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 152
ПРИЛОЖЕНИЕ А Гидрологический ряд р. Ниман 155
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчёты сработки-наполнения водохранилища
Ниманской ГЭС 158
ПРИЛОЖЕНИЕ В Интегральные кривые нагрузки 161
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Режимное поле 171
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Главные угиверсальные характеристики выбранных турбин 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Проточная часть гидротурбины 183
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж План спиральной камеры 184
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 13
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 13
2 Водно-энергетические расчеты 19
2.1 Регулирование стока воды 19
2.1.1 Построение эмпирических кривых обеспеченности 19
2.1.2 Выбор расчетных расходов маловодного и
средневодного лет 21
2.2 Выбор установленной мощности 23
2.2.1 Расчёт конкурирующих режимов работы ГЭС по бытовому
стоку и по требованиям ВХК 23
2.2.2 Баланс энергии 25
2.2.3 Выбор гарантированной мощности. Первая итерация 25
2.2.4 Расчет резервов и планирование капитальных ремонтов
оборудования 29
2.2.5 Баланс мощностей 31
3 Гидротурбинное, гидромеханическое и вспомогательное
оборудование 33
3.1 Режимное поле 33
3.2 Выбор гидротурбины 34
3.2.1 Выбор системы и типа гидротурбины 34
3.2.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 35
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 38
3.4 Расчёт и построение плана металлической спиральной камеры
с круглым сечением и полным углом охвата 40
3.5 Выбор типа серийного генератора 43
3.6 Выбор типа маслонапорной установки 45
3.7 Расчёт вала на прочность 46
3.8 Расчёт подшипника 46
4 Электрическая часть 49
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 49
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 50
4.2.1 Выбор синхронного генератора 50
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с
одиночными блоками 50
4.2.3 Выбор повышающего трансформаторов для схемы с
укрупнёнными блоками 52
4.2.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 54
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий
распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 55
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-
экономического расчёта 56
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 57
4.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания
в главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 58
4.6.1 Расчёт исходных данных 58
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и
расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 59
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого
режима 61
4.8 Выбор и проверка электрооборудования 62
4.8.1 Выбор комплектного распределительного устройства на
генераторное напряжение 10,5 кВ 62
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения на
генераторное напряжение 10,5 кВ 63
4.8.3 Выбор генераторного анализатора и синхронизатора 63
4.9 Выбор электрооборудования на напряжение класса 220 кВ 64
4.10 Выбор вспомогательного электрооборудования 65
5 Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических
систем 66
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 66
5.2 Перечень защит основного оборудования 67
5.3 Расчёт номинальных токов, выбор системы возбуждения и
выпрямительного трансформатора 68
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 71
5.4.1 Расчёт уставок МТЗ и ТО преобразовательного
трансформатора 71
5.4.2 Защита от перегрузки обмотки ротора 74
5.4.3 Защита от симметричных перегрузок (I1) 76
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 78
5.4.5 Продольная дифференциальная защита 84
5.4.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора
генератора (UN (UO)) 87
5.4.7 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 90
5.4.8 Дистанционная защита генератора 91
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 94
6 Компоновка и сооружения гидроузла 96
6.1 Состав и компоновка сооружений гидроузла 96
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 96
6.2 Гидравлические расчёты 98
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 98
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 100
6.2.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 101
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 102
6.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 104
6.2.6 Расчет носка трамплина и дальности отлета струи 105
6.3 Конструирование плотины 107
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 107
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 108
6.3.3 Быки 108
6.3.4 Дренаж тела бетонных плотин 109
6.3.5 Галереи в теле плотины 109
6.3.6 Определение ширины плотины по гребню 109
6.4 Основные элементы плотины 109
6.4.1 Цементационная завеса 109
6.4.2 Дренажные устройства в основании 110
6.5 Обоснование надёжности и безопасности бетонной плотины.. 110
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 111
6.5.1.1 Вес сооружения и затворов 111
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 112
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 112
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 113
6.5.1.5 Давление грунта 113
6.5.1.6 Волновое давление 114
6.5.2 Оценка прочности плотины 115
6.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 117
6.5.4 Обоснование устойчивости плотины 118
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Ниманского ГУ 120
7.1 Общие сведения о районе строительства 120
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в
период строительства 120
7.3 Отходы, образующиеся при строительстве 122
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды
в период эксплуатации 123
8 Мероприятия по пожарной безопасности. Охрана труда 124
8.1 Пожарная безопасность 124
8.1.1 Пожарная безопасность при эксплуатации
трансформаторов 126
8.2 Охрана труда 126
8.2.1 Общие требования безопасности 126
8.2.2 Мероприятия, обеспечивающие безопасное
выполнение работ 127
8.2.3 Требования безопасности во время работы 128
9.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 131
9.4 Анализ денежных потоков 135
9.5 Оценка инвестиционного проекта 135
9.5.1 Методология и исходные данные оценка инвестиционного
проекта 135
9.5.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 136
9.5.4 Бюджетная эффективность 137
10 Системы предупреждения взрывов и пожаров трансформаторного оборудования 140
10.1 Основные причины и виды повреждения трансформаторов .... 140
10.1.2 Внутреннее короткое замыкание трансформатора 140
10.2 Системы предупреждения взрывов и пожаров
трансформаторного оборудования 141
10.3.1 Система TRANSFORMER PROTECTOR (SERGI) 143
10.3.2 Метод пористых покрытий 145
10.3.3 Система динамической защиты 146
10.4 Сравнение систем предупреждения взрывов и пожаров 148
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 151
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 152
ПРИЛОЖЕНИЕ А Гидрологический ряд р. Ниман 155
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчёты сработки-наполнения водохранилища
Ниманской ГЭС 158
ПРИЛОЖЕНИЕ В Интегральные кривые нагрузки 161
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Режимное поле 171
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Главные угиверсальные характеристики выбранных турбин 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Проточная часть гидротурбины 183
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж План спиральной камеры 184
Электроэнергия - неотъемлимая часть жизни современного человека. В настоящее время, в связи с развитием новых технологий, растёт количество потребителей электрической энергии, именно поэтому необходимо увеличивать генерирующие мощности.
Гидроэнергетика занимает ведущую роль в генерации электрической энергии в стране, так как гидроэлектростанции имеют сравнительно большой коэффициент полезного действия гидротурбин, что делает их высокоманёвренными. Эта особенность позволяет покрывать пики графиков нагрузки в любой момент времени. Немаловажной особенностью данного вида генерации является вода - возобновляемый источник энергии, благодаря которому электроэнергия, вырабатываемая ГЭС, имеет низкую себестоимость. А также такого рода электрические станции считаются экологически чистыми, так как не используют в производстве нефть, газ и другого вида топливо, загрязняющего атмосферу и окружающую среду.
Проектируемая гидроэлектростанция располагается на реке Ниман, протекающей по территории Хабаровского края и Амурской области.
Ниманская ГЭС будет работать на нагрузку Хабаровского РДУ, которое осуществляет функции оперативно-диспетчерского управления объектами электроэнергетики на территории Хабаровского края и Еврейской автономной области и входит в зону операционной деятельности Филиала АО «СО ЕЭС» ОДУ Востока.
Так как Ниманская ГЭС будет являться единственной ГЭС в Хабаровском крае, а, следовательно, и единственным высокоманёвренным источником электроэнергии, то электрическая схема станции должна обеспечивать высокую надёжность работы ГЭС на рынке электроэнергии и мощности.
Целью данного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции, а также нахождение в процессе проработки оптимальных проектных решений. В состав проекта входят такие аспекты, как определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования, проектирование электрической части ГЭС, её релейной защиты и автоматики, компоновка сооружений гидроузла, пожарная безопасность, охрана труда и окружающей среды, а также технико-экономическое обоснование проекта.
Гидроэнергетика занимает ведущую роль в генерации электрической энергии в стране, так как гидроэлектростанции имеют сравнительно большой коэффициент полезного действия гидротурбин, что делает их высокоманёвренными. Эта особенность позволяет покрывать пики графиков нагрузки в любой момент времени. Немаловажной особенностью данного вида генерации является вода - возобновляемый источник энергии, благодаря которому электроэнергия, вырабатываемая ГЭС, имеет низкую себестоимость. А также такого рода электрические станции считаются экологически чистыми, так как не используют в производстве нефть, газ и другого вида топливо, загрязняющего атмосферу и окружающую среду.
Проектируемая гидроэлектростанция располагается на реке Ниман, протекающей по территории Хабаровского края и Амурской области.
Ниманская ГЭС будет работать на нагрузку Хабаровского РДУ, которое осуществляет функции оперативно-диспетчерского управления объектами электроэнергетики на территории Хабаровского края и Еврейской автономной области и входит в зону операционной деятельности Филиала АО «СО ЕЭС» ОДУ Востока.
Так как Ниманская ГЭС будет являться единственной ГЭС в Хабаровском крае, а, следовательно, и единственным высокоманёвренным источником электроэнергии, то электрическая схема станции должна обеспечивать высокую надёжность работы ГЭС на рынке электроэнергии и мощности.
Целью данного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции, а также нахождение в процессе проработки оптимальных проектных решений. В состав проекта входят такие аспекты, как определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования, проектирование электрической части ГЭС, её релейной защиты и автоматики, компоновка сооружений гидроузла, пожарная безопасность, охрана труда и окружающей среды, а также технико-экономическое обоснование проекта.
В процессе выполнения бакалаврской работы были определены основные элементы и параметра Ниманского гидроузла на реке Ниман, имеющий II класс сооружения, исходя из высоты плотины, социальноэкономической ответственности из последствий возможных аварий.
На первом этапе по гидрологическим данным были определены значения максимальных расчётных расходов для основного расчётного случая обеспеченностью (P=1%) 710 м /с, максимальный расход при поверочном расчётном случае (P=0,1%) 1365 MVC.
В процессе выполнения водно-энергетических расчётов была выбрана установленная мощность проектируемой Ниманской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки. Установленная мощность составляет 231 МВт. Также определены следующие отметки: уровень мертвого объема, отметка которого равна 399,49 м. Полезный объем при данных отметках НПУ=410 м и УМО составляет 3,2 м3.
Выполнена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,2 млрд.кВт-ч.
Далее было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы, на которой определены напоры:
- Нтах = 74 м;
- ^расч 70 М;
_ Нщт 63,3 М;
По данным напорам было подобрано основное и вспомогательное оборудование:
- турбина РО75-7286-В-315;
- генератор СВ-656/150-28;
- количество агрегатов: 4шт.
В состав проектируемого гидроузла вошли:
- бетонная водосливная плотина;
- бетонные станционная часть, право- и левобережная глухие плотины;
- здание ГЭС приплотинного типа.
Исходя из экономических расчётов можно сделать вывод о том, что строительство Ниманской ГЭС будет выгодно и обосновано, на основании следующих данных:
- Чистый приведенный доход NPV-1486834567,57 руб.
- Индекс прибыльности PI-1,18
- Удельные капиталовложения 74447,6 руб./кВт
- Срок окупаемости 109 месяцев.
На первом этапе по гидрологическим данным были определены значения максимальных расчётных расходов для основного расчётного случая обеспеченностью (P=1%) 710 м /с, максимальный расход при поверочном расчётном случае (P=0,1%) 1365 MVC.
В процессе выполнения водно-энергетических расчётов была выбрана установленная мощность проектируемой Ниманской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки. Установленная мощность составляет 231 МВт. Также определены следующие отметки: уровень мертвого объема, отметка которого равна 399,49 м. Полезный объем при данных отметках НПУ=410 м и УМО составляет 3,2 м3.
Выполнена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,2 млрд.кВт-ч.
Далее было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы, на которой определены напоры:
- Нтах = 74 м;
- ^расч 70 М;
_ Нщт 63,3 М;
По данным напорам было подобрано основное и вспомогательное оборудование:
- турбина РО75-7286-В-315;
- генератор СВ-656/150-28;
- количество агрегатов: 4шт.
В состав проектируемого гидроузла вошли:
- бетонная водосливная плотина;
- бетонные станционная часть, право- и левобережная глухие плотины;
- здание ГЭС приплотинного типа.
Исходя из экономических расчётов можно сделать вывод о том, что строительство Ниманской ГЭС будет выгодно и обосновано, на основании следующих данных:
- Чистый приведенный доход NPV-1486834567,57 руб.
- Индекс прибыльности PI-1,18
- Удельные капиталовложения 74447,6 руб./кВт
- Срок окупаемости 109 месяцев.
