ПРОЕКТИРОВАНИЕ УССУРИЙСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ УССУРИ. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ В ГИДРОЭНЕРГЕТИКЕ
|
Сокращенный паспорт Уссурийской ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общие сведения 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат района 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Сейсмологические условия 13
1.2 Энергоэкономическая характеристика региона 13
1.3 Аналог проектируемого гидроузла 14
2 Водно-энергетические расчеты 15
2.1 Регулирование стока воды 15
2.1.1 Исходные данные 15
2.1.2 Построение эмпирических кривых обеспеченности 15
2.1.3 Выбор расчетных гидрографов 17
2.1.4 Определение типа регулирования 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических расчетов 20
2.2.1 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственного комплекса 20
2.3 Водно-энергетический расчет (ВЭР) режима работы ГЭС по условию маловодного года 23
2.4 Определение рабочих мощностей, существующих и проектируемой ГЭС.. 24
2.5 Расчет резервов и определение установленной мощности, проектируемой ГЭС, расчет баланса мощностей 24
2.4 Баланс мощности 26
2.5 Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по условию средневодного года 27
3 Основное и вспомогательное оборудование 29
3.1 Выбор числа и типа гидроагрегатов 29
3.1.1 Построение режимного поля 29
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным универсальным характеристикам 31
3.1.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 34
3.2 Выбор основного и вспомогательного оборудования 37
3.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 37
3.2.2 Расчет на прочность вала гидроагрегата и подшипника гидротурбины .... 38
3.2.3 Выбор типа маслонапорной установки 39
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 39
3.3 Гидромеханический расчет и построение плана спиральной камеры 39
4 Электрическая часть 43
4.1 Исходные данные 43
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединении ГЭС 43
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 43
4.3.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком. 43
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с комбинированными блоками 45
4.3.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 47
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 47
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического расчета 49
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего напряжения 50
4.7 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме с помощью программного комплекса «RastrWin» 51
4.7.1 Расчет исходных данных 51
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчетов токов короткого замыкания на сборных шинах и на генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 52
4.8 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 53
4.9 Выбор и проверка электрооборудования 54
4.9.1 Выбор генераторных выключателей и разъединителей 54
4.9.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 55
4.9.3 Выбор генераторного синхронизатора и сетевого анализатора 55
4.9.4 Выбор электрооборудования на напряжение класса 500 кВ 55
4.10 Выбор вспомогательного электрооборудования 56
5 Релейная защита и автоматика 57
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 57
5.2 Перечень защит основного оборудования 57
5.3 Расчет номинальных токов 59
5.4 Описание защит и выбор уставок 59
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора 59
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN(U0)) 61
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 63
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 64
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 67
5.4.6 Дистанционная защита генератора (Z1 <), (Z2 <) 69
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 73
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 74
6 Компановка и сооружения гидроузла 76
6.1 Определение класса водохранилища 76
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 76
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 76
6.2.2 Определение ширины водосливного фронта 78
6.2.3 Определение отметки гребня водослива 80
6.2.4 Пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном случае 81
6.2.5 Построение профиля водосливной грани 82
6.2.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 83
6.2.7 Расчет водобойной стенки 84
6.2.8 Расчет водобоя 86
6.3 Конструирование плотины 86
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 86
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 87
6.3.3 Устои 87
6.3.4 Галереи в теле бетонной плотины 87
6.3.5 Элементы подземного контура плотины 88
6.4 Конструктивные элементы нижнего бьефа 88
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 89
6.5.1 Вес сооружения и затворов 89
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 89
6.5.3 Расчет волнового давления 90
6.5.4 Фильтрационное и взвешивающее давление 90
6.6 Оценка прочности плотины 91
6.6.1 Определение напряжений 91
6.6.2 Критерий прочности плотины 94
6.6.3 Расчет устойчивости плотины 95
7 Охрана труда, пожарная безопасность 96
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 96
7.2 Охрана труда 96
7.3 Пожарная безопасность 98
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Уссурийского ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 102
8.1 Общие сведения о районе строительства 102
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 103
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 104
8.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период эксплуатации 104
8.5 Отходы, образующиеся при строительстве 104
9 Технико-экономические показатели 106
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 106
9.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 106
9.1.2 Налоговые расходы в первые годы эксплуатации 110
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 111
9.3 Оценка инвестиционного проекта 113
9.3.1 Методология и исходные данные 113
9.3.2 Коммерческая эффективность 114
9.3.3 Бюджетная эффективность 115
9.4 Анализ чувствительности 115
10 Энергоэффективные решения в гидроэнергетике 118
10.1 Энегоэффективность на предприятии 118
10.2 Руса - системы рационального управления составом агрегатов ГЭС 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 127
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водно-энергетические расчеты 129
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 138
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общие сведения 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат района 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Сейсмологические условия 13
1.2 Энергоэкономическая характеристика региона 13
1.3 Аналог проектируемого гидроузла 14
2 Водно-энергетические расчеты 15
2.1 Регулирование стока воды 15
2.1.1 Исходные данные 15
2.1.2 Построение эмпирических кривых обеспеченности 15
2.1.3 Выбор расчетных гидрографов 17
2.1.4 Определение типа регулирования 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических расчетов 20
2.2.1 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственного комплекса 20
2.3 Водно-энергетический расчет (ВЭР) режима работы ГЭС по условию маловодного года 23
2.4 Определение рабочих мощностей, существующих и проектируемой ГЭС.. 24
2.5 Расчет резервов и определение установленной мощности, проектируемой ГЭС, расчет баланса мощностей 24
2.4 Баланс мощности 26
2.5 Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по условию средневодного года 27
3 Основное и вспомогательное оборудование 29
3.1 Выбор числа и типа гидроагрегатов 29
3.1.1 Построение режимного поля 29
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным универсальным характеристикам 31
3.1.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 34
3.2 Выбор основного и вспомогательного оборудования 37
3.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 37
3.2.2 Расчет на прочность вала гидроагрегата и подшипника гидротурбины .... 38
3.2.3 Выбор типа маслонапорной установки 39
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 39
3.3 Гидромеханический расчет и построение плана спиральной камеры 39
4 Электрическая часть 43
4.1 Исходные данные 43
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединении ГЭС 43
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 43
4.3.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком. 43
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с комбинированными блоками 45
4.3.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 47
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 47
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического расчета 49
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего напряжения 50
4.7 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме с помощью программного комплекса «RastrWin» 51
4.7.1 Расчет исходных данных 51
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчетов токов короткого замыкания на сборных шинах и на генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 52
4.8 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 53
4.9 Выбор и проверка электрооборудования 54
4.9.1 Выбор генераторных выключателей и разъединителей 54
4.9.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 55
4.9.3 Выбор генераторного синхронизатора и сетевого анализатора 55
4.9.4 Выбор электрооборудования на напряжение класса 500 кВ 55
4.10 Выбор вспомогательного электрооборудования 56
5 Релейная защита и автоматика 57
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 57
5.2 Перечень защит основного оборудования 57
5.3 Расчет номинальных токов 59
5.4 Описание защит и выбор уставок 59
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора 59
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN(U0)) 61
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 63
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 64
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 67
5.4.6 Дистанционная защита генератора (Z1 <), (Z2 <) 69
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 73
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 74
6 Компановка и сооружения гидроузла 76
6.1 Определение класса водохранилища 76
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 76
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 76
6.2.2 Определение ширины водосливного фронта 78
6.2.3 Определение отметки гребня водослива 80
6.2.4 Пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном случае 81
6.2.5 Построение профиля водосливной грани 82
6.2.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 83
6.2.7 Расчет водобойной стенки 84
6.2.8 Расчет водобоя 86
6.3 Конструирование плотины 86
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 86
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 87
6.3.3 Устои 87
6.3.4 Галереи в теле бетонной плотины 87
6.3.5 Элементы подземного контура плотины 88
6.4 Конструктивные элементы нижнего бьефа 88
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 89
6.5.1 Вес сооружения и затворов 89
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 89
6.5.3 Расчет волнового давления 90
6.5.4 Фильтрационное и взвешивающее давление 90
6.6 Оценка прочности плотины 91
6.6.1 Определение напряжений 91
6.6.2 Критерий прочности плотины 94
6.6.3 Расчет устойчивости плотины 95
7 Охрана труда, пожарная безопасность 96
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 96
7.2 Охрана труда 96
7.3 Пожарная безопасность 98
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Уссурийского ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 102
8.1 Общие сведения о районе строительства 102
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 103
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 104
8.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период эксплуатации 104
8.5 Отходы, образующиеся при строительстве 104
9 Технико-экономические показатели 106
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 106
9.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 106
9.1.2 Налоговые расходы в первые годы эксплуатации 110
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 111
9.3 Оценка инвестиционного проекта 113
9.3.1 Методология и исходные данные 113
9.3.2 Коммерческая эффективность 114
9.3.3 Бюджетная эффективность 115
9.4 Анализ чувствительности 115
10 Энергоэффективные решения в гидроэнергетике 118
10.1 Энегоэффективность на предприятии 118
10.2 Руса - системы рационального управления составом агрегатов ГЭС 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 125
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 127
ПРИЛОЖЕНИЕ А Водно-энергетические расчеты 129
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Основное и вспомогательное оборудование 138
Сегодня гидроэлектроэнергетика является одним из наиболее эффективных направлений электроэнергетики. Гидроресурсы - возобновляемый, и наиболее экологичный источник, использование которого позволяет снижать выбросы в атмосферу тепловых электростанций и сохранять запасы углеводородного топлива для будущих поколений. Кроме своего прямого назначения - производства электроэнергии - гидроэнергетика решает дополнительно ряд важнейших для общества и государства задач. Прямая выгода от них включает создание систем питьевого и промышленного водоснабжения, развитие судоходства, создание ирригационных систем в интересах сельского хозяйства, рыборазведение, регулирование стока рек, позволяющее осуществлять борьбу с паводками и наводнениями, обеспечивая безопасность населения. Гидроэлектроэнергетика является инфраструктурой для деятельности и развития целого ряда важнейших отраслей экономики и страны в целом. Каждая введенная в эксплуатацию гидроэлектростанция становится точкой роста экономики региона своего расположения, вокруг нее возникают производства, развивается промышленность, создаются новые рабочие места.
В данной работе рассмотрен проект Уссурийской ГЭС на реке Уссури. В состав проекта входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, расчет защит гидрогенератора, экономическое обоснование строительства Уссурийской ГЭС.
В данной работе рассмотрен проект Уссурийской ГЭС на реке Уссури. В состав проекта входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного оборудования, расчет гидротехнических сооружений, расчет защит гидрогенератора, экономическое обоснование строительства Уссурийской ГЭС.
В данной работе были рассчитаны и определены основные параметры и элементы Уссурийского гидроузла на реке Уссури, являющимся сооружением II класса.
В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность, равная 500 МВт и среднемноголетняя выработка 2,06 млрд. кВтч.
Следующим этапом работы был выбор основного и вспомогательного оборудования, в ходе которого было определено число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы ГЭС (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 38,8 м;
- расчетный - 29,89 м;
- минимальный - 23,77;
При выборе турбин рассматривалось два варианта: ПЛ40а-В и ПЛ406-В. В результате расчетов был выбран оптимальный вариант с тремя гидротурбинами ПЛ406-В-800. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 88,2 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ 1280/145-68УХЛ4 с номинальной активной мощность 125 МВт.
Затем была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений с двумя рабочими системами шин. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 250000 / 500, трансформаторы собственных нужд ТСЗ—1000/10/0,4, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 330/43.
Далее был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловой с водосбросами совмещенного типа. В состав сооружения входят:
- левобережная грунтовая плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- здание ГЭС;
- правобережная глухая бетонная плотина.
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы водосливной плотины - 30,1 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 130 м;
- число водопропускных отверстий - 9;
- ширина водопропускных отверстий - 16 м;
- отметка гребня плотины - 175,3 м;
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется водобойная стенка. Бетонная плотина разделяется по длине постоянными температурными швами на отдельные секции, для обеспечения монолитности бетона секций плотины при температурной деформации в различных частях тела плотины и при неравномерных осадках основания.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,27 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений II класса - 1,2). Таким образом, плотина Уссурийского гидроузла соответствует всем требованиям надежности и другим требованиям предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды, охране труда и пожарной безопасности.
По технико-экономическим расчетам были получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 72 месяца;
- себестоимость электроэнергии - 0,13 руб/кВтч;
- удельные капиталовложения - 69785,95 руб/кВт.
Таким образом строительство Уссурийского гидроузла в настоящее время является актуальным и выгодным с точки зрения технике -экономических показателей.
В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность, равная 500 МВт и среднемноголетняя выработка 2,06 млрд. кВтч.
Следующим этапом работы был выбор основного и вспомогательного оборудования, в ходе которого было определено число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы ГЭС (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный - 38,8 м;
- расчетный - 29,89 м;
- минимальный - 23,77;
При выборе турбин рассматривалось два варианта: ПЛ40а-В и ПЛ406-В. В результате расчетов был выбран оптимальный вариант с тремя гидротурбинами ПЛ406-В-800. По справочным данным для данной турбины с синхронной частотой вращения 88,2 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ 1280/145-68УХЛ4 с номинальной активной мощность 125 МВт.
Затем была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений с двумя рабочими системами шин. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 250000 / 500, трансформаторы собственных нужд ТСЗ—1000/10/0,4, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 330/43.
Далее был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловой с водосбросами совмещенного типа. В состав сооружения входят:
- левобережная грунтовая плотина;
- водосливная бетонная плотина;
- здание ГЭС;
- правобережная глухая бетонная плотина.
Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы водосливной плотины - 30,1 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 130 м;
- число водопропускных отверстий - 9;
- ширина водопропускных отверстий - 16 м;
- отметка гребня плотины - 175,3 м;
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется водобойная стенка. Бетонная плотина разделяется по длине постоянными температурными швами на отдельные секции, для обеспечения монолитности бетона секций плотины при температурной деформации в различных частях тела плотины и при неравномерных осадках основания.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,27 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений II класса - 1,2). Таким образом, плотина Уссурийского гидроузла соответствует всем требованиям надежности и другим требованиям предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия по охране окружающей среды, охране труда и пожарной безопасности.
По технико-экономическим расчетам были получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 72 месяца;
- себестоимость электроэнергии - 0,13 руб/кВтч;
- удельные капиталовложения - 69785,95 руб/кВт.
Таким образом строительство Уссурийского гидроузла в настоящее время является актуальным и выгодным с точки зрения технике -экономических показателей.
