Проектирование Томмотской ГЭС на реке Амга. Локальные системы оповещения ГЭС
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ ТОММОТСКОЙ ГЭС 6
1 Анализ исходных данных и определения внешних условий
функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.1.4 Сейсмические условия 11
2 Водно-энергетические расчёты 11
2.1 Регулирование стока воды 11
2.1.1 Исходные данные 11
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 13
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 14
2.1.5 Определение типа регулирования 15
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических расчётов 16
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 16
2.2.2 Водно-энергетические расчёты по условию маловодного года 17
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 19
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 19
3 Основное и вспомогательное оборудование 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
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 26
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для обеспечения
бескавитационной работы 26
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 27
3.4. Выбор вспомогательного оборудования 28
4 Электрическая часть 29
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 29
4.2 Выбор блочных трансформаторов 30
4.3 Выбор синхронного генератора 30
4.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 31
4.5 Расчёт параметров отходящих воздушных линий 31
4.6 Выбор главной схемы на основании технике -экономического расчета 32
4.6.1 Расчёт затрат на схему с одиночным блоком 32
4.6.2 Расчёт затрат на схему с укрупнённым блоком 33
4.7 Расчёт токов короткого замыкания 34
4.8 Выбор электрических аппаратов 36
4.8.1 Расчёт токов по условиям рабочего и утяжелённого режимов 36
4.8.2 Выбор электрооборудования для генераторного напряжения 37
4.8.3 Выбор электрооборудования для высокого напряжения 38
5 Релейная защита и автоматика 41
5.1 Перечень защит основного оборудования 41
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 42
5.2.1 Расчёт продольной дифференциальной защиты генератора (IAG) 43
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un) (Uo).... 45
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>),(U2>) 46
5.2.4 Защита обратной последовательности от токов внешних несимметричных
коротких замыканий и несимметричных перегрузок генератора (12) 47
5.2.5 Дистанционная защита от внешних коротких замыканий (Z1<), (Z2<) 51
5.2.6 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 53
5.2.7 Защита ротора от перегрузки (Ip) 55
6 Компоновка и сооружения гидроузла 57
6.1.1 Определение класса гидротехнического сооружения 57
6.1.2 Определение отметки гребня грунтовой плотины 57
6.1.3 Определение ширины водосливного фронта 59
6.1.4 Определение отметки гребня водослива 60
6.1.5 Проверка пропуска проверочного расхода 61
6.1.6 Построение профиля водослива 62
6.2 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 64
6.3 Конструирование бетонной плотины 65
6.3.1 Определение ширины подошвы 65
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 67
6.3.3 Быки 67
6.3.4 Устои 68
6.3.5 Галереи 68
6.3.6 Элементы подземного контура плотины 68
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 69
6.4.1 Статические расчёты плотины 69
6.4.2 Вес сооружения и затворов 69
6.4.3 Сила гидростатического давления воды 70
6.4.4 Равнодействующая взвешивающего давления 71
6.4.5 Сила фильтрационного давления 71
6.4.6 Давление грунта 71
6.4.7 Волновое давление 73
6.5. Расчёт прочности плотины 73
6.5.1 Критерии прочности плотины 76
6.6. Расчёт устойчивости плотины 77
7. Мероприятие по охране окружающей среды в зоне влияния Томмотского ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 79
7.1 Охрана окружающей среды 79
7.2 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища 80
7.3 Водоохранная зона 81
7.4 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции в период эксплуатации
ГЭС 82
7.5 Безопасность гидротехнических сооружений 84
7.6 Требования по охране труда и техники безопасности 85
7.7 Пожарная безопасность 86
8 Технико-экономические показания 89
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 89
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 89
8.3 Налоговые расходы 92
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 93
8.5 Оценка инвестиционного проекта 95
8.7 Коммерческая эффективность 95
8.8 Бюджетная эффективность 96
8.9 Анализ чувствительности 96
9 Локальные системы оповещения ГЭС 99
9.1 Цели, назначения и области применения ЛСО 99
9.2 Нормативная документация по организации ЛСО в районах 100
размещения потенциально опасных объектов 100
9.3 Организация и порядок задействования локальных систем оповещения ... 102
9.3.1 Организация локальных систем оповещения гидроэлектростанции 102
9.3.2 Порядок задействования локальной системы оповещения 103
9.4 Создание ЛСО Томмотской ГЭС 104
9.4.1 Описание близлежащей зоны проектирования Томмотской ГЭС 104
9.4.2 Организационно-техническое построение локальной системы 104
оповещения в районе размещения Томмотской ГЭС 104
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 113
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно-энергетические расчеты 118
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Релейная защита и автоматика 124
1 Анализ исходных данных и определения внешних условий
функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.1.4 Сейсмические условия 11
2 Водно-энергетические расчёты 11
2.1 Регулирование стока воды 11
2.1.1 Исходные данные 11
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 13
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 14
2.1.5 Определение типа регулирования 15
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических расчётов 16
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 16
2.2.2 Водно-энергетические расчёты по условию маловодного года 17
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 19
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 19
3 Основное и вспомогательное оборудование 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
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 26
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для обеспечения
бескавитационной работы 26
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 27
3.4. Выбор вспомогательного оборудования 28
4 Электрическая часть 29
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 29
4.2 Выбор блочных трансформаторов 30
4.3 Выбор синхронного генератора 30
4.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 31
4.5 Расчёт параметров отходящих воздушных линий 31
4.6 Выбор главной схемы на основании технике -экономического расчета 32
4.6.1 Расчёт затрат на схему с одиночным блоком 32
4.6.2 Расчёт затрат на схему с укрупнённым блоком 33
4.7 Расчёт токов короткого замыкания 34
4.8 Выбор электрических аппаратов 36
4.8.1 Расчёт токов по условиям рабочего и утяжелённого режимов 36
4.8.2 Выбор электрооборудования для генераторного напряжения 37
4.8.3 Выбор электрооборудования для высокого напряжения 38
5 Релейная защита и автоматика 41
5.1 Перечень защит основного оборудования 41
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 42
5.2.1 Расчёт продольной дифференциальной защиты генератора (IAG) 43
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un) (Uo).... 45
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>),(U2>) 46
5.2.4 Защита обратной последовательности от токов внешних несимметричных
коротких замыканий и несимметричных перегрузок генератора (12) 47
5.2.5 Дистанционная защита от внешних коротких замыканий (Z1<), (Z2<) 51
5.2.6 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 53
5.2.7 Защита ротора от перегрузки (Ip) 55
6 Компоновка и сооружения гидроузла 57
6.1.1 Определение класса гидротехнического сооружения 57
6.1.2 Определение отметки гребня грунтовой плотины 57
6.1.3 Определение ширины водосливного фронта 59
6.1.4 Определение отметки гребня водослива 60
6.1.5 Проверка пропуска проверочного расхода 61
6.1.6 Построение профиля водослива 62
6.2 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 64
6.3 Конструирование бетонной плотины 65
6.3.1 Определение ширины подошвы 65
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 67
6.3.3 Быки 67
6.3.4 Устои 68
6.3.5 Галереи 68
6.3.6 Элементы подземного контура плотины 68
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 69
6.4.1 Статические расчёты плотины 69
6.4.2 Вес сооружения и затворов 69
6.4.3 Сила гидростатического давления воды 70
6.4.4 Равнодействующая взвешивающего давления 71
6.4.5 Сила фильтрационного давления 71
6.4.6 Давление грунта 71
6.4.7 Волновое давление 73
6.5. Расчёт прочности плотины 73
6.5.1 Критерии прочности плотины 76
6.6. Расчёт устойчивости плотины 77
7. Мероприятие по охране окружающей среды в зоне влияния Томмотского ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 79
7.1 Охрана окружающей среды 79
7.2 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища 80
7.3 Водоохранная зона 81
7.4 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции в период эксплуатации
ГЭС 82
7.5 Безопасность гидротехнических сооружений 84
7.6 Требования по охране труда и техники безопасности 85
7.7 Пожарная безопасность 86
8 Технико-экономические показания 89
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 89
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 89
8.3 Налоговые расходы 92
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 93
8.5 Оценка инвестиционного проекта 95
8.7 Коммерческая эффективность 95
8.8 Бюджетная эффективность 96
8.9 Анализ чувствительности 96
9 Локальные системы оповещения ГЭС 99
9.1 Цели, назначения и области применения ЛСО 99
9.2 Нормативная документация по организации ЛСО в районах 100
размещения потенциально опасных объектов 100
9.3 Организация и порядок задействования локальных систем оповещения ... 102
9.3.1 Организация локальных систем оповещения гидроэлектростанции 102
9.3.2 Порядок задействования локальной системы оповещения 103
9.4 Создание ЛСО Томмотской ГЭС 104
9.4.1 Описание близлежащей зоны проектирования Томмотской ГЭС 104
9.4.2 Организационно-техническое построение локальной системы 104
оповещения в районе размещения Томмотской ГЭС 104
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 113
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно-энергетические расчеты 118
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основное и вспомогательное оборудование 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Релейная защита и автоматика 124
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, выполняя главную роль по регулированию параметров систем в нестационарных режимах, а также покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на ценообразовании электроэнергии на рынке сбыта.
Российская Федерация обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, причём существует значительная неравномерность его освоения. В то время, как для центра характерна высокая степень освоения гидроресурсов (50%), в таких регионах как Сибирь и Дальний Восток гидроэнергетический потенциал рек освоен на 20% и на 3% соответственно.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
Российская Федерация обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, причём существует значительная неравномерность его освоения. В то время, как для центра характерна высокая степень освоения гидроресурсов (50%), в таких регионах как Сибирь и Дальний Восток гидроэнергетический потенциал рек освоен на 20% и на 3% соответственно.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Томмотского гидроузла на реке Амта, являющегося сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% равных 1420 м3/с и 1531 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 133 МВт и среднемноголетняя выработка 487 млн. кВт-ч.
На третьем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры.
- максимальный :50,1 м;
- расчетный:42,0 м;
- минимальный 39,3 м.
Максимальный расходы через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 306,9 м3.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ60-Ви ПЛД60-В60. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с тремя гидроагрегатами ПЛ60-В-400.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран гидрогенератор СВ-655/110-32 с номинальной активной мощностью37,5 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (3 подходящих блока на генераторном напряжении, 3 отходящих ВЛ) КРУЭ 220 кВ- ''две рабочие шины''. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДН(С)- 50000/220-У1, трансформаторы собственных нужд ТС(3)-1600, для ВЛЭП- сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Так же были рассчитаны значения уставок срабатывания для релейных защит.
Компоновка гидроузла была принята русловая.
В состав сооружений входит:
- правобережная глухая бетонная - 152 м;
- водосливная бетонная - 33 м;
- бетонная центральная глухая - 13,7 м;
- бетонная станционная - 75 м;
- левобережная глухая бетонная - 126 м;
- левобережная глухая грунтовая - 264 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка подошвы водосливной плотины - 271 м;
- число водосливных отверстий - 4;
- ширина водосливного фронта- 24 м;
- отметка гребня - 333,58 м;
- ширина гребня - 15,6 м.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,28 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом плотина Томмотского гидродроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие значения отсутствуют. Плотина отвечает всем требования СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения гидроузла.
По технике - экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости -11 лет и 4 мес;
- себестоимость - 16 коп/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 65338,3 руб/кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Томмотской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% равных 1420 м3/с и 1531 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 133 МВт и среднемноголетняя выработка 487 млн. кВт-ч.
На третьем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры.
- максимальный :50,1 м;
- расчетный:42,0 м;
- минимальный 39,3 м.
Максимальный расходы через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 306,9 м3.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ60-Ви ПЛД60-В60. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с тремя гидроагрегатами ПЛ60-В-400.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран гидрогенератор СВ-655/110-32 с номинальной активной мощностью37,5 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (3 подходящих блока на генераторном напряжении, 3 отходящих ВЛ) КРУЭ 220 кВ- ''две рабочие шины''. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДН(С)- 50000/220-У1, трансформаторы собственных нужд ТС(3)-1600, для ВЛЭП- сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Так же были рассчитаны значения уставок срабатывания для релейных защит.
Компоновка гидроузла была принята русловая.
В состав сооружений входит:
- правобережная глухая бетонная - 152 м;
- водосливная бетонная - 33 м;
- бетонная центральная глухая - 13,7 м;
- бетонная станционная - 75 м;
- левобережная глухая бетонная - 126 м;
- левобережная глухая грунтовая - 264 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка подошвы водосливной плотины - 271 м;
- число водосливных отверстий - 4;
- ширина водосливного фронта- 24 м;
- отметка гребня - 333,58 м;
- ширина гребня - 15,6 м.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,28 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом плотина Томмотского гидродроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие значения отсутствуют. Плотина отвечает всем требования СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения гидроузла.
По технике - экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости -11 лет и 4 мес;
- себестоимость - 16 коп/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 65338,3 руб/кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Томмотской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
