ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАРАСУКСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАТУНЬ. ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЬ УЗЛОВ ГА, ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ТК, АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ КАРАСУКСКОЙ ГЭС 7
1.1 Климатические условия в районе предполагаемого строительства 8
1.2 Гидрологические данные 8
1.3 Геологические условия 9
2 Водно-энергетические расчёты и определение установленной мощности 10
2.1 Регулирование стока воды 10
2.1.1 Исходные данные 10
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 10
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 12
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 13
2.2 Определение установленной мощности на основе водно -энергетических расчётов 14
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 14
2.2.2 Баланс энергии 15
2.2.3 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в маловодном году 15
2.2.4 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС 16
2.2.5 Баланс мощности 16
2.2.6 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в средневодном году 17
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 18
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 18
3.1.1 Построение режимного поля 18
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 20
3.1.3 Определение отметки установки рабочего колеса для обеспечения её
бескавитационной работы турбины 25
3.1.4 Работа одного агрегата с установленной мощностью при установленном
напор 26
3.2 Выбор энергетического оборудования 27
3.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 27
3.2.2Выбор электрогидравлического регулятора 27
3.2.3 Расчет вала и подшипников 27
3.2.4 Расчет спиральной камеры 29
3.3 Выбор типа и размеров маслонапорной установки и регулятор частоты вращения 31
4 Электрическая часть ГЭС 32
4.1 Исходные данные 32
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 32
4.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком .... 33
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 34
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчета 35
4.6 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 37
4.6.1 Расчет исходных данных 37
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 38
4.6.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 39
4.7 Выбор электрического оборудования на генераторном напряжении
13.8 кВ 40
4.8 Выбор трансформаторов тока и напряжения 41
4.9 Выбор параметров КРУЭ 41
4.9.1 Выбор ячейки КРУЭ 41
5 Устройства РЗиА 43
5.1 Релейная защита и автоматика 43
5.1.1 Перечень защит основного оборудования 44
5.2 Описание защит и расчет их уставок 46
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора(!АО) 46
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) .. 49
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 51
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 52
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок (II) 57
5.2.6 Дистанционная защита генератора (Z1<),(Z2<) 59
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 62
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 64
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 64
6 Компоновка и сооружения гидроузла 65
6.1 Определение класса сооружения 65
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 65
6.2 Гидравлические расчёты 67
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 67
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 68
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 70
6.3 Построение профиля водосливной грани 71
6.3.1 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе при донном режиме 72
6.4 Расчет элементов в нижнем бьефе 73
6.4.1 Гашение энергии способом отброшенной струи 73
6.5. Конструирование плотины 75
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 75
6.5.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 76
6.5.3 Быки 77
6.5.4 Устои 77
6.5.5 Дренаж в теле бетонной плотины 77
6.5.6 Галереи в теле плотины 78
6.5.7 Дренажные устройства в основании в скальных грунтах 78
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 78
6.6.1 Вес сооружения и затворов 78
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 79
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего давления 79
6.6.4 Сила фильтрационного давления 80
6.6.5 Давление грунта 80
6.6.6 Волновое давление 81
6.7 Оценка прочности плотины 81
6.8 Критерии прочности плотины и основания 84
6.9 Обоснование устойчивости плотины 85
7 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия по
охране природы 86
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 86
7.2 Охрана труда 86
7.3 Пожарная безопасность 89
8 Охрана окружающей среды 92
8.1 Общие сведения о районе строительства 92
8.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 94
8.3 Отходы, образующиеся при строительстве 96
8.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 96
9 Технико-экономические показатели 98
9.1 Расчет себестоимости электроэнергии 98
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 98
9.2 Текущие расходы по гидроузлу 98
9.3 Налоговые расходы 100
9.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 101
9.5 Анализ денежных потоков 102
9.6 Коммерческая эффективность 103
9.7 Бюджетная эффективность 103
10.1 Назначение 104
10.2 Требование к системе ТК 104
10.3 Оборудование ТК 105
10.4 Алгоритмы работы 107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 112
ПРИЛОЖЕНИЕ А Исходный гидрологический ряд 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Использование водной энергии 118
ПРИЛОЖЕНИЕ В Суточный график нагрузки для зимнего периода 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Характеристика турбины ПЛД90/2556а-В-45 124
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Таблица уставок и матрица отключений 125
1.1 Климатические условия в районе предполагаемого строительства 8
1.2 Гидрологические данные 8
1.3 Геологические условия 9
2 Водно-энергетические расчёты и определение установленной мощности 10
2.1 Регулирование стока воды 10
2.1.1 Исходные данные 10
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 10
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 12
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 13
2.2 Определение установленной мощности на основе водно -энергетических расчётов 14
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 14
2.2.2 Баланс энергии 15
2.2.3 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в маловодном году 15
2.2.4 Определение установленной мощности проектируемой ГЭС 16
2.2.5 Баланс мощности 16
2.2.6 Водно-энергетические расчёты работы ГЭС в средневодном году 17
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 18
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 18
3.1.1 Построение режимного поля 18
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 20
3.1.3 Определение отметки установки рабочего колеса для обеспечения её
бескавитационной работы турбины 25
3.1.4 Работа одного агрегата с установленной мощностью при установленном
напор 26
3.2 Выбор энергетического оборудования 27
3.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 27
3.2.2Выбор электрогидравлического регулятора 27
3.2.3 Расчет вала и подшипников 27
3.2.4 Расчет спиральной камеры 29
3.3 Выбор типа и размеров маслонапорной установки и регулятор частоты вращения 31
4 Электрическая часть ГЭС 32
4.1 Исходные данные 32
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 32
4.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком .... 33
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 34
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчета 35
4.6 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 37
4.6.1 Расчет исходных данных 37
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 38
4.6.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 39
4.7 Выбор электрического оборудования на генераторном напряжении
13.8 кВ 40
4.8 Выбор трансформаторов тока и напряжения 41
4.9 Выбор параметров КРУЭ 41
4.9.1 Выбор ячейки КРУЭ 41
5 Устройства РЗиА 43
5.1 Релейная защита и автоматика 43
5.1.1 Перечень защит основного оборудования 44
5.2 Описание защит и расчет их уставок 46
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора(!АО) 46
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) .. 49
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 51
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 52
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок (II) 57
5.2.6 Дистанционная защита генератора (Z1<),(Z2<) 59
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 62
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 64
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 64
6 Компоновка и сооружения гидроузла 65
6.1 Определение класса сооружения 65
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 65
6.2 Гидравлические расчёты 67
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 67
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 68
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 70
6.3 Построение профиля водосливной грани 71
6.3.1 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе при донном режиме 72
6.4 Расчет элементов в нижнем бьефе 73
6.4.1 Гашение энергии способом отброшенной струи 73
6.5. Конструирование плотины 75
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 75
6.5.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 76
6.5.3 Быки 77
6.5.4 Устои 77
6.5.5 Дренаж в теле бетонной плотины 77
6.5.6 Галереи в теле плотины 78
6.5.7 Дренажные устройства в основании в скальных грунтах 78
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 78
6.6.1 Вес сооружения и затворов 78
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 79
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего давления 79
6.6.4 Сила фильтрационного давления 80
6.6.5 Давление грунта 80
6.6.6 Волновое давление 81
6.7 Оценка прочности плотины 81
6.8 Критерии прочности плотины и основания 84
6.9 Обоснование устойчивости плотины 85
7 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия по
охране природы 86
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 86
7.2 Охрана труда 86
7.3 Пожарная безопасность 89
8 Охрана окружающей среды 92
8.1 Общие сведения о районе строительства 92
8.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 94
8.3 Отходы, образующиеся при строительстве 96
8.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 96
9 Технико-экономические показатели 98
9.1 Расчет себестоимости электроэнергии 98
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 98
9.2 Текущие расходы по гидроузлу 98
9.3 Налоговые расходы 100
9.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 101
9.5 Анализ денежных потоков 102
9.6 Коммерческая эффективность 103
9.7 Бюджетная эффективность 103
10.1 Назначение 104
10.2 Требование к системе ТК 104
10.3 Оборудование ТК 105
10.4 Алгоритмы работы 107
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 112
ПРИЛОЖЕНИЕ А Исходный гидрологический ряд 116
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Использование водной энергии 118
ПРИЛОЖЕНИЕ В Суточный график нагрузки для зимнего периода 123
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Характеристика турбины ПЛД90/2556а-В-45 124
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Таблица уставок и матрица отключений 125
В данной работе были проведены вычисления, а также определены основные элементы и параметры Карасукского гидроузла на реке Катунь, который является сооружением II класса. В процессе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, было определено оптимальное количество, а также тип гидроагрегатов ГЭС, для чего было построено режимное поле. Согласно результатам расчетов был определен оптимальный вариант с 3 гидротурбинами ПЛД-90-В-500. По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 185 об/мин был выбран серийный гидрогенератор СВ 855/235-32 с номинальной активной мощностью 176,5 МВт. Была подобрана структурная схема ГЭС с единичными блоками, а также принята схема распределительного устройства КРУЭ 220 кВ. Согласно справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы: ТДЦ-200000/220, трансформаторы собственных нужд: ТСЗ-6300/13,8/6 для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 400/51.
Уже после выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла - приплотинная. Водосливная плотина принята бетонной. В состав сооружений входят: - левобережная глухая бетонная плотина; - здание ГЭС; - водосливная бетонная плотина с поверхностным водосливом;- грунтовая правобережная плотина. Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины: - число водосливных отверстий - 5 шт; - ширина водосливных отверстий в свету - 9 м; - отметка гребня водосливной плотины- 501,00 м; - отметка гребня грунтовой плотины - 515,40 м. Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,21 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений II класса - 1,20). Таким образом, плотина Эвенкийского 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 технико-экономическим расчетам получены следующие показатели: - срок окупаемости - 113 месяцев; - себестоимость - 0,8руб/кВт-ч.
Уже после выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла - приплотинная. Водосливная плотина принята бетонной. В состав сооружений входят: - левобережная глухая бетонная плотина; - здание ГЭС; - водосливная бетонная плотина с поверхностным водосливом;- грунтовая правобережная плотина. Расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины: - число водосливных отверстий - 5 шт; - ширина водосливных отверстий в свету - 9 м; - отметка гребня водосливной плотины- 501,00 м; - отметка гребня грунтовой плотины - 515,40 м. Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,21 для основных нагрузок (нормативное значение для сооружений II класса - 1,20). Таким образом, плотина Эвенкийского 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 технико-экономическим расчетам получены следующие показатели: - срок окупаемости - 113 месяцев; - себестоимость - 0,8руб/кВт-ч.
