ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЛАДИМИРСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ТОК. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТРАНСФОРМАТОРАХ ТОКА
|
Технический паспорт Владимирской ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общая часть 9
1.1 Природныеусловия 9
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Геологические данные 10
1.1.4 Энерго-экономическая характеристика района 10
2 Водно-энергетические расчеты 11
2.1 Исходные данные 11
2.2 Выбор расчетных гидрографов для маловодного и среднего по
водности года при заданной обеспеченности стока 12
2.3 Определение максимального расчетного расхода 15
2.4 Построение интегральных кривых нагрузок энергосистемы и годовых
графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 16
2.4.1 Интегральные кривые нагрузки (ИКН) 16
2.4.2 Годовые графики максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 16
2.5 Определение типа регулирования ГЭС 18
2.5.1 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном
году 18
2.6 Баланс энергии 22
2.7 Расчёт резервов 23
2.9 Баланс мощности 24
3 Основное и вспомогательное оборудование 26
3.1 Построение режимного поля 26
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам ... 26
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 31
3.4 Гидромеханический расчёт спиральной камеры 33
3.5 Расчет деталей и узлов гидротурбины 36
3.5.1 Расчет вала на прочность 36
3.5.2 Расчет подшипника 37
3.6 Выбор типа серийного генератора 38
3.7 Выбор вспомогательного оборудования 39
3.7.1 Выбор типа маслонапорной установки 39
4 Электрическая часть 40
4.1 Выбор структурных схем электрических соединений ГЭС 40
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 40
4.2.1 Выбор синхронного генератора 40
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схем
с одиночным блоком 41
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупненным
блоком 43
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд 44
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий, распределительного
устройства и марки проводов воздушных линий 45
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчета 46
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 48
4.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в
главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 48
4.6.1 Расчет исходных данных 48
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 50
4.6.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима ... 51
4.6.4 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 52
4.7 Выбор трансформаторов тока и напряжения 56
4.8 Выбор параметров КРУЭ 57
5 Релейная защита и автоматика 59
5.1 Расчет номинальных токов 59
5.2 Перечень защит основного оборудования 62
5.3 Описание защит и расчет их уставок 63
5.3.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 63
5.3.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора
генератора (Un (Uo)) 66
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 69
5.3.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 69
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 74
5.3.6 Дистанционная защита генератора Zl <, Z2 < 76
5.3.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 79
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 80
5.5 Таблица уставок и матрица отключений 81
6 Компоновка сооружения 82
6.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 82
6.2 Расчет пропускной способности водосливной плотины 85
6.2.1 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и поверочного расчетного случая 86
6.2.2Определение расхода через другие водопропускные сооружения гидроузла (донные отверстия и глубинные водосбросы) 87
6.2.3 Определение ширины водосливного фронта 88
6.2.4 Определение напора на водосливе 89
6.2.5 Определение отметки гребня водослива 90
6.2.6 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 90
6.2.7 Построение профиля водосливной грани 91
6.3. Расчет сопряжения потока в НБ 92
6.3.1 Расчет отброса струи 93
6.4 Конструирование бетонной плотины 96
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 96
6.4.2 Быки 97
6.4.3 Устои 97
6.4.4 Галереи в теле плотины 97
6.4.5 Галереи в теле плотины 98
6.4.6 Элементы подземного контура плотины 98
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 100
6.5.1 Вес сооружения и затворов 100
6.5.2 Сила гидрастатического давления 100
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 101
6.5.4 Сила фильтрационного давления 101
6.5.5 Давление грунта 101
6.5.6 Расчет волнового давления 103
6.6 Оценка прочности плотины 104
6.6.1 Критерии прочности плотины и ее основания 106
6.6.2 Обоснование устойчивости плотины 107
7 Пожарная безопасность. Охрана труда. Охрана окружающей среды.. 109
7.1 Пожарная безопасность 109
7.1.1 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 112
7.2 Охрана труда 113
7.3 Охрана окружающей среды 118
7.3.1 Общие сведения о районе строительства 118
7.3.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 119
7.3.3 Отходы, образующиеся при строительстве 121
7.3.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 121
7.3.5 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 122
8 Технико-экономические показатели 123
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 123
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 124
8.3 Налоговые расходы 126
8.4 Оценка прибыли 127
8.5 Анализ денежных потоков 127
8.6 Оценка инвестиционного проекта 128
8.7 Коммерческая эффективность 129
8.8 Бюджетная эффективность 129
8.9 Анализ чувствительности 130
9 Исследование переходных процессов в трансформаторах тока 132
9.1 Общие сведения 132
9.2 Переходные процессы в трансформаторах тока 133
9.3 Параметры, влияющие на работу трансформаторов тока 134
9.4 Моделирование переходных процессов 134
9.4.1 Реализация работы модели на языке MatLab 135
9.5 Расчёт хода рабочей точки на характеристике срабатывания
дифференциальной защиты 139
9.6 Анализ работы 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 146
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 149
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно - энергетические расчёты 153
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основноеивспомогательное оборудование 167
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Таблица уставок и матрица отключений 176
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общая часть 9
1.1 Природныеусловия 9
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Геологические данные 10
1.1.4 Энерго-экономическая характеристика района 10
2 Водно-энергетические расчеты 11
2.1 Исходные данные 11
2.2 Выбор расчетных гидрографов для маловодного и среднего по
водности года при заданной обеспеченности стока 12
2.3 Определение максимального расчетного расхода 15
2.4 Построение интегральных кривых нагрузок энергосистемы и годовых
графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 16
2.4.1 Интегральные кривые нагрузки (ИКН) 16
2.4.2 Годовые графики максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 16
2.5 Определение типа регулирования ГЭС 18
2.5.1 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном
году 18
2.6 Баланс энергии 22
2.7 Расчёт резервов 23
2.9 Баланс мощности 24
3 Основное и вспомогательное оборудование 26
3.1 Построение режимного поля 26
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам ... 26
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 31
3.4 Гидромеханический расчёт спиральной камеры 33
3.5 Расчет деталей и узлов гидротурбины 36
3.5.1 Расчет вала на прочность 36
3.5.2 Расчет подшипника 37
3.6 Выбор типа серийного генератора 38
3.7 Выбор вспомогательного оборудования 39
3.7.1 Выбор типа маслонапорной установки 39
4 Электрическая часть 40
4.1 Выбор структурных схем электрических соединений ГЭС 40
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 40
4.2.1 Выбор синхронного генератора 40
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схем
с одиночным блоком 41
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схем с укрупненным
блоком 43
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд 44
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий, распределительного
устройства и марки проводов воздушных линий 45
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчета 46
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 48
4.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в
главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 48
4.6.1 Расчет исходных данных 48
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 50
4.6.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима ... 51
4.6.4 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 52
4.7 Выбор трансформаторов тока и напряжения 56
4.8 Выбор параметров КРУЭ 57
5 Релейная защита и автоматика 59
5.1 Расчет номинальных токов 59
5.2 Перечень защит основного оборудования 62
5.3 Описание защит и расчет их уставок 63
5.3.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 63
5.3.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора
генератора (Un (Uo)) 66
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 69
5.3.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 69
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 74
5.3.6 Дистанционная защита генератора Zl <, Z2 < 76
5.3.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 79
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 80
5.5 Таблица уставок и матрица отключений 81
6 Компоновка сооружения 82
6.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 82
6.2 Расчет пропускной способности водосливной плотины 85
6.2.1 Определение расчетных расходов при пропуске воды для основного и поверочного расчетного случая 86
6.2.2Определение расхода через другие водопропускные сооружения гидроузла (донные отверстия и глубинные водосбросы) 87
6.2.3 Определение ширины водосливного фронта 88
6.2.4 Определение напора на водосливе 89
6.2.5 Определение отметки гребня водослива 90
6.2.6 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 90
6.2.7 Построение профиля водосливной грани 91
6.3. Расчет сопряжения потока в НБ 92
6.3.1 Расчет отброса струи 93
6.4 Конструирование бетонной плотины 96
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 96
6.4.2 Быки 97
6.4.3 Устои 97
6.4.4 Галереи в теле плотины 97
6.4.5 Галереи в теле плотины 98
6.4.6 Элементы подземного контура плотины 98
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 100
6.5.1 Вес сооружения и затворов 100
6.5.2 Сила гидрастатического давления 100
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 101
6.5.4 Сила фильтрационного давления 101
6.5.5 Давление грунта 101
6.5.6 Расчет волнового давления 103
6.6 Оценка прочности плотины 104
6.6.1 Критерии прочности плотины и ее основания 106
6.6.2 Обоснование устойчивости плотины 107
7 Пожарная безопасность. Охрана труда. Охрана окружающей среды.. 109
7.1 Пожарная безопасность 109
7.1.1 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 112
7.2 Охрана труда 113
7.3 Охрана окружающей среды 118
7.3.1 Общие сведения о районе строительства 118
7.3.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 119
7.3.3 Отходы, образующиеся при строительстве 121
7.3.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 121
7.3.5 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 122
8 Технико-экономические показатели 123
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 123
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 124
8.3 Налоговые расходы 126
8.4 Оценка прибыли 127
8.5 Анализ денежных потоков 127
8.6 Оценка инвестиционного проекта 128
8.7 Коммерческая эффективность 129
8.8 Бюджетная эффективность 129
8.9 Анализ чувствительности 130
9 Исследование переходных процессов в трансформаторах тока 132
9.1 Общие сведения 132
9.2 Переходные процессы в трансформаторах тока 133
9.3 Параметры, влияющие на работу трансформаторов тока 134
9.4 Моделирование переходных процессов 134
9.4.1 Реализация работы модели на языке MatLab 135
9.5 Расчёт хода рабочей точки на характеристике срабатывания
дифференциальной защиты 139
9.6 Анализ работы 143
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 146
ПРИЛОЖЕНИЕ А Анализ исходных данных 149
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Водно - энергетические расчёты 153
ПРИЛОЖЕНИЕ В Основноеивспомогательное оборудование 167
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Таблица уставок и матрица отключений 176
Сегодня Гидроэнергетика является одним из наиболее эффективных направлений электроэнергетики. Гидроресурсы — возобновляемый и наиболее экологичный источник энергии, 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.
Гидроэнергетика 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.
Развитие Дальнего Востока - сегодня одна из наиболее приоритетных задач государства. Для ее решения разработана Федеральная целевая программа по развитию региона, создано Министерство по развитию Дальнего Востока. Строительство новых станций необходимо для повышения надежности энергоснабжения региона и сдерживания роста тарифов. Богатейшие ресурсы Дальневосточного региона остаются малоосвоенными по сравнению с другими областями России. По разным оценкам, экономический потенциал Дальнего Востока задействован на 5 — 15%. Гидропотенциал Дальнего Востока составляет порядка 370 млрд кВтч, что в 10 раз больше нынешней выработки всех энергосистем региона. Это богатство освоено всего на 3%.
Задача выпускной квалификационной работы изучить основные дисциплины, позволяющие будущему специалисту-гидроэнергетику освоить приёмы ведения режима водохранилищ, проектирование гидроузла в условиях, максимально приближенных к реальным. Целью является обоснование в заданном створе реки параметров проектируемой ГЭС, в частности установленной мощности и среднемноголетней выработки, предназначенной для работы в объединённой энергетической системе с учётом требований водохозяйственного комплекса.
Гидроэнергетика 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.
Развитие Дальнего Востока - сегодня одна из наиболее приоритетных задач государства. Для ее решения разработана Федеральная целевая программа по развитию региона, создано Министерство по развитию Дальнего Востока. Строительство новых станций необходимо для повышения надежности энергоснабжения региона и сдерживания роста тарифов. Богатейшие ресурсы Дальневосточного региона остаются малоосвоенными по сравнению с другими областями России. По разным оценкам, экономический потенциал Дальнего Востока задействован на 5 — 15%. Гидропотенциал Дальнего Востока составляет порядка 370 млрд кВтч, что в 10 раз больше нынешней выработки всех энергосистем региона. Это богатство освоено всего на 3%.
Задача выпускной квалификационной работы изучить основные дисциплины, позволяющие будущему специалисту-гидроэнергетику освоить приёмы ведения режима водохранилищ, проектирование гидроузла в условиях, максимально приближенных к реальным. Целью является обоснование в заданном створе реки параметров проектируемой ГЭС, в частности установленной мощности и среднемноголетней выработки, предназначенной для работы в объединённой энергетической системе с учётом требований водохозяйственного комплекса.
В данном дипломном проекте запроектирован Владимирский гидроузел энергетического назначения, расположенный в Амурской области на реке Ток.
Строительство Владимирского гидроузла не нарушает экологическое равновесия в регионе и позволяют получать дешевую, "экологически чистую" электроэнергию.
Климат в районе строительства Владимирской ГЭС резко континентальный что определяется наличием горных массивов. Зима продолжительная, холодная с обилием осадков.
Среднегодовая температура отрицательная и находится в пределах от -1,5° до -14° С. Весна короткая. Средний из абсолютных минимумов температуры воздуха -40°, -46° на ровных и возвышенных местах, -44°, -48° на участках с пониженным рельефом.
В основании предполагаемого гидроузла залегают твёрдые горные породы, а именно - граниты. Было определено, что для проектируемой ГЭС оптимальными для установки являются два гидроагрегата с радиально-осевыми турбинами с диаметром рабочего колеса 4м. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный Hmax = 57,45 м;
- расчетный Нрасч =47,3 м;
- минимальный Hmin = 39,7 м.
В качестве гасителя энергии было принято использовать принцип свободно отброшенной струи. В состав Владимирского гидроузла входят следующие сооружения:
- Левобережная каменно-земляная плотина с ядром;
- Бетонная водосливная плотина;
- Глухая правобережная бетонная плотина;
- Русловая левобережная бетонная плотина;
- Здание ГЭС;
Таким образом, влияние Владимирского гидроузла на социально - экономические условия Амурской области заключается в максимальном использовании гидроэнергетических ресурсов реки Ток, что позволит существенно сократить дефицит электроэнергии. Так же строительство Владимирской ГЭС будет оказывать положительное влияние на экономическую и социальную сферу региона на всех этапах реализации проекта.
Строительство Владимирского гидроузла не нарушает экологическое равновесия в регионе и позволяют получать дешевую, "экологически чистую" электроэнергию.
Климат в районе строительства Владимирской ГЭС резко континентальный что определяется наличием горных массивов. Зима продолжительная, холодная с обилием осадков.
Среднегодовая температура отрицательная и находится в пределах от -1,5° до -14° С. Весна короткая. Средний из абсолютных минимумов температуры воздуха -40°, -46° на ровных и возвышенных местах, -44°, -48° на участках с пониженным рельефом.
В основании предполагаемого гидроузла залегают твёрдые горные породы, а именно - граниты. Было определено, что для проектируемой ГЭС оптимальными для установки являются два гидроагрегата с радиально-осевыми турбинами с диаметром рабочего колеса 4м. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный Hmax = 57,45 м;
- расчетный Нрасч =47,3 м;
- минимальный Hmin = 39,7 м.
В качестве гасителя энергии было принято использовать принцип свободно отброшенной струи. В состав Владимирского гидроузла входят следующие сооружения:
- Левобережная каменно-земляная плотина с ядром;
- Бетонная водосливная плотина;
- Глухая правобережная бетонная плотина;
- Русловая левобережная бетонная плотина;
- Здание ГЭС;
Таким образом, влияние Владимирского гидроузла на социально - экономические условия Амурской области заключается в максимальном использовании гидроэнергетических ресурсов реки Ток, что позволит существенно сократить дефицит электроэнергии. Так же строительство Владимирской ГЭС будет оказывать положительное влияние на экономическую и социальную сферу региона на всех этапах реализации проекта.
