ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШИЛКОВСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ШИЛКА. СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ШУМА НА ОБЪЕКТАХ ГИДРОЭНЕГРЕТИКИ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ШИЛКОВСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных 10
Топографические данные 10
Климат 10
Гидрология 10
Топографические характеристики водохранилища: кривые зависимости 12
1.5 Требования участников ВХК и потери воды 12
1.6 Данные по энергосистеме 12
2 Водно-энергетические расчеты и выбор установленной мощности 15
Определение расходов маловодного и средневодного годов в заданном
створе 15
Построение интегральных кривых нагрузки энергосистемы 18
Построение годовых графиков максимальных среднемесячных нагрузок энергосистемы 20
Расчет режима работы с учетом требования ВХК 21
Сработка-наполнение водохранилища 22
Определение рабочей мощности ГЭС 23
Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 24
Сработка-наполнение водохранилища в средневодный год 25
3 Выбор оборудования 26
Режимное поле 26
Выбор системы и типа гидротурбины 27
Выбор номинального диаметра и основных характеристик гидротурбины, определение частоты вращения, рабочей зоны на универсальной характеристике 28
Определение допустимой высоты отсасывания 31
Гидромеханический расчёт и построение бетонной спиральной камеры 33
3.6 Расчет деталей и узлов гидротурбины 35
Расчет вала на прочность 35
Расчет подшипника 36
Выбор вспомогательного оборудования 37
Выбор типа серийного гидрогенератора 37
Выбор маслонапорной установки 38
Выбор электрогидравлического регулятора 38
4 Электрическая часть 39
Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 39
Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 40
Выбор повышающего трансформатора для схем одиночным блоком 40
Выбор повышающего трансформатора для схемы с укрупненным блоком 41
Выбор трансформаторов собственных нужд 43
Выбор количества отходящих воздушных линий РУ и марки проводов ... 43
Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчёта .... 44
Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 46
Расчёт исходных данных 46
Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 47
Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 48
Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 13.8 кВ 49
Выбор трансформаторов тока и напряжения 50
Выбор параметров ОРУ кВ 51
Выбор выключателей и разъединителей 51
Выбор трансформаторов тока и напряжения 51
5 Релейная защита 53
Перечень защит блока генератор-трансформатор 53
Расчет номинальных токов 54
Описание защит и расчет уставок 55
Продольная дифференциальная защита 55
Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 57
Защита от повышения напряжения (^1 >), (U2>) 60
Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и несимметричных внешних коротких замыканий(!2) 60
Защита от симметричных перегрузок(П) 64
Дистанционная защита генератора (Z1<),(Z2<) 65
Защита от перегрузки обмотки ротора 68
Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 70
Таблица уставок и матрица отключений защит 72
6 Проектирование сооружений напорного фронта 73
Определение отметки гребня бетонной плотины 73
Гидравлические расчеты 75
Определение ширины водосливного фронта 75
Определение отметки гребня водослива 76
Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном случае 78
Построение профиля водосливной грани 79
Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 80
Сопряжение бьефов свободной отброшенной струей 81
Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 84
Конструирование плотины 84
Определение ширины подошвы плотины 84
Разрезка бетонных плотин швами 86
Быки 86
Галереи в теле плотины 87
Элементы подземного контура плотины 87
Определение основных нагрузок на плотину 88
Вес сооружения и затворов 88
Сила гидростатического давления воды 89
Равнодействующая и взвешивающего давления 90
Сила фильтрационного давления 90
Давление грунта 91
Волновое давление 93
Оценка прочности плотины 95
Критерии прочности плотины и ее основания 98
Расчет устойчивости плотины 98
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации ... 100
Оценка объёмов реализации электроэнергии 100
Текущие расходы по гидроузлу 100
Налоговые расходы 103
Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 104
Оценка инвестиционного проекта 105
Методология, исходные данные 105
Коммерческая эффективность 106
Бюджетная эффективность 106
Анализ чувствительности 107
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Шилковской ГЭС.
Охрана труда и противопожарная безопасность 109
Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 109
Общие сведения о районе строительства 109
Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 111
Обращение с отходами 113
Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 114
Охрана труда 115
Противопожарная безопасность 116
Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 116
9 Снижение влияния шума на объектах гидроэнергетики 118
Что такое шум и почему с ним нужно бороться 118
Характеристики источника шума 119
Понятие о звуке. Физические характеристики звука 121
Воздействие шума на организм человека 124
Методы борьбы с шумом на Шилковской ГЭС 125
Уменьшение шума в источнике его возникновения 125
Рациональная планировка предприятия и цехов 125
Акустическая обработка 126
Снижение шума звукоизолирующими кабинами 127
Снижение шума звукоизолирующими кожухами 128
Снижение шума звукопоглощающей облицовкой 128
Снижение шума акустическими экранами 129
Средства индивидуальной защиты(СИЗ) 130
Измерение шума на рабочих местах 133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 136
Приложение А. Гидрологические расчеты 138
Приложение Б. Основное и вспомогательное оборудование 142
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных 10
Топографические данные 10
Климат 10
Гидрология 10
Топографические характеристики водохранилища: кривые зависимости 12
1.5 Требования участников ВХК и потери воды 12
1.6 Данные по энергосистеме 12
2 Водно-энергетические расчеты и выбор установленной мощности 15
Определение расходов маловодного и средневодного годов в заданном
створе 15
Построение интегральных кривых нагрузки энергосистемы 18
Построение годовых графиков максимальных среднемесячных нагрузок энергосистемы 20
Расчет режима работы с учетом требования ВХК 21
Сработка-наполнение водохранилища 22
Определение рабочей мощности ГЭС 23
Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 24
Сработка-наполнение водохранилища в средневодный год 25
3 Выбор оборудования 26
Режимное поле 26
Выбор системы и типа гидротурбины 27
Выбор номинального диаметра и основных характеристик гидротурбины, определение частоты вращения, рабочей зоны на универсальной характеристике 28
Определение допустимой высоты отсасывания 31
Гидромеханический расчёт и построение бетонной спиральной камеры 33
3.6 Расчет деталей и узлов гидротурбины 35
Расчет вала на прочность 35
Расчет подшипника 36
Выбор вспомогательного оборудования 37
Выбор типа серийного гидрогенератора 37
Выбор маслонапорной установки 38
Выбор электрогидравлического регулятора 38
4 Электрическая часть 39
Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 39
Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 40
Выбор повышающего трансформатора для схем одиночным блоком 40
Выбор повышающего трансформатора для схемы с укрупненным блоком 41
Выбор трансформаторов собственных нужд 43
Выбор количества отходящих воздушных линий РУ и марки проводов ... 43
Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчёта .... 44
Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 46
Расчёт исходных данных 46
Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 47
Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 48
Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 13.8 кВ 49
Выбор трансформаторов тока и напряжения 50
Выбор параметров ОРУ кВ 51
Выбор выключателей и разъединителей 51
Выбор трансформаторов тока и напряжения 51
5 Релейная защита 53
Перечень защит блока генератор-трансформатор 53
Расчет номинальных токов 54
Описание защит и расчет уставок 55
Продольная дифференциальная защита 55
Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 57
Защита от повышения напряжения (^1 >), (U2>) 60
Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и несимметричных внешних коротких замыканий(!2) 60
Защита от симметричных перегрузок(П) 64
Дистанционная защита генератора (Z1<),(Z2<) 65
Защита от перегрузки обмотки ротора 68
Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 70
Таблица уставок и матрица отключений защит 72
6 Проектирование сооружений напорного фронта 73
Определение отметки гребня бетонной плотины 73
Гидравлические расчеты 75
Определение ширины водосливного фронта 75
Определение отметки гребня водослива 76
Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном случае 78
Построение профиля водосливной грани 79
Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 80
Сопряжение бьефов свободной отброшенной струей 81
Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы 84
Конструирование плотины 84
Определение ширины подошвы плотины 84
Разрезка бетонных плотин швами 86
Быки 86
Галереи в теле плотины 87
Элементы подземного контура плотины 87
Определение основных нагрузок на плотину 88
Вес сооружения и затворов 88
Сила гидростатического давления воды 89
Равнодействующая и взвешивающего давления 90
Сила фильтрационного давления 90
Давление грунта 91
Волновое давление 93
Оценка прочности плотины 95
Критерии прочности плотины и ее основания 98
Расчет устойчивости плотины 98
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации ... 100
Оценка объёмов реализации электроэнергии 100
Текущие расходы по гидроузлу 100
Налоговые расходы 103
Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 104
Оценка инвестиционного проекта 105
Методология, исходные данные 105
Коммерческая эффективность 106
Бюджетная эффективность 106
Анализ чувствительности 107
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Шилковской ГЭС.
Охрана труда и противопожарная безопасность 109
Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 109
Общие сведения о районе строительства 109
Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 111
Обращение с отходами 113
Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 114
Охрана труда 115
Противопожарная безопасность 116
Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 116
9 Снижение влияния шума на объектах гидроэнергетики 118
Что такое шум и почему с ним нужно бороться 118
Характеристики источника шума 119
Понятие о звуке. Физические характеристики звука 121
Воздействие шума на организм человека 124
Методы борьбы с шумом на Шилковской ГЭС 125
Уменьшение шума в источнике его возникновения 125
Рациональная планировка предприятия и цехов 125
Акустическая обработка 126
Снижение шума звукоизолирующими кабинами 127
Снижение шума звукоизолирующими кожухами 128
Снижение шума звукопоглощающей облицовкой 128
Снижение шума акустическими экранами 129
Средства индивидуальной защиты(СИЗ) 130
Измерение шума на рабочих местах 133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 136
Приложение А. Гидрологические расчеты 138
Приложение Б. Основное и вспомогательное оборудование 142
Гидроэлектростанции занимают особое место в современных энергосистемах, выполняя немало важную роль по регулированию ее параметров в нестационарных режимах, а также покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки.
Одним из источников энергии является водопровод, возобновляемый источник энергии, отличный от нефти, газа, твердого топлива и ядерного топлива. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики, в свою очередь, увеличит технический и экономический потенциал страны.
Поэтому гидроэнергетика, как наиболее развитый, экологически чистый и возобновляемый отраслью народного хозяйства, должна стать структурным лидером в развитии электроэнергетики в ближайшие десятилетия.
Целью дипломного проекта является изучение основных этапов проектирования гидроэлектростанции с использованием и закреплением теоретических знаний, а также с помощью инженерного и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
Одним из источников энергии является водопровод, возобновляемый источник энергии, отличный от нефти, газа, твердого топлива и ядерного топлива. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики, в свою очередь, увеличит технический и экономический потенциал страны.
Поэтому гидроэнергетика, как наиболее развитый, экологически чистый и возобновляемый отраслью народного хозяйства, должна стать структурным лидером в развитии электроэнергетики в ближайшие десятилетия.
Целью дипломного проекта является изучение основных этапов проектирования гидроэлектростанции с использованием и закреплением теоретических знаний, а также с помощью инженерного и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения.
В дипломном проекте рассчитаны определены основные элементы и параметры Шилковской ГЭС на реке Шилка.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 1% и поверочным 0,1% равных 5949 и 4810м3/с соответственно.
В ходе ВЭР была определена установленная мощность, равная 273 МВт и среднемноголетняя выработка 1,991 млрд. кВт-ч. Было построено режимное поле, на котором определены следующие напоры:
максимальный - 47,9 м; расчетный - 39,2 м; минимальный - 33,8 м.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ50-В и ПЛД50-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с тремя гидротурбинами ПЛ50-В-600.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-1130/140-48 с номинальной активной мощностью 100 МВт.
Далее была выбрана единственная подходящая структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (3 простых блока, 3 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - " Шестиугольник". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 125000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-3200/20, для ЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
После выбора основного электрооборудования был выбран перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
После выбора электрического оборудования и устройств его защит, была принята русловая компоновка гидроузла. Водосливная плотина принята бетонной.
В состав сооружений гидроузла входят:
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным эксплуатационным и аварийным донным водосливом;
• здание ГЭС;
• левобережная глухая бетонная плотина;
• правобережная глухая бетонная плотина.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отброс струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурно - осадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов получили, что плотина Шилковского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
• дисконтированный срок окупаемости - 131 мес;
• себестоимость - 0,34 руб/кВт
• удельные капиталовложения - 68717,94 руб./кВт.
Таким образом, строительство Павловского гидроузла в настоящее время является актуальным.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 1% и поверочным 0,1% равных 5949 и 4810м3/с соответственно.
В ходе ВЭР была определена установленная мощность, равная 273 МВт и среднемноголетняя выработка 1,991 млрд. кВт-ч. Было построено режимное поле, на котором определены следующие напоры:
максимальный - 47,9 м; расчетный - 39,2 м; минимальный - 33,8 м.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ50-В и ПЛД50-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с тремя гидротурбинами ПЛ50-В-600.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-1130/140-48 с номинальной активной мощностью 100 МВт.
Далее была выбрана единственная подходящая структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (3 простых блока, 3 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - " Шестиугольник". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 125000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-3200/20, для ЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
После выбора основного электрооборудования был выбран перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
После выбора электрического оборудования и устройств его защит, была принята русловая компоновка гидроузла. Водосливная плотина принята бетонной.
В состав сооружений гидроузла входят:
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным эксплуатационным и аварийным донным водосливом;
• здание ГЭС;
• левобережная глухая бетонная плотина;
• правобережная глухая бетонная плотина.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отброс струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурно - осадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов получили, что плотина Шилковского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
• дисконтированный срок окупаемости - 131 мес;
• себестоимость - 0,34 руб/кВт
• удельные капиталовложения - 68717,94 руб./кВт.
Таким образом, строительство Павловского гидроузла в настоящее время является актуальным.