ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТАС-ЮРЯХСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ МАЯ. ВЫБОР СОСТАВА РАБОТАЮЩЕГО ГЕНЕРИРУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ КОНКУРЕНТНОГО РЫНКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И МОЩНОСТИ
|
Сокращённый паспорт Тас-Юряхской ГЭС 7
Введение 9
1 Анализ исходных данных и определения внешних условий функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 10
1.2 Энерго - экономическая характеристика региона 11
2 Водно-энергетический расчёт 12
2.1 Исходные данные 12
2.2 Определение расходов маловодного и средневодного года в заданном створе 15
2.3 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 17
2.4. Обработка данных по энергосистеме 18
2.4.1 Построение с интегральных кривых. Суточный график нагрузки 18
2.4.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 21
2.5 Перераспределение стока с полноводного периода на зимний период 22
2.5.1 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы 22
2.6 Водно-энергетический расчёт 24
2.6.1 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном году. 24
2.6.2 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном году 27
2.7 Определение рабочей мощности ГЭС 29
2.7.1 Определение рабочих мощностей проектируемой ГЭС в июне (июле) и других месяцах 29
3 Основное и вспомогательное оборудование 31
3.1 Построение режимного поля 31
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 34
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 40
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 42
3.5 Расчет спиральной камеры 42
3.6 Выбор типа маслонапорной установки 46
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 46
3.8 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 46
3.8.1 Расчет вала на прочность 46
3.8.2 Расчёт подшипника 47
3.9 Выбор конструктивной схемы компоновки гидротурбины 48
4 Электрическая часть 49
4.1 Исходные данные 49
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 49
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 50
4.3.1 Выбор синхронного генератора 50
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком 50
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным блоком 52
4.3.4 Выбор трансформаторов СН 53
4.3.5 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 54
4.3.6 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического расчёта 55
4.3.8 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 57
4.3.8.1 Расчёт исходных данных 57
4.3.8.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 59
4.3.9 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 60
4.3.10 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 10,5 кВ 61
4.3.11 Выбор трансформаторов тока и напряжения 63
4.3.12 Выбор параметров ОРУ 64
4.3.12.1 Выбор выключателей и разъединителей 64
4.3.12.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 64
5 Релейная защита и автоматика 65
5.1 Расчет номинальных токов 66
5.2 Описание защит и расчёт их уставок 69
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 69
5.2.2 Поперечная дифференциальная защита 71
5.2.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 71 (UN (UO)) 71
5.2.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 74
5.2.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок ивнешних несимметричных коротких замыканий (I2) 74
5.2.6 Защита от симметричных перегрузок (I1) 78
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 79
5.2.8 Дистанционная защита генератора Z1< Z2< 81
5.2.9 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 84
5.3 Таблица уставок и матрица отключений защит 84
6 Компоновка сооружения гидроузла 86
6.1 Исходные данные 86
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 88
6.3 Определение отметки гребня плотины 88
6.3.1 Грунтовые плотины 88
6.4 Гидравлические расчеты 90
6.4.1 Определение ширины водосливного фронта 90
6.4.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном случае 93
6.4.4 Расчет водопропускных отверстий 93
6.5 Построение профиля водосливной грани 94
6.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 95
6.5 Расчет элементов в нижнем бьефе 97
6.5.1 Водобойная плита 97
6.5.2 Расчет водобойного колодца 97
6.5.3 Рисберма 99
6.6 Конструирование плотины 99
6.6.1 Определение ширины подошвы плотины 99
6.6.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 100
6.6.3 Быки 100
6.6.4 Устои 100
6.6.5 Галереи в теле бетонной плотины 101
6.7 Конструирование элементов подземного контура плотины 101
6.7.1 Дренажные устройства 101
6.8 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины. Определение основных нагрузок на плотину 101
6.8.1 Вес сооружения и затворов 101
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 102
6.8.3 Равнодействующая взвешивающего давления 103
6.8.4 Сила фильтрационного давления 103
6.8.5 Давление грунта 103
6.8.6 Волновое давление 104
6.9 Оценка прочности плотины 105
6.10 Критерии прочности плотины и ее основания 107
6.11 Обоснование устойчивости плотины 108
6.12 Проектирование грунтовой плотины 108
7.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 109
7.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 110
7.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 110
7.1.3 Налоговые расходы 112
7.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 112
7.3 Оценка инвестиционного проекта. Коммерческая эффективность 114
7.3 Бюджетная эффективность 114
7.4 Анализ чувствительности 115
8 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 118
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 118
8.2 Пожарная безопасность 118
8.3 Охрана труда и техника безопасности 120
8.4 Охрана окружающей среды 122
8.4.1 Водоохранные мероприятия 122
8.4.1.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на состояние водных ресурсов 122
8.4.1.2 Водоохранная зона 123
8.4.1.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 124
8.4.2 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 125
8.4.3 Охрана от промышленных отходов 126
9 Выбор состава работающего генерирующего оборудования в условиях конкурентного рынка электроэнергии и мощности 127
9.1 Оптовый рынок электроэнергии и мощности 127
9.2 Основные отличия новой модели оптового рынка 128
9.3 Определение готовности генерирующего оборудования к выработке электроэнергии 128
9.4 Выполнение требований рынка к генерирующему оборудованию 129
9.5 Описание задачи ВСВГО 130
9.6 Порядок формирования уведомлений ВСВГО 130
9.5 Уведомлением о составе и параметрах генерирующего оборудования .... 131
9.6 Решение оптимизационной задачи расчета выбора состава генерирующего оборудования 132
9.7 Период расчета ВСВГО 132
Заключение 132
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 132
Приложение 1 Регулирование в маловодном голу 140
Приложение 2 Регулирование в средневодном году 141
Введение 9
1 Анализ исходных данных и определения внешних условий функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 10
1.2 Энерго - экономическая характеристика региона 11
2 Водно-энергетический расчёт 12
2.1 Исходные данные 12
2.2 Определение расходов маловодного и средневодного года в заданном створе 15
2.3 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 17
2.4. Обработка данных по энергосистеме 18
2.4.1 Построение с интегральных кривых. Суточный график нагрузки 18
2.4.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 21
2.5 Перераспределение стока с полноводного периода на зимний период 22
2.5.1 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы 22
2.6 Водно-энергетический расчёт 24
2.6.1 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном году. 24
2.6.2 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном году 27
2.7 Определение рабочей мощности ГЭС 29
2.7.1 Определение рабочих мощностей проектируемой ГЭС в июне (июле) и других месяцах 29
3 Основное и вспомогательное оборудование 31
3.1 Построение режимного поля 31
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 34
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 40
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 42
3.5 Расчет спиральной камеры 42
3.6 Выбор типа маслонапорной установки 46
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 46
3.8 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 46
3.8.1 Расчет вала на прочность 46
3.8.2 Расчёт подшипника 47
3.9 Выбор конструктивной схемы компоновки гидротурбины 48
4 Электрическая часть 49
4.1 Исходные данные 49
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 49
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 50
4.3.1 Выбор синхронного генератора 50
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком 50
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным блоком 52
4.3.4 Выбор трансформаторов СН 53
4.3.5 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 54
4.3.6 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического расчёта 55
4.3.8 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 57
4.3.8.1 Расчёт исходных данных 57
4.3.8.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 59
4.3.9 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 60
4.3.10 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 10,5 кВ 61
4.3.11 Выбор трансформаторов тока и напряжения 63
4.3.12 Выбор параметров ОРУ 64
4.3.12.1 Выбор выключателей и разъединителей 64
4.3.12.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 64
5 Релейная защита и автоматика 65
5.1 Расчет номинальных токов 66
5.2 Описание защит и расчёт их уставок 69
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 69
5.2.2 Поперечная дифференциальная защита 71
5.2.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 71 (UN (UO)) 71
5.2.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 74
5.2.5 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок ивнешних несимметричных коротких замыканий (I2) 74
5.2.6 Защита от симметричных перегрузок (I1) 78
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 79
5.2.8 Дистанционная защита генератора Z1< Z2< 81
5.2.9 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 84
5.3 Таблица уставок и матрица отключений защит 84
6 Компоновка сооружения гидроузла 86
6.1 Исходные данные 86
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 88
6.3 Определение отметки гребня плотины 88
6.3.1 Грунтовые плотины 88
6.4 Гидравлические расчеты 90
6.4.1 Определение ширины водосливного фронта 90
6.4.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном случае 93
6.4.4 Расчет водопропускных отверстий 93
6.5 Построение профиля водосливной грани 94
6.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 95
6.5 Расчет элементов в нижнем бьефе 97
6.5.1 Водобойная плита 97
6.5.2 Расчет водобойного колодца 97
6.5.3 Рисберма 99
6.6 Конструирование плотины 99
6.6.1 Определение ширины подошвы плотины 99
6.6.2 Разрезка бетонной водосливной плотины швами 100
6.6.3 Быки 100
6.6.4 Устои 100
6.6.5 Галереи в теле бетонной плотины 101
6.7 Конструирование элементов подземного контура плотины 101
6.7.1 Дренажные устройства 101
6.8 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины. Определение основных нагрузок на плотину 101
6.8.1 Вес сооружения и затворов 101
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 102
6.8.3 Равнодействующая взвешивающего давления 103
6.8.4 Сила фильтрационного давления 103
6.8.5 Давление грунта 103
6.8.6 Волновое давление 104
6.9 Оценка прочности плотины 105
6.10 Критерии прочности плотины и ее основания 107
6.11 Обоснование устойчивости плотины 108
6.12 Проектирование грунтовой плотины 108
7.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 109
7.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 110
7.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 110
7.1.3 Налоговые расходы 112
7.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 112
7.3 Оценка инвестиционного проекта. Коммерческая эффективность 114
7.3 Бюджетная эффективность 114
7.4 Анализ чувствительности 115
8 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 118
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 118
8.2 Пожарная безопасность 118
8.3 Охрана труда и техника безопасности 120
8.4 Охрана окружающей среды 122
8.4.1 Водоохранные мероприятия 122
8.4.1.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на состояние водных ресурсов 122
8.4.1.2 Водоохранная зона 123
8.4.1.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 124
8.4.2 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 125
8.4.3 Охрана от промышленных отходов 126
9 Выбор состава работающего генерирующего оборудования в условиях конкурентного рынка электроэнергии и мощности 127
9.1 Оптовый рынок электроэнергии и мощности 127
9.2 Основные отличия новой модели оптового рынка 128
9.3 Определение готовности генерирующего оборудования к выработке электроэнергии 128
9.4 Выполнение требований рынка к генерирующему оборудованию 129
9.5 Описание задачи ВСВГО 130
9.6 Порядок формирования уведомлений ВСВГО 130
9.5 Уведомлением о составе и параметрах генерирующего оборудования .... 131
9.6 Решение оптимизационной задачи расчета выбора состава генерирующего оборудования 132
9.7 Период расчета ВСВГО 132
Заключение 132
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 132
Приложение 1 Регулирование в маловодном голу 140
Приложение 2 Регулирование в средневодном году 141
Человек издревле использует энергию рек. Именно использование водных ресурсов на пользу человеку было фундаментом первых цивилизаций. Именно использование водных ресурсов дало человеку пищу, защиту и многое другое. Роль рек в развитии человечества сложно оценить. И сейчас, в 21 веке, реки играют огромную роль в жизни человека, служат не только источником воды, но и используются для преобразования энергии потока в электрическую энергию.
Россия обладает одним из самых мощных гидропотенциалов в мире. Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. 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 отражает достигнутый технике - экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
Целью моей бакалаврской работы 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 правильные проектные решения.
Россия обладает одним из самых мощных гидропотенциалов в мире. Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. 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 отражает достигнутый технике - экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
Целью моей бакалаврской работы 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 правильные проектные решения.
В бакалаврской работе на каждом этапе проектирования были выполнены соответствующие расчеты и приняты конструктивные решения для строительства Тас-Юряхской ГЭС.
Гидроузел располагается в Хабаровском крае. Район расположения относится к континентальной зоне с резко континентальным климатом.
В ходе водно-энергетических принято решение о расположении Тас-Юряхской ГЭС в пиковой части графика нагрузки, исходя из этого, определена установленная мощность гидроузла - 84 МВт.
Для данных напоров подходили две турбины ПЛ-30а и ПЛ-306. Однако в ходе расчётов от ПЛ-306 пришлось отказаться. Расчеты показали, что ПЛ-30а- 6300 наилучший вариант, по заглублению рабочего колеса, а также по расположению рабочего поля гидротурбины на главной универсальной характеристике.
На основании выбранной турбины, ее единичной мощности и, соответственно, числа агрегатов ГЭС, был сделан выбор генератора - СВ 650/ 150-72.
В выборе того или иного элемента гидроэлектростанции, конструктивного решения играет немало важных факторов, это и экономичность, и надежность, и экологичность.
Схема электрических присоединений была выбрана с учетом всех этих факторов.
После необходимых расчетов были приняты к установке:
Трансформаторы:
• Трансформатор силовой ТДН 40000/110-У1;
• Трансформаторы собственных нужд ТСЗ-1250/10/0,4;
Релейная защита относится к особо важным элементам гидроэлектростанции. Техническая политика РусГидро предполагает использование микропроцессорной релейной защиты, как нового, надежного, минимизированного элемента.
В разделе гидротехнические сооружения был сделан выбор основных элементов плотины гидроузла. Конструктивно правильно было принято гасить энергию падающей воды в водобойном колодце, а расчеты показывают, что яма размыва не снижает устойчивости плотины. Расчеты на опрокидывание, устойчивость на сдвиг и на надежность доказывают, что размеры плотины экономичны, надежны и обоснованны
Безопасность гидроузла обеспечена всеми необходимыми мероприятиями, пожарная безопасность, техника безопасности, а также охрана труда призвана уменьшить травмоопасность энергетики как отрасли народного хозяйства. Мероприятия по охране окружающей среды направлены на уменьшение вредного воздействия на экосистему района.
С учетом всего сказанного был проведен экономический расчет по строительству Слободской ГЭС.
Срок окупаемости составил 10 лет с начала осуществления проекта
Спец. вопрос был направлен на рассмотрение Выбора основного генерирующего оборудования в условиях конкурентного рынка. В ходе спец. вопроса была рассмотрена процедура подачи заявок на ВСВГО.
Гидроузел располагается в Хабаровском крае. Район расположения относится к континентальной зоне с резко континентальным климатом.
В ходе водно-энергетических принято решение о расположении Тас-Юряхской ГЭС в пиковой части графика нагрузки, исходя из этого, определена установленная мощность гидроузла - 84 МВт.
Для данных напоров подходили две турбины ПЛ-30а и ПЛ-306. Однако в ходе расчётов от ПЛ-306 пришлось отказаться. Расчеты показали, что ПЛ-30а- 6300 наилучший вариант, по заглублению рабочего колеса, а также по расположению рабочего поля гидротурбины на главной универсальной характеристике.
На основании выбранной турбины, ее единичной мощности и, соответственно, числа агрегатов ГЭС, был сделан выбор генератора - СВ 650/ 150-72.
В выборе того или иного элемента гидроэлектростанции, конструктивного решения играет немало важных факторов, это и экономичность, и надежность, и экологичность.
Схема электрических присоединений была выбрана с учетом всех этих факторов.
После необходимых расчетов были приняты к установке:
Трансформаторы:
• Трансформатор силовой ТДН 40000/110-У1;
• Трансформаторы собственных нужд ТСЗ-1250/10/0,4;
Релейная защита относится к особо важным элементам гидроэлектростанции. Техническая политика РусГидро предполагает использование микропроцессорной релейной защиты, как нового, надежного, минимизированного элемента.
В разделе гидротехнические сооружения был сделан выбор основных элементов плотины гидроузла. Конструктивно правильно было принято гасить энергию падающей воды в водобойном колодце, а расчеты показывают, что яма размыва не снижает устойчивости плотины. Расчеты на опрокидывание, устойчивость на сдвиг и на надежность доказывают, что размеры плотины экономичны, надежны и обоснованны
Безопасность гидроузла обеспечена всеми необходимыми мероприятиями, пожарная безопасность, техника безопасности, а также охрана труда призвана уменьшить травмоопасность энергетики как отрасли народного хозяйства. Мероприятия по охране окружающей среды направлены на уменьшение вредного воздействия на экосистему района.
С учетом всего сказанного был проведен экономический расчет по строительству Слободской ГЭС.
Срок окупаемости составил 10 лет с начала осуществления проекта
Спец. вопрос был направлен на рассмотрение Выбора основного генерирующего оборудования в условиях конкурентного рынка. В ходе спец. вопроса была рассмотрена процедура подачи заявок на ВСВГО.
