ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИЗЕЛЬДОНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ГИЗЕЛЬДОН. СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ В НАТУРНЫХ НАБЛЮДЕНИЯХ ЗА ГТС
|
Технический паспорт ГТС Гизельдонской ГЭС 7
Введение 9
1 Анализ исходных данных для проектируемой ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно - геологические условия 12
1.1.4 Топографические условия 12
1.1.5 Населенность района 13
1.1.6 Транспортная инфраструктура 13
1.1.7 Полезные ископаемые 13
1.2 Энерго - экономическая характеристика района 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Исходные данные 14
2.1.2 Определение максимальных расчетных расходов 14
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 16
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 17
2.1.5 Определение типа регулирования 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических расчетов 20
2.2.1 Определение рабочей мощности Гизельдонской ГЭС. Покрытие графиков нагрузки проектируемой гидроэлектростанцией 20
2.2.2 Покрытие годового графика среднемесячных нагрузок энергосистемы в условиях маловодного года 23
2.2.3 Расчет резервов и определение установленной мощности Гизельдонской ГЭС. Расчет баланса мощности 23
2.2.4 Определение среднемноголетней выработки Гизельдонской ГЭС 24
3 Основное и вспомогательное оборудование 25
3.1 Режимное поле проектируемой ГЭС 25
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 26
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для обеспечения её бескавитационной работы 30
3.4 Расчет и построение металлической спиральной камеры 32
3.5 Расчет деталей и узлов гидротурбины 36
3.6 Выбор типа серийного генератора 38
3.7 Выбор маслонапорной установки 39
3.8 Выбор электрогидравлического регулятора 39
4 Компоновка и сооружения гидроузла 40
4.1 Определение класса ГТС 40
4.2 Проектирование сооружений напорного фронта 40
4.2.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 40
4.2.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 43
4.3 Гидравлические расчеты 44
4.3.1 Определение ширины водосливного фронта 44
4.3.2 Определение отметки гребня водослива 45
4.3.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном случае 47
4.4 Построение оголовка профиля водосливной грани 48
4.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 50
4.6 Расчет водобойной стенки 51
4.7 Расчет донного отверстия 53
4.8 Конструирование бетонной плотины 54
4.8.1 Определение ширины подошвы плотины 54
4.8.2 Разрезка бетонной плотины швами 54
4.8.3 Быки 55
4.8.4 Галереи в теле плотины 55
4.9 Назначение размеров основных элементов плотины 55
4.9.1 Противофильтрационная завеса 55
4.9.2 Дренажные устройства в основании 56
4.10 Назначение размеров основных элементов плотины 57
4.10.1 Водобой 57
4.10.2 Рисберма 58
4.11 Фильтрационные расчеты подземного контура 59
4.11.1 Построение эпюры фильтрационного противодавления для плотины на скальном основании 59
4.12 Определение основных нагрузок на плотину 59
4.12.1 Вес сооружений и затворов 59
4.12.2 Сила гидростатического давления воды 60
4.12.3 Равнодействующая взвешивающего давления воды 61
4.12.4 Сила фильтрационного давления воды 62
4.12.5 Волновое давление 62
4.13 Оценка прочности плотины 63
4.14 Критерии прочности плотины 66
4.15 Обоснование устойчивости плотины 68
5 Организация и производство гидротехнических работ 70
5.1 Периоды строительства ГЭС 70
5.2 Этапы возведения сооружений 70
5.3 Компоновка 70
5.4 I этап - возведение сооружений для перекрытия русла 71
5.4.1 Состав работ I - го этапа 71
5.4.2 Исходные данные 71
5.4.3 Выбор максимального строительного расхода 71
5.4.4 Выбор сооружений для пропуска строительных расходов 72
5.4.5 Гидравлический расчет строительного канала 72
5.5 II этап - перекрытие русла 77
5.6 III этап - возведение сооружений в котловане первой очереди 78
5.6.1 Осушение котлована I очереди 78
5.6.2 Водопонижение котлована I очереди 79
5.6.3 Земельно - скальные работы 79
5.6.4 Выбор типа экскаватора 80
5.6.5 Расчёт производительности одноковшового экскаватора 81
5.6.6 Определение необходимого количества транспорта 82
5.6.7 Буровзрывные работы. Метод скважинных зарядов 83
5.6.8 Производительность бурового станка 85
5.6.9 Определение объема буровых работ 85
5.6.10 Бетонные работы. Определение объема бетонных работ и выбор бетонного завода 86
5.6.11 Транспортировка бетонной смеси 88
5.6.12 Подача бетонной смеси 89
5.6.13 Арматурные работы. Определение объема арматуры. Технология монтажа арматуры 91
5.6.14 Опалубочные работы. Определение площади опалубливаемой поверхности. Технология монтажа опалубки 94
5.6.15 Подготовка блоков к бетонированию. Укладка бетонной смеси в блоки бетонирования. Уплотнение бетонной смеси. Уход за бетоном 95
5.7 IV этап - возведение сооружений в котловане второй очереди, наращивание сооружений по всему фронту на всю высоту для наполнения водохранилища и поочередного пуска всех агрегатов 98
5.7.1 Гидравлический расчет пропуска строительных расходов II очереди через донные отверстия 99
5.8 Объем работ 101
6 Технико - экономические показатели 104
6.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 104
6.2 Текущие расходы по гидроузлу 104
6.3 Налоговые расходы 107
6.4 Общая сумма от реализации электроэнергии и мощности 108
6.5 Оценка инвестиционного проекта 110
6.5.1 Методология. Исходные данные 110
6.5.2 Коммерческая эффективность 111
6.5.3 Бюджетная эффективность 111
6.6 Анализ чувствительности 112
7 Архитектурно - строительные решения 115
7.1 Архитектурные решения 115
7.2 Благоустройство территории 116
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Гизельдонской ГЭС. Противопожарная безопасность. Охрана труда 119
8.1 Общие сведения о районе строительства 119
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 120
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 121
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 123
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период эксплуатации 124
8.6 Противопожарная безопасность 124
8.6.1 Первичные средства пожаротушения и правила их использования на Гизельдонской ГЭС 126
8.7 Охрана труда 128
8.7.1 Действие персонала Гизельдонской ГЭС при наличии угроз совершения террористических актов 131
9 Системы спутникового позиционирования в натурных наблюдениях за ГТС 133
9.1 Понятие, достоинство и сферы применения спутникового позиционирования 133
9.2 GPS и ГЛОНАСС. Преимущества и недостатки 133
9.3 Состав и принцип действия систем позиционирования 135
9.4 Преимущества и ограничения спутниковой технологии 137
9.5 Применение GPS в наблюдениях на гребне Красноярской ГЭС 138
9.6 Применение GNSS на Саяно - Шушенской ГЭС 140
9.7 Наблюдение за смещениями секций туннелей деривационных ГЭС.... 146
9.7.1 Данные о системе 146
9.7.2 Принцип работы 146
Заключение 149
Список использованных источников 151
Приложения А - Е 154 - 169
Введение 9
1 Анализ исходных данных для проектируемой ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно - геологические условия 12
1.1.4 Топографические условия 12
1.1.5 Населенность района 13
1.1.6 Транспортная инфраструктура 13
1.1.7 Полезные ископаемые 13
1.2 Энерго - экономическая характеристика района 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Исходные данные 14
2.1.2 Определение максимальных расчетных расходов 14
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 16
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 17
2.1.5 Определение типа регулирования 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водно-энергетических расчетов 20
2.2.1 Определение рабочей мощности Гизельдонской ГЭС. Покрытие графиков нагрузки проектируемой гидроэлектростанцией 20
2.2.2 Покрытие годового графика среднемесячных нагрузок энергосистемы в условиях маловодного года 23
2.2.3 Расчет резервов и определение установленной мощности Гизельдонской ГЭС. Расчет баланса мощности 23
2.2.4 Определение среднемноголетней выработки Гизельдонской ГЭС 24
3 Основное и вспомогательное оборудование 25
3.1 Режимное поле проектируемой ГЭС 25
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 26
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для обеспечения её бескавитационной работы 30
3.4 Расчет и построение металлической спиральной камеры 32
3.5 Расчет деталей и узлов гидротурбины 36
3.6 Выбор типа серийного генератора 38
3.7 Выбор маслонапорной установки 39
3.8 Выбор электрогидравлического регулятора 39
4 Компоновка и сооружения гидроузла 40
4.1 Определение класса ГТС 40
4.2 Проектирование сооружений напорного фронта 40
4.2.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 40
4.2.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 43
4.3 Гидравлические расчеты 44
4.3.1 Определение ширины водосливного фронта 44
4.3.2 Определение отметки гребня водослива 45
4.3.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном случае 47
4.4 Построение оголовка профиля водосливной грани 48
4.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 50
4.6 Расчет водобойной стенки 51
4.7 Расчет донного отверстия 53
4.8 Конструирование бетонной плотины 54
4.8.1 Определение ширины подошвы плотины 54
4.8.2 Разрезка бетонной плотины швами 54
4.8.3 Быки 55
4.8.4 Галереи в теле плотины 55
4.9 Назначение размеров основных элементов плотины 55
4.9.1 Противофильтрационная завеса 55
4.9.2 Дренажные устройства в основании 56
4.10 Назначение размеров основных элементов плотины 57
4.10.1 Водобой 57
4.10.2 Рисберма 58
4.11 Фильтрационные расчеты подземного контура 59
4.11.1 Построение эпюры фильтрационного противодавления для плотины на скальном основании 59
4.12 Определение основных нагрузок на плотину 59
4.12.1 Вес сооружений и затворов 59
4.12.2 Сила гидростатического давления воды 60
4.12.3 Равнодействующая взвешивающего давления воды 61
4.12.4 Сила фильтрационного давления воды 62
4.12.5 Волновое давление 62
4.13 Оценка прочности плотины 63
4.14 Критерии прочности плотины 66
4.15 Обоснование устойчивости плотины 68
5 Организация и производство гидротехнических работ 70
5.1 Периоды строительства ГЭС 70
5.2 Этапы возведения сооружений 70
5.3 Компоновка 70
5.4 I этап - возведение сооружений для перекрытия русла 71
5.4.1 Состав работ I - го этапа 71
5.4.2 Исходные данные 71
5.4.3 Выбор максимального строительного расхода 71
5.4.4 Выбор сооружений для пропуска строительных расходов 72
5.4.5 Гидравлический расчет строительного канала 72
5.5 II этап - перекрытие русла 77
5.6 III этап - возведение сооружений в котловане первой очереди 78
5.6.1 Осушение котлована I очереди 78
5.6.2 Водопонижение котлована I очереди 79
5.6.3 Земельно - скальные работы 79
5.6.4 Выбор типа экскаватора 80
5.6.5 Расчёт производительности одноковшового экскаватора 81
5.6.6 Определение необходимого количества транспорта 82
5.6.7 Буровзрывные работы. Метод скважинных зарядов 83
5.6.8 Производительность бурового станка 85
5.6.9 Определение объема буровых работ 85
5.6.10 Бетонные работы. Определение объема бетонных работ и выбор бетонного завода 86
5.6.11 Транспортировка бетонной смеси 88
5.6.12 Подача бетонной смеси 89
5.6.13 Арматурные работы. Определение объема арматуры. Технология монтажа арматуры 91
5.6.14 Опалубочные работы. Определение площади опалубливаемой поверхности. Технология монтажа опалубки 94
5.6.15 Подготовка блоков к бетонированию. Укладка бетонной смеси в блоки бетонирования. Уплотнение бетонной смеси. Уход за бетоном 95
5.7 IV этап - возведение сооружений в котловане второй очереди, наращивание сооружений по всему фронту на всю высоту для наполнения водохранилища и поочередного пуска всех агрегатов 98
5.7.1 Гидравлический расчет пропуска строительных расходов II очереди через донные отверстия 99
5.8 Объем работ 101
6 Технико - экономические показатели 104
6.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 104
6.2 Текущие расходы по гидроузлу 104
6.3 Налоговые расходы 107
6.4 Общая сумма от реализации электроэнергии и мощности 108
6.5 Оценка инвестиционного проекта 110
6.5.1 Методология. Исходные данные 110
6.5.2 Коммерческая эффективность 111
6.5.3 Бюджетная эффективность 111
6.6 Анализ чувствительности 112
7 Архитектурно - строительные решения 115
7.1 Архитектурные решения 115
7.2 Благоустройство территории 116
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Гизельдонской ГЭС. Противопожарная безопасность. Охрана труда 119
8.1 Общие сведения о районе строительства 119
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 120
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 121
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 123
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период эксплуатации 124
8.6 Противопожарная безопасность 124
8.6.1 Первичные средства пожаротушения и правила их использования на Гизельдонской ГЭС 126
8.7 Охрана труда 128
8.7.1 Действие персонала Гизельдонской ГЭС при наличии угроз совершения террористических актов 131
9 Системы спутникового позиционирования в натурных наблюдениях за ГТС 133
9.1 Понятие, достоинство и сферы применения спутникового позиционирования 133
9.2 GPS и ГЛОНАСС. Преимущества и недостатки 133
9.3 Состав и принцип действия систем позиционирования 135
9.4 Преимущества и ограничения спутниковой технологии 137
9.5 Применение GPS в наблюдениях на гребне Красноярской ГЭС 138
9.6 Применение GNSS на Саяно - Шушенской ГЭС 140
9.7 Наблюдение за смещениями секций туннелей деривационных ГЭС.... 146
9.7.1 Данные о системе 146
9.7.2 Принцип работы 146
Заключение 149
Список использованных источников 151
Приложения А - Е 154 - 169
Родиной самых первых гидротехнических сооружений (ГТС) можно назвать Древний Египет, где до наших дней сохранились остатки одного из самых ранних гидротехнических сооружений - плотины Сад Эль-Кафар, которая была построена приблизительно между 2950 и 2750 гг. до н. э. Еще в древних цивилизациях жизненно важным фактором было управление водными ресурсами. Бум гидротехнического строительства приходится на последние 30¬40 лет, когда было построено более 85 % всех существующих в мире плотин. Гидротехнические сооружения довольно надежны и долговечны - многие из них функционируют десятки и даже сотни лет.
Гидротехнические сооружения - плотины, здания гидроэлектростанций, водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, туннели, каналы, судоходные шлюзы, судоподъемники, а также другие сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и защиты от разрушительного действия водной стихии.
Гидротехнические сооружения нередко создают водохранилища. Эксплуатация водохранилищ вызывают также значительные изменения в природе и хозяйстве речных долин, на прилегающих к ним территориям, в долинах ниже плотин и в приустьевых участках морей и озер, в которые впадают зарегулированные водохранилищами реки. Однако следует отметить, что значительные или заметные изменения в окружающей среде вызывают преимущественно крупные и некоторые средние водохранилища. Влияние небольших и малых водохранилищ на природу и хозяйство территории, обычно невелико, а нередко и положительно.
Целью дипломного проекта является углубление, систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по специальности, развитие навыков решения конкретных научно - технических и инженерно - экономических задач. Немаловажной целью является безопасность и надежность проектируемого гидротехнического сооружения.
Гидротехнические сооружения - плотины, здания гидроэлектростанций, водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, туннели, каналы, судоходные шлюзы, судоподъемники, а также другие сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и защиты от разрушительного действия водной стихии.
Гидротехнические сооружения нередко создают водохранилища. Эксплуатация водохранилищ вызывают также значительные изменения в природе и хозяйстве речных долин, на прилегающих к ним территориям, в долинах ниже плотин и в приустьевых участках морей и озер, в которые впадают зарегулированные водохранилищами реки. Однако следует отметить, что значительные или заметные изменения в окружающей среде вызывают преимущественно крупные и некоторые средние водохранилища. Влияние небольших и малых водохранилищ на природу и хозяйство территории, обычно невелико, а нередко и положительно.
Целью дипломного проекта является углубление, систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по специальности, развитие навыков решения конкретных научно - технических и инженерно - экономических задач. Немаловажной целью является безопасность и надежность проектируемого гидротехнического сооружения.
По результатам выполнения бакалаврской работы, были определены и рассчитаны основные параметры и элементы Гизельдонской ГЭС на реке Гизельдон, являющейся сооружением II класса.
На этапе гидрологических расчетов были определены расходы основного и поверочного случаев:
■ Q о% = 55,40 м3/с - максимальный расход основного случая (P=1%);
■ Q01% = 67,90 м3/с - максимальных расход поверочного случая (P=0,1%);
На этапе «Водно - энергетические расчеты», основываясь на исходных данных по гидрологии и данных энергосистемы, была определена установленная мощность Гизельдонской ГЭС N^ = 23МВт, а так же определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки энергосистемы зимой и летом. Так же были определены уровень VYMO = 1164,66 м и -НПУ = 1176,00м. Среднемноголетняя выработка электроэнергии
проектируемой ГЭС составляет Э = 58 млн.кВт • ч.
На этапе «Выбор основного и вспомогательного оборудования» были выполнены расчеты для подбора оптимального числа и типа турбин. На этом этапе первым делом была построена область допустимых режимов работы (режимное поле), по которой определялись следующие напоры:
- Hmax= 73,80 м;
- Нрасч = 68,20 м;
- Hmin= 61,20м.
Далее, исходя из полученных напоров, было подобрано основное и вспомогательное оборудование:
- тип турбины ПЛД90 - В45° - 160;
- тип генератора ВГС - 325/89 - 14
- количество агрегатов 2;
- маслонапорная установка МНУ 1,6/1 - 40 - 2,5 - 2;
- электрогидравлический регулятор ЭГРК - 100 - 4.
На этапе «Компоновка и сооружения гидроузла» была выбраны следующие параметры:
- компоновка гидроузла (деривационная);
- компоновка и тип плотины (бетонная);
- тип берегового водоприемника;
- гребень бетонной плотины ГЫ I = 1178,40 м;
- гребень водослива ГВ = 1172,00м.
На этапе «Организация и производство гидротехнических работ» были определены и рассчитаны:
- этапы возведения сооружений (IV этапа) и соответствующе им работы;
- объемы земельное - скальных, бетонных, арматурных и опалубочных работ;
- механизмы и техника;
- интенсивности работ жди каждого этапа строительства.
Исходя из этапа «Технико - экономическая эффективность" можно сделать вывод, что проект экономически оправдан. Вывод сделан на основе расчетных показателей эффективности проекта:
- индекс прибыльности 1,11;
- удельные капиталовложения 78250 руб./кВт;
- себестоимость электроэнергии 0,31 руб./кВт-ч;
- срок окупаемости 97 месяцев.
На этапе «Архитектурно - строительные решения» был запроектирован внешний вид здания ГЭС (фасад), план первого и второго этажа административно - производственного здания, а также план и параметры фундамента.
На этапе «Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Гизельдонской ГЭС» была дана оценка влияния на природу в время строительства гидроузла, а также во время эксплуатации. Взяты на заметку животные и растительность, находящиеся в данном районе, и мероприятия по их защите и сохранению.
На этапе гидрологических расчетов были определены расходы основного и поверочного случаев:
■ Q о% = 55,40 м3/с - максимальный расход основного случая (P=1%);
■ Q01% = 67,90 м3/с - максимальных расход поверочного случая (P=0,1%);
На этапе «Водно - энергетические расчеты», основываясь на исходных данных по гидрологии и данных энергосистемы, была определена установленная мощность Гизельдонской ГЭС N^ = 23МВт, а так же определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки энергосистемы зимой и летом. Так же были определены уровень VYMO = 1164,66 м и -НПУ = 1176,00м. Среднемноголетняя выработка электроэнергии
проектируемой ГЭС составляет Э = 58 млн.кВт • ч.
На этапе «Выбор основного и вспомогательного оборудования» были выполнены расчеты для подбора оптимального числа и типа турбин. На этом этапе первым делом была построена область допустимых режимов работы (режимное поле), по которой определялись следующие напоры:
- Hmax= 73,80 м;
- Нрасч = 68,20 м;
- Hmin= 61,20м.
Далее, исходя из полученных напоров, было подобрано основное и вспомогательное оборудование:
- тип турбины ПЛД90 - В45° - 160;
- тип генератора ВГС - 325/89 - 14
- количество агрегатов 2;
- маслонапорная установка МНУ 1,6/1 - 40 - 2,5 - 2;
- электрогидравлический регулятор ЭГРК - 100 - 4.
На этапе «Компоновка и сооружения гидроузла» была выбраны следующие параметры:
- компоновка гидроузла (деривационная);
- компоновка и тип плотины (бетонная);
- тип берегового водоприемника;
- гребень бетонной плотины ГЫ I = 1178,40 м;
- гребень водослива ГВ = 1172,00м.
На этапе «Организация и производство гидротехнических работ» были определены и рассчитаны:
- этапы возведения сооружений (IV этапа) и соответствующе им работы;
- объемы земельное - скальных, бетонных, арматурных и опалубочных работ;
- механизмы и техника;
- интенсивности работ жди каждого этапа строительства.
Исходя из этапа «Технико - экономическая эффективность" можно сделать вывод, что проект экономически оправдан. Вывод сделан на основе расчетных показателей эффективности проекта:
- индекс прибыльности 1,11;
- удельные капиталовложения 78250 руб./кВт;
- себестоимость электроэнергии 0,31 руб./кВт-ч;
- срок окупаемости 97 месяцев.
На этапе «Архитектурно - строительные решения» был запроектирован внешний вид здания ГЭС (фасад), план первого и второго этажа административно - производственного здания, а также план и параметры фундамента.
На этапе «Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Гизельдонской ГЭС» была дана оценка влияния на природу в время строительства гидроузла, а также во время эксплуатации. Взяты на заметку животные и растительность, находящиеся в данном районе, и мероприятия по их защите и сохранению.
