СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ ОЛЁКМИНСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Данные по энергосистеме 12
1.1.4 Инженерно-геологические условия 13
1.1.5 Сейсмические условия 13
2. Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года при заданной обеспеченности стока 14
2.2 Определение типа регулирования 16
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 19
2.5 Режимы работы ГЭС 20
2.5.1 Расчет режима работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственного комплекса 20
2.5.2 Водноэнергетический расчёт режима работы ГЭС в маловодном и средневодном годах 23
2.6 Определение установленной мощности проектируемой станции 24
2.6.1 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими гидроэлектростанциями. Определение рабочей мощности ГЭС 24
2.6.2 Баланс мощности и расчет установленной мощности 26
3 Основное и вспомогательное оборудование 29
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 29
3.1.1 Построение режимного поля 29
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 31
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 35
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 35
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части 38
3.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 38
4 Электрическая часть ГЭС 40
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 40
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 40
4.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 40
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов для схемы с одиночным блоком .. 41
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным блоком 42
4.3 Выбор трансформатора собственных нужд 44
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 44
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике -экономического расчёта 45
4.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 46
4.6.1 Расчёт исходных данных 46
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 48
4.6.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 49
4.7 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 13.8 кВ 49
4.8 Выбор трансформаторов тока и напряжения 50
4.9 Выбор параметров КРУЭ 51
5 Релейная защита и автоматика 53
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 53
5.2 Расчет номинальных токов 54
5.3 Перечень защит блока генератор-трансформатор 54
5.4 Описание защит и расчет их уставок 56
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора 56
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 58
5.4.3 Защита от повышения напряжения 61
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 61
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок(Л) 65
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 67
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 70
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 71
6 Компоновка и сооружения гидроузла 72
6.1 Проектирование водосливной плотины 72
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 72
6.3 Определение ширины водосливного фронта 74
6.4 Определение отметки гребня водослива 75
6.5 Пропуск расходов через донные отверстия и аварийного водосброса 77
6.6. Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 78
6.7 Расчёт водобойной стенки 79
6.8 Проверка на пропуск поверочного расхода 81
6.9 Конструирование бетонной плотины 83
6.9.1 Определение ширины подошвы плотины 83
6.9.2 Разрезка плотины швами 83
6.9.3 Быки 84
6.9.4 Устои 84
6.9.5 Дренаж тела бетонных плотин 84
6.9.6 Галереи в теле плотины 84
6.9.8 Построение профиля водослива по координатам Кригера - Офицерова 86
6.10 Конструктивные элементы нижнего бъефа 87
6.10.1 Водобой 87
6.10.2 Рисберма 88
6.11 Определение основных нагрузок на плотину 88
6.11.1 Вес сооружения 88
6.11.2 Сила гидростатического давления воды 89
6.11.3 Равнодействующая взвешивающего давления 90
6.11.4 Сила фильтрационного давления 90
6.11.5 Давление грунта 91
6.11.6 Волновое давление 91
6.11.7 Расчёт прочности плотины 92
6.11.8 Критерии прочности плотины 94
6.11.9 Расчёт устойчивости плотины 95
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 97
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 97
7.2 Пожарная безопасность 97
7.3 Охрана труда и техника безопасности 99
7.4 Основные мероприятия по охране окружающей среды 101
7.5 Воздействия на природную среду в строительный период 102
8. Технико-экономические показатели 104
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 104
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 105
8.3 Налоговые расходы 108
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 108
8.5 Оценка инвестиционного проекта 110
8.6 Методология, исходные данные 110
8.7 Коммерческая эффективность 111
8.8 Бюджетная эффективность 111
8.9 Анализ чувствительности 112
9 Кибербезопасность и помехозащищенность 114
9.1 Структура цифровой подстанции и вопрос кибербезопасности 114
9.2 Метод защиты кибернетических компонентов ЦПС 116
9.3 Методы активной защиты физических компонентов ЦПС 117
9.3.1 Использование трёх комплектов с мажорированием выходных сигналов по принципу “два из трёх” 118
9.3.2 Резервирование терминалов МПРЗ электромеханическими реле .... 119
9.3.3 Защита МПРЗ с использованием электромеханического пускового органа на герконах 120
9.3.4 Методы защиты физических компонентов ЦПС от помех 121
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 124
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 126
ПРИЛОЖЕНИЕ А 128
Анализ исходных данных 128
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 130
Водноэнергетические расчеты 130
ПРИЛОЖЕНИЕ В 137
Основное и вспомогательное оборудование 137
Энергия воды является одним из старейших источников электроэнергии на планете. На территории Российской федерации расположено около 9% мировых запасов гидроэнергии. Экономический потенциал гидроэнергоресурсов России составляет 850 млрд кВт.ч, из которых 120 млрд кВт.ч приходится на Европейскую часть страны и 730 млрд кВт.ч на Сибирь и Дальний Восток.
ГЭС — мобильные энергетические установки, выгодно отличающиеся от парогазовых установок в области регулирования частоты, покрытия растущих пиковых нагрузок, маневрирования мощностью в период ночного снижения нагрузок и в роли аварийного резерва системы. Это особенно важно для энергосистем европейской части России, где электропотребление в течение суток характеризуется большой неравномерностью.
Следует отметить, что гидроэлектростанции могут устанавливаться практически на любых водотоках. Весомым минусом ГТС является их разрушение, которое несет в себе разрушительную стихию, приводящую к огромным материальным убыткам, но что наиболее важно к большим человеческим жертвам. Поэтому необходим серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для безопасного использования гидроресурсов.
Целью проекта является проектирование Олёкминской ГЭС на реке Олёкма её сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технике-экономическое обоснование эффективности проекта.
В соответствии со специальным вопросом дипломного проекта были предложены способы защиты подстанции от киберугроз и внешних помех.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Олёкминской ГЭС высотой 53 м на реке Олёкма, являющимся сооружением II класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью 1,0% и поверочного 0,1% обеспеченности случаев: Qi,o%=1962 м3/с, Qo,i%=2425,89 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Олёкминской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ууст=324 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 190,76 м. Полезный объем при данных отметках НПУ 208 м и УМО составляет 5,29 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 940 млн.кВт-ч.
На третьем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
- максимальный -Hmax=48,54 м;
- расчетный -НраСч=37,80 м;
- минимальный -Hmin=28,20 м.
По результатам расчетов выбора турбин был определен оптимальный вариант с шестью гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5,6 м (ПЛ50-В- 560).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 136,4 об/мин был спроектирован гидрогенератор СВ - 972/150 - 44УХЛ4.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220кВ - "две системы сборных шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ-125000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗП - 4000/13,8/6.
В качестве генераторного выключателя, принят генераторный комплекс на основе элегаза, ВГГ - 15 (Электроаппарат), с трансформатором тока ТШЛ-20-I и трансформатором напряжения ЗНОЛ-06-15.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной. Водосливная плотина принята бетонной. В состав сооружений входят:
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля;
• здание ГЭС приплотинного типа;
• право и левобережная бетонные плотины.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы - 38 м;
• отметка подошвы водосливной плотины - 155 м;
• число водосливных отверстий -2;
• ширина водосливных отверстий в свету - 12 м;
• отметка гребня - 211,6 м;
• ширина гребня - 17 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяются две водобойные стенки.
Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быкам, разрезается каждый бык, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов. На каждом водосливном отверстии устраиваем швы надрезы до фундаментной плиты.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,30 для (нормативное значение для сооружений II класса - 1,2). Таким образом, плотина Олёкминской ГЭС 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:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,043 руб/кВт-ч.
- срок окупаемости - 11 лет и 3 месяца
Таким образом, строительство Олёкминской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
1. СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмичных районах. Актуализированная редакция СНиП II-7-81*. - Введ. 20.05.2011. - Москва : ОАО ЦПП, 2012. - 80 с.
2. Файбисович, Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей : учебное пособие для вузов / Д. Л. Файбисович. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Москва : Издательство НЦ ЭНАС, 2012. - 314 с.
3. Затеева, Е. Ю. Выбор параметров ГЭС : учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию гидротехнических объектов / А. Ю. Александровский, Е. Ю. Затеева, Б. И. Силаев. - Саяногорск : СШФ КГТУ, 2008. - 114 с.
4. Щавелев, Д. С. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций : справочное пособие : в 2 т. / Под ред. Ю. С. Васильева,
5. ГОСТ 8339-84 Установки маслонапорные для гидравлических турбин. Технические условия. - Введ. 01.07.1985 - Москва :Стандартинформ, 2008. - 8 с.
6. СТО РусГидро 01.01.78-2012 ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ.
НОРМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ. - Введ 30.07.2012. - Москва : ОАО «РУСГИДРО», 2012. - 102 с.
7. СП 38.13330.2012 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). Актуализированная редакция СНиП 2.06.04-82*. - Введ. 01.01.2013 - Москва : ОАО ЦПП, 2011. - 112 с.
8. ГОСТ 8339-84 Установки маслонапорные для гидравлических турбин. Технические условия. - Введ. 01.07.1985 - Москва :Стандартинформ, 2008. - 8 с.
9. ГОСТ 2.755-87Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в электрических схемах. Устройства коммутационные и контактные соединения. - Введ. 01.01.1988. - Москва :ИПК Издательство стандартов, 1998. - 7 с.
10. ГОСТ 2.722-68* Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в электрических схемах. Машины электрические. - Введ. 01.01.1971. - Москва :Стандартинформ, 2008. - 15 с.
11. ГОСТ 2.747-68 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в электрических схемах. Размеры условных графических обозначений. - Введ. 01.01.1971. - Москва :Стандартинформ, 2008. - 6 с.
12. ГОСТ 2.728-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в электрических схемах. Резисторы, конденсаторы. - Введ. 01.07.1975. - Москва :Стандартинформ, 2010. - 12 с.
13. Каталог «Трансформаторы стационарные силовые масляные трехфазные двухобмоточные общего назначения класса напряжения 220кВ»[Электронный ресурс] // ООО «Тольяттинский трансформатор». - Режим доступа: http://www.transformator.com
14. Каталог «Сухие трансформаторы с литой изоляцией» [Электронный ресурс] // Компания «ЭТК Русский Трансформатор». - Режим доступа: http://www.rus-trans.com.
15. Файбисович, Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей : учебное пособие для вузов / Д. Л. Файбисович. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - Москва : Издательство НЦ ЭНАС, 2012. - 314 с....(26)