ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЛДАНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ АЛДАН. КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ вводов. ОСОБЕННОСТИ ДЛЯ ВВОДОВ С RIP-ИЗОЛЯЦИИ.
|
Сокращённый паспорт Алданской ГЭС 7
Введение 9
1 Общие сведения 10
1.1 Общие сведения о районе строительства 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Топографические данные 12
1.4 Инженерно-геологические условия 12
1.5 Сейсмологические условия 12
2 Водно - энергетические расчёты 13
2.1 Выбор расчетных гидрографов при заданной обеспеченности стока .... 13
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 16
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 17
2.4 Расчет режима работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственного комплекса 19
2.5 Баланс энергии 20
2.6 Водно-энергетический расчет(ВЭР) режима работы ГЭС по условию
маловодного года 22
2.7 Определение рабочей мощности ГЭС 23
2.8 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 24
2.9 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС по условию
средневодного года 26
3 Основное и вспомогательное оборудование 29
3.1 Построение режимного поля 29
3.2 Выбор системы и типа гидротурбины 30
3.3 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 30
3.4 Гидромеханический расчет металлической спиральной камеры 34
3.5 Выбор типа серийного гидрогенератора 37
3.6 Выбор типа маслонапорной установки 38
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 38
3.8 Расчет вала на прочность 38
3.9 Расчет подшипника 39
4 Электрическая часть 41
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 41
4.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночными
блокоми 42
4.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с объединенным
блоком 43
4.4 Выбор ТСН 45
4.5 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 45
4.6 Выбор главной схемы ГЭС 46
4.7 Выбор схемы распределительного устройства 47
4.8 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 48
4.9 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 50
4.10 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 51
4.11 Выбор трансформаторов тока и напряжения 52
4.12 Выбор параметров КРУЭ 52
5 Релейная защита и автоматика 54
5.1 Перечень защит основного оборудования 54
5.2 Расчет номинальных токов 55
5.3 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 56
5.4 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 58
5.5 Защита от повышения напряжения 61
5.6 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 61
5.7 Защита от симметричных перегрузок (11) 64
5.8 Дистанционная защита генератора (z1 <), (z2 <) 66
5.9 Защита от перегрузки обмотки ротора 69
5.10 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 70
5.11 Таблица уставок и матрица отключений защит 71
6 Компоновка и сооружения гидроузла 73
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 73
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 73
6.3 Определение ширины водосливного фронта 75
6.4 Определение отметки гребня водослива 77
6.5 Проверка на пропуск поверочного расхода 79
6.6 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы .. 80
6.7 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 81
6.8 Построение оголовка профиля водосливной грани 82
6.9 Конструктивные элементы нижнего бьефа 83
6.9.1 Водобой 83
6.10 Конструирование бетонной плотины 84
6.10.1 Определение ширины подошвы плотины 84
6.10.2 Разрез плотины швами 84
6.10.3 Быки 84
6.10.4 Устои 85
6.10.5 Дренаж тела бетонной плотины 85
6.10.6 Элементы подземного контура плотины 85
6.10.7 Галереи в теле плотины 86
6.11 Определение основных нагрузок на плотину 87
6.11.1 Вес сооружения 87
6.11.2 Сила гидростатического давления воды 87
6.11.3 Волновое воздействие 88
6.11.4 Фильтрационные и равнодействующая взвешивающего давления 89
6.11.5 Давление грунта 90
6.11.6 Расчет прочности плотины 90
6.11.7 Критерии прочности плотины 92
6.11.8 Расчет устойчивости плотины 93
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации . 95
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 95
7.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 95
7.1.2 Налоговые расходы 97
7.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности ... 98
7.3 Оценка инвестиционного проекта 99
7.3.1 Коммерческая эффективность 99
7.3.2 Бюджетная эффективность 100
7.4 Анализ чувствительности 100
8 Охрана труда, техника безопасности, противопожарная безопасность,
мероприятия по охране окружающей среды 103
8.1 Охрана труда и техника безопасности 103
8.2 Безопасность гидротехнических сооружений 105
8.3 Пожарная безопасность 106
8.4 Мероприятия по охране окружающей среды 107
8.4.1 Общие сведения о районе строительства 107
8.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 109
8.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 110
8.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 112
8.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 113
9 Контроль изоляции высоковольтных вводов. Особенности для вводов с RIP-изоляции 115
9.1 Общие сведения 115
9.2 Конструкция вводов 115
9.2.1 Съемные вводы 115
9.2.2 Герметичные вводы 115
9.2.3 Вводы типа BRIT 115
9.2.4 Вводы типа GSA и GSB 117
9.3 Внешняя изоляция вводов 120
9.3.1 Фарфоровая изоляция 121
9.3.2 Полимерная изоляция 121
9.4 Внутренняя изоляция 122
9.4.1 OIP-изоляция (бумажно-масляная) 122
9.4.2 SF6-изоляция (элегазовая) 122
9.4.3 RIP-изоляция 122
9.5 Контроль изоляции высоковольтных вводов 124
9.5.1 Общие сведения 124
9.6 Виды устройств КИВ 124
9.6.1 КИВ-500 124
9.6.2 R1500 126
9.6.3 НКВВ 127
9.7 Особенности подключения, наладки в эксплуатации устройств КИВ-500
к вводам 500 кВ с RIP-изоляцией 127
Заключение 128
Список использованных источников 130
Приложение А Данные по гидрографу в створе Алданской ГЭС 132
Приложение Б Данные по основному и вспомогательному оборудованию . 134
Введение 9
1 Общие сведения 10
1.1 Общие сведения о районе строительства 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Топографические данные 12
1.4 Инженерно-геологические условия 12
1.5 Сейсмологические условия 12
2 Водно - энергетические расчёты 13
2.1 Выбор расчетных гидрографов при заданной обеспеченности стока .... 13
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 16
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 17
2.4 Расчет режима работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственного комплекса 19
2.5 Баланс энергии 20
2.6 Водно-энергетический расчет(ВЭР) режима работы ГЭС по условию
маловодного года 22
2.7 Определение рабочей мощности ГЭС 23
2.8 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей 24
2.9 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС по условию
средневодного года 26
3 Основное и вспомогательное оборудование 29
3.1 Построение режимного поля 29
3.2 Выбор системы и типа гидротурбины 30
3.3 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 30
3.4 Гидромеханический расчет металлической спиральной камеры 34
3.5 Выбор типа серийного гидрогенератора 37
3.6 Выбор типа маслонапорной установки 38
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 38
3.8 Расчет вала на прочность 38
3.9 Расчет подшипника 39
4 Электрическая часть 41
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 41
4.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночными
блокоми 42
4.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с объединенным
блоком 43
4.4 Выбор ТСН 45
4.5 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 45
4.6 Выбор главной схемы ГЭС 46
4.7 Выбор схемы распределительного устройства 47
4.8 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 48
4.9 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 50
4.10 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 51
4.11 Выбор трансформаторов тока и напряжения 52
4.12 Выбор параметров КРУЭ 52
5 Релейная защита и автоматика 54
5.1 Перечень защит основного оборудования 54
5.2 Расчет номинальных токов 55
5.3 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 56
5.4 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 58
5.5 Защита от повышения напряжения 61
5.6 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 61
5.7 Защита от симметричных перегрузок (11) 64
5.8 Дистанционная защита генератора (z1 <), (z2 <) 66
5.9 Защита от перегрузки обмотки ротора 69
5.10 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 70
5.11 Таблица уставок и матрица отключений защит 71
6 Компоновка и сооружения гидроузла 73
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 73
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 73
6.3 Определение ширины водосливного фронта 75
6.4 Определение отметки гребня водослива 77
6.5 Проверка на пропуск поверочного расхода 79
6.6 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные водосбросы .. 80
6.7 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 81
6.8 Построение оголовка профиля водосливной грани 82
6.9 Конструктивные элементы нижнего бьефа 83
6.9.1 Водобой 83
6.10 Конструирование бетонной плотины 84
6.10.1 Определение ширины подошвы плотины 84
6.10.2 Разрез плотины швами 84
6.10.3 Быки 84
6.10.4 Устои 85
6.10.5 Дренаж тела бетонной плотины 85
6.10.6 Элементы подземного контура плотины 85
6.10.7 Галереи в теле плотины 86
6.11 Определение основных нагрузок на плотину 87
6.11.1 Вес сооружения 87
6.11.2 Сила гидростатического давления воды 87
6.11.3 Волновое воздействие 88
6.11.4 Фильтрационные и равнодействующая взвешивающего давления 89
6.11.5 Давление грунта 90
6.11.6 Расчет прочности плотины 90
6.11.7 Критерии прочности плотины 92
6.11.8 Расчет устойчивости плотины 93
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации . 95
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 95
7.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 95
7.1.2 Налоговые расходы 97
7.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности ... 98
7.3 Оценка инвестиционного проекта 99
7.3.1 Коммерческая эффективность 99
7.3.2 Бюджетная эффективность 100
7.4 Анализ чувствительности 100
8 Охрана труда, техника безопасности, противопожарная безопасность,
мероприятия по охране окружающей среды 103
8.1 Охрана труда и техника безопасности 103
8.2 Безопасность гидротехнических сооружений 105
8.3 Пожарная безопасность 106
8.4 Мероприятия по охране окружающей среды 107
8.4.1 Общие сведения о районе строительства 107
8.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 109
8.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 110
8.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 112
8.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 113
9 Контроль изоляции высоковольтных вводов. Особенности для вводов с RIP-изоляции 115
9.1 Общие сведения 115
9.2 Конструкция вводов 115
9.2.1 Съемные вводы 115
9.2.2 Герметичные вводы 115
9.2.3 Вводы типа BRIT 115
9.2.4 Вводы типа GSA и GSB 117
9.3 Внешняя изоляция вводов 120
9.3.1 Фарфоровая изоляция 121
9.3.2 Полимерная изоляция 121
9.4 Внутренняя изоляция 122
9.4.1 OIP-изоляция (бумажно-масляная) 122
9.4.2 SF6-изоляция (элегазовая) 122
9.4.3 RIP-изоляция 122
9.5 Контроль изоляции высоковольтных вводов 124
9.5.1 Общие сведения 124
9.6 Виды устройств КИВ 124
9.6.1 КИВ-500 124
9.6.2 R1500 126
9.6.3 НКВВ 127
9.7 Особенности подключения, наладки в эксплуатации устройств КИВ-500
к вводам 500 кВ с RIP-изоляцией 127
Заключение 128
Список использованных источников 130
Приложение А Данные по гидрографу в створе Алданской ГЭС 132
Приложение Б Данные по основному и вспомогательному оборудованию . 134
В настоящее время, Гидроэнергетика является одним из наиболее эффективных направлений электроэнергетики. Гидроресурсы - возобновляемый и наиболее экологичный источник энергии, его использование позволяет снижать выбросы в атмосферу тепловых электростанций и сохранять запасы углеводородного топлива для будущих поколений. Помимо своего основного назначения - производства электроэнергии - гидроэнергетика решает также ряд важнейших для общества и государства задач. Прямая выгода от них включает создание систем питьевого и промышленного водоснабжения, развитие судоходства, 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.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач.
Строительство Алданской ГЭС позволит решить такие задачи как устранить дефицит электроэнергии в Южно-Якутском энергорайоне, а также энергетическую базу для добычи и переработки полезных ископаемых. Также есть возможность экспорта электроэнергии за границу. Основным направлением экспортных поставок электроэнергии является Китай.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач.
Строительство Алданской ГЭС позволит решить такие задачи как устранить дефицит электроэнергии в Южно-Якутском энергорайоне, а также энергетическую базу для добычи и переработки полезных ископаемых. Также есть возможность экспорта электроэнергии за границу. Основным направлением экспортных поставок электроэнергии является Китай.
В Данном проекте были определены и построены основные элементы Алданской ГЭС.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная и гарантированная мощность Алданской ГЭС, определена зона работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ууст 542 МВт. В результате расчетов и регулирования стока была определена отметка УМО, составившая 569 м при отметке НПУ - 582 м. Полезный объем водохранилища составляет 3,55 км3. Среднемноголетняя выработка электроэнергии Алданской ГЭС равна 3,04 млрд.кВтч.
На этапе выбора основного гидросилового оборудования было рассмотрено несколько вариантов турбин. Наиболее подходящей к установке оказалась турбина РО115-В-500, работающая при напорах: максимальный - 101 м, минимальный -77 м, расчетный - 85 м. Число устанавливаемых агрегатов равно 3.
Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран гидрогенератор ВГДС-1025/245-40 зонтичного исполнения с номинальной активной мощностью 200 МВт и полной мощностью 235 МВА.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства 330 кВ - полуторная или «три выключателя на 2 присоединения». По справочным данным и каталогам было выбрано высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 250000/330; трансформаторы собственных нужд ТДНС-10000/15,75 - У1; генераторный выключатель - ВГГ-20-90/10000 У3. В качестве распределительного устройства выбрано КРУЭ-330 кВ. Вся генерируемая мощность на станции передается по трем отходящим линиям электропередач 330 кВ.
Все оборудование было выбрано исключительно отечественного производителя, так как оно отличается высоким качеством, гарантией обслуживания и умеренной ценой.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с правилами устройства электроустановок.
Компановка гидроузла была принята приплотинной. Напорный фронт представлен: глухими правобережной и левобережной бетонной плотинами, водосливной плотиной, станционной частью. Для пропуска паводков запроектировано 3 поверхностных водосброса и 2 донных водосброса.
Водосливная бетонная плотина была просчитана на прочность и устойчивость. На ней отсутствуют растягивающие напряжения, а сжимающие напряжения не превосходят предельно допустимые. Плотина полностью устойчива на сдвиг по основанию, что говорит о надежности плотины.
Исходя из технико-экономических расчетов, можно утверждать, что проект экономически эффективен. Срок окупаемости составляет 11,7 лет.
В рамках спецвопроса были подробно рассмотрены высоковольтные ввода, внешняя и внутренняя изоляция, было приведено сравнение изоляции. Также было рассмотрены различные устройства контроля изоляционных вводов, принцип их работы и их проблемы.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная и гарантированная мощность Алданской ГЭС, определена зона работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ууст 542 МВт. В результате расчетов и регулирования стока была определена отметка УМО, составившая 569 м при отметке НПУ - 582 м. Полезный объем водохранилища составляет 3,55 км3. Среднемноголетняя выработка электроэнергии Алданской ГЭС равна 3,04 млрд.кВтч.
На этапе выбора основного гидросилового оборудования было рассмотрено несколько вариантов турбин. Наиболее подходящей к установке оказалась турбина РО115-В-500, работающая при напорах: максимальный - 101 м, минимальный -77 м, расчетный - 85 м. Число устанавливаемых агрегатов равно 3.
Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран гидрогенератор ВГДС-1025/245-40 зонтичного исполнения с номинальной активной мощностью 200 МВт и полной мощностью 235 МВА.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства 330 кВ - полуторная или «три выключателя на 2 присоединения». По справочным данным и каталогам было выбрано высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 250000/330; трансформаторы собственных нужд ТДНС-10000/15,75 - У1; генераторный выключатель - ВГГ-20-90/10000 У3. В качестве распределительного устройства выбрано КРУЭ-330 кВ. Вся генерируемая мощность на станции передается по трем отходящим линиям электропередач 330 кВ.
Все оборудование было выбрано исключительно отечественного производителя, так как оно отличается высоким качеством, гарантией обслуживания и умеренной ценой.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с правилами устройства электроустановок.
Компановка гидроузла была принята приплотинной. Напорный фронт представлен: глухими правобережной и левобережной бетонной плотинами, водосливной плотиной, станционной частью. Для пропуска паводков запроектировано 3 поверхностных водосброса и 2 донных водосброса.
Водосливная бетонная плотина была просчитана на прочность и устойчивость. На ней отсутствуют растягивающие напряжения, а сжимающие напряжения не превосходят предельно допустимые. Плотина полностью устойчива на сдвиг по основанию, что говорит о надежности плотины.
Исходя из технико-экономических расчетов, можно утверждать, что проект экономически эффективен. Срок окупаемости составляет 11,7 лет.
В рамках спецвопроса были подробно рассмотрены высоковольтные ввода, внешняя и внутренняя изоляция, было приведено сравнение изоляции. Также было рассмотрены различные устройства контроля изоляционных вводов, принцип их работы и их проблемы.
