ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГОРНО-АЛТАЙСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАТУНЬ. ФИРМЫ ПРОИЗВОДИТЕЛИ СОВРЕМЕННЫХ МП УСТРОЙСТВ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ГОРНО-АЛТАЙСКОЙ ГЭС 6
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Сведения о регионе местонахождения ГЭС и исходные данные 9
1.1 Климат Республики Алтай 9
1.2 Гидрология реки 9
1.3 Топография месторасположения Горно-Алтайской ГЭС 12
1.4 Данные об энергосистеме 12
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года 14
2.1.1 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 15
2.1.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 16
2.2 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований водохозяйственной
системы 16
2.3 Баланс энергии 17
2.4 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в маловодном году ... 18
2.5 Определение рабочей мощности ГЭС 18
2.6 Баланс мощности 19
2.7 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в средневодном году 21
2.8 Выбор основного и дополнительного оборудования, режимное поле 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Выбор системы и количества гидроагрегатов 24
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 27
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 28
3.4 Расчет и построение металлической спиральной камеры 29
3.5 Расчет вала на прочность. Расчет подшипника 33
3.6 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 35
4 Электрическая часть 36
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 36
4.2 Выбор трансформаторов СН 36
4.3 Выбор повышающих трансформаторов 37
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 38
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 39
4.6 Технико-экономический расчет 40
4.7 Расчет токов короткого замыкания 41
4.7.1 Расчет параметров элементов схемы 41
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 43
4.8 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 44
4.9 .Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5 кВ 45
4.10 Выбор трансформаторов тока и напряжения 47
4.11 Выбор параметров ОРУ 47
4.11.1 Выбор выключателей и разъединителей 47
4.11.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 48
5. Релейная защита 49
5.1 Технические данные оборудования 49
5.2 Перечень защит основного оборудования 50
5.3 Расчет номинальных токов 51
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 52
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 52
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un (Uo)) 54
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 56
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 57
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 61
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 63
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 66
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 68
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 68
6 Компоновка и сооружение гидроузла 71
6.1 Определение класса сооружения Горно-Алтайской ГЭС 71
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 71
6.3 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины 73
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 73
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 75
6.3.3 Проверка отметки ФПУ на пропуск поверочного расхода 77
6.3.4 Расчет донного водосброса 78
6.3.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе (с учетом того, что
поверхностный и донный водосбросы находятся рядом) 79
6.3.6 Расчет водобойной стенки 81
6.3.7 Расчет второй водобойной стенки 82
6.4 Конструирование бетонной плотины 83
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 83
6.4.2 Разрезка плотины швами 85
6.4.3 Быки 86
6.4.4 Устои 86
6.4.5 Галереи в теле плотины 86
6.4.6 Дренаж тела бетонной плотины 86
6.5 Элементы подземного контура плотины и нижнего бьефа 87
6.6 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 89
6.6.1 Определение основных нагрузок на плотину 89
6.6.2 Вес сооружения 89
6.6.3 Сила гидростатического давления воды 90
6.6.4 Равнодействующая взвешивающего давления 91
6.6.5 Сила фильтрационного давления 91
6.6.6 Давление грунта 91
6.6.7 Волновое воздействие 93
6.7 Оценка прочности плотины 93
6.7.1 Определение напряжений 93
6.7.2 Критерии прочности плотины 95
6.7.3 Расчет устойчивости плотины 96
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 98
7.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 98
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 98
7.3 Налоговые расходы 101
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 102
7.5 Оценка инвестиционного проекта 103
7.5.1 Методология, исходные данные 103
7.5.2 Коммерческая эффективность 104
7.5.3 Бюджетная эффективность 104
7.6 Анализ чувствительности 105
8 Мероприятия по охране окружающей среды Горно-Алтайского гидроузла.
Охрана труда. Противопожарная безопасность 107
8.1 Общие сведения о районе строительства 107
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 108
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 109
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 111
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 112
8.6 Охрана труда 113
8.7 Пожарная безопасность 115
9 Фирмы производители современных МП устройств. Анализ, сравнение 117
9.1 Релематика 117
9.2 НПП ЭКРА 118
9.3 Siemens 118
9.4 ABB 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 122
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Сведения о регионе местонахождения ГЭС и исходные данные 9
1.1 Климат Республики Алтай 9
1.2 Гидрология реки 9
1.3 Топография месторасположения Горно-Алтайской ГЭС 12
1.4 Данные об энергосистеме 12
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года 14
2.1.1 Выбор расчетного средневодного года (Р=50%) 15
2.1.2 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%) 16
2.2 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований водохозяйственной
системы 16
2.3 Баланс энергии 17
2.4 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в маловодном году ... 18
2.5 Определение рабочей мощности ГЭС 18
2.6 Баланс мощности 19
2.7 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС в средневодном году 21
2.8 Выбор основного и дополнительного оборудования, режимное поле 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Выбор системы и количества гидроагрегатов 24
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 27
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 28
3.4 Расчет и построение металлической спиральной камеры 29
3.5 Расчет вала на прочность. Расчет подшипника 33
3.6 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 35
4 Электрическая часть 36
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 36
4.2 Выбор трансформаторов СН 36
4.3 Выбор повышающих трансформаторов 37
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 38
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 39
4.6 Технико-экономический расчет 40
4.7 Расчет токов короткого замыкания 41
4.7.1 Расчет параметров элементов схемы 41
4.7.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов
короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 43
4.8 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 44
4.9 .Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5 кВ 45
4.10 Выбор трансформаторов тока и напряжения 47
4.11 Выбор параметров ОРУ 47
4.11.1 Выбор выключателей и разъединителей 47
4.11.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 48
5. Релейная защита 49
5.1 Технические данные оборудования 49
5.2 Перечень защит основного оборудования 50
5.3 Расчет номинальных токов 51
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 52
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 52
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (Un (Uo)) 54
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 56
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 57
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 61
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 63
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 66
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 68
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 68
6 Компоновка и сооружение гидроузла 71
6.1 Определение класса сооружения Горно-Алтайской ГЭС 71
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 71
6.3 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины 73
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 73
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 75
6.3.3 Проверка отметки ФПУ на пропуск поверочного расхода 77
6.3.4 Расчет донного водосброса 78
6.3.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе (с учетом того, что
поверхностный и донный водосбросы находятся рядом) 79
6.3.6 Расчет водобойной стенки 81
6.3.7 Расчет второй водобойной стенки 82
6.4 Конструирование бетонной плотины 83
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 83
6.4.2 Разрезка плотины швами 85
6.4.3 Быки 86
6.4.4 Устои 86
6.4.5 Галереи в теле плотины 86
6.4.6 Дренаж тела бетонной плотины 86
6.5 Элементы подземного контура плотины и нижнего бьефа 87
6.6 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 89
6.6.1 Определение основных нагрузок на плотину 89
6.6.2 Вес сооружения 89
6.6.3 Сила гидростатического давления воды 90
6.6.4 Равнодействующая взвешивающего давления 91
6.6.5 Сила фильтрационного давления 91
6.6.6 Давление грунта 91
6.6.7 Волновое воздействие 93
6.7 Оценка прочности плотины 93
6.7.1 Определение напряжений 93
6.7.2 Критерии прочности плотины 95
6.7.3 Расчет устойчивости плотины 96
7 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 98
7.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 98
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 98
7.3 Налоговые расходы 101
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 102
7.5 Оценка инвестиционного проекта 103
7.5.1 Методология, исходные данные 103
7.5.2 Коммерческая эффективность 104
7.5.3 Бюджетная эффективность 104
7.6 Анализ чувствительности 105
8 Мероприятия по охране окружающей среды Горно-Алтайского гидроузла.
Охрана труда. Противопожарная безопасность 107
8.1 Общие сведения о районе строительства 107
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 108
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 109
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 111
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 112
8.6 Охрана труда 113
8.7 Пожарная безопасность 115
9 Фирмы производители современных МП устройств. Анализ, сравнение 117
9.1 Релематика 117
9.2 НПП ЭКРА 118
9.3 Siemens 118
9.4 ABB 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 122
Гидроэлектроэнергетика является наиболее перспективным направлением энергетики, так как энергия производится с издержками, меньшими чем у традиционных теплоэлектростанции или атомных электростанций. Также гидроэлектростанции являются более экологически чистыми, так как отсутствуют прямые выбросы в атмосферу. Ещё одним плюсом ГЭС является то, что для выработки электроэнергии используется вода, являющаяся возобновляемым ресурсом, в отличии от нефти, газа, угля.
Помимо производства электричества, гидроэлектроэнергетика выполняет ряд второстепенных функций, таких как регулирование стока реки, питьевое и промышленное водоснабжение, ирригация, развитие судоходства и рыборазведение.
Целью дипломной работы является проработка основных этапов проектирования Горно-Алтайского гидроузла и принятие оптимальных проектных решений с использованием теоретических знаний.
Помимо производства электричества, гидроэлектроэнергетика выполняет ряд второстепенных функций, таких как регулирование стока реки, питьевое и промышленное водоснабжение, ирригация, развитие судоходства и рыборазведение.
Целью дипломной работы является проработка основных этапов проектирования Горно-Алтайского гидроузла и принятие оптимальных проектных решений с использованием теоретических знаний.
В результате проделанной выпускной бакалаврской работы были рассчитаны и определены основные элементы Горно-Алтайской ГЭС на реке Катунь, которая является сооружением!! класса.
Первым этапом стало определение, на основе гидрологических данных, основного и поверчного расходов, с обеспеченностями 1% и 0,1% соответственно:
• Q10%0= 2065 м3/с
• Q0M= 2450 м3/с
На следующем этапе были проведены водно-энергетические расчеты, результатом которых стало определение установленной мощности Горно-Алтайской ГЭС, которая составила 316 МВт и средней многолетней выработки электроэнергии 1,84 млрд кВт-ч. Также были определены допустимые режимы работы данной ГЭС.
На третьем этапе было выбрано оптимальное количество и тип турбин.
Тип турбин выбирался из двух вариантов РО75 -В и ПЛД90-В. Более подходящими турбинами для Горно-Алтайской ГЭС стали 4 гидроагрегата с турбинами РО75-В-400.
Для выбранной турбины с частотой вращения 166,7 об/мин, по справочным данным был выбран гидрогенератор СВ-835/180-36, с номинальной активной мощностью 85 МВТ.
Далее для данной ГЭС была выбрана структурная схема с единичными блоками и схема распределительного устройства ОРУ на 7 присоединений с двумя рабочими и одной обходной системой шин.
В соответствии с ПУЭ был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики.
Компоновка Горно-Алтайского гидроузла принята приплотинной.
В состав сооружения входят:
• левобережная глухая бетонная плотина;
• водосливная бетонная плотина с поверхностным водосбросом;
• станционная часть плотины;
• правобережная глухая бетонная плотина;
Также на данном этапе расчетным путем были определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы 63,3 м;
• отметка подошвы водосливной плотины 310 м;
• отметка гребня водослива 383 м;
• число водосливных отверстий 4;
• ширина водосливных отверстий 12 м;
• отметка гребня плотины 394 м;
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины от действующих на нее нагрузок.
В соответствии с действующим законодательством были перечислены меры безопасности во время строительства и эксплуатации ГЭС.
В результате технико-экономических расчетов были определены:
• срок окупаемости проекта 15 лет
• себестоимость электроэнергии 0,32 руб./кВт-ч
• удельные капиталовложения 94936,91 руб./кВт
Из всего этого можно сделать вывод, что строительство Горно -Алтайской ГЭС в настоящее время является актуальным.
Первым этапом стало определение, на основе гидрологических данных, основного и поверчного расходов, с обеспеченностями 1% и 0,1% соответственно:
• Q10%0= 2065 м3/с
• Q0M= 2450 м3/с
На следующем этапе были проведены водно-энергетические расчеты, результатом которых стало определение установленной мощности Горно-Алтайской ГЭС, которая составила 316 МВт и средней многолетней выработки электроэнергии 1,84 млрд кВт-ч. Также были определены допустимые режимы работы данной ГЭС.
На третьем этапе было выбрано оптимальное количество и тип турбин.
Тип турбин выбирался из двух вариантов РО75 -В и ПЛД90-В. Более подходящими турбинами для Горно-Алтайской ГЭС стали 4 гидроагрегата с турбинами РО75-В-400.
Для выбранной турбины с частотой вращения 166,7 об/мин, по справочным данным был выбран гидрогенератор СВ-835/180-36, с номинальной активной мощностью 85 МВТ.
Далее для данной ГЭС была выбрана структурная схема с единичными блоками и схема распределительного устройства ОРУ на 7 присоединений с двумя рабочими и одной обходной системой шин.
В соответствии с ПУЭ был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики.
Компоновка Горно-Алтайского гидроузла принята приплотинной.
В состав сооружения входят:
• левобережная глухая бетонная плотина;
• водосливная бетонная плотина с поверхностным водосбросом;
• станционная часть плотины;
• правобережная глухая бетонная плотина;
Также на данном этапе расчетным путем были определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы 63,3 м;
• отметка подошвы водосливной плотины 310 м;
• отметка гребня водослива 383 м;
• число водосливных отверстий 4;
• ширина водосливных отверстий 12 м;
• отметка гребня плотины 394 м;
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины от действующих на нее нагрузок.
В соответствии с действующим законодательством были перечислены меры безопасности во время строительства и эксплуатации ГЭС.
В результате технико-экономических расчетов были определены:
• срок окупаемости проекта 15 лет
• себестоимость электроэнергии 0,32 руб./кВт-ч
• удельные капиталовложения 94936,91 руб./кВт
Из всего этого можно сделать вывод, что строительство Горно -Алтайской ГЭС в настоящее время является актуальным.