ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАДЫНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАТУНЬ. СХЕМЫ МАСЛОХОЗЯЙСТВА ГЭС. ПРИМЕНЕНИЕ ИМПОРТНЫХ МАСЕЛ
|
Сокращённый паспорт Кадынской ГЭС 6
Введение 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климатические условия 10
1.1.2 Г идрологические условия 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.1.4 Сейсмические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 12
2 Водноэнергетические расчеты 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Исходные данные 13
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 13
Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.3 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.1.4 Определение типа регулирования 17
2.2.1 Расчёт режима работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственного комплекса 18
2.2.2 Баланс энергии 19
2.2.3 Водно - Энергетические расчёты режима работы Кадынской ГЭС в
маловодном году 19
2.2.4 Расчёт установленной мощности проектируемой ГЭС 20
2.2.5 Баланс мощности 20
2.2.6 Водно - энергетические расчёты режима работы Кадынской ГЭС в
средневодном году, определение среднемноголетней выработки 21
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 23
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 23
3.1.1 Построение режимного поля Кадынской ГЭС по напору и расходу23
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 25
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 28
3.4 Выбор типа гидрогенератора 29
3.5 Гидромеханический расчет и построение плана спиральной камеры 30
3.6 Расчет вала на прочность 33
3.7 Расчет подшипника 34
3.8 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического
регулятора 34
3.9 Выбор конструктивной схемы компоновки гидротурбины 35
4 Электрическая часть ГЭС 36
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 36
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 36
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 36
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 37
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 38
4.2.4 Выбор трансформаторов СН 39
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 40
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчёта 41
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 42
4.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 43
4.6.1 Расчёт исходных данных 43
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в
программном комплексе «RastrWin» 44
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 46
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5 кВ 46
4.9 Выбор трансформаторов тока и напряжения 48
4.10 Выбор параметров ОРУ 48
4.10.1 Выбор выключателей и разъединителей 48
4.10.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 49
5 Релейная защита и автоматика 50
5.1 Технические данные оборудования 50
5.2 Расчет номинальных токов 51
5.3 Перечень защит основного оборудования 52
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 53
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 53
5.4.2 Поперечная дифференциальная защита 55
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(Un (Uo)) 55
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 57
5.4.5. Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 58
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок (I1) 61
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 62
5.4.8 Дистанционная защита генератора z i < , Z2 < 64
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 67
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 68
6 Компоновка и сооружения гидроузла 69
6.1 Проектирование водосливной плотины 69
6.1.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 70
6.2 Г и драв лические расчеты 72
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 72
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 73
6.2.3 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 74
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 75
6.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 78
6.2.6 Расчет водобойной стенки 78
6.2.7 Расчет сопряжения потока после водобойной стенки 79
6.2.8 Расчет водобойного колодца 79
6.2.9 Расчет водобоя 81
6.3 Конструирование плотины 82
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 82
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 82
6.3.3 Быки 83
6.3.4 Галереи в теле бетонной плотины 83
6.3.5 Элементы подземного контура плотины 83
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 84
6.4.1 Вес сооружения 84
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 85
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 85
6.4.4 Сила фильтрационного давления 86
6.4.5 Давление грунта 87
6.4.6 Волновое давление 88
6.5 Расчёт прочности плотины 88
6.5.1 Определение напряжений 88
6.5.2 Критерии прочности плотины 91
6.5.3 Критерии устойчивости плотины 91
6.5.4 Расчёт глубинных водовыпусков 92
7 Охрана труда. Пожарная Безопасность. Охрана окружающей среды 93
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 93
7.2 Пожарная безопасность 93
7.3 Охрана труда 94
8 Охрана природы 96
8.1 Общие сведения о районе строительства 96
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 98
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 99
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 101
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 102
9 Технико-экономические показатели 103
9.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 103
9.2 Текущие расходы по гидроузлу 103
9.3 Налоговые расходы 106
9.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .. 107
9.5 Оценка инвестиционного проекта 108
9.6 Коммерческая эффективность 109
9.7 Бюджетная эффективность 110
9.8 Анализ чувствительности 110
10 Схемы маслохозяйства ГЭС. Применение импортных масел 113
10.1 Общие сведенья о MX и типах масла 113
10.2 Турбинные масла 114
10.3 Трансформаторные масла 114
10.4 Схемы маслохозяйства ГЭС 116
10.5 Применение импортных масел 117
Заключение 118
Список использованных источников 120
Приложение А. Анализ исходных данных 122
Приложение Б. Водноэнергетические риасчёты 124
Приложение В. Основное и вспомогательное оборудование 133
Приложение Г. Таблица уставок и матрица отключений защит 134
Введение 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климатические условия 10
1.1.2 Г идрологические условия 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.1.4 Сейсмические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 12
2 Водноэнергетические расчеты 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Исходные данные 13
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 13
Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.3 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.1.4 Определение типа регулирования 17
2.2.1 Расчёт режима работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственного комплекса 18
2.2.2 Баланс энергии 19
2.2.3 Водно - Энергетические расчёты режима работы Кадынской ГЭС в
маловодном году 19
2.2.4 Расчёт установленной мощности проектируемой ГЭС 20
2.2.5 Баланс мощности 20
2.2.6 Водно - энергетические расчёты режима работы Кадынской ГЭС в
средневодном году, определение среднемноголетней выработки 21
3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС 23
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 23
3.1.1 Построение режимного поля Кадынской ГЭС по напору и расходу23
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 25
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 28
3.4 Выбор типа гидрогенератора 29
3.5 Гидромеханический расчет и построение плана спиральной камеры 30
3.6 Расчет вала на прочность 33
3.7 Расчет подшипника 34
3.8 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического
регулятора 34
3.9 Выбор конструктивной схемы компоновки гидротурбины 35
4 Электрическая часть ГЭС 36
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 36
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 36
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 36
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным
блоком 37
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным
блоком 38
4.2.4 Выбор трансформаторов СН 39
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 40
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании технике-экономического
расчёта 41
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 42
4.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 43
4.6.1 Расчёт исходных данных 43
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчет токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в
программном комплексе «RastrWin» 44
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 46
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении
10,5 кВ 46
4.9 Выбор трансформаторов тока и напряжения 48
4.10 Выбор параметров ОРУ 48
4.10.1 Выбор выключателей и разъединителей 48
4.10.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 49
5 Релейная защита и автоматика 50
5.1 Технические данные оборудования 50
5.2 Расчет номинальных токов 51
5.3 Перечень защит основного оборудования 52
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 53
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 53
5.4.2 Поперечная дифференциальная защита 55
5.4.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(Un (Uo)) 55
5.4.4 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 57
5.4.5. Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 58
5.4.6 Защита от симметричных перегрузок (I1) 61
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 62
5.4.8 Дистанционная защита генератора z i < , Z2 < 64
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 67
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 68
6 Компоновка и сооружения гидроузла 69
6.1 Проектирование водосливной плотины 69
6.1.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 70
6.2 Г и драв лические расчеты 72
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 72
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 73
6.2.3 Проверка пропуска расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 74
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 75
6.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 78
6.2.6 Расчет водобойной стенки 78
6.2.7 Расчет сопряжения потока после водобойной стенки 79
6.2.8 Расчет водобойного колодца 79
6.2.9 Расчет водобоя 81
6.3 Конструирование плотины 82
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 82
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 82
6.3.3 Быки 83
6.3.4 Галереи в теле бетонной плотины 83
6.3.5 Элементы подземного контура плотины 83
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 84
6.4.1 Вес сооружения 84
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 85
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 85
6.4.4 Сила фильтрационного давления 86
6.4.5 Давление грунта 87
6.4.6 Волновое давление 88
6.5 Расчёт прочности плотины 88
6.5.1 Определение напряжений 88
6.5.2 Критерии прочности плотины 91
6.5.3 Критерии устойчивости плотины 91
6.5.4 Расчёт глубинных водовыпусков 92
7 Охрана труда. Пожарная Безопасность. Охрана окружающей среды 93
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 93
7.2 Пожарная безопасность 93
7.3 Охрана труда 94
8 Охрана природы 96
8.1 Общие сведения о районе строительства 96
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 98
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 99
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 101
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 102
9 Технико-экономические показатели 103
9.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 103
9.2 Текущие расходы по гидроузлу 103
9.3 Налоговые расходы 106
9.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .. 107
9.5 Оценка инвестиционного проекта 108
9.6 Коммерческая эффективность 109
9.7 Бюджетная эффективность 110
9.8 Анализ чувствительности 110
10 Схемы маслохозяйства ГЭС. Применение импортных масел 113
10.1 Общие сведенья о MX и типах масла 113
10.2 Турбинные масла 114
10.3 Трансформаторные масла 114
10.4 Схемы маслохозяйства ГЭС 116
10.5 Применение импортных масел 117
Заключение 118
Список использованных источников 120
Приложение А. Анализ исходных данных 122
Приложение Б. Водноэнергетические риасчёты 124
Приложение В. Основное и вспомогательное оборудование 133
Приложение Г. Таблица уставок и матрица отключений защит 134
Россия обладает одним из самых мощных гидропотенциалом в мире. Энергию рек используют Китай, РФ, Бразилия, Канада, Индия, США. Гидроресурсы России оцениваются сегодня без малого в 900 млрд. кВт-ч, однако, по степени освоения экономически эффективных гидроресурсов Россия на сегодняшний день значительно уступает экономически развитым странам, этот показатель в нашей стране немногим превышает 20 %, в то время как в США и Канаде составляет 50-55%, а в ряде стран Западной Европы и Японии - от 60% до 90 %. Гидропотенциал России используется на 50 % в европейской части, на 20% в Сибири и всего лишь на 3 % - на Дальнем Востоке.
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, найти оптимальные проектные решения.
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, найти оптимальные проектные решения.
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Кадынского гидроузла на реке Катунь, являющимся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного 0,01 % равных 2832 и 2478 м соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 201 МВт и среднемноголетняя выработка 691 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 — 29,1 м;
расчетный — 19,4 м;
минимальный — 15,3 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 773 м.
При выборе турбин рассматривалось несколько вариантов: ПЛ30а-В; ПЛ306-В.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами ПЛ30а-В.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 88,2 об/мин был подобран серийный СВ-1030/120-68 с номинальной активной мощностью 50,25 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (4блока, 2 отходящих воздушных линий) РУ 220 кВ .
По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы — ТДЦ-80000/220- УЛ, трансформаторы общестанционных собственных нужд Т3С-2500/10/6, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловая.
В состав сооружений входят:
— водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля
— здание ГЭС руслового типа;
— право и левобережная насыпные плотины.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и
— ширина подошвы водосливной плотины — 22,4 м;
— отметка подошвы водосливной плотины —448,00 м;
— число водосливных отверстий — 2;
— ширина водосливных отверстий в свету — 12 м;
— отметка гребня — 486,00 м;
— ширина гребня — 18,5 м
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:
— срок окупаемости — 6 лет, 2 месяца;
— себестоимость — 0,20 руб/кВт-ч;
— удельные капиталовложения — 27627,32 руб./кВт.
Таким образом, строительство Кадынской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного 0,01 % равных 2832 и 2478 м соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 201 МВт и среднемноголетняя выработка 691 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 — 29,1 м;
расчетный — 19,4 м;
минимальный — 15,3 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 773 м.
При выборе турбин рассматривалось несколько вариантов: ПЛ30а-В; ПЛ306-В.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами ПЛ30а-В.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 88,2 об/мин был подобран серийный СВ-1030/120-68 с номинальной активной мощностью 50,25 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (4блока, 2 отходящих воздушных линий) РУ 220 кВ .
По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы — ТДЦ-80000/220- УЛ, трансформаторы общестанционных собственных нужд Т3С-2500/10/6, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловая.
В состав сооружений входят:
— водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля
— здание ГЭС руслового типа;
— право и левобережная насыпные плотины.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и
— ширина подошвы водосливной плотины — 22,4 м;
— отметка подошвы водосливной плотины —448,00 м;
— число водосливных отверстий — 2;
— ширина водосливных отверстий в свету — 12 м;
— отметка гребня — 486,00 м;
— ширина гребня — 18,5 м
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:
— срок окупаемости — 6 лет, 2 месяца;
— себестоимость — 0,20 руб/кВт-ч;
— удельные капиталовложения — 27627,32 руб./кВт.
Таким образом, строительство Кадынской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
