Помощь студентам в учебе
Проектирование Углегорской ГЭС на реке Зея. Кабельное хозяйство ГЭС (типы применяемых материалов и кабелей, выбор кабельной линии для определенного потребителя, требования по монтажу, пожарной безопасности, проведению обслуживания, контроль состояния и поиск повреждений, системы защит)
|
Сокращённый паспорт Углегорской ГЭС 6
Введение 8
1 Общие сведения 9
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Инженерно - геологические условия 10
2 Водно- энергетические расчеты 11
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 11
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчетов 14
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 14
2.2.2 Водноэнергетические расчеты 14
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 16
2.3 Баланс мощности и энергии 16
2.3.1 Баланс энергии 16
2.3.2 Баланс мощности 16
3 Основное и вспомогательное оборудование 18
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 18
3.1.1 Построение режимного поля 18
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам... 20
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 23
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 23
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части 24
3.2.3 Выбор типа маслонапорной установки 25
3.3 Выбор гидрогенератора 25
3.4 Подъемно- транспортное оборудование 27
4 Электрическая часть 28
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 28
4.2 Главные повышающие трансформаторы 28
4.3 Распределительное устройство 29
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 29
4.3.2 Выбор схем распределительного устройства 30
4.4 Электротехническое оборудование 31
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 31
4.4.2 Расчет токов короткого замыкания 31
4.4.3 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 33
4.4.4 Выбор и проверка аппаратов 110 кВ 33
4.4.5 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 34
5 Релейная защита и автоматика 35
5.1 Перечень защит основного оборудования 35
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 36
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 36
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 39
5.2.3 Защита от повышения напряжения 41
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 42
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 45
5.2.6 Дистанционная защита генератора 47
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 49
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 50
5.4 Таблица установок 51
6 Компоновка и сооружения гидроузла 52
6.1 Компоновка гидроузла 52
6.2 Бетонная водосливная плотина 52
6.2.1 Определение отметки гребня быка бетонной водосливной плотины 52
6.2.3 Определение отметки гребня водослива 54
6.2.4 Проверка на пропуск поверочного расхода 56
6.2.5 Построение оголовка плотины 57
6.2.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 57
6.2.7 Гидравлический расчет водобойного колодца 58
6.2.8 Определение ширины подошвы плотины 59
6.2.9 Быки. Галереи 60
6.2.10 Основные размеры цементационной завесы 60
6.2.11 Дренаж тела бетонной плотины 61
6.2.12 Конструктивные элементы нижнего бьефа 61
6.3 Определение основных нагрузок на бетонную водосливную плотину .... 62
6.3.1 Вес сооружения и механизмов 62
6.3.2 Сила гидростатического давления воды 63
6.3.3 Давление грунта 64
5.6 Волновое давление 65
6.4 Расчёт прочности бетонной водосливной плотины 65
6.5 Критерии прочности бетонной водосливной плотины 67
6.6 Расчет устойчивости бетонной водосливной плотины 68
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 71
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 71
7.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников
Углегорской ГЭС 71
7.2.1 Общие положения 71
2 Охрана труда Углегорской ГЭС 73
7.3 Пожарная безопасность 76
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 76
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 77
7.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 78
7.4 Охрана природы 79
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 80
7.4.2 Водоохранная зона 82
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 83
6.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 85
8 Технико-экономические показатели 86
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 86
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 86
8.3 Налоговые расходы 88
8.4 Оценка суммы прибыли 89
8.5 Оценка инвестиционного проекта 90
8.6 Показатели коммерческой эффективности проекта 90
8.7 Бюджетная эффективность 90
8.8 Анализ рисков инвестиционных проектов 91
9 Кабельное хозяйство ГЭС 93
9.1 Определения 93
9.2 Типы применяемых материалов и кабелей 94
9.3 Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 - 35 кВ.. 97
9.4 Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 110 кВ 98
9.5 Муфты 99
9.6 Выбор кабельной линии для определенного потребителя 99
9.7 Требования по монтажу 100
9.8 Требования пожарной безопасности 102
Заключение 107
Список использованных источников 109
Приложение
Введение 8
1 Общие сведения 9
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Инженерно - геологические условия 10
2 Водно- энергетические расчеты 11
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 11
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчетов 14
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 14
2.2.2 Водноэнергетические расчеты 14
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 16
2.3 Баланс мощности и энергии 16
2.3.1 Баланс энергии 16
2.3.2 Баланс мощности 16
3 Основное и вспомогательное оборудование 18
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 18
3.1.1 Построение режимного поля 18
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам... 20
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 23
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 23
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части 24
3.2.3 Выбор типа маслонапорной установки 25
3.3 Выбор гидрогенератора 25
3.4 Подъемно- транспортное оборудование 27
4 Электрическая часть 28
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 28
4.2 Главные повышающие трансформаторы 28
4.3 Распределительное устройство 29
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 29
4.3.2 Выбор схем распределительного устройства 30
4.4 Электротехническое оборудование 31
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 31
4.4.2 Расчет токов короткого замыкания 31
4.4.3 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 33
4.4.4 Выбор и проверка аппаратов 110 кВ 33
4.4.5 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 34
5 Релейная защита и автоматика 35
5.1 Перечень защит основного оборудования 35
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 36
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 36
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 39
5.2.3 Защита от повышения напряжения 41
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 42
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 45
5.2.6 Дистанционная защита генератора 47
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 49
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 50
5.4 Таблица установок 51
6 Компоновка и сооружения гидроузла 52
6.1 Компоновка гидроузла 52
6.2 Бетонная водосливная плотина 52
6.2.1 Определение отметки гребня быка бетонной водосливной плотины 52
6.2.3 Определение отметки гребня водослива 54
6.2.4 Проверка на пропуск поверочного расхода 56
6.2.5 Построение оголовка плотины 57
6.2.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 57
6.2.7 Гидравлический расчет водобойного колодца 58
6.2.8 Определение ширины подошвы плотины 59
6.2.9 Быки. Галереи 60
6.2.10 Основные размеры цементационной завесы 60
6.2.11 Дренаж тела бетонной плотины 61
6.2.12 Конструктивные элементы нижнего бьефа 61
6.3 Определение основных нагрузок на бетонную водосливную плотину .... 62
6.3.1 Вес сооружения и механизмов 62
6.3.2 Сила гидростатического давления воды 63
6.3.3 Давление грунта 64
5.6 Волновое давление 65
6.4 Расчёт прочности бетонной водосливной плотины 65
6.5 Критерии прочности бетонной водосливной плотины 67
6.6 Расчет устойчивости бетонной водосливной плотины 68
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 71
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 71
7.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников
Углегорской ГЭС 71
7.2.1 Общие положения 71
2 Охрана труда Углегорской ГЭС 73
7.3 Пожарная безопасность 76
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 76
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 77
7.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 78
7.4 Охрана природы 79
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 80
7.4.2 Водоохранная зона 82
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 83
6.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 85
8 Технико-экономические показатели 86
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 86
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 86
8.3 Налоговые расходы 88
8.4 Оценка суммы прибыли 89
8.5 Оценка инвестиционного проекта 90
8.6 Показатели коммерческой эффективности проекта 90
8.7 Бюджетная эффективность 90
8.8 Анализ рисков инвестиционных проектов 91
9 Кабельное хозяйство ГЭС 93
9.1 Определения 93
9.2 Типы применяемых материалов и кабелей 94
9.3 Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 10 - 35 кВ.. 97
9.4 Кабель с изоляцией из сшитого полиэтилена на напряжение 110 кВ 98
9.5 Муфты 99
9.6 Выбор кабельной линии для определенного потребителя 99
9.7 Требования по монтажу 100
9.8 Требования пожарной безопасности 102
Заключение 107
Список использованных источников 109
Приложение
Гидроэлектростанции - это уникальные, технически сложные объекты, проектирование которых является ответственным делом. При проектировании ГЭС, учитывается множество факторов, начиная от местных природных условий и экономического обоснования, заканчивая поиском индивидуальной технологии строительства и различных технических решений.
Углегорская ГЭС проектируется в Амурской области на реке Зея. Строительство гидроэлектростанции в этом районе позволит уменьшить риск наводнений, а также обеспечит энергией ряд крупных промышленных объектов, таких как космодром «Восточный» и несколько насосных станций нефтепровода. Кроме этого, электроэнергия может быть экспортирована в Китай и Южную Корею.
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.
Также в рамках выпускной квалификационной работы была изучена тема «Кабельное хозяйство ГЭС (типы применяемых материалов и кабелей, выбор кабельной линии для определенного потребителя, требования по монтажу, пожарной безопасности, проведению обслуживания, контроль состояния и поиск повреждений, системы защит)».
Углегорская ГЭС проектируется в Амурской области на реке Зея. Строительство гидроэлектростанции в этом районе позволит уменьшить риск наводнений, а также обеспечит энергией ряд крупных промышленных объектов, таких как космодром «Восточный» и несколько насосных станций нефтепровода. Кроме этого, электроэнергия может быть экспортирована в Китай и Южную Корею.
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.
Также в рамках выпускной квалификационной работы была изучена тема «Кабельное хозяйство ГЭС (типы применяемых материалов и кабелей, выбор кабельной линии для определенного потребителя, требования по монтажу, пожарной безопасности, проведению обслуживания, контроль состояния и поиск повреждений, системы защит)».
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Углегорского гидроузла на реке Зея, являющегося 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 4606 и 5522 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 366 МВт и среднемноголетняя выработка 1648 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 - 27,20 м;
- расчетный - 19,80 м;
- минимальный - 15,10 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет м3/с.
По результатам расчетов был определен вариант с десятью гидротурбинами ПЛ30-В-530.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-840/130-52 с номинальной активной мощностью 40 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства на 10 присоединений ОРУ 110 кВ - "две рабочие и обходная система шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 100000/110-У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ- 1000/10- У3, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 95/16.
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 колодцем;
- станционная бетонная плотина;
- левобережная грунтовая плотина;
- правобережная глухая бетонная плотина.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка подошвы водосливной плотины - 149,45 м;
- число водосливных отверстий - 6;
- ширина водосливных отверстий - 16 м;
- отметка гребня - 180 м;
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,36 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Экимчанского гидроузла 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:
- срок окупаемости - 5,75 лет;
- себестоимость - 0,11 руб/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 81211 руб./кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Углегорской 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 4606 и 5522 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 366 МВт и среднемноголетняя выработка 1648 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 - 27,20 м;
- расчетный - 19,80 м;
- минимальный - 15,10 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет м3/с.
По результатам расчетов был определен вариант с десятью гидротурбинами ПЛ30-В-530.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-840/130-52 с номинальной активной мощностью 40 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства на 10 присоединений ОРУ 110 кВ - "две рабочие и обходная система шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 100000/110-У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ- 1000/10- У3, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 95/16.
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 колодцем;
- станционная бетонная плотина;
- левобережная грунтовая плотина;
- правобережная глухая бетонная плотина.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка подошвы водосливной плотины - 149,45 м;
- число водосливных отверстий - 6;
- ширина водосливных отверстий - 16 м;
- отметка гребня - 180 м;
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,36 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Экимчанского гидроузла 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:
- срок окупаемости - 5,75 лет;
- себестоимость - 0,11 руб/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 81211 руб./кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Углегорской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.