Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МУЛАНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ИДЮМ. КОНСТРУКЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ПЕРЕХОДОВ ГЭС-РУ. РЕМОНТ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ. НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ МУЛАНСКОЙ 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 11
1.1.3 Инженерно-геологические условия 13
1.1.4 Сейсмические условия 13
1.2 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водно-энергетические расчёты 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Исходные данные: 14
2.1.2 Выбор расчётного гидрографа маловодного и средноводного года 14
2.2 Энергетическая система 17
2.2.1 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 17
2.2.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 18
2.3 Расчет режима работы ГЭС без регулирования с учетом водохозяйственного комплекса 20
2.4 Распределение гарантированных мощностей 22
2.5 Определение установленной мощности ГЭС 23
2.6 Определение среднемноголетней выработки 23
2.7 Построение режимного поля ГЭС 24
2.8 Баланс мощности 25
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 27
3.1 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 27
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 27
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 27
3.2 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 30
3.3 Расчет деталей и узлов гидротурбины 31
3.4 Выбор серийного типа гидрогенератора 32
3.5 Выбор типа маслонапорной установки 33
3.6 Выбор электрогидравлического регулятора 33
4 Электрическая часть 34
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 34
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 35
4.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 35
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с одиночными
блоками 36
4.2.3 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненными
блоками 38
4.2.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.2.5 Выбор количества отходящих воздушных линий 39
4.2.6 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчёта 40
4.3 Выбор схемы РУ ВН 42
4.4 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания 42
4.5 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в РУ ВН
в программном комплексе «RASTR WIN 3» 44
4.6 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания на
генераторном напряжении в программном комплексе «RASTR WIN 3» 45
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 46
4.8 Выбор электротехнического оборудования ОРУ 220 кВ 47
4.9 Выбор электротехнического оборудования генераторного
напряжения 48
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 49
5.2 Расчёт номинальных токов 50
5.3 Перечень защит основного оборудования 50
5.4 Описание защит и расчет 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>) 57
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 57
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок(71) 61
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 63
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 65
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 67
6 Компоновка и сооружение гидроузла 68
6.1 Проектирование водосливной плотины 68
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 68
6.2 Гидравлические расчеты 70
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 70
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 71
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 74
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 75
6.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 76
6.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 77
6.3 Конструирование плотины 79
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 79
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 81
6.3.3. Быки 81
6.3.4 Устои 82
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 83
6.3.6 Галереи в теле плотины 83
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 85
6.4.1 Вес сооружения 85
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 86
6.4.3 Равнодействующие взвешивающего и фильтрационного давления 86
6.4.4 Волновое воздействие 87
6.4.5 Давление наносов 87
6.5 Расчёт прочности плотины 89
6.6 Критерии прочности плотины 91
6.7 Расчёт устойчивости плотины 92
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Муланской ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 94
7.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 95
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 96
7.3 Основные мероприятия по охране окружающей среды в данный период 97
7.3.1 Организационные 97
7.3.2 Санитарно- технические 98
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 98
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 99
7.6 Техника безопасности 100
7.7 Пожарная безопасность 103
8 Определение технико-экономических показателей 105
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии и расходов 105
8.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 105
8.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 105
8.1.3 Налоговые расходы 107
8.2 Оценка суммы прибыли 108
8.3 Оценка инвестиционного проекта 109
8.3.1 Методология и исходные данные оценка инвестиционного проекта 109
8.3.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 110
8.3.3 Бюджетная эффективность 110
8.4 Анализ чувствительности 111
9 Конструкция воздушных переходов ГЭС-РУ. Ремонт и эксплуатация. Нормы и требования 114
9.1 Общие сведения 114
9.2 Воздушные переходы ГЭС-ОРУ 220 кВ 114
9.2.1 Область применения. Определения 114
9.2.2 Общие требования 114
9.2.3 Конструктивное исполнение 116
9.2.4 Особенности переключений по выводу в ремонт и вводу в работу
ВЛ под наведенным напряжением 118
9.2.5 Требования к проектированию воздушных переходов,
учитывающие особенности их ремонта и технического обслуживания 119
9.2.6 Защита воздушных переходов от воздействия окружающей среды 120
9.2.7 Провода и грозозащитные тросы 121
9.2.8 Изоляторы 121
9.3 Кабельные переходы ГЭС-РУ 220 кВ 122
9.3.1 Область применения. Определения 122
9.3.2 Конструктивное исполнение 122
9.3.3 Общие требования 124
9.3.4 Выбор способов прокладки 124
9.3.5 Выбор кабелей 124
9.3.6 Заземление 125
9.3.7 Выбор устройства передачи электроэнергии Муланской ГЭС -
ОРУ220 кВ 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 129
ПРИЛОЖЕНИЯ А-Г 132-140
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 11
1.1.3 Инженерно-геологические условия 13
1.1.4 Сейсмические условия 13
1.2 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водно-энергетические расчёты 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Исходные данные: 14
2.1.2 Выбор расчётного гидрографа маловодного и средноводного года 14
2.2 Энергетическая система 17
2.2.1 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 17
2.2.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 18
2.3 Расчет режима работы ГЭС без регулирования с учетом водохозяйственного комплекса 20
2.4 Распределение гарантированных мощностей 22
2.5 Определение установленной мощности ГЭС 23
2.6 Определение среднемноголетней выработки 23
2.7 Построение режимного поля ГЭС 24
2.8 Баланс мощности 25
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 27
3.1 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 27
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 27
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 27
3.2 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 30
3.3 Расчет деталей и узлов гидротурбины 31
3.4 Выбор серийного типа гидрогенератора 32
3.5 Выбор типа маслонапорной установки 33
3.6 Выбор электрогидравлического регулятора 33
4 Электрическая часть 34
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 34
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 35
4.2.1 Выбор типа серийного гидрогенератора 35
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с одиночными
блоками 36
4.2.3 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненными
блоками 38
4.2.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.2.5 Выбор количества отходящих воздушных линий 39
4.2.6 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчёта 40
4.3 Выбор схемы РУ ВН 42
4.4 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания 42
4.5 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в РУ ВН
в программном комплексе «RASTR WIN 3» 44
4.6 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания на
генераторном напряжении в программном комплексе «RASTR WIN 3» 45
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 46
4.8 Выбор электротехнического оборудования ОРУ 220 кВ 47
4.9 Выбор электротехнического оборудования генераторного
напряжения 48
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 49
5.2 Расчёт номинальных токов 50
5.3 Перечень защит основного оборудования 50
5.4 Описание защит и расчет 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>) 57
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 57
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок(71) 61
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 63
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 65
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 67
6 Компоновка и сооружение гидроузла 68
6.1 Проектирование водосливной плотины 68
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 68
6.2 Гидравлические расчеты 70
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 70
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 71
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 74
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 75
6.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 76
6.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 77
6.3 Конструирование плотины 79
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 79
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 81
6.3.3. Быки 81
6.3.4 Устои 82
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 83
6.3.6 Галереи в теле плотины 83
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 85
6.4.1 Вес сооружения 85
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 86
6.4.3 Равнодействующие взвешивающего и фильтрационного давления 86
6.4.4 Волновое воздействие 87
6.4.5 Давление наносов 87
6.5 Расчёт прочности плотины 89
6.6 Критерии прочности плотины 91
6.7 Расчёт устойчивости плотины 92
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Муланской ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 94
7.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 95
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 96
7.3 Основные мероприятия по охране окружающей среды в данный период 97
7.3.1 Организационные 97
7.3.2 Санитарно- технические 98
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 98
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 99
7.6 Техника безопасности 100
7.7 Пожарная безопасность 103
8 Определение технико-экономических показателей 105
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии и расходов 105
8.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 105
8.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 105
8.1.3 Налоговые расходы 107
8.2 Оценка суммы прибыли 108
8.3 Оценка инвестиционного проекта 109
8.3.1 Методология и исходные данные оценка инвестиционного проекта 109
8.3.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 110
8.3.3 Бюджетная эффективность 110
8.4 Анализ чувствительности 111
9 Конструкция воздушных переходов ГЭС-РУ. Ремонт и эксплуатация. Нормы и требования 114
9.1 Общие сведения 114
9.2 Воздушные переходы ГЭС-ОРУ 220 кВ 114
9.2.1 Область применения. Определения 114
9.2.2 Общие требования 114
9.2.3 Конструктивное исполнение 116
9.2.4 Особенности переключений по выводу в ремонт и вводу в работу
ВЛ под наведенным напряжением 118
9.2.5 Требования к проектированию воздушных переходов,
учитывающие особенности их ремонта и технического обслуживания 119
9.2.6 Защита воздушных переходов от воздействия окружающей среды 120
9.2.7 Провода и грозозащитные тросы 121
9.2.8 Изоляторы 121
9.3 Кабельные переходы ГЭС-РУ 220 кВ 122
9.3.1 Область применения. Определения 122
9.3.2 Конструктивное исполнение 122
9.3.3 Общие требования 124
9.3.4 Выбор способов прокладки 124
9.3.5 Выбор кабелей 124
9.3.6 Заземление 125
9.3.7 Выбор устройства передачи электроэнергии Муланской ГЭС -
ОРУ220 кВ 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 129
ПРИЛОЖЕНИЯ А-Г 132-140
По данным экономического потенциала гидроэнергетических ресурсов рек некоторых стран, Россия обладает одним из самых мощных гидропотенциалов в мире (Китай - 1260Ы09 кВтш; Россия - 852409 кВтш; Бразилия - 740409 кВтш; США - 705Ы09 кВ'гч). Однако по степени освоения экономически эффективных гидроэнергетических ресурсов Россия - 20% значительно уступает таким экономически развитым странам как США - 44% и Канада - 68%.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанций 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 гидроэлектростанций 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 Муланского гидроузла на реке Идюм , являющимся сооружением II класса.
На первом этапе в ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 264 МВт и среднемноголетняя выработка 14,9 млрд. кВ'іч.
На втором этапе было определено 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 - 70,6 м;
расчетный - 68,3 м ;
минимальный - 66,7 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1659 м3/с.
При выборе турбин рассматривался два варианта РО155-В и ПЛ70-В. По результатам расчетов был определен вариант с 4 гидротурбинами РО115-В-355.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-640/170-24 с номинальной активной мощностью 67 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 7 присоединений (4 укрупненных блока, 3 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - "две рабочих системы сборных шин с одной обходной". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
Блочные трансформаторы ТДЦ- 80000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-4000/35 У1, элегазовый выключатель ВЭБ-220 производитель ЗАО “Энерго-Уралэлектрожмаш”, генераторный комплекс КАГ-20.
ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32 (три провода в фазе).
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Водосливная и глухая плотина принята бетонной.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 60,34 м;
- число водосливных отверстий - 10;
- ширина водосливных отверстий в свету - 20 м;
- отметка гребня - 616,80 м;
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отброс струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурно-осадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. Плотина Муланской 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:
- срок окупаемости - 75 месяцев;
- себестоимость - 0,15 руб/кВт
- удельные капиталовложения - 28,001 тыс. руб./кВт.
В районе строительства Муланской ГЭС на расстоянии 83 км, находится подстанция “Эльгауголь” 220 кВ питающая крупный угольный разрез, а так же ближайшие поселения. Активное развитие промышленности Дальнего Востока потребует значительных энергоресурсов. Таким образом, строительство Муланской ГЭС в настоящее время является актуальным.
На первом этапе в ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 264 МВт и среднемноголетняя выработка 14,9 млрд. кВ'іч.
На втором этапе было определено 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 - 70,6 м;
расчетный - 68,3 м ;
минимальный - 66,7 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1659 м3/с.
При выборе турбин рассматривался два варианта РО155-В и ПЛ70-В. По результатам расчетов был определен вариант с 4 гидротурбинами РО115-В-355.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-640/170-24 с номинальной активной мощностью 67 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 7 присоединений (4 укрупненных блока, 3 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - "две рабочих системы сборных шин с одной обходной". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
Блочные трансформаторы ТДЦ- 80000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ-4000/35 У1, элегазовый выключатель ВЭБ-220 производитель ЗАО “Энерго-Уралэлектрожмаш”, генераторный комплекс КАГ-20.
ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32 (три провода в фазе).
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Водосливная и глухая плотина принята бетонной.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 60,34 м;
- число водосливных отверстий - 10;
- ширина водосливных отверстий в свету - 20 м;
- отметка гребня - 616,80 м;
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отброс струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурно-осадочными швами.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. Плотина Муланской 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:
- срок окупаемости - 75 месяцев;
- себестоимость - 0,15 руб/кВт
- удельные капиталовложения - 28,001 тыс. руб./кВт.
В районе строительства Муланской ГЭС на расстоянии 83 км, находится подстанция “Эльгауголь” 220 кВ питающая крупный угольный разрез, а так же ближайшие поселения. Активное развитие промышленности Дальнего Востока потребует значительных энергоресурсов. Таким образом, строительство Муланской ГЭС в настоящее время является актуальным.