Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ САЛАВАТСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ БЕЛАЯ. ТРЕБОВАНИЯ К ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ МАСЛАМ, СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ. СХЕМЫ МАСЛОХОЗЯЙСТВА ГЭС. ПРИМЕНЕНИЕ ИМПОРТНЫХ МАСЕЛ
|
Сокращённый паспорт Салаватской 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 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 12
1.1.4 Сейсмические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водноэнергетические расчёты 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Исходные данные 14
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 14
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 16
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 17
2.1.5 Определение типа регулирования 18
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 19
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 19
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 20
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 22
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 23
2.3 Баланс мощности и энергии 23
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы Башкортостана 23
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы Башкортостана 23
3 Основное и вспомогательное оборудование 25
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 25
3.1.1 Построение режимного поля 25
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 27
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 30
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 30
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и
машинного зала 32
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 34
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 35
3.3 Выбор гидрогенератора 35
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 37
4.2 Выбор трансформаторов 38
4.2.1 Главные повышающие трансформаторы 38
4.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.3 Распределительное устройство 39
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 39
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 41
4.4 Расчет токов короткого замыкания для выбора электрических аппаратов 42
4.4.1 Составление схемы замещения 42
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания с помощью программного
обеспечения RastrKZ 45
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 46
4.5 Выбор электрических аппаратов 110 кВ 47
4.6 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном
напряжении 48
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Перечень защит основного оборудования 49
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 50
5.3 Расчет уставок защит генератора 50
5.3.1 Продольная дифференциальная защита 50
5.3.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN) 50
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 55
5.3.4 Защита обратной последовательности от токов внешних
несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок генератора (I2) 55
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 58
5.3.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 60
5.3.7 Защита ротора от перегрузки (Ір) 63
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 65
5.5 Таблица уставок и матрица отключений защит 65
6 Компоновка и сооружения гидроузла 66
6.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 66
6.1.1 Определение отметки гребня плотины и 66
6.2 Гидравлические расчеты 68
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 69
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 70
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 72
6.2.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 73
6.2.5 Расчет параметров водобоя и водобойного колодца 74
6.3 Конструирование плотины 75
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 76
6.3.2 Разрезка бетонной плотины швами 78
6.3.3 Быки 79
6.3.4 Устои 79
6.3.5 Галереи в теле плотины 79
6.4 Назначение размеров основных элементов плотины 79
6.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 80
6.4.2 Конструктивные элементы нижнего бьефа 81
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 82
6.5.1 Вес сооружения 82
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 83
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 83
6.5.4 Сила фильтрационного давления 84
6.5.5 Давление грунта 84
6.5.6 Волновое давление 85
6.6 Расчет прочности плотины 86
6.6.1 Определение напряжений 86
6.6.2 Критерии прочности плотины 88
6.7 Расчет устойчивости плотины 89
7 Охрана труда. Пожарная безопасность 91
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 91
7.2 Требования по охране труда и технике безопасности для работников
Салаватской ГЭС 91
7.2.1 Общие положения 91
7.2.1 Охрана труда Салаватской ГЭС 93
7.3 Пожарная безопасность 96
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 96
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 97
7.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 98
7.4 Охрана труда 99
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 100
7.4.2 Водоохранная зона 102
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 103
7.4.4 Экологические последствия строительства гидроузла 104
8 Технико-экономические показатели 105
8.1 Объем продаж 105
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 105
8.3 Налоговые расходы 107
8.4 Оценка суммы прибыли 108
8.5 Методология и исходные данные оценка инвестиционного проекта 109
8.6 Бюджетная эффективность 110
8.7 Коммерческая эффективность 110
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 110
9 Требования к энергетическим маслам, способы контроля, восстановление параметров. Схемы маслохозяйства ГЭС. Применение импортных масел .. 113
9.1 Требования к энергетическим маслам. Общие требования и свойства ... 113
9.1.1 Турбинные масла 113
9.1.2 Трансформаторные масла 113
9.2 Способы контроля и восстановление параметров 114
9.2.1 Трансформаторное масло 114
9.2.1.1 Контроль качества масла при хранении 114
9.2.1.2 Контроль качества масла в оборудовании при эксплуатации 115
9.2.2 Турбинное масло 117
9.2.2.1 Контроль качества масла при хранении 117
9.2.2.2 Контроль качества масла в оборудовании при эксплуатации 118
9.3 Схемы маслохозяйства ГЭС 118
9.4 Применение импортных масел 120
Заключение 121
Список использованных источников 123
Приложение А - Е 128-146
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 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 12
1.1.4 Сейсмические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водноэнергетические расчёты 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Исходные данные 14
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 14
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 16
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 17
2.1.5 Определение типа регулирования 18
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 19
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 19
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 20
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 22
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 23
2.3 Баланс мощности и энергии 23
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы Башкортостана 23
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы Башкортостана 23
3 Основное и вспомогательное оборудование 25
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 25
3.1.1 Построение режимного поля 25
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 27
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 30
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 30
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и
машинного зала 32
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 34
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 35
3.3 Выбор гидрогенератора 35
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 37
4.2 Выбор трансформаторов 38
4.2.1 Главные повышающие трансформаторы 38
4.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.3 Распределительное устройство 39
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 39
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 41
4.4 Расчет токов короткого замыкания для выбора электрических аппаратов 42
4.4.1 Составление схемы замещения 42
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания с помощью программного
обеспечения RastrKZ 45
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 46
4.5 Выбор электрических аппаратов 110 кВ 47
4.6 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном
напряжении 48
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Перечень защит основного оборудования 49
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 50
5.3 Расчет уставок защит генератора 50
5.3.1 Продольная дифференциальная защита 50
5.3.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN) 50
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 55
5.3.4 Защита обратной последовательности от токов внешних
несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок генератора (I2) 55
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 58
5.3.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 60
5.3.7 Защита ротора от перегрузки (Ір) 63
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 65
5.5 Таблица уставок и матрица отключений защит 65
6 Компоновка и сооружения гидроузла 66
6.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 66
6.1.1 Определение отметки гребня плотины и 66
6.2 Гидравлические расчеты 68
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 69
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 70
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 72
6.2.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 73
6.2.5 Расчет параметров водобоя и водобойного колодца 74
6.3 Конструирование плотины 75
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 76
6.3.2 Разрезка бетонной плотины швами 78
6.3.3 Быки 79
6.3.4 Устои 79
6.3.5 Галереи в теле плотины 79
6.4 Назначение размеров основных элементов плотины 79
6.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 80
6.4.2 Конструктивные элементы нижнего бьефа 81
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 82
6.5.1 Вес сооружения 82
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 83
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 83
6.5.4 Сила фильтрационного давления 84
6.5.5 Давление грунта 84
6.5.6 Волновое давление 85
6.6 Расчет прочности плотины 86
6.6.1 Определение напряжений 86
6.6.2 Критерии прочности плотины 88
6.7 Расчет устойчивости плотины 89
7 Охрана труда. Пожарная безопасность 91
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 91
7.2 Требования по охране труда и технике безопасности для работников
Салаватской ГЭС 91
7.2.1 Общие положения 91
7.2.1 Охрана труда Салаватской ГЭС 93
7.3 Пожарная безопасность 96
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 96
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 97
7.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 98
7.4 Охрана труда 99
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 100
7.4.2 Водоохранная зона 102
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 103
7.4.4 Экологические последствия строительства гидроузла 104
8 Технико-экономические показатели 105
8.1 Объем продаж 105
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 105
8.3 Налоговые расходы 107
8.4 Оценка суммы прибыли 108
8.5 Методология и исходные данные оценка инвестиционного проекта 109
8.6 Бюджетная эффективность 110
8.7 Коммерческая эффективность 110
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 110
9 Требования к энергетическим маслам, способы контроля, восстановление параметров. Схемы маслохозяйства ГЭС. Применение импортных масел .. 113
9.1 Требования к энергетическим маслам. Общие требования и свойства ... 113
9.1.1 Турбинные масла 113
9.1.2 Трансформаторные масла 113
9.2 Способы контроля и восстановление параметров 114
9.2.1 Трансформаторное масло 114
9.2.1.1 Контроль качества масла при хранении 114
9.2.1.2 Контроль качества масла в оборудовании при эксплуатации 115
9.2.2 Турбинное масло 117
9.2.2.1 Контроль качества масла при хранении 117
9.2.2.2 Контроль качества масла в оборудовании при эксплуатации 118
9.3 Схемы маслохозяйства ГЭС 118
9.4 Применение импортных масел 120
Заключение 121
Список использованных источников 123
Приложение А - Е 128-146
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на ценообразовании электроэнергии на рынке её сбыта.
Гидроэнергетика является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90% резерва регулировочной мощности. Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее маневренными и способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель измеряется часами, а для атомных — целыми сутками.
Гидроэлектростанции являются сложными природно-техническими комплексами. Их проектирование, строительство и эксплуатация требуют знакомства с широким кругом общетехнических и специальных дисциплин.
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.
Гидроэнергетика является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90% резерва регулировочной мощности. Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее маневренными и способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель измеряется часами, а для атомных — целыми сутками.
Гидроэлектростанции являются сложными природно-техническими комплексами. Их проектирование, строительство и эксплуатация требуют знакомства с широким кругом общетехнических и специальных дисциплин.
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 Салаватского гидроузла на реке Белая, являющимся сооружением I класса.
На основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев:
• основного (при обеспеченности 0,1 %) Q 0 ( х о/о= 1 0 1 1 м 3 / с;
• поверочного (при обеспеченности 0,01 %) Q 0 о 0 х о/о= 1 1 1 1 м 3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность и среднемноголетняя выработка.
На следующем 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 расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 800 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ40а-В и ПЛ40б-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами ПЛ40а-В-800.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 75 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-1436/800-80УХЛ4 с номинальной активной мощностью 83 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 9 присоединений (4 единичных блока и 5 отходящих воздушных линий) ОРУ 110 кВ "две системы сборных шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
• блочные трансформаторы ТДЦ- 125000/110;
• трансформаторы общестанционных собственных нужд ТМН- 4300/15 У3;
• для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 95/16 (три провода в фазе).
В качестве генераторного комплекс был принят HECS-80.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята русловая. Водосливная плотина принята бетонной.
В состав сооружений входят:
• правобережная глухая плотина - 176 м;
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля- 36 м;
• глухая сопрягающая водосливную и станционную - 24 м;
• станционная часть плотины - 124 м;
• левобережная глухая плотина - 90 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы - 42,12 м;
• отметка подошвы водосливной плотины - -6,65 м;
• число водосливных отверстий - 3;
• ширина водосливных отверстий в свету - 10 м;
• отметка гребня - 37,40 м;
• ширина гребня - 13 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется водобойный колодец.
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. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,33 для сочетания грузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Салаватского 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 - 5,5 лет;
- себестоимость - 0,21 руб/кВт
- удельные капиталовложения - 34126 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Салаватского гидроузла в настоящее время является актуальным.
На основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев:
• основного (при обеспеченности 0,1 %) Q 0 ( х о/о= 1 0 1 1 м 3 / с;
• поверочного (при обеспеченности 0,01 %) Q 0 о 0 х о/о= 1 1 1 1 м 3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность и среднемноголетняя выработка.
На следующем 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 расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 800 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ40а-В и ПЛ40б-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами ПЛ40а-В-800.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 75 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-1436/800-80УХЛ4 с номинальной активной мощностью 83 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 9 присоединений (4 единичных блока и 5 отходящих воздушных линий) ОРУ 110 кВ "две системы сборных шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
• блочные трансформаторы ТДЦ- 125000/110;
• трансформаторы общестанционных собственных нужд ТМН- 4300/15 У3;
• для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 95/16 (три провода в фазе).
В качестве генераторного комплекс был принят HECS-80.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята русловая. Водосливная плотина принята бетонной.
В состав сооружений входят:
• правобережная глухая плотина - 176 м;
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля- 36 м;
• глухая сопрягающая водосливную и станционную - 24 м;
• станционная часть плотины - 124 м;
• левобережная глухая плотина - 90 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы - 42,12 м;
• отметка подошвы водосливной плотины - -6,65 м;
• число водосливных отверстий - 3;
• ширина водосливных отверстий в свету - 10 м;
• отметка гребня - 37,40 м;
• ширина гребня - 13 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется водобойный колодец.
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. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,33 для сочетания грузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Салаватского 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 - 5,5 лет;
- себестоимость - 0,21 руб/кВт
- удельные капиталовложения - 34126 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Салаватского гидроузла в настоящее время является актуальным.