ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕВЕРНОЙ ГЭС НА РЕКЕ МАРХА. СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ГИДРОАГРЕГАТОВ ГЭС - ВИБРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ГЭС
|
Сокращённый паспорт Северной ГЭС 6
Введение 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.1.4 Сейсмические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 11
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 11
2 Водноэнергетические расчёты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.1.5 Определение типа регулирования 17
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических расчётов 17
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 17
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 18
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 20
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 21
2.3 Баланс мощности и энергии 21
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы Якутии 21
2.3.2 Определение рабочих мощностей и резервов существующих ГЭС и тепловых станций. 21
2.3.3 Планирование капитальных ремонтов 22
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 28
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 32
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 32
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и машинного зала 33
3.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 35
3.4 Выбор электрогидравлического регулятора 35
3.5 Выбор гидрогенератора 36
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных нужд 37
4.2 Выбор трансформаторов 39
4.2.1 Главные повышающие трансформаторы 39
4.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.3 Распределительное устройство 40
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 40
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 42
4.3.3 Электротехническое оборудование 44
4.4 Расчёт токов короткого замыкания 45
4.4.1 Расчет в программном комплексе «RastrWin3» 45
4.4.2 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 47
4.5 Выбор электротехнических аппаратов 220 кВ 48
4.6 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном напряжении 49
5 Релейная защита и автоматика 51
5.1 Перечень защит основного оборудования 51
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 52
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 52
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 55
5.2.3 Защита от повышения напряжения 58
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 58
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 61
5.2.6 Дистанционная защита генератора 63
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 66
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 68
6 Компоновка и сооружения гидроузла 69
6.1 Состав и компоновка гидроузла 69
6.2 Проектирование бетонной водосливной плотины 69
6.2.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 69
6.2.3 Определение класса гидротехнического сооружения 72
6.3 Гидравлические расчеты 72
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 73
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 74
6.3.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
6.3.5 Гашение энергии потока. Расчет отлета струи 79
6.4 Конструирование плотины гасителей 82
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 82
6.4.2 Разрезка плотины швами 82
6.4.3 Быки 83
6.4.4 Галереи в теле плотины 83
6.4.5 Расчет цементной завесы и дренажа 84
6.5 Статические расчеты плотины 85
6.5.1 Вес сооружения и механизмов 85
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 86
6.5.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления воды 87
6.5.4 Давление наносов 88
6.5.5 Волновое давление 88
6.6 Расчет прочности плотины 89
6.7 Критерии прочности плотины 91
6.8 Расчет устойчивости плотины 92
6.9 Компановка гидроузла 93
6.9.1 Устои 93
7 Пожарная безопасность, охрана труда, мероприятия по охране окружающей- среды 94
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 94
7.2 Охрана труда 94
7.3 Противопожарная безопасность 97
7.4 Охрана природы 99
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны подохранилища, влияющие на состояние водных ресурсов 101
7.4.2 Водоохранная зона 102
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанциях 103
8 Технико-экономические показатели 106
8.1 Объем продаж 106
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 106
8.3 Налоговые расходы 108
8.4 Оценка суммы прибыли 109
8.5 Методология, исходные данные 110
8.6 Бюджетная эффективность 110
8.7 Коммерческая эффективность 111
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 111
9 Системы технологического управления и контроля гидроагрегатов ГЭС - вибрационный контроль на примере проектируемой ГЭС 114
9.1 Стационарная система вибромониторинга гидроагрегатов Северной ГЭС 116
9.1.1 Структурная схема системы стационарного виброконтроля гидроагрегата 117
9.1.2 Места установки датчиков 119
9.1.3 Выбор стационарной системы вибрационного контроля для гидроагрегатов Северной ГЭС 120
9.2 Вибрационные испытания агрегата и выбор системы вибрационного контроля для гидроагрегатов Северной ГЭС 121
9.2.1 Режимы работы гидрогенератора 121
9.2.2 Места установки датчиков 123
9.2.3 Результаты первого этапа испытаний 125
9.2.4 Результаты второго этапа испытаний 125
Список использованных источников 129
Приложение А - И 134-164
Введение 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.1.4 Сейсмические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 11
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 11
2 Водноэнергетические расчёты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.1.5 Определение типа регулирования 17
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических расчётов 17
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 17
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 18
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 20
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 21
2.3 Баланс мощности и энергии 21
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы Якутии 21
2.3.2 Определение рабочих мощностей и резервов существующих ГЭС и тепловых станций. 21
2.3.3 Планирование капитальных ремонтов 22
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 28
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 32
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 32
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и машинного зала 33
3.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 35
3.4 Выбор электрогидравлического регулятора 35
3.5 Выбор гидрогенератора 36
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных нужд 37
4.2 Выбор трансформаторов 39
4.2.1 Главные повышающие трансформаторы 39
4.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.3 Распределительное устройство 40
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 40
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 42
4.3.3 Электротехническое оборудование 44
4.4 Расчёт токов короткого замыкания 45
4.4.1 Расчет в программном комплексе «RastrWin3» 45
4.4.2 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 47
4.5 Выбор электротехнических аппаратов 220 кВ 48
4.6 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном напряжении 49
5 Релейная защита и автоматика 51
5.1 Перечень защит основного оборудования 51
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 52
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 52
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 55
5.2.3 Защита от повышения напряжения 58
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 58
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 61
5.2.6 Дистанционная защита генератора 63
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 66
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 68
6 Компоновка и сооружения гидроузла 69
6.1 Состав и компоновка гидроузла 69
6.2 Проектирование бетонной водосливной плотины 69
6.2.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 69
6.2.3 Определение класса гидротехнического сооружения 72
6.3 Гидравлические расчеты 72
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 73
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 74
6.3.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
6.3.5 Гашение энергии потока. Расчет отлета струи 79
6.4 Конструирование плотины гасителей 82
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 82
6.4.2 Разрезка плотины швами 82
6.4.3 Быки 83
6.4.4 Галереи в теле плотины 83
6.4.5 Расчет цементной завесы и дренажа 84
6.5 Статические расчеты плотины 85
6.5.1 Вес сооружения и механизмов 85
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 86
6.5.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления воды 87
6.5.4 Давление наносов 88
6.5.5 Волновое давление 88
6.6 Расчет прочности плотины 89
6.7 Критерии прочности плотины 91
6.8 Расчет устойчивости плотины 92
6.9 Компановка гидроузла 93
6.9.1 Устои 93
7 Пожарная безопасность, охрана труда, мероприятия по охране окружающей- среды 94
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 94
7.2 Охрана труда 94
7.3 Противопожарная безопасность 97
7.4 Охрана природы 99
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны подохранилища, влияющие на состояние водных ресурсов 101
7.4.2 Водоохранная зона 102
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанциях 103
8 Технико-экономические показатели 106
8.1 Объем продаж 106
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 106
8.3 Налоговые расходы 108
8.4 Оценка суммы прибыли 109
8.5 Методология, исходные данные 110
8.6 Бюджетная эффективность 110
8.7 Коммерческая эффективность 111
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 111
9 Системы технологического управления и контроля гидроагрегатов ГЭС - вибрационный контроль на примере проектируемой ГЭС 114
9.1 Стационарная система вибромониторинга гидроагрегатов Северной ГЭС 116
9.1.1 Структурная схема системы стационарного виброконтроля гидроагрегата 117
9.1.2 Места установки датчиков 119
9.1.3 Выбор стационарной системы вибрационного контроля для гидроагрегатов Северной ГЭС 120
9.2 Вибрационные испытания агрегата и выбор системы вибрационного контроля для гидроагрегатов Северной ГЭС 121
9.2.1 Режимы работы гидрогенератора 121
9.2.2 Места установки датчиков 123
9.2.3 Результаты первого этапа испытаний 125
9.2.4 Результаты второго этапа испытаний 125
Список использованных источников 129
Приложение А - И 134-164
Россия обладает одним из самых мощных гидропотенциалов в мире. Энергию рек используют Китай, РФ, Бразилия, Канада, Индия, США. Гидроресурсы России оцениваются сегодня без малого в 900 млрд. кВтч, 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.
Себестоимость производства электроэнергии в кВт^ч на ГЭС в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
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.
Себестоимость производства электроэнергии в кВт^ч на ГЭС в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
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.