ПРОЕКТИРОВАНИЕ АБАЗИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ АБАКАН СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЙ, СПОСОБЫ ИСПОЛНЕНИЯ СИСТЕМЫ СВЯЗЕЙ С РДУ СО, СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ (АСДТУ, СДТУ) НА ГЭС
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ АБАЗИНСКОЙ 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 11
1.1.4 Сейсмические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
2 Водноэнергетические расчёты 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Исходные данные 13
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 13
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 15
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 16
2.1.5 Определение типа регулирования 17
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 17
2.2.1 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования 17
2.2.2 Расчёт режимов работы ГЭС по маловодному году 18
2.2.3 Определение среднемноголетней выработки в средневодном году... 19
2.2.4 Определение установленной мощности 19
2.3 Баланс мощности и энергии 20
2.3.1 Баланс энергии Хакасского РДУ 20
2.3.2 Баланс мощности Хакасского РДУ 20
3 Основное и вспомогательное оборудование 22
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 22
3.1.1 Построение режимного поля 22
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам... 24
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 27
3.2.1 Определение геометрических размеров проточной части и машинного зала 27
3.2.2 Гидромеханический расчёт и построение плана металлической
спиральной камеры 28
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 31
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 31
3.2.5 Выбор электрогидравлического регулятора 32
4 Электрическая часть 33
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 33
4.2 Выбор трансформаторов 34
4.2.1 Главные повышающие трансформаторы 34
4.2.2 Выбор трансформатора собственных нужд 34
4.3 Распределительное устройство 35
4.3.1 Выбор количества отходящих воздушных линий 35
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 36
4.4 Расчёт токов трёхфазного и однофазного короткого замыкания у
распределительного устройства высшего напряжения с применением программного комплекса RastrWin 36
4.4.1 Расчёт исходных данных 36
4.4.2 Расчёт токов КЗ с помощью программного обеспечения RastrWin ... 37
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режима 38
4.4.4 Выбор и проверка коммутационных аппаратов в РУ ВН 39
4.4.5 Выбор и проверка коммутационных аппаратов генераторного
напряжения 40
5 Релейная защита и автоматика 42
5.1 Перечень защит основного оборудования 42
5.2 Описание защит и расчёт их уставок 43
5.2.1 Продольно дифференциальная защита генератора IAG 43
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 45
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 48
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 48
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок(/1) 52
5.2.6 Дистанционная защита генератора Zl <, Z2 < 54
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 57
5.2.8 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 58
6 Компоновка сооружения гидроузла 59
6.1 Проектирование водосливной плотины 59
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 59
6.2 Гидравлические расчёты 61
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 62
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 63
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расчёта 64
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 65
6.2.5 Расчёт резервного, глубинного водосброса 66
6.2.6 Сопряжение потока в нижнем бьефе за основным водосбросом 67
6.2.7 Выбор гасителя энергии 68
6.2.8 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 68
6.3 Конструирование плотины 71
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 71
6.3.2 Разрезка бетонной плотины швами 71
6.3.3 Быки 71
6.3.4 Устои 72
6.3.5 Основные размеры цементационной завесы 73
6.3.6 Основные размеры дренажа в основании плотины 73
6.3.7 Дренаж в теле плотины 74
6.3.8 Галереи в теле плотины 74
6.4 Определение основных нагрузок на платину 74
6.4.1 Вес сооружения 74
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 75
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 76
6.4.4 Сила фильтрационного давления 76
6.4.5 Давление наносов 77
6.4.6 Волновое давление 79
6.5 Расчёт прочности плотины 80
6.5.1 Определение напряжений 80
6.5.2 Критерии прочности плотины 83
6.5.3 Расчёт устойчивости плотины 84
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Абазинского ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 85
7.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 85
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 86
7.3 Отходы, образующиеся при строительстве 88
7.3.1 Лом бетонных изделий, отходы бетона в кусковой форме 88
7.3.2 Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде
изделий, кусков, несортированные 89
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 89
7.5 Пожарная безопасность 90
7.6 Охрана труда 90
8 Технико-экономические показания 93
8.1 Объём продаж 93
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 93
8.3 Налоговые расходы 95
8.4 Оценка суммы прибыли 96
8.5 Методология и исходные данные оценка инвестиционного проекта 97
8.6 Бюджетная эффективность 98
8.7 Показатели коммерческой эффективности проекта 98
8.8 Анализ рисков инвестиционных проектов 99
9 Системы измерений, способы исполнения, системы связей с РДУ СО,
системы отображения технологической информации (АСТДУ, СДТУ) 103
9.1 Назначение, состав и функции системы 103
9.2 Требования к СОТИ АССО 104
9.3 Состав технологической информации, передаваемой с Абазинской ГЭС в
Хакасское РДУ и ОДУ Сибири 105
9.4 Расчёт требуемой пропускной способности канала для передачи ТИ 105
9.4.1 Расчет пропускной способности канала связи для передачи
телесигнализации (ТС) 105
9.4.2 Расчет пропускной способности канала связи для передачи
телеизмерений (ТИ) 107
9.4.3 Суммарная оценка пропускной способности канала связи для
телемеханики по протоколу МЭК 870-5-104 109
9.5 Выбор системы СОТИ АССО 110
9.6 Структурная схема сети СОТИ АССО 111
9.7 Описание работы СОТИ АССО 112
Заключение 113
Список использованных источников 115
Приложение А - Г
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 11
1.1.4 Сейсмические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
2 Водноэнергетические расчёты 13
2.1 Регулирование стока воды 13
2.1.1 Исходные данные 13
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 13
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 15
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 16
2.1.5 Определение типа регулирования 17
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 17
2.2.1 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования 17
2.2.2 Расчёт режимов работы ГЭС по маловодному году 18
2.2.3 Определение среднемноголетней выработки в средневодном году... 19
2.2.4 Определение установленной мощности 19
2.3 Баланс мощности и энергии 20
2.3.1 Баланс энергии Хакасского РДУ 20
2.3.2 Баланс мощности Хакасского РДУ 20
3 Основное и вспомогательное оборудование 22
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 22
3.1.1 Построение режимного поля 22
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам... 24
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 27
3.2.1 Определение геометрических размеров проточной части и машинного зала 27
3.2.2 Гидромеханический расчёт и построение плана металлической
спиральной камеры 28
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 31
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 31
3.2.5 Выбор электрогидравлического регулятора 32
4 Электрическая часть 33
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 33
4.2 Выбор трансформаторов 34
4.2.1 Главные повышающие трансформаторы 34
4.2.2 Выбор трансформатора собственных нужд 34
4.3 Распределительное устройство 35
4.3.1 Выбор количества отходящих воздушных линий 35
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 36
4.4 Расчёт токов трёхфазного и однофазного короткого замыкания у
распределительного устройства высшего напряжения с применением программного комплекса RastrWin 36
4.4.1 Расчёт исходных данных 36
4.4.2 Расчёт токов КЗ с помощью программного обеспечения RastrWin ... 37
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжеленного режима 38
4.4.4 Выбор и проверка коммутационных аппаратов в РУ ВН 39
4.4.5 Выбор и проверка коммутационных аппаратов генераторного
напряжения 40
5 Релейная защита и автоматика 42
5.1 Перечень защит основного оборудования 42
5.2 Описание защит и расчёт их уставок 43
5.2.1 Продольно дифференциальная защита генератора IAG 43
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 45
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 48
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 48
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок(/1) 52
5.2.6 Дистанционная защита генератора Zl <, Z2 < 54
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 57
5.2.8 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 58
6 Компоновка сооружения гидроузла 59
6.1 Проектирование водосливной плотины 59
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 59
6.2 Гидравлические расчёты 61
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 62
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 63
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расчёта 64
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 65
6.2.5 Расчёт резервного, глубинного водосброса 66
6.2.6 Сопряжение потока в нижнем бьефе за основным водосбросом 67
6.2.7 Выбор гасителя энергии 68
6.2.8 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 68
6.3 Конструирование плотины 71
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 71
6.3.2 Разрезка бетонной плотины швами 71
6.3.3 Быки 71
6.3.4 Устои 72
6.3.5 Основные размеры цементационной завесы 73
6.3.6 Основные размеры дренажа в основании плотины 73
6.3.7 Дренаж в теле плотины 74
6.3.8 Галереи в теле плотины 74
6.4 Определение основных нагрузок на платину 74
6.4.1 Вес сооружения 74
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 75
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 76
6.4.4 Сила фильтрационного давления 76
6.4.5 Давление наносов 77
6.4.6 Волновое давление 79
6.5 Расчёт прочности плотины 80
6.5.1 Определение напряжений 80
6.5.2 Критерии прочности плотины 83
6.5.3 Расчёт устойчивости плотины 84
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Абазинского ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 85
7.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 85
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 86
7.3 Отходы, образующиеся при строительстве 88
7.3.1 Лом бетонных изделий, отходы бетона в кусковой форме 88
7.3.2 Лом и отходы, содержащие незагрязненные черные металлы в виде
изделий, кусков, несортированные 89
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 89
7.5 Пожарная безопасность 90
7.6 Охрана труда 90
8 Технико-экономические показания 93
8.1 Объём продаж 93
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 93
8.3 Налоговые расходы 95
8.4 Оценка суммы прибыли 96
8.5 Методология и исходные данные оценка инвестиционного проекта 97
8.6 Бюджетная эффективность 98
8.7 Показатели коммерческой эффективности проекта 98
8.8 Анализ рисков инвестиционных проектов 99
9 Системы измерений, способы исполнения, системы связей с РДУ СО,
системы отображения технологической информации (АСТДУ, СДТУ) 103
9.1 Назначение, состав и функции системы 103
9.2 Требования к СОТИ АССО 104
9.3 Состав технологической информации, передаваемой с Абазинской ГЭС в
Хакасское РДУ и ОДУ Сибири 105
9.4 Расчёт требуемой пропускной способности канала для передачи ТИ 105
9.4.1 Расчет пропускной способности канала связи для передачи
телесигнализации (ТС) 105
9.4.2 Расчет пропускной способности канала связи для передачи
телеизмерений (ТИ) 107
9.4.3 Суммарная оценка пропускной способности канала связи для
телемеханики по протоколу МЭК 870-5-104 109
9.5 Выбор системы СОТИ АССО 110
9.6 Структурная схема сети СОТИ АССО 111
9.7 Описание работы СОТИ АССО 112
Заключение 113
Список использованных источников 115
Приложение А - Г
Энергетика имеет огромное значение, как для обычного потребителя, так и для всей промышленности. Ввиду более высоких значений коэффициента полезного действия гидротурбин, достигающего 95 %, гидростанции призваны одним из самых эффективных источников энергии. Покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки, а так же поддерживая частоту тока, они занимают особо важное место в современных энергетических системах.
Вода как возобновляемый природный ресурс не требует производственных затрат. А значит, себестоимость производства электроэнергии на гидростанциях значительно ниже, что делает гидроэнергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
В будущем доля гидроэнергетики в энергетическом балансе со временем будет только возрастать. А уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, гидроэнергетика является самым конкурентным и, несмотря на свою уже многовековую историю, перспективным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путём инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения
Вода как возобновляемый природный ресурс не требует производственных затрат. А значит, себестоимость производства электроэнергии на гидростанциях значительно ниже, что делает гидроэнергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
В будущем доля гидроэнергетики в энергетическом балансе со временем будет только возрастать. А уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, гидроэнергетика является самым конкурентным и, несмотря на свою уже многовековую историю, перспективным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также путём инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти оптимальные проектные решения
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по гидрологии и энергосистеме была определена установленная мощность Абазинской ГЭС, которая составила 228 МВт. В соответствии с энергосистемой Хакасской РДУ показана зона работы станции в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. В результате расчетов и регулирования стока определена отметка УМО составившая 508,23 м при отметке НПУ - 516,00 м. Полезный объем водохранилища составляет 3,45 км3. Среднемноголетняя выработка электроэнергии Учурской ГЭС равна 1,22 млрд. кВтш.
На этапе выбора оборудования в качестве основного гидросилового при рассмотрении нескольких вариантов принята к установке турбина ПЛД 50-В60- 425 работающая при напорах: максимальный - 49,4 м, минимальный - 38,5 м, расчетный - 41,5 м. Число устанавливаемых агрегатов равно 4.
Альтернативным вариантом рассматривалась турбина ПЛ 50-В, но по отсутствию гидрогенератора для турбины её пришлось исключить.
Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран гидрогенератор СВ-660/165-32 зонтичного исполнения с номинальной активной мощностью 57 МВт и полной мощностью S=71,25 МВА, с номинальным напряжением генератора Ur=10,5 кВ.
Из рассмотренных нескольких вариантов по критерию экономических затрат выбрана структурная электрическая схема с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на напряжение 220 кВ - 2 рабочие системы шин и обходная. Для главной схемы подобранно основное высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ—80000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗЛ-1600/10, генераторный выключатель - элегазовый ВГГ-220, в качестве распределительного устройства выбрано ОРУ-220 кВ.
Вся генерируемая на станции мощность передается по 3 отходящим ЛЭП 220кВ.
Напорный фронт представлен: глухими правобережной грунтовой и левобережной бетонной плотинами, водосливной плотиной, станционной частью. Длина плотины по гребню составляет 598 м, ширина плотины по основанию 42 м, ширина по гребню 20 м. Для пропуска паводков запроектированы 2 поверхностных водосбросных и 2 донных водосбросов. Сопряжение бьефов осуществляется посредством носка трамплина. Для снятия противодавления устроена цементационная завеса глубиной 25,71 м и дренаж глубиной 12,86 м.
Водосливная бетонная плотина была просчитана на прочность и устойчивость. Растягивающие напряжения отсутствуют, а возникающие сжимающие напряжения не превосходят предельно допустимые. Плотина устойчива на сдвиг по основанию с коэффициентом надежности 1,26 для основного сочетания нагрузок, что больше допустимого для I класса сооружений - 1,25. Анализируя расчётные данные, можно утверждать, что выбранный профиль плотины удовлетворяет условиям прочности и надёжности.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- себестоимость вырабатываемой электроэнергии - 0,10 руб/кВт-ч;
- чистая прибыль за год составит 7,9 млрд. руб;
- дисконтированный срок окупаемости станции 66 месяцев с начала строительства.
Анализируя, эти данные можно уверено сказать, что проект экономически эффективен.
В рамках спец. вопроса я составил схему сети сбора и передачи технологической информации в Хакасское РДУ и ОДУ Сибири.
На этапе выбора оборудования в качестве основного гидросилового при рассмотрении нескольких вариантов принята к установке турбина ПЛД 50-В60- 425 работающая при напорах: максимальный - 49,4 м, минимальный - 38,5 м, расчетный - 41,5 м. Число устанавливаемых агрегатов равно 4.
Альтернативным вариантом рассматривалась турбина ПЛ 50-В, но по отсутствию гидрогенератора для турбины её пришлось исключить.
Для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран гидрогенератор СВ-660/165-32 зонтичного исполнения с номинальной активной мощностью 57 МВт и полной мощностью S=71,25 МВА, с номинальным напряжением генератора Ur=10,5 кВ.
Из рассмотренных нескольких вариантов по критерию экономических затрат выбрана структурная электрическая схема с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на напряжение 220 кВ - 2 рабочие системы шин и обходная. Для главной схемы подобранно основное высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ—80000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗЛ-1600/10, генераторный выключатель - элегазовый ВГГ-220, в качестве распределительного устройства выбрано ОРУ-220 кВ.
Вся генерируемая на станции мощность передается по 3 отходящим ЛЭП 220кВ.
Напорный фронт представлен: глухими правобережной грунтовой и левобережной бетонной плотинами, водосливной плотиной, станционной частью. Длина плотины по гребню составляет 598 м, ширина плотины по основанию 42 м, ширина по гребню 20 м. Для пропуска паводков запроектированы 2 поверхностных водосбросных и 2 донных водосбросов. Сопряжение бьефов осуществляется посредством носка трамплина. Для снятия противодавления устроена цементационная завеса глубиной 25,71 м и дренаж глубиной 12,86 м.
Водосливная бетонная плотина была просчитана на прочность и устойчивость. Растягивающие напряжения отсутствуют, а возникающие сжимающие напряжения не превосходят предельно допустимые. Плотина устойчива на сдвиг по основанию с коэффициентом надежности 1,26 для основного сочетания нагрузок, что больше допустимого для I класса сооружений - 1,25. Анализируя расчётные данные, можно утверждать, что выбранный профиль плотины удовлетворяет условиям прочности и надёжности.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- себестоимость вырабатываемой электроэнергии - 0,10 руб/кВт-ч;
- чистая прибыль за год составит 7,9 млрд. руб;
- дисконтированный срок окупаемости станции 66 месяцев с начала строительства.
Анализируя, эти данные можно уверено сказать, что проект экономически эффективен.
В рамках спец. вопроса я составил схему сети сбора и передачи технологической информации в Хакасское РДУ и ОДУ Сибири.