Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШИЛКИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ШИЛКА. СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ГИДРОАГРЕГАТОВ ГЭС - ВИБРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ ШИЛКИНСКОЙ 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 11
1.4 Сейсмические условия 11
1.5 Энергоэкономическая характеристика района 11
1.6 Аналоги проектируемого гидроузла 12
2 Гидрологические расчёты 13
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 13
2.2 Построение суточных графиков нагрузки и интегральная кривая
нагрузки энергосистемы 14
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 15
2.4 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 17
2.5 Водноэнергетические расчеты режима работы ГЭС 20
2.6 Определение рабочей и установленной мощности ГЭС. Планирование
капитальных ремонтов 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Построение режимного поля 24
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 26
3.3 Определение отметки рабочего колеса 29
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 32
3.6 Расчет вала на прочность 33
3.8 Выбор МНУ и электрогидравлического регулятора 33
4 Электрическая часть 35
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 35
4.2 Выбор типа блоков ГЭС 36
4.2.1 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с простыми
блоками 36
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненными
блоками 37
4.2.3 Выбор синхронных генераторов 38
4.2.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.2.5 Выбор главной схемы на основании технико-экономического
расчёта 39
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий 40
4.4 Выбор схемы РУ ВН 41
4.5 Расчет токов трехфазного и однофазного КЗ в РУ ВН и на генераторном
напряжении в программном комплексе «RASTR WIN 3» 42
4.6 Выбор и проверка электрических аппаратов в главной схеме 44
4.6.1 Выбор генераторного выключателя 44
4.6.2 Выбор выключателя ОРУ 220 кВ 45
4.6.3 Выбор разъединителей 220 кВ 46
4.6.4 Прочее оборудование 47
5 Релейная защита и автоматика 48
5.1 Перечень защит основного оборудования 48
5.2 Технические данные защищаемого оборудования 49
5.3 Расчёт номинальных токов 50
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 51
5.5 Описание защит и расчет их уставок 51
5.5.1 Продольная дифференциальная защита генератора 51
5.5.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 53
5.5.3 Защита от повышения напряжения 56
5.5.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 57
5.5.5 Защита от симметричных перегрузок 60
5.5.6 Дистанционная защита генератора 62
5.5.7 Защита ротора от перегрузки 65
5.5.8 Таблица уставок и матрица отключений защит 67
6 Проектирование сооружений напорного фронта 70
6.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 70
6.2 Определение ширины водосливного фронта 72
6.3 Определение отметки гребня водослива 73
6.4 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном случае 74
6.5 Построение профиля водосливной грани 75
6.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
6.7 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 78
6.8 Проектирование донного водовыпуска 81
6.9 Определение ширины подошвы бетонной плотины 82
6.10 Разрезка бетонных плотин швами 82
6.11 Быки 83
6.12 Устои 83
6.13 Дренаж тела бетонных плотин 83
6.14 Галереи в теле плотины. Ширина гребня плотины 84
6.15 Основные элементы плотины 84
6.15.1 Противофильтрационные завесы 84
6.15.2 Дренажные устройства в основании в скальных грунтах 86
6.16 Определение нагрузок на плотину для основного сочетания
нагрузок и воздействий 86
6.16.1 Вес сооружения и затворов 86
6.16.2 Сила гидростатического давления 87
6.16.3 Равнодействующая взвешивающего давления 88
6.16.4 Сила фильтрационного давления 88
6.16.5 Давление грунта 89
6.16.6 Волновое давление 93
6.16.7 Оценка прочности плотины 95
6.17 Критерии прочности плотины и ее основания 97
6.18 Расчёт устойчивости плотины 98
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 100
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 100
7.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников
Шилкинской ГЭС 100
7.2.1 Общие положения 100
7.2.2 Охрана труда Шилкинской ГЭС 102
7.3 Пожарная безопасность 105
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 105
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 106
7.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках .. 107
7.4 Охрана природы 108
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 109
7.4.2 Водоохранная зона 111
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 112
8 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 114
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 114
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 114
8.3 Налоговые расходы 117
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 117
8.5 Оценка инвестиционного проекта 118
8.6 Методология, исходные данные 118
8.7 Коммерческая эффективность 119
8.7.1 Бюджетная эффективность 119
8.7.2 Анализ чувствительности 120
9 Системы технологического управления и контроля гидроагрегатов ГЭС -
вибрационный контроль 122
9.1 Стационарная система вибромониторинга гидроагрегатов Шилкинской ГЭС 124
9.1.1 Структурная схема системы стационарного виброконтроля
гидроагрегата 125
9.1.2 Объем измерений вибрации 126
9.1.3 Выбор стационарной системы вибрационного контроля для
гидроагрегатов Шилкинской ГЭС 126
9.2 Вибрационные испытания агрегата и выбор системы вибрационного
контроля для гидроагрегатов Шилкинской ГЭС 134
9.2.1 Режимы работы гидрогенератора 134
9.2.2 Методика оценки вибрационного состояния гидроагрегата 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А-Б
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общие сведения 9
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Инженерно- геологические условия 11
1.4 Сейсмические условия 11
1.5 Энергоэкономическая характеристика района 11
1.6 Аналоги проектируемого гидроузла 12
2 Гидрологические расчёты 13
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 13
2.2 Построение суточных графиков нагрузки и интегральная кривая
нагрузки энергосистемы 14
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 15
2.4 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 17
2.5 Водноэнергетические расчеты режима работы ГЭС 20
2.6 Определение рабочей и установленной мощности ГЭС. Планирование
капитальных ремонтов 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Построение режимного поля 24
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 26
3.3 Определение отметки рабочего колеса 29
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 32
3.6 Расчет вала на прочность 33
3.8 Выбор МНУ и электрогидравлического регулятора 33
4 Электрическая часть 35
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 35
4.2 Выбор типа блоков ГЭС 36
4.2.1 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с простыми
блоками 36
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненными
блоками 37
4.2.3 Выбор синхронных генераторов 38
4.2.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.2.5 Выбор главной схемы на основании технико-экономического
расчёта 39
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий 40
4.4 Выбор схемы РУ ВН 41
4.5 Расчет токов трехфазного и однофазного КЗ в РУ ВН и на генераторном
напряжении в программном комплексе «RASTR WIN 3» 42
4.6 Выбор и проверка электрических аппаратов в главной схеме 44
4.6.1 Выбор генераторного выключателя 44
4.6.2 Выбор выключателя ОРУ 220 кВ 45
4.6.3 Выбор разъединителей 220 кВ 46
4.6.4 Прочее оборудование 47
5 Релейная защита и автоматика 48
5.1 Перечень защит основного оборудования 48
5.2 Технические данные защищаемого оборудования 49
5.3 Расчёт номинальных токов 50
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 51
5.5 Описание защит и расчет их уставок 51
5.5.1 Продольная дифференциальная защита генератора 51
5.5.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 53
5.5.3 Защита от повышения напряжения 56
5.5.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 57
5.5.5 Защита от симметричных перегрузок 60
5.5.6 Дистанционная защита генератора 62
5.5.7 Защита ротора от перегрузки 65
5.5.8 Таблица уставок и матрица отключений защит 67
6 Проектирование сооружений напорного фронта 70
6.1 Определение отметки гребня бетонной плотины 70
6.2 Определение ширины водосливного фронта 72
6.3 Определение отметки гребня водослива 73
6.4 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном случае 74
6.5 Построение профиля водосливной грани 75
6.6 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 77
6.7 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 78
6.8 Проектирование донного водовыпуска 81
6.9 Определение ширины подошвы бетонной плотины 82
6.10 Разрезка бетонных плотин швами 82
6.11 Быки 83
6.12 Устои 83
6.13 Дренаж тела бетонных плотин 83
6.14 Галереи в теле плотины. Ширина гребня плотины 84
6.15 Основные элементы плотины 84
6.15.1 Противофильтрационные завесы 84
6.15.2 Дренажные устройства в основании в скальных грунтах 86
6.16 Определение нагрузок на плотину для основного сочетания
нагрузок и воздействий 86
6.16.1 Вес сооружения и затворов 86
6.16.2 Сила гидростатического давления 87
6.16.3 Равнодействующая взвешивающего давления 88
6.16.4 Сила фильтрационного давления 88
6.16.5 Давление грунта 89
6.16.6 Волновое давление 93
6.16.7 Оценка прочности плотины 95
6.17 Критерии прочности плотины и ее основания 97
6.18 Расчёт устойчивости плотины 98
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 100
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 100
7.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников
Шилкинской ГЭС 100
7.2.1 Общие положения 100
7.2.2 Охрана труда Шилкинской ГЭС 102
7.3 Пожарная безопасность 105
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 105
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 106
7.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках .. 107
7.4 Охрана природы 108
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 109
7.4.2 Водоохранная зона 111
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 112
8 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 114
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 114
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 114
8.3 Налоговые расходы 117
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 117
8.5 Оценка инвестиционного проекта 118
8.6 Методология, исходные данные 118
8.7 Коммерческая эффективность 119
8.7.1 Бюджетная эффективность 119
8.7.2 Анализ чувствительности 120
9 Системы технологического управления и контроля гидроагрегатов ГЭС -
вибрационный контроль 122
9.1 Стационарная система вибромониторинга гидроагрегатов Шилкинской ГЭС 124
9.1.1 Структурная схема системы стационарного виброконтроля
гидроагрегата 125
9.1.2 Объем измерений вибрации 126
9.1.3 Выбор стационарной системы вибрационного контроля для
гидроагрегатов Шилкинской ГЭС 126
9.2 Вибрационные испытания агрегата и выбор системы вибрационного
контроля для гидроагрегатов Шилкинской ГЭС 134
9.2.1 Режимы работы гидрогенератора 134
9.2.2 Методика оценки вибрационного состояния гидроагрегата 135
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А-Б
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, выполняя главную роль по регулированию параметров систем в нестационарных режимах, а также покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на ценообразовании электроэнергии на рынке сбыта.
Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. Лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия станет гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционная отрасль народного хозяйства.
Целью 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.
Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. Лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия станет гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционная отрасль народного хозяйства.
Целью 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 Шилкинского гидроузла на реке Шилка, являющимся сооружением II класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 1 % и поверочного 0,1 % равных 3315 и 4263 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 345,5 МВт и среднемноголетняя выработка 1,44 млрд. кВъч.
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 - 45 м;
расчетный - 36,4 м ;
минимальный - 29,9 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1168 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта РО45, ПЛД50-В и ПЛ50-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с шестью гидротурбинами ПЛ50-В-630.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ- 1070/145-52 с номинальной активной мощностью 80 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства на 5 присоединений (2 укрупненных блока, 3 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - "две системы сборных шин с обходной". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 200000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТСЗЛ- 4000/13,8/6, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32 (три провода в фазе).
Выбран генераторный аппаратный комплекс типа КАГ-20.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Весь напорный фронт представлен бетонной плотиной.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 57 м;
- станционная бетонная плотина - 130 м;
- глухая правобережная бетонная - 146 м;
- глухая левобережная бетонная - 151 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. В результате расчетов получили, что плотина Шилкинского 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 - 6,5 лет;
- себестоимость - 0,11 руб/кВт
- удельные капиталовложения -19119 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Северодонского гидроузла в настоящее время является актуальным.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 1 % и поверочного 0,1 % равных 3315 и 4263 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 345,5 МВт и среднемноголетняя выработка 1,44 млрд. кВъч.
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 - 45 м;
расчетный - 36,4 м ;
минимальный - 29,9 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1168 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта РО45, ПЛД50-В и ПЛ50-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с шестью гидротурбинами ПЛ50-В-630.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ- 1070/145-52 с номинальной активной мощностью 80 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства на 5 присоединений (2 укрупненных блока, 3 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - "две системы сборных шин с обходной". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 200000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТСЗЛ- 4000/13,8/6, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32 (три провода в фазе).
Выбран генераторный аппаратный комплекс типа КАГ-20.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Весь напорный фронт представлен бетонной плотиной.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 57 м;
- станционная бетонная плотина - 130 м;
- глухая правобережная бетонная - 146 м;
- глухая левобережная бетонная - 151 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. В результате расчетов получили, что плотина Шилкинского 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 - 6,5 лет;
- себестоимость - 0,11 руб/кВт
- удельные капиталовложения -19119 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Северодонского гидроузла в настоящее время является актуальным.