Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ НАУРУЗОВСКОЙ ГЭС. ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОПОВЕЩЕНИЯ ГЭС (СРЕДСТВА, МЕТОДЫ, СИСТЕМЫ ОПОВЕЩЕНИЯ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ НА ГЭС, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С МЧС И РЕГИОНАЛЬНЫМИ ВЛАСТЯМИ, ОЦЕНКА ЗОНЫ ЗАТОПЛЕНИЯ ПРИ ЧС, МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ВЕРОЯТНЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ВОДЫ НБ ГЭС НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ГЭС)
|
Сокращенный паспорт Наурузовской 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 Структура энергосистемы 15
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 15
1.2.1 Кривые связи 15
1.2.2 Суточные графики нагрузки 17
1.2.3 Построение интегральной кривой нагрузки 18
1.2.4 Годовые графики нагрузки 21
2 Водноэнергетические расчеты 23
2.1 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования 23
2.2 Расчет режимов работы ГЭС по маловодному году 25
2.3 Определение среднемноголетней выработки в средневодном году 25
2.4 Определение рабочей и установленной мощностей 26
2.5 Расчет баланса мощностей 27
2.6 Построение режимного поля 28
3 Основное и вспомогательное оборудование 31
3.1 Выбор системы и количества агрегатов 31
3.2 Определение отметки заглубления рабочего колеса гидротурбины 35
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 37
3.4 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического
регулятора 38
3.5 Выбор геометрических размеров машинного зала 38
4 Электрическая часть 40
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 40
4.2. Выбор основного оборудования 41
4.2.1 Схема с простыми блоками 41
4.2.2 Схема с укрупненными блоками 42
4.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 43
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ 44
4.5 Технико - экономическое обоснование 45
4.6 Выбор схемы распределительного устройства 45
4.7 Расчет токов короткого замыкания 46
4.8 Выбор электрических аппаратов 48
4.8.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного
режимов 49
4.8.2 Выбор выключателей 49
4.8.3 Выбор разъединителей 50
4.8.4 Выбор трансформаторов напряжения 50
4.8.5 Выбор ограничителей перенапряжения 50
4.9 Выбор коммутационных аппаратов на генераторном напряжении 51
4.9.1 Выбор выключателей 51
4.9.2 Выбор разъединителей 51
4.9.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 52
4.9.4 Выбор ограничителей перенапряжения 52
4.9.5 Выбор синхронизатора и сетевого анализатора 52
5 Релейная защита и автоматика 53
5.1 Перечень защит основного оборудования 53
5.2 Расчет номинальных токов 54
5.3 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 54
5.4 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 55
5.5 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(UN(U0)) 57
5.6 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 60
5.7 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 61
5.8 Защита от симметричных перегрузок (I1) 64
5.9 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 66
5.10 Защита от перегрузки обмотки ротора (Ip) 70
5.11 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 71
5.12 Таблица уставок и матрица отключений защит 71
6 Компоновка и сооружения гидроузла 74
6.1 Определение класса сооружения 74
6.2 Определение отметки гребя грунтовой плотины 74
6.3 Гидравлические расчеты 76
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 77
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 78
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 80
6.4 Построение оголовка водосливной грани по Кригер-Офицерову .. 81
6.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 83
6.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 84
6.7 Конструирование бетонной плотины 87
6.7.1 Определение ширины подошвы плотины 87
6.7.2 Разрезка плотины швами 89
6.7.3 Быки 89
6.7.4 Устои 90
6.7.5 Дренаж тела бетонной плотины 90
6.7.6 Галереи в теле плотины 90
6.7.7 Элементы подземного контура плотины 90
6.8 Определение основных нагрузок на плотину. Расчетный случай
при НПУ 92
6.8.1 Вес сооружения и затворов 92
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 93
6.8.3 Равнодействующая взвешивающего давления 93
6.8.4 Сила фильтрационного давления 93
6.8.5 Давление грунта 93
6.8.6 Волновое давление 94
6.9 Оценка прочности плотины 94
6.9.1 Определение напряжений 94
6.9.2 Критерии прочности плотины и ее основания 96
6.9.3 Обоснование устойчивости плотины 97
7 Охрана труда, пожарная безопасность, охрана окружающей среды 99
7.1 Общие сведения о районе строительства 99
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 100
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 101
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 102
7.5 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 103
7.6 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 103
7.7 Водоохранная зона 104
7.8 Водоохранные мероприятия по ГЭС 105
8 Технико-экономические показатели 106
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии и расходов 106
8.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 106
8.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 106
8.1.3 Налоговые расходы 109
8.2. Оценка суммы прибыли 109
8.3. Оценка инвестиционного проекта 110
8.3.1 Методология и исходные данные оценка инвестиционного
проекта 110
8.3.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 111
8.3.3 Бюджетная эффективность 112
8.4. Анализ чувствительности 112
9 Локальные системы оповещения ГЭС (средства, методы, системы
оповещения при чрезвычайных ситуациях на ГЭС, взаимодействие с МЧС и региональными властями, оценка зоны затопления при ЧС, методы борьбы с вероятным загрязнением воды НБ ГЭС на примере проектируемой ГЭС) 115
9.1 Назначение и краткая характеристика 115
9.2 Перечень основных нормативных документов, используемых при
разработке раздела 116
9.3 Организация локальных систем оповещения ГЭС 117
9.4 Порядок задействования локальной системы оповещения 118
9.5 Основные технические решения по структуре системы, средствам и
способам связи между ее компонентами 118
9.6 Расчет характеристик громкоговорителей ГР. 100 и ГР.10 121
9.7 Перечень мероприятий по охране окружающей среды 125
9.8 Описание функционирования комплекса технических средств .... 125
9.9 Описание размещения комплекса технических средств на
объектах 127
Заключение 129
Список использованных источников 131
Приложение А. Водноэнергетические расчеты 134
Приложение Б. Основное и вспомогательное оборудование 139
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 Структура энергосистемы 15
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 15
1.2.1 Кривые связи 15
1.2.2 Суточные графики нагрузки 17
1.2.3 Построение интегральной кривой нагрузки 18
1.2.4 Годовые графики нагрузки 21
2 Водноэнергетические расчеты 23
2.1 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования 23
2.2 Расчет режимов работы ГЭС по маловодному году 25
2.3 Определение среднемноголетней выработки в средневодном году 25
2.4 Определение рабочей и установленной мощностей 26
2.5 Расчет баланса мощностей 27
2.6 Построение режимного поля 28
3 Основное и вспомогательное оборудование 31
3.1 Выбор системы и количества агрегатов 31
3.2 Определение отметки заглубления рабочего колеса гидротурбины 35
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 37
3.4 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического
регулятора 38
3.5 Выбор геометрических размеров машинного зала 38
4 Электрическая часть 40
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 40
4.2. Выбор основного оборудования 41
4.2.1 Схема с простыми блоками 41
4.2.2 Схема с укрупненными блоками 42
4.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 43
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ 44
4.5 Технико - экономическое обоснование 45
4.6 Выбор схемы распределительного устройства 45
4.7 Расчет токов короткого замыкания 46
4.8 Выбор электрических аппаратов 48
4.8.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного
режимов 49
4.8.2 Выбор выключателей 49
4.8.3 Выбор разъединителей 50
4.8.4 Выбор трансформаторов напряжения 50
4.8.5 Выбор ограничителей перенапряжения 50
4.9 Выбор коммутационных аппаратов на генераторном напряжении 51
4.9.1 Выбор выключателей 51
4.9.2 Выбор разъединителей 51
4.9.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 52
4.9.4 Выбор ограничителей перенапряжения 52
4.9.5 Выбор синхронизатора и сетевого анализатора 52
5 Релейная защита и автоматика 53
5.1 Перечень защит основного оборудования 53
5.2 Расчет номинальных токов 54
5.3 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 54
5.4 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 55
5.5 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора
(UN(U0)) 57
5.6 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 60
5.7 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 61
5.8 Защита от симметричных перегрузок (I1) 64
5.9 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 66
5.10 Защита от перегрузки обмотки ротора (Ip) 70
5.11 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 71
5.12 Таблица уставок и матрица отключений защит 71
6 Компоновка и сооружения гидроузла 74
6.1 Определение класса сооружения 74
6.2 Определение отметки гребя грунтовой плотины 74
6.3 Гидравлические расчеты 76
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 77
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 78
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 80
6.4 Построение оголовка водосливной грани по Кригер-Офицерову .. 81
6.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 83
6.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 84
6.7 Конструирование бетонной плотины 87
6.7.1 Определение ширины подошвы плотины 87
6.7.2 Разрезка плотины швами 89
6.7.3 Быки 89
6.7.4 Устои 90
6.7.5 Дренаж тела бетонной плотины 90
6.7.6 Галереи в теле плотины 90
6.7.7 Элементы подземного контура плотины 90
6.8 Определение основных нагрузок на плотину. Расчетный случай
при НПУ 92
6.8.1 Вес сооружения и затворов 92
6.8.2 Сила гидростатического давления воды 93
6.8.3 Равнодействующая взвешивающего давления 93
6.8.4 Сила фильтрационного давления 93
6.8.5 Давление грунта 93
6.8.6 Волновое давление 94
6.9 Оценка прочности плотины 94
6.9.1 Определение напряжений 94
6.9.2 Критерии прочности плотины и ее основания 96
6.9.3 Обоснование устойчивости плотины 97
7 Охрана труда, пожарная безопасность, охрана окружающей среды 99
7.1 Общие сведения о районе строительства 99
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 100
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 101
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 102
7.5 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 103
7.6 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 103
7.7 Водоохранная зона 104
7.8 Водоохранные мероприятия по ГЭС 105
8 Технико-экономические показатели 106
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии и расходов 106
8.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 106
8.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 106
8.1.3 Налоговые расходы 109
8.2. Оценка суммы прибыли 109
8.3. Оценка инвестиционного проекта 110
8.3.1 Методология и исходные данные оценка инвестиционного
проекта 110
8.3.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 111
8.3.3 Бюджетная эффективность 112
8.4. Анализ чувствительности 112
9 Локальные системы оповещения ГЭС (средства, методы, системы
оповещения при чрезвычайных ситуациях на ГЭС, взаимодействие с МЧС и региональными властями, оценка зоны затопления при ЧС, методы борьбы с вероятным загрязнением воды НБ ГЭС на примере проектируемой ГЭС) 115
9.1 Назначение и краткая характеристика 115
9.2 Перечень основных нормативных документов, используемых при
разработке раздела 116
9.3 Организация локальных систем оповещения ГЭС 117
9.4 Порядок задействования локальной системы оповещения 118
9.5 Основные технические решения по структуре системы, средствам и
способам связи между ее компонентами 118
9.6 Расчет характеристик громкоговорителей ГР. 100 и ГР.10 121
9.7 Перечень мероприятий по охране окружающей среды 125
9.8 Описание функционирования комплекса технических средств .... 125
9.9 Описание размещения комплекса технических средств на
объектах 127
Заключение 129
Список использованных источников 131
Приложение А. Водноэнергетические расчеты 134
Приложение Б. Основное и вспомогательное оборудование 139
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, выполняя главную роль по регулированию параметров в нестационарных режимах, а также покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки.
Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС в 7-10 раз 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, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая и экологически безопасная отрасль народного хозяйства.
Целью проекта является проектирование Наурузовской ГЭС на реке Урал, её сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технико-экономическое обоснование эффективности проекта
Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС в 7-10 раз 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, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая и экологически безопасная отрасль народного хозяйства.
Целью проекта является проектирование Наурузовской ГЭС на реке Урал, её сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технико-экономическое обоснование эффективности проекта
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Наурузовской ГЭС на реке Урал, которой присвоен II класс сооружения.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью 1,0% и поверочного 0,1% обеспеченности случаев: Q1,0%=624м3/с, Q0,1%=680м3/с.
В ходе водно - энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Наурузовской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NYCT=140 МВт. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 422 млн. кВт^ч.
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 -Hmax= 44 м;
- расчетный -Нрасч = 32,7 м;
- минимальный -Hmin= 28,5 м.
По результатам расчетов выбора турбин был определен оптимальный вариант с четырьмя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 4,25 м (РО45- В-425).
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 107 об/мин был выбран гидрогенератор ВГС - 850/135 - 56.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-110 кВ - "две рабочие и обходная системы сборных шин". По справочным данным и каталогам были выбраны блочные трансформаторы ТД-63000/110-У1.
В качестве генераторного выключателя, принять генераторный комплекс КАГ - 20 (Электроаппарат), со встроенными трансформаторами тока и напряжения, разъединителем, ограничителем перенапряжения, имеющий большой ресурс и надежность.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной. Водосливная плотина принята бетонной. Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отлет струи. Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быкам, разрезается каждый бык, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов. Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов определилось, что Наурузовская 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.
По технико-экономическим расчетам получены показатели, которые обеспечивают экономическую эффективность строительства Наурузовской ГЭС.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью 1,0% и поверочного 0,1% обеспеченности случаев: Q1,0%=624м3/с, Q0,1%=680м3/с.
В ходе водно - энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Наурузовской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NYCT=140 МВт. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 422 млн. кВт^ч.
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 -Hmax= 44 м;
- расчетный -Нрасч = 32,7 м;
- минимальный -Hmin= 28,5 м.
По результатам расчетов выбора турбин был определен оптимальный вариант с четырьмя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 4,25 м (РО45- В-425).
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 107 об/мин был выбран гидрогенератор ВГС - 850/135 - 56.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-110 кВ - "две рабочие и обходная системы сборных шин". По справочным данным и каталогам были выбраны блочные трансформаторы ТД-63000/110-У1.
В качестве генераторного выключателя, принять генераторный комплекс КАГ - 20 (Электроаппарат), со встроенными трансформаторами тока и напряжения, разъединителем, ограничителем перенапряжения, имеющий большой ресурс и надежность.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной. Водосливная плотина принята бетонной. Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отлет струи. Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быкам, разрезается каждый бык, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов. Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов определилось, что Наурузовская 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.
По технико-экономическим расчетам получены показатели, которые обеспечивают экономическую эффективность строительства Наурузовской ГЭС.