Сокращенный паспорт Кизирской 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 14
2 Водноэнергетические расчёты 15
2.1 Регулирование стока воды 15
2.1.1 Исходные данные 15
2.1.2 Кривые обеспеченности расходов 15
2.1.3 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 16
2.1.4 Определение типа регулирования 17
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 18
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 18
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 19
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 22
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 22
2.3 Баланс мощности и энергии 22
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы Сибирь 22
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы Сибирь 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 31
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 31
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 33
3.3 Выбор маслонапорной установки и ЭГР 35
3.3.1 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 35
3.3.2 Выбор электрогидравлического регулятора 36
3.4 Выбор гидрогенератора 36
4 Электрическая часть 37
4.1 Выбор структурной схемы электрический соединений 37
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 37
4.2.1 Выбор повышающих трансформаторов 37
4.2.2 Выбор трансформаторов СН 39
4.2.3 Выбор синхронных генераторов 39
4.3 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета 40
4.4 Выбор количества отходящих линий РУВН и марки проводов 41
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 42
4.6 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в
распределительном устройстве высшего напряжения с применением программного комплекса RastrKZ 42
4.6.1 Расчёт исходных данных 42
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс RastrKZ 44
4.7 Выбор и проверка коммутационных аппаратов в распределительном
устройстве высшего напряжения 45
4.7.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов 45
4.7.2 Выбор выключателей и разъединителей 46
4.7.3 Выбор ячеек КРУЭ 47
4.7.4 Выбор ограничителей перенапряжения (ОПН) 47
4.7.5 Выбор синхронизатора для включения в сеть 48
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Перечень защит основного оборудования 49
5.2 Рекомендуемый к установке устройства релейной защиты 50
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 50
5.2.2 Защита от замыкания на землю обмотки статора генератора 53
5.2.3 Защита от повышения напряжения 56
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 56
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 60
5.2.6 Дистанционная защита генератора 62
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 65
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 66
6 Компоновка и сооружения гидроузла 67
6.1 Определение класса гидротехнического сооружения 67
6.1.1 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 67
6.2 Гидравлический расчет водосливной плотины 68
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 68
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 70
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 71
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 74
6.3.1 Сопряжение бьефов свободной отброшенной струей 75
6.4 Конструирование бетонной плотины 77
6.5 Конструирование элементов подземного контура плотины 79
6.6 Быки 80
6.7 Разрезка плотины швами 81
6.8 Галереи в теле плотины 81
6.9 Статические расчеты плотины 81
6.9.1 Вес сооружения 81
6.9.2 Равнодействующая взвешивающего и фильтрационного
давления 82
6.9.3 Сила гидростатического давления воды 83
6.9.4 Волновое воздействие 84
6.9.5 Давление грунта 84
6.9.6 Расчет прочности плотины 84
6.10 Расчет устойчивости плотины 87
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 90
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 90
7.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников
ГЭС 90
7.2.1 Общие положения 90
7.2.2 Охрана труда ГЭС 92
7.2.3 Ответственность 94
7.3 Пожарная безопасность 94
7.3.1 Ответственность за состояние пожарной безопасности 94
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 95
7.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 96
7.3.4 Содержание территории, дорог, подъездов к зданиям и сооружениям 97
7.3.5 Содержание зданий, сооружений, помещений 97
7.4 Охрана природы 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
8 Технико-экономические показатели 105
8.1 Оценка объемов продаж электроэнергии 105
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 105
8.3 Налоговые расходы 107
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации проекта 108
8.5 Коммерческая эффективность 109
8.6 Анализ чувствительности 110
9 Микропроцессорные комплексы РЗА, исполнение, настройки, уточненные
расчеты отдельных защит 113
9.1 Микропроцессорные комплексы РЗА 113
9.2 Исполнение 113
9.3 Настройки 114
9.4 Уточненные расчеты отдельных защит 115
9.4.1 Характеристики продольной дифференциальной защиты генератора, I
A G 115
9.4.2 Характеристики токовой защиты трансформатора, IT> 116
9.4.3 Характеристики защиты от замыканий на землю обмотки статора
блока генератор-трансформатор, UN (U0) 117
Заключение 120
Список использованных источников 123
Приложение А Анализ исходных данных 128
Приложение Б Водно-энергетические расчеты 130
Приложение В Основное и вспомогательное оборудование 133
Приложение Г Релейная защита и автоматика 135
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия турбин достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
Энергетический кризис, связанный с сокращением запасов органического топлива, и стремительно возрастающие проблемы экологии определяют всё больший интерес во всём мире к использованию природных возобновляемых энергоресурсов. Среди них весьма существенное место по запасам и масштабам использования занимает энергия потоков воды. Стабильность потока воды и широкие возможности по регулированию его энергии позволяет использовать более простые и дешёвые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии.
Себестоимость производства электроэнергии в кВтш 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, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и привлекательная для инвестиций отрасль народного хозяйства.
Следует отметить, что гидроэлектростанции могут устанавливаться практически на любых водотоках, соответственно изменяется мощность агрегатов. Особое свойство гидротехнических сооружений заключается в том, что их разрушение высвобождает на волю разрушительную стихию, приводящее за короткое время к колоссальным материальным убыткам, но что особо важно к большим человеческим жертвам. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов.
Целью проекта является проектирование Кизирской ГЭС на реке Кизир, 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 средненапорной Кизирской ГЭС высотой 60 метров на реке Кизир, являющимся сооружением І класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью: 0,1%, поверочного 0,01% обеспеченности: Q0,1% = 1396 м3/с, Q0,01% = 1503 м3/с. В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Кизирской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила 235 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 426,1 м. Полезный объем составляет 2,73 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,62 млрд. кВтч.
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 расчетный минимальный
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС Q max, соответствующий расчетному напору, составляет 690 м /с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ70-В и ПЛД70-В60° с разными диаметрами. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с тремя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 4,75 м (ПЛ70-В).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 850/190-40 с номинальной активной мощностью 90 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-110кВ - «две рабочие системы сборных шин». По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 125000/110- У1, трансформаторы собственных нужд ТМН 1600/35/0,4, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32 (один провод в фазе).
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ, а также рассчитаны уставки основных защит генератора.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной. Водосливная и глухая плотина приняты бетонными. Здание ГЭС - приплотинного типа.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 45 м;
- станционная бетонная плотина - 63 м;
- глухая правобережная и левобережная бетонные плотины;
- здание ГЭС приплотинного типа.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка гребня водослива - 436,5 м;
- отметка гребня бычка - 442,1 м;
- отметка подошвы плотины - 381 м;
- ширина подошвы плотины по основанию - 40 м;
- количество водосливных отверстий - 3;
- ширина водосливных отверстий - 18 м;
- ширина сооружения по гребню - 40 м;
- высота сооружения - 60 м;
- толщина бычка - 3 м;
- протяженность бетонной плотины в створе - 314 м.
В качестве гасителя энергии потока был выбран отлёт струи:
- отметка носка - 386,4 м;
- угол отлёта струи -30;
- дальность отброса струи - 71,08 м.
Для уменьшения величины противодавления устроена цементационная завеса на глубину 41,3 метра относительно подошвы сооружения и дренаж на глубину 24,8 метров относительно подошвы сооружения.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции (шириной 11 метров) 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 1,257 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Кизирского 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:
- стоимость строительства гидроузла - 4,5 млрд. руб.;
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,10 руб/кВт-ч.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
