ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОЛЁКМО-ЧАРСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ОЛЁКМА. РАСЧЕТ ГИДРОУДАРА В ТУРБИННЫХ ВОДОВОДАХ И ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЯ ВОДЫ В АЭРАЦИОННЫХ ТРУБАХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
Сокращённый паспорт Олекмо-Чарского ГУ, 7
Введение 9
1 Общие сведения 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 11
1.1.3 Инженерно-геологические условия 15
1.2 Энергоэкономическая характеристика района строительства ГУ 16
2 Водно-энергетические расчёты 17
2.1 Суточные графики нагрузки и ИКН 17
2.2 Построение годовых графиков максимальных и
среднемесячных нагрузок 19
2.3 Расчёт режима работы ГЭС без регулирования с учётом
требований ВХК 20
2.4 Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по
маловодному году 23
2.5 Определение установленной мощности ГЭС 25
2.6 Баланс мощности 26
2.7 Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС по
средневодному году 28
3 Основное и вспомогательное оборудование 30
3.1 Построение режимного поля 30
3.2 Выбор системы и типа гидротурбины, 31
3.3 Определение номинального диаметра рабочего колеса 32
3.4 Определение отметки установки рабочего колеса 34
3.5 Расчёт и построение бетонной спиральной камеры, 37
3.6 Расчет вала на прочность 41
3.7 Расчёт подшипника, 42
3.8 Выбор гидрогенератора 43
3.9 Выбор кранов 43
3.10 Выбор МНУ 44
3.11 Выбор электрогидравлического регулятора 44
4 Электрическая часть 45
4.1 Исходные данные для проектирования 45
4.2 Выбор силового оборудования 46
4.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы
с одиночными блоками 46
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы
с объединёнными блоками 47
4.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд, 47
4.3 Распределительное устройство 47
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий, 47
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 48
4.4 Технико - экономический анализ 49
4.5 Расчёт токов короткого замыкания 50
4.6 Выбор электрических аппаратов 53
4.6.1 Выбор генераторного выключателя 53
4.6.2 Выбор разъединителя 54
4.6.3 Выбор системного анализатора и синхронизатора 54
4.6.4 Выбор трансформатора тока и напряжения 54
4.6.5 Выбор КРУЭ
4.6.6 Выбор трансформаторов напряжения для схемы СН 55
4.7 Главная схема ГЭС 56
5 Устройства РЗ и А 57
5.1 Технические данные оборудования 57
5.2 Перечень защит блока генератор - трансформатор - линия 57
5.3 Расчёт номинальных токов 59
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 60
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 60
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора
генератора (UN (UO)) 62
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 65
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 65
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 69
5.4.6 Дистанционная защита генератора (Z 4<), (Z2< ) 71
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 73
5.4.8 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 75
5.5 Матрица отключений 76
5.6 Таблица уставок 77
6 Компоновка и сооружения гидроузла 78
6.1 Состав сооружения гидроузла 78
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 78
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 78
6.2.1.1 Грунтовая плотина 78
6.2.1.2 Бетонная плотина 80
6.3 Гидравлические расчёты 80
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 81
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 81
6.3.3 Построение профиля водосливной грани 82
6.3.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 83
6.3.5 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 84
6.3.6 Проектирование глубинного водовыпуска 86
6.4 Конструирование плотины 87
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины, 87
6.4.2 Разрезка бетонных плотин швами 87
6.4.3 Быки 88
6.4.4 Устои 88
6.4.5 Галереи в теле плотины 89
6.4.6 Дренаж тела бетонных плотин 89
6.5 Основные элементы подземного контура плотины 90
6.5.1 Противофильтрационная завеса 90
6.5.2 Дренажные устройства в основании 91
6.6 Основное сочетание нагрузок и воздействий 91
6.6.1 Вес сооружения и затворов 92
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 92
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего давления 93
6.6.4 Сила фильтрационного давления 93
6.6.5 Давление грунта 94
6.6.6 Волновое давление 96
6.7 Оценка прочности плотины 97
6.8 Критерии прочности плотины 100
6.9 Обоснование устойчивости плотины 100
6.10 Проектирование грунтовой плотины 101
7 Пожарная безопасность. Охрана труда. Техника безопасности.
Охрана окружающей среды 103
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 103
7.2 Пожарная безопасность 103
7.3 Охрана труда, 104
7.3.1 Территория, акватории, помещения и рабочие места 104
7.3.2 Обслуживание оборудования 105
7.3.3 Вращающиеся механизмы 106
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Олёкмо-Чарского ГУ 106
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 106
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды
в период строительства 107
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 108
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве, 109
7.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды
в период эксплуатации 110
8 Оценка объёмов реализации энергии и расходов 111
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 111
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 112
8.3 Налоговые расходы 114
8.4 Оценка суммы прибыли 114
8.5 Оценка инвестиционного проекта 115
8.5.1 Методология и исходные данные для оценки проекта 116
8.5.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 116
8.6 Бюджетная эффективность, 116
8.7 Анализ чувствительности 117
9 Расчет гидроудара в турбинных водоводах и измерение уровня воды в аэрационных трубах при различных режимах работы 120
9.1 Основные величины для расчета гидроудара 120
9.2 Исходные условия к расчету гидравлического удара 121
9.3 Аналитический расчет ударного давления 123
9.4 Измерение уровня воды в аэрационных трубах при различных
режимах работы 125
Заключение 129
Список использованных источников 131
Приложение А. Графики нагрузки и ИКН 133
Основной целью данной бакалаврской работы является проектирование Олекмо-Чарской ГЭС на реке Олекма в Республике Саха (Якутия). В ходе проектирования предстоит выполнить следующие задачи:
1) проанализировать природные условия, характерные для выбранного района возведения ГУ;
2) провести водно-энергетические расчеты с целью определения установленной мощности ГЭС и ее среднемноголетней выработки;
3) выбрать основное и вспомогательное оборудование, в том числе гидротурбину, гидрогенератор и подъемно-транспортное оборудование;
4) разработать главную схему и схему собственных нужд ГЭС, выбрать повышающий трансформатор,спроектировать распределительное устройство и подобрать электротехническое оборудование;
5) выбрать защиты генератора и рассчитать их параметры, а также составить схему РЗиА;
6) определить компоновку и состав сооружений гидроузла, рассчитать длину водосбросного фронта, обосновать устойчивость водосливной плотины;
7) разработать мероприятия по охране труда, пожарной безопасности и охране окружающей среды;
8) определить технико-экономические показатели проектируемого ГУ, в том числе стоимость строительства, удельные капиталовложения,
себестоимость электроэнергии, срок окупаемости и другие показатели эффективности строительства.
9) разработать тему «Расчет гидроудара в турбинных водоводах и измерение уровня воды в аэрационных трубах при различных режимах работы» на примере проектируемой ГЭС.
Актуальность строительства Олекмо-Чарской ГЭС обусловлена необходимостью генерирующих мощностей в связи с разработкой железорудных и титаномагнетитовых месторождений в районе расположения створа, строительством горно-обогатительных комбинатов и лесопромышленных предприятий, что прописано в программе социально-экономического развития Дальнего Востока.
В работе рассчитаны и определены показатели, выбраны элементы и параметры Олекмо-Чарской ГЭС, с плотиной высотой 67 м. на реке Олекма, являющейся сооружением II класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного случая 1% (Q 1% = 4915 м3/с) и поверочного 0,01% ( Q 0,1% = 5899 м3/с).
В ходе водно-энергетических расчетов была выбрана установленная мощность Олекмо-Чарской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки в период межени и половодья. Установленная мощность составляет 423 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 154,71 м. Полезный объем при отметке НПУ составляет 10,62 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 2747 млн. кВт^ч.
На втором 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 - 57 м;
- расчетный - 45,7 м;
- минимальный - 30,5 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1075 м3/с.
Была выбрана турбина типа ПЛ60-В-400. По результатам расчетов оптимальным оказался вариант с восемью гидроагрегатами, диаметром рабочих колес 4 м.
Для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-660/165-32 с номинальной активной мощностью 57 МВт.
Далее был выбран класс напряжения и тип РУ КРУЭ 220 кВ, а также структурная схема ГЭС с объединенными блоками и принята схема распределительного устройства - "две системы сборных шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
- блочные трансформаторы ТДЦ 80000/220,
- трансформаторы собственных нужд ТСЗ-1000/10 УХЛ-1.
В качестве генераторного выключателя, принят вакуумный выключатель ВГГ-10-63/5000-У3 производства компании ОАО «Электроаппарат», в качестве ячеек КРУЭ были выбраны ячейки ЯГГ-220 производства компании ОАО «Электроаппарат».
Также был рассмотрен и рассчитан обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Была спроектирована водосливная плотина на скальном основании. В состав напорного фронта входят:
• Правобережная глухая грунтовая плотина длиной 439,62 м;
• Правобережная глухая бетонная плотина длиной 87,70 м;
• Станционная плотина длиной 128 м;
• Бетонная водосливная плотина длиной 90 м;
• Левобережная глухая грунтовая плотина длиной 443,24 м.
Общая длина гидротехнического сооружения составила 1215,56 м.
В ходе расчетов были определены следующие параметры:
• класс гидротехнического сооружения: II
• количество водосливных пролетов - 5, шириной 14 м;
• отметка гребня водослива ѴГВ = 170,0 м;
• отметка гребня быка ѴГБ = 186,0 м;
• ширина подошвы плотины по основанию 50,2 м;
• в качестве гасителя энергии потока был рассчитан носок-трамплин
• удельный расход на водосливе равен 61,3 м2/с.
Для частичного опорожнения водохранилища был предусмотрен глубинный водосброс.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составил 1,3 (нормативное значение для сооружений II класса - 1,2). При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина удовлетворяет условию прочности и устойчивости.
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:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 12 коп/кВт ч;
- удельные капиталовложения - 21290,3 руб./кВт.
- срок окупаемости 6 лет 6 месяца.
Строительство Олекмо-Чарской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
Также был произведен расчет гидроудара в напорном водоводе турбины ПЛ60-В-400 и рассчитаны отметки уровня воды в аэрационной трубе при установившемся режиме и при закрытии направляющего аппарата.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
