Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИМПТОНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ТИМПТОН. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ. НАЗНАЧЕНИЕ,ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ГЭС
|
Сокращенный паспорт Тимптонской ГЭС 7
Введение 9
1 Анализ исходных данные и определение внешних условий функционирования
ГЭС 10
1.1 Топографическая основа 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.2.1 Кривые обеспеченности расходов 11
1.2.2 Выбор расчетного маловодного и средневодного года 13
1.3 Исходные данные Тимптонской ГЭС 14
1.4 Структура энергосистемы 14
1.5 Природно-климатические условия и потребители 15
1.5.1 Климат 15
1.5.2 Сейсмологические условия 15
1.5.3 Геология 15
1.5.4 Кривые связи 16
1.5.5 Суточные графики нагрузки 17
1.5.6 Годовые графики нагрузки 20
2 Водно - энергетические расчеты 21
2.1 Водно - энергетические расчеты без регулирования с учетом ВХК.
Баланс энергии 21
2.2 Водно - энергетический расчет сработки и наполнения водохранилища по
маловодному году 23
2.3 Гарантированные мощности 23
2.4 ИКН. Выбор рабочей мощности 24
2.5 Планирование резервов и кап.ремонтов. Определение установленной
мощности проектируемой ГЭС, расчет баланса мощности 24
2.6 Водно - энергетический расчет сработки и наполнения водохранилища в
средневодном году. Средняя многолетняя выработка 25
3 Выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования 44
3.1 Выбор числа и типов агрегатов 27
3.1.1 Построение режимного поля 27
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 29
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 32
3.3 Выбор гидрогенератора 34
3.4 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 34
3.5 Выбор типа маслонапорной установки 36
3.6 Выбор электрогидравлического регулятора 36
4 Электрическая часть 37
4.1 Исходные данные 37
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 37
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 38
4.3.1 Выбор синхронных генераторов 38
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов 38
4.3.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком 38
4.3.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным блоком 40
4.3.3 Выбор трансформатора СН 41
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и проводов воздушных линий 42
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета 43
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 45
4.7 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 45
4.7.1 Расчет исходных данных 45
4.8 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов 49
4.9 Выбор аппаратных комплексов 49
4.10 Схема собственных нужд 51
5 Релейная защита и автоматика 52
5.1 Перечень защит основного оборудования 52
5.2 Описание защит и расчет их уставок 54
5.2.1 Продольная дифференциальная защита (I^G) 54
5.2.2 Защита от замыкания на землю обмотки статора генератора 57
5.2.3 Защита от повышения напряжения(^1>), (U2>) 59
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (72) 60
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок^) 64
5.2.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 66
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 68
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 71
6 Компоновка гидроузла, выбор типа и расчет основных сооружений 71
6.1 Исходные данные 71
6.2 Определения класса и отметки гребня плотины 72
6.2.1 Определение класса гидротехнических сооружений 71
6.2.2 Определение отметки гребня потины 72
6.3 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины и глубинного
водосброса 74
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 74
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 76
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 78
6.3.4 Построение профиля водосливной грани 79
6.3.5 Расчет сопряжение потоков в нижнем бьефе 79
6.3.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 81
6.3.7 Расчет глубинного водосброса 83
6.4 Конструирование плотины 85
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 85
6.4.2 Разрез бетонной плотины швами 86
6.4.3 Быки 86
6.4.4 Устои 88
6.4.5 Основные размеры цементационной завесы 88
6.4.6 Основные размеры дренажа в основании плотины 89
6.4.7 Дренаж в теле плотины 89
6.4.8 Галереи в теле плотины 89
6.5 Обосновани надежности и безопасности бетонной плотины 90
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 90
6.5.1.1 Вес сооружения 90
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 91
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 91
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 91
6.5.1.5 Давление наносов 92
6.5.1.6 Волновое давление 93
6.5.2 Расчет прочности плотины 93
6.5.2.1 Определение напряжений 93
6.5.2.2 Критерии прочности плотины 96
6.5.2.3 Расчет устойчивости плотины 97
7 Определение технико - экономических показателей 98
7.1 Обьем производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 98
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 98
7.3 Налоговые расходы 100
7.4. Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности ... 101
7.5 Оценка инвестиционного проекта 102
7.5.1 Методология, исходные данные 102
7.5.2 Коммерческая эффективность 103
7.5.3 Бюджетная эффективность 103
7.6 Анализ чувствительности 104
8 Мероприятия по охране окружающей среды Тимптонского гидроузла. Охрана
труда и пожарная безопасность 107
8.1 Общие сведения. Охрана окружающей среды 107
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 108
8.3 Безопасность гидротехнических сооружений, охрана труда 110
8.4 Пожарная безопасность 113
9 Системы технического водоснабжения. Назначения, требования,
преимущества и недостатки на примере проектируемой ГЭС 115
9.1 Назначение системы технического водоснабжения 115
9.2 Потребители технического водоснабжения 115
9.3 Схема технического водоснабжения. Расходы 115
9.4 Требования к техническому водоснабжению 118
9.5 Оборудование системы технического водоснабжения 120
9.6 Требования к эксплуатации 122
9.7 Системы технического водоснабжения гидроагрегатов СШГЭС, ТВС
проектируемой ГЭС 125
Заключение 128
Список использованных источников 130
Приложение А-Г 133-148
Введение 9
1 Анализ исходных данные и определение внешних условий функционирования
ГЭС 10
1.1 Топографическая основа 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.2.1 Кривые обеспеченности расходов 11
1.2.2 Выбор расчетного маловодного и средневодного года 13
1.3 Исходные данные Тимптонской ГЭС 14
1.4 Структура энергосистемы 14
1.5 Природно-климатические условия и потребители 15
1.5.1 Климат 15
1.5.2 Сейсмологические условия 15
1.5.3 Геология 15
1.5.4 Кривые связи 16
1.5.5 Суточные графики нагрузки 17
1.5.6 Годовые графики нагрузки 20
2 Водно - энергетические расчеты 21
2.1 Водно - энергетические расчеты без регулирования с учетом ВХК.
Баланс энергии 21
2.2 Водно - энергетический расчет сработки и наполнения водохранилища по
маловодному году 23
2.3 Гарантированные мощности 23
2.4 ИКН. Выбор рабочей мощности 24
2.5 Планирование резервов и кап.ремонтов. Определение установленной
мощности проектируемой ГЭС, расчет баланса мощности 24
2.6 Водно - энергетический расчет сработки и наполнения водохранилища в
средневодном году. Средняя многолетняя выработка 25
3 Выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования 44
3.1 Выбор числа и типов агрегатов 27
3.1.1 Построение режимного поля 27
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .. 29
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 32
3.3 Выбор гидрогенератора 34
3.4 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 34
3.5 Выбор типа маслонапорной установки 36
3.6 Выбор электрогидравлического регулятора 36
4 Электрическая часть 37
4.1 Исходные данные 37
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 37
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 38
4.3.1 Выбор синхронных генераторов 38
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов 38
4.3.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком 38
4.3.2.1 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупненным блоком 40
4.3.3 Выбор трансформатора СН 41
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного
устройства высшего напряжения и проводов воздушных линий 42
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета 43
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 45
4.7 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной
схеме с помощью программного обеспечения RastrWin 45
4.7.1 Расчет исходных данных 45
4.8 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов 49
4.9 Выбор аппаратных комплексов 49
4.10 Схема собственных нужд 51
5 Релейная защита и автоматика 52
5.1 Перечень защит основного оборудования 52
5.2 Описание защит и расчет их уставок 54
5.2.1 Продольная дифференциальная защита (I^G) 54
5.2.2 Защита от замыкания на землю обмотки статора генератора 57
5.2.3 Защита от повышения напряжения(^1>), (U2>) 59
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (72) 60
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок^) 64
5.2.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 66
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 68
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 71
6 Компоновка гидроузла, выбор типа и расчет основных сооружений 71
6.1 Исходные данные 71
6.2 Определения класса и отметки гребня плотины 72
6.2.1 Определение класса гидротехнических сооружений 71
6.2.2 Определение отметки гребня потины 72
6.3 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины и глубинного
водосброса 74
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 74
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 76
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 78
6.3.4 Построение профиля водосливной грани 79
6.3.5 Расчет сопряжение потоков в нижнем бьефе 79
6.3.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 81
6.3.7 Расчет глубинного водосброса 83
6.4 Конструирование плотины 85
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 85
6.4.2 Разрез бетонной плотины швами 86
6.4.3 Быки 86
6.4.4 Устои 88
6.4.5 Основные размеры цементационной завесы 88
6.4.6 Основные размеры дренажа в основании плотины 89
6.4.7 Дренаж в теле плотины 89
6.4.8 Галереи в теле плотины 89
6.5 Обосновани надежности и безопасности бетонной плотины 90
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 90
6.5.1.1 Вес сооружения 90
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 91
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 91
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 91
6.5.1.5 Давление наносов 92
6.5.1.6 Волновое давление 93
6.5.2 Расчет прочности плотины 93
6.5.2.1 Определение напряжений 93
6.5.2.2 Критерии прочности плотины 96
6.5.2.3 Расчет устойчивости плотины 97
7 Определение технико - экономических показателей 98
7.1 Обьем производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 98
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 98
7.3 Налоговые расходы 100
7.4. Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности ... 101
7.5 Оценка инвестиционного проекта 102
7.5.1 Методология, исходные данные 102
7.5.2 Коммерческая эффективность 103
7.5.3 Бюджетная эффективность 103
7.6 Анализ чувствительности 104
8 Мероприятия по охране окружающей среды Тимптонского гидроузла. Охрана
труда и пожарная безопасность 107
8.1 Общие сведения. Охрана окружающей среды 107
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 108
8.3 Безопасность гидротехнических сооружений, охрана труда 110
8.4 Пожарная безопасность 113
9 Системы технического водоснабжения. Назначения, требования,
преимущества и недостатки на примере проектируемой ГЭС 115
9.1 Назначение системы технического водоснабжения 115
9.2 Потребители технического водоснабжения 115
9.3 Схема технического водоснабжения. Расходы 115
9.4 Требования к техническому водоснабжению 118
9.5 Оборудование системы технического водоснабжения 120
9.6 Требования к эксплуатации 122
9.7 Системы технического водоснабжения гидроагрегатов СШГЭС, ТВС
проектируемой ГЭС 125
Заключение 128
Список использованных источников 130
Приложение А-Г 133-148
Энергетика играет важную роль, как для обычного потребителя, так и для всей промышленности. В настоящее время, в связи с развитием технологий растет число потребителей электрической энергии. Правильное использование ресурсов электроэнергетики создают необходимые условия для роста экономики и повышения качества жизни населения страны.
Гидроэнергетика является наиболее эффективным способом получения электроэнергии, так как имеет высокое значение коэффициента полезного действия гидротурбин. Себестоимость производства электроэнергии на гидростанциях существенно меньше, чем на атомных и тепловых станциях, так как не требуется топливная составляющая, а используется возобновляемый источник энергии - текущая вода. Изменяя скорость водяного потока можно легко контролировать производительность гидроэлектростанции, благодаря чему гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Это позволяет покрывать неравномерностную часть графиков нагрузки.
Гидроэлектростанции считается экологически безопасным объектом, так как не использует нефть, газ, твердого топлива и ядерного горючего, тем самым не загрязняет атмосферу и окружающею среду.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции и в процессе проработки, нахождение оптимальных проектных решений. В проект входят такие аспекты, как определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования, расчет гидротехнических сооружений, охрана окружающей среды и труда, а так же экономическое обоснование реализации проекта.
Гидроэнергетика является наиболее эффективным способом получения электроэнергии, так как имеет высокое значение коэффициента полезного действия гидротурбин. Себестоимость производства электроэнергии на гидростанциях существенно меньше, чем на атомных и тепловых станциях, так как не требуется топливная составляющая, а используется возобновляемый источник энергии - текущая вода. Изменяя скорость водяного потока можно легко контролировать производительность гидроэлектростанции, благодаря чему гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Это позволяет покрывать неравномерностную часть графиков нагрузки.
Гидроэлектростанции считается экологически безопасным объектом, так как не использует нефть, газ, твердого топлива и ядерного горючего, тем самым не загрязняет атмосферу и окружающею среду.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции и в процессе проработки, нахождение оптимальных проектных решений. В проект входят такие аспекты, как определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования, расчет гидротехнических сооружений, охрана окружающей среды и труда, а так же экономическое обоснование реализации проекта.
Проектирование Тимптонской ГЭС будет являться важной частью для социально-экономического развития, так как близлежащие территории богаты залежами полезных ископаемых, таких как алмазное месторождение на западе республики, урановое месторождение, крупнейшее в России месторождение коксующего угля, расположенного в юго-восточной части Якутии, а так же серебряные, нефтяные, газовые, железные, оловянные, вольфрамовые и др. месторождения. В перспективе развития предусмотрено строительство горно-обогатительных комплексов по добыче полезных ископаемых.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Тимптонского гидроузла на реке Тимптон, который является сооружением I класса.
В водно-энергетических расчетах была рассчитана установленная мощность Тимптонской ГЭС, равная 600 МВт и среднемноголетняя выработка 5,09 млрд.КВтш. Так же определена зона работы в суточных графиках нагрузки.
Определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Была построена область допустимых режимов работы по которому определены следующие напоры:
- максимальный напор Hmax= 139 м,
- расчётный напор Нрасч = 117 м,
- минимальный напор Hmin= 87 М.
При выбор турбин рассматривалось два варианта РО140-В и ПЛД140-В450 с различными диаметрами. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами, с номинальным диаметром рабочих колес D1= 4,25м.
По справочным данным для выбранной гидротурбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран гидрогенератор СВ - 855/235-32 с номинальной активной мощностью 150 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 9 присоединений (5 ВЛЭП 220 кВ, 4 блока) КРУЭ 220 кВт, две системы сборных шин с МТТТВ.
По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: силовые трансформаторы ТДЦ - 200000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ - 2500/13,8 для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрел перечень главных защит релейной защиты и автоматики согласно ПУЭ.
Компоновка гидроузла была выбрана приплотинная. Плотина состоит сиз следующих частей:
а) гравитационная водосливная плотина, материал бетон;
б) левобережная глухая бетонная ;
в) правобережная глухая бетонная;
г) станционная гравитационная плотина, материал бетон;
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется носок-трамплин. Так же в качестве дополнительных были спроектированы донные отверстия водосбросной плотины, которые предусматриваются, как на период строительства, так и для дальнейшей эксплуатации.
Так же в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины.
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.
Произведена оценка прочности и прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности составляет 1,26 при нормативном значении 1,25 для I класса сооружений. Таким образом плотина Тимптонского гидроузла отвечает всем требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают не превышают предельных значений, растягивающие напряжения отсутствуют.
Рассмотрены мероприятия по организации безопасности ГТС. Так же перечислены мероприятия по охране окружающей среды и в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 82 месяца.
- себестоимость - 0,22 руб./кВт-ч
- удельные капиталовложения - 24928,33 руб./кВт
Из этого можно сделать вывод, что строительство Тимптонской ГЭС является целесообразной и экономически обоснованной.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Тимптонского гидроузла на реке Тимптон, который является сооружением I класса.
В водно-энергетических расчетах была рассчитана установленная мощность Тимптонской ГЭС, равная 600 МВт и среднемноголетняя выработка 5,09 млрд.КВтш. Так же определена зона работы в суточных графиках нагрузки.
Определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанции. Была построена область допустимых режимов работы по которому определены следующие напоры:
- максимальный напор Hmax= 139 м,
- расчётный напор Нрасч = 117 м,
- минимальный напор Hmin= 87 М.
При выбор турбин рассматривалось два варианта РО140-В и ПЛД140-В450 с различными диаметрами. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами, с номинальным диаметром рабочих колес D1= 4,25м.
По справочным данным для выбранной гидротурбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран гидрогенератор СВ - 855/235-32 с номинальной активной мощностью 150 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 9 присоединений (5 ВЛЭП 220 кВ, 4 блока) КРУЭ 220 кВт, две системы сборных шин с МТТТВ.
По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: силовые трансформаторы ТДЦ - 200000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ - 2500/13,8 для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрел перечень главных защит релейной защиты и автоматики согласно ПУЭ.
Компоновка гидроузла была выбрана приплотинная. Плотина состоит сиз следующих частей:
а) гравитационная водосливная плотина, материал бетон;
б) левобережная глухая бетонная ;
в) правобережная глухая бетонная;
г) станционная гравитационная плотина, материал бетон;
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется носок-трамплин. Так же в качестве дополнительных были спроектированы донные отверстия водосбросной плотины, которые предусматриваются, как на период строительства, так и для дальнейшей эксплуатации.
Так же в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины.
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.
Произведена оценка прочности и прочности и устойчивости плотины при основных нагрузках. В результате расчетов коэффициент надежности составляет 1,26 при нормативном значении 1,25 для I класса сооружений. Таким образом плотина Тимптонского гидроузла отвечает всем требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают не превышают предельных значений, растягивающие напряжения отсутствуют.
Рассмотрены мероприятия по организации безопасности ГТС. Так же перечислены мероприятия по охране окружающей среды и в период возведения и эксплуатации гидроузла.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 82 месяца.
- себестоимость - 0,22 руб./кВт-ч
- удельные капиталовложения - 24928,33 руб./кВт
Из этого можно сделать вывод, что строительство Тимптонской ГЭС является целесообразной и экономически обоснованной.