Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЯГОДНИЧЕСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КОЛЫМА. ВИДЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ. УЧАСТИЕ ГЭС В РЕГУЛИРОВАНИИ ЧАСТОТЫ И МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ
|
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ЯГОДНИЧЕСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические расчеты 13
2.1 Исходные данные 13
2.2 Выбор установленной мощности на основе водно-энергетических
расчетов 13
2.2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года
при заданной обеспеченности стока
2.2.2 Выбор расчётного средневодного года (Р=50%)
2.2.3 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%)
2.3 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН энергосистемы
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 17
2.5 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 18
2.6 Водно-энергетический расчет 20
2.6.1. Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году 21
2.6.2 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном году 24
2.7 Определение рабочей и установленной мощности проектируемой ГЭС... 24
2.8 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей
2.9 Построение режимного поля
3 Основное и вспомогательное оборудование
3.1 Выбор системы и типа агрегатов
3.1.1 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины
3.2 Выбор типа серийного гидрогенератора
3.3 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора.
3.6 Выбор геометрических размеров машинного зала
4 Электрическая часть
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС
4.2.1 Выбор трансформаторов ВН для схемы с простыми блоками
4.2.2 Выбор трансформаторов ВН для схемы с укрупненными блоками ...
4.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд
4.3 Распределительное устройство
4.3.1 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ ВН 41
4.3.2 Распределительное устройство 42
4.3.3 Выбор главной схемы на основании технико-экономического
расчёта 43
4.4 Выбор электрических аппаратов 44
4.4.1 Расчёт токов КЗ 44
4.4.3 Выбор генераторного выключателя 48
4.4.4 Выбор КРУЭ 48
5 Релейная защита и автоматика 50
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 50
5.2 Перечень защит основного оборудования 51
5.3 Расчёт номинальных токов 52
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 53
5.5 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 53
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 55
5.7 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 58
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 58
5.9 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 62
5.10 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 63
5.11 Защита ротора от перегрузки (Ip) 66
5.12 Таблица уставок и матрица отключений защит 67
6 Состав и компоновка сооружений 70
6.1 Определение класса сооружения 70
6.2 Определение отметки гребня плотины 70
6.2.1 Грунтовая плотина 70
6.3 Гидравлический расчет водосбросной плотины 73
6.3.2 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 75
6.3.3 Гашение энергии потока. Расчет водобойной стенки 75
6.4 Конструирование бетонной плотины 79
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 79
6.4.2 Разрезка плотины швами 81
6.4.3 Быки 81
6.4.4 Устои 81
6.4.5 Дренаж тела бетонной плотины 82
6.4.6 Галереи в теле плотины. Ширина плотины по гребню. Затворы и
подъемные механизмы 82
6.4.7 Элементы подземного контура плотины 83
6.5 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 85
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 85
6.5.2 Вес сооружения и механизмов 85
6.5.3 Гидростатическое давление 86
6.5.4 Равнодействующая взвешивающего давления 86
6.5.5 Волновое воздействие 86
6.5.6 Фильтрационные расчёты 87
6.5.7 Давление грунта 87
6.6 Расчёт прочности плотины 89
6.6.1 Критерии прочности плотины 91
6.6.2 Расчёт устойчивости плотины 92
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 94
7.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 94
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 94
7.3 Налоговые расходы 96
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 97
7.5 Оценка инвестиционного проекта 98
7.5.1 Методология, исходные данные 98
7.5.2 Коммерческая эффективность 99
7.5.3 Бюджетная эффективность 99
7.5.4 Анализ чувствительности 100
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Ягоднического
ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 103
8.1 Общие сведения о районе строительства 103
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 104
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 106
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 107
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 108
9. Виды регулирования. Участие ГЭС в регулировании частоты и мощности в энергосистеме 110
9.1 Виды регулирования 110
9.1.1 Общие сведения 110
9.1.2 Требования к качеству регулирования 110
9.2 Первичное регулирование частоты 111
9.2.1 Требования к общему первичному регулированию 112
9.2.2 Критерии оценки участия электростанций в ОПРЧ 112
9.2.3 Требования к нормированному первичному регулированию
частоты 113
9.3 Вторичное регулирование 114
9.3.1 Требования к вторичному регулированию 114
9.3.2 Порядок контроля и критерии оценки участия ГЭС во вторичном
регулировании 115
9.4 Третичное регулирование 115
9.5 Групповой регулятор активной мощности 116
9.5.1 Описание процесса деятельности 116
9.5.1 Функции системы ГРАМ 116
9.5.2 Устройство системы ГРАМ 117
9.6 Участие Камской ГЭС в регулировании частоты и мощности в
энергосистеме 118
9.6.1 Процесс регулирования частоты в ЕЭС после возникновения
дефицита активной мощности 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 123
ПРИЛОЖЕНИЕ А-В 125
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общая часть 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 11
2 Водно-энергетические расчеты 13
2.1 Исходные данные 13
2.2 Выбор установленной мощности на основе водно-энергетических
расчетов 13
2.2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года
при заданной обеспеченности стока
2.2.2 Выбор расчётного средневодного года (Р=50%)
2.2.3 Выбор расчетного маловодного года (Р=90%)
2.3 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН энергосистемы
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 17
2.5 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 18
2.6 Водно-энергетический расчет 20
2.6.1. Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году 21
2.6.2 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном году 24
2.7 Определение рабочей и установленной мощности проектируемой ГЭС... 24
2.8 Расчет резервов и определение установленной мощности проектируемой
ГЭС, расчет баланса мощностей
2.9 Построение режимного поля
3 Основное и вспомогательное оборудование
3.1 Выбор системы и типа агрегатов
3.1.1 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины
3.2 Выбор типа серийного гидрогенератора
3.3 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора.
3.6 Выбор геометрических размеров машинного зала
4 Электрическая часть
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС
4.2.1 Выбор трансформаторов ВН для схемы с простыми блоками
4.2.2 Выбор трансформаторов ВН для схемы с укрупненными блоками ...
4.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд
4.3 Распределительное устройство
4.3.1 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ ВН 41
4.3.2 Распределительное устройство 42
4.3.3 Выбор главной схемы на основании технико-экономического
расчёта 43
4.4 Выбор электрических аппаратов 44
4.4.1 Расчёт токов КЗ 44
4.4.3 Выбор генераторного выключателя 48
4.4.4 Выбор КРУЭ 48
5 Релейная защита и автоматика 50
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 50
5.2 Перечень защит основного оборудования 51
5.3 Расчёт номинальных токов 52
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 53
5.5 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 53
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 55
5.7 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 58
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 58
5.9 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 62
5.10 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 63
5.11 Защита ротора от перегрузки (Ip) 66
5.12 Таблица уставок и матрица отключений защит 67
6 Состав и компоновка сооружений 70
6.1 Определение класса сооружения 70
6.2 Определение отметки гребня плотины 70
6.2.1 Грунтовая плотина 70
6.3 Гидравлический расчет водосбросной плотины 73
6.3.2 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 75
6.3.3 Гашение энергии потока. Расчет водобойной стенки 75
6.4 Конструирование бетонной плотины 79
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 79
6.4.2 Разрезка плотины швами 81
6.4.3 Быки 81
6.4.4 Устои 81
6.4.5 Дренаж тела бетонной плотины 82
6.4.6 Галереи в теле плотины. Ширина плотины по гребню. Затворы и
подъемные механизмы 82
6.4.7 Элементы подземного контура плотины 83
6.5 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 85
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 85
6.5.2 Вес сооружения и механизмов 85
6.5.3 Гидростатическое давление 86
6.5.4 Равнодействующая взвешивающего давления 86
6.5.5 Волновое воздействие 86
6.5.6 Фильтрационные расчёты 87
6.5.7 Давление грунта 87
6.6 Расчёт прочности плотины 89
6.6.1 Критерии прочности плотины 91
6.6.2 Расчёт устойчивости плотины 92
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 94
7.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 94
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 94
7.3 Налоговые расходы 96
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 97
7.5 Оценка инвестиционного проекта 98
7.5.1 Методология, исходные данные 98
7.5.2 Коммерческая эффективность 99
7.5.3 Бюджетная эффективность 99
7.5.4 Анализ чувствительности 100
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Ягоднического
ГУ. Охрана труда и противопожарная безопасность 103
8.1 Общие сведения о районе строительства 103
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 104
8.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 106
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 107
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 108
9. Виды регулирования. Участие ГЭС в регулировании частоты и мощности в энергосистеме 110
9.1 Виды регулирования 110
9.1.1 Общие сведения 110
9.1.2 Требования к качеству регулирования 110
9.2 Первичное регулирование частоты 111
9.2.1 Требования к общему первичному регулированию 112
9.2.2 Критерии оценки участия электростанций в ОПРЧ 112
9.2.3 Требования к нормированному первичному регулированию
частоты 113
9.3 Вторичное регулирование 114
9.3.1 Требования к вторичному регулированию 114
9.3.2 Порядок контроля и критерии оценки участия ГЭС во вторичном
регулировании 115
9.4 Третичное регулирование 115
9.5 Групповой регулятор активной мощности 116
9.5.1 Описание процесса деятельности 116
9.5.1 Функции системы ГРАМ 116
9.5.2 Устройство системы ГРАМ 117
9.6 Участие Камской ГЭС в регулировании частоты и мощности в
энергосистеме 118
9.6.1 Процесс регулирования частоты в ЕЭС после возникновения
дефицита активной мощности 119
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 123
ПРИЛОЖЕНИЕ А-В 125
Потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Энергетика имеет огромное значение, как для обычного потребителя, так и для всей промышленности. Россия обладает одним из самых мощных гидропотенциалов в мире, однако, по степени освоения экономически эффективных гидроресурсов Россия на данный момент уступает экономически развитым странам показатель в нашей стране равен порядка 20%, в то время как этот же показатель в развитых странах 50-90 %, лидером среди освоения является Западная Европа и Япония. Больше всего гидропотенциал в России используется в Европейской части на 50%, в Сибири составляет 20% и всего 4% - на Дальнем Востоке.
Вода является возобновляемым природным ресурсом, который не требует производственных затрат. А это означает, что себестоимость производства электроэнергии на ГЭС значительно ниже, именно это делает гидроэнергию конкурентно способной в условиях рынка. Прогнозируется, что в будущем доля гидроэнергетики в энергетическом балансе со временем будет продолжать возрастать.
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях раз-личного типа. Одним из основных сооружений ГЭС является плотина, которая служит для создания напора воды, после чего энергия воды преобразуется в электрическую. Необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, так как в результате разрушения плотины, появляется угроза затопления больших территорий.
Целью дипломного 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.
Вода является возобновляемым природным ресурсом, который не требует производственных затрат. А это означает, что себестоимость производства электроэнергии на ГЭС значительно ниже, именно это делает гидроэнергию конкурентно способной в условиях рынка. Прогнозируется, что в будущем доля гидроэнергетики в энергетическом балансе со временем будет продолжать возрастать.
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях раз-личного типа. Одним из основных сооружений ГЭС является плотина, которая служит для создания напора воды, после чего энергия воды преобразуется в электрическую. Необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, так как в результате разрушения плотины, появляется угроза затопления больших территорий.
Целью дипломного 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 проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Ягоднической ГЭС высотой 75 м, на реке Колыма, являющимся сооружением II класса.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Ягоднической ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила 205 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого равна 516,83 м. Полезный объём при данных отметках НПУ 530 м и УМО составляет 3,1 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,3 2 млрд .кВт -ч.
На следующем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанций. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 74,5 м;
расчётный - 63 м;
минимальный - 59,1 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчёт-ному напору, составляет 282 м3/с.
По результатам расчётов был определён оптимальный вариант с 3 гидроагрегатами, с диаметром рабочих колёс 3,75 м. (РО-75-В-35).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран серийный гидрогенератор CB-780/190-32.
После выбора основного и вспомогательного оборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Строительные рас-ходы пропускаются через донные отверстия. Водосливная плотина принята бетонной. Глухая - грунтовая каменно - набросная.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с донными отверстиями - 80 м;
- станционная бетонная плотина - 47,4 м;
- левобережная каменно-набросная грунтовая плотина - 226,4 м;
- правобережная каменно-набросная грунтовая глухая плотина - 125,8 м;
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 61,1 м;
- отметка подошвы водосливной плотины 451 м;
- число водосливных отверстий -9;
- ширина водосливных отверстий - 4 м;
- ширина гребня - 11 м.
Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быку (стенке между глубинными отверстиями), во избежание неравно-мерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетании нагрузок. В результате расчётов коэффициент надежности сооружения составляет 1,2 для основного сочетания нагрузок соответственно. Таким образом, плотина Тимптонской ГЭС отвечает требованиям надежности. При расчёте 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 расчётам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 6,1 лет;
- себестоимость - 0,2 руб/кВт;
- удельные капиталовложения - 127627,31 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Ягоднического гидроузла в настоящее время является актуальным.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Ягоднической ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила 205 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого равна 516,83 м. Полезный объём при данных отметках НПУ 530 м и УМО составляет 3,1 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,3 2 млрд .кВт -ч.
На следующем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов электростанций. Для этого была построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
максимальный - 74,5 м;
расчётный - 63 м;
минимальный - 59,1 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчёт-ному напору, составляет 282 м3/с.
По результатам расчётов был определён оптимальный вариант с 3 гидроагрегатами, с диаметром рабочих колёс 3,75 м. (РО-75-В-35).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 187,5 об/мин был подобран серийный гидрогенератор CB-780/190-32.
После выбора основного и вспомогательного оборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Строительные рас-ходы пропускаются через донные отверстия. Водосливная плотина принята бетонной. Глухая - грунтовая каменно - набросная.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с донными отверстиями - 80 м;
- станционная бетонная плотина - 47,4 м;
- левобережная каменно-набросная грунтовая плотина - 226,4 м;
- правобережная каменно-набросная грунтовая глухая плотина - 125,8 м;
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 61,1 м;
- отметка подошвы водосливной плотины 451 м;
- число водосливных отверстий -9;
- ширина водосливных отверстий - 4 м;
- ширина гребня - 11 м.
Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быку (стенке между глубинными отверстиями), во избежание неравно-мерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетании нагрузок. В результате расчётов коэффициент надежности сооружения составляет 1,2 для основного сочетания нагрузок соответственно. Таким образом, плотина Тимптонской ГЭС отвечает требованиям надежности. При расчёте 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 расчётам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 6,1 лет;
- себестоимость - 0,2 руб/кВт;
- удельные капиталовложения - 127627,31 тыс. руб./кВт.
Таким образом, строительство Ягоднического гидроузла в настоящее время является актуальным.