ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТЬ-СЕМСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАТУНЬ. ПОРЯДОК ПЕРЕКЛЮЧЕНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ. НОРМЫ И ТРЕБОВАНИЯ
|
Сокращённый паспорт Усть-Семской ГЭС 6
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 11
2 Водноэнергетические расчёты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.1.5 Определение типа регулирования 15
2.2 Выбор установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 16
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 16
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 17
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 18
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 20
2.3 Баланс мощности и энергии 20
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы 20
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы 20
3 Основное и вспомогательное оборудование 22
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 22
3.1.1 Построение режимного поля 22
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .... 22
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 27
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 27
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и
машинного зала 29
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 31
3.3 Выбор гидрогенератора 31
3.4 Подъёмно-транспортное оборудование 32
4 Электрическая часть 33
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 33
4.2 Главные повышающие трансформаторы 34
4.3 Распределительное устройство 35
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 35
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 36
4.4 Электротехническое оборудование 36
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 36
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания 37
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 39
4.4.4 Выбор аппаратов 220 кВ 40
4.4.5 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 15,75кВ 41
4.4.6 Выбор вспомогательного оборудования 41
5 Релейная защита и автоматика 43
5.1 Перечень защит основного оборудования 43
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 44
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 45
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 47
5.2.3 3ащита от повышения напряжения 50
5.2.4 3ащита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 50
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 54
5.2.6 Дистанционная защита генератора 55
5.2.7 Защита от перегрузок обмотки ротора 58
6 Компоновка и сооружения гидроузла 60
6.1 Компоновка гидроузла 60
6.2 Проектирование бетонной водосливной плотины 60
6.2.1 Определение класса гидротехнического сооружения 60
6.2.2 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 60
6.2.3 Определение ширины водосливного фронта 62
6.2.4 Определение отметки гребня водослива 63
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 64
6.3.1 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 65
6.4 Конструирование плотины 67
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 67
6.4.2 Разрезка бетонной плотины швами 68
6.4.3 Быки 68
6.4.4 Галереи в теле плотины 69
6.5 Расчет цементационной завесы и дренажа 69
6.6 Статические расчеты плотины 71
6.6.1 Вес сооружения 71
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 72
6.6.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 73
6.6.4 Давление наносов и грунта 73
6.6.5 Волновое давление и пригруз 76
6.7 Расчет прочности плотины 77
6.8 Критерии прочности плотины 80
6.9 Расчет устойчивости плотины 81
7 Мероприятия по охране труда, пожарной безопасности, по охране
окружающей среды 82
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 82
7.2 Требования по охране труда и технике безопасности для работников Усть-
Семской ГЭС 82
7.2.1 0бщие положения 82
7.2.2 0храна труда Усть-Семской ГЭС 83
7.3 Пожарная безопасность 86
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 86
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 88
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Усть-Семской ГЭС 89
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 89
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 90
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 92
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 93
7.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 94
8 Технико-экономические показатели 95
8.1 Определение объемов генерации производства 95
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 95
8.3 Налоговые расходы 98
8.4 Оценка суммы прибыли 99
8.5 Методология и исходные данные, оценка инвестиционного проекта 100
8.6 Коммерческая эффективность 100
8.7 Бюджетная эффективность 101
8.8 Анализ чувствительности 101
9 Порядок переключений в электрических установках. Нормы и
требования 105
9.1 Общие сведения 105
9.2 Нормы и требования 106
9.2.1 Организация переключений в электроустановках 106
9.2.2 Требования к персоналу, осуществляющему переключения 109
9.2.3 Команды и разрешения на производство переключений 110
9.2.4 Программы и бланки переключений 112
9.3 Общий порядок переключений на объектах электроэнергетики 115
9.4 Порядок вывода в ремонт генератора ГГ1 укрупненного блока 220 кВ на
примере Усть-Семской ГЭС 117
9.5 Порядок ввода в работу генератора укрупненного блока 220 кВ на
Заключение
Список литературы
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 11
2 Водноэнергетические расчёты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Исходные данные 12
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 12
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 15
2.1.5 Определение типа регулирования 15
2.2 Выбор установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 16
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 16
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 17
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 18
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 20
2.3 Баланс мощности и энергии 20
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы 20
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы 20
3 Основное и вспомогательное оборудование 22
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 22
3.1.1 Построение режимного поля 22
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .... 22
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 27
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 27
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и
машинного зала 29
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 31
3.3 Выбор гидрогенератора 31
3.4 Подъёмно-транспортное оборудование 32
4 Электрическая часть 33
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 33
4.2 Главные повышающие трансформаторы 34
4.3 Распределительное устройство 35
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 35
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 36
4.4 Электротехническое оборудование 36
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 36
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания 37
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 39
4.4.4 Выбор аппаратов 220 кВ 40
4.4.5 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 15,75кВ 41
4.4.6 Выбор вспомогательного оборудования 41
5 Релейная защита и автоматика 43
5.1 Перечень защит основного оборудования 43
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 44
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 45
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 47
5.2.3 3ащита от повышения напряжения 50
5.2.4 3ащита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 50
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 54
5.2.6 Дистанционная защита генератора 55
5.2.7 Защита от перегрузок обмотки ротора 58
6 Компоновка и сооружения гидроузла 60
6.1 Компоновка гидроузла 60
6.2 Проектирование бетонной водосливной плотины 60
6.2.1 Определение класса гидротехнического сооружения 60
6.2.2 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 60
6.2.3 Определение ширины водосливного фронта 62
6.2.4 Определение отметки гребня водослива 63
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 64
6.3.1 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 65
6.4 Конструирование плотины 67
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 67
6.4.2 Разрезка бетонной плотины швами 68
6.4.3 Быки 68
6.4.4 Галереи в теле плотины 69
6.5 Расчет цементационной завесы и дренажа 69
6.6 Статические расчеты плотины 71
6.6.1 Вес сооружения 71
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 72
6.6.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 73
6.6.4 Давление наносов и грунта 73
6.6.5 Волновое давление и пригруз 76
6.7 Расчет прочности плотины 77
6.8 Критерии прочности плотины 80
6.9 Расчет устойчивости плотины 81
7 Мероприятия по охране труда, пожарной безопасности, по охране
окружающей среды 82
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 82
7.2 Требования по охране труда и технике безопасности для работников Усть-
Семской ГЭС 82
7.2.1 0бщие положения 82
7.2.2 0храна труда Усть-Семской ГЭС 83
7.3 Пожарная безопасность 86
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 86
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 88
7.4 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Усть-Семской ГЭС 89
7.4.1 Общие сведения о районе строительства 89
7.4.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 90
7.4.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 92
7.4.4 Отходы, образующиеся при строительстве 93
7.4.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 94
8 Технико-экономические показатели 95
8.1 Определение объемов генерации производства 95
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 95
8.3 Налоговые расходы 98
8.4 Оценка суммы прибыли 99
8.5 Методология и исходные данные, оценка инвестиционного проекта 100
8.6 Коммерческая эффективность 100
8.7 Бюджетная эффективность 101
8.8 Анализ чувствительности 101
9 Порядок переключений в электрических установках. Нормы и
требования 105
9.1 Общие сведения 105
9.2 Нормы и требования 106
9.2.1 Организация переключений в электроустановках 106
9.2.2 Требования к персоналу, осуществляющему переключения 109
9.2.3 Команды и разрешения на производство переключений 110
9.2.4 Программы и бланки переключений 112
9.3 Общий порядок переключений на объектах электроэнергетики 115
9.4 Порядок вывода в ремонт генератора ГГ1 укрупненного блока 220 кВ на
примере Усть-Семской ГЭС 117
9.5 Порядок ввода в работу генератора укрупненного блока 220 кВ на
Заключение
Список литературы
Гидроэнергетика - одна из важнейших отраслей промышленности в нашей стране.
Гидроэнергетические ресурсы — возобновляемый источник энергии, связанный с круговоротом воды в природе.Это наиболее экологически чистый источник энергии из промышленно доступных, не создающий эмиссии углекислого газа и вредных веществ в атмосферу.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия турбин гидростанций достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
Себестоимость электроэнергии произведенной на ГЭС, не зависит от колебаний цен на традиционное топливо: уголь, газ, мазут, уран. В себестоимости производства электроэнергии на гидростанциях отсутствует топливная составляющая, что делает энергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
Гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Гидростанции способны при необходимости увеличивать выработку и выдаваемую мощность в течение нескольких минут, тогда как тепловым станциям для этого требуется несколько часов, а атомным - сутки. Это позволяет ГЭС покрывать пиковые нагрузки и поддерживать частоту электрического тока в энергосистеме.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
Целью бакалаврской работы 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 данной дипломной работе спроектирована гидроэлектростанция с наиболее подходящими оборудованием, сооружениями, их компоновкой.
Гидроэнергетические ресурсы — возобновляемый источник энергии, связанный с круговоротом воды в природе.Это наиболее экологически чистый источник энергии из промышленно доступных, не создающий эмиссии углекислого газа и вредных веществ в атмосферу.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия турбин гидростанций достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
Себестоимость электроэнергии произведенной на ГЭС, не зависит от колебаний цен на традиционное топливо: уголь, газ, мазут, уран. В себестоимости производства электроэнергии на гидростанциях отсутствует топливная составляющая, что делает энергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
Гидростанции являются наиболее маневренными из всех типов электростанций. Гидростанции способны при необходимости увеличивать выработку и выдаваемую мощность в течение нескольких минут, тогда как тепловым станциям для этого требуется несколько часов, а атомным - сутки. Это позволяет ГЭС покрывать пиковые нагрузки и поддерживать частоту электрического тока в энергосистеме.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
Целью бакалаврской работы 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 данной дипломной работе спроектирована гидроэлектростанция с наиболее подходящими оборудованием, сооружениями, их компоновкой.
В бакалаврской работе рассчитаны и определены основные элементы и параметры Усть-Семского гидроузла на реке Катунь, являющимся сооружением II класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 1 % и поверочного 0,1 % равных 2489 и 2969 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 410 МВт и среднемноголетняя выработка 2,09 млрд. кВ'іч.
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 - 72,8 м;
расчетный - 64,6 м;
минимальный - 61,1 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий
расчетному напору, составляет 754,4 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта РО75-В и ПЛД90-В45. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами РО75-В-475.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 150об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-915/165-40У4 с номинальной активной мощностью 100 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (2 укрупненных блока, 4 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - "одна рабочая секционированная выключателем и обходная системы шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 225000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТСЗ-2000/15 УЗ, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32 (три провода в фазе).
Выбран генераторный аппаратный комплекс типа КАГ-20.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинного типа. Строительные расходы пропускаются через гребенку. Водосливная и глухая плотина принята бетонной.
В состав сооружений входят:
- глухая правобережная бетонная плотина - 207,7 м;
- станционная плотина - 102,8 м;
- водосливная плотина - 57,5 м.
- глухая левобережная бетонная плотина - 252,5 м;
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
-ширина подошвы - 61,5 м;
-высота плотины - 88 м;
-число водосливных отверстий - 4;
-ширина водосливного пролета - 8 м;
-отметка гребня - 421,0 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется по типу отброса струи носком - трамплином.
Также был предусмотрен глубинный водосброс для пропуска воды в холодные периоды, когда работа основного водосброса затруднена или невозможна.
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.
Для основного сочетания нагрузок и воздействий был определён сокращённый состав нагрузок, на основании которого выбран оптимальный профиль бетонной плотины, соответствующий требованиям прочности, устойчивости и экономичности сооружения, с коэффициентом сдвига 1,214. Таким образом, плотина Усть-Семского 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:
- срок окупаемости - 4,75 лет;
- себестоимость - 0,14 руб/кВт
- удельные капиталовложения -18019,5руб./кВт.
Таким образом, строительство Усть-Семского гидроузла в настоящее время является актуальным.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 1 % и поверочного 0,1 % равных 2489 и 2969 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 410 МВт и среднемноголетняя выработка 2,09 млрд. кВ'іч.
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 - 72,8 м;
расчетный - 64,6 м;
минимальный - 61,1 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий
расчетному напору, составляет 754,4 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта РО75-В и ПЛД90-В45. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами РО75-В-475.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 150об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-915/165-40У4 с номинальной активной мощностью 100 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства на 6 присоединений (2 укрупненных блока, 4 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - "одна рабочая секционированная выключателем и обходная системы шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ- 225000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТСЗ-2000/15 УЗ, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32 (три провода в фазе).
Выбран генераторный аппаратный комплекс типа КАГ-20.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинного типа. Строительные расходы пропускаются через гребенку. Водосливная и глухая плотина принята бетонной.
В состав сооружений входят:
- глухая правобережная бетонная плотина - 207,7 м;
- станционная плотина - 102,8 м;
- водосливная плотина - 57,5 м.
- глухая левобережная бетонная плотина - 252,5 м;
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
-ширина подошвы - 61,5 м;
-высота плотины - 88 м;
-число водосливных отверстий - 4;
-ширина водосливного пролета - 8 м;
-отметка гребня - 421,0 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется по типу отброса струи носком - трамплином.
Также был предусмотрен глубинный водосброс для пропуска воды в холодные периоды, когда работа основного водосброса затруднена или невозможна.
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.
Для основного сочетания нагрузок и воздействий был определён сокращённый состав нагрузок, на основании которого выбран оптимальный профиль бетонной плотины, соответствующий требованиям прочности, устойчивости и экономичности сооружения, с коэффициентом сдвига 1,214. Таким образом, плотина Усть-Семского 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:
- срок окупаемости - 4,75 лет;
- себестоимость - 0,14 руб/кВт
- удельные капиталовложения -18019,5руб./кВт.
Таким образом, строительство Усть-Семского гидроузла в настоящее время является актуальным.