ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНДИГИРСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ИНДИГИРКА. КАБЕЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО ГЭС (ТИПЫ ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ И КАБЕЛЕЙ, ВЫБОР КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕННОГО ПОТРЕБИТЕЛЯ, ТРЕБОВАНИЯ ПО МОНТАЖУ,ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, ПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ, КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ И ПОИСК ПОВРЕЖДЕНИЙ, СИСТЕМЫ ЗАЩИТ)
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ИНДИГИРСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Общие сведения 10
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Инженерно - геологические условия 13
1.4 Сейсмические условия 13
1.5 Данные по энергосистеме 13
1.6 Аналоги проектируемого гидроузла 14
2 Гидрологические расчёты 15
2.1 Построение суточных графиков нагрузки и интегральная кривая нагрузки
энергосистемы 15
2.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 17
2.3 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
ВХК 18
2.4 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС по маловодному
году 19
2.5 Определение установленной мощности ГЭС 21
2.6 Баланс мощностей 22
2.7 Водно-энергетический расчет режима работы ГЭС по средневодному году 23
3 Основное и вспомогательное оборудование 26
3.1 Построение режимного поля 26
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 27
3.3 Расчёт и построение металлической спиральной камеры 30
3.4 Расчет вала на прочность 34
3.5 Расчёт подшипника 35
3.6 Выбор гидрогенератора 36
3.7 Выбор кранов 37
3.8 Выбор МНУ 37
3.9 Выбор электрогидравлического регулятора 37
4 Электрическая часть 38
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 38
4.2 Выбор типа блоков ГЭС 39
4.2.1 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с одиночными
блоками 39
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненными
блоками 40
4.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 41
4.2.4 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчёта41
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий 42
4.4 Выбор схемы РУ ВН 43
4.5 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в РУ ВН в
программном комплексе «RASTR WIN 3» 44
4.6 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 46
4.7 Выбор и проверка коммутационных аппаратов в РУ ВН 46
4.8 Выбор и проверка коммутационных аппаратов генераторного
напряжения 47
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 49
5.2 Расчёт номинальных токов 50
5.3 Перечень защит блока генератор-трансформатор 51
5.4 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 52
5.5 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO))...54
5.6 Защита от повышения напряжения (U1 >), (U2>) 56
5.7 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 57
5.8 Защита от симметричных перегрузок(/1) 60
5.9 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 62
5.10 Защита от перегрузки обмотки ротора 65
5.11 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 66
5.12 Таблица уставок и матрица отключений защит 66
6 Компоновка и сооружения гидроузла 68
6.1 Назначение класса ГТС 68
6.2 Определение отметки гребня бетонной плотины 69
6.3 Гидравлические расчеты 70
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 71
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 72
6.3.3 Построение профиля водосливной грани 73
6.3.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 74
6.3.5 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 75
6.4 Конструирование плотины 78
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 78
6.4.2 Разрезка бетонной плотины швами 79
6.4.3 Быки 79
6.4.4 Устои 80
6.4.5 Галереи в теле плотины 80
6.4.6 Дренаж тела бетонных плотин 80
6.5 Фильтрационные расчёты подземного контура 81
6.5.1 Противофильтрационная завеса 82
6.5.2 Дренажные устройства в основании 82
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 83
6.6.1 Вес сооружения и затворов 83
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 84
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего давления 85
6.6.4 Сила фильтрационного давления 85
6.6.5 Давление грунта 85
6.6.6 Пассивное давление грунта основания на плотину со стороны НБ 87
6.6.7 Волновое давление 88
6.7 Оценка прочности плотины 88
6.8 Критерии прочности плотины 90
6.9 Обоснование устойчивости плотины 91
6.10 Глубинный водоспуск 92
7 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия по
охране природы 93
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 93
7.2 Охрана труда 93
7.3 Пожарная безопасность 95
7.4 Охрана природы 96
8 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации .. 100
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 100
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 101
8.3 Налоговые расходы 103
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 104
8.5 Оценка инвестиционного проекта 104
8.5.1 Методология, исходные данные 104
8.5.2 Коммерческая эффективность 105
8.5.3 Бюджетная эффективность 105
8.5.4 Анализ чувствительности 106
9 Кабельное хозяйство ГЭС 108
9.1 Определения 108
9.2 Типы применяемых материалов и кабелей 109
9.3 Кабельные муфты 111
9.4 Выбор кабельной линии для определенного потребителя 112
9.5 Требования по монтажу 113
9.6 Требования пожарной безопасности 114
9.7 Обслуживание и контроль состояния 115
9.8 Поиск повреждения кабельной линии 118
9.9 Системы защит 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 126
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 128
ПРИЛОЖЕНИЕ А 130
ГРАФИКИ НАГРУЗОК 130
Водные ресурсы земного шара огромны. Речные воды составляют лишь тысячные доли процента объема пресных вод гидросферы и совершенно ничтожную долю всего объема гидросферы.
Отличительной чертой речных вод является их ежегодная возобновляемость. Речные воды являются источником весьма значительной ежегодно возобновляющейся энергией, которая используется для выработки электрической энергии на гидроэлектростанциях.
Доля гидроэнергии в общих энергетических ресурсах Земли ничтожна. Однако отличительной положительной чертой гидроэнергии, как и солнечной, приливной энергии и энергии ветра, по сравнению с ископаемыми, топливно-энергетическими и ядерными ресурсами Земли является её ежегодная возобновляемость. Неблагоприятной чертой речной гидроэнергии (также как и энергии Солнца, приливов и ветра) является её неравномерность во времени. Использование Гидроэнергии человеком, как правило, требует организации регулирования речного стока, в связи с чем на реках создаются водохранилища.
Современные гидроэлектростанции могут устанавливаться практически на любых водотоках. С увеличением численности населения, а соответственно и увеличением потребляемой электроэнергии возрастает необходимость создание мощных ГЭС, мощностью от единиц до десятков гигаватт. С ростом мощности ГЭС растёт и единичная мощность гидроагрегатов. Сейчас она достигает 700-1000 МВт. При этом усложняется технологический процесс производства, усложняется конструкция основного и вспомогательного оборудования, появляются всё более новые и современные решения тех или иных проблем проектирования гидроэлектростанций и конструирования гидроэнергетического оборудования. Поэтому необходим крайне серьёзный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов.
Целью проекта является проектирование Индигирской ГЭС на реке Индигирка, 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 работе рассчитаны и определены показатели, выбраны элементы и параметры Индигирской ГЭС, с плотиной высотой 74 м. на реке Индигирка, являющейся сооружением II класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного случая 1% (Q1% = 4915 М3/С) И поверочного 0,01% (Q0>1% = 5899 М3/С).
В ходе водно-энергетических расчетов была выбрана установленная мощность Индигирской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки в период межени и половодья. Установленная мощность составляет 451 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 285,7 м. Полезный объем при отметке НПУ составляет 7,31 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 2086 млн. кВтч.
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 - 72,9 м;
- расчетный - 62,0 м;
- минимальный - 46,7 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 837 м3/с.
Была выбрана турбина типа Р075-В-500. По результатам расчетов оптимальным оказался вариант с четырьмя гидроагрегатами, диаметром рабочих колес 5 м.
Для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 136,4 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-970/140- 44ХЛ с номинальной активной мощностью 115 МВт.
Далее был выбран класс напряжения и тип РУ КРУЭ 220 кВ, а также структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства - "две системы сборных шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
- блочные трансформаторы ТДЦ 200000/220-УХЛ1,
- трансформаторы собственных нужд ТСЛ-6000/15,75 УХЛ-1.
В качестве генераторного выключателя, принят элегазовый аппаратный комплекс КАГ-20 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 запроектирована водосливная плотина на скальном основании. В состав напорного фронта входят:
• Глухая левобережная плотина длиной 254 м;
• Водосливная плотина + 2 глухие секции, длиной 167 м;
• Станционная плотина длиной 100 м;
• Глухая правобережная плотина длиной 220 м.
• Общая длина гидротехнического сооружения 741 м.
В ходе расчетов были определены следующие параметры:
• класс гидротехнического сооружения: II
• количество водосливных пролётов - 4, шириной 20 м;
• отметка гребня водослива ѴГВ = 301 м;
• отметка гребня быка ѴГБ = 315,4 м;
• ширина подошвы плотины по основанию 60,0 м;
• в качестве гасителя энергии потока был рассчитан носок-трамплин
• удельный расход на водосливе равен 57,75 м2/с
Для полного или частичного опорожнения водохранилища и промыва наносов был предусмотрен донный водосброс.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,24 (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. Отсутствуют растягивающие напряжения. Наличие сжимающих напряжений, не превосходят пределов прочности на сжатие материала плотины - бетон В20.
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 - 16 коп/кВт ч;
- удельные капиталовложения - 24316 руб./кВт.
- срок окупаемости 7 лет 4 месяца.
Строительство Индигирской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
