ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТУНГУССКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ПОДКАМЕННАЯ ТУНГУСКА. ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ КОНТУРЫ ГЭС И РУ, КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ, МОНТАЖ, СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ, РАСЧЕТЫ ПОТЕНЦИАЛОВ РАСТЕКАНИЯ ТОКА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОБОРУДОВАНИЯ И ЛЮДЕЙ
СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ТУНГУССКОЙ ГЭС 6
ВВЕДЕНИЕ 8
1 Общие сведения 9
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.2 Гидрологические данные 9
І.З Инженерно-геологические условие 12
1.4 Сейсмические условия 13
1.5 Данные по энергосистеме 13
1.6 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водно-энергетические расчеты 14
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 14
2.2 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН энергосистемы 17
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 18
2.4 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 20
2.5 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС 22
2.6 Определение установленной мощности ГЭС и планирование
капитальных ремонтов 24
3 Основное и вспомогательное оборудование 26
3.1 Построение режимного поля 26
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 28
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 31
3.4 Сопоставление турбин и выбор оптимального варианта 34
3.5 Выбор типа серийного гидрогенератора 34
3.6 Расчёт вала на прочность 34
3.7 Выбор МНУ и электрогидравлического регулятора 35
4 Электрическая часть 36
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 36
4.1.1 Расчёт схемы с укрупнёнными блоками 36
4.1.1.1 Выбор главных трансформаторов и трансформаторов
собственных нужд 37
4.1.1.2 Выбор схемы РУ 38
4.1.1.3 Вычисление приведенных затрат 38
4.1.2 Расчёт для схемы с обычными блоками 40
4.1.2.1 Выбор силовых трансформаторов и трансформаторов
собственных нужд 40
4.1.2.2 Выбор схемы РУ 40
4.1.2.3 Вычисление приведённых затрат 40
4.2 Расчёт числа отходящих линий и выбор марки проводов 41
4.3 Расчёт токов короткого замыкания в программном комплексе
«RastrWin3» для выбора электрических аппаратов 42
4.4 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 45
4.5 Выбор электрических аппаратов 220 кВ 45
4.6 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном
напряжении 47
5 Релейная защита и автоматика 50
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 50
5.2 Расчет номинальных токов 51
5.3 Перечень защит основного оборудования 51
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 53
5.5 Продольная дифференциальная защита генератора 54
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 56
5.7 Защита от повышения напряжения 58
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 58
5.9 Защита от симметричных перегрузок 61
5.10 Дистанционная защита генератора 63
5.11 Защита ротора от перегрузки 65
5.12 Матрица отключений 67
5.13 Таблица уставок 67
6 Компоновка и сооружения гидроузла 69
6.1.1 Определение типа плотины 69
6.1.2 Определение класса ГТС 69
6.1.3 Определение отметки гребня плотины 69
6.2 Гидравлические расчеты 71
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 71
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 72
6.2.3 Построение профиля водосливной грани 73
6.2.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 74
6.2.5 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 75
6.2.6 Проектирование донного водоспуска 77
6.3 Конструирование плотины 78
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 78
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 78
6.3.3 Быки 78
6.3.4 Устои 79
6.3.5 Галереи в теле плотины 79
6.3.6 Дренаж тела бетонных плотин 79
6.4 Основные элементы подземного контура плотины 80
6.4.1 Противофильтрационные завесы 80
6.4.2 Дренажные устройства в основании в скальных грунтов 81
6.5 Определение сокращённого состава нагрузок на плотину для основного
сочетания нагрузок и воздействий 82
6.5.1 Вес сооружения и затворов 82
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 83
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 84
6.5.4 Сила фильтрационного давления 84
6.5.5 Давление грунта 84
6.5.6 Волновое давление 87
6.5.7 Расчёт прочности плотины 88
6.5.8 Критерии прочности плотины 91
6.5.9 Расчёт устойчивости плотины 92
7. Техника безопасности. Мероприятия по охране природы 94
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 94
7.2 Техника безопасности 94
7.3 Противопожарная безопасность 97
7.3.1 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 98
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 98
7.5 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 99
7.6 Отходы, образующиеся при строительстве 99
7.7 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 100
7.8 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 101
7.9 Водоохранная зона 101
7.10 Водоохранные мероприятия по гидроэлектростанции 102
8 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации ... 104
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 104
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 104
8.3 Налоговые расходы 106
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации проекта 107
8.5 Показатели эффективности проекта 107
8.6 Бюджетная эффективность 108
8.7 Анализ чувствительности 108
9 Заземляющие контуры ГЭС и РУ, конструктивное исполнение, монтаж,
способы контроля, расчеты потенциалов растекания тока, применяемые способы защиты оборудования и людей 111
9.1 Общие сведения 111
9.2 Рабочие и электрозащитные функции заземляющих устройств 111
9.3 Конструктивное исполнение 112
9.4 Монтаж контуров заземления 112
9.5 Способы контроля 116
9.6 Сезонные изменения параметров электрической структуры земли 121
9.7 Расчеты потенциалов растекания тока 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 127
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ 129
ПРИЛОЖЕНИЯ А - Б 132-135
Гидроэлектрические станции, использующие энергию водотоков и являющиеся высокоэффективным источником электроэнергии, представляет собой комплекс сложных инженерных сооружений, гидросилового, электрического и механического оборудования. Особенностью проектирования и эксплуатации ГЭС является тем, что их параметры тесным образом зависят от природных условий, топографических, геологических, гидрологических и других характеристик района проектирования. Также при проектировании необходимо учитывать интересы других отраслей хозяйства, связанных с использованием водотока. В настоящее время также немалое значение придаётся вопросам охраны водных ресурсов.
Гидроэлектростанция несомненно имеет ряд преимуществ. Одно из основных - низкая себестоимость электроэнергии. Себестоимость производства электроэнергии в кВтч на ГЭС меньше в 7-10 раз, то есть на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый технико-экономический потенциал страны. Поэтому, на мой взгляд, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и инвестиционно привлекательная отрасль народного хозяйства.
Целью бакалаврской работы является проектирование гидроэлектростанции с проработкой всех основных этапов, с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти правильные проектные решения.
Основываясь на полученные исходные данные, был спроектирован Тунгусский гидроузел, с рядом определённых параметров.
На первом этапе проектирования был произведён водно-энергетический расчёт, в ходе которого была проведена работа по анализу графиков суточной нагрузки энергосистемы, в которой проектируется ГЭС, с учётом этого, основываясь на гидрологические данные был произведён расчёт, результатом которого является гарантированная мощность станции Nrар — 6 5 О М В т , установленная мощность /Ѵуст— 665 М В т , полный объём водохранилища составляет V — 3 3,4 к м 3, месяцем начала сработки назначается октябрь.
После этого был произведён выбор турбинного и вспомогательного оборудования. Было проведено сравнение ряда турбин, походящих по условиям эксплуатации, но в результате сравнения, была выбрана радиально осевая турбина РО75-В-670 как самый оптимальный вариант. Основные характеристики турбины:
- Диаметр рабочего колеса D] — 6 , 7 м ;
- КПД в точке оптимума ц 0 р t— 9 6 , 2 % ;
- КПД в расчётной точке ц р асч — 9 3,3 % ;
- Установленная мощность турбины /Ѵу ст — 1 6 6 , 2 М В т ;
- Расчётный расход через турбину Ср асч — 346 м 3 / с ;
- Синхронная частота вращения турбины пс — 9 3,8 о б / м и н ;
- Высота отсасывания / — + 1,9 О м ;
Так же для этой турбины был выбран гидрогенератор СВ-1240/245-64 с номинальными параметрами:
- Полная мощность S н о м — 1 8 О М В А ;
- Активная мощность Рн о м — 1 6 2 М В т ;
- Номинальное напряжение рном — 1 5,7 5 к В ;
- Коэффициент мощности с о s р — О , 9 о . е .;
- КПД ц — 9 8 %о ;
В результате технико-экономических расчётов выбрана структурная схема ГЭС с обычными блоками на напряжении 220 кВ.
В качестве силовых трансформаторов выбраны 4 трансформатора ТДЦ- 200000/220-71У1. Так же произведен выбор трансформаторов собственных нужд (ТСЗС-8000/15,75 У3) и выбор проводников линий электропередачи (АС 240/32).
Главная схема электрических соединений для РУ220 кВ - две рабочие системы сборных шин.
В качестве распределительного устройства выбрано КРУЭ220 кВ, которое удовлетворяет всем условиям работы станции.
Составлена нормальная схема электрических соединений станции, в соответствии со всеми принятыми решениями на стадии проектирования.
Также был произведён выбор защит гидрогенератора, составлена матрица отключений защит, выбраны уставки срабатывания для обеспечения селективной защиты генератора без нарушения его нормального работы. Для защиты силового оборудования главной схемы ГЭС и линий электропередачи предполагается установка современных микропроцессорных терминалов релейной защиты и автоматики российского научно - производственного предприятия «ЭКРА».
Затем выполнено проектирование напорного фронта Тунгусской ГЭС. Результатом проектирования является гидротехническое сооружение II класса. В состав напорного фронта входит: глухая левобережная плотина длиной 175,50 м, водосливная плотина длиной 214,50 м, станционная плотина 78,00 м, правобережная глухая плотина длиной 136,50 м.
В ходе расчётов был определён следующий ряд параметров водосливной плотины: высота плотины составляет 79,6 м, протяжённость водосливного фронта равна 1 7 6 м ,число пролётов для пропуска расчётного расхода 1% обеспеченности равно 11 , ширина пролёта равна 16 м, удельный расход на водосливе 70,03 м 2/с, заложение низовой грани равно 0,8 . Гашение энергии потока в нижнем бьефе осуществляется по схеме отброшенной струи носком - трамплином.Также был предусмотрен донный водосброс для полного или частичного опорожнения водохранилища, а так же пропуска наносов.
Для основного сочетания нагрузок и воздействий был определён сокращённый состав нагрузок, на основании которого выбран оптимальный профиль бетонной плотины. Расчётный коэффициент запаса устойчивости равен 1,30, при этом коэффициент надёжности по ответственности для гидросооружений II класса равен 1,20, что свидетельствует о соответствии требованиям прочности, устойчивости и экономичности сооружения.
В соответствии с действующим законодательством рассмотрены мероприятия организации безопасности ГТС. Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
Выполняя анализ и расчет экономических показателей, был сделан вывод об экономической эффективности строительства Тунгусской ГЭС на реке Подкаменная Тунгуска, в результате получены следующие показатели:
- Ставка дисконтирования 11,6%;
- Дисконтированный срок окупаемости 81 месяц;
- Чистый приведенный доход 17268,48 млн. руб;
- Индекс прибыльности 7,3;
- Себестоимость электроэнергии 23 коп/кВт •ч;
- Удельные капиталовложения 29712 руб/кВт;
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
