Помощь студентам в учебе
Проектирование Тирлянской ГЭС на реке Белая. Установки и системы автоматического газового и порошкового пожаротушения, пожарной автоматики и сигнализации на проектируемых ГЭС и РУ
|
Введение 6
Сокращенный паспорт Тирлянской ГЭС 7
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Географические сведения 9
1.1.2 Климатические условия 9
1.1.3 Гидрологические особенности 9
1.1.4 Инженерно-геологические условия 12
1.2 Энерго-экономическая характеристика региона 12
2 Водно-энергетический расчёт 15
2.1 Гидрологические расчёты 15
2.2 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 16
2.2.1 Выбор расчётного маловодного года (Р=90%) и средневодного
года (Р=50%) 18
2.3 Обработка данных по энергосистеме 19
2.3.1 Построение суточных графиков нагрузки 19
2.3.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 21
2.4 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственной системы 23
2.5 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном году 25
2.6 Определение рабочей мощности 28
2.7 Определение установленной мощности ГЭС и планирование
капитальных ремонтов 29
2.8 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по
водности году 30
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 33
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 33
3.2 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 38
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 39
3.3.1 Работа одного агрегата с расчётной мощностью при Нтах 39
3.3.2 Работа одного агрегата с расчётной мощностью при Нр 40
3.3.3 Работа одного агрегата с соответствующей мощностью при Нтіп 41
3.3.4 Выбор отметки расположения рабочего колеса 41
3.4 Определение геометрических размеров проточной части гидротурбины
РО45-В-710 42
3.5 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки и колонки
управления 42
3.6 Выбор типа серийного гидрогенератора 43
3.7 Определение установленной мощности ГЭС 43
4 Электрическая часть 44
4.1 Выбор номинального напряжения линий 45
4.2 Выбор повышающих трансформаторов 45
4.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 46
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ высшего напряжения и
марки проводов воздушных линий 47
4.5 Выбор главной схемы ГЭС 49
4.6 Выбор главной схемы РУ высшего напряжения 51
4.7 Расчет токов трехфазного и однофазного КЗ в главной схеме 52
4.8 Выбор и проверка электрических аппаратов в главной схеме 53
4.8.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов54
4.8.2 Выбор выключателей и разъединителей ОРУ 220 кВ 55
4.8.3 Выбор трансформаторов напряжения 56
4.8.4 Выбор ограничителей перенапряжений 56
4.8.5 Выбор коммутационных аппаратов на генераторном напряжении56
5 Релейная защита и автоматика 58
5.1 Перечень защит основного оборудования 58
5.2 Описание защит и расчёт их уставок 59
5.2.1 Продольно дифференциальная защита генератора 59
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 61
5.2.3 Защита от повышения напряжения 64
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 64
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 68
5.2.6 Дистанционная защита генератора 69
6 Компоновка гидроузла, выбор типа и расчёт основных сооружений 73
6.1 Проектирование сооружений напорного фронта 73
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 73
6.2 Гидравлические расчёты 76
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 76
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 78
6.2.3 Построение профиля водосливной грани 79
6.2.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 80
6.2.5 Расчет специальных гасителей (шашки) 82
6.2.6 Расчет водобойной стенки 83
6.2.7 Пропуск расходов через донные отверстия 85
6.3 Конструирование плотины 86
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 86
6.3.2 Разрезка плотины швами, устои, дренаж тела плотины 88
6.4 Фильтрационные расчёты 88
6.5 Статические расчёты плотины 89
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 89
6.5.2 Сила гидростатического давления 91
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 91
6.5.4 Сила фильтрационного давления 91
6.5.5 Давление грунта 92
6.5.6 Волновое давление 94
6.6 Расчёт прочности плотины 94
6.6.1 Критерии прочности плотины и её основания 97
6.6.2 Расчёт устойчивости плотины 98
6.7 Очередность строительства и пропуск строительных расходов 99
7 Охрана труда, пожарная безопасность и охрана природы 101
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 101
7.2 Пожарная безопасность 101
7.3 Охрана труда и техника безопасности 103
7.4 Мероприятия по охране природы 105
8 Технико-экономические показатели строительства ГЭС 109
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 109
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 110
8.3 Налоговые расходы 112
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 113
8.5 Оценка инвестиционного проекта 114
8.5.1 Методология, исходные данные 114
8.5.2 Коммерческая эффективность 115
8.5.3 Бюджетная эффективность 115
8.6 Анализ чувствительности 116
9 Установки и системы автоматического газового и порошкового
пожаротушения, пожарной автоматики и сигнализации на проектируемых ГЭС и РУ 119
9.1 Назначение автоматического пожаротушения 119
9.2 Классификация систем пожаротушения 120
9.3 Область применения автоматических установок 121
9.3.1 Газовые автоматические установки 121
9.3.2 Порошковые автоматические установки 122
9.4 Предлагаемые технические решения для проектируемой Тирлянской
ГЭС 124
9.5 Характеристика объекта защиты 126
9.6 Газовые и порошковые огнетушащие вещества, выбор вещества 126
9.7 Состав оборудования газового и порошкового пожаротушения
Тирлянской ГЭС 129
9.8 Характеристики и назначение приборов 130
9.9 Структурная схема и описание работы автоматического газового и
порошкового пожаротушения Тирлянской ГЭС 132
Заключение 135
Список использованных источников 137
Приложения
Сокращенный паспорт Тирлянской ГЭС 7
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Географические сведения 9
1.1.2 Климатические условия 9
1.1.3 Гидрологические особенности 9
1.1.4 Инженерно-геологические условия 12
1.2 Энерго-экономическая характеристика региона 12
2 Водно-энергетический расчёт 15
2.1 Гидрологические расчёты 15
2.2 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при
заданной обеспеченности стока 16
2.2.1 Выбор расчётного маловодного года (Р=90%) и средневодного
года (Р=50%) 18
2.3 Обработка данных по энергосистеме 19
2.3.1 Построение суточных графиков нагрузки 19
2.3.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 21
2.4 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственной системы 23
2.5 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном году 25
2.6 Определение рабочей мощности 28
2.7 Определение установленной мощности ГЭС и планирование
капитальных ремонтов 29
2.8 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по
водности году 30
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 33
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 33
3.2 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 38
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 39
3.3.1 Работа одного агрегата с расчётной мощностью при Нтах 39
3.3.2 Работа одного агрегата с расчётной мощностью при Нр 40
3.3.3 Работа одного агрегата с соответствующей мощностью при Нтіп 41
3.3.4 Выбор отметки расположения рабочего колеса 41
3.4 Определение геометрических размеров проточной части гидротурбины
РО45-В-710 42
3.5 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки и колонки
управления 42
3.6 Выбор типа серийного гидрогенератора 43
3.7 Определение установленной мощности ГЭС 43
4 Электрическая часть 44
4.1 Выбор номинального напряжения линий 45
4.2 Выбор повышающих трансформаторов 45
4.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 46
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ высшего напряжения и
марки проводов воздушных линий 47
4.5 Выбор главной схемы ГЭС 49
4.6 Выбор главной схемы РУ высшего напряжения 51
4.7 Расчет токов трехфазного и однофазного КЗ в главной схеме 52
4.8 Выбор и проверка электрических аппаратов в главной схеме 53
4.8.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов54
4.8.2 Выбор выключателей и разъединителей ОРУ 220 кВ 55
4.8.3 Выбор трансформаторов напряжения 56
4.8.4 Выбор ограничителей перенапряжений 56
4.8.5 Выбор коммутационных аппаратов на генераторном напряжении56
5 Релейная защита и автоматика 58
5.1 Перечень защит основного оборудования 58
5.2 Описание защит и расчёт их уставок 59
5.2.1 Продольно дифференциальная защита генератора 59
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 61
5.2.3 Защита от повышения напряжения 64
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 64
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 68
5.2.6 Дистанционная защита генератора 69
6 Компоновка гидроузла, выбор типа и расчёт основных сооружений 73
6.1 Проектирование сооружений напорного фронта 73
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 73
6.2 Гидравлические расчёты 76
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 76
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 78
6.2.3 Построение профиля водосливной грани 79
6.2.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 80
6.2.5 Расчет специальных гасителей (шашки) 82
6.2.6 Расчет водобойной стенки 83
6.2.7 Пропуск расходов через донные отверстия 85
6.3 Конструирование плотины 86
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 86
6.3.2 Разрезка плотины швами, устои, дренаж тела плотины 88
6.4 Фильтрационные расчёты 88
6.5 Статические расчёты плотины 89
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 89
6.5.2 Сила гидростатического давления 91
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 91
6.5.4 Сила фильтрационного давления 91
6.5.5 Давление грунта 92
6.5.6 Волновое давление 94
6.6 Расчёт прочности плотины 94
6.6.1 Критерии прочности плотины и её основания 97
6.6.2 Расчёт устойчивости плотины 98
6.7 Очередность строительства и пропуск строительных расходов 99
7 Охрана труда, пожарная безопасность и охрана природы 101
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 101
7.2 Пожарная безопасность 101
7.3 Охрана труда и техника безопасности 103
7.4 Мероприятия по охране природы 105
8 Технико-экономические показатели строительства ГЭС 109
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 109
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 110
8.3 Налоговые расходы 112
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 113
8.5 Оценка инвестиционного проекта 114
8.5.1 Методология, исходные данные 114
8.5.2 Коммерческая эффективность 115
8.5.3 Бюджетная эффективность 115
8.6 Анализ чувствительности 116
9 Установки и системы автоматического газового и порошкового
пожаротушения, пожарной автоматики и сигнализации на проектируемых ГЭС и РУ 119
9.1 Назначение автоматического пожаротушения 119
9.2 Классификация систем пожаротушения 120
9.3 Область применения автоматических установок 121
9.3.1 Газовые автоматические установки 121
9.3.2 Порошковые автоматические установки 122
9.4 Предлагаемые технические решения для проектируемой Тирлянской
ГЭС 124
9.5 Характеристика объекта защиты 126
9.6 Газовые и порошковые огнетушащие вещества, выбор вещества 126
9.7 Состав оборудования газового и порошкового пожаротушения
Тирлянской ГЭС 129
9.8 Характеристики и назначение приборов 130
9.9 Структурная схема и описание работы автоматического газового и
порошкового пожаротушения Тирлянской ГЭС 132
Заключение 135
Список использованных источников 137
Приложения
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, выполняя главную роль по регулированию её параметров в нестационарных режимах, а также покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на ценообразовании электроэнергии на рынке её сбыта.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия гидравлических турбин достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
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. Они 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 тока в энергосистеме.
Гидроэнергетические мощности вносят ощутимый вклад в обеспечение системной надежности и в конечном итоге надежной работы всей Единой электроэнергетической системы страны.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия гидравлических турбин достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
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. Они 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 тока в энергосистеме.
Гидроэнергетические мощности вносят ощутимый вклад в обеспечение системной надежности и в конечном итоге надежной работы всей Единой электроэнергетической системы страны.
Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
В работе рассчитаны и определены основные элементы и параметры средненапорной Тирлянской ГЭС высотой 45,6 м на реке Белая, являющейся сооружением I класса.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Тирлянской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ауст = 460 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого равна 119,46 м. Полезный объём при данных отметках НПУ 131,0 м и УМО составляет 13,5 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,45 млрд. кВ'т ч.
На последующем 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 - Нтах = 41,40 м; расчётный - Нрасч = 32,40 м;
минимальный - Нтіп = 27,30 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС Qmax, соответствующий расчётному напору, составляет 2113 м3/с.
По результатам расчётов был определён оптимальный вариант с четырьмя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 7,10 м (РО45-В).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 68,2 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 1500/200-88УХЛ4 с номинальной активной мощностью 115 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220 кВ. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ-400000/220-У1, УХЛ1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ -5000/15-У1(УЗ), для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/29.
Распределительное устройство принято элегазовым - ВГБУ- 220
(Электроаппарат).
В качестве генераторного РУ, принято элегазовое генераторное распределительное устройство FKG1N фирмы ALSTOM GRID, со встроенными трансформаторами тока и напряжения, разъединителем, ограничителем перенапряжения, имеющий большой ресурс и надёжность.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловой. Водосливная и глухая плотина приняты бетонными. Здание ГЭС - приплотинного типа.
В состав сооружений входят:
водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 230,0 м;
станционная бетонная плотина - 150,0 м;
одна глухая бетонная плотина - 18 м
глухая русловая бетонная плотина;
здание ГЭС приплотинного типа.
На данном этапе расчётным путём определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
ширина подошвы - 59,0 м;
отметка подошвы водосливной плотины - 83,0 м;
число водосливных отверстий - 13;
ширина водосливных отверстий в свету - 14 м;
отметка гребня водослива - 126,5 м;
ширина гребня - 30,7 м.
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.
Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быкам, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчётов коэффициент надёжности сооружения составляет 1,25 для основного сочетания нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Тирлянского гидроузла отвечает требованиям надёжности. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СП.
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: Чистый дисконтированный доход NPV= 5484,90 млн.руб.
Индекс прибыльности PI = 1,99
Срок окупаемости проекта равен 6 лет 4 месяцев
Себестоимость электроэнергии 0,07 руб./кВтч
Удельные капиталовложения 21,6 млн.руб/МВт
Таким образом, строительство Тирлянской ГЭС с установленной мощностью 460 МВт в настоящее время является актуальным проектом.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Тирлянской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ауст = 460 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого равна 119,46 м. Полезный объём при данных отметках НПУ 131,0 м и УМО составляет 13,5 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,45 млрд. кВ'т ч.
На последующем 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 - Нтах = 41,40 м; расчётный - Нрасч = 32,40 м;
минимальный - Нтіп = 27,30 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС Qmax, соответствующий расчётному напору, составляет 2113 м3/с.
По результатам расчётов был определён оптимальный вариант с четырьмя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 7,10 м (РО45-В).
По справочным данным для выбранной радиально-осевой турбины с синхронной частотой вращения 68,2 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 1500/200-88УХЛ4 с номинальной активной мощностью 115 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220 кВ. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ-400000/220-У1, УХЛ1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ -5000/15-У1(УЗ), для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/29.
Распределительное устройство принято элегазовым - ВГБУ- 220
(Электроаппарат).
В качестве генераторного РУ, принято элегазовое генераторное распределительное устройство FKG1N фирмы ALSTOM GRID, со встроенными трансформаторами тока и напряжения, разъединителем, ограничителем перенапряжения, имеющий большой ресурс и надёжность.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловой. Водосливная и глухая плотина приняты бетонными. Здание ГЭС - приплотинного типа.
В состав сооружений входят:
водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 230,0 м;
станционная бетонная плотина - 150,0 м;
одна глухая бетонная плотина - 18 м
глухая русловая бетонная плотина;
здание ГЭС приплотинного типа.
На данном этапе расчётным путём определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
ширина подошвы - 59,0 м;
отметка подошвы водосливной плотины - 83,0 м;
число водосливных отверстий - 13;
ширина водосливных отверстий в свету - 14 м;
отметка гребня водослива - 126,5 м;
ширина гребня - 30,7 м.
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.
Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быкам, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчётов коэффициент надёжности сооружения составляет 1,25 для основного сочетания нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Тирлянского гидроузла отвечает требованиям надёжности. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СП.
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: Чистый дисконтированный доход NPV= 5484,90 млн.руб.
Индекс прибыльности PI = 1,99
Срок окупаемости проекта равен 6 лет 4 месяцев
Себестоимость электроэнергии 0,07 руб./кВтч
Удельные капиталовложения 21,6 млн.руб/МВт
Таким образом, строительство Тирлянской ГЭС с установленной мощностью 460 МВт в настоящее время является актуальным проектом.