ПРОЕКТИРОВАНИЕ КИРЕНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КИРЕНГА. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ РЗА ГА, ИСПОЛНЕНИЕ,НАСТРОЙКИ, УТОЧНЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ОТДЕЛЬНЫХ ЗАЩИТ
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ КИРЕНСКОЙ ГЭС
ВВЕДЕНИЕ
1 Общая часть
1.1 Природные условия
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла
1.1.2 Гидрологические данные
1.2 Вычисление и построение кривых обеспеченности среднемноголетних
расходов реки 10
1.2.1 Выбор по исходному ряду среднегодовых расходов 10
1.2.2 Определение параметров кривой обеспеченности Qcp,
коэффициента вариации Cv, коэффициента асимметрии Cs 11
1.2.3 Определение средней квадратической ошибки определения Cv , Cs12
1.2.4 Определение и построение теоретических кривых обеспеченности
среднемноголетних расходов P1%, Po,5%, Po,1%
2 Водно- энергетические расчеты
2.1 Исходные данные
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 19
2.4 Выбор расчетных гидрографов маловодного и среднего по водности года
при заданной обеспеченности стока 20
2.5 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 24
2.6 Выбор расчетного средневодного (P=50%) и маловодного (P=90%) года 25
2.7. Построение баланса мощностей 28
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 31
3.1 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 31
3.2 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 35
3.3 Выбор электрогидравлического регулятора 35
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 35
4 Электрическая часть 39
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 39
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 40
4.3 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с одиночными блоками 41
4.4 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненными
блоками 43
4.5 Выбор трансформаторов собственных нужд 44
4.6 Выбор количества отходящих воздушных линии 44
4.7 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчёта ... 45
4.8 Выбор схемы РУ ВН 47
4.9 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания 48
4.10 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в РУ ВН
в программном комплексе «RASTRWIN 3» 49
4.11 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания на
генераторном напряжении в программном комплексе «RASTRWIN 3» 50
4.12 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 51
4.13 Выбор электротехнического оборудования ОРУ 220 кВ 51
4.14 Выбор электротехнического оборудования генераторного напряжения 53
5 Релейная защита и автоматика 54
5.1 Расчет номинальных токов 54
5.2 Перечень защит основного оборудования 54
5.3 Параметры защищаемого оборудования 56
5.4 Описание защит и расчет их уставок 57
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 57
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) 60
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 62
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (/1) 67
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 69
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 72
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 73
6 Компоновка и сооружения гидроузла 74
6.1 Проектирование водосливной плотины 74
6.1.1 Бетонная плотина 74
6.2. Гидравлические расчеты 76
6.2.1. Определение ширины водосливного фронта 76
6.2.2. Определение отметки гребня водослива 77
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном
расчетном случае 79
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 80
6.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 81
6.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 83
6.3 Конструирование плотины 85
6.3.1. Определение ширины подошвы плотины 85
6.3.2. Разрезка бетонных плотин швами 87
6.3.3 Быки 87
6.3.4 Устои 87
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 88
6.3.6 Галереи в теле плотины 88
6.3.7 Цементационная завеса 89
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 90
6.5 Вес сооружения 90
6.6 Сила гидростатического давления воды 91
6.7 Равнодействующие взвешивающего и фильтрационного давления 91
6.4 Волновое воздействие 92
6.5 Давление наносов 93
6.6 Расчёт прочности плотины 93
6.7 Критерии прочности плотины 96
6.8 Расчёт устойчивости плотины 97
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 99
7.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 99
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 99
7.3 Налоговые расходы 101
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 102
7.5 Оценка инвестиционного проекта 103
7.6 Коммерческая эффективность 103
7.7 Бюджетная эффективность 103
7.8 Анализ чувствительности 104
8 Охрана труда, пожарная безопасность, охрана окружающей среды 107
8.1 Устройство охраны труда 107
8.2 Безопасность гидротехнических сооружений 110
8.3 Пожарная безопасность 111
8.3.1 Пожаротушение гидрогенераторов 113
8.3.2 Пожаротушение силовых трансформаторов 113
8.3.3 Пожаротушение кабельных сооружений 114
8.3.4 Пожаротушение станционного маслохозяйства 114
8.4 Мероприятия по охране природы 115
8.4.1 Общие сведения о районе строительства 115
9 Микропроцессорные комплексы РЗА ГА, исполнение, настройки, уточненные
расчеты отдельных защит 118
9.1 Микропроцессорные комплексы РЗА ГА 118
9.1.1 Преимущества микропроцессорных устройств релейной защиты. 118
9.1.2 Недостатки 118
9.1.3 Спорные вопросы 119
9.1.4 Надежность микропроцессорных устройств релейной защиты
повышает встроенная самодиагностика 119
9.1.5 Трудности эксплуатации 120
9.1.6 Выполняемые задачи 120
9.2 Исполнение 120
9.3 Настройки 121
9.4 Уточненные расчеты отдельных защит 122
9.4.1 Краткая характеристика применяемых электрических защит
Киренской ГЭС 122
9.4.2 Особенности 122
9.4.3 Защиты генератора 123
Заключение
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ А-В 134
ВВЕДЕНИЕ
1 Общая часть
1.1 Природные условия
1.1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла
1.1.2 Гидрологические данные
1.2 Вычисление и построение кривых обеспеченности среднемноголетних
расходов реки 10
1.2.1 Выбор по исходному ряду среднегодовых расходов 10
1.2.2 Определение параметров кривой обеспеченности Qcp,
коэффициента вариации Cv, коэффициента асимметрии Cs 11
1.2.3 Определение средней квадратической ошибки определения Cv , Cs12
1.2.4 Определение и построение теоретических кривых обеспеченности
среднемноголетних расходов P1%, Po,5%, Po,1%
2 Водно- энергетические расчеты
2.1 Исходные данные
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 19
2.4 Выбор расчетных гидрографов маловодного и среднего по водности года
при заданной обеспеченности стока 20
2.5 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований
водохозяйственной системы 24
2.6 Выбор расчетного средневодного (P=50%) и маловодного (P=90%) года 25
2.7. Построение баланса мощностей 28
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 31
3.1 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 31
3.2 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 35
3.3 Выбор электрогидравлического регулятора 35
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 35
4 Электрическая часть 39
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 39
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 40
4.3 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с одиночными блоками 41
4.4 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненными
блоками 43
4.5 Выбор трансформаторов собственных нужд 44
4.6 Выбор количества отходящих воздушных линии 44
4.7 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчёта ... 45
4.8 Выбор схемы РУ ВН 47
4.9 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания 48
4.10 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в РУ ВН
в программном комплексе «RASTRWIN 3» 49
4.11 Расчет токов трехфазного и однофазного короткого замыкания на
генераторном напряжении в программном комплексе «RASTRWIN 3» 50
4.12 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 51
4.13 Выбор электротехнического оборудования ОРУ 220 кВ 51
4.14 Выбор электротехнического оборудования генераторного напряжения 53
5 Релейная защита и автоматика 54
5.1 Расчет номинальных токов 54
5.2 Перечень защит основного оборудования 54
5.3 Параметры защищаемого оборудования 56
5.4 Описание защит и расчет их уставок 57
5.4.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 57
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN (UO)) 60
5.4.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 62
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных
перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок (/1) 67
5.4.6 Дистанционная защита генератора Z1 <,Z2 < 69
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 72
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 73
6 Компоновка и сооружения гидроузла 74
6.1 Проектирование водосливной плотины 74
6.1.1 Бетонная плотина 74
6.2. Гидравлические расчеты 76
6.2.1. Определение ширины водосливного фронта 76
6.2.2. Определение отметки гребня водослива 77
6.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном
расчетном случае 79
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 80
6.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 81
6.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 83
6.3 Конструирование плотины 85
6.3.1. Определение ширины подошвы плотины 85
6.3.2. Разрезка бетонных плотин швами 87
6.3.3 Быки 87
6.3.4 Устои 87
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 88
6.3.6 Галереи в теле плотины 88
6.3.7 Цементационная завеса 89
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 90
6.5 Вес сооружения 90
6.6 Сила гидростатического давления воды 91
6.7 Равнодействующие взвешивающего и фильтрационного давления 91
6.4 Волновое воздействие 92
6.5 Давление наносов 93
6.6 Расчёт прочности плотины 93
6.7 Критерии прочности плотины 96
6.8 Расчёт устойчивости плотины 97
7 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации 99
7.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 99
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 99
7.3 Налоговые расходы 101
7.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 102
7.5 Оценка инвестиционного проекта 103
7.6 Коммерческая эффективность 103
7.7 Бюджетная эффективность 103
7.8 Анализ чувствительности 104
8 Охрана труда, пожарная безопасность, охрана окружающей среды 107
8.1 Устройство охраны труда 107
8.2 Безопасность гидротехнических сооружений 110
8.3 Пожарная безопасность 111
8.3.1 Пожаротушение гидрогенераторов 113
8.3.2 Пожаротушение силовых трансформаторов 113
8.3.3 Пожаротушение кабельных сооружений 114
8.3.4 Пожаротушение станционного маслохозяйства 114
8.4 Мероприятия по охране природы 115
8.4.1 Общие сведения о районе строительства 115
9 Микропроцессорные комплексы РЗА ГА, исполнение, настройки, уточненные
расчеты отдельных защит 118
9.1 Микропроцессорные комплексы РЗА ГА 118
9.1.1 Преимущества микропроцессорных устройств релейной защиты. 118
9.1.2 Недостатки 118
9.1.3 Спорные вопросы 119
9.1.4 Надежность микропроцессорных устройств релейной защиты
повышает встроенная самодиагностика 119
9.1.5 Трудности эксплуатации 120
9.1.6 Выполняемые задачи 120
9.2 Исполнение 120
9.3 Настройки 121
9.4 Уточненные расчеты отдельных защит 122
9.4.1 Краткая характеристика применяемых электрических защит
Киренской ГЭС 122
9.4.2 Особенности 122
9.4.3 Защиты генератора 123
Заключение
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЯ А-В 134
Сегодня Гидроэнергетика является одним из наиболее эффективных направлений электроэнергетики. Гидроресурсы — возобновляемый и наиболее экологичный источник энергии, использование которого позволяет снижать выбросы в атмосферу тепловых электростанций и сохранять запасы углеводородного топлива для будущих поколений. Кроме своего прямого назначения — производства электроэнергии — гидроэнергетика решает дополнительно ряд важнейших для общества и государства задач. Прямая выгода от них включает создание систем питьевого и промышленного водоснабжения, развитие судоходства, создание ирригационных систем в интересах сельского хозяйства, рыборазведение, регулирование стока рек, позволяющее осуществлять борьбу с паводками и наводнениями, обеспечивая безопасность населения. Гидроэнергетика является инфраструктурой для деятельности и развития целого ряда важнейших отраслей экономики и страны в целом. Каждая введенная в эксплуатацию гидроэлектростанция становится точкой роста экономики региона своего расположения, вокруг нее возникают производства, развивается промышленность, создаются новые рабочие места.
Гидропотенциал России составляет 1670 млрд. кВт^ч. Это почти в 1,5 раза больше всего энергетического потребления в стране. По запасам данного ресурса мы находимся на 2-м месте после Китая.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также поиск надлежащих проектных решений.
Гидропотенциал России составляет 1670 млрд. кВт^ч. Это почти в 1,5 раза больше всего энергетического потребления в стране. По запасам данного ресурса мы находимся на 2-м месте после Китая.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции с применением и закреплением теоретических знаний, а также поиск надлежащих проектных решений.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Киренской ГЭС на реке Киренга. Являющимся сооружением II класса. На первом этапе в ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 740 МВт и среднемноголетняя выработка 2,01 млрд. К'В'ІЧ.
На втором этапе было определено число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы, на которой определены следующие напоры:
максимальный - 40 м;
расчетный - 26,9 м ;
минимальный - 23,3 м.
Максимальный расход через все агрегаты, соответствующий расчетному напору, составляет 1923 м3 /с. При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ40а-В и ПЛ406-В. По результатам расчетов был определен вариант с 6 гидротурбинами ПЛ406-В-800. По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 88,2 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-1260/250-60 с номинальной активной мощностью 150 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
Блочные трансформаторы ТДЦ- 200000/220/15,75
ТСЗ-1600/15,75 У3
Г енераторный комплекс КАГ-20
Элегазовый выключатель ВЭБ-220
ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32. Был рассмотрен перечень устройств РЗиА в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Водосливная и глухая плотина принята бетонной. Расчетным путем определены размеры и характерные отметки плотины:
ширина подошвы - 35,55 м
число водосливных отверстий - 4
ширина водосливных отверстий - 12 м
отметка гребня - 477,8 м
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отброс струи.
Киренская ГЭС отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
В районе строительства Киренской ГЭС на расстоянии 30 км находится подстанция “Улькан” 220 кВ.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели: себестоимость - 0,14 руб/кВт
удельные капиталовложения - 24,837 тыс. руб./кВт срок окупаемости - 59 месяцев
На втором этапе было определено число и тип гидроагрегатов электростанции. Для этого была построена область допустимых режимов работы, на которой определены следующие напоры:
максимальный - 40 м;
расчетный - 26,9 м ;
минимальный - 23,3 м.
Максимальный расход через все агрегаты, соответствующий расчетному напору, составляет 1923 м3 /с. При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ40а-В и ПЛ406-В. По результатам расчетов был определен вариант с 6 гидротурбинами ПЛ406-В-800. По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 88,2 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-1260/250-60 с номинальной активной мощностью 150 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
Блочные трансформаторы ТДЦ- 200000/220/15,75
ТСЗ-1600/15,75 У3
Г енераторный комплекс КАГ-20
Элегазовый выключатель ВЭБ-220
ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32. Был рассмотрен перечень устройств РЗиА в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Водосливная и глухая плотина принята бетонной. Расчетным путем определены размеры и характерные отметки плотины:
ширина подошвы - 35,55 м
число водосливных отверстий - 4
ширина водосливных отверстий - 12 м
отметка гребня - 477,8 м
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отброс струи.
Киренская ГЭС отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
Также перечислены мероприятия по охране окружающей среды в период возведения и эксплуатации гидроузла.
В районе строительства Киренской ГЭС на расстоянии 30 км находится подстанция “Улькан” 220 кВ.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели: себестоимость - 0,14 руб/кВт
удельные капиталовложения - 24,837 тыс. руб./кВт срок окупаемости - 59 месяцев