Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АНЮЙСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ АНЮЙ. УСТАНОВКИ И СИСТЕМЫ.АВТОМАТИЧЕСКОГО ГАЗОВОГО И ПОРОШКОВОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ, ПОЖАРНОЙ АВТОМАТИКИ И СИГНАЛИЗАЦИИ НА ПРОЕКТИРУЕМЫХ ГЭС И РУ
|
СОКРАЩЁННЫЙ ПАСПОРТ АНЮЙСКОЙ ГЭС 8
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 11
1.1 Природные условия 11
1.1.1 Климат 11
1.1.2 Гидрологические данные 11
1.1.3 Инженерно-геологические условия 13
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 13
2 Водно-энергетический расчет 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.2 Выбор расчетного маловодного и средневодного года 15
2.2 Выбор установленной мощности на основе водно-энергетических
расчетов 16
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 16
2.2.2 Водно-энергетические расчеты по условию маловодного года 17
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 19
2.3 Баланс мощности и энергии 20
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы 20
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 23
3.1 Выбор числа и типов агрегатов 23
3.1.1 Построение режимного поля 23
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .... 24
3.2 Сопоставление турбин и выбор оптимального варианта 27
3.3 Расчет вала на прочность 28
3.4 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 29
3.5 Выбор электрогидравлического регулятора 29
3.6 Выбор типа серийного генератора 29
3.7 Подъемно-транспортное оборудование 30
4 Электрическая часть 31
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений схемы собственных
нужд 31
4.2 Выбор силового оборудования 31
4.2.1 Выбор повышающих трансформаторов 31
4.2.2 Выбор трансформаторов СН 32
4.3 Распределительное устройство 32
4.3.1 Выбор отходящих воздушных линий 32
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 33
4.4 Технико-экономический анализ 34
4.3 Расчет токов короткого замыкания 35
4.6 Выбор электрических аппаратов 36
4.6.1 Выбор генераторного аппаратного комплекса 36
4.6.2 Выбор автоматического выключателя на 0,4кВ 38
4.7 Выбор параметров ОРУ 38
4.8 Выбор выключателей и разъединителей 38
4.9 Выбор трансформаторов тока и напряжения 39
5 Релейная защита и автоматика 41
5.1 Перечень защит основного оборудования 41
5.2 Описание защит и расчет уставок 42
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 42
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 44
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 47
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 48
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 52
5.2.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 54
5.2.7 Защита ротора от перегрузки (Ip) 57
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 59
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 59
6 Компоновка и сооружения гидроузла 60
6.1 Определение отметки гребня плотины 60
6.2 Гидравлические расчеты 62
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 62
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 63
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 65
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 67
6.4 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 67
6.5 Конструирование основных элементов плотины 69
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 69
6.5.2 Разрезка плотины швами 71
6.5.3 Быки 72
6.5.4 Устои 72
6.5.5 Дренаж тела бетонной водосливной плотины 72
6.5.6 Галереи в теле плотины 72
6.5.7 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины 73
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 74
6.6.1 Вес сооружения 74
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 76
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего давления 76
6.6.4 Сила фильтрационного давления 77
6.6.5 Давление грунта 77
6.6.6 Волновое давление 78
6.6.7 Расчёт прочности плотины 78
6.6.8 Критерии прочности плотины 81
6.7 Расчёт устойчивости плотины на сдвиг 82
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 84
7.2 Пожарная безопасность 84
7.3 Водоохранная зона 85
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 86
7.5 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 87
8 Технико-экономические показатели 89
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 89
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 89
8.3 Налоговые расходы 92
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 93
8.5 Оценка инвестиционного проекта 94
8.5.1 Методология, исходные данные 94
8.5.2 Коммерческая эффективность 95
8.5.3 Бюджетная эффективность 95
8.6 Анализ чувствительности 95
9 Установки и системы автоматического газового и порошкового
пожаротушения, пожарной автоматики и сигнализации на проектируемых ГЭС и РУ 98
9.1 Назначение 98
9.2 Классификация 98
9.3 Требования нормативной документации 99
9.3.1 Газовое пожаротушение 99
9.3.2 Порошковое пожаротушение 101
9.4 Структура системы газового пожаротушения и выбор газового
огнетушащего вещества Анюйской ГЭС 102
9.4.1 Расчет массы ГОТВ 103
9.4.2 Выбор оборудования системы газового пожаротушения 105
9.4.3 Назначение приборов системы АУГП «Посейдон-Н-ПТ» 105
9.4.4 Описание работы 106
9.5 Порошковое пожаротушение 107
9.5.2 Применение МИЛ и принцип действия установки 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 112
Приложение
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 11
1.1 Природные условия 11
1.1.1 Климат 11
1.1.2 Гидрологические данные 11
1.1.3 Инженерно-геологические условия 13
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 13
2 Водно-энергетический расчет 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Кривые обеспеченности расходов 14
2.1.2 Выбор расчетного маловодного и средневодного года 15
2.2 Выбор установленной мощности на основе водно-энергетических
расчетов 16
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 16
2.2.2 Водно-энергетические расчеты по условию маловодного года 17
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 19
2.3 Баланс мощности и энергии 20
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы 20
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 23
3.1 Выбор числа и типов агрегатов 23
3.1.1 Построение режимного поля 23
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .... 24
3.2 Сопоставление турбин и выбор оптимального варианта 27
3.3 Расчет вала на прочность 28
3.4 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 29
3.5 Выбор электрогидравлического регулятора 29
3.6 Выбор типа серийного генератора 29
3.7 Подъемно-транспортное оборудование 30
4 Электрическая часть 31
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений схемы собственных
нужд 31
4.2 Выбор силового оборудования 31
4.2.1 Выбор повышающих трансформаторов 31
4.2.2 Выбор трансформаторов СН 32
4.3 Распределительное устройство 32
4.3.1 Выбор отходящих воздушных линий 32
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 33
4.4 Технико-экономический анализ 34
4.3 Расчет токов короткого замыкания 35
4.6 Выбор электрических аппаратов 36
4.6.1 Выбор генераторного аппаратного комплекса 36
4.6.2 Выбор автоматического выключателя на 0,4кВ 38
4.7 Выбор параметров ОРУ 38
4.8 Выбор выключателей и разъединителей 38
4.9 Выбор трансформаторов тока и напряжения 39
5 Релейная защита и автоматика 41
5.1 Перечень защит основного оборудования 41
5.2 Описание защит и расчет уставок 42
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 42
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 44
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 47
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 48
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 52
5.2.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 54
5.2.7 Защита ротора от перегрузки (Ip) 57
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор - трансформатор 59
5.4 Таблица уставок и матрица отключений защит 59
6 Компоновка и сооружения гидроузла 60
6.1 Определение отметки гребня плотины 60
6.2 Гидравлические расчеты 62
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 62
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 63
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 65
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 67
6.4 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 67
6.5 Конструирование основных элементов плотины 69
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 69
6.5.2 Разрезка плотины швами 71
6.5.3 Быки 72
6.5.4 Устои 72
6.5.5 Дренаж тела бетонной водосливной плотины 72
6.5.6 Галереи в теле плотины 72
6.5.7 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины 73
6.6 Определение основных нагрузок на плотину 74
6.6.1 Вес сооружения 74
6.6.2 Сила гидростатического давления воды 76
6.6.3 Равнодействующая взвешивающего давления 76
6.6.4 Сила фильтрационного давления 77
6.6.5 Давление грунта 77
6.6.6 Волновое давление 78
6.6.7 Расчёт прочности плотины 78
6.6.8 Критерии прочности плотины 81
6.7 Расчёт устойчивости плотины на сдвиг 82
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 84
7.2 Пожарная безопасность 84
7.3 Водоохранная зона 85
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 86
7.5 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 87
8 Технико-экономические показатели 89
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 89
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 89
8.3 Налоговые расходы 92
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 93
8.5 Оценка инвестиционного проекта 94
8.5.1 Методология, исходные данные 94
8.5.2 Коммерческая эффективность 95
8.5.3 Бюджетная эффективность 95
8.6 Анализ чувствительности 95
9 Установки и системы автоматического газового и порошкового
пожаротушения, пожарной автоматики и сигнализации на проектируемых ГЭС и РУ 98
9.1 Назначение 98
9.2 Классификация 98
9.3 Требования нормативной документации 99
9.3.1 Газовое пожаротушение 99
9.3.2 Порошковое пожаротушение 101
9.4 Структура системы газового пожаротушения и выбор газового
огнетушащего вещества Анюйской ГЭС 102
9.4.1 Расчет массы ГОТВ 103
9.4.2 Выбор оборудования системы газового пожаротушения 105
9.4.3 Назначение приборов системы АУГП «Посейдон-Н-ПТ» 105
9.4.4 Описание работы 106
9.5 Порошковое пожаротушение 107
9.5.2 Применение МИЛ и принцип действия установки 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 112
Приложение
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. 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 тока в энергосистеме.
Наша страна богата гидроресурсами, но гидроэнергетический потенциал рек России использован в незначительной степени, иными словами, гидроресурсы страны позволяют строить новые гидроэлектростанции.
Все это подталкивает к строительству новых гидроэлектростанций.
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 тока в энергосистеме.
Наша страна богата гидроресурсами, но гидроэнергетический потенциал рек России использован в незначительной степени, иными словами, гидроресурсы страны позволяют строить новые гидроэлектростанции.
Все это подталкивает к строительству новых гидроэлектростанций.
В работе рассчитаны и определены основные элементы и параметры Анюйской ГЭС высотой 44,13 метра на реке Анюй, которая является сооружением III класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного случая 0,1% и поверочного 0,01%: Q0,1%=1504M3/C, Q0,01%=1618M3/C.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Анюйской ГЭС (150МВт), и определена зона ее зона работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Определен уровень мертвого объема (УМО=259,25м). Полезный объем равен 1,53 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составляет 364 млн. кВ'гч. Была построена область допустимых режимов работы, на которой определены следующие напоры:
максимальный Нтах=39,3м; расчетный Нрасч=32,7м;
минимальный Нтіп=27м.
На третьем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов Анюйской ГЭС. При выборе гидротурбин рассматривались три варианта ПЛ 40а, ПЛ 406 и РО 45 с разными диаметрами. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с тремя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5 метров.
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-808/130-40У4 с номинальной активной мощностью 55 МВт.
Далее выбрана структурная схема Анюйской ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220кВ - «две рабочие системы шин». По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
трансформаторы силовые ТД-80000/220 трансформатор собственных нужд ТСЗ-1000/10,5/0,4 Для ВЛЭП сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ, а также рассчитаны уставки основных защит генератора.
Компоновка гидроузла была принята русловой. Водосливная плотина принята бетонной, а здание ГЭС - руслового типа.
В состав сооружения входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом - 24м;
- станционная бетонная плотина - 80м;
- глухая левобережная и правобережная глухие плотины;
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка гребня водослива - 264м;
- отметка гребня быка - 272,13м;
- отметка подошвы плотины - 226м;
- ширина подошвы по основанию - 30,7м;
- количество водосливных отверстий - 2;
- ширина водосливных отверстий - 9м;
- ширина сооружения по гребню - 12,5м;
- толщина быка - 3м.
В качестве гасителя энергии потока используется способ отброшенной струи.
Для уменьшения величины противодавления устроена цементационная завеса на глубину 19,69 метра и дренаж на глубину 9,85 метра относительно подошвы плотины.
Были произведены оценки на прочность и устойчивость гидросооружения, по результатам которых можно сделать вывод, что Анюйская ГЭС отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, а растягивающие отсутствуют, таким образом плотина Анюйской ГЭС отвечает всем нормам СНиП.
Рассмотрены меры безопасности ГТС и приведены мероприятия по охране окружающей среды и пожарной безопасности.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,23руб/кВтш;
- стоимость строительства гидроузла -3,67 млрд. руб.;
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного случая 0,1% и поверочного 0,01%: Q0,1%=1504M3/C, Q0,01%=1618M3/C.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Анюйской ГЭС (150МВт), и определена зона ее зона работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Определен уровень мертвого объема (УМО=259,25м). Полезный объем равен 1,53 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составляет 364 млн. кВ'гч. Была построена область допустимых режимов работы, на которой определены следующие напоры:
максимальный Нтах=39,3м; расчетный Нрасч=32,7м;
минимальный Нтіп=27м.
На третьем этапе было определено оптимальное число и тип гидроагрегатов Анюйской ГЭС. При выборе гидротурбин рассматривались три варианта ПЛ 40а, ПЛ 406 и РО 45 с разными диаметрами. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с тремя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5 метров.
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-808/130-40У4 с номинальной активной мощностью 55 МВт.
Далее выбрана структурная схема Анюйской ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220кВ - «две рабочие системы шин». По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
трансформаторы силовые ТД-80000/220 трансформатор собственных нужд ТСЗ-1000/10,5/0,4 Для ВЛЭП сталеалюминевые провода марки АС-240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ, а также рассчитаны уставки основных защит генератора.
Компоновка гидроузла была принята русловой. Водосливная плотина принята бетонной, а здание ГЭС - руслового типа.
В состав сооружения входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом - 24м;
- станционная бетонная плотина - 80м;
- глухая левобережная и правобережная глухие плотины;
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- отметка гребня водослива - 264м;
- отметка гребня быка - 272,13м;
- отметка подошвы плотины - 226м;
- ширина подошвы по основанию - 30,7м;
- количество водосливных отверстий - 2;
- ширина водосливных отверстий - 9м;
- ширина сооружения по гребню - 12,5м;
- толщина быка - 3м.
В качестве гасителя энергии потока используется способ отброшенной струи.
Для уменьшения величины противодавления устроена цементационная завеса на глубину 19,69 метра и дренаж на глубину 9,85 метра относительно подошвы плотины.
Были произведены оценки на прочность и устойчивость гидросооружения, по результатам которых можно сделать вывод, что Анюйская ГЭС отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, а растягивающие отсутствуют, таким образом плотина Анюйской ГЭС отвечает всем нормам СНиП.
Рассмотрены меры безопасности ГТС и приведены мероприятия по охране окружающей среды и пожарной безопасности.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,23руб/кВтш;
- стоимость строительства гидроузла -3,67 млрд. руб.;