ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХОЛИДИНСКОГО ГИДРОУЗЛА НА РЕКЕ ХАНТАЙКА. ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НА ПРИМЕРЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ГЭС
|
Сокращенный паспорт Холидинской ГЭС 6
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.2 Климат 9
1.3 Гидрология 9
1.4 Энергоэкономическая характеристика района 9
2 Водноэнергетические расчёты 10
2.1 Исходные данные для бакалаврской работы 10
2.2 Выбор расчётных гидрографов для маловодного и средневодного года
при заданной обеспеченности стока 13
2.3 Построение суточных графиков нагрузки 16
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 19
2.5 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственной системы 22
2.6 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном году
24
2.7 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном году
26
2.8 Определение установленной мощности ГЭС и планирование
капитальных ремонтов 28
2.9 Баланс мощности 31
3 Основное и вспомогательное оборудование 33
3.1 Построение режимного поля 33
3.1.1 Выбор турбины по главным универсальным характеристикам 36
3.1.2 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 40
3.2 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для обеспече¬ния её бескавитационной работы 40
3.2.1 Работа одного агрегата при максимальном напоре и номинальной
мощности 41
3.2.2 Работа одного агрегата при расчетном напоре и номинальной мощно¬сти 41
3.2.3 Работа одного агрегата при минимальном напоре и соответствующей
ему мощности 41
3.3 Подбор и контрольный расчет отсасывающей трубы 42
3.3.1 Выбор типа и габаритных маслонапорной установки 43
3.3.2 Выбор типа серийного гидрогенератора 43
4 Компоновка гидроузла выбор типа и расчет основных сооружений 45
4.1 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 45
4.2 Гидравлический расчет 49
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 49
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 50
4.2.3 Проверка на пропуск поверочного расчетного расхода при поверочном расчетном случае 52
4.2.4 Построение профиля водосливной плотины 53
4.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 55
4.2.6 Расчет гашения энергии способом свободного отброса струи 56
4.3 Определение ширины подошвы плотины 59
4.4 Разрезка бетонных плотин швами 59
4.5 Быки 60
4.6 Устои 61
4.7 Дренаж тела бетонных плотин 61
4.8 Галереи в теле плотины 62
4.9 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины . 63
4.9.1 Цементационная завеса и дренаж 63
4.10 Фильтрационные расчеты подземного контура 63
4.10.1 Построение эпюры фильтрационного давления 63
4.11 Обоснования надежности и безопасности бетонной плотины 65
4.11.1 Определение основных нагрузок действующих на плотину 65
4.11.2 Вес сооружения затворов 65
4.11.3 Сила гидростатического давления 67
4.11.4 Сила взвешивающего давления 68
4.11.5 Сила фильтрационного давления на подошву 68
4.11.6 Давление грунта 69
4.11.7 Волновое давление 70
4.12 Оценка прочности плотины 71
4.13 Критерии прочности 75
4.14 Расчёт устойчивости и прочности плотины 77
5 Природные условия и исходные данные 80
5.1 Гидрологические данные 80
5.2 Компоновка гидроузла и состав сооружений 81
5.3 Организация строительства 81
5.3.1 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных расходов на различных этапах 81
5.3.2 Первый этап 81
5.3.3 Тип и конструкция перемычек 83
5.3.4 Осушение котлована I очереди 86
5.3.5 Разработка котлована под водосливную плотину 86
5.3.6 Бетонные работы в нижней части водосливной плотины 88
5.3.7 Бетонные работы в нижней части разделительного устоя 88
5.3.8 Бетонирование глухих секций 89
5.3.9 Расчет пропуска расчетного строительного расхода через донные отверстия на втором этапе 89
5.4 Второй этап 90
5.5 Третий этап 93
5.6 Четвёртый этап 95
5.7 Пятый этап 96
5.8 Определение объемов работ 96
6 Мероприятия по охране окружающей среды 98
6.1 Период строительства 98
6.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 99
6.3 Период эксплуатации 100
6.4 Мероприятия по защите растительного и животного мира 100
7 Оценка объёмов продаж электроэнергии и расчёт расходов на проект 102
7.1 Определение объёмов генерации производства 102
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 102
7.3 Налоговые расходы 104
7.4 Оценка суммы прибыли 105
7.5 Показатели эффективности проекта 106
7.6 Анализ чувствительности 106
8 Контроль пьезометрических измерений на примере проектируемой ГЭС . 109
8.1 Технические характеристики объекта 109
8.2 Фильтрационный режим 111
8.3 Контроль за противодавлением в основании плотины 114
8.3.1 Пьезометрическая сеть 115
8.4 Контроль за противодавлением в теле плотины 115
8.5 Классификация и состав пьезометров 118
8.6 Контроль пьезометрических измерений 119
8.7 Оценка состояния сооружения 120
8.8 Состав и периодичность наблюдений по фильтрационной КИА 120
8.9 Фильтрационная КИА 121
8.9.1Прилегающая территория 121
8.9.2 Раздельный устой правобережная подпорная стенка 121
8.10 Особенности контроля состояния основания правобережного примыкания Холидинской ГЭС на реке Хантайка 122
Заключение 123
Список использованных источников 124
Приложение
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.2 Климат 9
1.3 Гидрология 9
1.4 Энергоэкономическая характеристика района 9
2 Водноэнергетические расчёты 10
2.1 Исходные данные для бакалаврской работы 10
2.2 Выбор расчётных гидрографов для маловодного и средневодного года
при заданной обеспеченности стока 13
2.3 Построение суточных графиков нагрузки 16
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 19
2.5 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учётом требований
водохозяйственной системы 22
2.6 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном году
24
2.7 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в средневодном году
26
2.8 Определение установленной мощности ГЭС и планирование
капитальных ремонтов 28
2.9 Баланс мощности 31
3 Основное и вспомогательное оборудование 33
3.1 Построение режимного поля 33
3.1.1 Выбор турбины по главным универсальным характеристикам 36
3.1.2 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному
расходу 40
3.2 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для обеспече¬ния её бескавитационной работы 40
3.2.1 Работа одного агрегата при максимальном напоре и номинальной
мощности 41
3.2.2 Работа одного агрегата при расчетном напоре и номинальной мощно¬сти 41
3.2.3 Работа одного агрегата при минимальном напоре и соответствующей
ему мощности 41
3.3 Подбор и контрольный расчет отсасывающей трубы 42
3.3.1 Выбор типа и габаритных маслонапорной установки 43
3.3.2 Выбор типа серийного гидрогенератора 43
4 Компоновка гидроузла выбор типа и расчет основных сооружений 45
4.1 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 45
4.2 Гидравлический расчет 49
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 49
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 50
4.2.3 Проверка на пропуск поверочного расчетного расхода при поверочном расчетном случае 52
4.2.4 Построение профиля водосливной плотины 53
4.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 55
4.2.6 Расчет гашения энергии способом свободного отброса струи 56
4.3 Определение ширины подошвы плотины 59
4.4 Разрезка бетонных плотин швами 59
4.5 Быки 60
4.6 Устои 61
4.7 Дренаж тела бетонных плотин 61
4.8 Галереи в теле плотины 62
4.9 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины . 63
4.9.1 Цементационная завеса и дренаж 63
4.10 Фильтрационные расчеты подземного контура 63
4.10.1 Построение эпюры фильтрационного давления 63
4.11 Обоснования надежности и безопасности бетонной плотины 65
4.11.1 Определение основных нагрузок действующих на плотину 65
4.11.2 Вес сооружения затворов 65
4.11.3 Сила гидростатического давления 67
4.11.4 Сила взвешивающего давления 68
4.11.5 Сила фильтрационного давления на подошву 68
4.11.6 Давление грунта 69
4.11.7 Волновое давление 70
4.12 Оценка прочности плотины 71
4.13 Критерии прочности 75
4.14 Расчёт устойчивости и прочности плотины 77
5 Природные условия и исходные данные 80
5.1 Гидрологические данные 80
5.2 Компоновка гидроузла и состав сооружений 81
5.3 Организация строительства 81
5.3.1 Этапы возведения сооружений и схема пропуска строительных расходов на различных этапах 81
5.3.2 Первый этап 81
5.3.3 Тип и конструкция перемычек 83
5.3.4 Осушение котлована I очереди 86
5.3.5 Разработка котлована под водосливную плотину 86
5.3.6 Бетонные работы в нижней части водосливной плотины 88
5.3.7 Бетонные работы в нижней части разделительного устоя 88
5.3.8 Бетонирование глухих секций 89
5.3.9 Расчет пропуска расчетного строительного расхода через донные отверстия на втором этапе 89
5.4 Второй этап 90
5.5 Третий этап 93
5.6 Четвёртый этап 95
5.7 Пятый этап 96
5.8 Определение объемов работ 96
6 Мероприятия по охране окружающей среды 98
6.1 Период строительства 98
6.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 99
6.3 Период эксплуатации 100
6.4 Мероприятия по защите растительного и животного мира 100
7 Оценка объёмов продаж электроэнергии и расчёт расходов на проект 102
7.1 Определение объёмов генерации производства 102
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 102
7.3 Налоговые расходы 104
7.4 Оценка суммы прибыли 105
7.5 Показатели эффективности проекта 106
7.6 Анализ чувствительности 106
8 Контроль пьезометрических измерений на примере проектируемой ГЭС . 109
8.1 Технические характеристики объекта 109
8.2 Фильтрационный режим 111
8.3 Контроль за противодавлением в основании плотины 114
8.3.1 Пьезометрическая сеть 115
8.4 Контроль за противодавлением в теле плотины 115
8.5 Классификация и состав пьезометров 118
8.6 Контроль пьезометрических измерений 119
8.7 Оценка состояния сооружения 120
8.8 Состав и периодичность наблюдений по фильтрационной КИА 120
8.9 Фильтрационная КИА 121
8.9.1Прилегающая территория 121
8.9.2 Раздельный устой правобережная подпорная стенка 121
8.10 Особенности контроля состояния основания правобережного примыкания Холидинской ГЭС на реке Хантайка 122
Заключение 123
Список использованных источников 124
Приложение
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 97%, 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.
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 97%, 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.
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 настоящем проекте были рассчитаны и определены основные элементы и параметры гидротехнического сооружения I класса - Холидинского гидроузла на реке Хантайка.
В рамках гидрологического расчета были определены значения максимальных расчётных расходов для основного (обеспеченностью 0,1%) и поверочного (обеспеченностью 0,01%) случаев.
На этапе водно-энергетических расчётов выбрана установленная мощность проектируемой станции, которая составила 232 МВт, намечена зона работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Проектируемая станция покрывает базовую часть графика нагрузки. По кривой сработки/наполнения водохранилища, с НПУ 61 м, был определен уровень мертвого объема, отметка которого составила 43,23 м. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составляет 1,4 млрд.кВт^ч.
Далее была выявлена область допустимой работы гидроэлектростанции, исходя из которой были определены следующие параметры:
- расчетный напор Нр= 31 м;
- минимальный напор Hmin= 20,3 м;
- максимальный напор Hmax= 38 м.
Из полученного диапазона изменения напора по справочным материалам были подобраны возможные типы гидротурбин. После сравнения рабочих зон турбин, а также руководствуясь принципом минимума суммарных приведенных затрат, принята установке гидротурбина ПЛ40а-В-400 при числе агрегатов равном 6. Также была выбрана система управления гидротурбиной.
По справочным данным был выбиран синхронный вертикальный гидрогенератор ВГС 650/130-32 с номинальной мощностью 38,7 МВА и синхронной частотой вращения 187,5 об/мин.
На следующем этапе определены состав, тип и компоновка основных сооружений. В состав гидроузла входят следующие подпорные сооружения класса (считая от левого берега):
1. Левобережная глухая бетонная плотина;
2. Бетонная водосливная плотина длиной 75 метра;
3. Станционная бетонная плотина;
4. Правобережная глухая бетонная плотина.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов методом предельного состояния 1 группы коэффициент надежности сооружения составляет 1,27 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25).
В рамках гидрологического расчета были определены значения максимальных расчётных расходов для основного (обеспеченностью 0,1%) и поверочного (обеспеченностью 0,01%) случаев.
На этапе водно-энергетических расчётов выбрана установленная мощность проектируемой станции, которая составила 232 МВт, намечена зона работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Проектируемая станция покрывает базовую часть графика нагрузки. По кривой сработки/наполнения водохранилища, с НПУ 61 м, был определен уровень мертвого объема, отметка которого составила 43,23 м. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составляет 1,4 млрд.кВт^ч.
Далее была выявлена область допустимой работы гидроэлектростанции, исходя из которой были определены следующие параметры:
- расчетный напор Нр= 31 м;
- минимальный напор Hmin= 20,3 м;
- максимальный напор Hmax= 38 м.
Из полученного диапазона изменения напора по справочным материалам были подобраны возможные типы гидротурбин. После сравнения рабочих зон турбин, а также руководствуясь принципом минимума суммарных приведенных затрат, принята установке гидротурбина ПЛ40а-В-400 при числе агрегатов равном 6. Также была выбрана система управления гидротурбиной.
По справочным данным был выбиран синхронный вертикальный гидрогенератор ВГС 650/130-32 с номинальной мощностью 38,7 МВА и синхронной частотой вращения 187,5 об/мин.
На следующем этапе определены состав, тип и компоновка основных сооружений. В состав гидроузла входят следующие подпорные сооружения класса (считая от левого берега):
1. Левобережная глухая бетонная плотина;
2. Бетонная водосливная плотина длиной 75 метра;
3. Станционная бетонная плотина;
4. Правобережная глухая бетонная плотина.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов методом предельного состояния 1 группы коэффициент надежности сооружения составляет 1,27 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25).