Введение 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Данные по энергосистеме 12
1.1.4 Инженерно-геологические условия 12
1.1.5 Сейсмические условия 13
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 13
1.3 Определение параметров водохранилища 13
1.4 Аналоги проектируемого гидроузла 14
2 Водноэнергетические расчёты 15
2.1 Регулирование стока воды 15
2.1.1 Исходные данные 15
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 15
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 17
2.1.4 Выбор расчётного средневодного года 18
2.1.5 Выбор расчётного маловодного года 18
2.1.6 Определение типа регулирования 20
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
расчётов 20
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 20
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 21
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 24
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 24
2.3 Баланс мощности и энергии 25
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы Центр 25
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы Центр 25
3 Основное и вспомогательное оборудование 27
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 27
3.1.1 Построение режимного поля 27
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .... 29
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 34
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 34
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 36
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 38
3.3 Выбор гидрогенератора 38
3.4 Подъёмно-транспортное оборудование 40
4 Электрическая часть 42
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 42
4.2 Главные повышающие трансформаторы 42
4.3 Распределительное устройство 44
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 44
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 45
4.4 Электротехническое оборудование 46
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 46
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания 47
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 50
4.4.4 Выбор и проверка аппаратов 220кВ 51
4.4.5 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 13,8 кВ 52
5 Устройства РЗиА 53
5.1 Перечень защит основного оборудования 53
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 54
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 55
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 57
5.2.3 Защита от повышения напряжения 60
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий 60
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 64
5.2.6 Дистанционная защита генератора 65
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 69
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 70
5.4 Таблица уставок 70
6 Компоновка и сооружения гидроузла 72
6.1 Компоновка гидроузла 72
6.2 Бетонная водосливная плотина 72
6.2.1 Определение класса гидротехнического сооружения 72
6.2.2 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 72
6.2.3 Определение ширины водосливного фронта 76
6.2.4 Определение отметки гребня водослива 77
6.2.5 Проверка на пропуск поверочного расхода 78
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 80
6.4 Расчёт параметров водобоя и принятых гасителей 81
6.5 Конструирование бетонной плотины 82
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 82
6.6 Конструирование отдельных элементов подземного контура 84
6.6.1 Понур 84
6.6.2 Шпунт 85
6.6.3 Дренажные устройства 85
6.7 Конструктивные элементы нижнего бьефа 85
6.7.1 Рисберма 85
6.7.2 Ковш 87
6.8 Разрезка плотины швами 88
6.9 Расчет фильтрации под плотиной 88
6.10 Статический расчет плотины 89
6.10.1 Вес сооружения 90
6.10.2 Сила гидростатического давления воды 91
6.10.3 Давление грунта 91
6.10.4 Волновое воздействие 93
6.10.5 Пригруз на плотину 93
6.10.6 Расчеты прочности плотины 94
6.11 Критерии прочности плотины 96
6.12 Расчет устойчивости плотины 97
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 99
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 99
7.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников
Дубенской ГЭС 99
7.2.1 Общие положения 99
7.2.2 Охрана труда на Дубенской ГЭС 101
7.3 Пожарная безопасность 104
7.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 104
7.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 105
7.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 106
7.4 Охрана природы 107
7.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 109
7.4.2 Водоохранная зона 110
7.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 111
7.4.4 Экологические последствия строительства гидроузла 113
8 Технико-экономические показатели 115
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 115
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 116
8.3 Налоговые расходы 118
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 119
8.5 Оценка эффективности проекта 119
8.6 Бюджетная эффективность 120
8.7 Коммерческая эффективность 120
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 121
9 Проект размещения фильтрационной КИА для натурных наблюдений за
бетонной и грунтовой плотиной 123
9.1 Основные задачи наблюдений 123
9.2 Применяемые методики инструментального контроля параметров ГТС,
производство измерений и их описание. Фильтрационная КИА 124
9.2.1 Грунтовые плотины 124
9.2.2 Бетонные сооружения 124
9.3 Состав и размещение фильтрационной КИА 124
9.3.1 Бетонная водосливная плотина и здание ГЭС 124
9.3.2 Левобережная грунтовая плотина 125
Заключение 131
Список использованных источников 133
Приложение
Энергетический кризис, связанный с сокращением запасов органического топлива, и стремительно возрастающие проблемы экологии определяют всё больший интерес во всём мире к использованию природных возобновляемых энергоресурсов. Среди них весьма существенное место по запасам и масштабам использования занимает энергия потоков воды. Широкие возможности по регулированию потока воды и его стабильность позволяет использовать более дешёвые и простые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии.
Себестоимость производства электроэнергии в кВтш на ГЭС в 7-10 раз, на порядок ниже, чем на атомных и тепловых 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, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и привлекательная для инвестиций отрасль народного хозяйства.
Следует отметить, что гидроэлектростанции могут устанавливаться практически на любых водотоках, соответственно изменяется мощность агрегатов. Особое свойство гидротехнических сооружений заключается в том, что их раз-рушение высвобождает на волю разрушительную стихию, приводящее за короткое время к колоссальным материальным убыткам, но что особо важно к большим человеческим жертвам. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов.
Целью проекта является проектирование Дубенской ГЭС на реке Волга, её сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технико-экономическое обоснование эффективности проекта.
В энергосистеме «Центр» расположена лишь одна станция - Загорская ГАЭС, в то время как множество ТЭС и АЭС должны безостановочно регулировать свои мощности, чтобы покрыть пики нагрузок. Функционирование Дубенской ГЭС направлено на покрытие пиковых нагрузок, осуществление требования водохозяйственного комплекса и контроль стока реки Волга, предупреждающий возможные наводнения в период половодья.
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Дубенского гидроузла на реке Волга, являющимся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного 0,01 % равных 8354,5 и 9589,5 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 720 МВт и среднемноголетняя выработка 1982,1 млн. кВт^ч.
На третьем 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 - 38,0 м;
расчетный - 26,6 м;
минимальный - 21,0 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчет¬ному напору, составляет 1480 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ40а-В, ПЛ406-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с шестью гидротурбинами ПЛ40а-В.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 83,3 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-П60/180-72 с номинальной активной мощностью 120 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 11 присоединений (6 единичных блока, 5 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - "две системы сборных шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ-200000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТСЗЛ - 1600/13,8/0,4, для ВЛЭП - сталеалюминевые прово¬да марки АС 240/32 (три провода в фазе).
В качестве генераторного выключателя, принять генераторный комплекс КАГ - 20 (Электроаппарат), со встроенными трансформаторами тока и напряжения, разъединителем, ограничителем перенапряжения, имеющий большой ресурс и надежность.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловой. Водосливная плотина принята бетонной. Также имеется грунтовые плотины с правого и левого берега.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 166 м;
- здание ГЭС руслового типа - 168 м;
- право и левобережная грунтовые плотины;
- На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 46 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 147,9 м;
- число водосливных отверстий - 13;
- ширина водосливных отверстий в свету - 10 м;
- отметка гребня - 203,0 м;
- ширина гребня - 5 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется водобойный колодец.
Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быкам, разрезается каждый бык, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов. На каждом водосливном отверстии устраиваем швы надрезы до фундаментной плиты.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,27 для основного сочетания нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Дубенская ГЭС отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям предусмотренными СНиП.
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 расчетам получены следующие показатели:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,15 руб/кВт-ч.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
