Сокращённый паспорт Средне-Енисейской ГЭС 6
Введение 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрологические данные 9
1.1.3 Данные по энергосистеме 11
1.1.4 Инженерно-геологические условия 12
1.1.5 Сейсмические условия 12
1.2 Аналоги проектируемого гидроузла 12
2 Водно - энергетические расчёты 13
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года при заданной обеспеченности стока 13
2.2 Определение максимального расчетного расхода 15
2.3 Построение суточных графиков нагрузки 16
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 16
2.5 Режимы работы ГЭС 18
2.5.1 Расчет режима работы ГЭС без регулирования с учетом
требований водохозяйственного комплекса 18
2.5.2 Водноэнергетический расчет режима работы ГЭС в маловодном
средневодном годах 21
2.6 Определение установленной мощности проектируемой станции 22
3 Основное и вспомогательное оборудование 23
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 23
3.1.1 Построение режимного поля 23
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 26
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 30
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 30
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и
машинного зала 32
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 34
3.3 Расчет и построение спиральной камеры 35
3.4 Расчет вала на прочность 39
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 46
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 47
4.4 Электротехническое оборудование 48
4.4.1 Выбор трансформаторов собственных нужд 49
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания 49
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 52
4.4.4 Выбор и проверка аппаратов 500 кВ 53
4.4.5 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 15,75 кВ 54
5 Релейная защита ГЭС 56
5.1 Перечень защит основного оборудования 56
5.2 Выбор устройств релейной защиты 57
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора 57
6 Компоновка и сооружения гидроузла 60
6.1 Состав и компоновка гидроузла 60
6.2 Проектирование грунтовой плотины 60
6.3 Гидравлический расчет водосливной плотины 63
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 63
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 64
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 66
6.3.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 68
6.4 Конструирование основных элементов плотины 72
6.4.1 Определение ширины и отметки подошвы плотины 72
6.4.2 Разрезка бетонных плотин швами 73
6.4.3 Быки 74
6.4.4 Устои 74
6.4.5 Дренаж тела бетонной плотины 75
6.4.6 Галереи в теле плотины 75
6.4.7 Шпунтовые стенки и завесы 76
6.4.8 Дренажные устройства в основании 76
6.5 Фильтрационные расчеты подземного контура 77
6.6 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 78
6.7 Определение основных нагрузок на плотину 78
6.7.1 Вес сооружения и затворов 79
6.7.2 Сила гидростатического давления воды 80
6.7.3 Равнодействующая взвешивающего давления 80
6.7.4 Сила фильтрационного давления 81
6.7.5 Давление грунта 81
6.7.6 Волновое давление 81
6.8 Оценка прочности плотины 82
6.9 Критерий прочности плотины 84
6.10 Обоснование устойчивости плотины 85
7 Технико-экономические показатели 87
7.1 Оценка объемов продаж 87
7.2 Текущие расходы по гидроузлу 89
7.3 Налоговые расходы 91
7.4 Оценка объемов прибыли 92
7.5 Оценка инвестиционного проекта 94
7.5.1 Методология и исходные данные 94
7.5.2 Коммерческая эффективность 94
7.5.3 Бюджетная эффективность 95
7.5.4 Анализ чувствительности 96
8 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 98
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 98
8.2 Требования по охране труда и техники безопасности для работников Средне-Енисейской ГЭС 98
8.2.1 Общие положения 98
8.2.1 Охрана труда Средне-Енисейской ГЭС 99
8.3 Пожарная безопасность 102
8.3.1 Общие требования к пожарной безопасности 102
8.3.2 Объекты водяного пожаротушения на ГЭС 104
8.3.3 Противопожарная безопасность в аккумуляторных установках 105
8.4 Охрана природы 106
8.4.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на состояние водных ресурсов 107
8.4.2 Водоохранная зона 108
8.4.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 109
9 Системы ГРАМ ГЭС. Требования и особенности исполнения 112
9.1 Назначение системы ГРАМ 112
9.2 Функции системы ГРАМ 112
9.3 Работа системы ГРАМ на примере Саяно-Шушенской ГЭС 113
9.4 Устройство системы ГРАМ 114
9.5 Структура системы ГРАМ 114
9.6 Способы и средства информационного взаимодействия ГРАМ 115
9.7 Режимы работы и выполняемые задачи системы ГРАМ 116
9.8 Задатчик внеплановой мощности (ЗВМ) 117
9.9 Работа задатчика плановой мощности 117
9.10 Работа задатчика внеплановой мощности (ЗВМ) ГЭС 118
9.11 Работа ГРАМ на Средне-Енисейской ГЭС 119
9.12 Конструктивное исполнение ГРАМ 119
Заключение 120
Список использованных источников 122
Приложение А Анализ исходных данных 124
Приложение Б Основное и вспомогательное оборудование 130
Приложение В Спиральная камера 132
Приложение Г 133
Энергия текущей воды является одним из старейших источников электроэнергии на планете. На территории России расположено около 9% мировых запасов гидроэнергии. Экономический потенциал гидроэнергоресурсов России составляет 850 млрд кВт.ч, из которых 120 млрд кВт.ч приходится на Европейскую часть страны и 730 млрд кВт.ч на Сибирь и Дальний Восток.
Гидростанции не имеют конкуренции по множеству параметров — они относятся к возобновляемым источникам энергии, используются для регулировки системных пиковых нагрузок, быстро выходя на заданную мощность, а их энергия достаточно дешева. В условиях единой энергосистемы и ситуации возрастания пиковых нагрузок из-за возросшего потребления населением и сферой услуг второе качество становится особенно ценным.
Следует отметить, что гидроэлектростанции могут устанавливаться практически на любых водотоках, соответственно изменяется мощность агрегатов. Особое свойство гидротехнических сооружений заключается в том, что их разрушение высвобождает разрушительную стихию, приводящее к колоссальным материальным убыткам, но что особо важно к большим человеческим жертвам. Поэтому необходим серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов.
Целью проекта является проектирование Средне-Енисейской ГЭС на реке Енисей её сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технико-экономическое обоснование эффективности проекта.
Средне-Енисейская ГЭС расположена на реке Енисей, около устья реки Ангары. ГЭС участвует в выработке электроэнергии в объединенной энергосистеме Сибири. В районе строительства расположено крупное свинцово-цинковое Горевское месторождение. Также располагаются крупные месторождения железных руд и алюминиевых руд. Район богат редкоземельными металлами такими как ниобий и золото. Присутствуют месторождения урана. Одним из потребителей электроэнергии Средне-Енисейской ГЭС станут предприятия компании «Русал».
В соответствии со специальным вопросом дипломного проекта произведено рассмотрение системы ГРАМ ГЭС, требования и особенности исполнения.
В проекте определены и рассчитаны основные параметры и элементы средненапорной Средне-Енисейской ГЭС высотой 69,4 м на реке Енисей, являющимся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного 0,1% и поверочного 0,01% обеспеченности случаев: Q0,1%=19893,3 м3/с, Q0,01%=21575,1 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Средне-Енисейской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NyCT=1920 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 123,13 м. Полезный объем при данных отметках НПУ 137 м и УМО составляет 20,05 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1260 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 -Hmax= 56 м;
- расчетный -Нрасч =49 м;
- минимальный -Hmin= 39 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС Qmax, соответствующий расчетному напору, составляет 4750 м3/с.
По результатам расчетов выбора турбин был определен оптимальный вариант с восемью гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 8,0 м (ПЛ60- В-800).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был выбран гидрогенератор ВГС - 1190/215 - 48.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ-500кВ - "3/2". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ-630000/500, трансформаторы собственных нужд ТСЗЛ - 3000/20/6.
В качестве генераторного выключателя, принять генераторный комплекс HECS - 100 (ABB), со встроенными трансформаторами тока и напряжения, разъединителем, ограничителем перенапряжения, имеющий большой ресурс и надежность.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Была принята приплотинная компоновка гидроузла. Водосливная плотина принята бетонной. Также имеется грунтовые плотины с правого берега.
В состав сооружений входят:
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 190,0 м;
• здание ГЭС руслового типа - 230,4 м;
• правобережная грунтовая плотина - 411,8 м;
• левобережная грунтовая плотина - 279,8 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы - 44,7 м;
• отметка подошвы водосливной плотины - 76 м;
• число водосливных отверстий - 6;
• ширина водосливных отверстий в свету - 28 м;
• отметка гребня - 145,4 м;
• ширина гребня - 22 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применяется отлет струи.
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.
Произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,37 и для основного сочетания нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Средне-Енисейской 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 - 0,08 руб/кВт-ч.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
