ПРОЕКТИРОВАНИЕ АЛТАЙСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ КАТУНЬ. ДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ОТ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГИДРОАГРЕГАТОВ НА АГРЕГАТНЫЙ БЛОК, ЗДАНИЕ ГЭС И ПЛОТИНУ
|
Сокращенный паспорт Алтайской ГЭС 5
1 Общие сведения 8
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 8
1.2 Гидрологические данные 8
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 11
1.4 Инженерно-геологические условие 11
2 Водно-энергетические расчеты 12
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 12
2.2 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН энергосистемы 15
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 17
2.4 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы 19
2.5 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС 21
2.6 Определение установленной мощности ГЭС и планирование капитальных ремонтов 22
3 Основное и вспомогательное оборудование 25
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 25
3.2 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 30
4 Электрическая часть 32
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 32
4.2 Выбор блочных трансформаторов 32
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 34
4.4 Выбор схем РУ высокого напряжения 35
4.5 Расчет токов короткого замыкания 36
4.6 Выбор электрических аппаратов 39
5 Релейная защита и автоматика 42
5.1 Расчет номинальных токов 42
5.2 Перечень защит основного оборудования 42
5.3 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 44
5.4 Продольная дифференциальная защита генератора 44
5.5 Поперечная дифференциальная защита генератора 47
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 47
5.7 Защита от повышения напряжения 50
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 50
5.9 Защита от симметричных перегрузок 53
5.10 Дистанционная защита генератора 55
5.11 Защита ротора от перегрузки 57
6 Компоновка и сооружения гидроузла 60
6.1 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 60
6.2 Гидравлический расчет водосливной плотины 62
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 62
6.2.1 Определение отметки гребня водослива 63
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 66
6.3.1 Сопряжение бьефов свободной отброшенной струей 67
6.4 Конструирование основных элементов плотины 69
6.4.1 Определение ширины и отметки подошвы плотины 69
6.4.2 Подземный контур плотины 70
6.5 Статические расчеты плотины 73
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 73
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 74
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления и сила фильтрационного давления 74
6.4.4 Волновое давление 75
6.5.5 Расчет прочности плотины 76
6.5.6 Расчет устойчивости плотины 79
6.6 Расчет длины здания ГЭС 80
7 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия
по охране природы 81
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 81
7.2 Охрана труда 81
7.3 Противопожарная безопасность 84
7.4 Охрана природы 86
7.4.1 Общие положения 86
8 Технико-экономические показатели 87
8.1 Оценка объемов продаж 87
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 88
8.3 Налоговые расходы 90
8.4 Оценка объемов прибыли 91
8.5 Оценка показателей эффективности инвестиционного проекта 92
8.6 Анализ чувствительности 94
9 Динамическое воздействие от различных режимов работы агрегатов на агрегатный блок, здание ГЭС и плотину 97
9.1 Краткая характеристика турбин Воткинской ГЭС 98
9.2 Динамическое воздействие гидроагрегатов на агрегатный блок 99
9.3 Динамическое воздействие гидроагрегатов на здание ГЭС 106
9.4 Динамическое воздействие гидроагрегатов на плотину 108
10 Заключение 112
11 Список использованных источников 114
Приложение А 117
Приложение Б 120
1 Общие сведения 8
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 8
1.2 Гидрологические данные 8
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 11
1.4 Инженерно-геологические условие 11
2 Водно-энергетические расчеты 12
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 12
2.2 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН энергосистемы 15
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 17
2.4 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы 19
2.5 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС 21
2.6 Определение установленной мощности ГЭС и планирование капитальных ремонтов 22
3 Основное и вспомогательное оборудование 25
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 25
3.2 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 30
4 Электрическая часть 32
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 32
4.2 Выбор блочных трансформаторов 32
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 34
4.4 Выбор схем РУ высокого напряжения 35
4.5 Расчет токов короткого замыкания 36
4.6 Выбор электрических аппаратов 39
5 Релейная защита и автоматика 42
5.1 Расчет номинальных токов 42
5.2 Перечень защит основного оборудования 42
5.3 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 44
5.4 Продольная дифференциальная защита генератора 44
5.5 Поперечная дифференциальная защита генератора 47
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 47
5.7 Защита от повышения напряжения 50
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 50
5.9 Защита от симметричных перегрузок 53
5.10 Дистанционная защита генератора 55
5.11 Защита ротора от перегрузки 57
6 Компоновка и сооружения гидроузла 60
6.1 Определение отметки гребня плотины и гребня быка 60
6.2 Гидравлический расчет водосливной плотины 62
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 62
6.2.1 Определение отметки гребня водослива 63
6.3 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 66
6.3.1 Сопряжение бьефов свободной отброшенной струей 67
6.4 Конструирование основных элементов плотины 69
6.4.1 Определение ширины и отметки подошвы плотины 69
6.4.2 Подземный контур плотины 70
6.5 Статические расчеты плотины 73
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 73
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 74
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления и сила фильтрационного давления 74
6.4.4 Волновое давление 75
6.5.5 Расчет прочности плотины 76
6.5.6 Расчет устойчивости плотины 79
6.6 Расчет длины здания ГЭС 80
7 Пожарная безопасность, охрана труда, техника безопасности, мероприятия
по охране природы 81
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 81
7.2 Охрана труда 81
7.3 Противопожарная безопасность 84
7.4 Охрана природы 86
7.4.1 Общие положения 86
8 Технико-экономические показатели 87
8.1 Оценка объемов продаж 87
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 88
8.3 Налоговые расходы 90
8.4 Оценка объемов прибыли 91
8.5 Оценка показателей эффективности инвестиционного проекта 92
8.6 Анализ чувствительности 94
9 Динамическое воздействие от различных режимов работы агрегатов на агрегатный блок, здание ГЭС и плотину 97
9.1 Краткая характеристика турбин Воткинской ГЭС 98
9.2 Динамическое воздействие гидроагрегатов на агрегатный блок 99
9.3 Динамическое воздействие гидроагрегатов на здание ГЭС 106
9.4 Динамическое воздействие гидроагрегатов на плотину 108
10 Заключение 112
11 Список использованных источников 114
Приложение А 117
Приложение Б 120
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры высоконапорной Алтайской ГЭС высотой 207,2 м на реке Катунь, являющимся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% обеспеченности случаев: Q0,1%=3534 м3/с, Q0,01%=4015 м /с.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Алтайской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NyCT=876 МВт. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 4607 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= 195 м;
- расчетный -Нрасч=168 м;
- минимальный -Hmin= 152 м.
По результатам расчетов выбора турбин был определен оптимальный вариант с тремя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5,0 м (РО-230-В).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 167,5 об/мин был спроектирован гидрогенератор СВ - 1265/100 - 72.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220кВ - "две системы сборных шин". По справочным данным и каталогам были выбраны блочные трансформаторы ТДЦ-400000/220.
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 приплотинной. Водосливная плотина принята бетонной..
В состав сооружений входят:
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 153 м;
• здание ГЭС приплотинного типа - 65 м;
• право и левобережная бетонные плотины;
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы - 153 м;
• отметка подошвы водосливной плотины - 410 м;
• число водосливных отверстий - 2;
• ширина водосливных отверстий - 20 м;
• отметка гребня - 617,20 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.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,3 и 1,28 для основного и особого сочетаний нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Алтайская 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.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,20 руб/кВт-ч.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного обеспеченностью 0,1% и поверочного 0,01% обеспеченности случаев: Q0,1%=3534 м3/с, Q0,01%=4015 м /с.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Алтайской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила NyCT=876 МВт. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 4607 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= 195 м;
- расчетный -Нрасч=168 м;
- минимальный -Hmin= 152 м.
По результатам расчетов выбора турбин был определен оптимальный вариант с тремя гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5,0 м (РО-230-В).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 167,5 об/мин был спроектирован гидрогенератор СВ - 1265/100 - 72.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220кВ - "две системы сборных шин". По справочным данным и каталогам были выбраны блочные трансформаторы ТДЦ-400000/220.
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 приплотинной. Водосливная плотина принята бетонной..
В состав сооружений входят:
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 153 м;
• здание ГЭС приплотинного типа - 65 м;
• право и левобережная бетонные плотины;
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы - 153 м;
• отметка подошвы водосливной плотины - 410 м;
• число водосливных отверстий - 2;
• ширина водосливных отверстий - 20 м;
• отметка гребня - 617,20 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.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,3 и 1,28 для основного и особого сочетаний нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Алтайская 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.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,20 руб/кВт-ч.