Проектирование Усть-Коксинской ГЭС на реке Кокса. Схемы выдачи мощности ГЭС, критерии выбора, методы расчетов, конструктивное исполнения РУ, способы защиты от перенапряжений
Сокращенный паспорт Усть-Коксинской ГЭС 6
Введение 8
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Географические сведения 9
1.1.2 Климатические условия 9
1.1.3 Гидрологические особенности 9
1.1.4 Инженерно-геологические условия 11
2 Водно-энергетический расчёт 13
2.1 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 13
2.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных
нагрузок энергосистемы 14
2.3 Выбор расчетных гидрографов маловодного и среднего по водности года при заданной обеспеченности стока 16
2.4 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы 20
2.5 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году 22
2.6 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в средневодном
году 25
2.7 Баланс мощности 26
2.8 Построение режимного поля 28
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 30
3.1 Выбор системы и количества гидроагрегатов 30
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 33
3.3 Выбор серийного гидрогенератора, маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 35
3.4 Гидромеханический расчёт и построение плана спиральной камеры ... 35
4 Электрическая часть 38
4.1 Выбор номинального напряжения линий 38
4.2 Выбор повышающих трансформаторов 38
4.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий .... 40
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 42
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 43
4.7 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме 44
4.8 Выбор и проверка электрических аппаратов в главной схеме 45
4.8.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов ... 46
4.8.2 Выбор выключателей и разъединителей 500кВ 47
4.8.3 Выбор трансформаторов напряжения 48
4.8.4 Выбор ограничителя перенапряжения (ОПН) 48
4.8.5 Выбор коммутационных аппаратов на генераторном напряжении 48
5 Релейная защита и автоматика 49
5.1 Перечень защит основного оборудования 49
5.2 Описание защит и расчёт их уставок 50
5.2.1 Продольно дифференциальная защита генератора 50
5.2.2 3ащита от замыканий на землю обмотки статора генератора 52
5.2.3 3ащита от повышения напряжения 55
5.2.4 3ащита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 55
5.2.5 3ащита от симметричных перегрузок 59
5.2.6 Дистанционная защита генератора 61
6 Компоновка гидроузла, выбор типа и расчёт основных сооружений 65
6.1 Проектирование сооружений напорного фронта 65
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 65
6.2 Гидравлические расчёты 67
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 67
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 68
6.2.3 Построение профиля водосливной грани по координатам Кригера- Офицерова 70
6.2.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 71
6.2.5 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 72
6.2.6 Пропуск расходов через донные отверстия 74
6.3 Конструирование плотины 74
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 74
6.3.2 Разрезка плотины швами, быки, устои 75
6.4 Фильтрационные расчёты 76
6.5 Статические расчёты плотины 77
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 77
6.5.2 Сила гидростатического давления 78
6.5.3 Равнодействующая взвешивающего давления 78
6.5.4 Сила фильтрационного давления 78
6.5.5 Давление грунта 79
6.5.6 Волновое давление 79
6.6 Расчёт прочности плотины 79
6.6.1 Критерии прочности плотины и её основания 82
6.6.2 Расчёт устойчивости плотины 83
6.7 Расчёт высоты перемычек первой очереди 84
7 Охрана труда, пожарная безопасность и охрана окружающей среды 85
7.1 устройство охраны труда 85
7.3 Пожарная безопасность 89
7.4 Мероприятия по охране природы 91
8 Технико-экономические показатели строительства ГЭС 93
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 93
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 94
8.3 Налоговые расходы 97
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .. 97
8.5 Оценка инвестиционного проекта 98
8.5.1 Методология, исходные данные 98
8.5.2 Коммерческая эффективность 99
8.5.3 Бюджетная эффективность 100
8.6 Анализ чувствительности 100
9 Схемы выдачи мощности ГЭС , критерии выбора , методы расчетов, конструктивное исполнение РУ, способы защиты от перенапряжений . 103
9.1 Схемы РУна среднее напряжение 104
9.2 Схемы РУна высшее напряжение 108
9.2.1 Схемы РУ 110-220 кВ 108
9.2.2 Схемы РУ 330-750 кВ 111
9.3 Критерии выбора и методы расчетов схем РУ 114
9.3.1 Критерии выбора схем РУ 114
9.3.2 Методы расчетов схем РУ 114
9.4 Конструктивное исполнение РУ 116
9.5 Способы защиты от перенапряжений 118
Заключение 121
Список использованных источников 123
Приложения А-И 125-132
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 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. Они 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 работе рассчитаны и определены показатели,выбраны элементы и параметры Усть- Коксинской ГЭС,с плотиной высотой 63 м на реке Кокса,являющейся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного обеспеченностью 0,1%и поверочного 0,01% обеспеченности случаев:@0>1о/о=3531 м3/с , Qo,oio/o=3881 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Усть- Коксинской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ауст = 900 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого равна 1137,5 м. Полезный объём при данных отметках НПУ 1146 м и УМО составляет 10 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 1,8 млрд. кВтч.
На последующем 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 - Нтах = 54,8 м; расчётный - Лрасч = 45,5 м;
минимальный - Hmin= 42,5 м.
По результатам расчётов был определён оптимальный вариант с шестью гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 7,1 м (ПЛ60-В-710).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 100 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 1260/185-60УХЛ4 с номинальной активной мощностью 150 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупнёнными блоками и принята схема распределительного устройства - полуторная. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ-400000/500-У1, трансформаторы собственных нужд ТСЗ - 400/15-УЗ, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 300/39.
Распределительное устройство принято типа ОРУ.
В качестве генераторного выключателя,принят элегазовый выключатель ВГГ-20 производства компании ОАО ВО «Электроаппарат», в качестве выключателейнаОРУбыливыбраныэлегазовыебаковыевыключателиВГУГ- 500 производства ЗАО «Энергоспецкомплект».
Затембылрассмотренобязательныйпереченьустройстврелейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Усть-Коксинская ГЭС спроектированапоприплотиннойсхеме.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина,где гашение энергии сбрасываемой воды осуществляют способом свободно отброшенной струи - 45 м;
- правобережная глухая бетонная часть плотины -145 м;
- левобережная глухая бетонная часть плотины- 112 м;
- станционная часть плотины - 189 м;
Наданномэтаперасчётнымпутемопределеныгабаритныеразмерыи характерные отметки плотины:
-дальность отлета струи от плотины до входа в воду нижнего бьефа составляет 131,6 м.
- ширина подошвы - 45 м;
- отметка гребня водослива-1136 м;
- число водосливных отверстий -5;
- ширина водосливных отверстий в свету - 9 м;
- отметка гребня плотины -1152 м.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчётов коэффициент надёжности сооружения составляет 1,30 для основного сочетания нагрузок (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Усть-Коксинского гидроузла отвечает требованиям надёжности.
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-экономическимрасчетамполученыследующие показатели:- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,012 руб/кВт-ч;
- удельные капиталовложения- 32157 руб/кВт.
- срококупаемости 5 лет 4 месяца.
Из этого можно сделать вывод,что строительство Усть- коксинской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
1. Затеева, Е. Ю. Выбор параметров ГЭС: учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию гидротехнических объектов / А. Ю. Александровский, Е. Ю. Затеева, Б. И. Силаев. - Саяногорск : СШФ КГТУ, 2008. - 114 с.
2. Затеева, Е. Ю. Использование водной энергии: методические указания по выполнению курсового и дипломного проектов / Е. Ю. Затеева. - Саяногорск : СШФ СФУ, 2012. - 11 с.
3. Филиал ОАО «СО ЕЭС» ОДУ СИБИРИ. ОАО «Системный оператор Единой энергетической системы» [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://so-ups.ru/
4. Щавелев, Д. С. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: справочное пособие : в 2 т. / Под ред. Ю. С. Васильева, Д. С. Щавелева. - Т. 2. Вспомогательное оборудование гидроэлектростанций. / М. И. Гальперин, И. Н. Лукин [и др.] - Москва :Энергоатомиздат, 1990. - 336 с.
5. Правила устройства электроустановок (ПУЭ), изд. 6,7, 2014 г.
6. СТО «Определение предварительных технических решений по выдаче мощности электростанций». Утв. на заседании правления ОАО РАО «ЕЭС России» от 21.01.2008 №1805 Пр.[Электронный ресурс]. - Режим доступа :http://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/standards/NRG_system.pdf
7. СТО 17330282.27.140.020-2008 Системы питания собственных нужд ГЭС Условия создания нормы и требования. - Введ. 30.07.2008. - Москва : ОАО РАО «ЕЭС России», 2008. - 24 с.
8. СТО 59012820-29.20.30.003-2009 Схемы принципиальные электрические распределительных устройств подстанций 35-750 кВ. - Введ. 20.12.2007 - Москва : ОАО РАО «ЕЭС России», 2007 - 132 с.
9. СТО 15352615-023-2011 Номенклатурный каталог
«Тольятинский трансформатор»[Электронный ресурс]. - Режим доступа :http://transformator.com.ru
10. СТО 56947007-29.240.014-2008 «Укрупненные показатели стоимости
сооружения (реконструкции) подстанций 35-750 кВ и линий электропередачи напряжением 6,10-750 кВ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа
:http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/56947007-29.240.014-2008.pdf
11. ГОСТ 56303-2014 Оперативно-диспетчерское управление нормальные схемы электрических соединений объектов электроэнергетики. [Электронный ресурс]. - Режим доступа :http://docs.cntd.ru/document/1200115865
12. ГОСТ Р 56302-2014 Оперативно-диспетчерское управление
Диспетчерские наименования объектов электроэнергетики и оборудования объектов электроэнергетики. [Электронный ресурс]. - Режим доступа
:http://docs.cntd.ru/document/1200115864
13. Толстихина Л.В. Параметры электрооборудования и режимы электроэнергетических систем в примерах и иллюстрациях: учебное пособие для практических занятий/ Л.В. Толстихина.-Саяногорск: Сибирский федеральный ун-т; Саяно-Шушенский филиал, 2010.-180 с.
14. Киреева Э.А. Полный справочник по электрооборудованию и электротехнике: справочное издание; под общ. ред. С.Н. Шерстнева. - 2-е изд., стер. - М.: КНОРУС, 2013. - 864 с.
15. Каталог Паспортные данные гидрогенераторов [Электронный ресурс]. - режим доступа: www.online-electric/ru
16. Гидротехнические сооружения. Проектирование гидротехнических
сооружений в составе гидроузла: методические указания по выполнению курсового проекта и выпускной квалификационной работы /сост. Т.А. Лыбина, Н.П. Ульянова, В.Б. Затеев. - Саяногорск; Черёмушки: Сибирский Федеральный Университет; Саяно-Шушенский филиал, 2016. - 64 с.
17. СП 58.13330.2012. Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003. - М.: ФГУП ЦПП,2012.
18. СП 40.1333.2012 «Плотины бетонные и железобетонные».
Актуализированная редакция СНиП 2.06.06-85. - М.: Минрегион России, 2012.
19. СП 38.13330.2012 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения» Актуализированная редакция СНиП 2.06.04 - 82. - М.: Минрегион России, 2012.
20. Техническая политика ОАО «РусГидро» - 2011. [Электронный ресурс]. - Режим доступа:http://www.rushydro.ru/ Tehnicheskaya-politika.pdf
21. «Единые сценарные условия ПАО «РусГидро» на (2017-2042 гг.) от 16.01.2017 № 9.
22. НПБ 88-2001 «Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования».[Электронный ресурс]. - Режим доступа :http://docs.cntd.ru/document/1200016069
23. СП 5.13130..2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила. [Электронный ресурс]. - Режим доступа :http://docs.cntd.ru/document/ 1200071148
24. РД 153-34.0-49.101-2003 «Инструкция по проектированию
противопожарной защиты энергетических предприятий» [Электронный
ресурс]. - Режим доступа :
25. РД 34.49.504-96 «Типовая инструкция по эксплуатации
автоматических установок пожарной сигнализации на энергетических предприятиях»[Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://npopris.ru/wp- content/uploads/2015/03/PД-34.49.504-96.pdf
26. Общество с ограниченной ответственностью
«СталтЛТД»[Электронный ресурс]. - Режим доступа :http://www.stalt.ru/