ПРОЕКТИРОВАНИЕ УФИМСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ УФА. СХЕМЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ГЭС, КРИТЕРИИ ВЫБОРА,МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ, КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ РУ, СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ
Сокращенный паспорт Уфимской 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 11
1.1.5 Сейсмические условия 11
1.2 Аналоги проектируемого гидроузла 11
2 Водно-энергетические расчеты 12
2.1 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 12
2.2 Определение максимального расчетного расхода 14
2.3 Построение суточных графиков нагрузки и интегральных кривых нагрузки
энергосистемы 15
2.4 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок
энергосистемы 18
2.5 Расчет режимов работы ГЭС с учетом требований водохозяйственного
комплекса 20
2.6 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС 21
2.7 Определение установленной мощности ГЭС и баланс мощности
энергосистемы 22
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Построение режимного поля 24
3.2 Выбор системы и количества гидроагрегатов 25
3.3 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 30
3.4 Выбор серийного гидрогенератора 31
3.5 Заглубление водозабора на величину воронкообразования 31
3.6 Расчет вала на прочность 32
3.7 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 32
3.8 Определение геометрических размеров машинного зала 33
4 Электрическая часть 34
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 34
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 36
4.2.1 Выбор трансформаторов ВН для схемы с простыми блоками 36
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненным и
одиночным блоками 37
4.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 38
4.3 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ ВН 39
4.4 Выбор схемы РУ ВН на основании технико-экономического расчета 40
4.5 Расчет токов КЗ в программном комплексе “RastrWin” 43
4.6 Выбор электрических аппаратов 46
4.6.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режима 46
4.6.2 Выбор электротехнического оборудования на напряжении 110 кВ .. 47
4.6.3 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 10,5 кВ 49
5 Релейная защита и автоматика 52
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 52
5.2 Расчет номинальных токов 53
5.3 Перечень защит основного оборудования 53
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 55
5.5 Продольная дифференциальная защита генератора 55
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 57
5.7 Защита от повышения напряжения 60
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 61
5.9 Защита от симметричных перегрузок 64
5.10 Дистанционная защита генератора 66
5.11 Защита ротора от перегрузки 68
5.12 Матрица отключений 70
5.13 Таблица уставок 71
6 Компоновка и сооружения гидроузла 73
6.1 Определение отметки гребня плотины 73
6.2 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины 75
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 75
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 77
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 79
6.2.4 Построение профиля водосливной грани 80
6.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 80
6.2.6 Сопряжение бьефов свободно отброшенной струей 82
6.3 Конструирование бетонной плотины 83
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 83
6.3.2 Разрезка плотины швами 85
6.3.3 Быки 85
6.3.4 Устои 86
6.3.5 Дренаж тела бетонной плотины 86
6.3.6 Галереи в теле плотины 87
6.3.7 Элементы подземного контура плотины 87
6.4 Определение основных нагрузок на плотину 88
6.4.1 Вес сооружения 88
6.4.2 Сила гидростатического давления воды 89
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 89
6.4.4 Волновое воздействие 90
6.4.5 Фильтрационные расчеты 90
6.4.6 Давление грунта 91
6.5 Расчет прочности плотины 91
6.6 Критерии прочности плотины 94
6.7 Расчет устойчивости плотины 95
7 Охрана труда, пожарная безопасность, охрана окружающей среды 96
7.1 Устройство охраны труда 96
7.2 Безопасность гидротехнических сооружений 98
7.3 Пожарная безопасность 100
7.3.1 Пожаротушение гидрогенераторов 102
7.3.2 Пожаротушение силовых трансформаторов 102
7.3.3 Пожаротушение кабельных сооружений 103
7.3.4 Пожаротушение станционного маслохозяйства 103
7.4 Мероприятия по охране природы 103
8 Объемы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации ... 106
8.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 106
8.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 106
8.1.3 Налоговые расходы 109
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности .... 110
8.3 Оценка инвестиционного проекта 110
8.3.1 Методология, исходные данные, оценка инвестиционного проекта 111
8.3.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 111
8.3.3 Бюджетная эффективность 112
8.4 Анализ чувствительности 112
9 Схемы распределительных устройств ГЭС, критерии выбора, методы расчетов,
конструктивное исполнение РУ, способы защиты от перенапряжений 115
9.1 Схемы РУ на среднее напряжение 116
9.2 Схемы РУ на высшее напряжение 120
9.2.1 Схемы РУ 110-220 кВ 120
9.2.2 Схемы РУ 330-750 кВ 123
9.3 Критерии выбора и методы расчетов схем РУ 126
9.3.1 Критерии выбора схем РУ 126
9.3.2 Методы расчетов схем РУ 126
9.4 Конструктивное исполнение РУ 128
9.5 Способы защиты от перенапряжений 130
Заключение 133
Список используемых источников 135
Приложение А Анализ исходных данных 139
Приложение Б Главная универсальная характеристика гидротурбины ПЛ40а 147
Гидроэнергетика во все времена являлась важной и неотъемлемой частью мировой энергетики. Выработка электроэнергии на тепловых электростанциях связана с постоянными нуждами в закупке угля, торфа, горючих сланцев и др., а также с последующим их сжиганием, что является очень затратным и вредным для атмосферы Земли процессом. Использование возобновляемых источников энергии, таких как - энергия воды, ветра и солнца, позволяет избежать данных проблем. Кроме того, гидроэлектростанции имеют еще одно очень важное преимущество перед тепловыми: маневренность и гибкость в работе. Гидроагрегат на ГЭС может быть запущен и включен в сеть в течение 2-х минут, что на тепловой электростанции занимает до нескольких часов.
Россия обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом, однако степень его освоения значительно ниже, чем в других развитых странах, причем существует значительная неравномерность его освоения. В то время, как для центра характерна высокая степень использования гидроресурсов (50%), в таких регионах как Сибирь и Дальний Восток гидроэнергетический потенциал рек освоен на 20% и на 3% соответственно. Исходя из этого следует уделять пристальное внимание данному вопросу и развивать эту отрасль современной энергетики.
Целью данной бакалаврской работы является проектирование Уфимской ГЭС на реке Уфа, ее сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технико-экономическое обоснование эффективности проекта.
Генерация электроэнергии в республике Башкортостан уступает по значениям потреблению электроэнергии. Республика Башкортостан обладает высоким уровнем промышленности, а именно: нефтепереработка, нефтехимия, добыча нефти, машиностроение и металлообработка. Самым главным потребителем Уфимской ГЭС станет проектирующийся нефтеперерабатывающий завод, производящий топливо для автомобилей.
В работе рассчитаны и определены показатели, выбраны элементы и параметры Уфимской ГЭС, с плотиной высотой 43,8 м на реке Уфа, 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: Q0,i% = 2186 м3/с , Qo,oi% = 2625 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов была определена установленная мощность Уфимской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки в период межени и половодья. Установленная мощность составила 120 МВт. Определен уровень мёртвого объема, отметка которого равна 157,54 м. Полезный объём при отметке НПУ составляет 1,77 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 512 млн. кВ'гч.
На втором 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 - 35,2 м;
расчётный - 25,5 м;
минимальный - 20,0 м.
Была выбрана турбина типа ПЛ40а - В - 530. По результатам расчетов оптимальным оказался вариант с тремя гидроагрегатами, диаметром рабочих колес 5,3 м.
Для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 833/102-48 с номинальной активной мощностью 40 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с простыми блоками и принята схема распределительного устройства - "одна секционированная выключателем система сборных шин с обходной". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТД - 63000/110, трансформаторы собственных нужд ТСЗ- 1000/10 УХЛ-1.
Распределительное устройство принято типа ОРУ.
В качестве генераторного выключателя, принят элегазовый выключатель ВГГ-10 производства компании «Высоковольтный союз», в качестве выключателей на ОРУ были выбраны элегазовые баковые выключатели ВЭБ- 110 производства АО «Уралэлектротяжмаш».
Затем был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Уфимская ГЭС спроектирована по приплотинной схеме.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с отлетом струи;
- глухая грунтовая плотина;
- станционная часть;
На данном этапе расчётным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 30,7 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 131,00 м;
- отметка гребня водослива - 162,00 м;
- число водосливных отверстий - 5;
- ширина водосливных отверстий в свету - 10 м;
-отметка гребня плотины - 174,80 м.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчётов коэффициент надежности сооружения составляет 1,36 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). При расчёте плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Уфимской ГЭС отвечает требованиям надежности.
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 - 0,25 руб/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 94338 руб/кВт.
- срок окупаемости 7 лет 2 месяца.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Уфимской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
