ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОБОЛЬСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ТОБОЛ. СТРУННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ, МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ СТРУННЫХ ДАТЧИКОВ НАПРЯЖЕННО - ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БЕТОНА И ТЕМПЕРАТУРЫ, УСТАНОВЛЕННЫХ В ТЕЛЕ ПЛОТИНЫ
Введение
1 Анализ исходных данных и определение функционирования ГЭС 9
1.1 Природные условия 9
1.2 Гидрологические данные 9
1.3 Инженерно - геологические условия 11
1.4 Основные характеристики водохранилища 11
2 Гидрологические расчёты 12
2.1 Определение расходов маловодного и средневодного года в створе 12
2.3 Построение суточных графиков нагрузки 15
2.4 Построение годовых графиков нагрузок 15
2.5 Определение гарантированной мощности с учётом требований водохозяйственного комплекса 17
2.6 Водно-энергетический расчёт режима работы ГЭС в маловодном году... 18
2.7 Водно-энергетический расчёт в средневодном году 19
2.8 Расчёт резервов и определение установленной мощности, проектируемой
ГЭС. Расчёт баланса мощностей 19
2.9 Построение режимного поля 21
3 Основное и вспомогательное оборудование 22
3.1 Выбор системы и количества гидроагрегатов 22
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 26
3.4 Гидромеханический расчет и построение плана спиральной камеры 26
3.5 Расчет вала на прочность 29
3.6 Выбор маслонапорной установки и электрогидравлического регулятора 30
3.7 Выбор геометрических размеров машинного зала 30
4 Электрическая часть 31
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 31
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 32
4.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 33
4.4 Выбор количества отходящих линий РУ 34
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего напряжений на основании технико-экономического расчета 35
4.6 Технико-экономическое обоснование 36
4.7 Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания 37
4.8 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 39
4.9 Компоновка схемы собственных нужд 42
5 Релейная защита и автоматика 43
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 43
5.2 Расчёт номинальных токов 43
5.3 Перечень защит основного оборудования 44
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 45
5.5 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 45
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 48
5.7 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 51
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 51
5.9 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 55
5.10 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 57
5.11 Защита ротора от перегрузки (Ip) 60
5.12 Таблица уставок защит 61
6. Проектирование грунтовой водосливной плотины 62
6.1 Выбор класса гидротехнического сооружения 62
6.2 Определение отметки гребня грунтовой плотины 62
6.3 Гидравлические расчёты 64
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 64
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 66
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 68
6.3.4 Построение профиля водосливной грани 69
6.4 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 69
6.4.1 Расчёт водобойной стенки 70
6.5 Конструирование плотины 71
6.5.1 Определение ширины подошвы плотины 71
6.5.2 Разрезка плотины швами 73
6.5.3 Быки 74
6.5.4 Устои 74
6.5.5 Дренаж тела бетонной плотины 75
6.5.6 Галереи в теле плотины 75
6.6 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины.... 75
6.6.1 Понур 75
6.6.2 Шпунт 76
6.6.3 Дренажные устройства 76
6.7 Конструктивные элементы нижнего бьефа 76
6.7.1 Водобой 76
6.7.2 Рисберма и ковш 78
6.8 Фильтрационные расчёты 81
6.9 Статические расчёты плотины 83
6.9.1 Вес сооружения и механизмов 83
6.9.2 Силы действующие на плотину 83
6.9.3 Волновое давление 88
6.10 Расчёт прочности плотины 89
6.11 Критерии прочности плотины 91
6.12 Расчёт устойчивости плотины 92
7 Охрана труда, противопожарная безопасность и охрана окружающей среды 94
7.1 Устройство охраны труда 94
7.2 Безопасность гидротехнических сооружений 95
7.3 Противопожарная безопасность 96
7.4.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 100
7.4.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 101
7.4.3 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 102
7.4.4 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища 102
7.4.5 Водоохранная зона 103
7.4.6 Водоохранные мероприятия по гидроэлектростанции 104
8. Объёмы производства электроэнергии и расходы в период эксплуатации .. 106
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 106
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 106
8.3 Налоговые расходы 108
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации проекта 109
8.5 Показатели эффективности проекта 110
8.6 Анализ чувствительности 110
9 Струнные преобразователи, методы диагностики струнных датчиков напряженно - деформированного состояния бетона и температуры, установленных в теле плотины 112
9.1 Назначение и принцип действия струнных преобразователей 112
9.2 Устройство струнных датчиков 113
9.3 Виды струнных преобразователей 115
9.4 Физические основы старения струнных датчиков 119
9.5 Способ и устройство извлечения информации о напряженно - деформированном состоянии гидротехнических сооружений 121
9.6 Автоматизированная измерительная система «Струна» 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 130
ПРИЛОЖЕНИЕ А Исходные данные. Водно-энергетический расчёт 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Главные универсальные характеристики турбин 139
ПРИЛОЖЕНИЕ В Технические данные оборудования 140
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Уставки защит 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Эпюра фильтрации 144
Гидроэлектростанции - это высокоэффективные источники электро-энергии, которые используют постоянно возобновляемый природный источник энергии рек, с высоким коэффициентом полезного действия при преобразовании гидравлической энергии в электрическую, вырабатывают дешевую электроэнергию и обеспечивают устойчивую работу энергосистемы.
Обоснованием проектирования Тобольской ГЭС является то, что Тюменская область по объему произведенной продукции занимает первое место в России, основной отраслью которой является топливная и химическая промышленности. Это специализация пагубно влияет на экологическую составляющую области. Несмотря на затопления больших территорий с целью создания водохранилищ, упрощается задача орошения земельных участков.
Тобольская ГЭС позволит Тобольскую ТЭЦ, которая не обладает высокой маневренностью. Гидроэлектростанции способны практически мгновенно принимать и сбрасывать нагрузки, покрывать пики нагрузок, регулировать частоту тока в энергосистеме, а также выполнять в ней функции аварийного резерва.
В себестоимости производства электроэнергии на гидростанциях отсутствует топливная составляющая, что делает энергию более конкурентоспособной в условиях рынка.
Гидроэнергетические мощности вносят ощутимый вклад в обеспечение системной надежности и в конечном итоге надежной работы всей Единой электроэнергетической системы страны.
Строительство гидроэлектростанции позволит создать новые рабочие места и повысить внутренний валовый продукт.
Целью выпускной квалификационной работы является проработка основных этапы проектирования ГЭС с применением и закреплением теоритических знаний, а также поиск надлежащих проектных решений.
В проекте рассчитаны и выбраны элементы и параметры Тобольской ГЭС, с плотиной высотой 35 м на реке Тобол, являющаяся сооружением II класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных определены максимальные расчётные расходы для основного обеспеченностью 1 % и поверочного случаев обеспеченностью 0,1 %.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных ОАО «СО ЕЭС» РДУ Тюменской области и имеющегося гидрологического ряда выбрана установленная мощность, которая составляет 250 МВт. Определена отметка уровня мертвого объема, которая составляет 54 м. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составляет 1 млрд. кВтч.
На третьем этапе определялось оптимальное количество и тип гидроагрегатов ГЭС. Для этого построена область допустимых режимов работы (режимное поле по напору и расходу), на которой определены следующие напоры:
Максимальный - 26 м;
Расчётный - 18 м;
Минимальный - 15 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчётному напору, составляет 533 м3/с. Также определена марка турбины ПЛ30а-В. По результатам расчётов оптимальным оказался вариант с тремя агрегатами и диаметром рабочего колеса 8,5 м. Для выбранных турбин с частотой вращения 68,2 об/мин подобраны серийные гидрогенераторы типа СВ- 1160/180-88 с номинальной активной мощностью 83 МВт.
В следующем этапе была выбрана структурная электрическая смешанная схема ГЭС и принята схема распределительного устройства - пятиугольник. По справочным данным и каталогам выбрано следующее высоковольтное оборудование: силовые трансформаторы типа ТДЦ 125000/220 и ТДЦ 225000/220, трансформаторы собственных нужд типа ТСЗ-3150/13,8 , для высоковольтных ЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ, а также рассчитаны уставки основных защит генератора.
Тобольская ГЭС спроектирована по плотинной схеме. Для создания подпора в главном узле служит водосливнаяя плотина.
В состав сооружений входят:
- глухая левобережная грунтовая плотина
- водосливная бетонная плотина практического профиля
- здание ГЭС
- правобережная глухая грунтовая плотина
- шлюз
- ширина подошвы - 30 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 28 м;
- число водосливных отверстий - 4;
- ширина водосливного отверстия - 18 м;
- отметка гребня быка - 67,2 м;
- отметка водосливной плотины - 56,
Для гашения кинетической энергии, пропускаемого через водосливную плотину, применена водобойная плита с водобойной стенкой.
В этом разделе приведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетании нагрузок. При расчёте плотины на прочность и устойчивость сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют, следовательно, плотина Тобольской ГЭС 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.
Также в проекте рассмотрены система оценки температурного контроля основных узлов гидроагрегата.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
• срок окупаемости строительства 6 лет 6 месяцев;
• удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,21 руб/кВтш;
• удельные капиталовложения - 28910 руб/кВт.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Тобольской ГЭС с установленной мощностью 250 МВт является выгодным.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
