ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ УЧУР.
СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГГ, ОСОБЕННОСТИ И
КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ, НАЗНАЧЕНИЕ УЗЛОВ, МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИИ
Введение 8
1. Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Климат 9
1.1.2 Гидрология 9
1.1.3 Инженерно-геологические условия 9
1.2 Энерго-экономическая характеристика района 9
2 Водно-энергетические расчёты 11
2.1 Исходные данные 11
2.2 Выбор расчётных гидрографов для маловодного и средневодного года при заданной обеспеченности стока 11
2.3 Определение максимального расчётного расхода 14
2.4 Построение суточных графиков нагрузки 17
2.5 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 18
2.6 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими электростанциями 20
2.7 Водно-энергетический расчёт 21
2.7.1 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учётом требований водохозяйственной системы 21
2.7.2 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном и средневодном году 22
2.7.3 Определение установленной мощности ГЭС и планирование капитальных ремонтов 25
3 Гидротурбинное, гидромеханическое и вспомогательное оборудование 28
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 28
3.2 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному расходу 33
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для обеспечения её бескавитационной работы 34
3.3.1 Работа одного агрегата с установленной мощностью при Hmax 35
3.3.2 Работа одного агрегатов с установленной мощностью при Hmjn 36
3.3.3 Работа одно агрегата с установленной мощностью ГЭС при
расчётном напоре 3 6
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 37
3.5 Выбор вспомогательного оборудования 38
4 Электрическая часть 39
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 39
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 41
4.3 Выбор схем РУ высокого напряжения 43
4.4 Расчёт токов короткого замыкания 44
4.4.1 Расчёт токов КЗ в точке К-1 47
4.4.3 Расчёт тока трёхфазного КЗ в точке К-2 53
4.4.4 Определение начального значения периодической составляющей тока
КЗ в точке К-2 54
4.4.5 Расчёт ударного тока КЗ в точке К-2 54
4.5 Критерии выбора электрических аппаратов 56
4.5.1 Расчёт токоведущих частей аппаратов и проводников 56
4.5.2 Выбор электрических и электронных аппаратов 58
5 Релейная защита и автоматика 60
5.1 Перечень защит основного оборудования 60
5.2 Продольная дифференциальная защита генератора 61
6 Компоновка и сооружения гидроузла 66
6.1 Определение отметки гребня плотины 66
6.2 Гидравлический расчет водосливной плотины 71
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 71
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 73
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода (принятие окончательной
отметки ФПУ) 74
6.3 Построение профиля водослива по координатам Кригера-Офицерова 76
6.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 76
6.5 Конструирование плотины 80
6.6 Фильтрационный расчет 83
6.7 Статические расчеты плотины 83
6.7.1 Определение основных нагрузок на плотину 83
6.7.2 Расчет прочности плотины 87
6.7.3 Критерии прочности плотины 91
6.7.4 Расчет устойчивости плотины 92
6.8 Расчет длины здания ГЭС 92
7 Охрана труда и пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 94
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 94
7.2 Охрана труда 94
7.2.1 Общие требования безопасности 94
7.2.2 Мероприятия, обеспечивающие безопасное выполнение работ 95
7.2.3 Требования безопасности во время работы 96
7.3 Пожарная безопасность 97
7.4 Охрана окружающей среды 101
7.5 Водоохранные мероприятия 102
7.5.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 102
7.5.2 Водоохранная зона 103
7.5.3 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 104
7.6 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 105
7.7 Охрана от промышленных отходов 106
8 Технико-экономические показатели 107
8.1 Текущие расходы по гидроузлу 107
8.2 Налоговые расходы 109
8.3 Прибыль 110
8.4 Оценка инвестиционного проекта 110
8.5 Бюджетная эффективность 111
8.6 Анализ рисков и чувствительности инвестиционного проекта 112
9 Системы возбуждения гидрогенератора, особенности и конструктивное
исполнение, электрические схемы, назначение узлов, методы контроля и системы измерений 115
9.1 Основные типы систем возбуждения 115
9.1.1 Производители систем возбуждения 116
9.2 Выбор системы возбуждения 117
9.3 Система тиристорная с независимым возбуждением 117
9.3.1 Описание системы возбуждения главного генератора 117
9.3.2 Назначение узлов системы возбуждения главного генератора 118
9.3.2.1 Тиристорный выпрямитель 118
9.3.2.2 Гашение поля 120
9.3.2.3 Защита от перенапряжений 121
9.3.2.4 Цепи собственных нужд главного генератора 121
9.3.3 Назначение узлов системы возбуждения вспомогательного генератора
121
9.3.3.1 Выпрямительный трансформатор 121
9.3.3.2 Тиристорный выпрямитель 121
9.3.3.3 Секция управления и регулирования ВГ 122
9.3.3.4 Начальное возбуждение ВГ 123
9.3.3.5 Гашение поля 124
9.3.3.6 Защита от перенапряжений 124
9.3.3.7 Цепи собственных нужд вспомогательного генератора 124
9.4 Методы контроля 125
9.5 Список используемых сокращений 125
Заключение 126
Список использованных источников 128
Приложение
Гидроэнергетика — одно из наиболее эффективных направлений энергетики. Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее маневренными и способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки.
В настоящее время значительная часть потенциала рек остается неиспользованной, поэтому сохраняются широкие возможности для сооружения ГЭС любой мощности. Это имеет важное значение для будущего развития электроснабжения, поскольку гидроэнергетические ресурсы относятся к самым дешевым, технически доступным и экологически чистым возобновляемым источникам энергии.
Особое свойство гидротехнических сооружений заключается в том, что их разрушение высвобождает разрушительную энергию в виде воды, что в свою очередь приводит к колоссальным материальным убыткам за короткое время, но что особо важно — к большим человеческим жертвам. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов.
В данном проекте рассмотрен проект строительства Станской ГЭС на реке Учур в Хабаровском крае и Якутии.
Для нормального развития экономики региона необходим опережающий рост энергетики. Запроектированный гидроузел может служить одним из источников энергоснабжения республики.
С сооружением ГЭС создадутся благоприятные условия для развития экономики, увеличения вытесняемой мощности тепловых станций.
На начальном этапе проектирования, используя исходные данные, были произведены водно-энергетические расчеты, в результате которых получена установленная мощность Станской ГЭС - 705 МВт, а также зона ее работы на суточных графиках нагрузки. Также при расчете регулирования стока были определены:
- отметка УМО - 89м (при заданной отметке НПУ - 107 м);
- полезный объем водохранилища - 10,4 км3 (при заданном полном объеме - 19,5 км3);
- среднемноголетняя выработка электроэнергии Станской ГЭС равна 3,88 млрд. кВт-ч.
Далее были спроектированы основные сооружения гидроузла. Станская ГЭС расположена в горном створе. Напорный фронт представлен бетонными сооружениями: станционной частью и водосливной плотиной, а так же каменно¬земляной плотиной с экраном со стороны левого берега и правого берега.
Общая длина плотины по гребню 1080 м, максимальная высота сооружений 68 м (ширина подошвы 46,6 м., ширина по гребню 19,5 м.). Сопряжение бьефов осуществляется посредством отлета струи. Для снижения противодавления устроены цементационная завеса глубиной 34,2 м и дренажные скважины глубиной 17,1 м.
В ходе проектирования водосливная бетонная плотина была проверена на прочность и устойчивость. Растягивающие напряжения отсутствуют, а возникающие сжимающие напряжения не превосходят предельно допустимые. Для основного сочетания нагрузок плотина устойчива на сдвиг по основанию с коэффициентом надежности 1,38, что допустимо для I класса сооружений. Таким образом, плотина удовлетворяет условиям прочности и устойчивости.
При выборе основного гидросилового оборудования рассматривались два варианта турбин: ПЛД60-В60 и ПЛ60-В. В результате расчета был определен оптимальный вариант с тремя поворотно-лопастными турбинами номинальным диаметром 8,5 м (ПЛ60-В-8,5), работающими при напорах: максимальный -54,0 м.; расчетный - 42,8 м.; минимальный - 35,5 м.
Для принятой турбины с синхронной частотой вращения 93,8 об/мин был подобран синхронный вертикальный гидрогенератор СВ-1436/200-64УХЛ4, номинальной активной мощностью 235 МВт и полной мощностью S=261 МВА. Номинальное напряжение генератора иг=15,75 кВ.
Структурная электрическая схема ГЭС представлена единичными блоками и распределительном устройством высокого напряжения с двумя рабочими системами шин - КРУЭ-220 кВ. (ЯГГ-220 фирмы «Электроаппарат»).
По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ - 315000/220, трансформаторы собственных нужд ТСЗ - 6300/15. Генераторный комплекс фирмы «Электроаппарат» КАГ-20.
Вся генерируемая на станции мощность передается по 6 отходящим ЛЭП 220 кВ, длиной 150 км.
По технико-экономическим расчетам получены следующие показатели:
- чистый приведенный доход 25940,3 млн. руб. ;
- период окупаемости станции 6 лет 5 месяц с начала строительства;
- себестоимость вырабатываемой электроэнергии - 0,21 коп/кВт-ч. Строительство Станской ГЭС позволит:
-снизить имеющийся дефицит мощности в энергосистеме;
-увеличить вытеснение мощностей тепловых станций;
-создать благоприятные условия для развития экономики.
Таким образом, строительство Станской ГЭС является инвестиционно привлекательным и актуальным для региона.
Был произведён расчёт токов КЗ характерных точек. Результаты расчета, использовали для определения уставки основных защит гидроагрегата.