Введение 6
Сокращенный паспорт Усинской ГЭС 7
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
2 Водно-энергетический расчёт 13
2.1 Гидрологические расчёты 13
2.2 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при заданной обеспеченности стока 13
2.2.1 Выбор расчётного маловодного года (Р=90%) и средневодного года (Р=50%) 16
2.3 Обработка данных по энергосистеме 18
2.3.1 Построение суточных графиков нагрузки 18
2.3.2 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 20
2.4 Расчёт режимов работы ГЭС без регулирования с учётом требований водохозяйственной системы 21
2.5 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в маловодном году 23
2.6 Определение рабочей мощности 25
2.7 Определение установленной мощности ГЭС и планирование капитальных ремонтов 26
2.8 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по водности году 28
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 30
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 30
3.2 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному расходу 35
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для обеспечения её бескавитационной работы 35
3.3.1 Работа одного агрегата с расчётной мощностью при Нтах 36
3.3.2 Работа одного агрегата с расчётной мощностью при Нр 36
3.3.3 Работа одного агрегата с соответствующей мощностью при Hmin36
3.4 Определение геометрических размеров проточной части гидротурбины ПЛ50 - В - 750 37
3.5 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки и колонки управления 37
3.6 Выбор типа серийного гидрогенератора 38
3.7 Определение установленной мощности ГЭС 38
4 Электрическая часть 40
4.1 Выбор номинального напряжения линий 40
4.2 Выбор количества линий РУ ВН и сечений проводов 40
4.3 Выбор структурной схемы электрических соединений 41
4.3.1 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с простыми блоками 42
4.3.2 Выбор блочных трансформаторов ВН для схемы с укрупненными блоками 44
4.4 Выбор главной схемы на основании технико-экономического расчета 45
4.5 Выбор главной схемы ГЭС 46
4.6 Расчёт токов КЗ 47
4.7 Выбор электрических аппаратов 51
4.7.1 Выбор коммутационных аппаратов генератора 51
4.7.2 Выбор аппаратных комплексов генераторного напряжения 53
4.8 Компоновка схемы собственных нужд 54
5 Релейная защита и автоматика 55
5.1 Перечень защит основного оборудования 55
5.2 Описание защит и расчёт их уставок 56
5.2.1 Продольно дифференциальная защита генератора 56
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 58
5.2.3 Защита от повышения напряжения 61
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 61
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок 65
5.2.6 Дистанционная защита генератора 67
6 Компоновка гидроузла, выбор типа и расчёт основных сооружений 73
6.1 Проектирование сооружений напорного фронта 70
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 70
6.2 Гидравлические расчёты 73
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 73
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 74
6.2.3 Построение профиля водосливной плотины 76
6.2.4 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном случае 77
6.2.5 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 78
6.2.6 Расчет водобойного колодца 80
6.2.7 Водобой 82
6.2.8 Рисберма 82
6.3 Конструирование плотины 84
6.3.1 Определение ширины подошвы 84
6.3.2 Разрезка плотины на секции 84
6.3.3 Разрезка плотины на столбы 85
6.3.4 Быки 85
6.3.5 Галереи в теле плотины 85
6.4 Конструирование отдельных элементов подземного контура 85
6.4.1 Противофильтрационная завеса 86
6.4.2 Дренажные устройства в основании 86
6.5 Расчёт фильтрации под плотиной на скальном основании 86
6.6 Обоснование надежности и безопасности бетонной плотины 87
6.8 Критерии прочности 93
6.9 Обоснование устойчивости 94
6.10 Проектирование грунтовой плотины 94
6.11 Расчет устойчивости низового откоса 95
6.12 Расчет пропуска основного максимального расхода через донные отверстия 98
7 Охрана труда, пожарная безопасность и охрана природы 100
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 100
7.2 Пожарная безопасность 100
7.3 Охрана труда и техника безопасности 102
7.4 Мероприятия по охране природы 104
8 Технико-экономические показатели строительства ГЭС 108
8.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 108
8.2 Текущие расходы по гидроузлу 109
8.3 Налоговые расходы 111
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 112
8.5 Оценка инвестиционного проекта 113
8.5.1 Методология, исходные данные 113
8.5.2 Коммерческая эффективность 113
8.5.3 Бюджетная эффективность 114
8.6 Анализ чувствительности 114
9 Гидромеханические защиты гидроагрегата. Принцип действия, нормы и
требования 118
9.1 Требования к гидромеханическим защитам гидроагрегата 118
9.2 Состав оборудования и основные функции 119
9.3 Контроль нормального состояния оборудования 120
9.4 Условия работы гидромеханических защит 121
9.5 Общие требования 125
Заключение 127
Список использованных источников 129
Приложения А-Л 131
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции, подходя к решению поставленных задач с применением полученных знаний, находя правильные проектные решения.
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 основные элементы и параметры Усинской ГЭС высотой на реке Уса, являющейся сооружением I класса.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Усинской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила #уст= 900 МВт.
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 - #тах= 43 м; расчётный - #расч= 31 м;
минимальный - #mZn= 27 м.
Максимальный расход через один агрегат ГЭС Qmax, соответствующий расчётному напору, составляет 425 м3/с.
По результатам расчётов был определён оптимальный вариант с шестью поворотно-лопастными гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 7,5 м.
По справочным данным для выбранной 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 укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ-220 кВ. По справочным данным и каталогам были выбраны повышающие блочные трансформаторы ТДЦ-400000/220-У1, УХЛ1, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 400/51.
Распределительное устройство принято элегазовым (КРУЭ-220) - ЯГГ 220 (Электроаппарат), в соответствии с Технической политикой ПАО «РусГидро», «вновь сооружаемые и комплексно реконструируемые РУ 110 кВ и выше должны выполняться, как правило, КРУЭ внутри здания. Неоспоримыми преимуществами КРУЭ перед другими видами распределительных устройств являются: повышенная надёжность, компактность (модульная структура) и заводская сборка, что напрямую влияет на размеры площади размещения, стоимость подготовки основания площадки под КРУЭ и простоту обслуживания.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
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 расчётам получены следующие показатели: Чистый дисконтированный доход NPV= 4486,0 млн.руб.
Индекс прибыльности PI = 1,51
Себестоимость электроэнергии 1,33 руб./кВт^ч
Удельные капиталовложения 19,524 млн.руб/МВт
Таким образом, строительство Усинской ГЭС с установленной мощностью 900 МВт в настоящее время является актуальным проектом.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
