ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧАГОЯНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ЗЕЯ СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ ГЭС, ОСОБЕННОСТИ СХЕМ ИСПОЛНЕНИЯ. ТРЕБОВАНИЯ К НАДЕЖНОСТИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГЭС
|
Сокращённый паспорт Чагоянской ГЭС 6
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Топографическая основа 9
1.1.2 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.1.3 Гидрологические данные 9
1.1.4 Геология 10
1.1.5 Сейсмология 10
1.2 Энергосистема 10
2 Водно-энергетические расчёты 11
2.1 Гидрологические данные 11
2.2 Ограничения ВХК и потери воды с водохранилища 12
2.3 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года 12
2.4 Суточные графики нагрузки энергосистемы и интегрально кривых
нагрузки 14
2.5 Графики максимальной и среднемесячной нагрузки энергосистемы 14
2.6 ВЭР без регулирования с учетом требований ВХК 15
2.7 Баланс энергии 17
2.8 ВЭР сработки и наполнения водохранилища по маловодному году 17
2.9 Выбор рабочей мощности 17
2.10 Выбор установленной мощности 18
2.11 Баланс мощности 18
2.12 ВЭР сработки и наполнения водохранилища но средневодному году ... 28
3 Основное и вспомогательное оборудование 20
3.1 Режимное поле 20
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 21
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 24
3.4 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 26
3.5 Выбор электрогидравлического регулятора 26
3.6 Выбор гидрогенератора 26
4 Компоновка и сооружения гидроузла 27
4.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 27
4.2 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины 29
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 29
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 30
4.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 33
4.2.4 Построение профиля водосливной грани по Кригер-Офицерову 34
4.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 35
4.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 36
4.3 Конструирование плотины 39
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 39
4.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 41
4.3.3 Быки 41
4.3.4 Ширина гребня 41
4.3.5 Устои 41
4.3.6 Дренаж тела бетонных плотин 42
4.3.7 Галереи в теле плотины 42
4.3.8 Фильтрационные расчеты подземного контура 42
4.3.9 Элементы подземного контура плотины 43
4.4 Определение основных нагрузок на плотину 45
4.4.1 Вес сооружения и механизмов 45
4.4.2 Сила гидростатического давления воды 46
4.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 47
4.4.4 Сила фильтрационного давления 47
4.4.5 Давление грунта 48
4.4.6 Волновое давление 48
4.5 Оценка прочности плотины 49
4.5.1 Определение напряжений 49
4.5.2 Критерии прочности плотины 52
4.5.3 Расчёт устойчивости плотины на сдвиг 52
5 Электрическая часть 54
5.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 54
5.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 55
5.2.1 Выбор трансформаторов ВН для схемы с простыми блоками 55
5.2.2 Выбор трансформаторов ВН для схемы с укрупненными блоками .... 57
5.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 58
5.3 Выбор количества отходящих линий РУ ВН 59
5.4 Выбор схемы РУ ВН 61
5.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 62
5.6 Расчёт токов короткого замыкания 64
5.6.1 Расчёт в программном комплексе «RastrWin» 64
5.7 Выбор электрических аппаратов 68
5.7.1 Выбор и расчёт токоведущих частей аппаратов и проводников 68
5.7.2 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 13,8 кВ 68
5.7.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 70
5.8 Выбор параметров ОРУ 71
5.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 71
5.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 72
6 Релейная защита и автоматика 73
6.1 Перечень защит основного оборудования 73
6.2 Расчёт номинальных токов 74
6.3 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 75
6.4 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 75
6.5 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 78
6.6 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 80
6.7 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 81
6.8 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 85
6.9 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 87
6.10 Защита ротора от перегрузки (Ip) 90
6.11 Таблица уставок и матрица отключений защит 92
7 Технико-экономические показатели 94
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 94
7.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 94
7.3 Налоговые расходы 97
7.4 Оценка суммы прибыли 97
7.5 Показатели коммерческой эффективности проекта 98
7.6 Анализ чувствительности 99
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Чагоянского ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 101
8.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 101
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 102
8.3 Пожарная безопасность 103
9 Собственные нужды ГЭС, особенности схем исполнения, требования к
надежности энергоснабжения ответственных потребителей технологических
систем ГЭС 106
9.1 Особенности схем исполнения 106
9.1.1 Схемы собственных нужд переменного тока ГЭС 106
9.1.2 Схемы питания собственных нужд постоянного тока 109
9.2 Требования к надежности 109
9.2.1 Требования к оборудованию собственных нужд переменного тока 109
9.2.1.1 Комплектные распределительные устройства (КРУ) 6(10) кВ . 109
9.2.1.2 Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) 111
9.2.1.3 Трансформаторы собственных нужд 111
9.3 Требования к оборудованию собственных нужд постоянного тока 112
9.3.1 Аккумуляторные батареи 112
9.3.2 Щиты постоянного тока 109
9.3.3 Освещение 109
9.4 Стабилизация напряжения 116
9.4.1 Типы стабилизаторов напряжения 117
Заключение 121
Список использованных источников 123
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Природные условия 9
1.1.1 Топографическая основа 9
1.1.2 Климат в районе проектируемого гидроузла 9
1.1.3 Гидрологические данные 9
1.1.4 Геология 10
1.1.5 Сейсмология 10
1.2 Энергосистема 10
2 Водно-энергетические расчёты 11
2.1 Гидрологические данные 11
2.2 Ограничения ВХК и потери воды с водохранилища 12
2.3 Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года 12
2.4 Суточные графики нагрузки энергосистемы и интегрально кривых
нагрузки 14
2.5 Графики максимальной и среднемесячной нагрузки энергосистемы 14
2.6 ВЭР без регулирования с учетом требований ВХК 15
2.7 Баланс энергии 17
2.8 ВЭР сработки и наполнения водохранилища по маловодному году 17
2.9 Выбор рабочей мощности 17
2.10 Выбор установленной мощности 18
2.11 Баланс мощности 18
2.12 ВЭР сработки и наполнения водохранилища но средневодному году ... 28
3 Основное и вспомогательное оборудование 20
3.1 Режимное поле 20
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 21
3.3 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 24
3.4 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 26
3.5 Выбор электрогидравлического регулятора 26
3.6 Выбор гидрогенератора 26
4 Компоновка и сооружения гидроузла 27
4.1 Определение отметки гребня грунтовой плотины 27
4.2 Гидравлический расчет бетонной водосливной плотины 29
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 29
4.2.2 Определение отметки гребня водослива 30
4.2.3 Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном
случае 33
4.2.4 Построение профиля водосливной грани по Кригер-Офицерову 34
4.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 35
4.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 36
4.3 Конструирование плотины 39
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 39
4.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 41
4.3.3 Быки 41
4.3.4 Ширина гребня 41
4.3.5 Устои 41
4.3.6 Дренаж тела бетонных плотин 42
4.3.7 Галереи в теле плотины 42
4.3.8 Фильтрационные расчеты подземного контура 42
4.3.9 Элементы подземного контура плотины 43
4.4 Определение основных нагрузок на плотину 45
4.4.1 Вес сооружения и механизмов 45
4.4.2 Сила гидростатического давления воды 46
4.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 47
4.4.4 Сила фильтрационного давления 47
4.4.5 Давление грунта 48
4.4.6 Волновое давление 48
4.5 Оценка прочности плотины 49
4.5.1 Определение напряжений 49
4.5.2 Критерии прочности плотины 52
4.5.3 Расчёт устойчивости плотины на сдвиг 52
5 Электрическая часть 54
5.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 54
5.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 55
5.2.1 Выбор трансформаторов ВН для схемы с простыми блоками 55
5.2.2 Выбор трансформаторов ВН для схемы с укрупненными блоками .... 57
5.2.3 Выбор трансформаторов собственных нужд 58
5.3 Выбор количества отходящих линий РУ ВН 59
5.4 Выбор схемы РУ ВН 61
5.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 62
5.6 Расчёт токов короткого замыкания 64
5.6.1 Расчёт в программном комплексе «RastrWin» 64
5.7 Выбор электрических аппаратов 68
5.7.1 Выбор и расчёт токоведущих частей аппаратов и проводников 68
5.7.2 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 13,8 кВ 68
5.7.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 70
5.8 Выбор параметров ОРУ 71
5.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 71
5.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 72
6 Релейная защита и автоматика 73
6.1 Перечень защит основного оборудования 73
6.2 Расчёт номинальных токов 74
6.3 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 75
6.4 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 75
6.5 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 78
6.6 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 80
6.7 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и
внешних несимметричных коротких замыканий 81
6.8 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 85
6.9 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 87
6.10 Защита ротора от перегрузки (Ip) 90
6.11 Таблица уставок и матрица отключений защит 92
7 Технико-экономические показатели 94
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 94
7.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 94
7.3 Налоговые расходы 97
7.4 Оценка суммы прибыли 97
7.5 Показатели коммерческой эффективности проекта 98
7.6 Анализ чувствительности 99
8 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Чагоянского ГУ.
Охрана труда и противопожарная безопасность 101
8.1 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства 101
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 102
8.3 Пожарная безопасность 103
9 Собственные нужды ГЭС, особенности схем исполнения, требования к
надежности энергоснабжения ответственных потребителей технологических
систем ГЭС 106
9.1 Особенности схем исполнения 106
9.1.1 Схемы собственных нужд переменного тока ГЭС 106
9.1.2 Схемы питания собственных нужд постоянного тока 109
9.2 Требования к надежности 109
9.2.1 Требования к оборудованию собственных нужд переменного тока 109
9.2.1.1 Комплектные распределительные устройства (КРУ) 6(10) кВ . 109
9.2.1.2 Комплектные трансформаторные подстанции (КТП) 111
9.2.1.3 Трансформаторы собственных нужд 111
9.3 Требования к оборудованию собственных нужд постоянного тока 112
9.3.1 Аккумуляторные батареи 112
9.3.2 Щиты постоянного тока 109
9.3.3 Освещение 109
9.4 Стабилизация напряжения 116
9.4.1 Типы стабилизаторов напряжения 117
Заключение 121
Список использованных источников 123
Электроэнергия играет важнейшую роль в жизни человека, ее потребление энергии является обязательным условием существования человечества. Наличие доступной для потребления энергии всегда было необходимо для удовлетворения нужд и потребностей человека. В настоящее время самым распространенным и дешевым видом энергии является электрическая энергия.
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях различного типа. Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день являются гидравлические: они гибки в управлении, их функционирование не сопровождается вредными загрязнениями воздуха, а водохранилища, сооружаемые для гидростанций, можно использовать в качестве зон отдыха Разумеется, главным преимуществом гидроресурсов является их возобновляемость: запас воды практически неисчерпаем.
Одним из основных сооружений гидравлических станций является плотина, которая служит для подпора воды с последующим преобразованием потенциальной энергии воды в электрическую. В результате разрушения плотины, появляется угроза затопления больших территорий. Поэтому необходим крайне серьёзный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, что регламентируется в СНиПах и нормативных документах.
Завершающей работой специальности «Гидроэлектростанции» является проектирование Чагоянской гидроэлектростанции, в проект входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования, расчёт гидротехнического сооружения, экономическое обоснование.
Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях различного типа. Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день являются гидравлические: они гибки в управлении, их функционирование не сопровождается вредными загрязнениями воздуха, а водохранилища, сооружаемые для гидростанций, можно использовать в качестве зон отдыха Разумеется, главным преимуществом гидроресурсов является их возобновляемость: запас воды практически неисчерпаем.
Одним из основных сооружений гидравлических станций является плотина, которая служит для подпора воды с последующим преобразованием потенциальной энергии воды в электрическую. В результате разрушения плотины, появляется угроза затопления больших территорий. Поэтому необходим крайне серьёзный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, что регламентируется в СНиПах и нормативных документах.
Завершающей работой специальности «Гидроэлектростанции» является проектирование Чагоянской гидроэлектростанции, в проект входит: определение установленной мощности, выбор основного и вспомогательного энергетического оборудования, расчёт гидротехнического сооружения, экономическое обоснование.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Чагоянской ГЭС на реке Зея, являющимся сооружением II класса.
Предварительно на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного обеспеченностью 1% и поверочного 0,1% обеспеченности случаев: Q1%= 4608м3/с, Qo>1% = 5465м3/с.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Чагоянской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ауст = 370 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого равна 232,33 м. Полезный объём при данных отметках НПУ 245 м и УМО составляет 20 тыс. м3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 2 млрд. кВтш.
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 напор Нтах = 77,3 м;
- максимальный расход дГэс = 602 м3/с;
- расчётный напор Нрасч = 71,5 м;
- минимальный напор Нт[П = 64,5 м.
По результатам расчета была выбрана турбина РО115-В с диаметром рабочего колеса 4,25 м, количество агрегатов принимаем равным трем, с синхронной частотой вращения 150 об/мин.
По справочным данным был выбран генератор по расчетному значению его номинальной мощности и синхронной частоте вращения.Для выбранной турбины РО115-В с номинальной мощностью 92,5 МВт и синхронной частотой вращения 150 об/мин выбира гидрогенератор СВ-835/180-36.
Далее в результате технико-экономических расчётов выбрана структурная схема ГЭС с четырьмя простыми блоками на напряжении 220 кВ. К РУВН присоединены трансформаторы ТДЦ-125000/220. Так же произведен выбор трансформаторов собственных нужд ТСЗ 1600/15 УЗ. В качестве распределительных устройств выбраны ОРУ 220 кВ. Главная схема электрических соединений для РУВН 220 кВ - с двумя рабочими системами шин и обходной.
В качестве генераторного выключателя, принят вакуумный выключатель КАГ-15,75 со встроенными трансформаторами тока и напряжения, разъединителем, ограничителем перенапряжения, имеющий большой ресурс и надёжность.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной.
В состав сооружений входят:
1) водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 86,4 м;
2) станционная бетонная плотина - 96 м;
3) здание ГЭС приплотинного типа.
На данном этапе расчётным путём определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
1) количество водосливных пролётов - 4, шириной 18 м;
2) отметка гребня водослива УГВ = 237,00 м;
3) отметка гребня быка УГБ = 248,80 м;
3) ширина подошвы плотины по основанию 60,3 м;
4) в качестве гасителя энергии потока был рассчитан отлет струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурно-осадочными швами.
Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быкам, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов.
Плотина удовлетворяет условию прочности (в частности отсутствие растягивающих напряжений, а также наличие сжимающих напряжений, не превосходящих пределов прочности на сжатие материала плотины). Спроектированное гидротехническое сооружение отвечает требованиям устойчивости (сопротивлением сдвигу). Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
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:
- стоимость строительства гидроузла - 10 279,26 млн. руб.;
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,20руб/кВт-ч.
Таким образом, строительство Чагоянской ГЭС с установленной мощностью 370 МВт в настоящее время является актуальным.
Предварительно на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчётных расходов для основного обеспеченностью 1% и поверочного 0,1% обеспеченности случаев: Q1%= 4608м3/с, Qo>1% = 5465м3/с.
В ходе водно-энергетических расчётов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Чагоянской ГЭС, а также определена зона её работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила Ауст = 370 МВт. Определён уровень мёртвого объёма, отметка которого равна 232,33 м. Полезный объём при данных отметках НПУ 245 м и УМО составляет 20 тыс. м3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 2 млрд. кВтш.
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 напор Нтах = 77,3 м;
- максимальный расход дГэс = 602 м3/с;
- расчётный напор Нрасч = 71,5 м;
- минимальный напор Нт[П = 64,5 м.
По результатам расчета была выбрана турбина РО115-В с диаметром рабочего колеса 4,25 м, количество агрегатов принимаем равным трем, с синхронной частотой вращения 150 об/мин.
По справочным данным был выбран генератор по расчетному значению его номинальной мощности и синхронной частоте вращения.Для выбранной турбины РО115-В с номинальной мощностью 92,5 МВт и синхронной частотой вращения 150 об/мин выбира гидрогенератор СВ-835/180-36.
Далее в результате технико-экономических расчётов выбрана структурная схема ГЭС с четырьмя простыми блоками на напряжении 220 кВ. К РУВН присоединены трансформаторы ТДЦ-125000/220. Так же произведен выбор трансформаторов собственных нужд ТСЗ 1600/15 УЗ. В качестве распределительных устройств выбраны ОРУ 220 кВ. Главная схема электрических соединений для РУВН 220 кВ - с двумя рабочими системами шин и обходной.
В качестве генераторного выключателя, принят вакуумный выключатель КАГ-15,75 со встроенными трансформаторами тока и напряжения, разъединителем, ограничителем перенапряжения, имеющий большой ресурс и надёжность.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной.
В состав сооружений входят:
1) водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 86,4 м;
2) станционная бетонная плотина - 96 м;
3) здание ГЭС приплотинного типа.
На данном этапе расчётным путём определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
1) количество водосливных пролётов - 4, шириной 18 м;
2) отметка гребня водослива УГВ = 237,00 м;
3) отметка гребня быка УГБ = 248,80 м;
3) ширина подошвы плотины по основанию 60,3 м;
4) в качестве гасителя энергии потока был рассчитан отлет струи.
Во избежание недопустимо больших напряжений, появляющихся при неравномерных осадках основания и при температурных деформациях, в различных частях тела бетонной плотины, она разделена на секции постоянными температурно-осадочными швами.
Разрезка водосливной части плотины деформационными швами произведена по быкам, чтобы избежать неравномерных осадок смежных быков, что может привести к заклиниванию затворов.
Плотина удовлетворяет условию прочности (в частности отсутствие растягивающих напряжений, а также наличие сжимающих напряжений, не превосходящих пределов прочности на сжатие материала плотины). Спроектированное гидротехническое сооружение отвечает требованиям устойчивости (сопротивлением сдвигу). Плотина отвечает всем требованиям, предусмотренными СНиП.
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:
- стоимость строительства гидроузла - 10 279,26 млн. руб.;
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,20руб/кВт-ч.
Таким образом, строительство Чагоянской ГЭС с установленной мощностью 370 МВт в настоящее время является актуальным.