ПРОЕКТИРОВАНИЕ СЕЛЕНГИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ СЕЛЕНГА. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГА, АЛГОРИТМЫ ДЕЙСТВИЯ, ГАРАНТИИ РЕГУЛИРОВАНИЯ, СПОСОБЫ ПРОВЕРКИ И ИСПЫТАНИЙ
Сокращённый паспорт Селенгинской ГЭС 7
Введение 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Климат в районе проектируемого гидроузла 10
1.2 Гидрологические данные 10
1.3 Инженерно - геологические условия 12
1.4 Сейсмические условия 12
1.5 Данные по энергосистеме 13
1.6 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водно-энергетические расчеты и выбор установленной мощности 14
2.1 Регулирование стока воды 14
2.1.1 Исходные данные 14
2.1.2 Определение максимальных расчётных расходов 14
2.1.3 Кривые обеспеченности расходов 16
2.1.4 Выбор расчётного маловодного и средневодного года 17
2.1.5 Определение типа регулирования 18
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетческих
расчётов 19
2.2.1 Перераспределение стока маловодного года 19
2.2.2 Водноэнергетические расчёты по условию маловодного года 20
2.2.3 Определение установленной мощности ГЭС 22
2.2.4 Водноэнергетические расчёты по условию средневодного года 22
2.3 Баланс мощности и энергии 23
2.3.1 Баланс энергии 23
2.3.2 Баланс мощности 23
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 24
3.1.1 Построение режимного поля 24
3.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 26
3.3 Определение отметки расположения рабочего колеса гидротурбины.. 30
3.4 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 32
3.5 Выбор вспомогательного оборудования 33
3.6 Выбор типа серийного гидрогенератора 34
4 Электрическая часть 35
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 34
4.2 Выбор блочных трансформаторов 36
4.2.1 Выбор блочных трансформаторов для схемы с единичными
блоками 36
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов для схемы с объединенными
блоками 38
4.3 Выбор синхронных генераторов 39
4.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 39
4.5 Выбор количества отходящих линий РУ ВН 39
4.6 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчёта 41
4.7 Выбор схемы распределительного устройства 42
4.8 Расчёт токов короткого замыкания 43
4.8.1 Расчёт в программном комплексе «RastrWin» 43
4.9 Выбор электрических аппаратов 48
4.9.1 Выбор и расчёт токоведущих частей аппаратов и проводников 48
4.9.2 Выбор выключателей и разъединителей 49
4.9.3 Выбор трансформаторов тока и напряжения 51
4.10 Выбор параметров ОРУ 51
4.10.1 Выбор выключателей и разъединителей 51
4.10.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 52
5 Релейная защита и автоматика 53
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 53
5.2 Перечень защит основного оборудования 54
5.3 Расчёт номинальных токов 55
5.4 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 55
5.5 Продольная дифференциальная защита генератора 56
5.6 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 58
5.7 Защита от повышения напряжения 61
5.8 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 62
5.9 Защита от симметричных перегрузок статора 66
5.10 Дистанционная защита генератора 67
5.11 Защита ротора от перегрузки 71
5.12 Таблица уставок 72
6 Компоновка и сооружения гидроузла 73
6.1 Состав и компоновка гидроузла 73
6.2 Определение класса плотины и отметки гребня плотины 73
6.2.1 Определение класса гидротехнического сооружения 73
6.2.2 Определение отметки гребня плотины 73
6.3 Гидравлический расчёт бетонной водосливной плотины 76
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 76
6.3.2 Определение отметки гребня водослива 77
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 79
6.3.4 Построение профиля водосливной грани 81
6.3.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 81
6.3.6 Расчет параметров принятых гасителей 83
6.4 Конструирование плотины 85
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 85
6.4.2 Разрезка плотины швами 86
6.4.3 Быки 87
6.4.4 Устои 87
6.4.5 Галереи в теле плотины 87
6.4.6 Дренаж тела бетонных плотин 87
6.5 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины 88
6.5.1 Цементационная завеса 88
6.6 Фильтрационные расчеты 90
6.7 Определение основных нагрузок на плотину 91
6.7.1 Вес сооружения 91
6.7.2 Сила гидростатического давления воды 92
6.7.3 Равнодействующая взвешивающего давления 92
6.7.4 Сила фильтрационного давления 93
6.7.5 Давление грунта 93
6.7.6 Волновое давление 95
6.8 Расчёт прочности плотины 95
6.8.1 Критерии прочности плотины 98
6.9 Расчёт устойчивости плотины 99
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 100
7.1 Требования по охране труда и техники безопасности 100
7.2 Пожарная безопасность 102
7.3 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния
Селенгинского ГУ 104
7.3.1 Воздействия на природную среду в строительный период 104
7.3.2 Отходы, образующиеся при строительстве 105
7.3.3 Мероприятия по охране атмосферного воздуха 106
7.3.4 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на
состояние водных ресурсов 107
7.3.5 Водоохранная зона 108
7.3.6 Водоохранные мероприятия по гидроэлектростанции 109
8 Технико-экономические показатели 110
8.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 110
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 111
8.3 Налоговые расходы 113
8.4 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 113
8.5 Оценка инвестиционного проекта 114
8.6 Показатели коммерческой эффективности проекта 115
8.7 Бюджетная эффективность 116
8.8 Анализ чувствительности 116
9 Системы автоматического управления ГА, алгоритмы действия, гарантии
регулирования, способы проверки и испытаний 119
9.1 Функциональный состав системы автоматического управления 119
9.2 Принцип действия системы управления 122
9.2.1 Управление режимом гидроагрегата 123
9.2.2 Проверка готовности 124
9.2.3 Пуск гидроагрегата 125
9.2.4 Нормальный останов гидроагрегата 125
9.2.5 Быстрый останов 126
9.2.6 Аварийный останов 127
9.2.7 Аварийный останов со сбросом затворов 128
9.3 Испытания системы регулирования 129
9.3.1 Контрольные натурные испытания 130
9.3.2 Объем испытаний, проводимых до заполнения водой проточного
тракта 130
9.3.3 Объем испытаний, проводимых после заполнения водой турбинной
камеры 131
9.3.4 Объем испытаний после подключения гидрогенератора к
энергосистеме 131
9.3.5 Приемо-сдаточные натурные испытания 132
Заключение 134
Список используемых источников 136
Приложения А - Г
Энергетический кризис, связанный с сокращением запасов органического топлива, и стремительно возрастающие проблемы экологии определяют всё больший интерес во всём мире к использованию природных возобновляемых энергоресурсов. Среди них весьма существенное место по запасам и масштабам использования занимает энергия потоков воды. Стабильность потока воды и широкие возможности по регулированию его энергии позволяет использовать более простые и дешёвые системы генерирования и стабилизации параметров производимой электроэнергии.
Себестоимость производства электроэнергии в кВт ч на ГЭС в 7-10 раз, на порядок ниже, чем на тепловых и атомных станциях. Источник энергии - текущая вода, постоянно возобновляемая, в отличие от нефти, газа, твердого топлива и ядерного горючего. В условиях медленного прогресса в создании альтернативных источников электроэнергии доля гидроэнергетики в энергетическом балансе страны со временем будет только возрастать, а уровень развития энергетики в свою очередь отражает достигнутый техникоэкономический потенциалстраны. Поэтому, структурным лидером в развитии электроэнергетики на ближайшие десятилетия должна стать гидроэнергетика, как наиболее развитая, экологически безопасная и привлекательная для инвестиций отрасль народного хозяйства.
Следует отметить, что гидроэлектростанции могут устанавливаться практически на любых водотоках, соответственно изменяется мощность агрегатов. Особое свойство гидротехнических сооружений заключается в том, что их разрушение высвобождает на волю разрушительную стихию, приводящее за короткое время к колоссальным материальным убыткам, но что особо важно к большим человеческим жертвам. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов.
Целью проекта является проектирование Селенгинской ГЭС на реке Селенга её сооружений и электрической части, выбор основного гидросилового и вспомогательного оборудования, разработка правил охраны труда и окружающей среды и технико-экономическое обоснование эффективности проекта.
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Селенгинского гидроузла на реке Селенга, являющимся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев: основного обеспеченностью 0,1 % и поверочного 0,01 % равных 4074 и 4669 м3/с соответственно.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 295 МВт и среднемноголетняя выработка 1,589 млрд. кВтч.
На третьем 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 - 36,30 м;
расчетный - 28,90 м ;
минимальный - 21,50 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1215 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта ПЛ40а-В и ПЛ40б-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами ПЛ40а-В-600.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-1070/145- 52 с номинальной активной мощностью 80 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с одиночными блоками и принята схема распределительного устройства на 7 присоединений (4 блока, 3 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ - "две рабочие и обходная система шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ-125000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТМН-4000, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС 240/32.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята русловая.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с отлетом струи - 75,00 м;
- глухая плотина, сопрягающая водосливную и станционную части - 15,00 м;
- станционная бетонная плотина - 126,00 м;
- правобережная глухая, сопрягающая водосливную и грунтовую плотины - 48,00 м;
- правобережная грунтовая плотина - 287,70 м;
- левобережная бетонная плотина - 120,00 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы водосливной плотины - 32,30 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 524,00 м;
- число водосливных отверстий - 5;
- ширина водосливных отверстий в свету - 12 м;
- отметка гребня - 570,00 м;
- ширина гребня - 18,00 м.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,34 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Селенгинского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. 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 расчетам получены следующие показатели:
- срок окупаемости - 6 лет, 11 месяцев;
- себестоимость - 0,15руб/кВтч
- удельные капиталовложения - 108001 руб./кВт.
Таким образом, строительство Селенгинской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
