Проектирование Бурейской ГЭС на реке Бурея. Схемы и выбор оборудования сети оперативного постоянного тока ГЭС, РУ, разработка схемы для проектируемой ГЭС
|
Сокращённый паспорт Бурейской ГЭС 6
Введение 8
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
1.1.4 Инженерно-геологические условия 11
1.2 Энерго - экономическая характеристика региона 12
2 Водноэнергетические расчёты 13
2.1 Исходные данные 13
2.2 Вычисление и построение кривых обеспеченности расходов 13
2.3 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 16
2.4 Выбор расчётных годов 17
2.4.1 Выбор расчётного средневодного года (Р=50%) 17
2.4.2 Выбор расчётного маловодного года (Р=90%) 18
2.5. Построение нагрузки графиков энергосистемы 19
2.5.1 Суточный график 19
2.6 Годовые графики нагрузки энергосистемы 22
2.7 Расчет режимов работы ГЭС с учётом требований водохозяйственной
системы 25
2.8 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году 29
2.9 Определение рабочей мощности ГЭС 30
2.10 Определение установленной мощности ГЭС и планирование
капитального ремонта 32
2.11 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по
водности году 34
2.12 Построение режимного поля 36
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 38
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 38
3.2 Выбор отметки расположения рабочего колеса 46
3.3 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 46
3.4 Выбор маслонапорной установки 48
3.5 Выбор гидрогенератора 49
4 Электрическая часть 51
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 51
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 52
4.3 Выбор количества линий РУ ВН и сечения проводов 53
4.4 Выбор схемы РУ ВН 55
4.5 Расчёт токов короткого замыкания 55
4.5.1 Расчёт тока трёхфазногои однофазного КЗ в РУВН 55
4.5.2 Расчёт тока трёхфазного КЗ на генераторном напряжении 55
4.6 Выбор и проверка электрических аппаратов на РУ ВН 63
4.7 Выбор и проверка электроаппаратов на генераторном напряжении 67
5 Устройства релейной защиты и автоматики 69
5.1 Перечень защит основного оборудования 69
5.2 Описание защит и расчет их уставок 70
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 70
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN) 72
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 75
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 75
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 79
5.2.6 Дистанционная защита генератора Z1<, Z2< 80
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 84
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 85
6 Компоновка и сооружения гидроузла 86
6.1 Гидравлические расчеты 86
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 86
6.1.2 Определение ширины водосливного фронта 88
6.1.3 Определение отметки гребня водослива 89
6.1.4 Расчет сопряжения бьефов 92
6.1.5 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 94
6.1.6 Построение профиля водосливной грани 97
6.1.7 Пропуск расходов через донные отверстия 98
6.2 Конструирование плотины 99
6.2.1 Определение ширины подошвы плотины 99
6.2.2 Разрезка бетонных плотин швами 100
6.2.3 Быки 100
6.2.4 Расчёт цементационной завесы и дренажа 102
6.2.5 Галереи в теле плотины 103
6.3 Волновое давление 104
6.3.1 Волновое давление при основном сочетании нагрузок 104
6.4 Статические расчеты плотины 105
6.4.1 Вес сооружения 105
6.4.2 Сила гидростатического давления 106
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 107
6.4.4 Сила фильтрационного давления 107
6.4.5 Давление грунта 108
6.5 Расчёт прочности плотины 109
6.5.1 Определение напряжений 109
6.5.2 Критерии прочности плотины 112
6.5.3 Расчёт устойчивости плотины на плоский сдвиг по основанию 114
6.6 Расчёт длины здания ГЭС 115
6.7 Расчёт пропуска строительных расходов 115
7 Охрана труда. Пожарная безопасность Охрана окружающей среды 117
7.1 Охрана труда и техника безопасности 117
7.2 Пожарная безопасность 118
7.3 Охрана окружающей среды 120
8. Технико-экономические показатели 124
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 124
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 124
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 125
8.1.3 Налоговые расходы 127
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и
мощности 128
8.3 Оценка инвестиционного проекта 129
8.3.1 Методология, исходные данные 129
8.3.2 Коммерческая эффективность 130
8.3.3 Бюджетная эффективность 130
8.4 Анализ чувствительности 131
9 Схемы и выбор оборудования сети оперативного постоянного тока ГЭС, РУ, разработка схемы для проектируемой ГЭС 133
9.1 Состав и режимы работы системы оперативного постоянного тока 133
9.2 Принципы построения и требования к схемам СОПТ 133
9.3 Требования к аккумуляторным батареям 135
9.3.1 Выбор аккумуляторной батареи по номограммам с учётом
стабилизатора 136
9.4 Зарядно-подзарядные устройства 138
9.5 Распределительные щиты и шкафы системы оперативного постоянного тока 138
9.6 Расчет токов короткого замыкания схемы сети оперативного постоянного тока 139
9.6.1 Расчет токов короткого замыкания схемы СОПТ проектируемой ГЭС 139
9.6.2 Выбор защитных аппаратов в цепях вводов рабочего и резервного
питания ЩПТ (автоматические выключатели QF-1.2) 145
9.6.3 Выбор защитных аппаратов в цепи питания и присоединений системы
начального возбуждения 147
9.6.4 Выбор защитных аппаратов в цепи питания и присоединений панели
питания оперативного тока 147
9.7 Силовые и контрольные кабели 148
Заключение 150
Список использованных источников 152
ПРИЛОЖЕНИЕ А-Ж
Введение 8
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
1.1.4 Инженерно-геологические условия 11
1.2 Энерго - экономическая характеристика региона 12
2 Водноэнергетические расчёты 13
2.1 Исходные данные 13
2.2 Вычисление и построение кривых обеспеченности расходов 13
2.3 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года при
заданной обеспеченности стока 16
2.4 Выбор расчётных годов 17
2.4.1 Выбор расчётного средневодного года (Р=50%) 17
2.4.2 Выбор расчётного маловодного года (Р=90%) 18
2.5. Построение нагрузки графиков энергосистемы 19
2.5.1 Суточный график 19
2.6 Годовые графики нагрузки энергосистемы 22
2.7 Расчет режимов работы ГЭС с учётом требований водохозяйственной
системы 25
2.8 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году 29
2.9 Определение рабочей мощности ГЭС 30
2.10 Определение установленной мощности ГЭС и планирование
капитального ремонта 32
2.11 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по
водности году 34
2.12 Построение режимного поля 36
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 38
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 38
3.2 Выбор отметки расположения рабочего колеса 46
3.3 Определение геометрических размеров проточной части и машинного
зала 46
3.4 Выбор маслонапорной установки 48
3.5 Выбор гидрогенератора 49
4 Электрическая часть 51
4.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 51
4.2 Выбор основного оборудования ГЭС 52
4.3 Выбор количества линий РУ ВН и сечения проводов 53
4.4 Выбор схемы РУ ВН 55
4.5 Расчёт токов короткого замыкания 55
4.5.1 Расчёт тока трёхфазногои однофазного КЗ в РУВН 55
4.5.2 Расчёт тока трёхфазного КЗ на генераторном напряжении 55
4.6 Выбор и проверка электрических аппаратов на РУ ВН 63
4.7 Выбор и проверка электроаппаратов на генераторном напряжении 67
5 Устройства релейной защиты и автоматики 69
5.1 Перечень защит основного оборудования 69
5.2 Описание защит и расчет их уставок 70
5.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 70
5.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN) 72
5.2.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 75
5.2.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок
и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 75
5.2.5 Защита от симметричных перегрузок (I1) 79
5.2.6 Дистанционная защита генератора Z1<, Z2< 80
5.2.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 84
5.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 85
6 Компоновка и сооружения гидроузла 86
6.1 Гидравлические расчеты 86
6.1.1 Определение отметки гребня плотины 86
6.1.2 Определение ширины водосливного фронта 88
6.1.3 Определение отметки гребня водослива 89
6.1.4 Расчет сопряжения бьефов 92
6.1.5 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 94
6.1.6 Построение профиля водосливной грани 97
6.1.7 Пропуск расходов через донные отверстия 98
6.2 Конструирование плотины 99
6.2.1 Определение ширины подошвы плотины 99
6.2.2 Разрезка бетонных плотин швами 100
6.2.3 Быки 100
6.2.4 Расчёт цементационной завесы и дренажа 102
6.2.5 Галереи в теле плотины 103
6.3 Волновое давление 104
6.3.1 Волновое давление при основном сочетании нагрузок 104
6.4 Статические расчеты плотины 105
6.4.1 Вес сооружения 105
6.4.2 Сила гидростатического давления 106
6.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 107
6.4.4 Сила фильтрационного давления 107
6.4.5 Давление грунта 108
6.5 Расчёт прочности плотины 109
6.5.1 Определение напряжений 109
6.5.2 Критерии прочности плотины 112
6.5.3 Расчёт устойчивости плотины на плоский сдвиг по основанию 114
6.6 Расчёт длины здания ГЭС 115
6.7 Расчёт пропуска строительных расходов 115
7 Охрана труда. Пожарная безопасность Охрана окружающей среды 117
7.1 Охрана труда и техника безопасности 117
7.2 Пожарная безопасность 118
7.3 Охрана окружающей среды 120
8. Технико-экономические показатели 124
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 124
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 124
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 125
8.1.3 Налоговые расходы 127
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и
мощности 128
8.3 Оценка инвестиционного проекта 129
8.3.1 Методология, исходные данные 129
8.3.2 Коммерческая эффективность 130
8.3.3 Бюджетная эффективность 130
8.4 Анализ чувствительности 131
9 Схемы и выбор оборудования сети оперативного постоянного тока ГЭС, РУ, разработка схемы для проектируемой ГЭС 133
9.1 Состав и режимы работы системы оперативного постоянного тока 133
9.2 Принципы построения и требования к схемам СОПТ 133
9.3 Требования к аккумуляторным батареям 135
9.3.1 Выбор аккумуляторной батареи по номограммам с учётом
стабилизатора 136
9.4 Зарядно-подзарядные устройства 138
9.5 Распределительные щиты и шкафы системы оперативного постоянного тока 138
9.6 Расчет токов короткого замыкания схемы сети оперативного постоянного тока 139
9.6.1 Расчет токов короткого замыкания схемы СОПТ проектируемой ГЭС 139
9.6.2 Выбор защитных аппаратов в цепях вводов рабочего и резервного
питания ЩПТ (автоматические выключатели QF-1.2) 145
9.6.3 Выбор защитных аппаратов в цепи питания и присоединений системы
начального возбуждения 147
9.6.4 Выбор защитных аппаратов в цепи питания и присоединений панели
питания оперативного тока 147
9.7 Силовые и контрольные кабели 148
Заключение 150
Список использованных источников 152
ПРИЛОЖЕНИЕ А-Ж
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.
Гидроэнергетика является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90 % резерва регулировочной мощности.
Проектируемая Бурейская ГЭС имеет большое значение для энергетики, экономики, социальной сферы и народного хозяйства Амурской области.
В районе расположения гидроузла будут созданы условия для развития территориально-промышленных комплексов, строительства населенных пунктов. Создание Верейского ГУ обеспечит местное население рабочими местами. Налоговые отчисления предприятия станут значительной статьей в областном бюджете.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования ГЭС с применением теоретических знаний, данных из опыта гидротехнического строительства, а также путем творческого подхода и инженерной мысли, найти оптимальные проектные решения. При этом проектируемый гидроузел должен удовлетворять требованиям безопасности, надежности и экономичности.
Гидроэнергетика является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90 % резерва регулировочной мощности.
Проектируемая Бурейская ГЭС имеет большое значение для энергетики, экономики, социальной сферы и народного хозяйства Амурской области.
В районе расположения гидроузла будут созданы условия для развития территориально-промышленных комплексов, строительства населенных пунктов. Создание Верейского ГУ обеспечит местное население рабочими местами. Налоговые отчисления предприятия станут значительной статьей в областном бюджете.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования ГЭС с применением теоретических знаний, данных из опыта гидротехнического строительства, а также путем творческого подхода и инженерной мысли, найти оптимальные проектные решения. При этом проектируемый гидроузел должен удовлетворять требованиям безопасности, надежности и экономичности.
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Бурейского гидроузла на реке Бурея, являющимся сооружением I класса.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного случая обеспеченностью 0,1 % равного 1717 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 1340 МВт и среднемноголетняя выработка 7,1 млрд. кВт^ч.
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 - 119 м;
- расчетный - 105 м ;
- минимальный - 92,8 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 918 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта РО 140 -В и ПЛД140-В450.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами РО 140 -В - 630.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 1313/265-48-УХЛ4 с номинальной активной мощностью 335 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 7 присоединений (4 единичных блока, 3 отходящих воздушных линий) КРУЭ 500 кВ - "схема 3/2". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
- трансформаторы ТДЦ-400000/500-У1, УХЛ1;
- трансформаторы общестанционных собственных нужд ТМ - 4000/15 УХЛ1;
- для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 300/66 (три провода в фазе).
Выбран генераторный аппаратный комплекс типа HECS - 130 XXLp.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Бурейская ГЭС спроектирована по приплотинной схеме.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с отлетом струи;
- глухая бетонная плотина;
- станционная часть;
- правобережная и левобережные бетонные плотины.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 100 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 129,7 м;
- отметка гребня водослива - 250 м;
- число водосливных отверстий - 3;
- ширина водосливных отверстий в свету - 12 м;
- отметка гребня - 258,7 м.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетании нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,37 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Бурейской ГЭС отвечает требованиям надежности.
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:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 25 коп/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 66,11млн. руб/кВт;
- срок окупаемости 6,5 лет.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Бурейской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
На первом этапе на основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для основного случая обеспеченностью 0,1 % равного 1717 м3/с.
В ходе водно-энергетических расчетов была рассчитана установленная мощность, равная 1340 МВт и среднемноголетняя выработка 7,1 млрд. кВт^ч.
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 - 119 м;
- расчетный - 105 м ;
- минимальный - 92,8 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 918 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось два варианта РО 140 -В и ПЛД140-В450.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами РО 140 -В - 630.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 125 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ 1313/265-48-УХЛ4 с номинальной активной мощностью 335 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 7 присоединений (4 единичных блока, 3 отходящих воздушных линий) КРУЭ 500 кВ - "схема 3/2". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
- трансформаторы ТДЦ-400000/500-У1, УХЛ1;
- трансформаторы общестанционных собственных нужд ТМ - 4000/15 УХЛ1;
- для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 300/66 (три провода в фазе).
Выбран генераторный аппаратный комплекс типа HECS - 130 XXLp.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Бурейская ГЭС спроектирована по приплотинной схеме.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с отлетом струи;
- глухая бетонная плотина;
- станционная часть;
- правобережная и левобережные бетонные плотины.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 100 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 129,7 м;
- отметка гребня водослива - 250 м;
- число водосливных отверстий - 3;
- ширина водосливных отверстий в свету - 12 м;
- отметка гребня - 258,7 м.
В этом же разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном сочетании нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,37 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Таким образом, плотина Бурейской ГЭС отвечает требованиям надежности.
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:
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 25 коп/кВт-ч;
- удельные капиталовложения - 66,11млн. руб/кВт;
- срок окупаемости 6,5 лет.
Из этого можно сделать вывод, что строительство Бурейской ГЭС является обоснованным, в том числе с точки зрения экономических показателей.
Подобные работы
- Проектирование Бурейской ГЭС на реке Бурея. Схемы и выбор оборудования сети оперативного постоянного тока ГЭС, РУ, разработка схемы для проектируемой ГЭС
Бакалаврская работа, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 5750 р. Год сдачи: 2017