Проектирование Слюдянской ГЭС на реке Подкаменная Тунгуска. Пневмохозяйство ГЭС (технологические схемы и состав оборудования, типы компрессорных установок, выбор для определенного состава потребителей, требования по монтажу, безопасности, проведению
обслуживания, контроль состояния и системы защит)
Сокращенный паспорт Слюдянского гидроузла 6
Введение 8
1 Анализ исходных данных 9
1.1 Общие сведения 9
1.2 Климат в районе проектируемой гидроэлектростанции 10
1.3 Гидрологические данные 10
1.4 Энерго-экономическая характеристика района 15
2 Водно-энергетические расчеты 16
2.1. Выбор расчетных гидрографов маловодного и средневодного года 16
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 21
2.4 Расчет мощности ГЭС без регулирования (по бытовому стоку) 24
2.5 Расчет мощности ГЭС по требованиям ВХК 24
2.6 ВЭР по условиям маловодного года 27
2.7 Определение установленной мощности ГЭС и планирование
капитальных ремонтов 30
2.7 ВЭР по условиям средневодного года 35
3 Основное и вспомогательное оборудование 39
3.1 Построение режимного поля, выбор числа и типа агрегатов 39
3.2 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения ее бескавитационной работы 44
3.3 Определение геометрических размеров проточной части
гидротурбины ПЛ70/642-В-Б-850 47
3.4 Выбор типа и габаритных размеров МНУ и колонки управления 47
3.5 Выбор типа серийного гидрогенератора 48
4 Электрическая часть 50
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 50
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 51
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 51
4.2.2 Выбор блочных трансформаторов 51
4.2.3Выбор трансформаторов собственных нужд 52
4.2.4 Выбор линий электропередач 500 кВ 52
4.3 Выбор схем РУ высокого напряжения 53
4.4 Расчет токов короткого замыкания 54
4.4.1 Составление схемы замещения расчет параметров схемы 54
4.4.2 Расчет токов КЗ в точке К-1 56
4.4.3 Расчет токов КЗ в точке К-2 58
4.5 Выбор электрических аппаратов 60
4.5.1 Выбор и расчет токоведущих частей аппаратов и проводников 60
4.5.2 Выбор выключателей и разъединителей 60
5 Релейная защита и автоматика 62
5.1 Перечень защит основного оборудования 62
5.1.1 Защиты генератора 62
5.1.2 Защиты трансформатора блока 63
5.1.3 Защиты КРУЭ - 500 кВ 63
5.1.4 Защиты воздушных линий 500 кВ 64
5.2 Расчёт продольной дифференциальной защиты генератора 64
6 Компоновка и сооружения гидроузла 69
6.1 Определение отметки гребня земляной плотины и гребня быка 69
6.1.1 Основной расчетный случай 70
6.1.2 Поверочный расчетный случай 72
6.2 Определение класса гидротехнического сооружения 74
6.3 Гидравлические расчёты 74
6.3.1 Определение ширины водосливного фронта 75
6.3.2 определение отметки гребня водослива 76
6.3.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 78
6.3.4 определение формы водосливной поверхности 79
6.3.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 81
6.3.6 Выбор и расчет гасителя энергии в нижнем бьефе 82
6.4 Конструирование плотины 84
6.4.1 Определение ширины подошвы плотины 84
6.4.2 Быки 86
6.4.3 Устои 86
6.5 Фильтрационный расчет 86
6.5.1 Основной случай 87
6.5.2 Поверочный случай 88
6.6 Статический расчет плотины 89
6.6.1 Вес сооружения 89
6.6.2 Сила гидростатического давления 90
6.6.3 Сила взвешивающего и фильтрационного давления 90
6.6.4 Давление грунта 91
6.6.5 Давление грунта 92
6.7 Расчет прочности плотины 92
6.7.1 Основной расчетный случай 93
6.7.2 Поверочный расчетный случай 95
6.7 Оценка прочности плотины 96
6.6 Расчет устойчивости плотины на сдвиг по основанию 97
6.6.1 Основное сочетание нагрузок 97
6.6.1 Особое сочетание нагрузок 98
7 Охрана труда и противопожарная безопасность, мероприятия по охране
окружающей среды 100
7.1 Требования по охране труда 100
7.2 Пожарная безопасность 102
7.3 Охрана окружающей среды 104
7.3.1 Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие
на состояние водных ресурсов 106
7.3.2 Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции 107
7.3.3 Мероприятия по обращению с отходами производства и потребления 108
7.3.4 Охрана атмосферного воздуха 109
8 Технико-экономические показатели 111
8.1 Оценка объемов реализации энергии и расходов 111
8.1.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 111
8.1.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 112
8.1.3 Налоговые расходы 114
8.2 Оценка суммы прибыли 115
8.3 Оценка инвестиционного проекта 116
8.3.1 Методология и исходные данные оценка инвестиционного
проекта 116
8.3.2 Показатели коммерческой эффективности проекта 117
8.3.3 Бюджетная эффективность 117
8.4 Анализ рисков 118
9 Пневмохозяйство ГЭС 120
9.1 Назначение пневматического хозяйства ГЭС 120
9.2 Состав оборудования ГЭС 121
9.3 Типы компрессорных установок 123
9.4 Выбор для определенного состава потребителей 124
9.5 Технологические схемы пневматического хозяйства 128
9.6 Требования по монтажу и безопасности пневмотического хозяйства
ГЭС 130
9.7 Управление и контроль состояния 131
9.8 Системы защит компрессорных установок 131
Заключение 133
Список использованных источников 136
Приложение
Гидроэнергетика - одна из важнейших отраслей промышленности в нашей стране. Потенциал водных ресурсов использован всего лишь на 19%, в то время как в ряде других развитых стран этот показатель превосходит 80%.
Гидроэнергетические ресурсы — возобновляемый источник энергии, связанный с круговоротом воды в природе.
Более 70% поверхности земли покрыто водами. Сила тяжести способствует перераспределению жидкой влаги с более высоких участков земной поверхности на более низкие. Под воздействием лучей солнца вода рек, озер, морей и океанов испаряется, после чего конденсируется в атмосфере, образуя облака, и благодаря силе тяжести возвращается на землю в виде осадков.
Гидроресурсы - наиболее экологически чистый источник энергии из промышленно доступных, не создающий эмиссии углекислого газа и вредных веществ в атмосферу.
Гидростанции - один из самых эффективных источников энергии. Коэффициент полезного действия турбин гидростанций достигает 95%, что существенно выше КПД турбин других типов электростанций.
Себестоимость электроэнергии произведенной на ГЭС, не зависит от колебаний цен на традиционное топливо: уголь, газ, мазут, уран. 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. Гидростанции 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. Все эти преимущества подталкивают к строительству новых гидроэлектростанций.
Целью дипломного проекта является проработка основных этапов проектирования гидроэлектростанции, с применением и закреплением теоретических знаний, а также путем инженерной мысли и творческого подхода к решению конкретных задач, найти правильные проектные решения.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры средненапорной Слюдянской ГЭС высотой 760 м на реке Подкаменная Тунгуска, являющимся сооружением I класса.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила N'/c = 1942,7 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 79,98 м. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 10,98 млрд.кВтш.
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 - Hmax = 66,3 м;
max
расчетный - Нр = 50,6 м;
минимальный -Hmin = 66,3 м. м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 4400 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось варианты ПЛ 70 и ПЛД 70 с разными диаметрами. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с восьми гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 8,5 м (ПЛ70-В- 850).
Для турбины был рассчитан генератор СВ-1596/170-66с номинальной активной мощностью 242,8 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с объединенными блоками и принята схема распределительного устройства КРУЭ-500кВ - три вторых. По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ -400000/500, трансформаторы собственных нужд ТДНС - 25000/15, для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС330/43.
Распределительное устройство принято элегазовым (КРУЭ-500) - ЯЭУ 500(Энергомеханический завод), т.к. неоспоримыми преимуществами КРУЭ перед другими видами распределительных устройств являются: повышенная надежность, компактность (модульная структура) и заводская сборка, что напрямую влияет на размеры площади размещения, стоимость подготовки основания площадки под КРУЭ и простоту обслуживания.
В качестве генераторного выключателя, принят элегазовый генераторный комплекс FKG1F фирмы Alstom Grid .
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Компоновка гидроузла была принята приплотинной. Строительные расходы пропускаются через гребенку. Плотина принята бетонная водосливная и бетонная станционная. Береговые примыкания выполнены бетонной глухой плотиной Здание ГЭС - приплотинного типа.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля;
- станционная бетонная плотина;
- глухие бетонная, право и левобережная плотины;
- здание ГЭС приплотинного типа.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 49,0 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 35,0 м;
- число водосливных отверстий - 14;
- ширина водосливных отверстий в свету - 18 м;
- отметка гребня - 111,0м;
- длинна по гребню - 1250 м.
Сопряжение бьефов осуществляется с помощью отогнанного прыжка.
Для снятия противодавления устроены цементационная завеса и дренаж.
Ось цемзавесы расположена на расстоянии 4,9 м от напорной грани. Глубина скважин цементационной завесы составляют 34 м.
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.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,39 (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Слюдянской ГЭС отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям предусмотренными СП.
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 - 0,12 руб/кВт-ч;
- срок окупаемости 77 месяц.
Таким образом, строительство Слюдянской ГЭС с установленной мощностью 1942,7 МВт является актуальным для ЕЭС, для поддержания развития региона, вытесняя тепловые мощности с графика нагрузки энергосистемы.