Помощь студентам в учебе
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОГОЧИНСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ШИЛКА. СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ ГЭС, ОСОБЕННОСТИ СХЕМ ИСПОЛНЕНИЯ, ТРЕБОВАНИЯ К НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГЭС
|
Сокращенный паспорт Могочинской гэс 6
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Гидрология 9
1.2 Флора и фауна 9
2 Водно-энергетические расчеты 10
2.1 Исходные данные 10
2.2 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года 11
2.3 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН 13
2.4 Построение кривых связи ВБ и НБ 14
2.4.1 Кривые связи ВБ 14
2.4.2 Кривые связи НБ 15
2.5 Водно-энергетический расчет 17
2.5.1 Расчет гарантированных мощностей 17
2.5.2 Построение баланса энергии 18
2.5.3 Распределение гарантированных мощностей 19
2.6 Определение установленной мощности ГЭС 23
2.7 Определение среднемноголетней выработки 24
2.8 Построение режимного поля ГЭС 27
2.9 Построение баланса мощностей 28
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 30
3.1 Выбор системы и типа гидротурбины 30
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 37
3.3 Анализ вариантов 38
3.4 Гидромеханический расчёт металлической спиральной камеры 38
3.5 Выбор серийного гидрогенератора 43
3.6 Выбор МНУ и электрогидравлического регулятора 44
3.6.1 Выбор маслонапорной установки 44
3.6.2 Выбор электрогидравлического регулятора 44
4 Компоновка и сооружения гидроузла 45
4.1 Определение отметки гребня плотины и гребня глухой плотины 45
4.2 Гидравлический расчет плотины и НБ 46
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 46
4.2.2 Определение отметки гребня водослива. 47
4.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 49
4.2.4 Построение оголовка водослива по Кригер-Офицерову 50
4.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 51
4.2.6 Расчет носка-трамплина и отлета дальности струи 52
4.3 Конструирование плотины 55
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 55
4.3.2 Разрезка плотины швами 57
4.3.3 Быки 57
4.3.4 Устои 57
4.3.4 Галереи в теле плотины 57
4.4 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины. 58
4.5 Определение основных нагрузок на плотину 59
4.5.1 Вес сооружения 59
4.5.2 Сила гидростатического давления воды 60
4.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 61
4.5.4 Сила фильтрационного давления 61
4.5.5 Давление грунта 61
4.5.6 Волновое давление 63
4.6 Расчет прочности плотины 63
4.6.1 Определение напряжений 63.
4.6.2 Критерии прочности плотины 66
4.7 Расчет устойчивости плотины 67
5 Электрическая часть 68
5.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 68
5.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 68
5.2.1 Выбор повышающих трансформаторов 68
5.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 71
5.3 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета. 72
5.4 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ ВН и марки
проводов 73
5.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 7 4
5.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания у
распределительного устройства высшего напряжения с применением программного комплекса RastrWin 75
5.6.1 Расчет исходных данных. 75
5.6.2 Расчет токов короткого замыкания 77
5.7 Выбор и проверка коммутационных аппаратов РУ ВН 78
5.7.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов 78
5.7.2 Выбор выключателей и разъеденителей 79
5.7.3 Выбор трансформаторов напряжения 81
5.7.4 Выбор ограничителя перенапряжения (ОПН) 81
5.8 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном
напряжении. 81
5.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 81
5.8.2 Выбор трансформаторов напряжения 82
5.8.3 Выбор трансформаторов тока 83
5.8.4 Выбор ограничителя перенапряжения (ОПН) 83
5.9 Выбор генераторного синхронизатора и сетевого анализатора 83
6 Релейная защита и автоматика 85
6.1 Перечень защит основного оборудования 85
6.2 Описание защит и расчет их уставок 86
6.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 86
6.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 88
6.2.3 Защита от повышения напряжения. 91
6.2.4 Защита от симметричных перегрузок 95
6.2.5 Дистанционная защита генератора. 97
6.2.6 Защита от перегрузки обмотки ротора. 100
6.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 102
7 Технико-экономические показатели 103
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 103
7.1.1 Текущие расходы по гидроузлу 103
7.1.2 Налоговые расходы 106
7.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности. . .106
7.3 Оценка инвестиционного проекта 107
7.3.1 Методология, исходные данные 108
7.3.2 Коммерческая эффективность 108
7.3.3 Бюджетная эффективность 109
7.4 Анализ чувствительности 109
8 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 113
8.1 Общие сведения о районе строительства 113
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства. 114
8.4 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 115
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 117
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 118
8.6 Расчет пожаротушения трансформатора. 119
9 Собственные нужды ГЭС, особенности схем исполнения, требования к
надежности электроснабжения ответственных потребителей технологических систем ГЭС 121
9.1 Основные сведения и особенности собственных нужд Могочинской ГЭС 122
9.2 Схема исполнения собственных нужд 124
9.3 Система оперативного постоянного тока 125
9.4 Расчёт токов однофазного короткого замыкания на шинах КРУ и
КТП с применением программного комплекса RastrWin. 125
9.5 Выбор оборудования КРУ 6 кВ и КТП 126
Заключение 128
Список использованных источников 130
Введение 8
1 Общая часть 9
1.1 Гидрология 9
1.2 Флора и фауна 9
2 Водно-энергетические расчеты 10
2.1 Исходные данные 10
2.2 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года 11
2.3 Построение суточных графиков нагрузки и ИКН 13
2.4 Построение кривых связи ВБ и НБ 14
2.4.1 Кривые связи ВБ 14
2.4.2 Кривые связи НБ 15
2.5 Водно-энергетический расчет 17
2.5.1 Расчет гарантированных мощностей 17
2.5.2 Построение баланса энергии 18
2.5.3 Распределение гарантированных мощностей 19
2.6 Определение установленной мощности ГЭС 23
2.7 Определение среднемноголетней выработки 24
2.8 Построение режимного поля ГЭС 27
2.9 Построение баланса мощностей 28
3 Выбор основного и вспомогательного оборудования 30
3.1 Выбор системы и типа гидротурбины 30
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины для
обеспечения её бескавитационной работы 37
3.3 Анализ вариантов 38
3.4 Гидромеханический расчёт металлической спиральной камеры 38
3.5 Выбор серийного гидрогенератора 43
3.6 Выбор МНУ и электрогидравлического регулятора 44
3.6.1 Выбор маслонапорной установки 44
3.6.2 Выбор электрогидравлического регулятора 44
4 Компоновка и сооружения гидроузла 45
4.1 Определение отметки гребня плотины и гребня глухой плотины 45
4.2 Гидравлический расчет плотины и НБ 46
4.2.1 Определение ширины водосливного фронта 46
4.2.2 Определение отметки гребня водослива. 47
4.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 49
4.2.4 Построение оголовка водослива по Кригер-Офицерову 50
4.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 51
4.2.6 Расчет носка-трамплина и отлета дальности струи 52
4.3 Конструирование плотины 55
4.3.1 Определение ширины подошвы плотины 55
4.3.2 Разрезка плотины швами 57
4.3.3 Быки 57
4.3.4 Устои 57
4.3.4 Галереи в теле плотины 57
4.4 Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины. 58
4.5 Определение основных нагрузок на плотину 59
4.5.1 Вес сооружения 59
4.5.2 Сила гидростатического давления воды 60
4.4.3 Равнодействующая взвешивающего давления 61
4.5.4 Сила фильтрационного давления 61
4.5.5 Давление грунта 61
4.5.6 Волновое давление 63
4.6 Расчет прочности плотины 63
4.6.1 Определение напряжений 63.
4.6.2 Критерии прочности плотины 66
4.7 Расчет устойчивости плотины 67
5 Электрическая часть 68
5.1 Выбор структурной схемы электрических соединений 68
5.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 68
5.2.1 Выбор повышающих трансформаторов 68
5.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 71
5.3 Выбор главной схемы ГЭС на основании технико-экономического
расчета. 72
5.4 Выбор количества отходящих воздушных линий РУ ВН и марки
проводов 73
5.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего
напряжения 7 4
5.6 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания у
распределительного устройства высшего напряжения с применением программного комплекса RastrWin 75
5.6.1 Расчет исходных данных. 75
5.6.2 Расчет токов короткого замыкания 77
5.7 Выбор и проверка коммутационных аппаратов РУ ВН 78
5.7.1 Определение расчетных токов рабочего и утяжеленного режимов 78
5.7.2 Выбор выключателей и разъеденителей 79
5.7.3 Выбор трансформаторов напряжения 81
5.7.4 Выбор ограничителя перенапряжения (ОПН) 81
5.8 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном
напряжении. 81
5.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 81
5.8.2 Выбор трансформаторов напряжения 82
5.8.3 Выбор трансформаторов тока 83
5.8.4 Выбор ограничителя перенапряжения (ОПН) 83
5.9 Выбор генераторного синхронизатора и сетевого анализатора 83
6 Релейная защита и автоматика 85
6.1 Перечень защит основного оборудования 85
6.2 Описание защит и расчет их уставок 86
6.2.1 Продольная дифференциальная защита генератора (IAG) 86
6.2.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 88
6.2.3 Защита от повышения напряжения. 91
6.2.4 Защита от симметричных перегрузок 95
6.2.5 Дистанционная защита генератора. 97
6.2.6 Защита от перегрузки обмотки ротора. 100
6.3 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 102
7 Технико-экономические показатели 103
7.1 Оценка объемов реализации электроэнергии 103
7.1.1 Текущие расходы по гидроузлу 103
7.1.2 Налоговые расходы 106
7.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности. . .106
7.3 Оценка инвестиционного проекта 107
7.3.1 Методология, исходные данные 108
7.3.2 Коммерческая эффективность 108
7.3.3 Бюджетная эффективность 109
7.4 Анализ чувствительности 109
8 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 113
8.1 Общие сведения о районе строительства 113
8.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
строительства. 114
8.4 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 115
8.4 Отходы, образующиеся при строительстве 117
8.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период
эксплуатации 118
8.6 Расчет пожаротушения трансформатора. 119
9 Собственные нужды ГЭС, особенности схем исполнения, требования к
надежности электроснабжения ответственных потребителей технологических систем ГЭС 121
9.1 Основные сведения и особенности собственных нужд Могочинской ГЭС 122
9.2 Схема исполнения собственных нужд 124
9.3 Система оперативного постоянного тока 125
9.4 Расчёт токов однофазного короткого замыкания на шинах КРУ и
КТП с применением программного комплекса RastrWin. 125
9.5 Выбор оборудования КРУ 6 кВ и КТП 126
Заключение 128
Список использованных источников 130
Гидроэлектростанция - это высокоэффективное экологически чистое и экономичное современное предприятие по производству электроэнергии.
В последние десятилетия наблюдаются качественные изменения в мировой гидроэнергетике, обусловленные экономическими, политическими и технологическими причинами.
Среди важнейших факторов, которые определяют развитие гидроэнергетики, - степень освоенности гидроэнергетического потенциала территорий. В развитых странах мира, как правило, освоена большая часть экономически целесообразного гидропотенциала, в частности в Европе - 75%, в Северной Америке - около 70%, и практически исчерпаны возможности для строительства крупных ГЭС.
В развивающихся странах, напротив, большая часть гидропотенциала (включая крупный) остается неосвоенной: от более чем 93% в Африке до 67% в Южной Америке.
В последнее время, в связи с истощением природных ресурсов, всё больше внимания уделяют возобновляемым природным источникам энергии. Одним из таких источников является вода. Хотя вода далеко не новый источник энергии и многие страны уже на сто процентов использовали свой гидропотенциал (например, Норвегия), в нашей стране для ее развития имеется достаточно большое пространство. Поэтому именно гидроэнергетика имеет все шансы, для того чтобы в ближайшее время занять лидирующее положение в сфере производства электроэнергии, вытеснив вместе с этим морально и физически устаревшие генерирующие мощности.
Целью данного дипломного проекта в первую очередь является закрепление всего пройденного курса обучения по специальности «Гидроэлектростанции». В дипломном проекте отражены принятые технические решения и приведено обоснование выбранных параметров.
В последние десятилетия наблюдаются качественные изменения в мировой гидроэнергетике, обусловленные экономическими, политическими и технологическими причинами.
Среди важнейших факторов, которые определяют развитие гидроэнергетики, - степень освоенности гидроэнергетического потенциала территорий. В развитых странах мира, как правило, освоена большая часть экономически целесообразного гидропотенциала, в частности в Европе - 75%, в Северной Америке - около 70%, и практически исчерпаны возможности для строительства крупных ГЭС.
В развивающихся странах, напротив, большая часть гидропотенциала (включая крупный) остается неосвоенной: от более чем 93% в Африке до 67% в Южной Америке.
В последнее время, в связи с истощением природных ресурсов, всё больше внимания уделяют возобновляемым природным источникам энергии. Одним из таких источников является вода. Хотя вода далеко не новый источник энергии и многие страны уже на сто процентов использовали свой гидропотенциал (например, Норвегия), в нашей стране для ее развития имеется достаточно большое пространство. Поэтому именно гидроэнергетика имеет все шансы, для того чтобы в ближайшее время занять лидирующее положение в сфере производства электроэнергии, вытеснив вместе с этим морально и физически устаревшие генерирующие мощности.
Целью данного дипломного проекта в первую очередь является закрепление всего пройденного курса обучения по специальности «Гидроэлектростанции». В дипломном проекте отражены принятые технические решения и приведено обоснование выбранных параметров.
В проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Могочинской ГЭС высотой 67,3 м на реке Шилка, являющимся сооружением I класса.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Могочинской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила 600 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 356,74 м. Полезный объем при данных отметках НПУ 256 м и УМО составляет 4,31 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 3,57 млрд.кВтш.
На следующем 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 - 64 м;
расчетный - 46 м;
минимальный - 37 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий
расчетному напору, составляет 1464 м3/с.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с 6 гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5,3 м. (ПЛД70-В60°).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-915/165-40У4 с номинальной активной мощностью 100 МВт.
После выбора основного и вспомогательного оборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Строительные расходы пропускаются через гребенку и донные отверстия. Напорный фронт создает грунтовая плотина, бетонная водосливная плотина, здание ГЭС.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина;
- глухая бетонная плотина
- здание ГЭС.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 52 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 309,0 м;
- отметка порога водослива - 369,50 м;
- число водосливных отверстий - 8;
- ширина водосливных отверстий в свету -20 м;
- отметка гребня - 378,30 м;
- ширина гребня - 22 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применён носок-трамплин.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,26 для основного и особого сочетаний нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Могочинского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям предусмотренными СНиП.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220кВ - «две рабочие системы шин и одна обходная». По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ - 250000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТСЗУ - 6300/35.
В качестве генераторного выключателя, принят элегазовый выключатель, ВГГ-10 фирмы «Электроаппарат», имеющий большой ресурс и надежность.
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:
- стоимость строительства гидроузла - 69,01 млрд. руб.;
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,14 руб./кВт-ч.
Таким образом, строительство Могочинского гидроузла с установленной мощностью 580 МВт в настоящее время является актуальным.
В ходе водно-энергетических расчетов на основе исходных данных по энергосистеме и гидрологии была выбрана установленная мощность Могочинской ГЭС, а также определена зона ее работы в суточных графиках нагрузки для зимы и лета. Установленная мощность составила 600 МВт. Определен уровень мертвого объема, отметка которого равна 356,74 м. Полезный объем при данных отметках НПУ 256 м и УМО составляет 4,31 км3. Произведена оценка среднемноголетней выработки электроэнергии, которая составила 3,57 млрд.кВтш.
На следующем 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 - 64 м;
расчетный - 46 м;
минимальный - 37 м.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий
расчетному напору, составляет 1464 м3/с.
По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с 6 гидроагрегатами, с диаметром рабочих колес 5,3 м. (ПЛД70-В60°).
По справочным данным для выбранной поворотно-лопастной турбины с синхронной частотой вращения 150 об/мин был подобран серийный гидрогенератор СВ-915/165-40У4 с номинальной активной мощностью 100 МВт.
После выбора основного и вспомогательного оборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ.
Строительные расходы пропускаются через гребенку и донные отверстия. Напорный фронт создает грунтовая плотина, бетонная водосливная плотина, здание ГЭС.
В состав сооружений входят:
- водосбросная бетонная плотина;
- глухая бетонная плотина
- здание ГЭС.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
- ширина подошвы - 52 м;
- отметка подошвы водосливной плотины - 309,0 м;
- отметка порога водослива - 369,50 м;
- число водосливных отверстий - 8;
- ширина водосливных отверстий в свету -20 м;
- отметка гребня - 378,30 м;
- ширина гребня - 22 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, применён носок-трамплин.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,26 для основного и особого сочетаний нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Могочинского гидроузла отвечает требованиям надежности. При расчете плотины на прочность сжимающие напряжения не превышают критических значений, растягивающие напряжения отсутствуют. Плотина отвечает всем требованиям предусмотренными СНиП.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с укрупненными блоками и принята схема распределительного устройства ОРУ-220кВ - «две рабочие системы шин и одна обходная». По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование: блочные трансформаторы ТДЦ - 250000/220, трансформаторы общестанционных собственных нужд ТСЗУ - 6300/35.
В качестве генераторного выключателя, принят элегазовый выключатель, ВГГ-10 фирмы «Электроаппарат», имеющий большой ресурс и надежность.
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:
- стоимость строительства гидроузла - 69,01 млрд. руб.;
- удельная себестоимость производства электроэнергии - 0,14 руб./кВт-ч.
Таким образом, строительство Могочинского гидроузла с установленной мощностью 580 МВт в настоящее время является актуальным.