ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕРВОМАЙСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ МАЯ. СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ГИДРОАГРЕГАТОВ ГЭС - ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЬ
|
Сокращённый паспорт Первомайской ГЭС 7
Введение 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 12
1.1.4 Сейсмические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водноэнергетические расчёты 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 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
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 22
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы Хабаровска 22
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы Хабаровска 23
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 24
3.1.1 Построение режимного поля 24
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .... 26
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 29
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 29
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и
машинного зала 30
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 33
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 33
3.3 Выбор гидрогенератора 33
4 Электрическая часть 35
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 35
4.2 Выбор трансформаторов 36
4.2.1 Главные повышающие трансформаторы 36
4.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 37
4.3 Распределительное устройство 37
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 37
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 39
4.3.3 Электротехническое оборудование 40
4.4 Расчет токов короткого замыкания для выбора электрических аппаратов 40
4.4.1 Составление схемы замещения 40
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания с помощью программного
обеспечения RastrKZ 43
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 44
4.5 Выбор электрических аппаратов 220 кВ 44
4.6 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном
напряжении 46
5 Релейная защита и автоматика 47
5.1 Перечень защит основного оборудования 48
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 48
5.3 Расчет уставок защит генератора 48
5.3.1 Продольная дифференциальная защита 48
5.3.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN) 48
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 53
5.3.4 Защита обратной последовательности от токов внешних
несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок генератора (I2).... 53
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 57
5.3.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 58
5.3.7 Защита ротора от перегрузки (Ip) 62
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 63
5.5 Таблица уставок и матрица отключений защит 64
6 Компоновка и сооружения гидроузла 65
6.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 65
6.1.1 Определение отметки гребня плотины и 65
6.2 Гидравлические расчеты 68
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 69
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 70
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 71
6.2.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 72
6.2.5 Расчет параметров водобоя и водобойного колодца 73
6.3 Конструирование плотины 76
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 76
6.3.2 Разрезка бетонной плотины швами 78
6.3.3 Быки 79
6.3.4 Устои 79
6.3.5 Галереи в теле плотины 79
6.4 Назначение размеров основных элементов плотины 80
6.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 80
6.4.2 Конструктивные элементы нижнего бьефа 81
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 82
6.5.1 Вес сооружения 82
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 83
6.5.3 Фильтрационное и взвешивающее давление 83
6.5.4 Давление грунта 84
6.5.5 Волновое давление 85
6.6 Расчет прочности плотины 85
6.6.1 Определение напряжений 85
6.6.2 Критерии прочности плотины 88
6.7 Расчет устойчивости плотины 88
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 90
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 90
7.2 Охрана труда и техника безопасности 90
7.3 Пожарная безопасность 92
7.4 Охрана окружающей среды 94
8 Технико-экономические показатели 96
8.1 Объем продаж 96
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 96
8.3 Налоговые расходы 99
8.4 Оценка суммы прибыли 99
8.5 Методология и исходные данные оценка инвестиционного проекта 100
8.6 Бюджетная эффективность 101
8.7 Коммерческая эффективность 101
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 102
9 Системы технологического управления и контроля гидроагрегатов ГЭС -
тепловой контроль 105
9.1 Назначение 105
9.2 Устройство СТК и принцип работы 105
9.2.1 Состав изделия 105
9.2.2 Принцип работы 106
9.3 Выбор оборудования СТК и основные технические данные 106
9.4 Размещение датчиков 107
9.5 Управление системой СТК 108
9.5.1 Функционирование СТК 108
9.5.2 Порядок ввода и вывода СТК и их техническое обслуживание 109
9.5.3 Описание приборов сигнализации состояния СТК 109
9.6 Эксплуатация СТК 111
9.7 Переносная система теплового контроля 112
9.8 Выводы 113
Заключение 114
Список использованных источников 116
Приложение А - Г
Введение 9
1 Анализ исходных данных и определение внешних условий
функционирования ГЭС 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрологические данные 10
1.1.3 Инженерно-геологические условия 12
1.1.4 Сейсмические условия 12
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водноэнергетические расчёты 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 19
2.2 Определение установленной мощности на основе водноэнергетических
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 22
2.3.1 Баланс энергии энергосистемы Хабаровска 22
2.3.2 Баланс мощности энергосистемы Хабаровска 23
3 Основное и вспомогательное оборудование 24
3.1 Выбор числа и типа агрегатов 24
3.1.1 Построение режимного поля 24
3.1.2 Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам .... 26
3.2 Гидротурбины и их проточная часть 29
3.2.1 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины 29
3.2.2 Определение геометрических размеров проточной части и
машинного зала 30
3.2.3 Выбор типа и габаритных размеров маслонапорной установки 33
3.2.4 Выбор электрогидравлического регулятора 33
3.3 Выбор гидрогенератора 33
4 Электрическая часть 35
4.1 Выбор главной схемы электрических соединений и схемы собственных
нужд 35
4.2 Выбор трансформаторов 36
4.2.1 Главные повышающие трансформаторы 36
4.2.2 Выбор трансформаторов собственных нужд 37
4.3 Распределительное устройство 37
4.3.1 Выбор проводов отходящих воздушных линий 37
4.3.2 Выбор схемы распределительного устройства 39
4.3.3 Электротехническое оборудование 40
4.4 Расчет токов короткого замыкания для выбора электрических аппаратов 40
4.4.1 Составление схемы замещения 40
4.4.2 Расчёт токов короткого замыкания с помощью программного
обеспечения RastrKZ 43
4.4.3 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 44
4.5 Выбор электрических аппаратов 220 кВ 44
4.6 Выбор и проверка коммутационных аппаратов на генераторном
напряжении 46
5 Релейная защита и автоматика 47
5.1 Перечень защит основного оборудования 48
5.2 Рекомендуемые к установке устройства релейной защиты 48
5.3 Расчет уставок защит генератора 48
5.3.1 Продольная дифференциальная защита 48
5.3.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора (UN) 48
5.3.3 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 53
5.3.4 Защита обратной последовательности от токов внешних
несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок генератора (I2).... 53
5.3.5 Защита от симметричных перегрузок статора (I1) 57
5.3.6 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 58
5.3.7 Защита ротора от перегрузки (Ip) 62
5.4 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор 63
5.5 Таблица уставок и матрица отключений защит 64
6 Компоновка и сооружения гидроузла 65
6.1 Проектирование бетонной водосливной плотины 65
6.1.1 Определение отметки гребня плотины и 65
6.2 Гидравлические расчеты 68
6.2.1 Определение ширины водосливного фронта 69
6.2.2 Определение отметки гребня водослива 70
6.2.3 Проверка на пропуск поверочного расхода 71
6.2.4 Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе 72
6.2.5 Расчет параметров водобоя и водобойного колодца 73
6.3 Конструирование плотины 76
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 76
6.3.2 Разрезка бетонной плотины швами 78
6.3.3 Быки 79
6.3.4 Устои 79
6.3.5 Галереи в теле плотины 79
6.4 Назначение размеров основных элементов плотины 80
6.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 80
6.4.2 Конструктивные элементы нижнего бьефа 81
6.5 Определение основных нагрузок на плотину 82
6.5.1 Вес сооружения 82
6.5.2 Сила гидростатического давления воды 83
6.5.3 Фильтрационное и взвешивающее давление 83
6.5.4 Давление грунта 84
6.5.5 Волновое давление 85
6.6 Расчет прочности плотины 85
6.6.1 Определение напряжений 85
6.6.2 Критерии прочности плотины 88
6.7 Расчет устойчивости плотины 88
7 Охрана труда. Пожарная безопасность. Охрана окружающей среды 90
7.1 Безопасность гидротехнических сооружений 90
7.2 Охрана труда и техника безопасности 90
7.3 Пожарная безопасность 92
7.4 Охрана окружающей среды 94
8 Технико-экономические показатели 96
8.1 Объем продаж 96
8.2 Текущие расходы на производство электроэнергии 96
8.3 Налоговые расходы 99
8.4 Оценка суммы прибыли 99
8.5 Методология и исходные данные оценка инвестиционного проекта 100
8.6 Бюджетная эффективность 101
8.7 Коммерческая эффективность 101
8.8 Анализ рисков инвестиционного проекта 102
9 Системы технологического управления и контроля гидроагрегатов ГЭС -
тепловой контроль 105
9.1 Назначение 105
9.2 Устройство СТК и принцип работы 105
9.2.1 Состав изделия 105
9.2.2 Принцип работы 106
9.3 Выбор оборудования СТК и основные технические данные 106
9.4 Размещение датчиков 107
9.5 Управление системой СТК 108
9.5.1 Функционирование СТК 108
9.5.2 Порядок ввода и вывода СТК и их техническое обслуживание 109
9.5.3 Описание приборов сигнализации состояния СТК 109
9.6 Эксплуатация СТК 111
9.7 Переносная система теплового контроля 112
9.8 Выводы 113
Заключение 114
Список использованных источников 116
Приложение А - Г
Гидроэлектростанции занимают особо важное место в современных энергетических системах, покрывая наиболее неравномерную часть графиков нагрузки. Кроме того, низкая стоимость товарной продукции ГЭС весьма положительно сказывается на ценообразовании электроэнергии на рынке её сбыта.
Гидроэнергетика является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90% резерва регулировочной мощности. Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее маневренными и способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель измеряется часами, а для атомных — целыми сутками.
Гидроэлектростанции являются сложными природно-техническими комплексами. Их проектирование, строительство и эксплуатация требуют знакомства с широким кругом общетехнических и специальных дисциплин.
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 оптимальные проектные решения
Гидроэнергетика является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90% резерва регулировочной мощности. Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее маневренными и способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель измеряется часами, а для атомных — целыми сутками.
Гидроэлектростанции являются сложными природно-техническими комплексами. Их проектирование, строительство и эксплуатация требуют знакомства с широким кругом общетехнических и специальных дисциплин.
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 оптимальные проектные решения
В дипломном проекте рассчитаны и определены основные элементы и параметры Первомайского гидроузла на реке Мая, являющимся сооружением I класса.
На основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев:
• основного (при обеспеченности 0,1 %) Q 0 ( х о/о = 1 0 6 1 4 м 3 / с;
• поверочного (при обеспеченности 0,01 %) Q 0 о 0 х о/о = 1 2 672 м 3/с.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1600 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось три варианта ПЛ70-В, ПЛД70-В60°, РО75-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами РО75-В-600.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-1500/130-52 с номинальной активной мощностью 160 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 9 присоединений (4 единичных блока и 5 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ " схема две рабочие и обходная система шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
• блочные трансформаторы ТДЦ- 200000/220;
• трансформаторы собственных нужд ТСЛ-4000/13,8;
• для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 240/39
В качестве генераторного комплекса был принят HECS-130.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Водосливная плотина принята бетонной.
В состав сооружений входят:
• правобережная глухая плотина - 120 м;
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 192 м;
• станционная часть плотины - 127,2 м;
• левобережная глухая плотина - 169 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы - 57 м;
• число водосливных отверстий - 8;
• ширина водосливных отверстий в свету - 20 м;
• отметка гребня - 817,2 м;
• ширина гребня - 28,78 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, способ свободно отброшенной 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.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,35 для сочетания нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Первомайского 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 - 5,5 лет;
- себестоимость - 0,11 руб/кВт;
- удельные капиталовложения - 90713,1 руб./кВт.
Таким образом, строительство Первомайского гидроузла в настоящее время является актуальным.
На основе гидрологических данных были определены значения максимальных расчетных расходов для случаев:
• основного (при обеспеченности 0,1 %) Q 0 ( х о/о = 1 0 6 1 4 м 3 / с;
• поверочного (при обеспеченности 0,01 %) Q 0 о 0 х о/о = 1 2 672 м 3/с.
Максимальный расход через все агрегаты ГЭС, соответствующий расчетному напору, составляет 1600 м3/с.
При выборе турбин рассматривалось три варианта ПЛ70-В, ПЛД70-В60°, РО75-В. По результатам расчетов был определен оптимальный вариант с четырьмя гидротурбинами РО75-В-600.
По справочным данным для выбранной турбины с синхронной частотой вращения 115,4 об/мин подобран серийный гидрогенератор СВ-1500/130-52 с номинальной активной мощностью 160 МВт.
Далее была выбрана структурная схема ГЭС с единичными блоками и принята схема распределительного устройства на 9 присоединений (4 единичных блока и 5 отходящих воздушных линий) ОРУ 220 кВ " схема две рабочие и обходная система шин". По справочным данным и каталогам было выбрано следующее высоковольтное оборудование:
• блочные трансформаторы ТДЦ- 200000/220;
• трансформаторы собственных нужд ТСЛ-4000/13,8;
• для ВЛЭП - сталеалюминевые провода марки АС - 240/39
В качестве генераторного комплекса был принят HECS-130.
После выбора основного электрооборудования был рассмотрен обязательный перечень устройств релейной защиты и автоматики в соответствии с ПУЭ. Компоновка гидроузла была принята приплотинная. Водосливная плотина принята бетонной.
В состав сооружений входят:
• правобережная глухая плотина - 120 м;
• водосбросная бетонная плотина с поверхностным водосливом практического профиля - 192 м;
• станционная часть плотины - 127,2 м;
• левобережная глухая плотина - 169 м.
На данном этапе расчетным путем определены габаритные размеры и характерные отметки плотины:
• ширина подошвы - 57 м;
• число водосливных отверстий - 8;
• ширина водосливных отверстий в свету - 20 м;
• отметка гребня - 817,2 м;
• ширина гребня - 28,78 м.
Для гашения кинетической энергии водного потока, пропускаемого через водосливную плотину, способ свободно отброшенной 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.
Также в этом разделе произведена оценка прочности и устойчивости плотины при основном и особом сочетаниях нагрузок. В результате расчетов коэффициент надежности сооружения составляет 1,35 для сочетания нагрузок соответственно (нормативное значение для сооружений I класса - 1,25). Таким образом, плотина Первомайского 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 - 5,5 лет;
- себестоимость - 0,11 руб/кВт;
- удельные капиталовложения - 90713,1 руб./кВт.
Таким образом, строительство Первомайского гидроузла в настоящее время является актуальным.