ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЧУСОВСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ ЧУСОВАЯ. СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ ГИДРОГЕНЕРАТОРА ЧУСОВСКОЙ ГЭС

Сокращенный паспорт Чусовской ГЭС 8
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Общие сведения 11
1.1 Природные условия 11
1.1.1 Климат 11
1.1.2 Гидрологические данные 11
1.1.3 Сейсмологические условия 12
1.1.4 Инженерно-геологические условия 13
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 13
1.3 Аналоги проектируемого гидроузла 13
2 Водно-энергетические расчёты 14
2.1 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного годов при заданной обеспеченности стока 14
2.2 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы 15
2.3 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы 16
2.4 Определение типа регулирования ГЭС 16
2.5 Водно-энергетический расчёт ГЭС годового регулирования при заданной отдаче воды в нижний бьеф 17
2.6 Баланс энергии 18
2.7 Водно-энергетический расчёт в маловодном году 18
2.8 Определение рабочих мощностей 19
2.9 Определение установленной мощности ГЭС. Расчёт резервов и планирование капитальных ремонтов оборудования 20
2.10 Баланс мощностей 21
2.11 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по водности году 22
2.12 Построение режимного поля 22
3 Основное и вспомогательное оборудование 23
3.1 Выбор гидротурбины по главным универсальным характеристикам 23
3.1.1 Выбор системы и типа гидротурбины 23
3.1.2 Выбор номинального диаметра рабочего колеса 23
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 26
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 27
3.4 Гидромеханический расчёт бетонной спиральной камеры 27
3.5 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 29
3.5.1 Расчёт вала на прочность 29
3.5.2 Расчёт подшипника 30
3.5.3 Выбор типа маслонапорной установки 31
3.5.4 Выбор электрогидравлического регулятора 31
4 Электрическая часть 31
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 31
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 32
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 32
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком 32
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым блоком 33
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд 34
4.3 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 34
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании ТЭР 35
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего напряжения 36
4.6 Расчёт токов КЗ для выбора электрических аппаратов 36
4.6.1 Расчёт исходных данных 36
4.6.2 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 37
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 38
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 10,5 кВ 38
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 38
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 39
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 40
4.9 Выбор параметров КРУЭ 41
5 Релейная защита 41
5.1 Паспортные данные защищаемого оборудования 41
5.2 Выбор системы возбуждения и выпрямительного трансформатора 41
5.3 Расчёт токов короткого замыкания 43
5.3.1 Расчёт номинальных параметров 43
5.3.2 Расчёт токов КЗ в точке К-3 44
5.3.3 Расчёт токов КЗ в точке К-1 47
5.3.4 Расчёт токов КЗ в точке К-2 49
5.4 Выбор трансформатора тока 51
5.4.1 Расчёт номинальных токов и приведение их на сторону ТТ 52
5.5 Описание защит и расчёт их уставок 53
5.5.1 Защиты трансформатора возбуждения (I>ТВ), (I>> ТВ) 53
5.5.2 Продольная дифференциальная защита генератора (I?G) 54
5.3.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора (Un(U0)) 57
5.5.4 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 58
5.5.5 Защита от несимметричных КЗ и перегрузок (I2) 61
5.5.6 Защита от повышения напряжения (U1>), (U2>) 64
5.5.7 Защита от симметричных перегрузок (I1) 65
5.5.8 Защита от перегрузки ротора (Iр) 66
5.6 Выбор комплекса защит блока генератор-трансформатор и высоковольтных воздушных линий 68
5.7 Таблица уставок и матрица отключений 68
6 Компоновка сооружения гидроузла 68
6.1 Определение класса ГТС 68
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 68
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 68
6.2.1.1 Грунтовая плотина 69
6.2.1.2 Бетонная плотина 70
6.2.2 Гидравлические расчёты 71
6.2.2.1 Определение ширины водосливного фронта 71
6.2.2.2 Определение отметки гребня водослива 72
6.2.2.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 73
6.2.2.4 Построение профиля водосливной грани 74
6.2.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 74
6.2.2.6 Гашение энергии с помощью водобойной стенки 76
6.2.3 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные
водосбросы 77
6.3 Конструирование плотины 77
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 77
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 78
6.3.3 Быки 78
6.3.4 Устои 78
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 79
6.3.6 Галереи в теле плотины 79
6.4 Основные элементы плотины 79
6.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 79
6.4.1.1 Противофильтрационная завеса 79
6.4.1.2 Дренажные устройства в основании 80
6.5 Обоснование безопасности и надёжности бетонной плотины 80
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 80
6.5.1.1 Вес сооружения и затворов 81
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 81
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 82
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 82
6.5.1.5 Давление грунта 83
6.5.1.6 Волновое давление 84
6.5.2 Оценка прочности плотины 84
6.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 86
6.5.4 Обоснование устойчивости плотины 87
6.6 Организация строительства. Расчет перемычек первой очереди 88
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Чусовской ГЭС 89
7.1 Общие сведения о районе строительства 90
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 90
7.3 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 92
7.4 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период эксплуатации 93
7.4.1 Охрана атмосферного воздуха 93
7.4.2 Мероприятия по охране водных объектов 94
7.4.3 Обращение с отходами производства и потребления 94
7.5 Водоохранная зона 95
7.6 Учет и отчетность в природоохранной деятельности 96
8 Технико-экономическое обоснование 96
8.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 96
8.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 96
8.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 97
8.1.3 Налоговые расходы 98
8.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 98
8.3 Анализ денежных потоков 99
8.4 Оценка инвестиционного проекта 99
8.4.1 Методология, исходные данные 99
8.4.2 Коммерческая эффективность 100
8.4.3 Бюджетная эффективность 100
9 Система возбуждения гидрогенератора Чусовской ГЭС 100
9.1 Теоретические основы систем возбуждения гидрогенераторов 100
9.1.1 Виды систем возбуждения 100
9.1.2 Общие требования к системам возбуждения 102
9.2 Анализ системы возбуждения Чусовской ГЭС 104
9.2.1 Общая характеристика гидрогенератора Чусовской ГЭС 104
9.2.2 Тип и конструкция системы возбуждения 104
9.2.3 Принципиальная схема и основные компоненты 105
9.2.3.1 Тиристорный выпрямитель 107
9.2.3.2 Секция управления и регулирования 107
9.2.3.3 Начальное возбуждение 108
9.2.3.4 Гашение поля 108
9.2.3.5 Защита от перенапряжений 108
9.2.3.6 Цепи собственных нужд 108
9.2.4 Работа в энергосистеме с нагрузками и перегрузками 109
9.3 Управление и защита системы возбуждения 109
9.3.1 Автоматический пуск и синхронизация 109
9.3.2 Ручное управление при наладке и ремонтах 110
9.3.3 Работа в энергосистеме 110
9.3.4 Останов агрегата 110
9.3.5 Многоуровневая защита 110
9.3.6 Диагностика и мониторинг 110
9.4 Конструктивное исполнение оборудования 111
9.4.1 Трансформатор возбуждения 111
9.4.2 Щит возбуждения 111
9.4.3 Разрядное сопротивление 112
9.5 Техническое обслуживание системы возбуждения 112
9.5.1 Общие указания по эксплуатации 112
9.5.2 Меры безопасности 112
9.5.3 Монтаж и установка 112
9.5.4 Подготовка к работе 113
9.5.5 Порядок работы 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 116
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Общие сведения 120
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Водно-энергетические расчёты 124
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Основное и вспомогательное оборудование 145
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Электрическая часть 152
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 160
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Компоновка сооружения и гидроузла 172
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Технико-экономические показатели 178

Весь текст будет доступен после покупки

Потребление электроэнергии является необходимым условием для развития современных регионов. Рост технологий и промышленного производства приводит к увеличению энергопотребления, что требует расширения генерирующих мощностей. Электроэнергия производится на различных типах электростанций, среди которых гидроэлектростанции играют ключевую роль в обеспечении устойчивости энергосистем.
Гидроэлектростанции занимают важное место в энергосистеме, обеспечивая регулирование параметров в условиях нестабильности и покрытие пиковых нагрузок. В зоне ответственности Объединённого диспетчерского управления Урала (ОДУ Урала) и Пермского регионального диспетчерского управления (Пермское РДУ) наблюдается значительное увеличение потребления электроэнергии, особенно в часы максимальной нагрузки. Развитие промышленности, добывающего и перерабатывающего секторов требует дополнительных мощностей.
Пермский край обладает значительными водными ресурсами, однако их гидроэнергетический потенциал используется не в полной мере. Реализация проекта Чусовской ГЭС на реке Чусовая позволит улучшить энергоснабжение региона, повысить надежность работы энергосистемы и снизить зависимость от тепловой генерации.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Общие сведения

1.1 Природные условия

1.1.1 Климат

Климат Пермского края умеренно-континентальный. Зима снежная, продолжительная; лето умеренно-тёплое; большинство атмосферных осадков выпадает в тёплое полугодие. Среднегодовая температура воздуха колеблется от 0 °C на севере до плюс 2 °C на юге Пермского края, а на северо-востоке края (в горной местности) среднегодовая температура составляет ниже 0 °C. Средняя температура января на севере минус 18,5 °C, на юге минус 15 °C; Средняя температура июля составляет плюс 15°С до плюс 17°С
Годовая норма осадков составляет от 410-450 мм на юго-западе края до 1000 мм на крайнем северо-востоке края. Климатические условия Пермского края определяются влиянием западного переноса воздушных масс. Значительное влияние оказывают особенности рельефа: за счет барьерного влияния Уральских гор на востоке и на северо-востоке Пермского края среднегодовые температуры воздуха несколько ниже, чем на той же широте на западе территории, и выпадает значительно больше осадков.

1.1.2 Гидрологические данные

Река Чусовая пересекает границу между Европой и Азией, протекая через Уральские горы, впадает в Каму. Длина реки составляет 592 километров, водосборный бассейн площадью 23 000 км?. Исток находится на западном склоне Уральских гор, на высоте около 500 метров над уровнем моря. Устье реки расположено в Пермском крае, в участке, где Чусовая впадает в Каму.
В верховьях Чусовая получает большое количество притоков, правые из которых более крупны и полноводны. В верхнем течении реки долина широкая, склоны пологие. В районе между притоком Ревдой и селом Слобода на берегах находятся выходы кристаллических сланцев, сформированных в результате слияния магматических и осадочных пород.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Мосин К.Ю. Гидрология: методические указания к практическим занятиям / К.Ю. Мосин. – 2-е изд., испр. и доп. – Саяногорск; Черемушки: Сибирский федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2012. – 48 с.
2. Александровский К.Ю. Выбор параметров ГЭС: Учебно-методическое пособие к курсовому и дипломному проектированию гидротехнических объектов / Сост. А.Ю. Александровский, Е.Ю. Затеева, Б.И. Силаев; СШФ КГТУ – Саяногорск, 2005. 114 с.
3. Затеева Е.Ю. Использование водной энергии: Методические указания по выполнению курсового и дипломного проектирования / сост. Е.Ю. Затеева. – Саяногорск; Черемушки: Сибирский Федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2012. - 12 с.
4. Использование водной энергии. Часть 1. Водно-энергетические расчеты режимов ГЭС / сост. Ю.А. Секретарев, А.А. Жданович, Е.Ю. Затеева, С.В. Митрофанов. – Саяногорск; Черемушки: Сибирский Федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2014. -106 с.
5. Васильев Ю.С. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2 т. / Под ред. Ю.С. Васильева, Д.С. Щавелева. – Т. 1. Основное оборудование гидроэлектростанций. – М.: Энергоатомиздат. 1988. – 400 с.
6. Васильев Ю.С. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2 т. / Под ред. Ю.С. Васильева, Д.С. Щавелева. – Т. 2. Вспомогательное оборудование гидроэлектростанций. – М.: Энергоатомиздат. 1990. – 336 с.
7. Новоженин В.Д. Гидроэлектростанции России: Справочное пособие / Под ред. В.Д. Новоженина, Е.В. Невского. Типография «Институт Гидропроект», 1998. – 467 с.
8. Возобновляемая энергия. Гидроэлектростанции России. Справочник. М.И. Дворецкая, А.П. Жданова, О.Г. Гушников, И.В. Слива / под общей ред.к.т.н., В.В. Берлина. – СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2018. – 224 с.
9. Васильев А.А. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов / А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
10. Кох, П.И. Козловые краны для гидроэлектростанций / П.И. Кох, П.М. Нещеретный, В.А. Чекулаев. – Москва: Машиностроение, 1972. – 168 с.
11. Брызгалов, В.И. Гидроэлектростанции: Учебное пособие / В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. – 541 с.
12. СТО РусГидро 01.01.78-2012 Гидроэлектростанции. Нормы технологического проектирования: введен впервые: дата введения 2012-07-30. – Москва: Федеральная гидрогенерирующая компания – РусГидро, 2012. – 290 с.
13. СТО РусГидро 04.02.75-2011 Гидроэлектростанции. Энергоэффективность и энергосбережение. Основные требования: введен впервые: дата введения 2011-09-19. – Москва: Федеральная гидрогенерирующая компания – РусГидро, 2012. – 63 с.

Весь текст будет доступен после покупки