Проектирование Машуковской ГЭС на реке Тасеева. Дефекты и неисправности гидрогенераторов

СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ МАШУКОВСКОЙ ГЭС 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ исходных данных проектируемой гидроэлектростанции 10
1.1 Природные условия 10
1.1.1 Климат 10
1.1.2 Гидрология 10
1.1.3 Геология 11
1.2 Энергоэкономическая характеристика района 12
2 Водно – энергетические расчеты 12
2.1 Регулирование стока воды 12
2.1.1 Эмпирические кривые обеспеченности стока 12
2.2 Выбор расчетного маловодного и средневодного года 13
2.3 Тип регулирования водохранилища 14
2.4 Баланс энергии и мощности станции 14
2.4.1 Баланс энергии 14
2.4.2 Сработка – наполнение водохранилища в маловодном году 14
2.4.3 Баланс мощности 15
2.4.3.1 Расчет резервов и планирование капитальных ремонтов оборудования 15
2.5 ВЭР режима работы ГЭС с средневодном году 16
2.6 Построение режимного поля 16
3. Основное и вспомогательное оборудование 18
3.1. Выбор гидротурбин по главным универсальным характеристикам 18
3.2 Определение отметки установки рабочего колеса гидротурбины 20
3.3 Расчёт и построение плана бетонной спиральной камеры с плоским потолком и неполным углом охвата. 22
3.4 Выбор типа серийного гидрогенератора 24
3.5 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 25
3.5.1 Расчёт вала на прочность 25
3.5.2 Расчёт турбинного подшипника 25
3.6 Выбор типа маслонапорной установки 27
3.7 Выбор электрогидравлического регулятора 28
4 Электрическая часть 28
4.1 Исходные данные для проектирования электрической части 28
4.2 Выбор структурной схемы электрических соединений ГЭС 28
4.3 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 29
4.3.1 Выбор синхронных генераторов 29
4.3.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы
с одиночным блоком 29
4.3.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы
с укрупненным блоком 32
4.3.4 Выбор трансформаторов собственных нужд 33
4.4 Выбор количества отходящих воздушных линий распределительного устройства высшего напряжения и марки проводов воздушных линий 33
4.5 Выбор главной схемы ГЭС на основании ТЭР 35
4.6 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего напряжения 36
4.7 Расчёт токов трехфазного и однофазного короткого замыкания в главной схеме с помощью программного обеспечения RastrWin. 37
4.8 Расчет токов короткого замыкания 38
4.9 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режима 38
4.10 Выбор электротехнического оборудования на генераторном
напряжении 13,8 кВ 39
4.11 Выбор трансформаторов тока и напряжения 42
4.12 Выбор электротехнического оборудования на КРУЭ 220 кВ 45
5 Релейная защита и автоматика 46
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 46
5.2 Перечень защит блока генератор-трансформатор 47
5.3 Расчёт номинальных токов, выбор системы возбуждения и выпрямительного трансформатора 48
5.4 Результаты расчетов токов короткого замыкания 50
5.5 Выбор измерительных трансформаторов тока. 51
5.5.1 Выбор ТТ в соответствии с требованиями 51
5.6 Расчет номинальных токов оборудования. 52
5.7 Описание защит и расчет их уставок 54
5.7.1 Токовая отсечка трансформатора возбуждения (I>>ТВ) 54
5.7.2 Максимальная токовая защита тр-ра возбуждения (I>ТВ) 55
5.7.3 Защита ротора от перегрузки (Iр) 56
5.7.4 Защита от замыканий на землю обмотки статора ген-ра (Un (U0)) 58
5.7.5 Дистанционная защита генератора (Z1<), (Z2<) 60
5.7.6 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий (I2) 63
5.7.7 Защита от симметричных перегрузок и КЗ (I1) 65
5.7.8 Продольная дифференциальная защита 68
5.7.9 Защита от повышения напряжения 70
5.8 Таблица уставок и матрица отключений 71
6 Компановка сооружения гидроузла 71
6.1 Назначение класса ГТС 71
6.2 Определение отметки гребня грунтовой плотины 71
6.3 Бетонная плотина 74
6.4 Гидравлические расчеты 74
6.4.1 Определение ширины водосливного фронта 74
6.4.2 Определение отметки гребня водослива 77
6.4.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 78
6.5 Построение профиля водосливной грани 79
6.6 Расчет энергогасящих устройств 80
6.6.1 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 80
6.6.2 Расчет водобойной стенки 82
6.7 Конструирование плотины 83
6.7.1 Определение ширины подошвы плотины 83
6.7.2 Разрезка бетонной плотины швами 84
6.7.3 Быки 84
6.7.4 Устои 85
6.7.5 Определение ширины плотины по гребню 85
6.7.6 Галереи и дренаж в теле плотины 85
6.7.7 Расчет цементационной завесы и дренажа основания 86
6.7.8 Конструктивные элементы нижнего бьефа 87
6.7.8.1 Водобой 87
6.7.8.2 Рисберма 87
6.8 Обоснование надёжности и безопасности бетонной плотины 87
6.8.1 Определение основных нагрузок на плотину 88
6.8.1.1 Вес сооружения и затворов 88
6.8.1.2 Сила гидростатического давления воды 88
6.8.1.3Равнодействующая взвешивающего давления 89
6.8.1.4Сила фильтрационного давления 89
6.8.1.5 Давление грунта 90
6.8.1.6Волновое давление 90
6.8.1.7Вертикальное давление воды 91
6.8.2 Оценка прочности плотины 91
6.8.3 Критерии прочности плотины и её основания 93
6.8.4 Обоснование устойчивости плотины 94
6.9 Глубинный водосброс 95
6.10 Расчёт здания ГЭС 96
6.11 Проектирование грунтовой плотины 97
6.12 Состав и компоновка сооружений гидроузла 97
7 Мероприятия по охране окружающей среды в зоне влияния Машуковского гидроузла. 98
7.1 Общие сведения о районе строительства 99
7.1.1 Машуковский заказник 99
7.2 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 100
7.3 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 101
7.4 Мероприятия по охране среды в период эксплуатации 102
7.4.1 Мероприятия по охране водных объектов 102
7.4.2 Обращение с отходами производства и потребления 103
7.4.3 Мероприятия в зоне особо охраняемых природных территориях 103
7.4.4 Производственный экологический контроль 103
7.4.5 Водоохранная зона 104
7.4.6 Мониторинг водных объектов 105

Весь текст будет доступен после покупки

Гидроэлектростанции являются одними из важнейших участников рынка электроэнергии и мощности. Благодаря маневренности гидроагрегатов они способны эффективно покрывать пиковую и полупиковую часть суточных графиков электроэнергии.
Топливом для гидроэлектростанций служит вода. Она является возобновимым и экологичным источником энергии, но кроме того еще и дешевым.
Гидроэлектростанции – это комплексные сооружения. Их проектировании требует большого количества знаний и умений в разных областях, общетехнических и специальных.

Весь текст будет доступен после покупки

Анализ исходных данных проектируемой гидроэлектростанции

Тасеева – река в Азиатской части России, в Красноярском крае; левый приток Ангары (бассейн Енисея). Река Тасеева образуется при слиянии рек Чуны (Уды) и Бирюсы (Оны). Длина реки 117 км (вместе с р. Чуной 1319 км), площадь бассейна 128 тыс. км2 – 1-й по площади бассейн и 20-й по длине приток Ангары. В бассейне более 900 озёр. Болота занимают 3,7% площади бассейна. Среднегодовое значение расхода составляет 752 м3/с.

Природные условия

Климат

В районе предполагаемого строительства ГЭС климат степной агроклиматический, для которого свойственна неустойчивая зима с немалыми колебаниями температур. Лето обычно засушливое и жаркое.
Средняя температура января – 19 °С, средняя температура июля +21 °С.
Летом максимальная температура воздуха может подняться выше + 26 °С,
а зимой опускаться ниже – 22 °С.
Устойчивые морозы начинаются в середине декабря и заканчиваются в конце марта. Замерзает река в декабре, вскрывается в конце апреля.
Среднегодовое количество осадков составляет 500 мм.

Гидрология

Ряд гидрологических наблюдений за рекой Тасеева в период 1904 – 1953 гг. приведен в приложении А, таблице А.1.
На рисунках 1.1 – 1.2 представлены кривые связи верхнего и нижнего бьефов, соответственно.


Рисунок 1.1 – Зависимость отметки ВБ от объёма
Рисунок 1.2 – Зависимость отметки НБ от расхода

Геология

Берега реки Тасеева в районе расположения створа сложены из долерита. Почвы преимущественно подзолистые.
Месторасположение створа проектируемого гидроузла представлено на рисунке 1.3.


Рисунок 1.3 – Месторасположение створа проектируемого гидроузла

1.1.4 Сейсмология

В соответствии с картами общего сейсмического районирования территории Российской Федерации (ОСР-2016-D), расчётная сейсмическая интенсивность района расположения створа Машуковской ГЭС при вероятности возможного превышения 1% (в течение 50 лет) равна 6-ти баллам по шкале MSK-64. Согласно СНиП 22-01-95 территория по сейсмичности относится к неопасной.
Энергоэкономическая характеристика района

В районе предполагаемого строительства Машуковской ГЭС имеется множество потенциальных потребителей электроэнергии.
Неблагоприятные климатические условия региона обуславливают необходимость большую часть года работать по теплофикационному графику. Планируется участие в выработке электроэнергии для Красноярского РДУ.

1.3 Аналоги проектируемого ГУ

В качестве аналогов по гидромеханическому и турбинному оборудованию, по типу плотины и водосбросных сооружений рассмотрена Мамаканская ГЭС.

Водно – энергетические расчеты

Регулирование стока воды

2.1.1 Эмпирические кривые обеспеченности стока

Для построения эмпирических кривых обеспеченности стока были вычислены среднегодовой Q_(ср.год), среднемеженный Q_(ср.меженный) и среднеполоводный Q_(ср.половодный) расходы для каждого года из гидрологического ряда, представленного в приложении А, таблице А.1.
Полученные расходы ранжируют и располагают по убыванию. Для каждого ряда данные рассчитывается обеспеченность по формуле 2.1.

Р=m/(n+1)•100%, (2.1)
где Р – расчетная обеспеченность, %;
m – порядковый номер члена ряда;
n – число членов ряда.

Результаты расчета приведены в приложении A, таблице А.2. По данным таблицы построены эмпирические кривые обеспеченности, представленные на рисунке 2.1.


Рисунок 2.1 – Эмпирические кривые обеспеченности стока

Выбор расчетного маловодного и средневодного года

В ходе анализа эмпирических кривых обеспеченности, было установлено, что маловодный и средневодный годы – это 1940 г. и 1918г. соответственно.
После определения маловодного и средневодного годов, построены их гидрографы, представленные на рисунке 2.2. Численные данные представлены в таблицах 2.2 и 2.3.


Рисунок 2.2 – Гидрографы маловодного и средневодного годов

Таблица 2.2 – Данные гидрографа средневодного года
Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Q_(ср.год)
Q_(50%) 208 150 196 286 1900 1340 1260 1191 1150 582 265 243 731

Таблица 2.3 – Данные гидрографа маловодного года
Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Q_(ср.год)
Q_(90%) 139 99 145 173 1726 1268 1201 1076 1011 518 199 176 644
Тип регулирования водохранилища

Для определения типа регулирования стока необходимо найти коэффициент зарегулированности стока:

?=V_пол/W_многолетний =(2,80•10^9)/(752•31536000)=0,12, (2.2)

где ? – коэффициент зарегулированности стока, о.е;
V_пол – полезный объем водохранилища;
W_многолетний – среднемноголетний сток реки.

Опираясь на вышеприведенные расчёты, можно сделать вывод о том, что Машуковская ГЭС имеет годичное регулирование стока.

Баланс энергии и мощности станции

Баланс энергии

Ссылаясь на расчет конкурирующих режимов, приведённых в приложении А, таблице А.3, необходимо вычислить избыточную мощность по формуле 2.3:

N_изб=?-?(N_быт-N_ВХК )=? 213 МВт . (2.3)

Далее производят построение баланса энергии, на котором указывают линию гарантированной мощности.
После определения гарантированной мощности производят сработку – наполнение водохранилища в маловодном году
Баланс энергии представлен на плакате «Использование водной энергии».

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. Использование водной энергии. Выбор параметров ГЭС годичного регулирования: учебно-методическое пособие / сост. Е.Ю. Затеева, А.А. Дворцова. – Саяногорск; Черёмушки: Саяно-Шушенский филиал СФУ, 2019.- 68с.: ил.
3. Использование водной энергии: Методические указания по выполнению курсового и дипломного проектирования / сост. Е.Ю. Затеева.- Саяногорск; Черемушки: Сибирский Федеральный университет; Саяно-Шушенский филиал, 2012.
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.
5. 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, 2005.114с.
6. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: «Электрическая часть электростанций и подстанций». Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков, Издательство «Энергия» 1978. 599 с.
7. Гидроэнергетическое и вспомогательное оборудование гидроэлектростанций: Справочное пособие: В 2т./Под ред. Ю.С. Василева, Д.С. Щавелева. – Т.2. Энергоатомиздат,1990. 366с.
8. Гидроэлектростанции: Учебное пособие/ В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. 541 с.
9. Справочник гидроэлектростанций России: Справочное пособие/ Под ред. В.Д. Новоженин. Типография АО «Институт Гидропроект», 1998. 467с.
10. Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: учебное пособие для вузов / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. - Изд. 4-е, перераб. и доп. - Москва: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

Весь текст будет доступен после покупки