Проектирование вилюйской гэс на реке вилюй. Гидромеханические защиты гидроагрегата – принцип действия, нормы и требования

СОКРАЩЕННЫЙ ПАСПОРТ ВИЛЮЙСКОЙ 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 12
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 15
2.4 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими электростанциями 16
2.5 Определение типа регулирования ГЭС 16
2.6 Водно-энергетический расчёт ГЭС годового регулирования при заданной отдаче воды в нижний бьеф 17
2.7 Баланс энергии 18
2.8 Водно-энергетический расчёт в маловодном году 18
2.9 Определение рабочих мощностей 19
2.10 Определение установленной мощности ГЭС. Расчёт резервов и планирование капитальных ремонтов оборудования 20
2.11 Баланс мощностей 21
2.12 Водно-энергетические расчёты режима работы ГЭС в среднем по водности году 21
2.13 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 25
3.3 Выбор типа серийного гидрогенератора 26
3.4 Гидромеханический расчёт бетонной спиральной камеры 26
3.5 Расчёт деталей и узлов гидротурбины 27
3.5.1 Расчёт вала на прочность 27
3.5.2 Расчёт подшипника 27
3.5.3 Выбор типа маслонапорной установки 28
3.5.4 Выбор электрогидравлического регулятора 29
4 Электрическая часть 30
4.1 Выбор структурной схемы ГЭС 30
4.2 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС 30
4.2.1 Выбор синхронных генераторов 30
4.2.2 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с одиночным блоком 30
4.2.3 Выбор повышающих трансформаторов для схемы с укрупнённым блоком 31
4.2.4 Выбор трансформатора собственных нужд 32
4.3 Выбор количества отходящих ВЛ РУ ВН и марки проводов ВЛ 32
4.4 Выбор главной схемы ГЭС на основании ТЭР 33
4.5 Выбор главной схемы распределительного устройства высшего напряжения 35
4.6 Расчёт токов КЗ для выбора электрических аппаратов 35
4.6.1 Внесение исходных данных в программный комплекс и расчёт токов короткого замыкания на СШ и генераторном напряжении в программном комплексе «RastrWin» 35
4.7 Определение расчётных токов рабочего и утяжелённого режимов 35
4.8 Выбор электротехнического оборудования на генераторном напряжении 10,5 кВ 36
4.8.1 Выбор выключателей и разъединителей 36
4.8.2 Выбор трансформаторов тока и напряжения 36
4.8.3 Выбор синхронизаторов и анализаторов сети 36
4.9 Выбор параметров КРУЭ 37
5 Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 38
5.1 Технические данные защищаемого оборудования 38
5.2 Перечень защит основного оборудования 38
5.3 Расчёт номинальных токов 39
5.4 Описание защит и расчёт их уставок 40
5.4.1 Продольная дифференциальная защита 40
5.4.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора 42
5.4.3 Защита от повышения напряжения 44
5.4.4 Защита обратной последовательности от несимметричных перегрузок и внешних несимметричных коротких замыканий 44
5.4.5 Защита от симметричных перегрузок 47
5.4.6 Дистанционная защита генератора 48
5.4.7 Защита от перегрузки обмотки ротора 50
5.5 Выбор комплекса защит блока генератор – трансформатор 51
5.6 Таблица уставок и матрица отключений защит 51
6 Компоновка сооружения и гидроузла 52
6.1 Назначение класса ГТС 52
6.2 Проектирование сооружений напорного фронта 52
6.2.1 Определение отметки гребня плотины 52
6.2.1.1 Грунтовая плотина 52
6.2.1.2 Бетонная плотина 54
6.2.2 Гидравлические расчёты 54
6.2.2.1 Определение ширины водосливного фронта 54
6.2.2.2 Определение отметки гребня водослива 56
6.2.2.3 Проверка пропуска поверочного расчётного расхода 57
6.2.2.4 Построение профиля водосливной грани 58
6.2.2.5 Расчёт сопряжения потока в нижнем бьефе 58
6.2.2.6 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи 59
6.2.3 Пропуск расходов через донные отверстия и глубинные
водосбросы 61
6.3 Конструирование плотины 62
6.3.1 Определение ширины подошвы плотины 62
6.3.2 Разрезка бетонных плотин швами 62
6.3.3 Быки 63
6.3.4 Устои 63
6.3.5 Дренаж тела бетонных плотин 63
6.3.6 Галереи в теле плотины 64
6.4 Основные элементы плотины 64
6.4.1 Конструирование отдельных элементов подземного контура
плотины 64
6.4.1.1 Противофильтрационная завеса 64
6.4.1.2 Дренажные устройства в основании 65
6.5 Обоснование безопасности и надёжности бетонной плотины 65
6.5.1 Определение основных нагрузок на плотину 65
6.5.1.1 Вес сооружения и затворов 65
6.5.1.2 Сила гидростатического давления воды 66
6.5.1.3 Равнодействующая взвешивающего давления 66
6.5.1.4 Сила фильтрационного давления 67
6.5.1.5 Давление грунта 67
6.5.1.6 Волновое давление 68
6.5.2 Оценка прочности плотины 69
6.5.3 Критерии прочности плотины и её основания 71
6.5.4 Обоснование устойчивости плотины 72
7 Мероприятия по охране окружающей среды 73
7.1 Общие сведения о районе строительства 73
7.2 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период строительства 75
7.3 Мероприятия по подготовке ложа водохранилища 77
7.4 Отходы, образующиеся при строительстве 78
7.5 Мероприятия по обеспечению охраны окружающей среды в период эксплуатации 79
8 Мероприятия по пожарной безопасности. Охрана труда 81
8.1 Безопасность гидротехнических сооружений 81
8.2 Пожарная безопасность 82
8.3 Охрана труда 83
9 Технико-экономические показатели 86
9.1 Объёмы производства электроэнергии и расходы в период
эксплуатации 86
9.1.1 Оценка объёмов реализации электроэнергии 86
9.1.2 Текущие расходы по гидроузлу 86
9.1.3 Налоговые расходы 87
9.2 Оценка суммы прибыли от реализации электроэнергии и мощности 88
9.3 Анализ денежных потоков 88
9.4 Оценка инвестиционного проекта 88
9.4.1 Методология, исходные данные 89
9.4.2 Коммерческая эффективность 89
9.4.3 Бюджетная эффективность 90
10 Гидромеханические защиты гидроагрегата – принцип действия. Нормы и требования 91
10.1 Автоматическая система управления технологическим процессом 91
10.1.1 Структура АСУ ТП 91
10.2 ГМЗ. Нормы и требования 92
10.3 Аварийные и предупреждающие сигналы ГМЗ Светлинской ГЭС 94
10.3.1 Аварийное повышение температуры сегментов подпятника 94
10.3.2 Аварийное повышение температуры сегментов подшипника генератора 94
10.3.3 Аварийное повышение температуры горячего воздуха 95
10.3.4 Аварийное повышение температуры генератора (СТК) 95
10.3.5 Авария МНУ 95
10.3.6 Аварийное давление МНУ 95
10.3.7 аварийный уровень МНУ 95
10.3.8 СТОП 3 96
10.3.9 Пожар в генераторе 96
10.3.10 Авария ПШТ 96
10.3.11 Аварийный уровень масла в ПП 97
10.3.12 Аварийный уровень масла в ПШГ 97
10.3.13 Разгон 2 ступени 97
10.3.14 Прекращение циркуляции воды на охлаждение ПП 98
10.4 СТОП 1, СТОП 2, СТОП 3 98
10.4.1 СТОП 1 98
10.4.2 СТОП 2 98
10.4.3 СТОП 3 99
10.5 Резервирование ГМЗ, работа ЗАЗ и ПЗАЗ 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 100
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Общие сведения 106
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Водно-энергетические расчёты 110
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Основное и вспомогательное оборудование 128
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Электрическая часть 131
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Устройства релейной защиты и автоматизации энергетических систем 136
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Компоновка сооружения и гидроузла 143
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. Технико-экономические показатели 145
ПРИЛОЖЕНИЕ И. Гидромеханические защиты гидроагрегата – принцип действия. Нормы и требования 149

Весь текст будет доступен после покупки

Потребление электроэнергии является неотъемлемым условием существования человечества. В настоящее время количество потребителей электрической энергии стремительно расчёт за счёт развития технологий, в связи с этим, необходимо наращивать генерирующие мощности. Электрическая энергия вырабатывается на электростанциях различного типа.
Гидроэлектростанции занимают фундаментальное место в современных энергосистемах, выполняя основную роль регулирования их параметров в нестабильных режимах, а также покрывая пиковые части графиков нагрузки.
Красноярский край так же, как и другие регионы Российской Федерации на сегодняшний день интенсивно развивается. Энергосистема округа становится остродефицитной. Собственное производство электроэнергии в регионе составляет около 34% от общего потребления. Потребление электроэнергии в крае в течение дня активно меняется, поскольку основным потребителем электроэнергии является население, поэтому данной системе крайне необходим мощный и маневренный источник электроэнергии. Красноярский край богат полезными ископаемыми, для добычи которых требуется большое количество электрической энергии. Этот край также имеет уникальную речную систему, но их гидроэнергетический потенциал использован не с максимальной эффективностью и выжимкой.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Общие сведения

1.1 Природные условия

1.1.1 Климат

Климат в Республике Саха (Якутия) резко континентальный, отличается продолжительным зимним и коротким летним периодами. На территории республики Якутия, в Оймяконе, находится полюс холода Северного полушария планеты, где зафиксирована температура -71,2°С. Зимой малая высота солнца обуславливают короткий день на всей территории Якутии, а за полярным кругом наступают полярные ночи. Летом наступает пора белых ночей: продолжительность светового дня достигает 20 часов на широте Якутска. В среднем количество солнечных дней в Якутске около 228.
Средняя температура воздуха в республике: в июле +20°C, в январе -39°C. Стоит отметить, что в разных участках республики средние температуры различны, например, в мае в столице – городе Якутске уже цветут подснежники, а на севере в районе Тикси лежит снег.
Разница температур самого холодного месяца – января и самого тёплого – июля составляет 70-75°C. По абсолютной величине минимальной температуры (в восточных горных системах – котловинах, впадинах и других понижениях до -70°C) и по суммарной продолжительности периода с отрицательной температурой (от 6,5 до 9 месяцев в год) республика не имеет аналогов в Северном полушарии. Абсолютный минимум температуры практически везде в республике ниже -50°C.
В среднем за год на территории республики выпадает осадков в твердом виде от 25% на юге до 50% на островах; жидких осадков от 30% на островах до 70% на юге; смешанных – от 5-6% в центральных районах до 16-17% на островах. Ввиду незначительного количества осадков, выпадающих зимой, снежный покров на подавляющей территории имеет небольшую мощность. Число дней со снежным покровом на территории колеблется в пределах от 200-210 на юге Якутии до 250 в тундровой зоне.
На севере республики, у морского побережья, а также в высокогорье, сила ветра значительна. Средняя скорость ветра от 0,5 м/с в Олёкминском районе, до 4,7 м/с в Тикси (максимальная зафиксированная скорость ветра впечатляет –
39 м/с).

1.1.2 Гидрологические данные

Самый протяжённый приток Лены длиной 2650 км, площадь бассейна – 454000 км?. Питание – смешанное с преобладанием снегового. Средний многолетний расход воды у посёлка Чернышевский около 600 м^3/с, у Сунтара – 742 м^3/с, близ устья – 1461 м^3/с. Максимальные весенние расходы в среднем течении достигают 10000-15000 м^3/с, минимальные зимние значения до строительства ГЭС на реке составляли 2-5 м^3/с.
Среднегодовая температура в бассейне 8 градусов по Цельсию. Ледостав – в середине октября, вскрытие – в середине мая. Подъём уровня во время весеннего половодья до 10-15 м, в низовьях наблюдаются ледяные заторы.
Средний расход в реке составляет 723 м^3/с. Половодье продолжается с начала мая до конца сентября. Гидрологический ряд р. Вилюй с 1950 по 1999 годы представлен в таблице А.1.
Координаты кривых связей отметок уровней нижнего бьефа от летних и зимних расходов и отметки уровня верхнего бьефа от объёмов водохранилища представлены в таблице А.2. Графически кривые связи представлены на рисунках А.1 и А.2.
Требования для нижнего бьефа ГЭС задаются в виде попусков: водохозяйственный комплекс (круглогодично), а также потери воды из водохранилища на дополнительное испарение, льдообразование, фильтрацию, шлюзование и рыбопропускные сооружения приведены в таблице А.3.

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 стр.
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 и др.; под ред. А.А. Васильева. – 2-е изд., перераб. и доп. – 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.

Весь текст будет доступен после покупки