Дипломный проект Усть-Хантайская ГЭС

Содержание

Введение

1 Общая часть

1.1 Природные условия

2.2 Выбор расчётных гидрографов маловодного и средневодного года

2.3 Определение максимального расчетного расхода

2.4 Построение суточных графиков нагрузки энергосистемы

2.5 Построение годовых графиков максимальных и среднемесячных нагрузок энергосистемы

2.6 Покрытие графиков нагрузки энергосистемы существующими ГЭС

2.7 Расчет режимов работы ГЭС без регулирования с учетом требований водохозяйственной системы

2.8 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в маловодном году

2.9 Определение установленной мощности ГЭС и планирование капитальных ремонтов

2.10 Водно-энергетические расчеты режима работы ГЭС в среднем по водности году

3 Основное и вспомогательное оборудование ГЭС

3.1 Выбор числа и типа агрегатов

3.1.1 Выбор гидротурбин по универсальным характеристикам

3.1.2 Определение параметров турбин ПЛ50-В и ПЛ60-В

3.1.3 Проверка работы гидротурбины при ограничении по минимальному расходу

3.1.4 Определение заглубления рабочего колеса гидротурбины для обеспечения ее бескавитационной работы

3.1.4.1 Работа одного агрегата с установленной мощностью при отметке НПУ

3.1.4.2 Работа всех агрегатов с установленной мощностью при отметке НПУ

3.1.4.3 Работа всех агрегатов с установленной мощностью ГЭС при расчетном напоре

3.1.5 Экономическое обоснование варианта основного энергетического оборудования

3.1.5.1 Капиталовложения при установке турбины ПЛ50-В -

3.1.5.2 Капиталовложения при установке турбины ПЛ50-В -

3.1.5.3 Капиталовложения при установке турбины ПЛ60-В-

3.2 Определение геометрических размеров проточной части гидротурбины ПЛ50-В-

3.3 Выбор гидрогенератора под турбину ПЛ50-В-

3.4 Определение установленной мощности ГЭС

4.1 Гидравлический расчет водосливной плотины

4.1.1 Основной расчетный случай

4.1.2 Поверочный случай

4.1.3 Расчёт формы водосливной поверхности

4.1.4 Определение типа сопряжения бьефов

4.1.5 Гидравлический расчет водобойной стенки

4.2 Определение ширины подошвы плотины

4.3 Конструкция водосливной плотины и её основных элементов

4.3.1 Разрезка плотины швами на секции

4.3.2 Водобой

4.3.3 Дренажные устройства

4.3.4 Противофильтрационная завеса

4.4 Определение отметки гребня земляной плотины

4.5 Определение нагрузок, действующих на плотину

4.5.1 Волновое давление

4.5.2 Определение веса плотины и бычка

4.5.3 Вес технологического оборудования

4.5.4 Давление наносов

4.5.5. Горизонтальная составляющая силы гидростатического давления на плотину со стороны верхнего бьефа

4.5.6 Горизонтальная составляющая силы гидростатического давления на плотину со стороны нижнего бьефа

4.5.7 Вертикальная составляющая силы гидростатического давления на плотину со стороны нижнего бьефа

4.5.8 Противодавление

4.6 Расчёт прочности плотины

4.6.1 Основное сочетание нагрузок

4.6.2 Особое сочетание нагрузок

4.6.3 Оценка прочности плотины

4.7 Расчет устойчивости плотины

4.7.1 Основное сочетание нагрузок

4.7.2 Особое сочетание нагрузок

4.8 Компоновка гидроузла

4.9 Пропуск строительных расходов

4.10 Заключение

5 Электрическая часть

5.1 Выбор основного оборудования главной схемы ГЭС

5.1.1 Выбор синхронных генераторов электростанции

5.1.2 Выбор блочных трансформаторов (стр.253 [3])

5.1.3 Выбор трансформаторов собственных нужд

5.1.4 Выбор сечения проводов воздушных ЛЭП

5.2 Выбор схем РУ и проектирование главной схемы ГЭС

5.3 Расчет токов короткого замыкания для выбора электрических аппаратов

5.3.1 Составление схемы замещения

5.3.2 Расчет токов КЗ в точке К-

5.3.2.1 Преобразование схемы замещения и определение результирующих относительных сопротивлений

5.3.2.2 Определение начального значения периодической составляющей тока КЗ

5.3.2.3 Расчет апериодической составляющей и ударного тока КЗ

5.3.2.4 Расчет периодической составляющей в произвольный момент КЗ

5.3.2.5 Расчет термического действия тока КЗ. Определение импульса квадратичного тока КЗ

5.3.3 Расчет токов КЗ в точке К-2(3) (шины ОРУ-220 кВ)

5.3.3.1 Преобразование схемы замещения и определение результирующих относительных сопротивлений

5.3.3.2 Определение начального значения периодической составляющей тока КЗ

5.3.3.3 Расчет апериодической составляющей и ударного тока КЗ

5.3.3. 4 Расчет периодической составляющей в произвольный момент КЗ

5.3.3.5 Расчет тока однофазного КЗ в точке К-

Апериодические составляющие тока КЗ в момент времени :

5.3.3.6 Расчет термического действия тока КЗ. Определение импульса квадратичного тока КЗ

5.4 Выбор электрических аппаратов

5.4.1Выбор аппаратов и проводников по условиям рабочего режима

5.4.2 Выбор выключателей и разъединителей

7.1 Безопасность гидротехнических сооружений

7.2 Техника безопасности и противопожарная безопасность

8.2 Определение финансовой эффективности инвестиционного проекта

9 Расчет схемы собственных нужд

9.1 Общие положения

9.2 Схема С.Н. Усть-Хантайской ГЭС

9.2.1 Выбор трансформаторов щита агрегатных нужд 13,8/0,4 и 6/0,

9.2.2 Выбор вводных и отходящих выключателей

Введение

Площадь земной поверхности на 2/3 покрыта водой. Неразумно было бы не использовать столь широкую распространенность воды в природе для народного хозяйства. Грамотное и целесообразное использование гидроресурсов, неотъемлемая часть увеличения благосостояния любой страны.

Самым удобным видом электростанций с низкой себестоимостью электроэнергии на сегодняшний день являются гидравлические, с неоспоримым плюсом, таким как экологическая чистота. Особое свойство гидротехнических сооружений заключается в том, что их разрушение высвобождает на волю разрушительную стихию в виде воды, приводящее за короткое время к колоссальным материальным убыткам, но что особо важно к большим человеческим жертвам. Поэтому необходим крайне серьезный подход к проектированию гидротехнических сооружений для качественного и безопасного использования гидроресурсов, что регламентируется в различных СНиПах и других нормативных документах.

Плотины являются одними из основных сооружений гидроузла таких энергетических объектов как гидроэлектростанции, служащие для создания подпора воды, с последующим преобразованием потенциальной энергии воды в электрическую. Для пропуска расходов больших, чем может пропустить ГЭС, используются водосливные плотины, туннельные водосбросы или другие объекты, что гарантирует безопасную эксплуатацию гидроэлектростанции.

Целью проекта является рассчитать установленную мощность ГЭС Шамчахрай, выбрать основное энергетическое оборудование, выбрать экономичный профиль гравитационной бетонной плотины (расположенной на скальном основании) с водосбросом отвечающий условиям надежности, определить компоновку гидроузла.

Природные условия

Река Хантайка – правый приток Енисея вытекает из Малого Хантайского озера. Длина реки 165 км, площадь водосбора 30700 кв.км. Бассейн реки Хантайки расположен за полярным кругом, в лесотундровой зоне с невысокой лесистостью и большими пространствами болот и тундры в районе распространения вечной мерзлоты.

В створе гидроузла берега реки крутые высотой до 70 метров, ширина реки по урезу воды в межень составляет 74060 метров.

Климат

В районе створа проектируемого УстьХантайского гидроузла климат суровый, с продолжительной зимой, сравнительно теплым летом и неустойчивой погодой в переходные месяцы года, сильными ветрами и обилием осадков. Среднегодовая температура воздуха в районе проектируемого гидроузла составляет минус 9,30 C, абсолютный минимум 640 C, абсолютный максимум +330 C. Зима наиболее продолжительный сезон снежный покров держится 240265 дней в году а безморозный период составляет 78 дней в году.

Гидрологические данные

Среднемесячные расходы воды имеются за 51 год (193839 гг.) и колеблются от 618 м3/с (195253 гг.) до 282 м3/с (196061 гг.) Среднемноголетний расход воды в створе ГЭС равен 1042 м3/с.

Далее приведены среднемесячные и среднегодовые расходы притока р. Хантайка к створу УстьХантайского гидроузла (таблица 1.1), а также кривая зависимости объемов водохранилища от уровня воды нем (рисунок 1.1), и кривые зависимостей расходов воды в створе ГЭС (рисунок 1.2).

Мероприятия по подготовке зоны водохранилища, влияющие на состояние водных ресурсов

В комплекс мероприятий санитарной подготовки территории входят:

санитарная очистка территорий населенных пунктов предприятий, зданий и сооружений, подлежащих сносу;

санитарная очистка и другие мероприятия в местах захоронений;

подготовка прибрежных участков водохранилища около населенных пунктов – санитарных зон.

Кроме того, в состав санитарных мероприятий, согласно санитарных норм входит очистка от древесной и кустарниковой растительности, которая рассмотрена в специальном разделе настоящей работы.

Санитарная очистка проводится на всей территории, подлежащей постоянному или временному затоплению, подтоплению и берегообрушению. В комплекс работ по санитарной очистке территории входят:

очистка от мусора и остатков строений;

вывоз нечистот из уборных и вывоз бытовых отбросов;

санитарная очистка территории животноводческих объектов;

очистка территории после переноса промышленных предприятий;

ликвидация скважин (артезианских, геологоразведочных и др.).

На территории населенных пунктов, попадающих в зону затопления, подтопления и берегообрушения подлежат удалению все строения, включая опоры воздушных линий электропередач и связи, мачты, изгороди и др. строения, выступающие над землей более чем на 0,5 м.

В населенных пунктах нечистоты от действующих индивидуальных и общественных уборных, скотных дворов и свалок выбираются и отвозятся в специально оборудованных самосвалах на полигоны отходов, где укладываются в специально подготовленные котлованы.

В местах захоронений необходимость тех или иных мероприятий по подготовке территорий кладбищ к затоплению и переносу определяется абсолютной отметкой местности. Согласно СанПиН 390785, подлежат переносу кладбища, расположенные в пределах зоны сработки водохранилища и на 2 м ниже УМО, а также в зоне переработки берега. Все работы по санитарной подготовке территорий кладбищ и перезахоронениям будут проводиться с выполнением мероприятий по обеззараживанию почв, инструментов, механизмов, с соблюдением санитарных норм и техники безопасности.

Организация санитарных зон

В соответствии с требованиями СанПиН 3907–85 около существующих и вновь создаваемых населенных пунктов предусматривается организация санитарных зон, предназначенных для доступа населения к воде и размещения пристаней. Размеры санитарных зон должны быть не менее: длина равна протяженности населенного пункта вдоль акватории плюс по 500 м в обе стороны; ширина – от границ береговой застройки до уреза воды при НПУ, плюс 100 м по акватории от берега водохранилища. На территории санитарных зон предусматривается удаление всей древесной растительности заподлицо с землей. Колодцы и другие искусственные углубления подлежат засыпке грунтом. Неиспользуемые или разрушенные строения подлежат разборке и удалению, а их территория – санитарной обработке, аналогичной обработке территории затапливаемых населенных пунктов.

Очистка зоны водохранилища от древесно-кустарниковой растительности

Санитарные нормы требуют для водохранилищ с коэффициентом водообмена 6 и более очистку от древесно-кустарниковой растительности территории сработки водохранилища от НПУ до отметки на 2 м ниже максимальной сработки с оставлением пней не выше 50 см. Вместе с тем санитарные нормы допускают отказ от очистки от древесно-кустарниковой растительности, если расчетами прогноза подтверждается, что воздействие остающейся под затопление древесины на качество воды будет в пределах нормативных требований (примечание к п.3.3.2. СанПиН 390785).

Водоохранная зона

В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 23 ноября 1996 г. №1404 вокруг водохранилища должна быть установлена водоохранная зона (ВЗ) со специальным режимом хозяйственной деятельности.

Все показатели, характеризующие состояние лесного фонда, интенсивность использования лесных ресурсов, уровень состояния лесного и сельского хозяйства определяются в проекте водоохранной зоны (ВЗ) по данным лесоустроительных материалов, годовых отчетов лесохозяйственных и сельскохозяйственных предприятий, материалов обследования на ключевых участках территории ВЗ, выполненных в процессе изысканий. В проекте обосновываются границы водоохранной зоны и прибрежной защитной полосы, а также определяется комплекс лесохозяйственных, противоэрозионных и других водоохраннозащитных мероприятий.

В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 23 ноября 1996 г. №1404 в водоохранной зоне запрещается:

1. строительство новых и расширение действующих предприятий и объектов, прямо или косвенно влияющих на санитарно-техническое состояние водохранилища и прилегающих к нему земель;

2. размещение животноводческих ферм, птицефабрик, использование в качестве удобрений не обезвреженных навозосодержащих сточных вод;

3. размещение складов для хранения горючесмазочных материалов, удобрений и ядохимикатов;

4. размещение мест захоронения бытовых и промышленных отходов, скотомогильников, а также других объектов, отрицательно влияющих на качество вод;

5. применение авиаопыления лесных угодий ядохимикатами, на которые не установлены предельно-допустимые концентрации (ПДК);

6. разрушение грунтового растительного покрова в пределах береговых уступов и пляжей водохранилища, склонов рек, оврагов и балок, уступов и крутых участков склонов террас и других форм рельефа.

7. В пределах прибрежной защитной полосы дополнительно к ограничениям, установленным в водоохранной зоне запрещается:

8. распашка земель;

9. кооперативное и индивидуальное строительство;

10. применение ядохимикатов и удобрений;

11. организация летних лагерей, водопой и выпас скота;

12. устройство стоянок автотранспорта и лодочных причалов за пределами отведенных для этого мест.

На период эксплуатации водохранилища в водоохранной зоне водохранилища в качестве первоочередных мероприятий рекомендуются мероприятия по ведению лесного хозяйства: рубки ухода, санитарные рубки, охрана лесов от пожара.

Водоохранные мероприятия на гидроэлектростанции

Выработка электроэнергии на гидроэлектростанции связана с использованием возобновляемого ресурса – движущейся воды, поэтому на ней отсутствуют выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и не образуются отходы производства, как золошлакоотвалы на ТЭС или отработанное ядерное топливо на АЭС.

Вместе с тем, для обеспечения нормальной работы оборудования ГЭС требуется применение технических масел, что приводит к появлению замасленных стоков. Кроме того, для обеспечения собственных нужд объекта требуется потребление определенного объема воды.

Замасленные стоки ГЭС должны поступать на специальные маслоочистительные установки. В аварийной ситуации (пожар на площади трансформаторов) стоки воды от пожаротушения и масла собираются в специальные емкости – в баки аварийного слива масла.

К категории производственных стоков, не требующих очистки (нормативно-чистые воды), отнесены воды идущие на охлаждение оборудования и сточные воды от пожаротушения кабельных помещений. Эти воды не загрязняются в процессе использования и отводятся в нижний бьеф без очистки.

Так же для компенсации ущерба, приносимого затоплением и подтоплением земель, проведем следующие мероприятия:

- перенос отдельных участков дорог, наращивание их полотна, крепление откосов, перенос линий связи и электропередачи;

- выработка полезных ископаемых или обеспечение возможности их последующей разработки;

- перенос или защита памятников истории и культуры, а также их обследование и описание;

- возмещение ущерба уничтожения нерестилищ рыб и численности диких животных и птиц.