Зейская ГЭС Волков готовая. Курсовой проект Зейский гидроузел

• Название: Курсовой проект Зейский гидроузел
• Дата: 04.07.2021
• Размер: 1.22 Mb.
• Имя файла: Зейская ГЭС Волков готовая.docx
• Тип: Курсовой проект; #223220

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА
Кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений
Курсовой проект
«Зейский гидроузел»
по дисциплине «Сооружения речных гидроузлов» специализации «Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности» направления подготовки «Строительство уникальных зданий и сооружений»


Оценка ________

Выполнил: Студент группы С3116-08.05.01- Спец Волков Р. Е. ____________________________

Принял: к.т.н., доцент Максименко В. И. ___________________________ (подпись, дата) Ассистент Селиванова М. А. ___________________________ (подпись, дата)

Владивосток

2020

Содержание

Введение 3

1Гидросистема 4

1.1Географическое положение и гидрологические характеристики реки Зея 4

2Зейский гидроузел 5

2.1Общие сведения 5

2.2История строительства и эксплуатации 6

2.4 Состав сооружений 7

2.4.1 Бетонная плотина 9

2.4.2 Водосливная часть плотины 9

2.4.3 Станционная часть плотины 10

2.4.4 Здание ГЭС 11

2.5 Основные параметры Зейской ГЭС 11

3 Борьба с наводнениями 16

17

4 Водноэнергетические расчеты 18

4.1 Расчёт максимальной мощности ГЭС 18

4.2 Расчёт минимальной мощности ГЭС 18

5 Гидравлические расчёты 20

5.1 Расчёт пропускной способности 20

6 Презентация курсового проекта 22

Заключение 22

Список использованной литературы 23

Введение

При разработке данного курсового проекта была поставлена задача собрать информацию из различных источников об Зейском гидроузле в Амурской области. Собранную информацию необходимо оформить, а так же представить группе в виде презентации.

В ходе выполнения проекта предстояло провести гидравлические расчеты и водоэнергетические на основании собранных данных. Так же нужно сравнить полученные результаты с реальными параметрами.

1. 
   
   

1. Гидросистема

   1. Географическое положение и гидрологические характеристики реки Зея

Зея (от эвенкийского «джеэ» — «лезвие») — крупнейшая река бассейна Амура. По глубине, ширине и водостоку превосходит Амур в месте слияния рек, но исторически считается его левым притоком. Река целиком протекает по Амурской области России, захватывая 64 % её территории, и в районе Благовещенска впадает в Амур. На Зее расположены города Зея, Свободный и Благовещенск. 

• 
  Длина — 1242 км
  
• 
  Площадь водосборного бассейна — 233000 км²
  
• 
  Объем годового стока реки равен 53,8 км³
  
• 
   средний годовой расход воды в устье 1910 м³/с
  

Рисунок 1 – Географические положение реки Зея

2. Зейский гидроузел

   1. Общие сведения

Зейская ГЭС – одна из крупнейших гидроэлектростанций России и вторая по мощности на Дальнем Востоке. Имеет самую высокую в России плотину контрфорсного типа, а также самые мощные диагональные гидротурбины. Водохранилище станции имеет большое противопаводковое значение.

Расположена на р. Зее в Амурской области, в 660 км от областного центра - г. Благовещенска. Ее мощность – 1330 МВт, среднегодовая выработка электроэнергии – 4,91 млрд.кВт.ч. В дальневосточной энергосистеме Зейская ГЭС играет особую роль, обеспечивая ее надежное функционирование.

Гидроэлектростанция осуществляет регулирование частоты энергосистемы, регулирует суточные и недельные неравномерности нагрузки – ее гидроагрегаты легко увеличивают и уменьшают мощность, в соответствии с колебаниями нагрузки в энергосистеме. Кроме того, Зейская ГЭС служит аварийным резервом – ее гидроагрегаты в течение нескольких минут способны набрать полную мощность, не допуская отключения потребителей при аварийных ситуациях в энергосистеме.

В Дальневосточной энергосистеме Зейская ГЭС осуществляет следующие функции:
-выдача мощности и выработка электроэнергии;
-регулирование частоты;
-прием суточных и недельных неравномерностей нагрузки по энергосистеме;
-аварийного резерва, как кратковременного по мощности, так и длительного по энергии;
-значительное снижение негативных последствий от прохождения паводков в долине реки Зеи;
-обеспечение судоходства ниже створа ГЭС.
Полнота и степень выполнения этих функций зависят от требований, предъявляемых к режиму работы водохранилища.

2. История строительства и эксплуатации

Впервые возможность строительства ГЭС на Зее рассматривалась в 1931 году на совещании по составлению генерального плана электрификации Дальневосточного края. В 1930-х годах были проведены инженерные изыскания, на основе которых была создана первая схема гидроэнергетического использования реки. Повторно изыскания были начаты в 1954 году, причем особое внимание уделялось створу у Зейских ворот, где впоследствии и была построена Зейская ГЭС. В 1958 году Ленинградское отделение института «Гидропроект» разработало Схему комплексного использования рек Зея и Селемджа, в которой обосновывалось первоочередное сооружение Зейской ГЭС. В ходе проектирования станции рассматривалось несколько вариантов, в итоге было принято решение о возведении массивно-контрфорсной плотины, что позволяло съэкономить около 400 тыс. тонн бетона. Разработанный «Ленгидропроектом» технический проект Зейской ГЭС был утверждён в 1968 году.

22 февраля 1964 года приказом министра энергетики и электрификации СССР образована дирекция строящейся Зейской ГЭС и Управление строительства «ЗеяГЭСстрой». Первые строители прибыли к створу уже в марте того же года. Осенью 1965 года была начата отсыпка перемычек котлована основных сооружений, в июле 1969 года котлован был осушен. 30 января 1970 года в плотину был уложен первый кубометр бетона. Русло Зеи было перекрыто 13 октября 1972 года.

Первый гидроагрегат был пущен 27 ноября 1975 года, второй и третий — в 1976 году. Первые гидроагрегаты пускались при напоре значительно меньше расчётного, но уникальные возможности по работе диагональных турбин при широком диапазоне напоров позволили отказаться от использования временных рабочих колёс. Четвертый гидроагрегат пустили в 1977 году, пятый — в 1978 году и шестой — в 1980 году. Возведение плотины было завершено в 1983 году, строительство станции в основном закончилось в 1985 году. Акт о приёмке Зейской ГЭС в постоянную эксплуатацию был подписан в 2002 году. Изначально мощность станции составляла 1290 МВт, но к 1990 году была проведена перемаркировка четырёх из шести гидроагрегатов, в результате чего мощность станции достигла современного значения — 1330 МВт.

В 1993 году было создано ОАО «Зейская ГЭС», в ходе реформы РАО «ЕЭС России» в 2005 году ОАО «Зейская ГЭС» вошло в состав федеральной гидрогенерирующей компании ОАО «УК ГидроОГК» и в 2008 году ликвидировано. Станция входит в состав ПАО «РусГидро» на правах филиала.

2.4 Состав сооружений

В состав сооружений Зейского гидроузла входят

• 
  бетонная плотина;
  
• 
  водосброс;
  
• 
  станционная часть плотины;
  
• 
  станционный узел;
  
• 
  здание ГЭС;
  
• 
  водоприемники ГЭС
  
• 
  водозаборное сооружение
  
• 
  ОРУ 500 и 220 кВ.
  

План расположения сооружений Зейского гидроузла представлен на рисунке 2, а также расположение сооружений Зейского гидроузла по секциям рисунке 3.



Рисунок 2 – План расположения сооружений Зейского гидроузла



Рисунок 3 – Расположение ГТС Зейского гидроузла по секциям

2.4.1 Бетонная плотина

Бетонная массивно-контрфорсная плотина с максимальной высотой 115,5 м - глухую левобережную длиной 240,2 м.

Все части плотины сконструированы по принципу единого треугольного профиля с вершиной на отметке 321,0 м. Верховая грань имеет уклон 1:0,15, низовая - 1:0,8. Типовая секция имеет ширину 15,0 м, из которых 7,0 м занимает контрфорс и 8,0 м - полость.

Отметка гребня плотины - 323,0 м. С правым берегом плотина сопряжена бетонными подпорными стенками. Длина напорного фронта гидроузла 714,2 м.

2.4.2 Водосливная часть плотины

Эксплуатационный поверхностный водосброс протяженностью 180 м расположен в середине плотины и включает 8 отверстий (пролетов) по 12 м, отметка порога - 309,0 м, отметка верха затворов - 318,0 м; затворы металлические, плоские, скользящие; сопряжение с нижним бьефом выполнено высоким носком в двух ярусах. В нижнем бьефе водосливной части плотины в районе падения струи специального крепления нет.

Гасителей энергии нет. Энергия сбрасываемого потока гасится посредством ямы размыва. Гашение энергии достигается за счет устройства водосбросного носка двоякой кривизны.

Для проведения ремонтов рабочих затворов перед ними предусмотрены пазы для установки ремонтного затвора. Конструктивно рабочий и ремонтный затворы не имеют отличий, ремонтный затвор один.

Открытие затворов осуществляется после достижения отметки 317,5 м у плотины гидроузла.

Схема водосливной части плотины представлена на рисунке 4.


322,1


Рисунок 4 – Разрез водосливной части плотины:

1 – Уплотнения швов; 2 – дренаж тела плотины; 3 – цементационная завеса; 4 – дренаж основания; 5 –анкерные плиты водобоя; 6 – временные отверстия для пропуска воды в период строительства; 7 – широкие (1,5 м) строительные швы;

2.4.3 Станционная часть плотины

Станционная часть плотины включает в себя секции N 22 - 27. Подвод воды к турбинам осуществляется по железобетонным с металлической внутренней облицовкой водоводам диаметром 7,8 м, размещенным в толщине низовой грани плотины и отрезанным от остального массива плотины скользящим швом.

Разрез станционной части плотины представлена на рисунке 5.


322,1


Рисунок 5 – Разрез станционной части плотины:

1 – Уплотнения швов; 2 – дренаж тела плотины; 3 – цементационная завеса; 4 – дренаж основания; 7 – широкие (1,5 м) строительные швы; 8 – турбинный водовод

2.4.4 Здание ГЭС

Приплотинное здание ГЭС длиной 144 м оборудовано шестью гидроагрегатами с турбинами типа ПЛД 45-2556-В-600. Мощность гидроагрегатов N 1, 2, 4, 5 в результате перемаркировки была увеличена до 225 МВт, мощность агрегатов N 3 и N 6 составляет 215 МВт. Расчетный по мощности напор равен 78,5 м. Сопряжение здания ГЭС с левым берегом осуществлено бетонными подпорными стенками.

2.5 Основные параметры Зейской ГЭС

Основные технические параметры гидроузла сведены в таблицы 1-5.

Таблица 1 – Характерные уровни воды в водохранилище

Наименование параметра	Единица измерения	Значение параметров и показателей
		нормальная эксплуатация	на период 2018 - 2022 гг.
Нормальный подпорный уровень (НПУ)	м	315,00	315,00
Минимальный допустимый уровень (уровень мертвого объема) (далее - УМО)	м	299,00	299,00
Уровень предполоводной сработки (далее - УПС)	м	310,00	310,00
Форсированный подпорный уровень (далее - ФПУ)	м	322,10	322,10
Уровень максимального наполнения (далее - УМН) при пропуске паводка вероятностью превышения 0,01% с г.п. по модели 2012 года (с учетом уточнения гидрологических характеристик по состоянию на 2016 год)	м	321,84 (8 пролетов и 5 гидроагрегатов)	321,84 (8 пролетов и 5 гидроагрегатов)
УМН при пропуске дождевого паводка вероятностью превышения 0,1% (по модели 2012 года):	м
- при неполном использовании пропускной способности гидроузла (7 пролетов и 5 гидроагрегатов)		320,13	320,13
- при полном использовании пропускной способности гидроузла (8 пролетов и 5 гидроагрегатов)		319,91	319,91
Уровень противопаводковой призмы водохранилища (далее - УПП) при пропуске паводка вероятностью превышения 1%	м	319,30	319,30
Отметка открытия затворов водосливной плотины	м	317,50	317,50

Таблица 2 – Топографические характеристики водохранилища

Наименование параметра	Единица измерения	Значение параметров и показателей
		нормальная эксплуатация	на период 2018 - 2022 гг.
Площадь зеркала при НПУ	км2	2419	2419
Площадь зеркала при УМО	км2	1620	1620
Объем водохранилища при УМО	км3	36,30	36,30
Объем водохранилища при НПУ:	км3
- полный		68,42	68,42
- полезный		32,12	32,12
Объем принудительной предполоводной сработки водохранилища (между отметками НПУ и УПС)	км3	11,40	11,40
Объем противопаводковой призмы водохранилища (между отметками УПП и НПУ)	км3	10,94	10,94
Объем водохранилища при ФПУ	км3	87,38	87,38
Объем форсировки водохранилища (между отметками ФПУ и НПУ)	км3	18,96	18,96

Таблица 3 – Основные показатели гидроузла

Длина напорного фронта гидроузла, м	714
Наибольшая высота плотины, м	115,5
Максимальный напор, м	98,3
Мин. напор, м	74,5
Расчетный напор, м	78,5
Макс. расчетный расход через сооружения, м3/с	11 104
Полезный объем водохранилища, км3	32,26
Уровни нижнего бьефа:
- максимальный при расходе 11104 м3/с	228,7
- то же при работе ГЭС с установленной мощностью при расчетном напоре (Q=2086 м3/с), м	223,6

Таблица 4 – Водопропускные сооружения гидроузла

Наименование параметра	Единица измерения	Значение параметров и показателей
		нормальная эксплуатация	на период 2018 - 2022 гг.
Эксплуатационный поверхностный водосброс с отметкой порога 309,0 м
Число отверстий	ед.	8	8
Пропускная способность одного отверстия при полном открытии:
- на отметке 317,50 м	м3/с	602	602
- на отметке 319,30 м (УПП)		817	817
- на отметке 322,10 м (ФПУ)		1199	1199
ГЭС
Количество гидроагрегатов	ед.	6	6
Полный расход ГЭС (6 гидроагрегатов) при работе всех гидроагрегатов установленной мощностью и расчетном напоре	м3/с	1970	1970
Расход ГЭС (5 гидроагрегатов) при расчетном напоре 78,5 м	м3/с	1540	1540
Расход ГЭС (5 гидроагрегатов) при максимальном уровне наполнения водохранилища и максимальном напоре в период паводков	м3/с	1300	1300
Суммарная пропускная способность гидроузла при отметке верхнего бьефа 317,50 м, в том числе:	м3/с	6416	6416
- турбины (6 гидроагрегатов)		1600	1600
- водосброс		4816	4816
Суммарная пропускная способность гидроузла при ФПУ, в том числе:	м3/с	11150	11150
- турбины (6 гидроагрегатов)		1560	1560
- водосброс		9590	9590

Таблица 5 – Технические параметры турбин

Тип	диагональные поворотно-лопастные
Мощность, МВт	215-225
Расход воды через турбину при расчётном напоре 78,5 м, м3/с	303
Частота вращения, об/мин	136,4

3 Борьба с наводнениями

Водный режим реки Зеи характеризуется сильными летними дождевыми паводками, регулярно приводящими к наводнениям (в частности, значительные наводнения отмечались в 1928, 1953, 1956, 1972, 1982 годах). При проектировании Зейской ГЭС особое внимание было уделено её противопаводковой функции, в частности в водохранилище создана специальная противопаводковая ёмкость выше НПУ. За период эксплуатации Зейской ГЭС станция неоднократно привлекалась для борьбы с наводнениями.

Так, летом 2007 года максимальные притоки в водохранилище составляли 15 200 м³/сек, а максимальный сброс через сооружения ГЭС — 4700 м³/сек, что позволило предотвратить масштабное затопление населённых пунктов на Зее и Амуре. В то же время, были затоплены строения в с. Овсянка, построенные с нарушениями действующих требований в зоне периодического затопления; впоследствии, население было переселено из зоны затопления.

Летом 2013 года произошло очередное катастрофическое наводнение, самое сильное за весь период наблюдений. При быстром увеличении объема воды в бассейне реки из-за продолжительных проливных дождей были заполнены до НПУ водохранилища Зейской и Бурейской ГЭС, водохранилище Зейской ГЭС продолжало наполняться выше НПУ, используя противопаводковую ёмкость. Максимальный расход воды через Зейскую ГЭС при этом составил 5000 м³/с, тогда как приточность воды в водохранилище доходила до 11 700 м³/с. В целом, в Зейском водохранилище было задержано почти две трети объёма поступившей в него воды, была достигнута максимальная за всю историю отметка уровня водохранилища 319,53 м. В 2016 году в водохранилище станции был полностью аккумулирован максимальный суточный приток за всю историю наблюдений в объёме 16 100 м³/с, при этом расходы в нижний бьеф составили всего 726 м³/с.

В июле 2019 года на территорию Дальнего Востока России пришли мощные муссоны, принесшие с собой сильнейшие дожди и ливни. 23 июля 2019 года была зафиксирована приточность воды в Зейское водохранилище в объеме 11 510 кубометров в секунду, при этом решением Росводоресурсов пропуск воды через Зейскую ГЭС был снижен до 690 кубометров в секунду. Пик паводка для Бурейского водохранилища пришелся на 25 июля, когда каждую секунду в него вливалось 8 735 кубометров воды, а плотина пропускала вниз по течению 5 015 кубометров. В результате Зейская ГЭС в июле удержала в своем водохранилище 4,7 кубических километра воды – четыре миллиарда 700 миллионов тонн или такое же количество кубометров воды не добрались до Амура, кратно уменьшив объем работы спасательных служб. 40% объема паводка сдержала Бурейская ГЭС, и это тоже уменьшило паводок для четырех субъектов Российской Федерации.

4 Водноэнергетические расчеты

4.1 Расчёт максимальной мощности ГЭС

Максимальную мощность гидротурбины определяем по формуле:

	(1)
где – расход через гидротурбину, м3/с, ( ; – коэффициент полезного действия (КПД) турбины. – напор турбины, м; определяется по формуле

(2)

где УВБ – отметка уровня верхнего бьефа при НПУ; УВБ = 315 м;

УНБ – отметка уровня нижнего бьефа при пропуске минимального расхода; УНБ = 223,6 м;

– геометрический напор;

- потери напора в водопроводящем тракте, м; потери напора принимаем 20 % .

Значение КПД гидротурбин принимаем 0,95.


Максимальную мощность гидротурбин находим по формуле (1):

Так как количество гидроагрегатов 6, следовательно общая мощность ГЭС составит:

4.2 Расчёт минимальной мощности ГЭС

Напор турбины определяется по формуле (2).

УВБ – отметка уровня верхнего бьефа на отметке гребня водосливной плотины, УВБ = 309 м;

УНБ – отметка уровня нижнего бьефа при пропуске максимального расхода, УНБ = 228,7 м;

– геометрический напор;

- потери напора в водопроводящем тракте, м; потери напора принимаем 20 % .

Значение КПД гидротурбин принимаем 0,95.



Минимальную мощность гидротурбин определяем по формуле (1).


Так как количество гидроагрегатов 6, следовательно общая мощность ГЭС составит:

5 Гидравлические расчёты

5.1 Расчёт пропускной способности

Пропускная способность поверхностного водосброса определяется значением расхода воды Q, переливающейся через водосливную стенку. В общем случае расход Q может быть вычислен по формуле из справочника [3]:

(3)

где m - коэффициент расхода водослива; (𝑚 = 0,49, так как используется водослив практического профиля типа А);

коэффициент бокового сжатия;

H₀ - полный напор водослива; 

B - ширина водослива (водосливного пролета), определяемая по нормали к направлению течения;

– ускорение свободного падения, м/с².

H₀ - полный напор водослива.

Полный напор определяется по формуле

, (4)

где H – напор на гребне водослива, определяемый разностью отметок уровня воды в верхнем бьефе (при ФПУ) и гребня водосливной плотины, (H=322,1-309=13,1 м);

Разрез водосливной части плотины представлен на рисунке 4.

V₀ – скорость подхода воды к водосливу в верхнем бьефе;



По предложению П.Г. Киселева скоростью подхода можно пренебречь при ([3], с.64).

Коэффициент бокового сжатия рассчитывается по формуле

,

(5)

где 𝜉_б – коэффициент формы быков (в данном случае форма быков такова, что 𝜉_б = 0,2, принимаем по таблице 6-8 [3]);

𝑏 и 𝑛 – ширина и количество водосливных отверстий соответственно (𝑏=12 м, n=8 шт.);

𝜉_у – коэффициент уменьшения, учитывающий скругление вертикальных ребер устоев (в данном случае форма устоев такова, что 𝜉_у = 0,7, принимаем по рисунку 6-10 [3]).

Имея все значения, определим по формуле (6) коэффициент бокового сжатия



Подставив полученные значения в формулу (3), получим

= 9434,68 м³/с

Необходимо сравнить расчетный расход с расходом по паспортным данным:

6 Презентация курсового проекта

По собранным данным из источников, была составлена презентация «Зейской ГЭС» в формате Microsoft PowerPoint.

Презентация содержит схемы, фотографии, а также текстовую часть для удобства конспектирования.

В ходе презентации были представлена следующая информация:

• 
  Общие сведения об Зейской ГЭС;
  
• 
  Общие сведения о реке Зея;
  
• 
  История строительства и эксплуатации ГЭС;
  
• 
  Сведения о Зейском водохранилище;
  
• 
  Состав сооружений гидроузла;
  
• 
  Параметры сооружений гидроузла;
  

Основная информация о комплексе гидротехнических сооружений была взята из приказа Росводресурсов от 18.07.2018 N 151
"Об утверждении Правил использования водных ресурсов Зейского водохранилища на р. Зее".
Курсовой проект был представлен 10.12.2019 г.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были собраны данные о реке Зея, предпосылки к строительству, история строительства Зейского гидроузла, характеристики Зейского водохранилища, состав сооружений и их характеристики.

Бетонная массивно-контрфорсная плотина с максимальной высотой 115,5 м состоит из 44 секций и разделена на части:

- глухую правобережную длиной 150,0 м;

- водосливную длиной 180,0 м;

- станционную длиной 144,0 м;

- глухую левобережную длиной 240,2 м.

Отметка гребня плотины - 323,0 м. Длина напорного фронта гидроузла 714,2 м.

Эксплуатационный поверхностный водосброс протяженностью 180 м расположен в середине плотины и включает 8 отверстий (пролетов) по 12 м, отметка порога - 309,0 м, отметка верха затворов - 318,0 м; затворы металлические, плоские, скользящие; сопряжение с нижним бьефом выполнено высоким носком в двух ярусах.

Были произведены водно-энергетические расчёты, в результате которых найдена максимальная мощность гидроэлектростанции N_Tmax = 1242 МВт (установленная максимальная мощность 1330 МВт) и минимальная мощность гидроэлектростанции N_Tmin = 1092 МВт.

Также выполнен гидравлический расчет, рассчитана пропускная способность эксплуатационного поверхностного водосброса Q = м³/с, что на 65,32 м³/с меньше значения по паспортным данным.

Список использованной литературы

1. 
   СП 58.13330.2012 Гидротехнические сооружения. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 33-01-2003. – Введ. 2013-01-01.- М.: Минрегион России, 2012;
   
2. 
   СП 40.13330.2012 Плотины бетонные и железобетонные. Актуализированная редакция СНиП 2.06.06-85 (с Изменением N 1) – Введ. 2013-01-01.- М.: Минрегион России, 2012;
   
3. 
   Справочник по гидравлическим расчётам. Под редакцией П.Г. Кисилёва. Изд. 4-е, переработ. и доп. – М.: Энергия, 1972. – 312 с.;
   
4. 
   Приказ Росводресурсов от 18.07.2018 N 151
   "Об утверждении Правил использования водных ресурсов Зейского водохранилища на р. Зее" (Зарегистрировано в Минюсте России 27.08.2018 N 52010);
   
5. 
   ПАО «РусГидро» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.zges.rushydro.ru/, свободный;