Учебное пособие-2022. Учебное пособие Саяногорск сфу 2007
 Скачать 2.5 Mb.
|
|
Проектирование генераторов основано на знаниях физической сущ- ности электрических и магнитных явлений, излагаемых в курсе теоретиче- ских основ электротехники, в первую очередь закона электромагнитной ин- дукции. Важно отметить, что взаимное преобразование механической и элек- трической энергии в электрической машине может происходить в любом на- правлении, то есть одна и та же электрическая машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, в частности, как мы знаем, на ГЭС генераторы используются в режиме синхронных компенсаторов, что должно предусматриваться при их проектировании. Проектирование гидрогенераторов, также как и всего основного обору- дования ГЭС, неразрывно связано с проектированием гидростанции в целом. Стремление удешевить строительство ГЭС приводит к созданию гене- раторов меньшего веса и размеров, и росту единичной мощности машин пу- тём применения более эффективного охлаждения активных частей генерато- ра. Например, непосредственное охлаждение обмоток водой даёт возмож- ность увеличить почти в два раза мощность генератора в тех же габаритах по сравнению с машинами воздушного охлаждения. При этом расход активного железа на 1 кВА установленной мощности уменьшается примерно в 1,5-2 раза, меди – в 3-4 раза. Наряду с номинальными данными генератора в задании на его проек- тирование указывается угонная частота вращения и приводятся требования к маховому моменту, системе охлаждения, а также требования соответствую- щих ГОСТов. Роторы генераторов должны без вредных последствий выдерживать угонную частоту вращения в течение 2 минут. Поэтому все вращающиеся части генератора рассчитываются не на номинальную, а на угонную частоту вращения, при которой центробежные силы, пропорциональные квадрату уг- ловой скорости, значительно возрастают. Так, например, при угонной часто- те вращения, превышающей номинальную в три раза, центробежные силы и механические напряжения во вращающихся частях возрастают в девять раз по сравнению с номинальными. Угонная частота вращения не должна вызывать напряжений материа- лов ротора, превосходящих предел текучести, т.е. остаточные деформации не допускаются. Упругие деформации обода ротора должны быть не более раз- мера воздушного зазора между ротором и статором генератора. Проектированию общестанционных устройств и вспомогательного оборудования должно уделяться не меньше внимания, чем основному обору- дованию, поскольку они обеспечивают нормальный режим всего технологи- ческого процесса гидростанции по выработке электроэнергии и регулирую- щую роль ГЭС в энергосистеме. 117 Грузоподъёмные краны – их тип и количество определяются на основа- нии технико-экономического сравнения в зависимости от габаритов и распо- ложения здания ГЭС и, в частности, машинного зала, наибольшего монтаж- ного веса, интенсивности монтажных работ, а также условий разгрузки и монтажа трансформаторов. На многоагрегатных ГЭС обычно проектируют два одинаковых крана машинного зала грузоподъёмностью, равной половине максимально заданной. Это улучшает маневренность кранов в процессе мон- тажа, а в последующем и при капитальных ремонтах с демонтажем агрегатов и уменьшает эксплуатационные расходы. Применение двух кранов уменьша- ет нагрузки на подкрановые конструкции. Масляное хозяйство при проектировании должно компоноваться так, чтобы обеспечить производство всех необходимых операций с маслом, исхо- дя из функционального назначения маслохозяйства при наименьшем количе- стве запорной арматуры и минимальной длине маслопроводов. Для доста- точно удаленных потребителей масла (агрегаты; распределительные устрой- ства, где имеются масляные трансформаторы и реакторы; гидроподъёмники водосбросных плотин и т.п.) должны проектироваться автономные масляные хозяйства. Ёмкости маслохозяйств должны обеспечивать возможность периодиче- ской замены отработанного масла, соответствующий запас, а также возмеще- ние потерь масла в процессе работы оборудования. Ранее считалось, что масляное хозяйство достаточно запроектировать на два сорта масла (изоляционное и смазочное). Развитие высоковольтной техники потребовало создания масел с высокими параметрами, поэтому, на- пример, масла, заливаемые в силовые трансформаторы и в высоковольтные вводы, как правило, не смешиваются. В связи с этим требования к проекти- рованию масляного хозяйства усложняются. Особого внимания при проектировании маслохозяйств требуют вопро- сы противопожарной защиты и пожарной безопасности, а также максималь- ного снижения воздействия маслонаполненных аппаратов на окружающую среду. Все устройства масляного хозяйства (баки хранения, маслоочиститель- ная аппаратура, баки аварийного слива, маслопроводы, маслоприёмники и др.) должны соответствовать жестким требованиям пожарной безопасности и противопожарной защиты. Эти требования определяют в основном все ком- поновочные решения маслохозяйства, они изложены в соответствующей нормативной документации, которой должны строго следовать проектные организации. Техническое водоснабжение представляет достаточно сложную и от- ветственную систему. Проектирование ее требует технико-экономического обоснования, в котором, в первую очередь, должны рассматриваться вопросы надёжности системы и минимизации затрат на её обслуживание, соображе- 118 ния об экономии воды не должны иметь преобладающего значения. Одним из факторов надёжности является резервирование, поэтому в системе ТВС должны предусматриваться резервные водозаборы, фильтры, трубопроводы, запорная арматура и т.п. элементы, из которых состоит ТВС. С помощью воды тепло, выделяемое оборудованием, отбирается в ап- паратах, называемых общим словом – теплообменники: воздухоохладители в системе вентиляции генераторов; теплообменники в системе охлаждения дистиллированной воды, циркулирующей внутри обмоток статора и ротора, где применено непосредственное водяное охлаждение; маслоохладители в системах охлаждения подпятников, подшипников, трансформаторов; тепло- обменники в системах охлаждения дистиллированной воды, циркулирующей в выпрямительных устройствах системы возбуждения генераторов (напом- ним, теплообмен в резиновых или лигнофолевых подшипниках турбин про- исходит непосредственно при омывании водой трущихся поверхностей без теплообменных аппаратов, при этом происходит и смазка подшипников). Отказ системы ТВС приводит к прекращению работы того или иного узла из-за недопустимого его перегрева, то есть к остановке агрегата или от- ключению трансформатора, что влечёт прекращение подачи электроэнергии потребителю. В теплообменниках существует опасность попадания технической (ох- лаждающей) воды в масло или дистиллированную воду из-за неплотностей в системе первого контура (контур, в котором тепловыделяющий элемент от- даёт тепло циркулирующему маслу или дистилляту). Поэтому при проекти- ровании необходимо строить контуры охлаждения так, чтобы давление тех- нической воды не превышало давление хладагента в первом контуре или принимать иные технические решения, предотвращающие попадание техни- ческой воды в масло или в дистиллят, в противном случае это приведёт к по- тере диэлектрических свойств масла или дистиллята, электрическому пробою и повреждению оборудования. Пневматическое хозяйство должно быть спроектировано таким обра- зом, чтобы подача воздуха всем потребителям, обеспечивающим оператив- ные функции (в первую очередь – приводам выключателей электрических присоединений), осуществлялась бесперебойно. Группы потребителей возду- ха отличаются между собой по давлению воздуха, объёму его потребления и непрерывности подачи к аппаратам (эксплуатация и ремонт). Воздухообес- печение каждой из групп следует проектировать путём создания самостоя- тельных пневматических систем, учитывая их специфику с самостоятельны- ми компрессорными установками, магистралями воздухопроводов, воздухос- борниками и редукционно-запорной арматурой с обеспечением резервирова- ния указанных элементов соответствующей категории потребителей. При проектировании осушающих устройств (откачка проточной части агрегата, откачка дренажных вод) необходимо уделять внимание живучести 119 откачивающих средств и их резервированию, а также обеспечению доступ- ности элементов схем осушения для осмотров и ремонтов. В проекте необхо- димо прорабатывать вариант наиболее тяжёлой аварии, связанной с затопле- нием здания ГЭС до уровня нижнего бьефа. Предусматривать в проекте все мероприятия, чтобы предотвратить такой случай, а если он возникнет, то проектные решения должны позволить после ликвидации источника затоп- ления обеспечить эффективную откачку помещений. 120 7. ОСНОВЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 7.1. Организация и этапы строительства Период строительства гидроэлектростанции можно условно разделить на три этапа: подготовительный, основной и заключительный. Подготовительный период охватывает время от начала строительства до начала работ по возведению основных сооружений. Строительство ГЭС имеет ряд особенностей, отличающих его от других видов энергетического строительства (ТЭС, электросети) и промышленного строительства. Каждый гидроузел непосредственно связан с водным режимом реки (озера, моря) и во многом зависит от природных условий района строительства (топография, гидрология, инженерно-геологические условия, сейсмичность и т.п.) и его географического положения (удаленность от путей сообщения, источников энергии, необжитость района и т.п.). Строительство крупных ГЭС отличается большими объемами строительно-монтажных работ, большими капитало- вложениями и затратами материально-технических и трудовых ресурсов. По- этому подготовительный период включает в себя строительство дорог, линий электропередачи, жилья и создание производственной базы (бетонных заво- дов, автобаз, ремонтных мастерских, арматурных хозяйств, карьеров и т.п.). Создаваемая при строительстве ГЭС инфраструктура и возникновение мощ- ного источника электрической энергии стимулирует впоследствии экономи- ческое развитие региона строительства. На базе крупных ГЭС в России воз- ник ряд городов и территориально-промышленных комплексов (ТПК). Период основных работ охватывает время от начала строительства основных сооружений до пуска первого агрегата ГЭС. Ввод в эксплуатацию каждого агрегата оформляется актом специальной комиссии, которая назна- чается вышестоящей организацией владельца для приёмки агрегатов. Основной период строительства характерен тем, что строящиеся со- оружения располагаются в русле реки или рядом с ним и подвергаются воз- действию воды. Поэтому возникает необходимость ограждать строительные площадки от этого воздействия и увязывать последовательность возведения сооружений с пропуском расходов реки в период строительства. Выше были описаны основные способы последовательности возведения гидроузлов и пропуска строительных расходов: перемычечный способ, с отводом реки в новое русло (рис. 7.1) и пойменный способ. Постоянные и временные сооружения стремятся расположить так, что- бы, наилучшим образом использовав рельеф местности, приблизить про- мышленную базу к створу гидроузла и минимизировать транспортные затра- ты. Для обеспечения оптимальной технологии строительства производится увязка взаимного расположения отдельных предприятий промышленной ба- 121 зы и сооружений гидроузла. Для увязки расположения постоянных и времен- ных сооружений, а также инженерных сетей в плане и по высоте составляет- ся строительный генеральный план – стройгенплан. Важным элементом в организации строительства является календарный план (составная часть генеральной схемы), который определяет последова- тельность, сроки строительства и потребность в материальных, финансовых и трудовых ресурсах в период строительства. Последовательность возведения гидроузлов Компоновка гидроузла и конструкции отдельных сооружений должны удовлетворять целому ряду условий и требований, в числе которых: – каждое сооружение должно быть надежным, наилучшим образом выполнять свои функции, соответствовать природно-климатическим услови- ям региона и не мешать работе других сооружений; – стоимость гидроузла должна быть, по возможности, минималь- ной; – компоновка должна обеспечивать надежный пропуск строитель- ных расходов и допускать ввод в эксплуатацию высоконапорных гидроузлов очередями; – правильная компоновка должна создавать архитектурный ан- самбль, вписывающийся в природную среду. При возведении гидроузлов применяются три основных метода органи- зации строительства и пропуска строительных расходов: – без отвода реки из ее бытового русла (перемычечный метод): – с отводом реки в сторону и пропуском ее воды по каналам, тун- нелям, трубам; – пойменный метод. Первый метод применяется на больших многоводных реках и носит на- звание перемычечного. Строительство ведется в две очереди, см. рис. 7.1. Первая очередь 1. Русло реки (в нашем примере со стороны левого берега) стесня- ется перемычками первой очереди (верховой, продольной, низовой). В каче- стве перемычки может служить грунтовая дамба. Река временно несет свои воды в правобережной части русла. Отсеченная перемычкой первой очереди часть русла осушается. Тем самым образуется котлован первой очереди, в котором начинаются строительные работы. 2. В котловане первой очереди возводится, так называемая гребен- ка, т.е. временный водосброс, состоящий из фундаментной плиты и быков, разделяющих водосброс на пролеты. Быки гребенки имеют пазы для плоских 122 затворов, позволяющих в нужное время перекрыть отверстия гребенки. Ко- гда гребенка готова, низовая перемычка разбирается, и котлован затопляется. После этого разбирается верховая перемычка, и часть потока реки проходит через гребенку. Вторая очередь 1. Отсыпается верховая перемычка второй очереди до сочленения с продольным устоем, то есть происходит перекрытие естественного русла ре- ки и, весь расход проходит через гребёнку. Затем отсыпается низовая пере- мычка, также до примыкания к продольному устою. Продольный устой и пе- ремычки образуют котлован второй очереди. 2. Котлован второй очереди осушается, и в нем начинаются работы по возведению станционной части плотины и здания ГЭС. Одновременно, как правило, ведутся работы и в левобережной части. Для этого часть пролё- тов гребенки перекрывается затворами, а также перекрытиями. На перекры- тиях начинаются работы по наращиванию водосбросной плотины. Когда в отверстиях гребенки не будет надобности, они перекрываются затворами и под прикрытием затворов заделываются (или преобразуются и оставляются на период эксплуатации в качестве глубинных). При возведении крупных высоконапорных гидроузлов с длительным сроком строительства могут потребоваться дополнительные (промежуточ- ные) ярусы временных водосбросных отверстий, расположенных выше от- верстий гребёнки, но ниже порога постоянного водосброса. Второй способ возведения – с отводом реки в сторону. Первая очередь На пойме, на месте водозабора, «насухо» возводится гребёнка, быстро- ток и подводящий канал. Вторая очередь Русло реки перекрывается двумя перемычками – верховой (выше ство- ра плотины) и низовой (ниже створа русловой плотины). Русловой котлован осушается, и в нем начинается строительство плотины. После перекрытия русла верховой перемычкой произойдёт подъём уровня воды и начнётся за- топление поймы. Когда уровень воды достигнет отметки фундаментной пли- ты гребёнки, вода самотёком пойдёт через гребёнку по подводящему каналу и быстротоку в нижний бьеф. В случае надобности в котловане при возведе- нии плотины могут быть предусмотрены временные водосбросные отвер- 123 стия. Когда нижняя часть плотины будет возведена, перемычки (в первую очередь верховую) можно будет разобрать. На горных реках зачастую для пропуска строительных расходов при- ходится строить специальные строительные туннели, которые могут быть частично использованы в системе деривации постоянного гидроузла. Как нет одинаковых рек, так нет универсальных рецептов организации последовательности возведения гидроузла. В проекте каждого гидроузла есть специальный раздел «Организация строительства», в котором эти вопросы решаются для каждого гидроузла индивидуально. Важнейшим этапом периода основных работ является перекрытие ре- ки. Перекрытие рек выполняется после готовности бетонных сооружений к пропуску через них строительных расходов и обычно намечается на период минимальных расходов воды в реке. В отечественной практике применяются два способа перекрытия русел рек: пионерный и фронтальный. В том и дру- гом способе производится отсыпка камня, бетонных кубов в текущую воду. Крупные равнинные реки перекрывались фронтальным методом с наплавных мостов. На рисунке 7.2, а, б представлено перекрытие р. Волги на строитель- стве обеих Волжских ГЭС фронтальным способом, на рис. 7.2, в – перекры- тие р. Енисей в створе Саяно-Шушенской ГЭС пионерным способом. Перед началом перекрытия русло реки сужается до минимально воз- можной величины (проран), менее которой скорости воды уже не позволяют отсыпать камни мелкой и средней крупности. Основной период строительства характеризуется наиболее высокими темпами и объемами строительно-монтажных работ. Значительным моментом основного периода перед пуском первого аг- регата является постановка гидротехнических сооружений впервые под на- пор, чему предшествует не менее значительный этап: такой, как затопление котлованов после готовности к этому ГТС. Готовность сооружений к моменту восприятия ими гидростатической нагрузки должна быть особенно высокой, поскольку все отклонения, ухуд- шающие напряженно-деформированное состояние ГТС в период начальной нагрузки, отразятся на них необратимыми последствиями в период эксплуа- тации под постоянной нагрузкой. Заключительный период охватывает время от пуска первого гидроаг- регата до сдачи ГЭС в целом в эксплуатацию, то есть всех элементов гидро- узла. В течение этого периода полностью заканчиваются строительно- монтажные работы, производится доводка и освоение оборудования, завер- шается окончательная планировка и благоустройство территории, ликвиди- руются, переносятся или передаются временные предприятия. 124 Рис. 7.1. Перемычечный способ последовательности возведения гидроузла Часть правобережного котлована (первая очередь) под строительство водосбросной плотины Саяно-Шушенской ГЭС Рис.7.2. Перекрытие русел рек Волги и Енисея а) в створе ГЭС у г. Жигулевска; б) в створе ГЭС у г. Волжский; в) в створе Саяно-Шушенской ГЭС |