CC BY
60
УДК 620.9: 62-233.2
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ГАЗОТУРБИННОИ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Е.М. Молошная,С.Е. Дорофеев
Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»
Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI»
В статье рассмотрены особенности работы газотурбинной теплоэлектроцентрали нового поколения с использованием активных магнитных подшипников и тиристорного преобразователя частоты. Освещен вопрос о применении малой энергетики, как резервного источника энергии.
Ключевые слова: газотурбинная теплоэлектроцентраль, генератор, активные магнитные подшипники, тиристорный преобразователь частоты.
Work peculiarities of heat and power gas-turbine plant of new generation using active magnetic bearings and the thyristor frequency shifter are considered in the article. Also the question of application of light energy as a reserved energy source is touched upon.
Keywords: heat and power gas-turbine plant,generator, active magnetic bearings, thyristor frequency shifter.
Энергетику можно разделить на крупные генерирующие объекты и объекты с малой мощностью, работающие на традиционных и нетрадиционных видах топлива. В нормативных документах отсутствует четкая граница раздела, но можно ориентироваться на «Концепцию развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России», разработанную Министерством топлива и энергетики РФ в 1993 г., в соответствии с которой к установкам малой энергетики отнесены электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами до 10 МВт, котельные и котлы общей теплопроизводительностью до 20Гкал/ч. Кнетрадиционным видам энергоустановок относят установки -использующие солнечную, ветровую, геотермальную энергию, энергию биомассы,а также гидростанции и микро-ГЭС (с единичной мощностью агрегатов до 100 кВт).Доля установок малой энергетики, работающих на нетрадиционном топливе, в России крайне мала. Подавляющее большинство объектов работает на двух основных видах топлива: дизельном топливе и газе.
Наибольшее распространение среди потребителей малой энергетики получили стационарные и передвижные дизельные электростанции(ДЭС) и газотурбинные установки (ГТУ) или газопоршневые станции (ГПА).
Представленная Вашему вниманию газотурбинная теплоэлектроцентраль (рис. 1), относится к объектам малой энергетики, и предназначена к установке в районах с дефицитом тепловой и электрической энергии, а также как резервная. Мощностив 20МВт достаточно чтобы покрыть нужды небольшого города, а потребности в тепле 23 микрорайонов города. Достоинством станции является возможность быстрого
возведения, т.к.многое оборудование производится в России и поставляется на объект модульно. В корпусе станции заключено 2 турбоагрегата мощностью по 10 МВт каждый, турбина, рекуперативный воздухоподогреватель, котел-утилизатор, шкафы РУСН-0.4кВ и ячейки комплектной распределительной установки. Генератор представляет собой электрическую машинус одной парой полюсов, воздушным охлаждением, с частотой вращения 6000 об/мин номинальным напряжением 3кВ100Гц. Для преобразования полученной электроэнергии применяют тиристорный преобразователь частоты, который преобразует 3кВ 100Гц в 3кВ 50Гц промышленной частоты.
Рисунок 1- Вид газотурбинной теплоэлектроцентрали
Включение генератора в работу происходит следующим образом: сетевое напряжениеподается через тиристорный преобразователь частоты (4)на обмотки статора генератора(1), что приводит к его запуску вдвигательном режиме. При скорости вращения ~3000 об/мин подается газ, и разворот генератора продолжается газом. Атмосферный воздух поступает в газотурбинный двигатель через комплексное воздухоочистительное устройство(6) и воздуховод в тринадцатиступенчатый осевой компрессор(2), проходя через который, сжимается. После компрессора сжатый воздух по трубопроводам попадает в регенератор(8), где подогревается за счет тепла уходящих газов, а далее направляется в камеру сгорания(7). Два байпасных клапана, установленных в системе воздуховодов регенератора, позволяют перепускать частично или весь воздух из компрессора в камеру сгорания без подогрева его в регенераторе, для обеспечения теплофикационных режимов при низких минусовых температурах атмосферного воздуха.
В результате сгорания топливного газа в восьми пламенных трубах камеры сгорания(7) температура газовоздушной смеси увеличивается и она поступает в проточную часть турбины (3)через восемь переходных патрубков.
При прохождении газа через две ступени турбины его давление и температура
снижаются, а крутящий момент передается на вал генератора(1), который вырабатывает переменный ток. Выработанное напряжение через преобразователь частоты преобразуется и выдается в сеть или потребителю.[2] Блок-схема работы ГТ ТЭЦ приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Блок-схема газотурбинной станции Обозначения: 1 - генератор, 2 - компрессор, 3 - турбина, 4 - блок силовой электроники, 5 - топливная система, 6 - входное комплексное воздухоочистительное
устройство, 7 - камера сгорания, 8 - регенератор(теплообменник), 9 - котёл-утилизатор, 10 - топливо, 11 - сетевая вода
Далее уходящие газы проходят через выхлопной диффузор турбины, регенератор и попадают в котел-утилизатор, где их тепло используется для подогрева сетевой воды.
Проектомтакже предусмотренаработа котла-утилизатора в «сухом» режиме, т.е. пропуск дымовых газов помимо конвективного блока через байпас в дымовую трубу. При этом в конвективном блоке отсутствует котловая вода.
Топливоподача управляется САУ двигателя и обеспечивает выполнение пуска установки с выходом на режим нагрузки, поддержание заданного режима, сброс нагрузки, останов.
На газотурбинной теплоэлектроцентрали реализованы технические новинки, такие как активные магнитные подшипники [1]и тиристорный преобразователь частоты. [3,4,5] В результате экологических проблем и заботы об окружающей среде, в проекте, было решено уйти от использования подшипников скольжения и масла, и использоватьактивные магнитные подшипники. Работа магнитных подшипников заключается в подвешивании вала генератора и турбины в магнитном поле (рис. 3). Электрический ток, проходящий по обмоткам активных магнитных подшипников создает магнитное поле, в котором и подвешивается вал турбины и ротор генератора. Магнитные подшипники располагаются в местах, где вал имеет ферромагнитный сплав.
Рисунок 3- Принцип левитации вала генератора или турбины
На газотурбинной установке для управлениячетырьмя радиальными подшипниками и однимупорным предусмотрены шкафы управления с собственной системой бесперебойного электроснабжения в случае аварии.[1] Расположение активных магнитных подшипников представлено на рисунке 4.
Рисунок 4 - Расположение активных магнитных подшипников
Для распределения электроэнергиина станции имеется КРУ-3 и 6кВ. Ячейки комплектного распределительного устройства фирмы MCset (отделение Шнайдер Электрик) модульного типа представлены на рисунке 5.[2] Состав модульной ячейки: шинный отсек с шинами, релейный отсек, отсек выключателя, отсек трансформатора напряжения, кабельный отсек. На объект они приходят в собранном виде, что
позволяет набрать ряд комплектного распределительного устройства в короткие сроки.
Большое внимание уделяется безопасности персонала при работе с оборудованием. На ячейках предусмотрены пиктограммы последовательности операций с выкатным элементом выключателя, трансформатор напряжения и заземляющего ножа.
Для питания оборудования собственных нуждна станции применяется «сухой» трансформатор собственных нужд и шкафы РУСН-0,4 кВ. [2] Шкафы также поставляются на объект модульно и собираются на месте в короткие сроки.
Тиристорныйпреобразователь частоты предназначен для[3,4,5]:
- передачи мощности от турбогенератора к потребителю с преобразованием напряжения статорной обмотки турбогенератора частотой 101,6 Гц в напряжение промышленной частоты 50Гц;
- пуска газотурбинной установки, при котором синхронный турбогенератор используется в качестве разгонного синхронного двигателя;
- длительной прокрутки вала газотурбинной установки на пониженных оборотах;
- торможения вращающегося вала при отказе газотурбинной установки с передачей накопленной энергии.
Отст ллбвла^о** сборе*
Тракфор***горы ЮМ
Отсек няжого
НЯГЦГЙЖвЮМ
Огс«с
трл*с<£ормлгороо
Рисунок 5 -Вид модульной высоковольтной ячейки КРУ-3 и 6 кВ
Выводы:
Использование малой энергетики экономически обосновано в районах с дефицитом электроэнергии и тепла. Так же станции можно строить как резервные, для покрытия пиковых нагрузок в сети или для работы во время системных аварий и поддержания потребителей первой категории.
Литература
1. Журавлев Ю.Н.Активные магнитные подшипники: теория, расчет, применение / Ю.Н. Журавлев. // Политехника. - СПб.,2003. - 206с.
2. РожковаЛ.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. -М.: «Энергоатомиздат», 1987, 646с.
3. СандлерА.С., АввакумоваГ.К., КудрявцевА.В., Никольский А.А. Преобразователи частоты на тиристорах для управления высокоскоростными двигателями. Библиотека по автоматике. / А.С. Сандлер, Г.К. Аввакумова, А.В. Кудрявцев, А.А. Никольский.— Энергия. - 1970. - Выпуск №377. - 80с.
4. А.К.Белкин, Т.П.Костюкова, Л.Э.Рогинская, А.А.ШулякТиристорные преобразователи частоты .М., «Энергоатомиздат».2000.
5. High-PowerConverters and Drives. By Bin Wu. - The institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 2006. - 333 p.
МолошнаяЕленаСеменовна - старшийпреподавателькаф.
АЭСВИТИНИЯУМИФИг. Волгодонск. E-mail: elena_l_mol@mail.ru
Дорофеев Сергей Евгеньевич -студент 6 курса группы М-ЭС-06-З2 ВИТИ НИЯУ МИФИ г. Волгодонск. E-mail: opnr_vvo@mail.ru
Elena Semenovna M. - senior lecturer, nuclear power plants departament, Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI». E-mail: elena l mol@mail.ru
Sergey Evgenyevich D. - student of the 6th course, group M-ES-06-Z2, Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI». E-mail: opnr_vvo@mail.ru
