CC BY
10
УДК 621.316.717
Барський Вштор Олексшович, д-р техн. наук, проф., головний конструктор
М1жнародний консорщум «Енергозбер^ання», м. Харкав, Украша. Вул. Маршала Конева, 1-А, м. Хартв, Укра'та, 61052. Тел. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua Уфiмцев 1гор Володимирович, кер1вник проекпв
М1жнародний консорщум «Енергозбер^ання», м. Харкав, Украша. Вул. Маршала Конева, 1-А, м. Хартв, Украна, 61052. Тел. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua Маляр Анатолш Вггалшович, проввдний фах1вець
М1жнародний консорщум «Енергозбер^ання», м. Харшв, Украша. Вул. Маршала Конева, 1-А, м. Харюв, Украна, 61052. Тел. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua
ПЕРЕТВОРЮВАЛЬНА ЧАСТИНА БЕЗРЕДУКТОРНО1 ГАЗОТУРБ1ННО1 ЕЛЕКТРОСТАНЦП
ПОТУЖН1СТЮ 2500 КВТ
Запропоноват основнi техтчт рiшення по генератору i напiвпровiдниковому перетворювачу частоти для створення безредукторног газотурбтног електростанцИ потужнктю 2500 кВт. Розглянутi рiзнi варiанти перетворювальног частини електростанцИ.
Ключовi слова: безредукторна газотурбтна електростанщя, швидкооборотний генератор, напiвпровiдниковий перетворювач.
Барский Виктор Алексеевич, д-р техн. наук, проф., главный конструктор
Международный консорциум «Энергосбережение», г. Харьков, Украина. Ул. Маршала Конева, 1-А, г. Харьков, Украина, 61052. Тел. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua Уфимцев Игорь Владимирович, руководитель проектов
Международный консорциум «Энергосбережение», г. Харьков, Украина. Ул. Маршала Конева, 1-А, г. Харьков, Украина, 61052. Тел. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua Маляр Анатолий Витальевич, ведущий специалист
Международный консорциум «Энергосбережение», г. Харьков, Украина. Ул. Маршала Конева, 1-А, г. Харьков, Украина, 61052. Тел. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ БЕЗРЕДУКТОРНОЙ ГАЗОТУРБИНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
МОЩНОСТЬЮ 2500 КВТ
Предложены основные технические решения по генератору и полупроводниковому преобразователю частоты для создания безредукторной газотурбинной электростанции мощностью 2500 кВт. Рассмотрены различные варианты преобразовательной части электростанции.
Ключевые слова: безредукторная газотурбинная электростанция, высокооборотный генератор, полупроводниковый преобразователь.
Barskiy Viktor Alekseevich, Dr. Eng. Sc., Prof., Chief designer. International consortium «Energosberezhenie», Kharkov, Ukraine. Str. Marshala Koneva, 1-A, Kharkov, Ukraine, 61052. Tel. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua
Ufimtsev Igor Vladimirovich, project manager. International consortium «Energosberezhenie», Kharkov, Ukraine. Str. Marshala Koneva, 1-A, Kharkov, Ukraine, 61052. Tel. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua Malyar Anatoliy Vital'evich, leading expert. International consortium «Energosberezhenie», Kharkov, Ukraine. Str. Marshala Koneva, 1-A, Kharkov, Ukraine, 61052. Tel. +38-057-712-48-65. E-mail: office@mke.com.ua
CONVERTER PART OF GEARLESS GAS TURBINE POWER PLANT WITH CAPACITY OF 2500 KW
The main technical solutions are offered on the generator and the converter to create a gearless gas turbine power plant with capacity of 2500 kW. Various options for converter part of the power plant are considered. Keywords: gearless gas turbine power plant, high speed generator, converter.
Введение
В настоящее время актуальна задача повышения надежности, снижения габаритов и стоимости газотурбинных электростанций, работающих на природном газе. Сейчас такие электростанции строятся по следующей схеме [1]: газотурбинный привод через понижающий редуктор вращает синхронный генератор. Номинальная частота вращения газотурбинных приводов варьируется от 6000 до 14000 об/мин, номинальная частота вращения генераторов - от 1000 до 3000 об/мин.
Указанная схема электростанции имеет недостатки. Выпускаемые редукторы имеют небольшой ресурс (до 100000 часов) при условии 3-4х капитальных ремонтов за срок службы в заводских условиях. Для их работы необходимы сложные системы смазки. Стоимость изготовления и обслуживания редукторов достаточно высока. Синхронные генераторы из-за малого числа оборотов имеют значительные габариты, массу и стоимость, что увеличивает габариты и стоимость электростанций.
Для устранения перечисленных недостатков газотурбинных электростанций МК «Энергосбережение» совместно с изготовителями электростанций и электрических машин ведет работы по созданию генератора и преобразовательного оборудования для безредукторной электростанции мощностью 2500 кВт с высокооборотным генератором с частотой вращения 12300 об/мин, подключаемым непосредственно к газотурбинному приводу. При этом полупроводниковый преобразователь осуществляет возбуждение генератора и преобразует его напряжение в напряжение промышленной сети 6,3 или 10,5 кВ с частотой 50 Гц.
При создании высокооборотного генератора существенной проблемой является обеспечение механической прочности ротора при высокой частоте вращения. Для решения этой проблемы целесообразно выполнить электрическую машину с пассивным ротором (без обмоток и постоянных магнитов), в частности, может быть использована машина, описанная в [2]. Конструкция ротора такой машины позволяет решить проблемы прочности при больших частотах вращения. Статор генератора изготавливается по классической схеме с размещением в пазах рабочих обмоток.
В качестве преобразовательного оборудования были рассмотрены три основных варианта:
- с использованием высоковольтного многоуровневого преобразователя частоты;
- с использованием высоковольтного тиристорного преобразователя частоты с непосредственной связью;
- с использованием низковольтного преобразователя частоты и повышающего трансформатора.
Достоинство схемы с высоковольтным многоуровневым преобразователем частоты -малые габариты и стоимость синусного фильтра [3]. К недостаткам схемы можно отнести следующее:
- значительные габариты преобразователя частоты с многообмоточным трансформатором специального исполнения (оборудование невозможно разместить внутри электростанции);
- высокая стоимость преобразователя частоты;
- сложность конструкции преобразователя частоты и, как следствие, пониженная надежность;
- необходимость разработки и изготовления двух различных преобразователей частоты и многообмоточных трансформаторов (на выходные напряжения 6,3 и 10,5 кВ).
Достоинство схемы с использованием высоковольтного тиристорного преобразователя частоты с непосредственной связью [4] - низкая стоимость преобразователя частоты (за счет применения тиристоров и отсутствия трансформатора). К недостаткам схемы можно отнести следующее:
- значительные габариты непосредственного преобразователя частоты;
- сложность конструкции преобразователя частоты и, как следствие, пониженная надежность;
- необходимость разработки и изготовления двух различных преобразователей частоты (на выходные напряжения 6,3 и 10,5 кВ);
- наличие в выходном напряжении значительных коммутационных провалов (низкое качество выходного напряжения), что увеличивает габариты и стоимость синусного фильтра;
- сложный алгоритм управления силовыми приборами преобразователя.
Достоинства варианта с использованием низковольтного преобразователя частоты и повышающего трансформатора:
- небольшие габариты преобразователя частоты;
- низкое рабочее напряжение преобразователя частоты (до 1000 В);
- единый преобразователь частоты для вариантов исполнения электростанции на 6,3 и 10,5 кВ (выходное напряжение обеспечивается повышающим трансформатором);
- простота и надежность преобразователя частоты (учитывая экспертную оценку надежности преобразователя с участием специалистов ф. «8еш1кгоп»);
- наличие опыта проектирования и производства мощных преобразователей частоты и фильтров по указанной схеме;
- наличие в производстве отработанных и сертифицированных трехфазных силовых ЮВТ-сборок 8БМ18ТЛК ЯБ ф. «8еш1кгоп», широко применяемых в ветроэнергетике для изготовления мощных преобразователей частоты.
Недостатки варианта следующие:
- повышенные габариты и стоимость синусного фильтра;
- необходимость применения повышающего трансформатора с выходным напряжением 6,3 и 10,5 кВ и частотой 50 Гц.
Вариант с использованием низковольтного преобразователя частоты и повышающего трансформатора был принят для дальнейшей проработки. Структурная схема электростанции, построенной по указанной схеме, представлена на рисунке.
Рис. 1. Структурная схема безредукторной электростанции
Для экспериментальной проверки принятых технических решений в МК «Энергосбережение» была создана экспериментальная установка (гонный двигатель, макет генератора, макет преобразователя, система измерений регистрации). Положительные результаты экспериментов дают основания для перехода к проектированию генератора и
преобразовательного оборудования безредукторной электростанции мощностью 2500 кВт совместно с изготовителями газотурбинных электростанций и электрических машин.
Список использованной литературы:
1. Цанев С. В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций : учеб. пособие для вузов / С. В. Цанев, В. Д. Буров, А. Н. Ремезов ; под ред. С. В. Цанева ; - М. : Издательство МЭИ, 2002. - 584 с.
2. Козаченко В. Ф. Вентильно-индукторный электропривод с независимым возбуждением для тягового применения / В. Ф. Козаченко, М. М. Лашкевич // Электротехнические и компьютерные системы. - 2011, № 03(79).- С. 103-108.
3. Колпаков А. Алгоритмы управления многоуровневыми преобразователями / А. Колпаков, Е. Карташев // Силовая электроника, - 2009, № 2.- С. 57-65.
4. Справочник по преобразовательной технике / И. М. Чиженко, П. Д. Андриенко, А. А. Баран и др. ; под ред. И. М. Чиженко. - К. : Техника, 1978. - 447 с.
References:
1. Tsanev S. V., Burov V. D., Remezov A. N. (2002), Gas turbine and combined cycle gas turbine thermal power plants [Gazoturbinnye i parogazovye ustanovki teplovyh elektrostancii], Moscow, MEI, 584 p.
2. Kozachenko V. F., Lashkevich M. M. (2011), Switched reluctance drive with external excitation for the traction electric drive [Ventil no-induktornyy elektroprivod s nezavisimym vozbuzhdeniem dlya tyagovogo primeneniya], Electrotechnic and computer systems., no. 03 (79),
P. 103-108.
3. Kolpakov A., Kartashev E. (2009), Control algorithms of multilevel converters [Algoritmy upravleniya mnogourovnevymi preobrazovatelyami], Power electronics., no. 2,
P. 57-65.
4. Chijenko I. M., Andrienko P. D., Baran A. A. and others (1978), Reference book about converter technique [Spravochnik po preobrazovateFnoy tehnike], Kiev, Tehnika, 447 p.
Поступила в редакцию 20.01 2016 г.
