Блочно-транспортабельные  электростанции из Коломны. Испытания

Э. А. Улановский, И. В. Лазебный – ООО «Конвер»
В. В. Калиниченко – ОАО «Коломенский завод»

Статья является продолжением информации, представленной в №1, 2009 г., о блочнотранспортабельных многотопливных электростанциях серии ЭД-1000, производство которых освоено коломенским предприятием «Энкол». В данной статье приводятся основные результаты испытаний опытного образца электростанции ЭГД-1000, являющейся представителем серии ЭД-1000.

Испытания электростанции ЭГД1000 проводились на специальном участке (фото), созданном в ОАО «Коломенский завод» и обеспечивающем нагружение станции на заводскую сеть напряжением 6,3 кВ или на блок резисторов, а также работу в дизельном и газодизельном циклах. Схема включения резисторов позволяет выполнять нагружение и снимать нагрузку ступенями с дискретностью 5 % от номинальной или резисторными группами вплоть до номинальной величины. Это дало возможность провести испытания по мгновенному набросу/сбросу нагрузки и определить переходные характеристики силовой установки.

Для фиксации параметров применен специальный микропроцессорный автоматизированный измерительный комплекс, в результате можно проводить оперативную обработку информации в среде Labwy.

Испытания ЭГД-1000 проводились поэтапно: сначала заводские и приемочные испытания вновь созданного газодизельгенератора 7ГДГ, затем наладочные, заводские и приемочные испытания электростанции.

В основном при испытаниях применялись методики, установленные ГОСТ 26658, а для отдельного оборудования (охлаждающее устройство, системы вентиляции и т.д.) разрабатывались специальные методики.

Некоторые виды испытаний проводились специализированными организациями. Так, например, испытания на электробезопасность проводила фирма «ОРГРЭС» (в Заключении отмечено соответствие станции требованиям ГОСТ 13822 и ГОСТ 12.1.019). Испытания системы автоматического газового пожаротушения в объеме комплексного опробования осуществляло ЗАО «Артсок» – разработчик установки (отмечено соответствие действующим нормам, возможность эксплуатации на конкретном объекте).

Испытания двигателягенератора 7ГДГ 

Примененный в электростанции двигатель 8ГДЧН26/26 может работать на дизельном топливе или «сырой» нефти, а также в двухтопливном режиме: с использованием в качестве основного топлива попутного или природного газа, в качестве запального – дизельного топлива или «сырой» нефти.

В этом случае регулировки рабочего процесса в основном близки, за исключением случаев применения попутного газа с метановым числом менее 60, когда требуется снижение степени сжатия до значения менее 12, а опережение подачи запального топлива должно составлять 19…20° поворота коленчатого вала до ВМТ. Для двигателя электростанции ЭГД1000 эти регулировки при испытаниях составляли 12,2° и 24°. В отличие от прототипа, работающего на дизельном топливе, в конструкцию двигателя были внесены следующие доработки:

  • изменена проточная часть турбокомпрессора для обеспечения коэффициента избытка воздуха 2,0…2,1 и введен перепуск воздуха для сезонного регулирования режима работы двигателя;
  • изменены фазы газораспределения с целью исключения продувки цилиндров, а, следовательно, попадания газа в выпускной коллектор;
  • установлены охлаждаемые форсунки подачи жидкого топлива для снижения температуры распылителей и сопловых наконечников;
  • установлена микропроцессорная система управления газоподачей (СУГД), поддерживающая запальную дозу жидкого топлива и распределение активной мощности при параллельной работе агрегатов;
  • для работы на «сырой» нефти установлена система топливоподачи, автоматически обеспечивающая пуск и остановку двигателя на дизельном топливе.

В процессе испытаний многотопливного двигателя были получены результаты, подтвердившие соответствие его параметров заявленным в технических условиях.

Дополнительно проведены сравнительные исследования процесса горения и теплонапряженности крышки цилиндров, форсунки в газодизельном цикле (ГДЦ) и при работе только на дизельном топливе (ДЦ), а также регулирование частоты вращения двухтопливного двигателя в условиях переменных нагрузок. Во всех случаях сравнение параметров на режиме ДЦ и ГДЦ производилось без остановки и изменения мощности двигателя, что обеспечивало высокую точность результатов.

В ходе испытаний было отмечено, что скорость горения в режиме ГДЦ и доля сгоревшего топлива до ВМТ меньше, чем при работе в ДЦ, что, естественно, привело к снижению максимального давления сгорания (Рmax) и повышению температуры газов на выходе из цилиндров (tg). Для номинальной мощности эта разница составила 1,5 МПа и 10…30 °С соответственно. Приведенный удельный расход топлива в режиме ДЦ составил 198,2 г/кВтч, удельный расход тепла в режиме ГДЦ – 9180 кДж/кВтч.

Запальная доза жидкого топлива в газодизельном цикле составила 33 кг/ч, т.е. 13,6 % от подачи при номинальной мощности в дизельном цикле.

Результаты замеров температуры крышки цилиндров показали выравнивание температуры по огневой поверхности в пределах 303 °С.

Очевидно, это связано с равномерным горением газа в объеме и меньшим влиянием энергии, образующейся от сгорания факелов жидкого топлива. Наблюдалось некоторое снижение средней температуры крышки цилиндра (примерно на 10…15 °С), связанное с меньшей долей выделившейся энергии в районе ВМТ, когда горение осуществляется в малом объеме без затрат энергии на механическую работу.

Температура корпуса распылителя охлаждаемой форсунки при испытаниях составила 61 °С и практически не отличалась при работе в ДЦ или в ГДЦ. Температура соплового наконечника в режиме ГДЦ была выше на 30 °С и составила 250 °С (наконечник изготовлен из стали 30Х3ВА).

Экологические показатели, зафиксированные в ходе испытаний двигателя, соответствовали требованиям российских стандартов. Сегодня многотопливный двигатель-генератор 7ГДГ с приводом 8ГДЧН 26/26 имеет сертификат соответствия качества и Разрешение на применение, выданное Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Испытания электростанции 

Данные, полученные в результате проведенных испытаний, приведены в табл. 1.

Испытания ЭГД1000 в установившемся режиме номинальной нагрузки в газодизельном цикле показали, что параметры станции остаются стабильными и находятся в пределах, установленных нормативной документацией (табл. 2).

Табл. 1. Показатели качества электроэнергии 

Показатель

Норма

Факт.

Установившееся отклонение напряжения при неизменной нагрузке, δU, %

±2

 

 

0,2

 

 

Установившееся отклонение напряжения при изменении нагрузки, δU, %

±1

 

 

0,3

 

 

Диапазон регулирования уставки напряжения, U, %

90-105

85-110

Температурное отклонение напряжения, δU, %

±1

 

0,3

 

Наклон регуляторной характеристики, S, %

3.0-3.5

3,5

Статизм по реактивности, %

-

3,2

Переходные отклонения частоты и напряжения при набросе 50% нагрузки (режим ГДЦ):

- отклонение частоты, %

- время восстановления, с

-отклонение напряжения, %

- время восстановления, с

 

 

 

≤ 10

≤ 5

≤ 10

≤ 2

 

 

3,94

3

4,3

1,7

Переходные отклонения частоты и напряжения при сбросе 100% нагрузки (режим ГДЦ):

- отклонение частоты, %

- время восстановления, с

-отклонение напряжения, %

- время восстановления, с

 

 

≤ 10

≤ 5

≤ 20

≤ 2

 

 

6,64

3

13

1,0

 Табл. 2. Характеристики ЭГД-1000

Параметр

Норма

Факт.

Температура окружающего воздуха, ºС

27

21,1

Атмосферное давление, мм рт. ст.

750

748

Противодавление в выходном патрубке, мм вод. ст.

≤ 500

28

Количество тепла, уходящего с отработавшими газами, ккал/ч

80х104

80,4х104

Мощность активная, кВт

1100

1098

Напряжение генератора, В

6300

6293

Температура охлаждающей жидкости, ºС

75-93

90

Частота вращения вентилятора охлаждающего устройства, об/мин

макс. 1500

1042

Температура обмоток генератора, ºС

макс. 120

55,4

Мощность потребления собственных нужд, кВА

-

27,85


Охлаждающее устройство

Система охлаждения обеспечивает работу двигателя во всем диапазоне рабочих темпера тур, а система регулирования частоты вращения вентилятора охлаждающего устройства – устойчивое поддержание температуры. Работа охлаждающего устройства на переходных режимах показана на рис. При этом диапазон изменения температуры при изменении условий составляет 6 °С.

Вентиляция помещений

Оборудование принудительной вентиляции машинного отделения обеспечивает воздухообмен, необходимый для съема выделяемого тепла двигателя, а направления воздушных по токов исключают застойные зоны. Таким образом, повышается пожарная безопасность электростанции.

Система вентиляции электроотсека и теплоизоляция его ограждений (коэффициент тепло изоляции 1,5 Вт/м2.К) обеспечивает нормальную работу оборудования во всем диапазоне рабочих температур.

Уровень шума и вибрации

Уровень шума на рабочем месте оператора в номинальном режиме работы электростанции составил 66,3 дБА при норме 75 дБА, а уровень вибрации во всем диапазоне частот – не более 46 % от норм, установленных ГОСТ12.1.012.

Величина виброперемещений рамы корпуса электростанции составила 2 % от уровня виброперемещий двигателя-генератора, т.е. примененные виброизоляторы на 98% обеспечивают снижение вибровоздействий со стороны двигателя на оборудование. Уровень вибрации различного оборудования электростанции не превышает значений, установленных для группы М7 по ГОСТ17516.1.

Система «горячего» резерва

Выбранная схема и система управления «горячим» резервом обеспечивают автоматический слив охлаждающей жидкости в специальные баки, прогрев жидкости с ее циркуляцией по двигателю и автоматическую заправку радиаторов перед пуском. При этом для освобождения радиаторов от жидкости необходимо 3,5 мин, а для заполнения – 4,7 мин. При прогреве слитой охлаждающей жидкости на пуск двигателягенератора, его разгон и взятие на грузки требуется не более 10 мин.

Освещение

Измеренные уровни освещенности в помещении оператора, в местах управления и обслуживания, на приборных панелях щитов составили не менее 20 лк (что соответствует требованиям СНиП 230595 и ГОСТ 13822), а уровень освещенности на рабочем месте оператора – 200 лк.

Приемочные испытания

Приемочные испытания электростанции ЭГД1000 проводились специальной комиссией, в состав которой входил представитель Ростехнадзора. Комиссия отметила, что технические характеристики электростанции, определенные в процессе испытаний, подтверждают соответствие требованиям стандартов и технических условий, а уровень безопасности станции отвечает действующим нормам. В результате электростанция была рекомендована к серийному производству. В настоящее время на основании проведенных испытаний для электростанций серии ЭД1000 получено Разрешение на применение.

Таким образом, заложенные при проектировании станции и ее основных комплектующих конструкторские и технические решения подтверждены в ходе цикла проведенных испытаний. Это позволяет считать, что блочнотранспортабельные электростанции данной серии могут успешно применяться.

 

 Статья опубликована в журнале "Турбины и дизели" сентябрь/2009