Блочно-транспортабельные электростанции из Коломны

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

Блочнотранспортабельные многотопливные электростанции серии ЭД1000 на базе двигателей типа Д49 позволяют обеспечить отечественными источниками автономного энергоснабжения объекты нефтегазовой промышленности, отдаленные населенные пункты. Они могут использоваться для увеличения мощности существующих источников энергоснабжения, замены выработавших ресурс автономных электростанций, обеспечения резервного энергоснабжения.

Последнее десятилетие характеризуется значительным ростом строительства автономных электростанций.

Как правило, в электростанциях с поршневыми двигателями применяются силовые агрегаты зарубежного производства (Caterpillar, Cummins Inc., Jenbacher, Wartsila и др.) Но надо учитывать при этом, что эксплуатация таких установок требует использования специальных горючесмазочных материалов, привлечения «дорогостоящих» специалистов для проведения регламентных работ, а внеплановые ремонты часто сопряжены с трудностями доставки импортных узлов и согласования с представительствами компаний.

В то же время ОАО «Коломенский завод» имеет освоенный в серийном производстве мощностной ряд двигателей типа Д49 с газотурбинным наддувом размерности ЧН26/26, которые могут применяться в автономных энергоисточниках. Двигатели выпускаются в V-образном исполнении с 8, 12 и 16 цилиндра ми в диапазоне мощностни от 750 до 3500 кВт.

 Дизели Д49 имеют высокую степень унификации узлов и деталей (свыше 80 %), низкие удельные расходы топлива и масла, высокие показатели надежности и долговечности. По экологическим и техническим параметрам они соответствуют российским и международным стандартам. Дизели поставляются для железнодорожного транспорта, большегрузных авто самосвалов, судов (также и на экспорт).

В качестве жидкого топлива для них может использоваться дизельное топливо и сырая нефть, прошедшая незначительную подготовку. На базе дизелей Д49 Коломенским заводом освоен выпуск газодизелей для электростанций, где в качестве основного топлива применяется природный, попутный, шахтный или генераторный газ.

Специалистами ООО «Конвер», при тесном сотрудничестве с Коломенским заводом была разработана в 2007 году серия блочнотранспортабельных многотопливных электростанций ЭД1000 с применением двигателей Д49. Серия включает в себя 16 исполнений электростанций одинаковой мощности, которые отличаются по виду используемого топлива, выходным напряжением (6,3 и 10,5 кВ) и уровнем автоматизации. В зависимости от применяемого топлива выделяются следующие типы электростанций:

  • ЭД – дизельное топливо;
  • ЭГД – газ + дизельное топливо;
  • ЭН – нефть;
  • ЭГН – газ +нефть.

 Следует отметить, что многотопливный двигатель станции ЭГД может работать на одном дизельном топливе, причем переход с газодизельного цикла (ГДЦ) на дизельный (ДЦ) и обратно осуществляется автоматически, без потери мощности. Это же относится и к электростанциям типа ЭГН, которые при работе только на жидком топливе могут автоматически переходить с нефти (НЦ) на дизельное топливо и обратно. Основные характеристики блочнотранспортабельных электростанций серии ЭД-1000 приведены в таблице.

При разработки многотопливных электростанций учитывался опыт ООО «Конвер» по переводу дизельных станций ПЭ-6 и ЭВД в нефтяной, газодизельный и газонефтяной цикл, а также опыт создания Коломенским заводом электростанций типа ЭД2, ЭГД7 и их эксплуатации. Этот опыт позволил разработать блочно-транспортабельные электростанции, в конструкции которых учтены и решены следующие задачи:

  • возможность погрузки изделия краном и транспортирования железнодорожным, водным и автомобильным транспортом, а также перемещения «волоком» на специальных санях;
  • обеспечение устойчивой работы оборудования и комфортных условий для работы обслуживающего персонала как в районах Крайнего Севера, так и в южных районах страны, в условиях снежных бурь и высокой запыленности воздуха;
  • высокая степень заводской готовности поставляемых электростанций и отсутствие необходимости в дополнительном специальном оборудовании при эксплуатации;
  • возможность работы первичного двигателя на дизельном топливе, сырой нефти, а также на смеси дизельного топлива или нефти с газом (природный, попутный, шахтный или генераторный); 
  • комплектация электростанций системами управления, диагностики и контроля на базе микропроцессорных устройств;
  • выработка электроэнергии различного напряжения с качеством, отвечающим требованиям ГОСТ;
  • устойчивая работа в автономном режиме, параллельно с другими станциями соизмеримой мощности и с сетью неограниченной мощности;
  • возможность наращивания генерирующей мощности путем объединения отдельных станций в блоки;
  • возможность работы как на установившиеся, так и на резко изменяющиеся нагрузки, например буровые установки;
  • обеспечение дистанционного управления несколькими электростанциями с поста одной станции; 
  • возможность поставки электростанций с системами утилизации тепла для обеспечения потребителей тепловой энергией, а также дополнительного оборудования, конструктивно сочетающегося со станцией.

При разработке ЭД-1000 было принято решение о создании в качестве головного образца электростанции типа ЭГД с максимальной степенью автоматизации, как наиболее насыщенной по оборудованию. Это позволяло опробовать внедренные технические и конструкторские решения. Общий вид такой электростанции представлен на рис. 1, силовая однолинейная электрическая схема – на рис. 2.

В 2008 году предприятием «Энкол» (дочерняя фирма ОАО «Коломенский завод») был построен головной образец станции, который прошел большой цикл заводских испытаний. Для их проведения на Коломенском заводе был создан специальный участок, обеспечивающий нагружение электростанции как на автономную нагрузку, так и на заводскую сеть.

Конструктивно станция представляет собой модуль, габариты которого допускают транспортировку практически любым видом транспорта. Для обеспечения монтажа и демонтажа оборудования модуль имеет съемные элементы крыши и люки. Жесткость конструкции требует минимальных затрат при установке станции. Внутри электростанции сформировано три помещения – операторная, отсек электрооборудования и машинное отделение.

Принятые при создании ЭД-1000 конструктивные решения обеспечили высокие технические и эксплуатационные показатели электростанции.

 Таблица. Характеристики электростанций типа ЭД-1000

Характеристики

Модификации электростанции

ЭД-1000

ЭГД-1000

ЭН-1000

ЭГН-1000

Номинальная электрическая мощность, кВт

1000

Номинальное напряжение, кВ

6,3 или 10,5

Частота, Гц

50

Коэффициент мощности, о.е.

0,8

Тепловая мощность системы утилизации

технологического тепла;

тепла отработавших газов, кВт

 

1150

370

Частота вращения, об/мин

1000

Удельный расход топлива:

- жидкого в ДЦ, г/кВт ч

- жидкого в ГДЦ, кг/ч

-газа в ГДЦ и ГНЦ, м3

 

215

-

-

 

215

27…40

290

 

219

-

-

 

219

27…40

290

Пуск двигателя

электростартерный, от ВАСТ

Срок службы

20 лет

Назначенный ресурс до переборки/

до капитального ремонта, ч

15 000/90 000

   

Рис. 1. Блочно-транспортабельня многотопливная электростанция ЭД-1000 

1 Корпус электростанции
11 Насос маслопрокачивающий
21 Разъединитель
2 Силовой агрегат
12 Насос маслопрокачивающий горячего резерва
22 Предохранители
3 Глушитель выхлопа
13 Маслонагреватель
23 Батарея аккумуляторная
4 Воздухоочиститель дизеля
14 Бак жидкого топлива
24 Выпрямительно-стартерный агрегат
5 Система вентиляции
15 Агрегат топливоподкачивающий
25 Шкаф управления электростанцией
6 Патрубки системы охлаждения генератора
16 Топливоподогреватель
26 Шкафы электрооборудования
7 Секции водовоздушные
17 Фильтр топлива грубой очистки
27 Преобразователь частоты
8 Мотор-вентилятор охлаждающего устройства
18 Фильтр топлива тонкой очистки
28 Шкаф освещения и отопления
9 Бак сливной горячего резерва
19 Ячейка выключателя генератора
29 Система отопления и вентиляции
10 Бак расширительный
20 Трансформатор собственных нужд
30 Система газового пожаротушения

 

  

 Рис. 2. Однолинейная схема силовых цепей

А1-А - регулятор возбуждения автоматический;

А1-G - генератор синхронный дизельный ГСД-1100-1000 УХЛ2, 6300 В;

А2 - камера сборная одностороннего обслуживания КСС-6-29-3-31 У3.1 "Аврора" ;

A3 - цифровое устройство управления и защиты SYMAP-BCG;

FU1...FU3 - предохранители высоковольтные токоограничивающие ПКТ101-10-10-31;

QS1 - разъединитель трехпозиционный РТ-10/630/20;

T1 - трансформатор ТС-63/10 У3 6,3/0,4 кВ, Y/Yн-0

 

 Силовой агрегат: 

  • двигатель и генератор установлены на общей раме и представляют единый агрегат, что упрощает его монтаж;
  • двигатель оборудован самоочищающимся фильтром тонкой очистки масла;
  • применен специально разработанный одноопорный бесщеточный генератор, с подшипником качения, с самовозбуждением и самовентиляцией;
  • при установке силового агрегата на раму электростанции использованы специальные виброгасители, обеспечившие снижение вибровоздействий на оборудование и на внешнее основание станции на 80%. С этой же целью все трубные соединения двигателя с другим оборудованием выполнены через компенсаторы виброперемещений.

 Система воздухоснабжения двигателя и вентиляции генератора: 

  • применена двухступенчатая очистка воздуха для двигателя, что позволяет сохранять работоспособность станции при запыленности окружающего воздуха до 0,5 г/м3;
  • в качестве первой ступени очистки воздуха двигателя и для очистки воздуха генератора применены унифицированные, не требующие обслуживания мультициклонные фильтры с автоматическим выбросом загрязнений;
  • вторая ступень очистки воздуха двигателя имеет компактную конструкцию, обеспечивающую возможность забора воздуха изнутри станции при сильных морозах и снежных бурях;
  • жалюзи забора воздуха имеют систему прогрева при открытии и закрытии.

 Система охлаждения: 

  • охлаждающее устройство имеет компактную шахтную конструкцию с последовательным расположением радиаторных секций «холодного» и «горячего» контура;
  • регулируемый электрический привод вентилятора охлаждающего устройства позволяет поддерживать температуру масла и воды двигателя с высокой точностью во всем диапазоне мощности и условий эксплуатации;
  • система прогрева воды и двигателя обеспечивает режим «горячего» резерва остановленной станции при низких температурах воздуха. Прогрев выполнен с автоматическим сливом воды из радиаторов в специальные баки со встроенными электронагревателями и с обеспечением циркуляции через двигатель;
  • применение гидромагнитных фильтров воды в контурах охлаждения позволяет продлить межремонтный интервал для радиаторов охлаждения;
  • в системе охлаждения «горячего» контура предусмотрена возможность подключения модуля утилизации тепла.

 Система смазки:

  • процесс замены масла механизирован с использованием штатного оборудования;
  • предусмотрен контур прогрева масла в «горячем» резерве с электронагревателем и отдельным насосом. Прогрев масла работает в ручном или автоматическом режиме;
  • возможно подключение системы смазки к теплообменнику модуля утилизации тепла;
  • система позволяет автоматически пополнять двигатель маслом из внешней емкости во время работы.

 Система вентиляции машинного отделения:

  • вентиляция – принудительная, для фильтрации воздуха применяется унифицированный мультициклонный фильтр;
  • канал подачи воздуха и вытяжные окна имеют регулируемое сечение, что позволяет поддерживать требуемый температурный режим.

 Электрооборудование: 

  • регулятор напряжения генератора – микропроцессорный, с резервным каналом управления возбуждением;
  • для электростанции специально разработана ячейка с вакуумным выключателем генератора;
  • применен трансформатор собственных нужд с сухой изоляцией. Возможность подключения к генераторным шинам или после выключателя позволяет организовать наиболее удобную схему для объекта;
  • система электропитания собственных нужд предусматривает автоматический выбор источника;
  • питание цепей автоматики имеет двукратное резервирование;
  • автоматическая работа станции с обеспечением функций аварийного источника осуществляется микропроцессорной системой управления (общий вид панели управления станцией приведен на рис. 3).

Рис. 3. Общий вид панели управления электростанцией

  При создании электростанции был вновь разработан и освоен в производстве ряд оригинальных узлов и агрегатов: силовой агрегат (Коломенский завод, ООО «Привод»), ячейка выключателя генератора (фирма «Элтехника»), вентилятор охлаждающего устройства (Коломенский завод), преобразователь частоты для электропривода вентилятора охлаждающего устройства (ЗАО «Энергокомплект») и др.

 В результате испытаний головного образца приемочная комиссия с участием представителя Ростехнадзора рекомендовала их к серийному производству. В настоящее время получено разрешение Ростехнадзора на применение станций серии ЭД1000. Первый образец станции поставлен заказчику на Дулисьминское нефтегазовое месторождение (куда будет отправлен и второй, находящийся в стадии изготовления).

Сейчас на предприятии разрабатываются модульные электростанции номинальной мощностью 1500 кВт на базе проверенных в эксплуатации многотопливных агрегатов типа 8ГДГ и 8ГДГН (также производства Коломенского завода). Таким образом, создание блочнотранспортабельных многотопливных электростанций серии ЭД1000 на базе двигателей типа Д49 позволяет обеспечить отечественными источниками автономного энергоснабжения объекты нефтегазовой промышленности, населенные пункты, удаленные от централизованных источников. Они могут использоваться для увеличения мощности существующих источников энергоснабжения, замены выработавших ресурс автономных электростанций, обеспечения резервного энергоснабжения.

 

Статья опубликована в журнале "Турбины и дизели" январь-февраль/2009