Безредукторная газотурбинная электростанция на 2500 кВт

         В настоящее время актуальна задача повышения надежности, снижения габаритов и стоимости газотурбинных электростанций, работающих на природном газе. Сейчас такие электростанции строятся по следующей схеме: газотурбинный привод через понижающий редуктор вращает синхронный генератор, вырабатывающий электроэнергию. При этом номинальная частота вращения газотурбинных приводов варьируется от 6000 до 14000 об/мин, номинальная частота вращения генераторов – от 1000 до 3000 об/мин. Выпускаемые промышленностью 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. В силу этого, стоимости редукторов и их обслуживания оказываются высокими.  Также следует отметить, что синхронные генераторы, применяемые в составе электростанций, 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» с 2011 г. 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.

         МК «Энергосбережение» предложил оригинальный высокооборотный генератор с пассивным стальным ротором. При этом в составе ротора отсутствуют обмотки. Активная часть ротора представляет собой деталь, изготовленную из цельного куска стали и напрессованную на вал генератора. Такая конструкция позволяет решить проблемы прочности ротора при больших частотах вращения. Статор генератора изготавливается по классической схеме с размещением в пазах обмоток возбуждения и рабочих обмоток. Возбуждение генератора осуществляется при помощи полупроводникового преобразователя синхронно с частотой вращения ротора.

         В качестве преобразовательного оборудования МК «Энергосбережение» 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.

         На основе анализа достоинств и недостатков указанных решений вариант с использованием низковольтного преобразователя частоты и повышающего трансформатора был принят МК «Энергосбережение» для эскизного проектирования.

         Структурная схема электростанции, построенной по указанной схеме, представлена на рисунке.

 

         В ходе работ выполнены расчеты, выбраны комплектующие для изготовления выпрямителя, инвертора напряжения, синусного фильтра, выполнена эскизная проработка конструкции электростанции.    

         Для экспериментальной проверки принятых технических решений в МК «Энергосбережение» был изготовлен испытательный стенд. Результаты экспериментов дают основания для перехода от эскизного проектирования генератора и преобразовательного оборудования безредукторной электростанции мощностью 2500 кВт к рабочему проектированию совместно с изготовителями газотурбинных электростанций и электрических машин.