Аварийный источник гарантированного электроснабжения АИГЭ-17-50-ЗХ4
Общие сведения
Аварийный источник гарантированного электроснабжения АИГЭ предназначен для гарантированного электроснабжения с бестоковой паузой при подключении ответственных потребителей переменного тока промышленной частоты, не терпящих даже кратковременного перерыва электроснабжения, например, потребителей электрометаллургии, объектов химической промышленности, нефтепромысловых и нефтеперерабатывающих установок и т.д.
Источник гарантированного электроснабжения работает совместно с энергосистемой и за счет подключения потребителей через машинный агрегат "двигатель-генератор" обеспечивает гальваническую развязку и стабильность частоты и напряжения при кратковременных колебаниях параметров качества электроэнергии в энергосистеме. При возникновении аварийной ситуации в энергосистеме источник гарантированного электроснабжения автоматически переводится в автономный режим, при этом обеспечивается непрерывное электроснабжение потребителей за счет работы быстродействующего привода, а в дальнейшем - газотурбинной установки.
Структура условного обозначения
АИГЭ-17-50-3Х4:
АИГЭ - автономный источник гарантированного электроснабжения;
17 - выходная мощность, МВт;
50 - выходная частота, Гц;
3 - число фаз;
Х4 - климатическое исполнение (УХЛ и 0) и категория размещения
по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543-70.
Условия эксплуатации
Высота над уровнем моря не более 1000 м.
Для оборудования, устанавливаемого в здании:
верхнее значение температуры окружающего воздуха - 50°С;
нижнее значение температуры окружающего воздуха - 5°С;
#61
Для оборудования, устанавливаемого вне здания:
верхнее значение температуры окружающего воздуха - 50°С;
нижнее значение температуры окружающего воздуха - -50°С.
Источник нормально функционирует с сохранением технических данных после воздействия сейсмического воздействия с силой 9 баллов (по 12-бальной шкале).
Технические характеристики
Мощность номинальная в режиме работы совместно с энергосистемой, МВт - 17,0 Мощность номинальная в автономном режиме работы при температуре воздуха 15°С и атмосферном давлении 101,3 кПа (760 мм рт. ст.), МВт, не менее - 14,5 Мощность номинальная в автономном режиме работы при температуре 50°С и высоте над уровнем моря 1000 м, МВт - 11,8 Напряжение номинальное на выходе, кВ - 10,5±0,5 Номинальная частота на выходе, Гц - 50±0,5 Ток - переменный, трехфазный Коэффициент мощности (соs j) с учетом компенсации у потребителя - 0,92 Коэффициент мощности (соs j) в переходных процессах, не менее - 0,55 Остальные параметры качества электрической энергии - по ГОСТ 13109-87 Продолжительность непрерывной работы от энергосистемы через турбодвигатель, ч, не менее - 8000 Продолжительность непрерывной работы в автономном режиме работы (определяется запасом топлива для ГТУ), ч, не менее - 120 Количество циклов автономной работы в течение срока службы при запуске и приеме нагрузки ГТУ за время не более 240 с (экстренный запуск), не менее - 50 Время переходного режима при переводе с режима работы от сети на автономный режим (с падением частоты до не менее 45 Гц и поддержанием напряжения на уровне 10 кВ), с, не более - 5...6 Источник допускает неограниченный по времени сброс потребляемой мощности с последующим набором нагрузки ступенями не более 25% номинальной мощности через каждые - 10...12 с Расход электроэнергии в режиме работы от энергосистемы при мощности 17 МВт на собственные нужды и потери, МВт·ч, не более - 1,1 Топливо для ГТД - топливо дизельное А-0.5-62.3. А, ГОСТ 305-82 дублирующее топливо ТС-1 или РТ ГОСТ 10227-86 Расход топлива ГТД, кг/с, не более - 1,3 Давление топлива на входе в ГТД, МПа (кг·с/см2) - 0,25±0,05 (2,5±0,5) Масло для ГТД - масло МС-8П ОСТ 3801163-78 Расход масла для ГТД, кг/ч, не более - 5 Топливо (парогаз) для быстродействующего привода (ПБ): горючее - топливо для реактивных двигателей ТС-1 или РТ ГОСТ 10227-86 Окислитель, хранимый в реципиенте при давлении 200-400 атм - сжатый воздух Вода - питьевая, ГОСТ 2877-82 Соотношение компонентов: горючее: окислитель: вода - 1:14:7 Расход парогаза на один цикл работы ПБ (240 с), т, не более - 15 Масло для турбодвигателя, турбогенератора и ПБ - масло турбинное Тп-22 ГОС 9972-74 Расход масла, кг/ч, не более - 2 Вероятность безотказной работы за время непрерывной работы 20 мин - 0,998 Срок службы, лет - 10 Вес наиболее тяжелой составной части, т, не более - 60
Конструкция и принцип действия
Автономный источник гарантированного электроснабжения АИГЭ, функционально-структурная схема которого приведена на рис. 1, состоит из:
Функционально-структурная схема источника
ГТЭА - газотурбинный энергетический агрегат; СПТ-ПГУ - система подачи топлива ПГУ; СПСВ-ПГУ - система подачи сжатого воздуха ПГУ; СС - система смазки; СОТД и ТГ - система охлаждения ТД и ТГ; СПСВ-ГТУ - система подачи сжатого воздуха ГТУ; СПТ-ГТУ - система подачи топлива ГТУ; КЭУ - комплекс электротехнических устройств; САУР и КИП - система автоматического управления, регулирования и КИП; СВП - система подачи воздуха; ГТД - газотурбинный двигатель; УГО-СТКД и УГО-ГТУ - устройство газоотвода СТКД и ГТУ; СПО - система пожарной охраны; ПБ - привод быстродействующий; ПГУ - парогазовая установка;
ПГГ - парогазовый генератор; СТКД - силовая турбина кратковременного действия; ГТУ - газотурбинная установка
газотурбоэлектрического агрегата (ГТЭА);
комплекса технологических систем (КТС);
комплекса электрических устройств (КЭУ);
системы автоматического управления, регулирования и контрольно-измерительных приборов (САУР и КИП);
комплекс инженерно-строительный (КИС);
системы пожаротушения оборудования (СПО).
Газотурбоэлектрический агрегат ГТЭА состоит из:
турбогенератора (ТГ) типа Т-20-2У3 ТУ16-512.389-78;
турбодвигателя (ТД) типа ТДС-20 000-2УХЛ4 ТУ16-512.475-80;
газотурбинного двигателя (ГТД) ДП59Л ТУ5.479-9779-88 с разобщительной муфтой (МР);
привода быстродействующего (ПБ), состоящего из парогазогенераторной установки (ПГУ) и силовой турбины кратковременного действия (СТКД);
пульта газотурбинного двигателя (П).
ПГУ, СТКД, ТД, ТГ, а также ГТД с МР размещаются на общем фундаменте.
Вал ротора ТД со стороны контактных колец соединен с валом ротора СТКД, а с другой стороны с валом ротора ТГ, со стороны его контактных колец. Другой конец вала ротора ТГ через МР соединен с выходным валом ГТД.
Быстродействующий привод ПБ используется в качестве аварийного привода в случае возникновения аварийных ситуаций во внешней энергосистеме и предназначен для вращения ротора ТГ в течение 240 с, необходимых для выхода на режим основного привода - ГТД.
Парогазогенератор ПГГ вырабатывает парогазовую смесь, которая является рабочим телом для СТКД.
Воздух в ГТД подается через систему воздухоподвода, в котором одновременно производится очистка воздуха от механических примесей. Система в основном размещается в воздухозаборной шахте. Отвод газа от ГТД осуществляется через устройство газоотвода.
Комплекс технологических систем состоит:
системы подачи топлива ГТД (СПТ);
системы подачи сжатого воздуха ГТД (СПСВ);
системы охлаждения ТГ и ТД (СО - ТГ и ТД);
системы смазки (СС);
системы подачи топлива ПГУ (СПТ - ПГУ);
системы подачи сжатого воздуха ПГУ (СПСВ - ПГУ);
системы охлаждения ПГУ (СО - ПГУ).
Все составные части технологических систем представляют собой агрегатные блоки, изготовленные и испытанные в соответствии с техническими условиями на эти блоки на предприятии-изготовителе.
Комплекс электрических устройств включает в себя:
комплектное распределительное устройство (КРУ-10 кВ), обеспечивающее прием электроэнергии от сети и выдачу электроэнергии потребителям;
блок балластных нагрузок (ББН), предназначенный для компенсации активной мощности ГТЭА в автономном режиме работы при сбросах-набросах нагрузки потребителя;
систему собственных нужд (ССН) источника, обеспечивающая электроснабжение потребителей составных частей источника;
пульт управления ТГ (ПУ-ТГ), который осуществляет управление выключателем 10 кВ ТГ, управление устройством гашения поля ТГ, измерение токов и напряжений в фазах статора и в цепи ротора ТГ, измерение частоты ТГ, измерение активной и реактивной мощностей ТГ и сигнализацию положения выключателей;
пульт управления ТД (ПУ-ТД), обеспечивающий управление выключателем 10 кВ ТД, управление устройством гашения поля ТД, измерение токов и напряжений в фазах статора и в цепи ротора ТД, измерение частоты вращения ТД, измерение активной и реактивной мощностей ТД и сигнализацию положения выключателей 10 кВ ТД и вводов от сети;
пульт синхронизации и сигнализации (ПСС) для синхронизации ТД с сетью, регулирование частоты вращения ГТД при синхронизации, измерение напряжения и частоты сети, сигнализацию положений выключателей и сигнализацию неисправностей в КРУ - 10 кВ и ССН;
систему возбуждения ТД (ТГ), предназначенную для управления возбуждением ТД (ТГ);
устройство защиты ротора ТД (ТГ).
Все перечисленные устройства (кроме ББН) размещаются в отдельном здании электрических устройств, разделенном на помещения: КРУ - 10 кВ, РУ - 0,4 кВ и пультов управления.
Система автоматического управления, регулирования и КИП (САУР и КИП) состоит из:
устройства связи систем УСС-1 и УСС-2, обеспечивающие сбор измерительной информации с выходов первичных измерительных преобразователей и распределения ее между входными цепями комплексов устройств контроля и управления (УКУ), сбор информации о состоянии исполнительных устройств и состояние параметров источника и распределения ее между входными цепями УКУ, согласование цепей управления исполнительных устройств источника с выходными цепями УКУ;
распределения напряжений питания собственных нужд всех устройств источника и защиту по этим цепям, индикацию тепловых режимов ТГ и ТД с помощью стандартизированных щитовых приборов (логометров), входящих в комплект поставки составных частей;
комплекса УКУ, подключенный к УСС-1 и УСС-2, включающий в себя стойки управляющего вычислительного комплекса (УВК) и рабочее место оператора (РМО), состоящее из трех секций: средняя секция РМО является несущей конструкцией для оборудования электронно-вычислительной машины (ПЭВМ типа ЕС-1845), обеспечивающей индикацию, сигнализацию и регистрацию всех сигналов, предназначенных в алгоритмах контроля и управления.
Секция РМО левого присоединения содержит органы ручного управления; секция РМО правого присоединения содержит органы для дистанционного ручного управления, предусмотренного в алгоритмах для каждого исполнительного устройства;
стойки УВК, связи с УСС-1 и УСС-2 и панель управления РМО и их программное обеспечение осуществляют законченное функционирование преобразований предназначенных алгоритмом контроля и управления от воспроизведения входных сигналов до формирования входных сигналов, обеспечивающих автоматическое управление исполнительными устройствами с целью: поддержания параметров в заданных пределах в нормальном режиме оборудования; защиты от возможных поломок оборудования при аварийных отклонениях параметров от заданных значений.
На основе составных частей аварийного источника гарантированного электроснабжения - газотурбинного двигателя и турбогенератора с необходимым комплексом технологических систем и электрических устройств может быть также создан источник для автономного или резервного электроснабжения. При этом время автоматического цикла и приема нагрузки составляет 240 с.
Агрегатированные блоки и устройства источника могут транспортироваться железнодорожным транспортом в габарите "Т".
Оборудование и системы источника размещаются в следующих зданиях и на площадках (рис. 2):
Компоновка оборудования источника АИГЭ-17-50-34
здание ГТЭА;
здание электрических устройств;
здание устройств охлаждения;
площадка аппаратов воздушного охлаждения;
площадка блоков балластных нагрузок;
площадка баллонов топлива;
пристойка для системы воздухоотвода ГТД;
пристойка для системы пожаротушения оборудования.
При нормальном функционировании внешней энергосистемы источник работает в дежурном режиме (РД), при котором ТД, получая электроэнергию от внешней энергосистемы, вращает ротор ТГ, при этом ТГ вырабатывает электроэнергию для электроснабжения потребителя, а турбина СТКД вращается вхолостую, находясь в постоянной готовности к запуску и работе в автономном режиме (РА) при аварийных ситуациях во внешней энергосистеме.
КРУ-10 кВ работает постоянно в течение срока службы источника. В дежурном режиме РД включены выключатели А1, А4, А7 и А8 (рис. 3), обеспечивая прием электроэнергии от внешней энергосистемы на ТД.
Принципиальная схема источника:
1 - устройство контроля сети; 2 - измерение частоты; 3 - измерение активной мощности; 4 - пусковое устройство; 5 - первое устройство переключения режимов; 6 - первый узел сравнения; 7 - первый задатчик; 8 - второй узел сравнения; 9 - второй задатчик; 10 - суммирующий усилитель; 11 - дифференцирующее с замедлением звено; 12 - согласующий преобразователь; 13 - генератор с линейно-нарастающим напряжением; 14 - второе устройство переключения режимов; 15 - ключевой элемент; 16 - устройство корректирующее; А1, А4, А7 и А8 - выключатели; ТА1, ТА2 - измерительный трансформатор тока
В режиме РД все процессы в АИГЭ протекают без участия оперативного персонала, электропитание потребителя осуществляется от внешней энергосистемы через электромашинную пару ТД-ТГ.
При возникновении аварийной ситуации в энергосистеме пусковое устройство 4 формирует команду перехода работы АИГЭ на автономный режим РА: отключается выключатель А4, происходит запуск ПБ и ГТУ. В переходный период переключения режимов РД на РА расходуется кинетическая энергия вращающихся валов ТД и ТГ, при этом частота вращения падает до частоты не менее 45 Гц, а напряжение на шинах ТГ поддерживается на уровне 10 кВ.
После выхода ПБ на номинальный режим частота вращения вала начинает увеличиваться со скоростью, которая определяется разностью мощностей ПБ и ТГ. При достижении частотой номинального значения устройство переключения режимов 5 формирует сигнал на включение выключателя А7 и переключателя режима СВТД с двигательного на генераторный режим. СВТД обеспечивает регулирование напряжения на статоре ТД пропорционально сигналу управления Uупр, поступающего на вход из УКУ. При этом БН начинает потреблять мощность от ТД, работающего в генераторном режиме. Время переходного режима не превышает 5-6 с.
В период работы ПБ (РА-ПБ) вращение вала ГТЭА обеспечивается СТКД, не имеющей регулятора развиваемой ею мощности. Стабилизация частоты вращения на этом режиме осуществляется организацией команд управления от узлов сравнения 6 и 8, в которых выдаются сигналы рассогласования параметра величины изменения частоты Df и мощности DW с заданными уставками до тех пор, пока не достигнет баланса мощностей, вырабатываемой ПБ и потребляемой потребителем.
При изменении нагрузки потребителя, например, при скачкообразном сбросе мощности, на выходе узла сравнения 8 появляется сигнал DW и через диффенцирующее звено 11 поступает на вход усилителя 10, где суммируется с сигналом Df, при этом увеличивается сигнал управления Uупр и соответственно мощность, потребляемая БН. Затем сигнал на выходе звена 11 начинает уменьшаться до нуля, после чего действие контура регулирования по отклонению мощности заканчивается.
При набросе нагрузки потребителя все процессы протекают аналогично процессам, описанным выше, но с противоположным знаком.
После выхода ГТД на номинальные обороты поступает сигнал на запускающий вход генератора линейно нарастающего сигнала 13, разрешающий вход устройства 14 переключения режима и разрешающий вход корректирующего устройства 16.
Сигнал генератора 13 поступает на третий ход узла сравнения 6, при этом возрастают сигналы Df и Uупр и соответственно мощность БН. Нарушается баланс мощностей, частота вращения начинает уменьшаться, регулятор ГТД начинает увеличивать мощность ГТД, обеспечивая баланс мощностей.
При достижении сигналом Uупр установленного значения срабатывает устройство 14 переключения режима, выдается сигнал на размыкание ключевого элемента, при этом снижается до нуля сигнал Uупр и, следовательно, мощность БН. Происходит останов ПБ.
На этапе работы ГТУ в режиме РА-ГТУ контур регулирования мощности БН по отклонению частоты отключен, а контур регулирования по отклонению мощности обеспечивает демпфирование переходных процессов при изменениях нагрузки потребителя, как описано выше.
СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТКИ
Опытный образец аварийного источника гарантированного электроснабжения АИГЭ успешно прошел в 1992 г. предварительные и государственные испытания. Испытания подтвердили заданные технические характеристики. Разработанному комплекту рабочей конструкторской документации присвоен литер "О1".
Разработка проектно-сметной документации для строительства электростанции общей мощности, кратной мощности одного источника АИГЭ, может быть выполнена по техническому заданию заказчика в течение 12 мес.
В настоящее время проводится разработка модификации исполнения источника, позволяющая использовать его как автономный источник резервного электроснабжения.
Разработка технической документации для автономного источника электроснабжения может быть выполнена по техническому заданию заказчика в течение 12-24 мес.
Ориентировочные приведенные затраты (в ценах 1990 г.) на создание электростанции в составе трех АИГЭ, включая строительные, монтажные и пуско-наладочные работы составляют 450-500 руб/кВт.
Предполагаемая численность обслуживающего персонала при четырехсменной работе - 30 человек.
В комплект поставки входят: источник, ЗИП на источник согласно соответствующему перечню ведомости ЗИП, комплект эксплуатационой документации.
Примечания: 1. Источник по согласованию с заказчиком может поставляться отдельно составными частями в пределах срока поставки источника. 2. Коммутационная аппаратура, соединительные кабели между составными частями источника в комплектность поставки не входят.
Характеристики Электротехнического оборудования
Характеристики станков
Характеристики КПО
Характеристики импортного оборудования
Характеристики насосного оборудования
Марки стали и сплавов
Прочее оборудование
