Блочно-транспортабельные электростанции из Коломны

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

Блочно-транспортабельные многотопливные электростанции серии ЭД-1000 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, Jenbacher, Wartsila и др.) Но надо учитывать при этом, что эксплуатация таких установок требует использования специальных горючесмазочных материалов, для проведения регламентных работ приходится привлекать «дорогостоящих» специалистов, 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 цилиндрами 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 автосамосвалов, 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 блочно-транспортабельных многотопливных электростанций ЭД-1000 с применением двигателей Д49. Данная серия включает в себя 16 исполнений электростанций одинаковой мощности, которые отличаются применяемым топливом, 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.
При разработке многотопливных электростанций учитывался опыт ООО «Конвер» по переводу дизельных станций ПЭ6 и ЭВД в нефтяной, газодизельный и газонефтяной цикл, а также опыт создания Коломенским заводом электростанций типа ЭД-2, ЭГД-7 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 его обслуживания 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 (природным, попутным, шахтным или генераторным);
•    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 серии 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.
В 2008 году предприятием «Энкол» (дочерняя фирма ОАО «Коломенский завод») создан головной образец станции, который прошел большой цикл заводских испытаний. Для их проведения на Коломенском заводе был организован 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 проведения 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.

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 используются 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 компакт ную 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;
•    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 двукратнорезервирование;
•    автоматическая работа станции с обеспечением функций аварийного источника осуществляется микропроцессорной системой управления.

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 электростанции приемочная комиссия с участием представителя Ростехнадзора рекомендовала ее к серийному производству. В настоящее время получено разрешение Ростехнадзора на применение станций серии ЭД-1000. Первый образец этой серии 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 8ГДГ-Н (также производства Коломенского завода).
Таким образом, создание блочно-транспортабельных многотопливных электростанций серии ЭД-1000 на базе двигателей типа Д49 позволит 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. Турбины и Дизели