Динамические характеристики энергоблоков OPRA

А. Ю. Сидоров – ООО «Таурус Энерджи» А. В. Отт – ООО «Турбоэнергия и Cервис»

При выборе генераторных установок для строительства электростанций собственных нужд (ЭСН) непосредственно на нефтегазовых месторождениях одними из важнейших критериев являются динамические характеристики установок: допустимая величина активной и реактивной мощности одновременно подключаемых потребителей, способность удерживать нормативные значения напряжения и частоты сети при переходных процессах.
Для достижения наилучших технико-экономических показателей оборудования разработчики газотурбинных установок особое внимание уделяют жесткости соединительной муфты между приводом и редуктором, мощностным характеристикам газотурбинного двигателя: приемистость при подключении нагрузки и предотвращение раскрутки при ее отключении. Последние определяются характеристиками регулятора частоты вращения турбины и конструктивными особенностями самой турбины. В конечном итоге, разработчику ГТУ необходимо на практике подтвердить расчетные величины, полученные при заводских испытаниях.
Результаты такой оптимизации характеристик, подтвержденные реальной эксплуатацией на объектах нефтегазовых промыслов, можно наблюдать на примере газотурбинной генераторной установки OP16-3A.
ГТУ OP16-3А разработана и серийно производится с 2004 года компанией OPRA Turbines (Нидерланды). В данной установке применяется синхронный трехфазный генератор Leroy-Somer. Тип соединения обмоток – «звезда», номинальная мощность 2285 кВА, напряжение 6600 В (11000 или 400 В), частота 50 Гц, коэффициент мощности 0,8.
На рис. 1 приведен график зависимости коэффициента мощности (отношение величины фактической нагрузки к величине номинальной нагрузки) и допустимой длительности работы на номинальном режиме и выше номинального. Как следует из графика, данный генератор допускает неограниченную по времени работу в пределах номинальной мощности ГТУ (1800 кВт), с возможностью временного приема повышенной нагрузки в соответствии с кривой на графике.
Генератор приводится надежной, экономичной, полностью радиальной промышленной газовой турбиной ОР16. Высокие эксплуатационные характеристики газотурбинного привода обусловлены его конструктивными особенностями.
Одноступенчатые радиальные компрессор и турбина составляют единую одновальную конструкцию. Осевые размеры, а также вес ротора с компрессором и турбиной – небольшие. Это позволяет за счет консольного закрепления ротора разместить опоры и подшипники в холодной секции двигателя, что приводит к увеличению срока службы подшипников и смазочного масла. В связи с этим турбины OP16 имеют очень благоприятный график обслуживания: не менее 8250 часов между техническим обслуживанием и заменой масла и не менее 42500 часов между капитальными ремонтами.
Радиальная турбина вращается с периферийной скоростью входных кромок рабочих лопаток 700 м/с, что примерно совпадает со скоростью горячих газов, истекающих из сопловых аппаратов турбины. Поскольку обе скорости практически одинаковы, удается снизить температуру при передаче ее от заторможенного потока раскаленного газа на боковые поверхности лопаток турбины. В результате это позволяет снизить температуру лопаток турбины на 100 °С по сравнению с осевой конструкцией.
Трубчатые камеры сгорания OP16 имеют большие преимущества, например, перед многосопловыми конструкциями с кольцевой камерой сгорания, которые более чувствительны и к качеству топлива, и к видам топлива. Помимо этого, осмотр и замена камер сгорания ОР16 производятся без разборки турбины. Кроме того, несмотря на простоту конструкции, газовая турбина ОР16 имеет самый низкий уровень удельного расхода горючего в своем классе мощности.
Одновальная схема ротора и другие конструктивные особенности OP16, а также система регулирования, реализованная на базе ПТК Siemens и дозирующего топливного клапана Woodward, позволили получить оптимальные характеристики при переходных процессах при одновременном подключении и отключении потребителей, запитанных от генераторной установки ОР16.
Результаты штатных заводских испытаний в виде графиков зависимостей изменения напряжения и частоты тока от изменений по мощности для генератора 400 В представлены на рис. 2–5.
Данные характеристики подтверждаются при испытаниях и эксплуатации электростанций OPRA на объектах заказчиков. Они показывают устойчивые параметры напряжения, частоты и мощности при динамике нагрузок в полном рабочем диапазоне генератора от 0 до 100 % нагрузки при работе одной ГТУ и от 10 до 100 % при работе нескольких установок в параллельном режиме.
Переходное отклонение напряжения при сбросе/набросе полной нагрузки не превышает 5 %, время восстановления не более 10 секунд. Переходное отклонение частоты при сбросе/набросе полной нагрузки не превышает 2,5 %, время восстановления не более 5 секунд. Для генераторов 6600 В и 11000 В устойчивость по напряжению и частоте будет аналогичной.
Имея такие показатели работы, энергоблоки OPRA могут успешно применяться в качестве автономных источников энергоснабжения для удаленных энергопотребителей и энергодефицитных районов. Не менее важными в пользу применения установок OP16 являются следующие факторы:
•    высокая степень заводской готовности;
•    возможность применения мобильной модификации установки;
•    устойчивая работа на двух видах топлива (газ/дизтопливо), с возможностью перехода с одного вида на другой в автоматическом режиме на нагрузке;
•    возможность работы на различных видах газового и жидкого топлива в широком диапазоне низшей теплотворной способности: от 5 до 50 МДж/кг;
•    устойчивая работа на газе с высоким (до 7 %) содержанием сероводорода;
•    возможность выработки тепловой энергии до 4 МВт в виде горячей воды или пара;
•    практически нулевой расход масла.
Турбины и Дизели
www.taurusenergy.ru
www.turboenergy.ru