И.Ю. Калужский, директор филиала № 5 ОАО «МОЭК»,
В.А. Пучков, директор предприятия № 8 филиала № 5 ОАО «МОЭК», г. Москва
РТС «Жулебино» является одной из пяти районных тепловых станций Филиала № 5 «ЮгоВосточный» ОАО «МОЭК». Установленная тепловая мощность РТС «Жулебино» на сегодня составляет 420 Гкал/ч (3 котла КВ-ГМ-100 и 1 котел КВ-ГМ-120). Районная станция полностью покрывает потребности в тепловой энергии жилого района «Жулебино».
Шагая в ногу со временем, на РТС «Жулебино» установлены и эксплуатируются регулируемые электроприводы на дымососах, дутьевых вентиляторах и сетевых насосах, потребление электроэнергии которыми составляет «львиную долю» всей электроэнергии, идущей на нужды тепловой станции. В состав приводного оборудования РТС входят асинхронные частотно-регулируемые привода (ЧРП), ставшие уже традиционными на многих станциях, котельных и ЦТП, а также новый вид приводов — вентильно-индукторные приводы (ВИП).
На станции установлено три высоковольтных асинхронных ЧРП, работающих на напряжении 6 кВ, производства одной из американских фирм. Один ЧРП установлен на дымососе котла № 4, второй ЧРП — на дутьевом вентиляторе котла № 4, третий ЧРП установлен для управления каждым из трех сетевых насосов (№ 4, 5, 6). Все высоковольтные ЧРП в свое время были приобретены в лизинг.
В 2007 г. на станции был смонтирован первый комплект ВИП. На сегодняшний день на РТС «Жулебино» установлено 7 таких комплектов различной мощности (от 315 до 630 кВт): на тягодутьевых механизмах трех котлов (6 приводов) и один привод на сетевом насосе.
Ниже рассмотрим особенности ЧРП и ВИП с учетом реальных условий работы РТС «Жулебино».
Несмотря на все достоинства асинхронных ЧРП, периодически возникающие внешние возмущения напряжения питающей сети, оказываются абсолютно неприемлемы для надежной работы установленных высоковольтных преобразователей частоты. При таких колебаниях напряжения автоматика частотно-регулируемого преобразователя, защищая ЧРП, может отключить его, что повлечет за собой останов вращающихся механизмов. В свою очередь, защитная технологическая автоматика безопасности котла дает команду на его останов. Несмотря на то, что все котлы работают в автоматическом режиме (имеется только возможность ручного аварийного останова котлов), их розжиг является длительной процедурой и занимает около 40 мин. В случае такого останова в осеннезимний период последствия могут быть неприятными, в первую очередь, для потребителей. Проблему «выравнивания» напряжения могут решить соответствующие стабилизаторы. Но установленные на РТС стабилизаторы напряжения «гасят» скачки с максимальным отклонением 270 В, в то время как у нас эти «забросы» напряжения могут доходить до 1000 В. Таким образом, при наличии таких скачков напряжения на вводе в РТС эффективность использования ЧРП падает.
Приведем практический пример. В соответствии с требованиями к промышленно-опасным объектам, РТС «Жулебино» имеет два ввода электроэнергии и устройства автоматического ввода резерва (АВР). Задержка на переключение АВР установлена порядка 0,9 с и, значит, такова будет задержка в подаче электроэнергии. Защитная автоматика высоковольтного ЧРП срабатывает уже через 0,09 с, что на порядок быстрее.
Кроме этого, установка высоковольтного ЧРП требует достаточно масштабного отдельно выделенного помещения, в котором необходимо поддерживать соответствующий микроклимат при помощи климатического оборудования (т.к. при превышении температуры воздуха внутри помещения выше нормы автоматика защиты от перегрева отключает ЧРП).
Для решения указанных проблем на РТС «Жулебино» (в рамках производственной программы ОАО «МОЭК») силами ООО «Центртехкомплект» при активном участии инженеров Московского энергетического института и других субподрядных организаций стали внедряться уникальные вентильно-индукторные приводы отечественной разработки и производства, не имеющие на сегодняшний день аналогов в мировой и отечественной электротехнической промышленности.
Энергосберегающий комплекс на базе ВИП включает в себя следующее оборудование:
1. Вентильно-индукторный двигатель, отличающийся от асинхронного тем, что он состоит из двух (либо четырех) секций (в зависимости от номинальной мощности), управление которыми производится независимо, а вращающий момент от каждой секции суммируется на валу машины. Нагрузка по секциям при этом распределяется равномерно. Двигатель ВИП монтируется вместо асинхронного двигателя на те же посадочные места (фото 1).
2. Силовые шкафы электронных преобразователей (по числу секций), каждый из которых управляет одной секцией двигателя, а также силовой шкаф с коммутационной аппаратурой (фото 2).
3. Рабочее место оператора в диспетчерской, куда выводятся все показатели работы ВИП. С помощью соответствующего программного обеспечения диспетчер может не только без особого труда их контролировать, но и оперативно задавать параметры работы ВИП.
Цели регулирования на механизмах с асинхронными двигателями и с вентильно-индукторными одни и те же: при снижении нагрузки ниже номинальной, скорость вращающихся механизмов уменьшается, что позволяет исключать излишние затраты электроэнергии в работе дутьевых вентиляторов, дымососов и насосного оборудования (в первую очередь, сетевых насосов). Также плавность пусков двигателей позволяет продлевать ресурс любого вращающегося механизма и сопутствующего оборудования. При этом режимы разгона абсолютно безвредны для этих механизмов.
Еще одной проблемой при эксплуатации асинхронных двигателей является замена подшипников, ресурс которых не так велик, а их замена требует значительных трудозатрат. Замена же подшипников вентильно-индукторных двигателей в соответствии с паспортом производится через 8 тыс. ч работы, а необходимым условием является только проверка смазки один раз в год.
Необходимо также отметить важную особенность вентильно-индукторного привода — ВИП является низковольтным оборудованием, работая на напряжении 380 В. Поэтому силовые шкафы могут быть размещены на минимальном удалении от исполнительных механизмов, непосредственно в машинном зале без необходимости выделения или строительства специального помещения для них.
Важнейшим свойством ВИП является то, что каждый привод запитан от двух электрических вводов и двигатель работает от двух «лучей» одновременно. Данное обстоятельство максимально увеличивает его устойчивость, т.к. при временном отключении одного из вводов, половина привода удерживает исполнительный механизм в работе, а при восстановлении электропитания отключенная часть привода плавно вводится в рабочий режим, полностью сохраняя работоспособность системы.
Проведенное нами совместно с авторами разработки имитирование режима отключения напряжения по одному из вводов в пределах 8-9 с не вызвало изменения режима работы вращающихся механизмов, управляемых от ВИП. Для нас принципиально важно, чтобы при скачках входного напряжения оборудование станции оставалось в работе, что как раз и удается обеспечить при использовании ВИП. Данное обстоятельство является основным при выборе регулирующего оборудования. Косвенно об эффективности работы ВИП в разрезе безостановочной работы вращающихся механизмов при возникновении скачков напряжения можно судить по данным самописцев, фиксирующих изменение входного напряжения по обоим вводам, что абсолютно не сказывается на работе оборудования станции. Меньше «просадок напряжения» не стало (о чем можно судить по данным самописцев), но на РТС «Жулебино» благодаря использованию ВИП они не влекут за собой негативных последствий.
Самый первый образец ВИП испытывался на РТС «Коломенская», а последующие, улучшенные и доработанные, приводы устанавливались на других районных тепловых станциях, в частности на РТС «Жулебино». В ходе эксплуатации ВИП, за счет фирмы-производителя (ООО «Центртех- комплект») в оперативном режиме ведется их сопровождение, а также непрерывное совершенствование программного и схемотехнического состава приводов. Одним из достижений, полученных в результате этих работ, явилось создание на программном уровне системы бездатчикового векторного управления. Данное преимущество позволяет впредь избавиться от довольно дорогого и ненадежного в эксплуатации элемента — датчика положения ротора, что еще более повышает надежность системы в целом.
Комплект ВИП является полностью отечественным продуктом, его стоимость ниже стоимости высоковольтных ЧРП зарубежного производства. Однако его внедрение предполагает реконструкцию части теплостанции и, безусловно, требует соответствующих значительных затрат. Впрочем, все они окупаются в течение 35 лет (в зависимости от особенностей тепловых режимов конкретного объекта), о чем говорят многочисленные анализы эксплуатационных режимов. Например, на РТС «Жулебино» сравнение затрат электроэнергии по двум котлам (с одинаковым тягодутьевым оборудованием) в регулируемом и нерегулируемом режимах показало, что за январь 2010 г. экономия электроэнергии составила: на дутьевом вентиляторе — около 50%, а на дымососе — около 90%.
Таким образом, опыт эксплуатации ВИП на РТС «Жулебино» свидетельствует, что данное оборудование обладает рядом преимуществ:
■ обладает уникальными для данного вида устройств показателями по надежности и бесперебойности в условиях нарушения режимов электроснабжения;
■ имеет более низкую стоимость по сравнению с западным оборудованием, выполняющим аналогичные функции