Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Опыт создания и эксплуатации первой ГТУ-ТЭЦ В Республике Башкортостан

Щаулов В.Ю., инженер;
Афанасьев И.П., кандидат технических наук;
Гиззатулин Р.З., инженер
ОАО «Башкирэнерго»


В 2000 году в Башкортостане в районном центре Большеустьикинское была построена и введена в эксплуатацию газотурбинная электростанция ГТУ-ТЭЦ "Шигили".

Газотурбинная теплоэлетростанция "Шигили"



Электрическая мощность станции – 4 МВт, тепловая – 8,8 МВт, коэффициент использования тепла топлива – не менее 75,4%. Станция была построена всего за полтора года. Основным её назначением является теплоснабжение районного центра, а также повышение надёжности электроснабжения, как райцентра, так и близлежащих населенных пунктов Мечетлинского района.

Основное теплосиловое оборудование можно разделить на две части:
• газотурбинная электростанция ГТЭС Урал 2500Р;
• утилизационный контур.

Газотурбинная электростанция производства пермского ОАО "Авиадвигатель" выполнена в блочно-модульном исполнении. Газотурбинный двигатель, генератор и все вспомогательные системы расположены внутри турбоблока.

В качестве газотурбинного привода используется газогенератор конвертированного авиационного двигателя Д-30, получивший обозначение Д-30ЭУ2. Для привода генератора служит свободная турбина (турбина низкого давления базового двигателя), соединённая с генератором через редуктор РД-45 и фрикционную муфту.

Генератор марки ГТГ-4-2РУХЛЗ производства «ООО Привод Электромеканик» (г.Лысьва) рассчитан на напряжение 10,5 кВ. Существует возможность монтажа и демонтажа в турбоблоке двигателя, редуктора и генератора.

Утилизационный контур включает в себя теплообменник-утилизатор для подогрева сетевой воды для теплоснабжения поселка. Теплообменник-утилизатор разработан ПТО "Башкирэнерго" (pраб =12 кгс/см² и tраб до 115°С) и изготовлен ДОО "Энергоремонт".

Теплообменник-утилизатор



Теплосеть ГТУ-ТЭЦ - районная котельная длинной 700 метров - наземной прокладки.
В связи с тем что, теплосети поселка сильно изношены, из-за большой подпитки часто происходит подача в теплосеть сырой воды. Поэтому на этапе проектирования было принято решение отделить утилизационный контур ГТУ-ТЭЦ от теплосети поселка. Теплообмен между утилизационным контуром и теплосетью потребителя происходит в пяти пластинчатых теплообменных модулях производства уфимского Башкирского ПО "Прогресс", расположенных в котельной поселка.

С начала отопительного сезона и по настоящий момент ГТУ-ТЭЦ несёт отопительную нагрузку районного центра, котлоагрегаты в котельной находятся в резерве на случай останова ГТУ-ТЭЦ, работает лишь насосная станция котельной. Наработка ГТУ с момента первого пуска составила более 3000 часов и сейчас можно подвести некоторые итоги с точки зрения эксплуатации этого объекта.

Данная электростанция имеет ряд особенностей, как в силу её конструкции, так и в силу её размещения. Расположена она на северо-востоке Башкортостана в Мечетлинском районе, где нет других генерирующих мощностей. Это позволило снизить потери в электрических сетях на 8–9%, что в значительной степени компенсировало относительно невысокий электрический КПД ГТУ-ТЭЦ (23,3%).

Электроснабжение этого района производится по ВЛ-110 кВ от ПС 110 Симская ОАО "Челябэнерго" протяжённостью 109,4 км до подстанции ПС 110/35/10 Лемез-Тамак и далее по ВЛ 35 кВ длинной 40,8 км до ПС 35/10 Усть-Икинск.

При такой большой протяжённости линий, проходящих, кроме того, по горной и лесистой местности, возможны периодические отключения и колебания напряжения в сети, что естественно будет влиять на работу электростанции такой небольшой мощности. Поэтому на этапе наладки была проведена большая работа по корректировке как алгоритмов релейной защиты и автоматики сети, так и алгоритмов работы самой ГТЭС.

Так на ПС Усть-Икинск введена делительная автоматика, действующая на выделение ГТУ-ТЭЦ на изолированную работу при понижении частоты в сети ниже 48,5 Гц, выведены АПВ, запрещены РПВ без выяснения режима работы ГТУ и ПС Усть-Икинск на подводящих линиях 110 и 35 кВ; в инструкции для оперативного персонала внесены соответствующие изменения.

Результатом данных работ стало успешное проведение испытаний по выделению электростанции на изолированную работу.
Производилось отключение ВЛ-35 на ПС Лемез-Тамак, что привело к выделению делительной автоматикой ГТУ-ТЭЦ на изолированную работу на ПС Усть-Икинск. Это сопровождалось сбросом нагрузки с 4 до 2 МВт.

При этом произошел наброс частоты до 51 Гц, после отключения статизма регулятора nст двигателя частота установилась на уровне 50 Гц, напряжение поддерживалось 10,5 кВ.

Для подачи напряжения энергосистемы на ПС Усть-Икинск на ГТУ-ТЭЦ произвели отключение ВВ-10 кВ ГТУ-ТЭЦ - ПС Усть-Икинск, при этом произошел сброс нагрузки на генераторе с 2 МВт до 112 кВт и наброс частоты тока 54 Гц на время менее 1 сек. со срабатыванием алгоритма сброса нагрузки. Параметры по частоте пришли в норму через 5 сек. Отклонения по напряжению в сети не наблюдалось. В этом режиме ГТУ-ТЭЦ работала только на собственные нужды.

Данная операция позволила после отключения генераторного выключателя произвести синхронизацию и включение в сеть без остановки ГТУ.

Следует отметить, что при проектировании ГТЭС специалистами предприятия-изготовителя подобный сценарий развития событий при работе станции даже не рассматривался, однако уже в ходе начавшейся эксплуатации такие ситуации происходили, и оборудование ГТУ-ТЭЦ и её персонал отработали без замечаний.

Теперь можно реально говорить о повышении надёжности энергоснабжения районного центра и близлежащих населенных пунктов.

Другой особенностью ГТУ-ТЭЦ является применённый на ней генератор ГТГ-4, а точнее его подшипниковые опоры. Впервые на генераторе мощностью 4 МВт, ротор которого вращается с частотой 3000 об/мин, применена картерная смазка подшипников скольжения.
Это позволило избавиться от маслопроводов, маслобаков и другого вспомогательного оборудования маслосистемы генератора. Доводка данных опор потребовала много времени и сил, как предприятия поставщика генератора, так и персонала ГТУ-ТЭЦ. Проблемой было устранение утечек масла из опор, а также поддержание температурного состояния вкладышей подшипников в допустимом диапазоне.

В качестве резервного, был проработан вариант перевода опор генератора на циркуляционную смазку и даже изготовлена соответствующая оснастка. Однако благодаря настойчивости руководства ОАО "Башкирэнерго" первоначальный вариант с картерной смазкой был принят за основу. После доработки конструкции, доливка масла в опоры производится один раз в 1,5-2 недели в количестве 100-200 г, а температура вкладышей находится в пределах 73-80°С. Недостатком конструкции остается неудобство сборки подшипников и трудность обеспечения требуемых допусков и зазоров.

Отдельно стоит сказать о системе управления электростанцией. Её можно разделить на систему автоматического управления (САУ) газотурбинным двигателем, комплекс управления электростанцией (КУЭС) и автоматизированную систему управления (АСУТП) верхнего уровня, осуществляющую управление и контроль параметров всей ГТУ-ТЭЦ. Все параметры двигателя, редуктора и генератора, их диагностика и состояние отображаются на станции оператора. Там же представлены параметры утилизационного контура и системы газоснабжения.

Пультовая ГТУ-ТЭЦ



Параметры ГТУ-ТЭЦ можно представить как в табличном, так и графическом виде, а протокол сообщений о работе станции выводится на бумажный носитель, что облегчает анализ аварийных ситуаций. Управлять работой станции можно как с клавиатуры, так и с помощью «мыши». В случае отказа системы управления ГТЭС или ошибки оператора предусмотрен резервный пульт индикации и управления, с помощью которого можно заблокировать исполнение ошибочных команд КУЭС ГТЭС и аварийно остановить ГТУ. Система управления ГТЭС предусматривает автоматическую работу станции, когда от оператора практически требуется только задание нагрузки станции и ручное управление. При этом оператор может управлять отдельными системами ГТЭС, такими как подогрев опор генератора, подзарядка аккумуляторов, управление заслонками противообледенительной системы, включение и отключение статизма двигателя, а также некоторыми другим операциями, необходимыми как в процессе работы станции, так и при опробовании отдельных её систем.

ГТУ-ТЭЦ работает на природном газе с давлением 12 кгс/см². Газ проходит очистку в фильтрах грубой очистки (фильтры ФГ-19) и тонкой очистки (БФ1). Эффективность очистки – 40 мкм. Для предотвращения попадания в топливную систему двигателя продуктов коррозии подводящего трубопровода, газопровод после фильтров тонкой очистки и арматура, установленная на нем, выполнены из нержавеющей стали.

Подготовка станции к запуску занимает около часа. При этом основное время затрачивается на прогрев опор генератора, так как КУЭС выдает запрет на запуск ГТУ при температуре масла и вкладышей опор ниже 30°С. Запуск ГТУ производится сжатым воздухом с давлением 4 кгс/см², отбираемым от газотурбинного стартера ТА-6А производства Уфимского объединения "Гидравлика".

ТА-6А представляет собой небольшой отдельно расположенный газотурбинный двигатель, используемый на самолетах в качестве вспомогательной силовой установки. Запускается ТА-6А от двух аккумуляторов от автомобиля «КАМАЗ» и работает на авиационном керосине (Т-1, ТС-1). Время его работы 7-8 мин, а запуск всей станции от момента пуска ТА-6А, до готовности принять нагрузку - не более 10 мин. Сюда входит прогрев ГТУ в течение 2-х минут, после которого можно брать номинальную нагрузку.

Наличие отдельного газотурбинного стартера можно считать недостатком из-за усложнения технологии запуска и увеличения вероятности отказов при запуске. Предприятие-изготовитель предлагает осуществлять запуск основного двигателя пусковой турбиной, в которой в качестве рабочего тела используется природный газ, что и делается при эксплуатации подобных электростанций на нефте- и газопромыслах. На других ГТУ-ТЭЦ с аналогичными двигателями, строящихся в Башкортостане, будет использоваться именно такой запуск.

До начала эксплуатации большое опасение у населения районного центра вызывал возможный шум работающей ГТУ-ТЭЦ. Для его снижения были установлены пластинчатые глушители во всасывающей шахте и на дымовой трубе. Данные мероприятия позволили снизить шум на рабочих местах персонала ниже допустимых, а в районе, прилегающем к станции, практически до естественного фона.

Результаты замеров уровней звукового давления (дБ)



Помимо чисто технических проблем предприятие электрических сетей, эксплуатирующее ГТУ-ТЭЦ, столкнулось и с проблемой организации и обучения персонала службы, не характерной для ПЭС.

ГТУ-ТЭЦ обслуживается персоналом Службы Станций Северо-восточных электрических сетей ОАО "Башкирэнерго". Необходимость создания данной службы возникла в связи с появлением в сетевом предприятии нескольких небольших электростанций. Это Мечетлинская малая ГЭС (МГЭС) мощностью 230 кВт, ГТУ-ТЭЦ «Шигили» в районном центре Большеустикинское и установка из двух газопоршневых агрегатов суммарной мощностью 2 МВт и тепловой 2,3 МВт в санатории Янгантау.

Численность персонала, непосредственно занятого обслуживанием ГТУ-ТЭЦ составляет 13 человек.
В вахте занято 2 человека:
один - начальник смены с правами машиниста ГТУ;
второй - дежурный электромонтер.

Организовано четыре вахты. В штате имеется слесарь по ремонту КИП и А, он же занят оперативным обслуживанием МГЭС, слесарь по ремонту тепломеханического оборудования и аппаратчица ВПУ, она же - уборщица производственных помещений.
Все крупные ремонтные работы и сложные операции по техническому обслуживанию оборудования выполняются по договорам с предприятием-изготовителем ГТЭС и специализированными ремонтными предприятиями.

В связи с тем, что станция была построена «на голом месте», в ней в той или иной мере нашли отражение все структурные подразделения большой станции, но в редуцированном виде. При монтаже подобных установок в действующей котельной увеличение численности персонала будет минимальным.

Как в процессе проектирования, так и при строительстве, наладке и эксплуатации большие трудности были связаны со слабой нормативной базой для подобных станций, ведь практически вся она создавалась для «большой энергетики», и часто новая техника не вписывается в её положения и требования. В данном случае эти проблемы решены.
Но самое важное заключается в том, что на северо-востоке Башкортостана появилась стабильно и надёжно работающая газотурбинная теплоэлектростанция с высокими технико-экономическими показателями, которая приносит реальную пользу, как энергосистеме, так и населению.