ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
ELECTRIC POWER PLANT

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано как автономный источник электроэнергии и электрозапускающее устройство газоперекачивающих агрегатов, в состав которых входит газотурбинный двигатель и связанный с ним специальной трансмиссией компрессор.
Известна электроэнергетическая установка [1], в которой один и тот же преобразователь, составленный из мостового выпрямителя и инвертора, обеспечивает как электрозапуск газотурбинного двигателя, так и снабжение электроэнергией аппаратуры газоперекачивающей компрессорной станции.
Усовершенствованный вариант электроэнергетической установки известен из патента [2], в котором обеспечиваются режимы прокрутки и регламентных работ на газотурбинном двигателе и компрессоре при сохранении достоинств первого варианта.
Однако известные электроэнергетические установки не во всем устраивают практику. Во-первых, отбор мощности от имеющихся коробок приводов газотурбинных двигателей ограничен мощностью 100÷150 кВт. Во-вторых, для согласования срока службы стартер-генератора и газотурбинного двигателя необходимо снабжать опоры стартер-генератора системой подачи масла, что резко усложняет конструкцию.
Предлагаемая электрическая установка решает указанные проблемы. Это достигается тем, что электроэнергетическая установка газоперекачивающего агрегата, составленного из газотурбинного двигателя и связанного с ним через трансмиссию компрессора, повышающего давление в газопроводе, которая работает как электрогенерирующая система и как система электрозапуска агрегата, с использованием трехфазного мостового выпрямителя и параллельно включенного с ним по шинам постоянного тока трехфазного мостового инвертора на полупроводниковых ключах, управляемых от программируемой схемы, с присоединением выхода упомянутого инвертора через контактор, имеющим в каждой фазе по одной входной клемме, соединенной с выходом инвертора, и по двум выходным клеммам, первая из которых соединена с одной из обмоток статора электрической машины, ротор которой механически соединен с коробкой приводов газотурбинного двигателя, а вторая - непосредственно или через фильтр к одной из фаз нагрузки с использованием общепромышленной сети, или любого иного источника электроэнергии, подключаемого на вход трехфазного мостового выпрямителя через пусковой контактор и использованием дополнительного контактора, входная клемма каждой фазы которого соединена с одной из входных фаз указанного мостового выпрямителя, а первая из выходных клемм присоединена непосредственно к одной из фаз нагрузки, причем установка снабжена второй электрической машиной с ротором на постоянных магнитах, который жестко закреплен с валом упомянутого компрессора, а каждая фаза его статора соединена со второй выходной клеммой соответствующей фазы дополнительного контактора.
В результате для генератора не требуется опор, так как используются опоры компрессора, а поскольку валом отбора мощности, по сути, является вал компрессора мощностью более 10 МГВт, то снимаются ограничения по мощности генерируемой электроэнергии. При этом достоинства прототипов сохраняются.
На чертеже представлена схема предлагаемой установки.
Установка содержит газотурбинный двигатель с коробкой приводов 1, соединенный механически с электродвигателем 2, через обгонную муфту 9. Газотурбинный двигатель через трансмиссию приводит во вращение компрессор 3, вал которого приводит во вращение ротор генератора 4.
Установка содержит мостовой выпрямитель 5 и мостовой инвертор 6, который управляется от программируемой схемы 7, где x; y; z - кнопки программирования.
н
н
н
На выходе инвертора установлен контактор 13, имеющим в каждой фазе по одной входной и двум выходным клеммам. Кроме этого, в схеме имеется дополнительный контактор 14, аналогичный контактору 13. Контактор 8 используется как пусковой контактор. Блок 10 обеспечивает питание схемы управления 7 и подключен к фазам нагрузки A, B, C. Напряжение от инвертора 6 поступает к нагрузкам 11 через фильтр 12.
Установка работает следующим образом. В стационарном режиме газотурбинный двигатель 1 вращает компрессор 3, который, в свою очередь, вращает ротор генератора 4. Напряжение с обмоток его статора через контактор 14 поступает на вход выпрямителя 5, который питает шины постоянного тока инвертора 6.
Программируемое устройство 7 обеспечивает управление полупроводниковыми ключами инвертора 6 и на его выходе формируется (например, за счет высокочастотной модуляции) напряжение, которое через контактор 13 поступает на фильтр 12, при этом система управления обеспечивает стабилизированную частоту и напряжение, так что нагрузка 11 питает трехфазным синусоидальным напряжением 220/380 В 50 Гц.
При остановке газотурбинного двигателя останавливается компрессор 3 и переключаются контакторы 13 и 14.
с
с
с
В систему управления 7 вводится программа пуска или прокрутки, а за счет замыкания пускового контактора 8 обеспечивается питание нагрузки 11 и выпрямителя 5 от сети О, A, B, C.
При программе пуска инвертор 6 управляется по вектору поля, и электродвигатель 2 начинает раскручивать газотурбинный двигатель по заданной программе до оборотов «поджига», после чего некоторое время продолжается сопровождение. Когда турбина обгоняет по оборотам электродвигатель, срабатывает обгонная муфта 9, «выключается» инвертор 6 и электродвигатель 2 останавливается, тогда как ротор генератора 4 выходит на номинальные обороты. Пусковой контактор 8 выключается. Контакторы 13 и 14 переводятся в исходное состояние, как это изображено на чертеже. Система управления 7 переводится в режим «генерирование».
Нагрузка 11 снабжается электроэнергией через контактор 13. Электроэнергетическая установка переходит в режим генерирования электроэнергии.
В режиме «прокрутки» процессы аналогичны пусковому режиму, за исключением того, что при заданной частоте работы двигателя 2 прекращают изменение частоты или изменяют ее по заданному закону в соответствии с программой, заложенной в системе управления 7.
В результате нагрузка снабжается электроэнергией в любом режиме.
Масляной системы для опор не требуется, так как стартер работает кратковременно, а генератор использует опоры компрессора. В результате электроэнергетическая установка при сравнимых затратах обеспечивает получение в 2-4 раза большего количества электроэнергии.
Источники информации
1. RU №2363090 C1 H02P 9/04 от 27.07.2009 г. Бюл. №21.
2. RU №92750 U1 H02P 9/04 от 27.03.2010 г. Бюл. №9.