1

Тема: Микротурбинные станции.

В последнее время активно стали продвигаться микротурбинные станции. Диапазон мощностей таких микротурбинных установок (МТУ) от 30 до 250 кВт. Фирма Capstone предлагает МТУ мощностью до 1000 кВт. Установка мощностью 1000 кВт этой фирмы состоит их 5 микротурбин 200 кВт.
Особенностью таких МТУ является скорость вращения турбины 45000 – 96000 об/мин. При этом,  между турбиной и генератором отсутствует редуктор, снижающий обороты до 3000 об/мин. Генератор непосредственно соединен с турбиной и выдает напряжение переменного тока частотой в сотни герц. Это напряжение выпрямляется и затем с помощью инвертора преобразуется в напряжение промышленной частоты 50 Гц, 400В.

У ряда производителей МТУ даже отсутствуют быстродействующие регуляторы скорости турбины. Например, МТУ C65 (65 кВт) фирмы Capstone. Скорость набора мощности упомянутой МТУ около 1 кВт/с. Поставщики этих МТУ утверждают, что их  установки способны принять 100% нагрузки. Это достигается наличием буферной аккумуляторной батареи напряжением 800 В. При толчках нагрузки происходит разряд батареи, пока регуляторы турбины не увеличат мощность. Масса аккумуляторов для установки C65 Capstone – 363 кг. При этом масса этой модели без АКБ – 758 кг. Аккумуляторы -герметичные.
Поставщики утверждают, что МТУ могут объединяться в энергетические массивы и работать параллельно с энергосистемой.

Информация по МТУ Capstone
Микрогазотурбинная электростанция для автономных объектов связи
Каталог на русском языке PDF 1,9 MB
Сайт компании "БПЦ Энергетические Системы"

Кроме установок Capstone на нашем рынке предлагаются:
Calnetix  (Elliott) ТА-100)
Микротурбины Calnetix - Elliott ТА-100
Микротурбина Calnetix Power Solutions - комплексное средство обеспечения энергетической безопасности
Каталог на русском языке PDF 3,4 MB
Микротурбины Capstone - газотурбинные установки

Turbec T100
  Микротурбины Turbec серии T100
Technical Description T100. PDF, английский язык 1,7 MB
Turbec brochure 2005. PDF, английский язык 1,2 MB

В сети ведется бурная дискуссия о том, что лучше МТУ или традиционные газопоршневые машины. Спорят в основном тепломеханики.
Обсуждения по этому вопросу см.:
Микротурбины vs ГПГУ
Что лучше, надежнее, экономичнее: газопоршневые или газотурбинные силовые агрегаты?
ГПУ против ГТУ. Осуждение на форуме сайта Коогенерация
Малые ТЭЦ. Газовые турбины или газовые двигатели

Все, что сказано выше это так, можно сказать предисловие.
Теперь давайте посмотрим, какие проблемы будут у электриков и релейщиков  в частности.

МТУ имеют на выходе инвертор. Не ясно как считать ТКЗ. Немного мы этой темы касались на старом форуме.
Ветроэнергетика

Структурная схема МТУ. См. рисунок (39 kB)
http://rzia.ru/extensions/hcs_image_uploader/uploads/0/500/790/thumb/p15m8aibah4ku1auv5c11c0lmr51.gif
Здесь возникает вопросы
Как селективно отключить КЗ при работе энергетического массива мощностью несколько мегаватт  в автономном режиме, учитывая то, что величина ТКЗ будет меньше тока срабатывания МТЗ, выбранного с учетом самозапуска нагрузки?
Впрочем даже при работе в сети 0,4 кВ одиночной установки ТКЗ не достаточно для срабатывания электромагнитного расцепителя автоматического выключателя. Это значит, что при каждом КЗ имеем отключение потребителя

При работе параллельно с системой ток КЗ будет определяться сопротивлением системе и МТУ на него практически не влияют. Но здесь обязательно требуется установка защиты, отключающая МТУ при КЗ в сетях системы или исчезновении напряжения от системы. Не ясно как такую защиту выполнить. Может быть, у коллег имеются какие-то соображения на эту тему. Поделитесь, пожалуйста.

И еще одна проблема. МТУ, например, Capstone имеют буферную батарею из герметичных аккумуляторах. Упомянутые МТУ устанавливаются непосредственно на улице. Условия для герметичных аккумуляторов почти смертельные. Да и еще толчки тока разряда. Проблемы герметичных батарей мы неоднократно обсуждали на этом и старом форумах.
В прочем, у конкурентов Capstone МТУ выполнены без буферной батареи. Вопросы связанные с наличием у них инверторов сохраняются.
К сожалению, вразумительного ответа от поставщиков МТУ получить не удалось.

Показательно обсуждение на форуме журнала  Сантехника. Ниже привожу цитаты.

"МОЗГ" 29 мар 2008, 12:27 пишет:

Ребята я на тему микротубин и вообще про америкосовское оборудование, вернее представителей от производителя. Что могу сказать по своему трехлетнему опыту: Во первых ШИМ модуляторы они же инверторы предназначенные для формирования выходного напряжения категорически не хотят поддерживать типовую конфигурацию электрических сетей, т.е. при коротких замыкания первыми срабатывают турбины и гасят всю систему, во вторых кто хочет их купить могут даже и не думать о каких либо гарантиях на оборудование особенно у единственного и неповторимого официального представителя БПЦ. Можно только рассчитывать на плотную финансовую поддержу этой фирмы в размере приблизительно 1 тыс рублей в год за каждый киловатт мощности, только за право позвонить, все остальное - ценники европейских специалистов. Оригинальные расходники и платы на запчасти, только у них, поверьте ломаются частенько, хотя есть и неоригинальные запчасти в этих машинках. Есть еще куча проблем по системе управления кластерами турбин, но самое главное Вам ни за что не дадут паролей для самостоятельного фигурирования софта этих микротурбин, даже системное время не исправить, это все под личиной авторских прав наверное у майкрософта научились. в общем кто хочет этого экстрима покупайте. Если есть другие мнения пишите пожалуйста. :roll:

Внешняя ссылка
Вопросы вполне резонные.

А вот и ответ.

Ozzy пишет:

Уважаемый  "специалист!"
Я конечно могу ошибаться, но мне кажется Вам очень сложно рассуждать на эту тему, поскольку вы имеете весьма посредственные знания в области мощной преобразовательной техники.
То, что Вы описываете просиходит в тех случаях, когда неправильно выбраны внешние силовые защитные автоматы.
В этом случае защита МТУ срабатывает быстрее чем автоматы защиты. Установите автомат с соотвтетствующим быстродействием и проблема исчезнет. При коротком замыкании, ток К.З. обычно составляет 2,5 от I н. происходит несколько микросекунд до отключения. Если время будет больше могут выйти из строя выходные каскады. Поэтому система защиты имеет высокое быстродействие.
На счёт паролей - правильно и делают. Иметь доступ к важным настройкам должен иметь право только специалист, а не каждый и всякий. Рекомендую поставить вопрос о прохождении обучения.
На счёт UPS: они используются уже очень давно и нашли широкое распространение. Поэтому о чём Вы уважаемый?
О пристойности оборудования. Не совсем понятно. О каких проблемах и "загрузах" идёт речь?
Все необходимые сертификаты, насколько мне известно, у такого оборудования имеются.
С наилучшими пожеланиями.

Внешняя ссылка

Так вот я и хотел посмотреть на автоматические выключатели способные отключиться за "несколько микросекунд" даже если в ответе опечатка и речь идет о нескольких милисекундах.

Теперь вернемся к вопросу о споре Микротурбины vs ГПГУ.
С газопоршневыми  машинами или классическими ГТУ с точки зрения РЗА более или менее ясно. На валу первичного двигателя – нормальная синхронная машина. Посчитать ТКЗ особых проблем нет. Надо только найти в паспорте Xd".
Остаются проблемы надежности, устойчивости, правильного выполнения делительных защит и т.д. Это мы периодически обсуждаем на нашем форуме. Расчеты устойчивости можно всегда заказать у режимщиков. У них и специальные программы имеются
Моторесурс газопоршневых машин будет значительно большее если применять тихоходные машины 750-1000 об/мин.
Вспомним недавний проект Славы (grsl).
Африка, кокосы бананы
http://s50.radikal.ru/i128/1101/10/4a0470fe64bbt.jpg

PS.
Наткнулся на такую статью. Не удержался и привожу цитату.
Владелец микротурбины в Америке всегда может продать излишки выработанной электроэнергии в общую сеть, а значит и заработать. Такая возможность ведет к гораздо более быстрому возврату денежных средств, инвестированных в микротурбинную установку.
В России такой возможности нет, и вряд ли она скоро предоставится. Построение электросетей в СССР  велось совершенно по другому принципу — по принципу гигантомании, когда одна электростанция покрывала людские потребности в радиусе тысячи километров. В те времена даже не подразумевалось, что некое частное лицо может вырабатывать электричество и тем более его продавать. Это считалось нонсенсом, то есть полной нелепостью. Однако стоит заметить, что в целом, построение и функционирование единой энергосистемы в СССР было тщательно продуманным и блестящим инженерным проектом.
Внешняя ссылка
Ну, ну. Оказывается все наши ГРЭС, ТЭЦ – это гигантомания. И линии 330 кВ и выше не нужны. Даешь электростанцию в каждом дворе. Релейщикам и режимщикам надо искать другую работу. Не тому они учились.
Странные эти европейцы. Зачем вслед за нами создали единую энергосистему от Средиземного до Баренцево морей и станции строят с блоками в сотни мегаватт. Да и американцы почему-то страдают гигантоманией.

2

Re: Микротурбинные станции.

У нас работает такая ГТУ - 2 генератора по 9 МВт с вставкой постоянного тока то есть выпрямление затем инвертор. Так эта штука не может работать автономно, так как не дает ток КЗ больше 1,1 номинала. При любом КЗ в прилегающей сети она отключается - затем минут через 5 ее включают. Защита у нее выполнена просто по несимметрии напряжения (по моему). Достает очень далеко. За 100 км происходит КЗ и она отключает ГТУ.

3

Re: Микротурбинные станции.

[box]Даешь электростанцию в каждом дворе[/box]


А это кое что не напоминает, ..из времён : даёшь плавильную печь в каждом дворе.

по повводу дизелей, морских дизелей. Больших нареканий нет, конечно берёт некоторе время поднастроить делилку, но работают довольно устойчиво, кстати устойчивей чем газовые турбины.
Немного сложноваты в обслуживании ( механика), но тоже поправимо.

4

Re: Микротурбинные станции.

R14 пишет:

Так эта штука не может работать автономно, так как не дает ток КЗ больше 1,1 номинала.

Однако, эти штуки рекламируются как автономные источники электроснабжения.

R14 пишет:

Защита у нее выполнена просто по несимметрии напряжения (по моему).

При несимметричных КЗ работать будет. А что делать при трехфазных КЗ?

5

Re: Микротурбинные станции.

evdbor пишет:

..при трехфазных КЗ?

Пришлось посмотреть принцип. При трехфазных КЗ отключается по факту снижения напряжения на 20%.

6

Re: Микротурбинные станции.

ИМХО, все защиты на принципе срабатывания по напряжению????
Т.е живём в зависимости от автоматов напряжения....
И разрешили????

7

Re: Микротурбинные станции.

grsl пишет:

Т.е живём в зависимости от автоматов напряжения....

Похоже деваться некуда. Делилку основанную на других принципах выполнить не возможно. Такие станции можно использовать только для неответственных потребителей. В автономной режиме при любом чихе будем иметь "блэкаут". Американцы такие станции ставят там, где есть дармовой газ как отходы производства. Использование таких станций как постоянный источник электроэнергии и тепла НОУ-ХАУ наших менеджеров по продажам.

8

Re: Микротурбинные станции.

Да согласен,. делилку только по принципам напряжения, оно также и для любой индустриальной турбины.
U<, U>, f>, f<, df/dt>, df/dt<, U2>, U1<, "скачок вектора напряжения"
Но вот что с ТКЗ.
Может ставить теловую с коэфициентом 1.05 от номинального тока генератора?
добавить МТЗ с пуском по минимальному напрыжению?

9

Re: Микротурбинные станции.

Есть злобное решение и видимо, подумав, буду применять его для ветряков и солнечной энергии.
Срабатывание по ЗМН без блокировки по положению автоматов или несимметрии.
Т.е проблема с напряженческими цепями, гасить к чёртовой бабушке.

10

Re: Микротурбинные станции.

grsl пишет:

Может ставить теловую с коэфициентом 1.05 от номинального тока генератора?

Думаю смысла нет. Уставка по времени у тепловой все-таки десятки секунд. Защита инвертора раньше  все вырубит.

11

Re: Микротурбинные станции.

Надо будет скоординировать времена.
В любом случае будет как резервная защита.

12

Re: Микротурбинные станции.

grsl пишет:

Т.е живём в зависимости от автоматов напряжения....

При наличии ТН на линии связи с МТУ и шинных ТН, может быть, есть смысл выполнить делилку по факту одновременного снижения напряжения на обоих ТН.

13

Re: Микротурбинные станции.

Как "И" логику, по типу критерия АВР?

14

Re: Микротурбинные станции.

Да, именно так.
Тут еще одна засада вырисовывается.
МТУшку планируют сблокировать с котельной. Все это примерно в 400м от площадки объекта.
Проблема в том, что 2 МВт передать на такое расстояние на 0,4 кВ почти не возможно. Потребовалось более 30 кабельных линий 0,4 кВ. И такое количество кабелей не где проложить.
Казалось поставь трансформаторы 0,4/10,5 кВ и передай все на напряжении 10 кВ.
Кроме этого, не получено согласование на параллельную работу с системой.
Это значит, что эти МТУ должны вытянуть бросок тока намагничивания. А они заваливаются от каждого чиха.
Может быть кто знает решения, как ограничить БТН.

15

Re: Микротурбинные станции.

400м 0.4КВ 2МВт очень много, гнилое дело.
я должен поискать, есть методы ограничения БТН, но они дороговатые.


Ставьте ГВ на 0.4кВ и тогда не будет БТН.
1. Паралелльная работа с сетью, сначал подаёте напруго с стороны 10кВ, БТН проходит и синхронизируте генератор по 0.4кВ.
2. Изолированык режим, сначала включаете ГВ 0.4кВ, потом раскручиваете турбини и потом мяго подаёте возбуждение, снова не будет БТН

16

Re: Микротурбинные станции.

По поводу ограничения БТН, есть такой дядечка бразилец- фамилия Bronzeado.
поищите пока его статьи по поводу in-rush current в гугле, a я в архиве у себя посмотрю что есть

17

Re: Микротурбинные станции.

grsl пишет:

Изолированый режим, сначала включаете ГВ 0.4кВ, потом раскручиваете турбины и потом мягко подаёте возбуждение, снова не будет БТН

Увы, если был нормальный СГ, то это так. Да и не парились, сразу поставили машины на 10 кВ. А здесь микротурбины. У них генератор до 1600 Гц, выпрямитель и инвертор. Раскрутить при включенном генераторном выключателе, а затем подать возбуждение не получится.

18

Re: Микротурбинные станции.

ДА забыл, что технология другая, замучили уже новшествами.
ишу сейчас материал, есть способ временого подключения сопротивления для ограничения БТН.
Но сам никогда не видел и не делал.

19

Re: Микротурбинные станции.

hmm
Ничего не нашёл толкового.
Общие статьи с вариантами:
1. Последовательное временое включение резисторов.
2. Постояное включение в пареллель к трансу конденсаторной батареи.
3. Спец заказ повышающего транса.

Нет примеров, нет расчёта..ну ничего проверю ещё в местах других.

20

Re: Микротурбинные станции.

?
В продолжении темы.
А рассматривает ли кто то влияние возможной составляющей постояного тока после инвертора на сеть, а главное на сам повышающий трансформатор и кабели.

ИМХО, воможен переграв трансформатора, насыщение, коррозия контактов кабелей, в теории влияние на защиты.

Нет ли нужды в обязательном порядке устанавливать приборы гармонического анализа с сигнализацией и может даже и отключением, особено если такое оборудование включено напрямую в сеть 400В.