Высоковольтные дизельные электростанции

При установке автономного источника энергоснабжения большой мощности нужно не только снять напряжение требуемого номинала с обмоток генератора, но и передать его потребителю, которым в ряде случаев служит резервируемая трансформаторная подстанция (ТП), мощные приводные электродвигатели и большой перечень иного энергоемкого оборудования.

Использование высоковольтных (6,3 и 10,5 кВ; 3 фазы; 50 Гц) дизельных электростанций позволяет значительно упростить и в ряде случаев удешевить ряд вопросов, связанных со строительно-монтажными работами (СМР) и дальнейшей эксплуатацией оборудования.

Чем выше мощность генератора, тем выше токи, возникающие в кабельных трассах от генератора к нагрузке, тем, соответственно, большее сечение кабеля необходимо для обеспечения безопасной работы системы. Для примера – требуемое сечение кабеля на фазу 2000 кВА, 400В составляет 980 мм².
Использование более высокого номинала напряжения позволяет снизить требуемое сечение кабеля и уменьшить металлоемкость нагрузки.

В линиях электропередачи, идущих от питающего центра по городу к ТП, существует два номинала напряжения, пересекающихся с возможными номиналами генераторов, устанавливаемых на дизельные электростанции. В центральных городах РФ в основном распространен номинал 10,5 кВ, но следует оговориться, что в настоящее время ряд вновь возводимых объектов (самый свежий – комплекс зданий «Москва-Сити») подключен по ранее не использовавшемуся номиналу 20 кВ). Практически все электродвигатели большой мощности работают на напряжениях 6,3 и 10,5 кВ.

Существует два принципиальных подхода к получению требуемого высокого номинала напряжения от электростанции – применение высоковольтного (6,3 или 10,5 кВ) генератора или использование обычной электростанции (400В) в комплексе с повышающим (группой повышающих) трансформатором.

У обоих варрантов есть свои плюсы и минусы как с технической, так и с экономической сторон:

Как видно из вышеизложенного, выбор в пользу электростанции с высоковольтным генератором прост и очевиден, но, тем не менее, более 40% высоковольтных электростанций поставляются с повышающими трансформаторами. Причина – заявленный поставщиком экономический эффект (но не реальный, как будет видно ниже) и сроки поставки.

У мировых производителей генераторов, устанавливаемых на электростанции мощности до 3500 кВА (Leroy Sommer (Франция), Marathon Electric (США), Siemens (Германия), Marelli (Италия), AVK Stamford (Великобритания) и др.) существует два вида производств – крупносерийное (генераторы 400/230В, 50 Гц) и мелкосерийное (генераторы 6,3; 10,5 кВ), мощностью 1250 кВА и выше. Первое работает «на склад» завода и поставляется на постоянной основе на заводы-изготовители двигатель-генераторных установок, второе требует предварительного заказа и, соответственно увеличивает сроки поставки конечного изделия – дизельной электростанции. Это в свою очередь заставляет Заказчика планировать приобретение оборудования заранее, чего, увы, большинство наших компаний не делают. Но необходимость в энергоснабжении остается, и приходится выкручиваться подручными средствами – устанавливать повышающие трансформаторы.

Другой момент, склоняющий Заказчика к выбору в пользу системы с повышающим трансформатором – это меньшая заявленная стоимость оборудования. Но тут не все так просто: разница в стоимости высоковольтной электростанции и электростанции номиналом 0,4 кВ – около 30%. Для примера – электростанция VibroPower VP2000CU (400 В, 50Гц, 3 фазы, 2200 кВА, двигатель Cummins QSK60G8, генератор LeroySommer 52.1.S1) стоит порядка 13 000 тыс. руб. В комплектации CUH с высоковольтным генератором AVK Stamford 804HVSI (6,3 кВ) стоимость будет около 18 000 тыс. руб. При этом стоимость БКТП на базе трансформаторов, к примеру 2хТМГ1600, не превышает 3000 тыс. руб.

На первый взгляд кажется, что экономический эффект очевиден, но есть одна хитрость: серийно выпускаемые трансформаторы предназначены не для повышения номинала напряжения, а для понижения. При обратном включении обмоток трансформатора потери мощности составляют 10-20% от номинала, соответственно Заказчик оплачивает «подогрев» улицы или заранее вынужден приобретать более мощные электростанции и трансформаторы, увеличивая тем самым затраты на ГСМ и эксплуатацию основного оборудования.

Во всем мире, в том числе в России, выпускаются повышающие трансформаторы (сухие и масляные), предназначенные именно для подъема номинала напряжения, с коэффициентом потерь < 2% - но они, также как и высоковольтные генераторы, являются заказной позицией, и срок их изготовления близок к сроку изготовления генератора.

Стоимость комплекта БКТП с нормальным повышающим трансформатором составляет примерно 20% от стоимости основного оборудования, что делает ее сопоставимой со стоимостью высоковольтной электростанции – а это при одинаковых прямых эксплуатационных затратах оставляет выбор за Заказчиком.