Применение частотно-регулируемого электропривода в атомной промышленности - Chastotnik.pro

В отношении внедрения новой техники, атомная энергетика представляет собой достаточно консервативную отрасль. Применение частотного регулирования для управления приводными механизмами в атомной промышленности началось совсем недавно. Мощность основных энергоемких электроприводов АЭС составляет от 1 до 8 МВт, а развитие полупроводниковой силовой электроники позволило создать эффективный и надежный средневольтный частотный преобразователь большой мощности лишь в начале 21-го века. Технический прогресс требует разработки эффективных энергоблоков АЭС, достойно конкурирующих с зарубежными аналогами. В этом отношении новый проект ВВЭР-ТОИ призван определить основные концептуальные решения по энергоэффективности и применению регулируемого электропривода на АЭС.

Существуют, по крайней мере, две причины необходимости использования частотного регулирования на АЭС:

В настоящий момент, а также на ближайшее десятилетие основной особенностью эксплуатации АЭС является невозможность поддержания номинальных режимов. В действительности в режимах не полной мощности предполагается множество переходных и маневренных режимов, требующих особое внимание и подход к качеству систем регулирования.

В связи с активным выходом ГК «Росатом» на мировой рынок инжиниринга АЭС, задача маневренного режима при суточной неравномерности нагрузки становится одной из ключевых задач, требующих незамедлительного решения.

В ТЗ проекта ВВЭР-ТОИ предусматривается реализация маневренного режима (100-50-100)% от Nном при суточном изменении нагрузки. Такой подход подразумевает необходимость комплексного регулирования всех систем энергоблока. Так изменение мощности АЭС при постоянстве расхода теплоносителя первого контура приводит к существенному перераспределению температур в активной зоне реактора, вызывая температурные перенапряжения на корпусе и конструкциях реактора, имеет место повышение вибраций оборудования при работе в нестационарных режимах.

Использование частотных преобразователей для управленияприводами ГЦНА (реакторное отделение), ПЭН, КЭН (турбинное отделение), ЦН (БНС) обеспечивает эффективную работу энергоблока АЭС в маневренных режимах, в т.ч. при суточном изменении нагрузки. Применение ЧРП обеспечивает не только требуемые режимы работы и повышения надежности оборудования, но и значительной экономии электроэнергии.

В связи с выходом Федерального закона от 23 ноября 2009 г. №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности в РФ», повышение энергоэффективности собственных нужд сейчас является одним из основных вопросов эксплуатации АЭС.

В среднем по ГК «Росатом» энергопотребление собственных нужд находится в пределах от 4,5 до 8,5% от общей генерации, а на аналогичных АЭС в странах Западной Европы и Америки находится в пределах от 4,5 до 5,5% от общей генерации. Снижение энергопотребления собственных нужд на 2-3% в масштабах всей атомной энергетики РФ позволит увеличить генерацию на 0,7 ГВт электроэнергии, что эквивалентно строительству нового энергоблока.

Основная доля потребления электроэнергии (более 90%) собственных нужд энергоблока приходится на электропривод, который является колоссальным резервом уменьшения энергопотребления и может обеспечить самый большой экономический эффект от внедрения энергосберегающих мероприятий.

Потребляемая мощность насоса пропорциональна кубу скорости вращения. Тоесть при снижении скорости вращения двигателя, потребляемая мощность падает в кубе. Исходя из этого применение частных преобразователей в составе привода насосов ПЭН, КЭН может обеспечить 15-20% экономии электроэнергии. А применение частотного регулирования на ГЦНА - до 40% экономии. При этом сроки окупаемости ЧРП на насосах АЭС могут составить от 1,5 до 5 лет в зависимости от конкретного применения.

Помимо использования частотного преобразователя существуют также и другие способы регулирование производительности насосов. При работе нескольких параллельно работающих насосов, используют каскадное регулирование, путем поочередного включения и выключения дополнительных насосов. Однако данный метод, в следствие неравномерного увеличения нагрузки вызывает ряд нежелательных эффектов. Например, при регулировании расхода теплоносителя 1-го контура за счет изменения количества работающих насосов, возникают циклические деструктивные изменения в параметрах реактора. Более того, частые включения электродвигателей существенно снижают срок их службы. Всё это требует необходимости применения дополнительно устройств плавного пуска.

Еще одной альтернативой частотно-регулируемому приводу может служить гидравлическая муфта. Гидромуфта позволяет механическим путем регулировать скорость вращения электродвигателя. Применение гидравлической муфты требует дополнительно места между насосов и двигателем. Особенность конструкции привода с гидромуфтой не позволяет обеспечить резервирование. В случае выхода из строя гидромуфты происходит остановка насосного агрегата, в то время как преобразователь частоты можно увязать в схему подключения с байпасной линией, обеспечивая возможность работы электродвигателя напрямую от сети. Гидромуфта, по сравнению с преобразователем частоты обладает меньшим КПД, а также имеет скольжение, не позволяющее насосу работать в номинальном режиме с полной производительностью. Указанные особенности делают применение ЧРП наиболее оптимальным для регулирования производительности насосных агрегатов.

ЧРП представляет собой преобразователь частоты, управляющий скоростью приводного асинхронного или синхронного электродвигателя посредством изменения частоты питания приводного электродвигателя. Такое построение ЧРП обеспечивает ряд возможностей и преимуществ:

Однако, применение ЧРП в атомной промышленности налагает дополнительную ответственность на разработчиков самого ЧРП и проектантов. К ЧРП предъявляются дополнительные требования по надежности, сейсмостойкости, виброустройчивости и электромагнитной совместимости. Кроме того, мощности насосов АЭС значительны, что предполагает возникновения проблем энергетического и электромагнитного характера, связанных с проектированием ЧРП или выбором схемы его построения:

В настоящее время на рынке высоковольтных частотно-регулируемых приводов (ВЧРП) представлено множество различных решений, с применением различных силовых ключей. Усовершенствование тех или иных схемных решений преследует одну цель – максимально приблизить ток на входе и выходе преобразователя к синусоидальной форме. Получение сигнала синусоидальной формы на выходе частотного преобразователя осуществляется посредством применения специальных фильтров или увеличения числа ступеней (уровней) напряжения выходного напряжения. На входе частотного преобразователя для обеспечения равномерного потребления тока используют многопульсные выпрямители, питающиеся от трансформаторов или активные выпрямители, представляющие собой инверторы, работающие на сеть.

На сегодняшний момент существуют следующие основные современные решения ВЧРП:

ЗАО «ЧЭАЗ» предлагает на рынке высоковольтный преобразователь частоты ВЧРП-ТМ. Это универсальный частотно-регулируемый электропривод переменного тока для промышленных нагрузок мощностью до 17,5 МВА с номинальным выходным напряжением 3/3,3 кВ, 6/6,6 кВ и 10/11 кВ. Силовая схема ВЧРП состоит из входного трансформатора и однофазных ячеек ШИМ-инверторов, включенных последовательно в каждой фазе (многоуровневый инвертор напряжения).

ВЧРП-ТМ имеет следующие основные преимущества:

В случае производственной необходимости ВЧРП-ТМ могут быть установлены в блочно-модульном здании контейнерного типа полной заводской готовности, предназначенные для эксплуатации в условиях умеренного и холодного климата. Внутреннее помещение модуля оборудовано освещением, штатными системами отопления и вентиляции, которые в автоматическом режиме поддерживают необходимый температурный режим. При необходимости модуль может оборудоваться системами охранной и пожарной сигнализации, автоматическими огнетушителями. Модуль, при монтаже на объекте устанавливается на эстакаду.

Д. А. Токмаков,

Сайт производителя: http://elpri.chuvashia.com/>