Увеличение времени работы дизель-электрических установок на минимальных нагрузках
При проектировании электростанций резервного электропитания периодически возникает требование длительной и надежной работы дизельэлектрических установок (ДЭУ) с минимальной нагрузкой (в ряде случаев до холостого хода включительно). Это требование вызвано крайне неравномерной загрузкой ДЭУ как во времени (от минут до нескольких суток), так и по величине нагрузки (от холостого хода или 5…10% до номинальной). В настоящее время на большинстве дизелей оно может быть удовлетворено при нагрузке не менее 25…40% номинальной только в течение ограниченного времени (обычно 1…2 часа, я ряде случаев 15…30 минут).

После работы на этом режиме требуется прожиг, проводимый на нагрузке порядка 70…80% номинальной.

Последнее объясняется тем, что при работе на малых нагрузках, из-за невысокой температуры выхлопных газов, смазочное масло, попадающее в камеру сгорания и частично выносимое в коллектор и выхлопной трубопровод, полностью не сгорает, а оседает на их стенках, элементах турбонагнетателя, клапана и т.п., где коксуется. При длительной работе дизеля на таком режиме это коксование приводит к уменьшению сечения соплового аппарата турбонагнетателя и, как следствие, нарушению нормальной работы дизеля. Более того, при последующих пусках и попадании топлива в выхлопную систему это может привести к взрыву («хлопку»), который часто сопровождается повреждением дизеля.

В силу изложенного, при необходимости обеспечения работы дизельной электростанции в широком диапазоне мощностей (от минимальной до номинальной), устанавливают несколько дизельэлектрический установок, оборудованных системой управления, обеспечивающей их последовательный автоматический ввод в работу при достижении нагрузкой работающих агрегатов заданного значения (обычно 75…80% номинальной) и остановку при ее снижении (до 25…30%). При этом используемые ДЭУ могут быть разной мощности и иметь разные пределы допустимой минимальной нагрузки. В этом случае минимальная нагрузка электростанции определяется характеристиками (мощностью и минимально допустимой нагрузкой) первой включенной в работу ДЭУ, а ее уменьшение по сравнению с вариантом установки одной эквивалентной ДЭУ (равной по мощности сумме мощностей установок, используемых на электростанции) определяют по уравнению:


где h - величина, минимальной нагрузки, в % от нагрузки, допускаемой при установке одной ДЭУ эквивалентной мощности,
Nэкв , q экв - номинальная мощность (кВА) и минимально допустимая нагрузка (%) эквивалентной ДЭУ,
Nуст , q уст - то же, фактически установленной, ДЭУ, включаемой в работу первой.

Отметим, что в ряде случаев резервные дизельные электростанции выполняют из нескольких ДЭУ, равных по мощности и запускаемых одновременно. Мощности одной их них достаточно для питания всей расчетной нагрузки. Последнюю подключают к той ДЭУ, которая после команды на пуск первой выходит на режим «готовности» к ее приему. Остальные, как правило, проработав несколько минут (выдержка времени) останавливаются. Такие электростанции (ЭС) обеспечивают повышенную надежность электропитания, но их стоимость весьма высока. Вопросы о работе на минимальной нагрузке и прожиге ДЭУ на таких ЭС практически не стоят (время работы ДЭУ на холостом ходу измеряется минутами, благодаря чему прожиг производится не чаще, чем через 2…3 месяца).

Применение вместо одной нескольких ДЭУ позволяет существенно снизить минимальную нагрузку, на которой допускается длительная работа электростанции, однако этот метод имеет и ряд недостатков. К их числу относятся:
  1. повышенная стоимость (по сравнению с применением одной установки),
  2. более сложная, и соответственно, дорогая система управления,
  3. невозможность снижения минимально допустимой нагрузки до холостого хода.


А.Я. Гольдинер
М.И. Цыркин