Гидрогенераторы НПО «ЭЛСИБ» для Зарамагской ГЭС-1

Завод «ЭЛСИБ» производит гидрогенераторы различного исполнения в широком диапазоне мощностей, частот вращения. Наибольшим опытом обладает в области создания гидрогенераторов с воздушным охлаждением на наиболее востребованном сегменте средних и мощных генераторов. Генераторы под маркой «ЭЛСИБ» эксплуатируются в различных условиях и режимах на гидроэлектростанциях в России, Средней Азии, Сирии, Китае и других регионах.

Ранее НПО «ЭЛСИБ» успешно выполнило проектирование, изготовило и поставило гидрогенератор для Головной ГЭС. Гидроагрегат Головной ГЭС, с генератором мощностью 36,7 МВ·А и частотой вращения 200 об/мин, был пущен в эксплуатацию в 2010 году и успешно работает по настоящее время.

Следующим этапом сотрудничества стало создание гидрогенераторов для Зарамагской ГЭС-1. Выиграв в 2008 году конкурс на проектирование и изготовление двух генераторов мощностью 203,5/173 МВ·А/МВт, напряжением 15 750 В, частотой вращения номинальной/угонной 300/540 об/мин для сопряжения с ковшевой гидротурбиной фирмы Voith Siemens Hydro Power Generation GmbH & Co, НПО «ЭЛСИБ» приступило к их разработке.

Разработанный генератор значительно расширил границу возможностей «ЭЛСИБ» в создании более мощных и быстроходных генераторов, определяемую находящимися в эксплуатации генераторами Токтогульской, Ирганайской, Андижанской и Гиссаракской ГЭС. Подтверждены компетенции в данном секторе услуг.

По требованиям технического задания (ТЗ) генератор выполнен вертикальным, подвесного исполнения с подпятником, расположенным на верхней крестовине, с одним направляющим подшипником, встроенным в центральную часть верхней крестовины.

При разработке рабочей документации используется лицензионная система параметрического проектирования T-FLEX CAD разработки российской фирмы ЗАО «Топ Системы».

Требования ТЗ по компоновке гидроагрегата, высокие номинальная и угонная частота вращения, высокий гарантированный КПД при заданном коэффициенте мощности и другое, предопределили определенные трудности при разработке гидрогенератора, который бы обеспечивал требуемые параметры и надежность при относительно низких значениях материалоемкости и трудоемкости при его изготовлении.

Так, компоновка с одним направляющим подшипником генератора и одним турбины обладает увеличенным пролетом вала между опорами гидроагрегата по сравнению с трехопорной схемой. Для обеспечения требуемого уровня критической частоты вращения ротора агрегата, по продольным колебаниям, потребовалось ужесточить вал агрегата, состоящий из вала генератора и вала турбины.

Диаметральные размеры вала выбраны максимально возможными, масса вала с остовом и подставками для крепления при транспортировке составила 138 тонн, что потребовало использовать для транспортировки уникальный железнодорожный транспортер.

Высокая частота вращения — это необходимость усиленного крепления практически всех элементов ротора от действия центробежных сил при угонной частоте вращения и применения высокопрочных материалов. А высокий КПД — это повышенные требования к марке электротехнической стали, к уровню торцевых потерь в статоре, вентиляционных потерь и т.п.

В основном применены технические решения, ранее отработанные в НИР и ОКР на основе моделей и макетов, проверенные и хорошо зарекомендовавшие себя на находящихся в эксплуатации генераторах.

Корпусная изоляция стержней типа «Монолит», класса нагревостойкости F по ГОСТ 8865-93, выполнена по созданной в НПО «ЭЛСИБ» технологии на основе непропитанной ленты, имеющей значительную прочность и гибкость, с последующей вакуум-нагнетательной пропиткой эпоксидным компаундом под давлением (VPI-технология).

Изоляция типа «Монолит» была впервые применена в обмотках гидрогенераторов Капчагайской ГЭС (в 1970 году на 13 800 В) и Токтогульской ГЭС (в 1973 году на 15 750 В). Знаменателен факт — эти обмотки успешно эксплуатируются до настоящего времени без замены, то есть более 45 лет, что подтверждает гарантированный срок службы не менее 40 лет.

Для улучшения работоспособности подпятника и подшипника применены сегменты, облицованные эластичным металлопластмассовым покрытием. Использованием в покрытии фторопласта-4, обладающего необходимыми физико-механическими и триботехническими свойствами, обеспечивается гарантированная работа по условиям режимной мобильности гидроагрегата.

Разработчики генератора приложили все усилия, чтобы создать генератор с минимальной материалоемкостью и трудоемкостью изготовления при обязательном выполнении требований ТЗ.

Параметры генератора находятся на уровне аналогичных генераторов Ирганайской ГЭС и Токтогульской ГЭС или выше, а удельные показатели по расходу материалов и мощность на полюс превосходят аналоги. Значение показателя мощность на полюс является максимально достигнутым среди гидрогенераторов с воздушным охлаждением, разработанных в России.

Изготовление генераторов для ГЭС-1 было выполнено в период с 2010 по 2012 год. Из-за необходимости проведения технических изменений, вызванных неожиданными непроектными ситуациями при строительстве, по требованию заказчика поставка оборудования на ГЭС была прервана, а монтаж агрегатов был отложен.

Часть поставленного оборудования хранилась в условиях ГЭС, а непоставленная часть — в условиях производства на НПО «ЭЛСИБ». При этом срок хранения значительно превысил проектный срок консервации и хранения. Периодический контроль состояния законсервированного оборудования в местах хранения (с вскрытием упаковки, проверкой состояния хранящихся узлов и деталей, проведением переконсервации, при необходимости, и восстановлением упаковки) подтвердил надежность и долговечность принятой системы упаковки и консервации.

Продолжившаяся в текущем году поставка оборудования и новые, непроектные требования для обеспечения сжатых сроков монтажа и ввода в эксплуатацию оборудования ГЭС потребовали оперативного решения непредвиденных разноплановых задач, среди которых можно выделить:

• выполнение насадки остова ротора на вал в заводских условиях, разработку и согласование негабаритной транспортировки по железной дороге (вместо насадки, согласованной в проекте на монтаже, и раздельной транспортировки);
• сборку статора на монтажной площадке и адаптацию статора после сборки к переносу с монтажной площадки на фундамент в шахту генератора (вместо сборки статора непосредственно на фундаменте, исключающей перенос).

Все узлы и детали генераторов успешно отгружены и доставлены на площадку Зарамагской ГЭС-1. В настоящее время шеф-инженеры НПО «ЭЛСИБ» находятся на объекте заказчика, где ведутся монтажные работы по сборке оборудования.

Проект уверенно движется к финишу. В ближайшей перспективе при плодотворном сотрудничестве специалистов заказчика, строителей, поставщиков оборудования и монтирующей организации после завершения всех монтажных, пусконаладочных работ, проведения испытаний и комплексного опробования генераторы будут введены в эксплуатацию.

Шамин В. Г., главный конструктор по проектированию гидрогенераторов, Вишневский Л. С., главный конструктор гидрогенераторов, НПО «ЭЛСИБ» ПАО

Справка:

Научно-производственное объединение «ЭЛСИБ» (прежние названия — Новосибирский турбогенераторный завод, СИБЭЛЕКТРОТЯЖМАШ) — ведущее российское предприятие тяжелого электромашиностроения — специализируется на разработках и производстве турбогенераторов, гидрогенераторов и высоковольтных электродвигателей. В 2018 году объединению исполнилось 65 лет. За время деятельности освоено производство широкой номенклатуры электрических машин. Всего НПО «ЭЛСИБ» изготовило 163 новых гидрогенератора (~16,5 ГВт), выполнило модернизацию 75 гидрогенераторов (~5,6 ГВт). Компетенции инженеров, накопленный опыт, применение современных технологий и материалов позволяют создавать эффективные, долговечные и надежные гидрогенераторы, которые по техническим и эксплуатационным параметрам соответствуют мировому научно-техническому уровню.