Применение ЧРП Триол АТ27 в атомной промышленности

Уважаемые коллеги и читатели моего блога!

В очередной моей статье предлагаю ознакомиться с перспективами применения высоковольтного частотно-регулируемого привода (ВЧРП) в атомной отрасли.
С применением ВЧРП на атомных электростанциях всё обстоит довольно «прозаично». Оно мало чем отличается от их применения на обычных тепловых электростанциях: те же питательные, циркуляционные, конденсатные и сетевые насосы, о применении которых мы писали на сайте Триол неоднократно. Индивидуально применение разве что для насосов ЦНПК (циркуляционных насосов первого контура). Кстати, об опыте применения ЧРП Триол серии АТ27 и АТ24 на питательных насосах парогенераторной установки в проекте атомного ледокола мои коллеги уже писали. В связи с этим, давайте рассмотрим перспективы применения Триол АТ27 в других проектах Росатома и компании ТВЭЛ. Например, на таком довольно экзотическом и более редком техническом решении, как обогащение урана с помощью газоцентрифужной технологии. Тем более, что газовые центрифуги (ГЦ) являются сердцем ядерной индустрии. Кстати, Россия первой в мире разработала и запустила в серийное производство эти уникальные изделия, и даже по сегодняшний день является мировым лидером по технологии обогащения урана.

Для электропитания приводов ГЦ требуется применять источники энергии с высокой частотой тока. И чем больше частота – тем эффективнее применение ГЦ в обогащении урана. Первое поколение ГЦ было разработано в нашей стране ещё в 1953 году, но оно не пошло в серию. До изобретения ГЦ уран обогащался по технологии диффузионного разделения изотопов урана, который является чрезвычайно энергозатратным. Поэтому на сегодня все мировые производители от него отказались. Последний газодиффузионный завод в США, город Падьюка был остановлен в 2013 г., а во Франции – годом раньше в городе Трикастане. Удельное потребление электроэнергии при газоцентрифужной технологии по сравнению с диффузионным в 25 раз меньше, а себестоимость производства в 2 раза дешевле.

В настоящее время в РФ разработано и применяется 9 поколений ГЦ. Даже осуществлен первый пуск поколения 9+. Сами ГЦ выпускаются у нас на ПАО «КМЗ» и ООО «НПО «Центротех», а эксплуатируются в АО «УЭХК», АО «ПО ЭХЗ», АО «СХК» и АО «АЭХК». Сейчас на этих предприятиях эксплуатируют 6-ое, 7-ое, 8-ое и 9-ое поколение. Профильными Проектными НИИ ведётся разработка 11-го и 12-го поколений ГЦ. В сравнении с первой серийной ГЦ (ВТ-3Ф 1960-го года выпуска), последнее поколение разогнали до скорости почти в 10 раз больше, а срок безостановочной работы увеличили с 3-х лет до 32 лет непрерывного вращения. При том, что скорость вращения ГЦ составляет 1500 об./сек., а срок эксплуатации – не менее 30 лет (данные из газеты компании ТВЭЛ №12 (200) июль 2017 г.).

Цеха по обогащению урана имеют длину до километра. Поэтому не удивительно, что обслуживающий персонал передвигается по ним на велосипедах. Количество ГЦ в этих цехах достигает 800 тысяч шт., которые объединяются в секции. Корпус ГЦ на вид просто пустотелый метровый цилиндр, который собран в каскады длиною в сотни метров. Ротор ГЦ – на игле с корундовым подпятником, подвешенный в магнитном поле. При этом, иглы делают из обычной проволоки, из которой тянут струны для роялей, а вот способ закалки наконечников – это «ноу-хау».

Тема технологии изготовления ГЦ очень интересная и даже увлекательная, но наша задача – обеспечить электропитание соответствующей частоты для разгона ГЦ до частоты вращения в полторы тысячи об./сек. Сделать это можно двумя способами:

1. Первый способ – это спроектировать, изготовить и поставить потребителю статический ПЧ на параметры тока с заданными характеристиками (напряжение, мощность и частота тока с выхода ЧРП). Как правило это напряжение 0,4 кВ, мощность не более 200-300 кВт и частота от 1200 до 1700 гЦ, в зависимости для какого поколения ГЦ мы делаем ЧРП. Учитывая, количество ГЦ только в одном цехе (сотни тысяч шт.) становится понятно, что и количество таких статических ЧРП будет немалым. Такой тип ЧРП применяется, например, на УЭХК и других ОК.
2. Второй способ – это применить мощные электромашинные преобразователи частоты (речь идёт о Мегаватах одного электромашинного преобразователя). И тогда достаточно несколько десятков таких преобразователей для обеспечения всего энергопотребления ГЦ. Такая система электрообеспечения применяется, например, на ПАО «ЭХЗ».

Задачи применения ВЧРП с такими электромашинными преобразователями следующие:

1. Обеспечить плавный частотный пуск для механизмов с тяжелыми пусковыми условиями. Ведь время прямого пуска такого преобразователя достигает 30 секунд, пусковые токи при этом могут превышать 7 номиналов. Такие пусковые токи оказывают вредное влияние как на питающую сеть (провалы в сети), так и на приводной двигатель, нагревая его до критических параметров. Чтобы обеспечить гарантированный пуск такого электромашинного преобразователя и продлить жизненный срок двигателя, зачастую применяют заведомо большую мощность приводного двигателя по сравнению с мощностью самого преобразователя. Например, преобразователь может быть мощностью в 1,5-2 МВт, а приводной двигатель при этом достигает почти двукратной мощности. Применив ЧРП на приводе исходного двигателя, можно добиться пуска с токами близкими к номинальному или же вообще, заменить этот двигатель привода электромашинного преобразователя с значительно меньшим номиналом.
2. Применить ЧРП на двигатели привода и, тем самым, регулировать частоту вращения электромашинного преобразователя и частоту тока с электромашинного преобразователя. Например, подняв частоту на выходе статического ЧРП на несколько герц, добиться увеличения частоты с преобразователя на несколько десятков, или даже сотен герц, тем самым обеспечив разгон ГЦ до поколения скажем с 9 до 9+. Это обеспечит значительный технологический «скачок» и увеличит выработку обогащенного урана. Правда, при этом надо иметь «запас» по прочности, мощности и надёжности, как в электромашинном преобразователе, так и в самой ГЦ, что, впрочем, всегда закладывается ещё с советских времен в проектах Росатома.

Хочу отметить, что данные решения имеют под собой реальные проработки перспектив такого применения в обогащении. Таким образом, можно говорить о реализации хорошо известной и не такой уж новой технологии применения ЧРП в инновационном проекте.

Коллеги и читатели моего блога!

Если у Вас есть идеи по возможности нетрадиционного (на первый взгляд) применения НЧРП и ВЧРП, обращайтесь к нам! Мы не только поможем Вам с проработкой и обоснованием возможности такого применения, но и поможем с расчётами и с подбором оборудования из нашей линейки серийных ЧРП серии Триол АТ24 и Триол АТ27, а возможно и подумаем вместе над разработкой частотного привода под Вашу идею!