НГКМ "Бованенково". Компенсация высших гармоник приводов АВО газа активными фильтрами.
Active filters for the frequency drives of Air-Cooled Heat Exchangers.
Широкое применение на месторождениях природного газа силовой преобразовательной техники, прежде всего преобразователей частоты, безусловно оправдано с точки зрения качества управления технологическими процессами и/или снижения удельных затрат электроэнергии.
Вместе с тем, нелинейный характер нагрузки приносит сюрпризы энергетикам.
Просто спросить...?
Компенсация высших гармоник приводов АВО газа активными фильтрами.
Подобные сюрпризы наблюдаются и на месторождениях нефти. Частотно-регулируемый привод погружных насосов, мультифазных насосных станций, насосно-перекачивающих станций, воздуходувок и др. составляет значительную долю суммарных нагрузок. Общие подходы к использованию активных фильтров рассмотрены на примере Бованенковского нефтегазоконденсатного месторождения (НГКМ).
Особенности работы электроустановок на месторождениях природного газа в части влияния высших гармоник и реактивной мощности.
Электроснабжение технологических установок на месторождениях достаточно часто осуществляется от автономных источников с первичными двигателями разного типа (газовых турбин, газопоршневых машин, дизелей и др.). Даже если месторождение имеет связь с энергосистемой, линии электропередачи не всегда обладают достаточной пропускной способностью. Это приводит к необходимости часть нагрузок покрывать автономными источниками, неизбежно загружая их реактивной мощностью и токами высших гармоник.
При использовании аппаратов воздушного охлаждения (АВО) газа с частотно-регулируемым приводом суммарная мощность нелинейных электроприёмников может быть значительной. Например, нагрузка АВО газа в летний период может достигать 60 % от мощности всех находящихся в работе электроприёмников. Нелинейные потребители рассредоточены по месторождению и подключены к разным трансформаторным подстанциям. Это усложняет задачу снижения высших гармоник до безопасного уровня.
Реактивная мощность на месторождениях обусловлена в основном работой асинхронных электродвигателей, потребляющих реактивную мощность индуктивного характера.
Если для обогрева трубопроводов применяются системы на основе «скин-эффекта», то в сети 6(10) кВ генерируется реактивная мощность ёмкостного характера.
Установки электрообогрева трубопроводов на основе «скин-эффекта». |
Конденсаторы в составе установок электрообогрева трубопроводов. |
Эта реактивная мощность может быть достаточно большой. Например, (см. графики ниже) при включении контейнера системы обогрева мощность активная увеличивается на 400 кВт, а мощность реактивная изменяется на 420 квар (ёмкостного характера). Важно отметить, что при этом нагрузка по фазам оказывается несимметричной.
Изменение активной мощности на вводе РП при переключении установки электрообогрева трубопроводов. | Изменение реактивной мощности на вводе РП при переключении установки электрообогрева трубопроводов. |
Наряду со штатными режимами электроснабжения, могут возникать нештатные режимы (с уменьшением количества параллельно работающих генераторов, с переходом на автономные резервные дизель-генераторы и др.). В этих случаях влияние высших гармоник и реактивной мощности на работу электроустановок резко возрастает.
Если на месторождении наряду с добычей осуществляется бурение, гармонический состав токов и напряжений в СЭС может сильно изменятся. Наиболее тяжелые условия складываются при питании буровых установок от сетей месторождения и применении на буровых электроприводов постоянного тока с управляемыми выпрямителями.
Влияние высших гармоник и реактивной мощности на электроустановки месторождений природного газа.
Преобразователи частоты электроприводов АВО газа создают достаточно большие токи высших гармоник. Например, (см. графики ниже) на вводе 0,4 кВ силового трансформатора БКТП ток составляет 1170 А. При этом суммарный коэффициент искажений тока достигает 25 %.
Ток фазный на вводе 0,4 кВ трансформатора БКТП. | Суммарный коэффициент искажений тока на вводе 0,4 кВ трансформатора БКТП. |
Токи высших гармоник вызывают повышенный нагрев трансформаторов, кабелей, коммутационной аппаратуры, преобразователей, дросселей и др. Нагрев может быть такой, что штатные системы теплоотвода БКТП не обеспечивают поддержание требуемой температуры внутри БКТП.
Суммарный коэффициент искажений напряжения на стороне 0,4 кВ трансформатора БКТП на приведенных графиках достигает 14 %. Это существенно превышает допустимые ГОСТ 32144―2013 значения.
При таких искажениях форма кривой напряжения сильно отличается от синусоидальной. Следствием могут быть ложные срабатывания реле контроля напряжения, нештатная работа устройств автоматического ввода резерва (АВР), отказы преобразователей частоты и др.
Пример нелинейных искажений напряжения. | Ложная индикация низкого напряжения на вводах. |
Токи высших гармоник протекают по всем цепям от источника до электроприёмника, оказывая влияние на электроустановки напряжением 6(10), 35, 110 кВ. При наличии на стороне 6(10) кВ нагрузок электрообогрева трубопроводов на основе «скин-эффекта», возникает опасность резонанса (из-за ёмкостного характера и несимметрии нагрузки).
Таким образом, создаваемые в основном на АВО газа высшие гармоники тока и напряжения оказывают пагубное влияние на работу электроустановок в разных частях месторождения.
Применение активных фильтров на месторождениях природного газа.
Установка активных фильтров АДФ-У на БКТП АВО газа позволяет устранить высшие гармоники непосредственно в месте их возникновения.
Подключение активных фильтров осуществляется на стороне 0,4 кВ, при этом учитывается возможность питания БКТП по двум вводам 6(10) кВ, по одному из вводов и от резервной дизельной электростанции (по вводу 0,4 кВ).
Активные фильтры выполняются в корпусах напольной установки с нижним или верхним вводом кабелей.
Активные фильтры АДФ-У в корпусах напольной установки.
Альтернативным подходом к решению проблем, вызываемых высшими гармониками, является компенсация искажений напряжения на присоединениях ответственных электроприёмников.
Активные фильтры АДФ-У могут непосредственно компенсировать искажения напряжения на участке электроустановки без применения трансформаторов тока. Это позволяет улучшить работу потребителей, критичных к форме кривой напряжения питания (устройств связи, управления, высокоточных приборов и др.).
Специфической областью применения активных фильтров являются объекты транспорта газа с протяженными вдольтрассовыми кабельными линиями. При длине высоковольтного кабеля в десятки километров, создаваемая им реактивная мощность ёмкостного характера достигает 1000 квар и более. Эта мощность загружает источник электроэнергии реактивным током и создает опасность отключения автономных электростанций.
Активные фильтры АДФ-У прекрасно справляются с задачей компенсации реактивной мощности ёмкостного характера.
Предложения Инженерного центра «АРТ».
Полный комплекс работ по созданию систем динамической компенсации высших гармоник и реактивной мощности в электроустановках месторождений нефти и газа на базе активных фильтров.