Практика применения активных фильтров на промышленных предприятиях, буровых, в судовых электроустановках

Страница в разработке.

Практика применения активных фильтров на промышленных предприятиях, буровых, в судовых электроустановках

Active filters for industrial plants, drilling rigs, marine & offshore

Какие практические задачи решаются активными фильтрами на промышленных предприятиях.

Ниже - короткий перечень проблем, в решении которых активные фильтры могут быть полезны энергетикам промышленных предприятий.

•    Ложные срабатывания устройств защиты по напряжению из-за искажения синусоидальности кривой напряжения.

•    Хаотичные срабатывания устройств автоматического ввода резерва при нормальном действующем значении напряжения на вводах.

•    Перегрев силовых трансформаторов токами высших гармоник.

•    Перегрев конденсаторов и коммутационных аппаратов устройств компенсации реактивной мощности токами высших гармоник.

•    Генерация в сеть реактивный мощности ёмкостного характера из-за наличия протяжённых кабельных линий.

•    Провалы напряжения при пусках электродвигателей.

•    Падение напряжения на протяжённых воздушных линиях и шинопроводах 6 -10 кВ.

•    Претензии энергоснабжающий организации в части генерации в сеть высших гармоник тока, и др.

Просто спросить...?

 

Установка активных фильтров на промышленном предприятии

У специалистов КИП и А, связистов, технологов есть свои претензии к высшим гармоникам. Даже при формальном соблюдении требований ГОСТ 32144―2013, проблемы нередко возникают.

•    Перегрев источников бесперебойного питания (ИБП) токами высших гармоник.

•    Нарушение синхронизации источников бесперебойного питания при переключении из режима «Off-Line» в режим «On-Line».

•    Нарушения в работе измерительных приборов и комплексов.

•    Отказ блоков питания из-за разрушения варисторов и конденсаторов.

•    Сбои в работе микропроцессорных систем управления, и др.

 

Пример неуспешных попыток ИБП синхронизироваться с сетью из-за искажений напряжения в цепи нагрузки

      

Сообщение «Авария» ИБП при нарушении синхронизации    Активный фильтр устраняет проблемы синхронизации ИБП

Специалисты по электроприводу также сталкиваются с влиянием высших гармоник на оборудование.

•    Отключение преобразователей частоты с сигнализацией «Превышение напряжения в звене постоянного тока» при нормальном действующем значении напряжения.

•    Выход из строя входных диодных мостов преобразователей частоты.

•    Нарушения в работе систем импульсно-фазового управления (СИФУ) выпрямителями электроприводов постоянного тока.

•    Нарушения, вызванные работой НПЧ (непосредственных преобразователей частоты) и преобразователей с АИТ (автономный инвертор тока) и др.

Путь от осознания проблемы до применения активных фильтров предполагает несколько этапов.

Выявление источников высших гармоник и условий, при которых возникают проблемы

Если источник искажений находится в составе электроустановок предприятия, то его влияние достаточно просто купировать активным фильтром на данном присоединении.

Если таких источников несколько, то появляются вопросы их взаимного влияния, совместного влияния на линейные потребители, и одним фильтром не обойтись.

Если источник высших гармоник находится за пределами предприятия и искажения поступают извне, то для их компенсации на выделенном участке электроустановки потребуются активные фильтры со специализированным программным обеспечением.

Измерения в электроустановке приборами контроля качества электроэнергии

Целями таких измерений могут быть:

- анализ спектра высших гармоник (канонические, чётные, интергармоники и др.) и выделение порядков проблемных гармоник;

- выявление высших гармоник, способствующих возникновению резонанса;

- количественная оценка высших гармоник тока и напряжения и др.

Моделирование высших гармоник и расчёт требуемых токов компенсации в различных эксплуатационных режимах

Моделирование позволяет, в том числе, ответить на вопросы:

- надо ли устанавливать дополнительные дроссели или пассивные фильтры в цепях нелинейных электроприёмников;

- надо ли увеличить мощность силового трансформатора;

- надо ли изменить схему подключения потребителей, и др.

Разработка общего решения по компенсации высших гармоники и оценка затрат на его реализацию

Таких решений может оказаться несколько, конкурирующих по первоначальным затратам на оборудование, объёмам демонтажных и монтажных работ, эксплуатационным затратам и пр.

Разработка ТЭО инвестиций

Если возникает такое требование со стороны Заказчика, то в основу расчёта инвестиционных показателей проекта закладывается денежная оценка снижения рисков от нештатной работы электроустановок. Привычный и понятный финансистам показатель «экономия электроэнергии» в данном случае не будет определяющим. Применение активных фильтров работает также на снижение потерь в электроустановках, но не это главное.

Активные фильтры на буровых

Активные фильтры на буровых решают, как правило, основную задачу по уменьшению непроизводительного времени в бурении (НПВ) за счет снижения рисков остановов. Иногда несколько часов простоя буровой оценивается в суммах, сопоставимых со стоимостью фильтров.

 

Система компенсации высших гармоник и реактивной мощности на базе активных фильтров на буровой установке

Помимо этого, компенсация реактивной мощности позволяет увеличить пропускную способность линий и «забрать» больше активной мощности от источника с привлекательным тарифом. При работе от автономной ДЭС удается снизить количество параллельно работающих электроагрегатов.

Полезность от активных фильтров проявляется по-разному в зависимости от применяемых на буровой систем электропривода. Это могут быть приводы постоянного тока с управляемыми выпрямителями, асинхронные частотно-регулируемые и нерегулируемые приводы, приводы с двигателями с фазным ротором и др. В общем случае, буровая установка может быть запитана от Госэнергосистемы и/или от автономной электростанции. Все это делает процесс разработки систем компенсации на базе активных фильтров, мягко говоря, творческим.

При электроснабжении буровой от Госэнергосистемы активные фильтры  решают следующие задачи (вместе или по-отдельности):

•    уменьшение провалов напряжения по протяженным ЛЭП (от 10 до 15 км и более);

•    уменьшение генерации высших гармоник в сети.

Первая задача имеет большую актуальность для буровой компании, а вторая – для организаций, оборудование которых подключено к тем же сетям.

Подробнее на странице: Провалы напряжения на воздушной ЛЭП и проблемы на буровой

При электроснабжении буровой от автономной дизельной электростанции активные фильтры полезны в нескольких случаях.

•    Значительная реактивная мощность Главных приводов буровой загружает генераторы и заставляет включать в параллель «лишнюю» машину.

•    Высокий уровень высших гармоник приводит к искажениям напряжения, нарушающим устойчивость параллельной работы электроагрегатов.

•    Высокий уровень высших гармоник приводит к отказам непосредственно на буровой.

В решении первых двух задач заинтересована компания, предоставляющая услуги по электроснабжению буровой. В последнем случае – это непосредственно буровая компания.

Подробнее на странице: Активные фильтры на буровой установке. Компенсация реактивной мощности Главных электроприводов

Активные фильтры устанавливаются на электростанции, на буровой с подключением на шины питания Главных приводов, на буровой с подключением на шины вторичного напряжения трансформатора собственных нужд и др.

При электроснабжении буровой от сетей месторождения с автономными источниками приходится решать, по большому счету, те же задачи, что и при питании от Госэнергосистемы. Отличия могут быть следующие.

•    Существенно больший уровень искажений напряжения из-за большего внутреннего сопротивления источников (генераторов).

•    Существенно большее влияние буровых установок (в части провалов и искажений напряжения) на работу прочих электроприёмников месторождения.

•    Существенно большие риски нарушений параллельной работы агрегатов электростанции из-за перетоков реактивной мощности.

Применение активных фильтров на таких объектах наиболее целесообразно.

Активные фильтры в буровых установках для работы на шельфе

Специалисты Инженерного центра «АРТ» выполняли работы на двух платформах с буровым оборудованием.

Самоподъёмная плавучая буровая установка «Арктическая».

Подробнее на странице: СПБУ «Арктическая». Компенсация гармоник и реактивной мощности активными фильтрами

Компенсация высших гармоник и реактивной мощности на СПБУ «Арктическая» Смотреть, скачать брошюру в формате PDF Смотреть электронную версию брошюры

Компенсация высших гармоник и реактивной мощности на СПБУ «Арктическая»

Компенсация высших гармоник и реактивной мощности на СПБУ «Арктическая»

Морская ледостойкая стационарная платформа «Приразломная».

Подробнее на странице: МЛСП "Приразломная". Активные фильтры на морских платформах

Это наиболее сложные объекты, требующие ответственного подхода и внимания к деталям, без упрощений и компромиссов.  

Активные фильтры на самоподъёмной плавучей буровой установке «Арктическая»

Смотреть это видео на VK Видео, YouTube, Rutube или Дзен

Активные фильтры в судовых электроустановках

Применение активных фильтров в судовых электроустановках оказывается полезным как во время плавания, так и при стоянке в пунктах базирования.

Подробнее – здесь

 

Активные фильтры в электроприводах гребных установок и подруливающих устройств

При нахождении судна в порту электроснабжение осуществляется, по возможности, от береговых преобразовательных подстанций. Береговые сети слабые и чувствительны к изменениям нагрузки.

Помимо обычных для стояночного режима нагрузок (освещение, вентиляция, камбуз и др.) периодически возникают дополнительные нагрузки от пусков насосов, компрессоров, проворачивания механизмов и др.

На графиках ниже показан процесс пуска компрессора, номинальный ток двигателя которого 146 А. Измерения проводятся на вводном автомате. Пуск осуществляется переключением обмоток статора со «звезды» на «треугольник».

 

Ток при пуске двигателя компрессора переключением «звезда»/«треугольник»

Ток при разгоне привода достигает 840 А и пятикратно превышает номинальное значение.

 

Мощность активная (черная линия) и реактивная (красная линия) при пуске компрессора

Мощность активная составляет в максимуме 220 кВт, а реактивная - 575 квар.

При набросах такой нагрузки происходят провалы напряжения и отключения береговой сети. Установка активных фильтров на судне вблизи ввода берегового питания позволяет скомпенсировать реактивную мощность, уменьшить полный ток и снизить риски нарушения электроснабжения.

Во время плавания электроснабжение осуществляется от автономных источников (валогенераторов, дизель-генераторов, генераторов газопоршневых машин и др.). При этом кардинально меняются нагрузки и состав электроприёмников. Это могут быть винторулевые колонки, подруливающие устройства, различные насосы, лебедки и др. Электроприводы судовых механизмов могут быть как переменного тока, так и постоянного тока. Мощные нелинейные электроприёмники (преобразователи частоты, управляемые выпрямители, тиристорные регуляторы и др.) оказывают существенное влияние на работу судовой сети. Компенсация высших гармоник успешно выполняется активными фильтрами.

Применение активных фильтров с обычными «шестипульсными» преобразователями частоты является хорошей альтернативой более сложным и дорогим преобразователям AFE (Active Front End). Дополнительное преимущество состоит в возможности размещать активный фильтр отдельно от привода. В стесненных условиях судовых электротехнических помещений это важно.

 

Привод подруливающего устройства. Применен преобразователь частоты с 6-пульсной схемой выпрямления и активный фильтр.

Набросы реактивной мощности отрицательно влияют на устойчивость генераторов судовой электростанции при их параллельной работе. Если эти набросы происходят при пусках двигателей, пусковой ток пытаются уменьшить с помощью УПП (устройств плавного пуска) на базе тиристорных регуляторов напряжения. Такое решение чревато неприятностями, вплоть до коротких замыканий в обмотках статоров двигателей.

 

Двигатель подруливающего устройства мощностью 1 МВт (слева), включаемый через тиристорное устройство плавного пуска (в центре)

В процессе пуска ток в обмотке статора нелинейный, с высоким содержанием гармоник, и не каждый двигатель способен вынести такие нагрузки.

 

Ток и напряжение статора асинхронного двигателя подруливающего устройства при разгоне тиристорным устройством плавного пуска

Активные фильтры отлично работают в судовых электроустановках, компенсируя динамично изменяющуюся реактивную мощность и высшие гармоники.

Специалисты Инженерного центра «АРТ» имеют большой опыт работы в судовых электроустановках и соответствующие разрешительные документы (Свидетельство о соответствии предприятия требованиям Российского морского регистра судоходства, сертификаты BOSIET и др.).

Предложения Инженерного центра «АРТ»

Полный комплекс работ по созданию систем компенсации высших гармоник и реактивной мощности в электроустановках до и выше 1000 В (низкого и среднего напряжения).

Контактная информация