Провалы напряжения на воздушной ЛЭП и проблемы на буровой
Voltage drop in transmission line and drilling rig problems
Объект
Буровая установка БУ3200/200 ЭК-БМ работает на нефтегазовом месторождении в Ханты-Мансийском автономном округе Тюменской области. Электроснабжение осуществляется от Единой энергетической системы по воздушным линиям (ВЛ). С увеличением протяженности ВЛ возникают проблемы.
Проблема в формулировках Заказчика
«Электродвигатели буровых насосов, буровой лебедки и ротора не способны на номинальный режим работы. Невозможно выйти на режим бурения роторным способом. Нет возможности для безаварийного бурения».
Просто спросить...?
Технология, электроснабжение и электрооборудование
Технологический процесс осуществляется при работе Главных электроприводов буровой установки и вспомогательного оборудования.
Буровая установка БУ3200/200 ЭК-БМ
Электроснабжение бурового комплекса осуществляется от КРУН 6 кВ ДНС по высоковольтной воздушной ЛЭП. Протяженность трассы – 12 км. В целях уменьшения провалов напряжения две воздушные линии включены параллельно. В начале каждой ВЛ установлен повышающий трансформатор 6/10 кВ. В конце каждой ВЛ установлен понижающий трансформатор 10/6 кВ.
Два повышающих трансформатора 6/10 кВ в начале ВЛ
Главные электроприводы буровой запитаны на напряжении 0,69 кВ, а вспомогательные электроприёмники – на напряжении 0,4 кВ через соответствующие понижающие трансформаторы.
Схема электроснабжения бурового комплекса
Действующие установки компенсации высших гармоник и реактивной мощности на буровой отсутствуют.
Результаты обследований и измерений
Обследование электроустановок подтвердило наличие проблем с качеством электроэнергии на объекте. Главные электроприводы бурового комплекса построены по схеме «Управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока». Трёхфазный управляемый выпрямитель в цепи источника создаёт реактивную мощность индуктивного характера и высшие гармоники тока. Реактивная мощность тем больше, чем больше величина тока (момент на валу двигателя) и угол управления тиристорами (угол открывания). При питании по протяженным ВЛ возникают значительные падения напряжения на проводах и трансформаторах, приводящие к остановам и увеличению НПВ (непроизводительного времени в бурении).
Измерения выполнялись в течение трех дней двумя переносными приборами контроля качества электроэнергии FLUKE 434/435.
Контрольные измерения на ДНС (отходящая линия 6 кВ на буровую) показали, что напряжение на сборных шинах изменяется незначительно (отклонения примерно на 3 % в диапазоне нагрузок присоединения от 80 до 280 А).
Измерения в цепях питания Главных электроприводов (на стороне 0,69 кВ трансформатора Т2) производились в разных режимах, в т.ч. спуско-подъёмные операции, бурение, промывка, наращивание свечой, замеры и др. Забой – от 2658 м. до 2793 м.
Полная мощность Главных электроприводов при бурении (зеленая линия), мощность активная (синяя), мощность реактивная (красная)
Полная мощность изменяется от нуля до 2 МВА, при этом значительной составляющей оказывается реактивная мощность (до 1836 квар).
На стороне 0,69 кВ измеренные значения суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения Ku/THDu (черная линия) достигают 23 %, что в три раза превышает допустимые значения (8%) по ГОСТ 32144-2013.
Гармонические составляющие напряжения на вводе питания Главных электроприводов при бурении
В спектре преобладают высшие гармоники напряжения 5-го (красная линия) и 7-го (зеленая линия) порядков.
Измерения показали, что падение напряжения с ростом нагрузки становится критичным.
Изменение напряжения на вводе питания Главных электроприводов при бурении
Если в режимах близких к холостому ходу напряжение на выходе Т2 составляет 790 В, то под нагрузкой наблюдается провал на 30 % (до 600 В).
На вводе 0,4 кВ питания потребителей собственных нужд во время бурения напряжение изменяется от 417 В до 331 В (на 86 В линейного напряжения в абсолютных единицах).
Изменение напряжения на вводе питания электроприёмников собственных нужд при бурении
При таких значениях напряжения происходит срабатывание защит, отключение коммутационных аппаратов и др.
Выводы и предложения
Нарушения в работе электроустановок бурового комплекса вызваны сочетанием нескольких факторов:
- значительной резкопеременной нагрузкой (в том числе индуктивного характера);
- значительным содержанием высших гармоник в токе нагрузки;
- значительной протяженностью воздушной ЛЭП.
Отклонения напряжения и искажения тока/напряжения создают риски нештатной работы электроприёмников.
Уменьшение глубины провалов напряжения возможно при условии компенсации реактивной мощности и высших гармоник тока, создаваемых электроприводами бурового комплекса. Компенсации реактивной мощности (с учетом её резких изменений) и высших гармоник тока целесообразна с применением активных динамических фильтров.
Предложение Инженерного центра «АРТ» заключается в установке на вводе 6 кВ питания бурового комплекса (между ЯКНО-6 и КРУ-6 буровой) комплектного устройства компенсации реактивной мощности и высших гармоник в контейнерном исполнении.
Реализация предложений
Заказчику направлено технико-коммерческое предложение на поставку Комплектного устройства систем динамической компенсации (СДК) БМЗ-СДК-АФК -1800-6-УХЛ1.
Комплектное устройство системы динамической компенсации реактивной мощности и высших гармоник в блочно-модульном здании
Система построена на активных фильтрах серии АФК с согласующим трансформатором 6/0,4 кВ мощностью 2000 кВА. Подключение к сети 6 кВ месторождения осуществляется коммутационными аппаратами в ячейках отсека «РУ-6 кВ». В этом же отсеке расположены измерительные трансформаторы тока, формирующие данные для системы управления СДК.
Наладка системы динамической компенсации реактивной мощности и высших гармоник в блочно-модульном здании на объекте-аналоге (буровая Т 2000)
Управление работой СДК и системам жизнеобеспечения (вентиляция, отопление, контроль доступа, пожарно-охранная сигнализация и др.) осуществляется от Щита автоматического управления с графической панелью оператора.
Поставщик БМЗ-СДК-АФК-1800-6-УХЛ1 – ООО «Инженерный центр «Автоматизация ресурсосберегающих технологий» (г. Санкт-Петербург).
