УКРМ (SE) и активные фильтры гармоник в силовых сетях нефтегазодобывающих комплексов

Анонс: Потери электроэнергии в нефтегазодобывающих комплексах и их основные причины. Специфика нагрузки рассредоточенных сетей нефтегазодобывающих предприятий. УКРМ (SE) и активные фильтры гармоник в силовых сетях нефтегазодобывающих комплексов.

Нефтегазодобывающие комплексы (НГДК) относятся к одним из наиболее энергоемких производств в отрасли и среди других отраслей промышленности, причем значительная доля электроэнергии в питающих силовых сетях 6 кВ и 0.4 кВ уходит на потери при передаче активной и реактивной энергии из-за территориальной рассредоточенности технологических объектов разного уровня и недостаточного внимания менеджментов НГДК к компенсации реактивной мощности.

Так, по данным статистики Минэнерго РФ и ряда исследований только в силовых сетях добычных скважин теряется до 40% всей потребляемой электрической энергии, а для большинства НГДК типично отношение потерь к отпуску от 2/3 до 3/4. Причем активное внедрение энергосберегающих технологий на нефтегазодобывающих предприятиях de facto усугубило проблему из-за увеличения доли нелинейных нагрузок с системами регулируемого электропривода на базе многоимпульсных выпрямителей, снижающих качество потребляемой электроэнергии за счет генерации гармоник тока и напряжения до 25 (и выше) порядков (см. таблицу интенсивности гармонических искажений на разных гармониках при работе многоимпульсных преобразователей здесь). Мощная нелинейная нагрузка такого характера отличается большой индуктивностью со стороны постоянного напряжения и низким коэффициентом мощности, обусловленным, как работой асинхронных двигателей на мощностях, значительно ниже номинальных значений, так и несинусоидальностью тока, напряжения, вызываемой многоимпульсными преобразователями.

Перетоки реактивной энергии и гармонические искажения в сети приводят к увеличению несинусоидальности, потерям напряжения и мощности в силовых трансформаторах подстанций технологических объектов, и далее эти негативы «делегируются» в сети НГДК и электросетевой компании, что является недопустимым de facto, а с 13.08.2018 формализовано изменениями, внесенными Постановлением Правительства РФ N 937 в «Правила недискриминационного доступа» (см. более подробно об ужесточении требований к обязанностям потребителей электроэнергии в этом материале).

Специфика нагрузки рассредоточенных сетей нефтегазодобывающих предприятий.

Из-за территориальной рассредоточенности и нагрузок разного уровня напряжения общая силовая сеть нефтегазодобывающего комплекса сегментирована, а в каждом отдельном сегменте нагрузка в идеале группируется по характеру и режиму работы.

Типовые блоки-сегменты сети НГДК с ТП (или КТП), подключаемой к напряжению 6 кВ – газокомпрессорная станция для сжатия попутного нефтяного газа высокого и низкого давления, поступающих соответственно с первой/второй ступени и концевых сепарационных установок подготовки нефти, блочная кустовая насосная станция цеха по добыче, подготовке нефти, газа и конденсата, насосные станции установок комплексной подготовки газа. От шин 0,4 кВ ТП, КТП технологического объекта НГДК запитаны силовые трансформаторы и многоимпульсные выпрямители регулируемых приводов питательных насосов кустов добычных скважин, установки, агрегаты в блоках насосных метанола, азотная газокомпрессорная станция, котельные, насосные широкой фракции легких углеводородов, установок комплексной подготовки газа, внутренней и внешней перекачки, канализационные ЛОС и водоочистные сооружения, сети питания ремонтно-механических мастерских, административного корпуса, вахтового жилого комплекса, системы освещения производственных, вспомогательных, жилых объектов и т.д.

УКРМ (SE) и активные фильтры гармоник в силовых сетях нефтегазодобывающих комплексов.

Большинство технологических объектов НГДК активно модернизируется с применением частотно-регулируемых управляемых приводов на базе многоимпульсных ШИМ преобразователей, светодиодного освещения и др. энергоэффективного оборудования, устройств, систем. Это априори определяет увеличение несинусоидальной нелинейной нагрузки с большой потребностью в реактивной энергии при генерации интенсивных гармоник более высоких порядков, чем типовой ряд из 3, 5, 7, 9 и 11 гармоники. В такой ситуации и с учетом рассредоточенности сети:

• неэффективна и сопряжена с высокими рисками аварийности традиционная компенсация реактивной мощности релейными УКРМ (SE);
• повышение коэффициента мощности быстрореагирующими на потребление реактивной энергии установками с тиристорным управлением УКРМТ (SE) может быть оправдано только с дополнительными мерами по защите конденсаторных батарей от токов высокой амплитуды гармоник высоких порядков;
• при использовании УКРМФ (SE) или УКРМТФ (SE) оптимальна комплектация составными пассивными фильтрами, снижающими риски параллельного резонанса за счет настройки отдельных колебательных контуров на разные антирезонансные частоты;
• технически нецелесообразно использование централизованного способа компенсации реактивной мощности (в масштабах сети и отдельных сегментов-технологических объектов), а выбор групповой, индивидуальной или комбинированной компенсации должен обосновываться энергоаудитом с анализом режима работы нагрузки и гармонического спектра напряжения, тока в местах подключения;
• финансово и технически нецелесообразно централизованное подавление гармоник активным фильтром, поскольку:
  - цена активных фильтров напрямую зависит от мощности транзисторов и диодов в цепи, а она определяется суммарной величиной токов, генерируемых в противофазе токам гармоник нагрузки;
  - активные фильтры блокируют («запирают») гармонические искажения в сети «ниже» места присоединения, т.е. защищают от засорения гармониками питающую сеть;
• для снижения мощности и, соответственно инвестиций активные фильтры гармоник лучше:
  - располагать вблизи нагрузки, генерирующей гармонические искажения;
  - подбирать по результатам длительного мониторинга гармонического спектра тока, напряжения, что позволит выполнить точную настройку с исключением «неактивных» гармоник;
  - использовать в сочетании с пассивным фильтром в одном устройстве (гибридный фильтр), где последовательно-параллельный L-C контур настроен на блокировку 3,5, 7, 9, 11 гармоник (по их наличию и интенсивности), а активный фильтр динамично реагирует на искажения гармоник более высоких порядков.