СПБУ «Арктическая». Компенсация гармоник и реактивной мощности активными фильтрами.

Active filters for the offshore jack up drilling rig.

Проект системы динамической компенсации реактивной мощности и высших гармоник на СПБУ «Арктическая» реализован Инженерным центром «АРТ» в августе 2016 года.

Просто спросить...?

Компенсация высших гармоник и реактивной мощности

Компенсация высших гармоник и реактивной мощности на СПБУ «Арктическая».

Самоподъёмная плавучая буровая установка «Арктическая».

На самоподъёмной плавучей буровой установке (СПБУ) «Арктическая» проекта 15402М установлен буровой комплекс с Главными приводами постоянного тока. Буровая лебедка, буровые насосы, система верхнего привода оснащены двигателями постоянного тока мощностью по 1100 л.с. с трехфазными тиристорными управляемыми выпрямителями (на напряжении 690 В).

СПБУ «Арктическая» Буровые насосы
СПБУ «Арктическая» Буровые насосы

Топология приводов «управляемый выпрямитель – двигатель» неизбежно вызывает появление токов высших гармоник и реактивной мощности индуктивного характера в сети 50 Гц, 690 В.

Электроснабжение платформы осуществляется от судовой электростанции с длительно допустимой параллельной работой двух дизель-генераторов мощностью по 2500 кВА.

В некоторых режимах бурения Главные приводы должны работать с малой скоростью и большим моментом на валу. На СПБУ «Арктическая» это оказалось проблемой, поскольку управляемые выпрямители на малых скоростях (при больших углах управления тиристорами) потребляют значительную реактивную мощность. В результате генераторы перегружались реактивным током и отключались защитой.

Управляемые выпрямители Генератор работает с кф. мощности
Управляемые выпрямители Главных приводов бурового комплекса. Генератор работает с кф. мощности 0,23 (активная мощность 362 кВт, реактивная мощность 1485 квар). Пример.

Применение конденсаторных установок или фильтро-компенсирующих устройств (ФКУ) на базе конденсаторов в данном случае проблему не решает. Быстродействия ФКУ (даже с тиристорными ключами коммутации секций) недостаточно для поддержания целевого коэффициента мощности в переходных режимах. При набросе нагрузки Главных приводов ФКУ «отстает» и пропускает бросок реактивной мощности индуктивного характера. При сбросе нагрузки ФКУ не успевает отключить секции, что приводит к появлению на сборных шинах реактивной мощности ёмкостного характера. Это опасно для генераторов, т.к. может привести к срабатыванию защиты.

Система динамической компенсации реактивной мощности и высших гармоник на базе активных фильтров.

Система динамической компенсации (СДК) реактивной мощности и высших гармоник включает 16 силовых модулей активных фильтров (по 90 А компенсации каждый).

Структурная схема системы динамической компенсации реактивной мощности и высших гармоник на СПБУ «Арктическая».

Две самостоятельные группы активных фильтров управляются с общего поста оператора.

Группа активных фильтров Пост оператора
Группа активных фильтров «Буровая лебедка и верхний привод» Пост оператора системы динамической компенсации

Одна из групп отслеживает нагрузки трех двигателей буровой лебедки (по 1100 л.с.) и двигателя системы верхнего привода (1100 л.с).

Компенсация реактивной мощности буровой лебедки.

Другая группа отвечает за два буровых насоса, в каждом из которых работают два двигателя по 1100 л.с.

Компенсация реактивной мощности буровых насосов.

Активные фильтры могут одновременно компенсировать высшие гармоники, создаваемые управляемыми выпрямителями Главных приводов. Использование этой функции позволяет снизить суммарный коэффициент искажений напряжения в электроустановках платформы до допустимого РС уровня.

Компенсация высших гармоник на буровой платформе.

В процессе эксплуатации СДК   разгрузила судовую электростанцию на 1500 А по реактивному току (или на 1000 А по полному току). Активные фильтры работают с временем отклика менее 1 миллисекунды, что достаточно для поддержания заданного коэффициента мощности на генераторах в любых режимах бурения.

Пример работы активных фильтров

Пример работы активных фильтров с приводом буровой лебедки.

Синяя линия – кф. мощности привода буровой лебедки.
Красная линия – ток компенсации активных фильтров в % от номинального.
Зеленая линия – кф. мощности на шинах генераторов.

Активные фильтры повысили надежность работы энергоустановки и сократили непроизводительное время в бурении.

Предложения Инженерного центра «АРТ».

Полный комплекс работ по созданию систем компенсации высших гармоник и реактивной мощности на буровых платформах.

Контактная информация.