Страница 3

На рис. 1 показаны электрические параметры генератора в режиме спуско-подъёмных операций.
Коэффициент мощности на шинах источника - 0,37. При активной мощности 744 кВт, реактивная мощность составляет 1748 квар. Генератор загружен по току почти до номинального значения (2000 А), при этом дизель работает на 35 – 40 % от номинальной мощности.
Перегрузка генераторов приводит к ограничению скорости бурения, спуско-подъёмных операций и создает риски отключений аппаратов защиты.
Кроме того, в системе электроснабжения резко проявлялись высшие гармоники. Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения KU (или THDu в англоязычной литературе) достигал 20 %. Это представляло опасность для ответственных судовых потребителей.
Традиционными средствами повышения коэффициента мощности являются «косинусные» конденсаторы, а для компенсации высших гармоник обычно используются пассивные фильтры (дроссели или более сложные изделия с катушками индуктивности и конденсаторами). На СПБУ «Арктическая», как и во многих других судовых электроустановках, их применение сопряжено с рядом трудностей.
Активная, реактивная и полная мощность при работе электроприводов бурового комплекса быстро изменяется (пример суточного графика нагрузки на рис. 2).

Рис. 2. Суточный график нагрузки судовой электростанции при бурении винтовым забойным двигателем.

В этих условиях для выравнивания коэффициента мощности потребовалось бы постоянно переключать секции конденсаторных батарей, что снижает надежность электроустановки. При недостаточной скорости переключения секций возможен «заброс» реактивной мощности ёмкостного характера на шины генераторов и отключение электростанции. Кроме того, конденсаторная установка при подключении параллельно входу тиристорного выпрямителя вынуждена работать с высоким уровнем высших гармоник по напряжению. Это вызывает рост токов высших гармоник через конденсаторы, их дополнительный нагрев и преждевременный выход из строя.
Компенсация нелинейных искажений пассивными фильтрами также недостаточно эффективна из-за большого внутреннего сопротивления источников и резко переменного характера нагрузок. На долевых режимах LC-фильтры гармоник оказываются дополнительными источниками реактивной мощности ёмкостного характера, которая при определенной величине вызывает срабатывание защит генераторов.
Альтернативное решение
Альтернативным решением для СПБУ «Арктическая» и подобных судовых электроустановок является применение активных фильтров. Активные динамические фильтры (АДФ) могут компенсировать реактивную мощность как индуктивного, так и ёмкостного характера. Они обладают очень высоким быстродействием, что позволяет поддерживать заданный коэффициент мощности в любых режимах работы.

Рис. 1. Параметры генератора судовой электростанции при работе приводов постоянного тока с управляемыми выпрямителями.