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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

Контактная информация.