Перетоки реактивной мощности и гармоники в сетях нефтегазовых комплексов

Анонс: Реальное состояние силовых сетей нефтегазовых комплексов и критическая проблема их засоренности перетоками реактивной мощности и гармоник. Минимальный пакет технических средств очистки силовых сетей от реактивной мощности и гармоник для нефтегазовых комплексов.

Нефтегазовая отрасль в нашей стране была и остается ключевым источником формирования бюджета России и это определило формирование специального круглого стола «Факторы развития нефтегазового комплекса» на VII Федеральном Конгрессе «Приоритеты 2024» в декабре текущего года при участии наиболее крупных игроков рынка (ПАО «НК «Роснефть», ПАО «Газпром нефть», ПАО НК «РуссНефть», ПАО «Татнефть», ПАО «Лукойл» и др.), представителей Минпромторга, Минэкономразвития и Минэнерго России.

Несмотря на производственный, финансовый потенциал и важность отрасли для отечественной экономики пока следует отметить практическое отсутствие, как эффективных проектных решений, так и актуализированной целевой отраслевой нормативно-правовой базы по неактивной мощности, компенсации/декомпенсации реактивной энергии, локализации источников гармонических возмущений для силовых сетей нефтегазовых комплексов, имеющих свою специфику транзита, потребления электроэнергии и нагрузок.

Так, в действующих с 01.01.2020 методических указаниях П4-06.03 М-0151 ПАО «НК «Роснефть» определены некоторые требования к установкам компенсации реактивной мощности 0.4-10 кВ и активным динамическим фильтрам гармоник (только для сетей 0.4 кВ), но игнорируются:

• риски пере- или недокомпенсации на фундаментальной частоте из-за дискретности релейных и даже тиристорных установок (см. более детально о негативах пере- и недокомпенсации здесь);
• транзитная эмиссия гармоник между сетями разного напряжения, формализованная действующими с 01.01.2021 ГОСТ IEC/TR 61000-3-6-2020 и ГОСТ IEC/TR 61000-3-7-2020 (заменяют IEC/TR 61000-3-14 2019 года) и критически важная в аспектах снижения потерь активной мощности и цифровой трансформации, как для собственных сетей отрасли среднего и низкого напряжения, так и на границе балансовой принадлежности с распределительными сетями поставщика электроэнергии.

Транзитная эмиссия (или миграция) гармоник, сверх- и интергармоник между сетями сверхвысокого, среднего и низкого напряжения приводит к повышению загрязненности гармоническими возмущениями сетей всех уровней иерархии, но наиболее «накопительными» становятся низковольтные сети из-за меньших амплитуд токов короткого замыкания.

• специфика силовых сетей 0.4, 6, 10 кВ нефтегазовых комплексов со значительной протяженностью воздушных линий между кустами скважин, до вспомогательных установок и пр. с ответвлениями до 5-10 и более километров, а также мощной нелинейной нагрузкой, преимущественно запитанной от ШИМ преобразователей.

По сути, потери активной мощности ∆Р в силовой сети нефтегазового комплекса формируют потери в нагрузке ∆Рн и в линии электропередачи ∆Рл, а доля фактически переданной на нагрузку активной энергии Рф = Р - ∆Р будет зависеть от коэффициентов реактивной мощности tg φн и tg φл, причем для линий большой протяженности tg φл может достигать значений до 2, что в совокупности с высоким tg φн определит реальные потери активной энергии до 70%.

Высокие реальные значения tg φл обусловлены, как перетоками реактивной мощности, так и потерями активной энергии из-за увеличения сопротивления кабелей при эмиссии гармоник разного порядка вплоть до 49-го включительно (см. зависимость потерь активной энергии на передачу неактивной мощности нефундаментальных частот от общего коэффициента гармонических искажений тока в этом материале)

Минимальный пакет технических средств очистки силовых сетей от реактивной мощности и гармоник для нефтегазовых комплексов.

С учетом динамичности силовых сетей и нагрузок нефтегазовых комплексов следует отметить, что проектирование мероприятий и технических средств очистки должно бескомпромиссно выполняться по результатам полного энергоаудита конкретного объекта с анализом качества электроэнергии по пакету регистрируемых и рассчитываемых параметров (см. более детально об используемых компанией «МИРКОН» пакетах параметров качества электроэнергии здесь).

Для очистки искажений на фундаментальной частоте минимально необходимым будет пакет (или сборка) компенсации/декомпенсации типа TSC-TCR (см. Thyristor-switched Capacitor & Тhyristor-controlled Reactor здесь), что позволит обеспечить динамичное регулирование баланса в пределах заданных коэффициентов реактивной мощности. Искажения тока, напряжения на нефундаментальных частотах (см. более детально о нефундаментальной мощности здесь), как в сетях среднего, низкого напряжения, так и на их границе, пока можно устранять только активными фильтрами гармоник (АФГ), мощность (и цена) которых может быть снижена параллельным использованием пассивных фильтров и избирательной настройкой инвертера по генерируемым частотам.