Несмотря на рост возобновляемых источников энергии, газ и нефть, по прогнозам, останутся двумя основными энергетическими ресурсами до 2050 года и в дальнейшей перспективе. В последние десятилетия разведка и бурение на шельфе нефти и газа набирает обороты и в настоящее время около 27% и 30% добычи газа и нефти соответственно осуществляются на шельфе. Тем не менее, по-прежнему представляет собой проблему электроснабжение:

• нефтегазодобывающих комплексов, имеющих огромную рассредоточенность и, по сути, выступающих в роли распределительной и потребительских (отдельных предприятий, участков) сетей.
  Из-за индуктивных и нелинейных нагрузок в системах распределения электроэнергии каждого отдельного нефтегазового комплекса необходимо принимать меры по коррекции баланса мощностей, чтобы не только обеспечить оптимальные коэффициенты мощности, но и уменьшить гармонические искажения. Гармоники вызывают снижение коэффициента мощности, что приводит к уменьшению объема активной мощности, транспортируемой к потребителям-предприятиям нефтегазодобывающих комплексов, причем типичная передача по ЛЭП на большие расстояния из-за рассредоточенности инфраструктуры усугубляет проблему из-за индуктивности линий и скин-эффекта.
  Реактивная мощность влияет на параметры качества электроэнергии и, благодаря правильно настроенным устройствам управления в АСУ уменьшает потери в системе, снижает перепады напряжения в сети, но в таких сетях приходится использовать и централизованную, и групповую, индивидуальную компенсацию, причем с помощью быстродействующих конденсаторных установок на тиристорных вентилях и низкого и среднего напряжения.
  Наряду с этим должны решаться проблемы резонансных явлений, безусловные при использовании конденсаторных установок коррекции коэффициента мощности, а также блокирования эмиссии и трансмиссии гармоник, причем в случае нефтегазодобывающих комплексов – трансмиссии из силовой сети распределительной компании и далее в силовые сети отдельных предприятий, платформ и пр.;
• нефтегазовых платформ, где расстояние между платформой и ТП (или материком в случае морских платформ), а также высокие местные требования к электроэнергии (5-200 МВт) являются критическими факторами, часто препятствующими подключению кабеля по техническим и/или экономическим причинам.
  Во всех этих случаях выработка электроэнергии обеспечивается бортовыми газовыми турбинами или дизель-генераторами, а местная электрическая сеть функционирует как изолированная и, как правило, недостаточная по резервируемой мощности. Основными компонентами типичной электрической сети на нефтегазовой платформе являются: синхронные генераторы, соединенные с газовыми турбинами, силовые трансформаторы, преобразователи энергии и нагрузки, среди которых буровые установки, приводимыми в движение электродвигателями, являются основными и, как правило, составляют 75-80% от общей электрической нагрузки на платформе.
  Поскольку их индивидуальное энергопотребление находится в диапазоне от нескольких МВт до нескольких десятков МВт, они подключаются к высоковольтной шине, а питание низкого напряжения (380 В) используется для трансформаторов, преобразователей приводов насосов, компрессоров, систем освещения и пр. Причем силовые преобразователи, особенно большие 6- или 12-импульсные выпрямители, соединенные с полностью управляемыми инверторами, все чаще подключаются к электродвигателям для бурения, откачки и т. д., чтобы обеспечить работу с переменной скоростью для повышения эффективности. Однако это приводит к снижению коэффициента мощности, эмиссии гармоник и ухудшению качества электроэнергии.

Особенности силовой нагрузки в силовых сетях нефтегазовых комплексов.

Ухудшению качества электроэнергии в силовых сетях нефтегазовых комплексов способствуют:

• наличие больших энергетических нагрузок, подключенных к шинам ТП среднего напряжения - силовых трансформаторов, кустовых насосных станций (в сегментах добычи, подготовки), газокомпрессорных станций, комплектных установок комплексной подготовки, сепарации, сжатия и т.д.;
• растущее использование комплектных преобразователей электроприводов переменного тока с регулируемой скоростью насосов кустов добычных скважин, комплексной подготовки, внутренней/внешней перекачки, газокомпрессорных станций и пр., в сочетании с генераторами, инверторами, конверторами другого назначения.

Вносят свой негативный вклад системы обеспечения – освещения, включая энергосберегающее, являющееся источником эмиссии гармоник, вентиляции, кондиционирования, пожарной безопасности и т.д., а также серверные административных зданий предприятий комплексов.

Основным недостатком этих систем питания переменного тока является наличие значительного перетока реактивной мощности (с коэффициентом мощности, PF, который в крайних случаях может составлять всего 0,36), что приводит к более высоким токам и повышенным потерям мощности в распределительных линиях. Кроме того, подключение силовых преобразователей, как правило, конвертеров переменного и постоянного тока, приводит к возникновению эмиссии гармонических загрязнений, при этом THD(U) и THD(I) достигают 12% и 27% соответственно.

Конденсаторные установки УКРМ, УКРМТ, УКРМФ, УКРМТФ в силовых сетях нефтегазовых компаний.

В целом подход к повышению качества электроэнергии, стабильности электроснабжения нефтегазовых компаний должен быть комплексным и включать:

• организационные и технические мероприятия для сегментов сетей среднего и низкого напряжения, включая автономные силовые сети платформ, питаемых от генераторов;
• интеграцию технических средств компенсации реактивной мощности и нивелирования эмиссии, трансмиссии гармоник по схемам централизованной, групповой, индивидуальной и гибридной (смешанной) компенсации;
• разработку пакета проектов для каждого отдельного сегмента силовой сети с обоснованием тех или иных организационных и технических мероприятий.

Такой подход можно и нужно реализовать только при проведении полного энергетического аудита силовой сети, что позволит в отдельных проектах обосновать необходимость, целесообразность применения:

• нерегулируемых средств компенсации реактивной мощности – конденсаторных установок, батарей, модулей с ручным включением/отключением, а также условно регулируемых конденсаторных установок с коммутацией ступеней программно-логическим контроллером (ПЛК) по времени суток.
  Такие технические средства используются для компенсации фоновой (постоянной) потребности в реактивной энергии и при наличии в силовой сети значительных гармонических искажений в большинстве случаев комплектуются одно- или многозвенными пассивными фильтрами гармоник – L-C (или демпфирующими L-C-R) колебательными контурами из реакторов и силовых конденсаторов;
• регулируемых средств компенсации реактивной мощности – релейных конденсаторных установок УКРМ с коммутацией ступеней электромеханическими контакторами, управляемыми ПЛК с релейными портами.
  УКРМ, а также фильтровые УКРМФ (с L-C или демпфирующими L-C-R) колебательными контурами для защиты конденсаторов от токов гармоник) целесообразно использовать в сегментах силовой сети, где потребность в реактивной энергии монотонно (сравнительно медленно) возрастает (или убывает), что позволяет выключать и отключать ступени с минимальными, сколь значимыми рисками пере- или недокомпенсации;
• регулируемых средств компенсации реактивной мощности – тиристорных конденсаторных установок УКРМТ с коммутацией ступеней полупроводниковыми вентилями на тиристорах, управляемыми ПЛК с дискретными (цифровыми) портами.
  УКРМТ, а также фильтровые УКРМТФ (с L-C или демпфирующими L-C-R) колебательными контурами для защиты конденсаторов от токов гармоник) применяют в силовых сетях с бистро и резко изменяющейся потребностью в реактивной энергии, а скорость отклика таких установок должна соответствовать требованиям, определенным АСУ предприятия;
• гибридных средств компенсации реактивной мощности – сочетаний УКРМ (УКРМФ) или УКРМТ (УКРМТФ) с нерегулируемыми ступенями, срезающими фоновую потребность в реактивной энергии, что позволяет снизить цену на конденсаторную установку (сборку), а также УКРМ, УКРМТ с пассивными фильтрами гармоник, нивелирующими гармонические искажения в силовой сети.