Реактивное или резистивное: оптимизация испытания автономных силовых установок на морских эксплуатационных платформах

Автономные силовые установки на морских эксплуатационных платформах
Как правило, автономные силовые установки на морских эксплуатационных платформах представляют собой сложнейшие системы, состоящие из газовых турбин, дизель-генераторов, аккумуляторов постоянного тока и схем бесперебойного питания, необходимые для работы буровых платформ и плавучих буровых установок, судов-хранилищ и плавучего нефтекомплекса (FSPO) на расстоянии сотен миль от берега. На таком удалении от суши и в таких неблагоприятных условиях подача электроэнергии для производства, систем жизнеобеспечения и, иногда, приведения в движение является одной из самых важных задач.

Для чего проводятся испытания?
В то время как некоторые системы достаточно независимы, большая часть все же предусматривает различные уровни резервирования, в том числе, если речь идет о штатной эксплуатации, эффективное управление электропитанием нескольких двойных генераторов. От того, насколько правильно и полно будут испытаны эти системы на этапе ввода в эксплуатацию, зависит бесперебойность производства, эффективность выработки электроэнергии и безопасность персонала. Тот же принцип применим к вводу в эксплуатацию и проверке аварийных резервных систем.

Любая силовая установка, работающая в открытом море, представляет собой сложную систему или ряд последовательных систем, которые работают согласованно и выполняют сразу несколько задач. Сердцем каждой установки является генератор. Он может состоять из нескольких газовых турбин и (или) дизель-генераторов. Тем не менее, система была бы неполной без дополнительных отдельных элементов, таких как генераторы переменного тока, регуляторы и распределительные устройства.

Эти дополнительные элементы, как правило, заказываются у разных производителей, и чаще всего могут взаимодействовать с целым рядом генераторов различных моделей, марок и размеров. Как и любое другое механическое или электрическое оборудование, все они потенциально могут выйти из строя, все они в разной мере, но, все же, требуют технического обслуживания и, как минимум, нуждаются в проверке и ремонте. Несмотря на это, испытывать эти компоненты по отдельности не имеет смысла, так как такое испытание не даст ответа на главный вопрос: «Как узнать, что система в целом, а не просто отдельные ее элементы будут работать? как положено?» Если аварийная ситуация возникает на самом деле, то аварийная система электропитания платформы или плавучего нефтекомплекса (FPSO) испытывает огромные нагрузки. В отличие от серии коротких поэлементных испытаний, система работает по-другому: когда система работает на полную мощность, все ее элементы взаимодействуют и выполняют конкретную задачу. И те нагрузки, которым подвергается оборудование в таком режиме работы, нельзя сымитировать в рамках испытаний конкретной аппаратуры данной системы, в частности: автоматических перекидных переключателей, распределительных устройств, центров разделения нагрузки, генераторов переменного тока, электропроводки и соединителей, вентиляции, системы охлаждения и системы подачи топлива.

В то время как генераторы часто подвергаются заводским испытаниям, некоторые условия или неправильный монтаж параллельно соединенных систем бесперебойного питания, профиля нагрузки, систем контроля температуры окружающего воздуха, влажности, топлива, выхлопа и охлаждения могут значительно повлиять на их рабочие характеристики.

Поэтому единственным способом гарантировать согласованную работу всех элементов системы электроснабжения как в режиме непрерывной работы, так и в аварийных обстоятельствах, является широкомасштабное испытание системы в целом.

Ограничения при испытании только на резистивность
Иногда инженеры-пусконаладчики сосредотачиваются скорее на испытании своих двигателей/генераторов, нежели на испытании системы в целом. Самый распространенный вид испытания – с использованием батареи нагрузки для запуска первичного привода, подключенного к генераторной шине. Однако такое испытание не может сымитировать фактические нагрузки во время работы генератора в реальных условиях.

Исключительно резистивная батарея нагрузки, будучи приложенной к генератору, обеспечивает электрическую нагрузку (при единичном коэффициенте мощности), конвертирует и рассеивает результирующую выработанную энергию в тепло. Приложение электрической нагрузки подобного типа позволяет выявить проблемы конкретного двигателя или конкретной турбины. К сожалению, резистивные нагрузки чаще всего составляют лишь малую часть суммарной потребляемой мощности платформы. Чаще всего из-за реактивных нагрузок влияние коэффициента мощности при индуктивном токе (pf) <0,8 часто недооценивают или вовсе не принимают во внимание.

Обычно единственным работающим исключительно на резистивной нагрузке оборудованием являются лампы накаливания и электронагреватели. Данное оборудование получает бесперебойное питание от генератора, но не вызывает больших нагрузок, которые могли бы по-настоящему испытать генератор. Испытание резистивной нагрузкой проводится с целью проверки исправности первичного привода генератора. Оно неспособно выявить реальные характеристики генератора и распределение реактивных нагрузок во время работы в реальных условиях.

R+R – значение резистивно-реактивного испытания
Испытание энергетической системы реактивной нагрузкой – это точная имитация ответа системы на изменяющееся распределение нагрузок, т.е. на изменения, происходящие при настоящем нарушении энергоснабжения.

Комбинированные батареи резистивно-реактивной нагрузки применяются для испытания генераторной установки двигателя/турбины при расчетном pf. В большинстве случаев – при 0,8 pf. Реактивная составляющая нагрузки будет обладать силой тока, «отстающей» от напряжения. Результирующая мощность может быть описана двумя показателями: действительной мощностью в кВт, и кажущейся мощностью в кВА. Комбинация резистивного и реактивного тока в нагрузке позволяет испытать полную расчетную кажущуюся мощность (кВА) обмоток генератора. Тем не менее, генераторная установка производит больше кВА, но при этом не больше кВт. «Действительная» мощность (кВт), которая требуется от двигателя/турбины, фактически остается такой же.

Индуктивные нагрузки, возникающие во время реактивного испытания, демонстрируют то, как определенная система будет реагировать на падение напряжения на своем регуляторе, в особенности при параллельном включении генераторов. Испытание позволяет также проверить исправность регулятора. Если он неисправен, то его магнитное поле может исчезнуть, делая тем самым генератор полностью бесполезным и мешая другим параллельно подключенным генераторам в системе эффективно работать. Резистивно-реактивное испытание также помогает выявить дополнительные нагрузки (и спрогнозировать возможные отказы) распределительного устройства системы, генераторов постоянного тока и других устройств, слабые места которых нельзя установить в рамках одного только резистивного испытания.

Очевидно, что процедура резистивно-реактивного испытания намного сложнее и подробнее, чем процедура чисто-резистивного испытания, однако она намного точнее воссоздает условия, которые могут возникнуть в реальной ситуации отключения электропитания, следовательно, более точно определяет любые потенциальные источники неисправностей. Точное соблюдение процедуры реактивно-резистивного испытания – единственный способ гарантировать работоспособность аварийных систем электропитания.

Применение батарей нагрузки на морских эксплуатационных платформах
За исключением ввода в эксплуатацию, который непременно проводят на суше, на эксплуатационных платформах и нефтекомлексах (FPSO), батареи нагрузки могут применяться и в других целях. Будучи стационарно смонтированными, батареи нагрузки позволяют проводить полномасштабные испытания в рамках технического обслуживания. В особенности это касается аварийных систем. Генераторы с превышением номинальных характеристик можно очищать от скопившейся сажи путем регулярного приложения к ним полной нагрузки. Это позволяет добиться надежной работы генератора, когда он необходим для определенных производственных циклов или в чрезвычайных ситуациях.

Значение батарей нагрузки выходит за рамки одних только испытаний. Так, если в какой-то установке, скажем, в компрессоре большой производительности, произойдет поломка одного из главных элементов, значительная нагрузка перейдет на турбинные генераторы. В таких случаях батарея нагрузки играет роль потребителя электроэнергии, а значит, позволяет турбине работать в оптимальном режиме. Часто случается, что потеря нагрузки мешает некоторым турбинам работать на таком уровне, при котором они производят достаточно тепла/пара еще и для других производственных целей. И даже если производительность компрессора позволяет это сделать, другие процессы могут протекать не так как положено, недолжным образом – с пониженной нагрузкой на турбину. Батарея нагрузки может стать временным решением проблемы, пока неисправность не будет устранена.

  Получите дополнительную информацию…