بهبود کیفیت برق در صنعت پتروشیمی

یکی از برنامه های مقاوم سازی اخیر در یکی از بخش های تولید OMV Petrom در Asset Moldova انجام شد. هدف اصلی این پروژه نوسازی تابلوهای برق برای افزایش بهره وری و بهبود بهره وری انرژی بود. برای دستیابی به این هدف، تجهیزات الکتریکی چاه‌های استخراج نفت و محرک‌ها به پیشرفته‌ترین فناوری درایو با سرعت متغیر به‌روزرسانی شده بودند.

در پایان برنامه مقاوم سازی، تقریباً ۵۰۰ پمپ در این سایت به مبدل های فرکانس مجهز شدند. در حالی که این امر به رساندن تولید به سطح بعدی و بهبود قابل توجه بهره وری انرژی کمک کرد، در عین حال مشکل جدیدی نیز با این فناوری معرفی شد: یکی از عوارض جانبی نصب گسترده مبدل های فرکانس، افزایش قابل توجه اعوجاج هارمونیک است. هارمونیک ها به دلیل ویژگی های غیر خطی دستگاه های الکترونیکی قدرت، مانند مبدل های فرکانس که جریان غیر سینوسی را از شبکه می گیرند، ایجاد می شوند. این منجر به بخش‌هایی با فرکانس بالاتر می‌شود که روی موج سینوسی بنیادی قرار می‌گیرند (شکل ۱).

با توجه به توپولوژی شبکه در این سایت، اعوجاج نه تنها به شبکه ولتاژ پایین (LV) محدود شد، بلکه به سطح ولتاژ متوسط ​​(MV) نیز مهاجرت کرد. اندازه‌گیری‌ها نشان داد که THD-I (اعوجاج هارمونیک کل) در شبکه MV گاهی اوقات از ۳۰ درصد فراتر می‌رود.

سطوح بالای THD تأثیر منفی بر کیفیت توان (PQ) دارد و می تواند منجر به مشکلات مختلفی شود. در سایت OMV Petrom، سطح اعوجاج بالا دلیل اصلی چندین مشکل بود که بر بهره وری نیز تأثیر گذاشت:

• راه اندازی تصادفی ناخواسته کلیدهای مدار در پست ۱۱۰/۲۰/۶ کیلوولت که محل تولید OMV Petrom و سایر مصرف کنندگان را تامین می کند.
• گرم شدن بیش از حد ترانسفورماتورهای قدرت، کابل های برق (از جمله هادی خنثی) به دلیل جریان های هارمونیک بیش از حد
• اختلال در عملکرد قطعات حساس الکترونیکی به دلیل اختلال در ولتاژ تغذیه در نتیجه هارمونیک ها در سیستم
• افزایش تلفات توان اکتیو
• خطاهای اندازه گیری در سیستم های چهار ربعی توان اکتیو و راکتیو

با توجه به این مشکلات شدید PQ، OMV Petrom تصمیم گرفت راه حل احتمالی را شناسایی و آن را پیاده سازی کند. این تصمیم توسط شرکت OMV Petrom به منظور افزایش قابلیت اطمینان و کارایی تولید خود و با توجه به مقررات خدمات شهری اتخاذ شد.

OMV Petrom با Servelect – یک شرکت مشاوره و مهندسی در زمینه بهره وری انرژی – در مورد یک طرح جامع اندازه گیری کیفیت توان به توافق رسید. در این برنامه، کیفیت برق تمامی ایستگاه های ترانسفورماتور (حدود ۵۰ ایستگاه) در بخش تولید «استقلال» در شرایط مختلف عملیاتی ثبت شد. داده های ثبت شده متعاقباً توسط کارشناسان Servelect و TDK مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج خلاصه شده از تجزیه و تحلیل در نهایت در گزارش ممیزی انرژی ارائه شد.

پس از بحث و بررسی کامل گزارش و شناسایی عمده مشکلات کیفی برق، اقدامات لازم جهت اخذ کلیه مجوزهای لازم از مسئولین جهت شروع اجرای پروژه انجام شد.

راه حل فنی طراحی شده توسط Servelect و تایید شده توسط اپراتور سیستم توزیع منطقه ای (DSO) بر اساس کاهش هارمونیک از طریق فیلترهای هارمونیک فعال (AHF) است. AHF یک دستگاه تهویه کننده توان است که به طور مداوم هارمونیک ها را اندازه گیری می کند و به صورت دینامیکی یک جریان جبرانی تزریق می کند که هارمونیک ها را خنثی می کند. برای این پروژه Servelect از واحدهای استاندارد AHF از سری PQSine® TDK Electronic استفاده کرد و یک راه حل سفارشی کلید در دست طراحی کرد. شکل ۲ نحوه عملکرد PQSine® را نشان می دهد.

بر اساس اندازه گیری ها و شبیه سازی های جامع، Servelect مکان های بهینه برای نصب واحدهای فیلتر را شناسایی کرد. به عنوان معیار انتخاب، سطح اعوجاج هارمونیک و همچنین بار نصب شده در نظر گرفته شد. از میان ۵۰ ایستگاه ترانسفورماتور، مکان های ایده آل برای نصب AHF با هدف پایین آوردن سطح THD در شبکه MV انتخاب شدند.

یکی از چالش های خاص این پروژه شرایط محیطی منطقه بود. معمولا AHF در محیط های داخلی در یک محیط صنعتی نصب می شود. در یک سایت تولید نفت که در یک مکان دورافتاده قرار دارد، شرایط بدیهی است بسیار سخت تر است. کابینت های AHF باید در فضای باز و نزدیک به پمپ های نفت نصب می شدند. برای این منظور باید محفظه خاصی طراحی می شد تا واحدها را در برابر تأثیرات خارجی مانند باران، برف و گرد و غبار محافظت کند. شرایط آب و هوایی با دمای کمتر از ۰ درجه سانتیگراد در زمستان و تابستانهای گرم نیز نیازمند نصب مبدل حرارتی برای کنترل دما بود (شکل ۳).

به منظور به حداقل رساندن تأثیر بر تولید در حال اجرا، همه شرکای درگیر باید روی یک جدول زمانی فشرده برای راه اندازی توافق می کردند. وظیفه اصلی تیم کمیسیون اتصال الکتریکی کابینت های AHF و تأیید پارامترهای کنترل اصلی در HMI با استفاده از HMI (رابط انسان و ماشین) ادغام شده در PQSine® بود (شکل ۴).

برای راه اندازی سیستم، پارامترهای CT باید وارد می شد و حالت عملیاتی انتخاب می شد. مزیت قابل توجه سیستم های PQSine®: جدا از جبران هارمونیک، AHF می تواند برای تصحیح ضریب توان و متعادل سازی بار نیز استفاده شود.

EPCOS PQSine® مقادیر THD را به شدت کاهش می دهد

در وهله اول، عملکرد واحدهای PQSine® قبلاً در حین راه اندازی بررسی شده بود. مانیتور کیفیت توان یکپارچه AHF پارامترهای مختلفی را نشان می دهد که به اپراتور اجازه می دهد عملکرد سیستم را بررسی کند. در شبکه LV که واحدهای AHF نصب شده بودند، مقادیر THD-I را می توان از مقادیر بالای ۵۰٪ به مقادیر در محدوده ۴-۱۰٪ کاهش داد. این بهبود قابل توجه کیفیت توان در شبکه LV همچنین به کاهش اعوجاج هارمونیک در MV و حفظ محدودیت های مشخص شده کمک کرد. علاوه بر این، اثرات منفی همراه با کیفیت ضعیف توان را می توان تا حد زیادی کاهش داد یا به طور کامل حذف کرد.

استفاده از فیلترهای هارمونیک فعال تنها به این کاربرد خاص محدود نمی شود، بلکه می تواند برای هر گونه نصبی با مشکلات کیفیت ولتاژ ناشی از بارهای هارمونیک بالا استفاده شود. کاربردهای معمولی شامل فرآیندهای تولید صنعتی، صنعت نفت و گاز، مراکز داده، ساختمان‌های اداری، مراکز خرید، تصفیه خانه‌های آب و حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر است.

همچنین ببینید:

• پایش کیفیت برق قسمت ۱: اهمیت اندازه‌گیری کیفیت توان مطابق با استانداردها
• پایش کیفیت برق قسمت ۲: ملاحظات طراحی برای کیفیت برق مطابق با استانداردها
• کیفیت توانبهبود کیفیت توان
• اندازه گیری کیفیت توان (اندازه گیری کیفیت برق)
• تجزیه و تحلیل کیفیت توانجزیره ای شدن شبکه توزیع برق
• اهمیت کیفیت توان الکتریکی