समुद्री ड्यूटी हार्मोनिक शमन एक अपतटीय सेवा पोत कार्यक्रम बचाता है - मिरस इंटरनेशनल

01 संचालन प्रसंग: एक जहाज़ जो काम पर नहीं जा सका

अपतटीय तेल और गैस उद्योग के लिए अपने कार्य क्षेत्र का विस्तार करने के लिए डीसी विद्युत प्रणोदन से सुसज्जित एक अपतटीय आपूर्ति और सेवा पोत खरीदा और उन्नत किया गया।. उन्नयन में उन्नत नेविगेशन सिस्टम शामिल थे, बढ़ी हुई क्षमता वाला रिमोट संचालित वाहन (आरओवी) उपकरण, और उन्नत क्रेन और लिफ्ट सिस्टम. इरादा सीधा था: अधिक सक्षम पोत, अधिक राजस्व उत्पन्न करने वाले अनुबंध.[1]

परिणाम विपरीत हुआ. नए उपकरण मूल प्रणालियों की तुलना में वोल्टेज विरूपण के प्रति कहीं अधिक संवेदनशील साबित हुए. समुद्री परीक्षणों के दौरान, वोल्टेज हार्मोनिक विरूपण स्तर पार हो गया 20% डायनेमिक पोजिशनिंग में काम करते समय (डी पी) मोड - सटीक स्टेशन-रखने की क्षमता जो अपतटीय ऑपरेटरों को ड्रिल रिग और उत्पादन प्लेटफार्मों के पास काम करने के लिए आवश्यक होती है. असफलताएँ बढ़ती गईं: नेविगेशन सिस्टम, क्रेन नियंत्रण, और आरओवी उपकरण सभी परिचालन समस्याओं और घटक विफलताओं का अनुभव करते हैं. जहाज समुद्री परीक्षण पास नहीं कर सका और अपतटीय अनुबंध स्वीकार नहीं कर सका.[1]

यह जहाज वर्तमान अमेरिकी नौवहन ब्यूरो से भी पहले का था (पेट) हार्मोनिक दिशानिर्देश और पुराने मानक के तहत दादा बनाया गया था. जब अपग्रेड निर्दिष्ट किया गया था, हार्मोनिक अनुपालन एक डिज़ाइन आवश्यकता नहीं थी. समुद्री परीक्षणों के दौरान विफलताओं के बाद ही जहाज को सेवा में लगाने के लिए एक शर्त के रूप में हार्मोनिक शमन की जांच की गई थी.[1]

02 मौजूदा शमन विफल क्यों रहा?

जहाज हार्मोनिक शमन के बिना नहीं था - इसमें एक मौजूदा योजना थी जिसमें चरण-स्थानांतरण ट्रांसफार्मर शामिल थे जो प्रतिबाधा-मिलान वाले प्रेरकों के समानांतर काम कर रहे थे।. यह एक छद्म बहु-पल्स व्यवस्था है: अलग-अलग ड्राइव समूहों में आपूर्ति को चरणबद्ध तरीके से स्थानांतरित करके, इरादा आम आपूर्ति बस में विभिन्न समूहों से हार्मोनिक धाराओं को रद्द करने का है.

यह योजना वोल्टेज विकृति को स्वीकार्य स्तर तक कम करने में विफल रही, और पीछे मुड़कर देखने पर यह अनुमान लगाया जा सकता था. चरण-स्थानांतरित छद्म बहु-पल्स रणनीतियाँ व्यक्तिगत ड्राइव समूहों से हार्मोनिक धाराओं पर निर्भर करती हैं जो परिमाण में समान होती हैं और रद्दीकरण बिंदु पर चरण में विपरीत होती हैं. यह लगातार हार्मोनिक हस्ताक्षर वाले पीडब्लूएम-प्रकार एएसडी के लिए काफी अच्छी तरह से काम करता है. यह थाइरिस्टर-आधारित डीसी ड्राइव के लिए काम नहीं करता है.[1]

अलग-अलग लोड पर एक साथ संचालित होने वाले पांच डीसी ड्राइव में परिवर्तनीय हार्मोनिक सामग्री का संयोजन, प्लस कम्यूटेशन नॉचिंग, का उत्पादन किया 20%+ समुद्री परीक्षणों के दौरान THDv मापा गया. मौजूदा शमन केवल कमतर नहीं था - यह अनुप्रयोग के लिए गलत तकनीक थी.

03 डीसी ड्राइव और कम्यूटेशन नॉचिंग: विफलताओं के पीछे का तंत्र

3.1 थाइरिस्टर कम्यूटेशन कैसे वोल्टेज नॉच बनाता है

एक थाइरिस्टर डीसी ड्राइव एक नियंत्रित डीसी बस का उत्पादन करने के लिए एसी आपूर्ति वोल्टेज को ठीक करता है. प्रत्येक कम्यूटेशन घटना पर - जब चालन एक थाइरिस्टर से दूसरे में स्थानांतरित होता है - एक संक्षिप्त अवधि होती है जिसके दौरान एसी आपूर्ति के दो चरण प्रभावी रूप से संचालन थाइरिस्टर के माध्यम से शॉर्ट-सर्किट होते हैं. कम्यूटेशन ओवरलैप कोण की अवधि के लिए ड्राइव इनपुट पर आपूर्ति वोल्टेज शून्य के करीब हो जाती है. यह एक वोल्टेज नॉच है.[2]

वोल्टेज नॉच आपूर्ति नेटवर्क में वापस फैल जाते हैं और एक ही बस में सामान्य युग्मन के प्रत्येक बिंदु पर दिखाई देते हैं. उनकी गंभीरता स्रोत प्रतिबाधा पर निर्भर करती है - प्रतिबाधा जितनी अधिक होगी, पायदान जितना गहरा और चौड़ा होगा. अपेक्षाकृत उच्च स्रोत प्रतिबाधा वाले पोत शक्ति प्रणाली पर (उपयोगिता ग्रिड के बजाय जनरेटर), खरोंच गंभीर हैं और सभी जुड़े उपकरणों को एक साथ प्रभावित करते हैं.

3.2 नॉच उपकरण विफलता का कारण क्यों बनते हैं?

वोल्टेज नॉच उच्च आवृत्ति वाले होते हैं, उच्च-आयाम गड़बड़ी. डिजिटल नियंत्रण प्रणाली - नेविगेशन कंप्यूटर, क्रेन पीएलसी नियंत्रक, आरओवी ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स - सिंक्रनाइज़ेशन और समय के लिए आपूर्ति वोल्टेज का नमूना लें. गलत समय पर वोल्टेज नॉच की व्याख्या शून्य-क्रॉसिंग के रूप में की जा सकती है, समय संबंधी त्रुटियाँ पैदा कर रहा है, झूठे ट्रिगर, या एकमुश्त गलती यात्राएं. यह विफलता मोड है जो इस जहाज पर क्रेन नियंत्रण और आरओवी उपकरण को अक्षम कर रहा था: निरंतर हार्मोनिक्स से थर्मल क्षति नहीं, लेकिन क्षणिक खुजली से सिस्टम व्यवधान को नियंत्रित करें.[1]

अंजीर. 1. 480सबसे खराब स्थिति में वी बस वोल्टेज तरंग - दो जनरेटर, 100% प्रणोदन गति, बस-टाई खुली. टीएचडीवी = 20.89%. गंभीर तरंगरूप विरूपण और कम्यूटेशन नॉचिंग स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं. स्रोत: मिरस इंटरनेशनल.[1]

3.3 सिमुलेशन चित्र - SOLV™ विश्लेषण

शमन रणनीति के लिए प्रतिबद्ध होने से पहले, मिरस और एनएसओईएम ने एक पूर्ण सिस्टम-व्यापी पोत समीक्षा की और मिरस का उपयोग किया’ मालिकाना SOLV™ संपूर्ण पोत विद्युत प्रणाली - जनरेटर को मॉडल करने के लिए हार्मोनिक सिमुलेशन सॉफ्टवेयर, वितरण ट्रांसफार्मर, डीसी विभिन्न परिचालन बिंदुओं पर ड्राइव करता है, और प्रस्तावित फ़िल्टर कॉन्फ़िगरेशन. सिमुलेशन वर्कफ़्लो के दो चरण थे:[1]

• बेसलाइन को पूर्व-फ़िल्टर करें - मूल उपकरण के साथ वितरण पैनल पर सिम्युलेटेड THDv: 13% अकेले बंदरगाह की तरफ, क्षेत्र माप के अनुरूप
• पोस्ट-फ़िल्टर भविष्यवाणी - प्रत्येक डीसी ड्राइव पर एमओएस लाइनेटर्स के साथ सिम्युलेटेड टीएचडीवी: 5.8% - एबीएस के भीतर 8% आप LIMIT

प्रारंभिक सिमुलेशन और फ़ील्ड-मापी प्री-फ़िल्टर स्थिति के बीच घनिष्ठ समझौते ने सॉफ़्टवेयर मॉडल को मान्य किया. इससे यह विश्वास हुआ कि किसी भी हार्डवेयर को ऑर्डर करने या स्थापित करने से पहले पोस्ट-फ़िल्टर सिमुलेशन परिणाम विश्वसनीय था.

04 समाधान: एमओएस लाइनिएटर - समुद्री ड्यूटी के लिए फ़िल्टर डिज़ाइन

4.1 समुद्री-विशिष्ट फ़िल्टर क्यों

मानक औद्योगिक हार्मोनिक फिल्टर समुद्री अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं हैं. पर्यावरण - कंपन, नमक हवा, नमी, तापमान चक्रण - विभिन्न निर्माण की मांग करता है. समुद्री वर्गीकरण निकाय (पेट, डीएनवी, लॉयड का रजिस्टर) जहाजों पर स्थापित विद्युत उपकरणों पर विशिष्ट आवश्यकताएं लागू करें, हार्मोनिक फिल्टर सहित.[3] मिरस एमओएस (समुद्री और अपतटीय विशिष्ट) लाइनएटर को मानक लाइनएटर एयूएचएफ के हार्मोनिक शमन प्रदर्शन को बनाए रखते हुए इन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विकसित किया गया था.[1]

4.2 इस एप्लिकेशन के लिए मुख्य फ़िल्टर चयन मानदंड

• वाइड-स्पेक्ट्रम हार्मोनिक कमी - पूर्ण को क्षीण करना होगा, सभी ऑपरेटिंग बिंदुओं पर थाइरिस्टर डीसी ड्राइव का परिवर्तनीय हार्मोनिक स्पेक्ट्रम, सिर्फ डिज़ाइन-पॉइंट स्पेक्ट्रम नहीं
• कम्यूटेशन पायदान शमन - फ़िल्टर इंडक्शन डैम्प, कम्यूटेशन ओवरलैप के दौरान वर्तमान परिवर्तन की दर को सीमित करके गंभीरता को दर्शाता है
• एबीएस कैपेसिटर बैंक सुरक्षा डिस्कनेक्ट - नए एबीएस मानकों के अनुसार, यदि हार्मोनिक फ़िल्टर संचालन को बनाए रखते समय कैपेसिटर में कोई खराबी आती है, तो फ़िल्टर को कैपेसिटर बैंक को स्वचालित रूप से डिस्कनेक्ट करना होगा. एमओएस लाइनएटर इसे एक मानक सुविधा के रूप में शामिल करता है
• अनावश्यक सुरक्षा निगरानी - अनावश्यक अलर्ट के साथ प्रारंभिक चरण की सुरक्षात्मक निगरानी, सुरक्षा-महत्वपूर्ण डीपी पोत के लिए उपयुक्त
• कॉम्पैक्ट रेट्रोफिट लिफाफा - रेट्रोफिट के लिए पतवार और डेक के प्रवेश को कॉम्पैक्ट फिल्टर असेंबली द्वारा कम किया गया था

4.3 परिनियोजन रणनीति - तूफान के मौसम के दौरान चरणबद्ध स्थापना

समुद्री परीक्षण परीक्षण और फ़िल्टर परिनियोजन मैक्सिको की खाड़ी के तूफान के मौसम के दौरान हुआ. इससे एक असामान्य बाधा उत्पन्न हो गई: तूफान की स्थिति में पुनर्स्थापन की आवश्यकता होने पर जहाज को हर समय प्रणोदन क्षमता बनाए रखनी होती थी. इसलिए फ़िल्टर को एक समय में एक सेट से जोड़ा गया - इंस्टॉल करें, परीक्षण, एबीएस अनुपालन और परिचालन अनुकूलता सत्यापित करें, फिर अगले सेट पर आगे बढ़ें. प्रत्येक चरण की पुष्टि होने पर ही टीम आगे बढ़ी.[1]

चारों में से प्रत्येक की लाइन साइड पर एमओएस लाइनएटर टाइप टी इकाइयाँ स्थापित की गईं 3,000 एचपी प्रोपल्शन डीसी ड्राइव और 1,500 एचपी रिट्रेक्टेबल बो थ्रस्टर डीसी ड्राइव - कुल पांच फिल्टर. मौजूदा छद्म चरण-शिफ्टिंग ट्रांसफार्मर और प्रारंभ करनेवाला उपकरण हटा दिए गए थे.

05 परिणाम: सभी परिचालन स्थितियों के तहत एबीएस अनुपालन

5.1 वोल्टेज विरूपण - अनुपालन के लिए सबसे खराब स्थिति

अंजीर. 2. 480एमओएस लाइनएटर इंस्टालेशन के बाद सबसे खराब स्थिति में डायनेमिक पोजिशनिंग ऑपरेशन में वी बस वोल्टेज तरंग. टीएचडीवी = 7.8% - एबीएस के भीतर 8% आप LIMIT. से तुलना करें 20.89% चित्र में पूर्व-फ़िल्टर स्थिति. 1. स्रोत: मिरस इंटरनेशनल.[1]

480V बस THDv से गिरी 20.89% (सबसे खराब स्थिति पूर्व-फ़िल्टर, दो जनरेटर, 100% रफ़्तार, बस-टाई खुली) से 7.8% समकक्ष सबसे खराब स्थिति में डायनेमिक पोजिशनिंग परिदृश्य पोस्ट-फ़िल्टर - एबीएस के नीचे 8% आप LIMIT. सभी परीक्षणित परिचालन स्थितियों में, टीएचडीवी नीचे रहा 8%.[1]

5.2 बो थ्रस्टर परीक्षण डेटा - परिवर्तनीय लोड प्रोफ़ाइल

The 1,500 एचपी रिट्रेक्टेबल बो थ्रस्टर का सभी चार जनरेटरों के साथ उसकी पूर्ण गति रेंज में परीक्षण किया गया. परिणाम व्यापक लोड रेंज में फ़िल्टर की प्रभावशीलता को प्रदर्शित करते हैं:[1]

ऊंचे THDi पर ध्यान दें 25% रफ़्तार (26-30.7%). यह कम फायरिंग कोणों पर थाइरिस्टर डीसी ड्राइव की विशेषता है - प्रकाश भार पर वर्तमान तरंग अधिक विकृत होती है. बावजूद इसके, वोल्टेज विरूपण नीचे रहता है 1% इस ऑपरेटिंग बिंदु पर क्योंकि हार्मोनिक धाराओं का पूर्ण परिमाण कम है 25% भार. यह एक महत्वपूर्ण अंतर दर्शाता है: THDi और THDv विनिमेय मेट्रिक्स नहीं हैं - हल्के लोड पर एक उच्च THDi जरूरी नहीं कि एक उच्च THDv हो.

5.3 सबसे खराब स्थिति डायनेमिक पोजिशनिंग परीक्षण के परिणाम

सबसे खराब स्थिति - सभी थ्रस्टर्स के साथ स्थिर विरोधी डीपी 100% - 7.76-7.85% टीएचडीवी का उत्पादन हुआ. यह इस जहाज पर संभवतः सबसे गंभीर हार्मोनिक लोडिंग परिदृश्य है: पूर्ण लोड पर सभी ड्राइव एक साथ, हवा और धारा के विरुद्ध स्थिति बनाए रखने के लिए एक दूसरे के विरुद्ध धक्का देना. इस हालत में भी, सिस्टम ABS के भीतर ही रहा 8% आप LIMIT.[1]

06 विद्युत गुणवत्ता परिप्रेक्ष्य: यह केस स्टडी क्या दर्शाती है

6.1 कम्यूटेशन नॉचिंग - कम सराही गई हार्मोनिक समस्या

अधिकांश औद्योगिक हार्मोनिक चर्चाएं स्थिर अवस्था में पावर विश्लेषक द्वारा मापे गए वर्तमान टीएचडीआई और वोल्टेज टीएचडीवी पर केंद्रित होती हैं. कम्यूटेशन नॉचिंग गड़बड़ी की एक अलग श्रेणी है - यह एक समय-डोमेन क्षणिक है जो एक पूर्वानुमानित दर पर घटित होती है (6-पल्स थाइरिस्टर ब्रिज के लिए प्रति चक्र छह बार) लेकिन उन विशेषताओं के साथ जो स्थिर-अवस्था THD माप पूरी तरह से कैप्चर नहीं करता है. पायदान की गहराई, चौड़ाई, और क्षेत्र उपकरण अनुकूलता का आकलन करने के लिए प्रासंगिक पैरामीटर हैं, और ये स्रोत प्रतिबाधा और ड्राइव फायरिंग कोण के कार्य हैं - न कि केवल ड्राइव आकार के.[2]

आईईईई 519 इसकी तालिका में नोटिंग को संबोधित करता है 10.3 पायदान की गहराई और पायदान क्षेत्र पर सीमाएं. एबीएस में समुद्री अनुप्रयोगों के लिए समान प्रावधान हैं. दोनों ही मामलों में, सीमाएं विशेष रूप से मौजूद हैं क्योंकि नियंत्रण इलेक्ट्रॉनिक्स पायदान-प्रेरित समय त्रुटियों के प्रति संवेदनशील हैं - बिल्कुल इस जहाज पर देखी गई विफलता मोड.

6.2 टीएचडीआई बनाम. THDv - प्रकाश-भार विसंगति

बो थ्रस्टर परीक्षण डेटा एक बात पर जोर देने लायक बनाता है: में 25% रफ़्तार, टीएचडीआई 26-30% था जबकि टीएचडीवी नीचे था 1%. पर 100% रफ़्तार, THDi गिरकर 5.6-5.65% हो गया था जबकि THDv 0.9-0.97% था. लोड के साथ दोनों मेट्रिक्स में सुधार हुआ, लेकिन टीएचडीआई कहीं अधिक ऊंचे स्तर पर शुरू हुआ. यह कोई विरोधाभास नहीं है - यह इस बात का परिणाम है कि टीएचडी को मौलिक के प्रतिशत के रूप में कैसे परिभाषित किया गया है.

हल्के भार पर, मौलिक धारा छोटी है. हार्मोनिक धाराएँ, जबकि निरपेक्ष रूप से छोटा है, एक छोटे मूलभूत तत्व का एक बड़ा अंश है - जो उच्च THDi का उत्पादन करता है. समान छोटी निरपेक्ष हार्मोनिक धाराएँ स्रोत प्रतिबाधा के माध्यम से प्रवाहित होती हैं और एक छोटी निरपेक्ष वोल्टेज विकृति उत्पन्न करती हैं - इसलिए कम THDv. व्यावहारिक पाठ: नेटवर्क पर हार्मोनिक प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए THDv और पूर्ण हार्मोनिक वर्तमान परिमाण को देखने की आवश्यकता होती है, अकेले THDi नहीं.

6.3 स्थापना से पहले सिमुलेशन - सही क्रम

यह केस स्टडी, प्लेन्स ऑल-अमेरिकन पाइपलाइन मामले की तरह, फ़िल्टर खरीद से पहले हार्मोनिक सिमुलेशन के मूल्य को प्रदर्शित करता है. SOLV™ मॉडल की भविष्यवाणी की गई 5.8% पोर्ट-साइड सर्किट पर THDv पोस्ट-फ़िल्टर; फ़ील्ड-मापा परिणाम था 7.8% सबसे खराब स्थिति में फुल-वेसल डीपी परिदृश्य - पोर्ट-साइड-ओनली सिमुलेशन में मौजूद अतिरिक्त थ्रस्टर लोड को देखते हुए एक उचित समझौता. सिमुलेशन ने सही फ़िल्टर प्रकार और आकार निर्दिष्ट करने के लिए पर्याप्त आत्मविश्वास दिया, किसी कार्यशील जहाज़ पर महँगे परीक्षण-और-त्रुटि दृष्टिकोण से बचना.

6.4 आईपीक्यूडीएफ श्रृंखला से कनेक्शन

इस श्रृंखला में पिछले दो केस अध्ययन (ईएसपी साइनवेव फ़िल्टर, मैदानी ऑल-अमेरिकन पाइपलाइन) क्रमशः 6-पल्स पीडब्लूएम ड्राइव और थाइरिस्टर डीसी ड्राइव से निपटा, दोनों भूमि-आधारित द्वीपीय प्रणालियों में. यह केस अध्ययन तस्वीर को समुद्री अनुप्रयोगों तक विस्तारित करता है और निरंतर हार्मोनिक हीटिंग से अलग विफलता तंत्र के रूप में कम्यूटेशन नॉचिंग का परिचय देता है. एक साथ, ये तीन केस अध्ययन जनरेटर-संचालित औद्योगिक और समुद्री प्रतिष्ठानों में आने वाली हार्मोनिक समस्याओं की प्रमुख श्रेणियों को कवर करते हैं.

इस श्रृंखला में तकनीकी लेख (अनुच्छेद 1-3) सैद्धांतिक पक्ष से समान हार्मोनिक घटना को संबोधित करें - वर्तमान स्पेक्ट्रा, नेटवर्क इंटरेक्शन, मोटर प्रभाव. मामले के अध्ययन से पता चलता है कि क्या होता है जब उन घटनाओं को वास्तविक प्रणालियों में अपरिवर्तित छोड़ दिया जाता है. सिद्धांत और परिणाम के बीच का अंतर आमतौर पर विफल उपकरण और खोए हुए राजस्व में मापा जाता है.

सन्दर्भ

1. [1] मिरस इंटरनेशनल इंक., “एमओएस लाइनएटर केस स्टडी: समुद्री कर्तव्य हार्मोनिक शमन अपतटीय सेवा पोत कार्यक्रम को बचाता है,” एप्लीकेशन केस स्टडी, Brampton, ओंटारियो, कनाडा, 2016. उपलब्ध: mirusinternational.com/moslineator
2. [2] आईईईई एसटीडी 519-2022, “इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम में हार्मोनिक नियंत्रण के लिए आईईईई मानक,” आईईईई, न्यू यार्क, NY, 2022. (वोल्टेज नॉचिंग पर अनुभाग, तालिका 10.3.)
3. [3] अमेरिकी नौवहन ब्यूरो (पेट), “विद्युत ऊर्जा प्रणालियों में हार्मोनिक्स के नियंत्रण पर मार्गदर्शन नोट्स,” पेट, Houston, टेक्सास.