원격 유정의 고조파 제어: 12펄스 비용으로 18펄스보다 우수한 성능 — Mirus International

01 운영 상황: 북부 앨버타의 무인 원격 유정 현장

Chevron은 수중 펌프 모터에서 원격으로 조정 가능한 속도 드라이브를 작동합니다., 멀리 북부 앨버타 전역의 무인 유정. 이 사이트는 공통 전기 아키텍처를 공유합니다.: 단일 서비스 변압기가 단일 VSD에 전원을 공급합니다., 단일 수중 펌프 모터를 제어하는 ​​장치. 변압기에는 다른 부하가 없습니다. 현장은 완전히 무인화되어 있으며 유지 관리를 위해 정기적으로 방문합니다., 나머지 시간은 원격으로 모니터링.[1]

이 구성은 반대 방향으로 끌어당기는 두 가지 고유한 요구 사항을 생성합니다.. 단일 드라이브 온 트랜스포머 토폴로지는 최악의 고조파 시나리오입니다. 드라이브가 유일한 부하입니다., 따라서 고조파 함량을 희석시키는 선형 부하 전류가 없습니다., 변압기에서 끌어온 전류는 본질적으로 6펄스 정류기의 원시 고조파 스펙트럼입니다.. 동시에, 현장의 무인 및 원격 특성은 최대의 신뢰성을 요구합니다. 드라이브 트립을 유발하는 고조파 문제 또는 통신 시스템 장애는 우물의 생산 중단을 의미합니다., 현장에 응답할 사람이 아무도 없는 경우.

Chevron의 엔지니어링 팀은 적극적으로 대처했습니다., 예방적 접근: 유정 현장에서 고조파 문제가 나타날 때까지 기다리지 않고, 그들은 모든 저전압에 대한 고조파 완화를 위한 표준 사양을 확립했습니다., 단일 드라이브 유정 사이트까지 1,000 HP. Simonette 우물 현장은 해당 표준의 적용을 나타냅니다..[1]

무화과. 1. Chevron의 Simonette 우물 현장, 먼 북부 앨버타. The 200 kVA 서비스 변압기 및 150 HP VSD 인클로저가 보입니다.. 단일 드라이브, 무인, 원격. 출처: 미루스 인터내셔널 / 쉐브론.[1]

02 단일 드라이브 문제: 희석되지 않은 고조파

2.1 이 토폴로지가 특히 민감한 이유

6펄스 VSD는 특성 펄스로 전류를 끌어옵니다. 이는 주로 5차 펄스를 포함하는 반주기당 이중 험프 파형입니다., 7일, 11일, 및 13차 고조파 성분. 짐이 많은 대형 산업용 버스에서, 이러한 고조파는 모터의 기본 주파수 전류와 혼합됩니다., 조명, 및 기타 선형 하중, 버스에서 결과적으로 생성되는 THDi는 단일 드라이브가 단독으로 생성하는 것보다 낮습니다..

Simonette 우물 현장에서, 이 희석은 존재하지 않습니다. 2차 변압기는 VSD에만 전력을 공급합니다.. 1차 변압기는 왜곡된 VSD 전류만 봅니다.. 현장의 드라이브 제어 전자 장치 및 통신 장비에 대한 공급 전압이기도 한 변압기 2차측의 전압 왜곡은 변압기 임피던스를 통해 6펄스 정류기의 전체 고조파 함량을 반영합니다..[1]

2.2 통신 시스템 취약점

원격 유정 현장은 모니터링 및 제어를 위해 SCADA 및 원격 측정 시스템을 사용합니다.. 이 시스템은 현장 전기 공급을 공유합니다.. 전압 왜곡 및 고주파 고조파 성분은 SCADA 장비의 샘플링 및 통신 회로를 방해할 수 있습니다., 잘못된 판독을 유발함, 통신 끊김, 또는 장비 잠금. 무인 응용 프로그램에서, a communication failure means lost visibility into well production — a direct financial consequence with no personnel on site to diagnose or reset the system.[1]

무화과. 2. Current waveforms at the Simonette well site. Left: drive input before Lineator installation — characteristic 6-pulse distortion. Centre: measured result with Lineator installed — near-sinusoidal. Right: predicted Lineator input waveform from simulation. 그림 1 과 2 supplied by Chevron.[1]

03 Multi-Pulse Drives vs. the Lineator: A Technology Comparison

Chevron’s electrical engineers were experienced users of multi-pulse drive technology. Before selecting the Lineator, they specifically evaluated 12-pulse and 18-pulse drive options against the Lineator AUHF for this application. 비교는 유익하다.[1]

3.1 다중 펄스 드라이브 작동 방식

12펄스 드라이브는 2개의 2차 권선(와이 하나와 델타 하나)이 있는 위상 변압 변압기를 사용하여 두 개의 6펄스 정류기 브리지에 병렬로 전력을 공급합니다.. 권선 사이의 30° 위상 변이로 인해 두 브리지의 5차 및 7차 고조파 전류가 변압기 1차측에서 상쇄됩니다., 11번째와 13번째를 주요 고조파로 남겨둡니다.. 18펄스 드라이브는 이를 3개의 브리지에 전원을 공급하는 3개의 위상 변이 2차 권선으로 확장합니다., 13번째 고조파를 통해 취소하고 17번째와 19번째 고조파를 떠남.[2]

두 접근 방식 모두 표준 6펄스 드라이브에 비해 THDi를 크게 줄입니다.. 그러나 Simonette 애플리케이션에 문제가 되는 특정 비용과 제약이 있습니다..

3.2 비교

이러한 맥락에서 드라이브 공급업체의 보증이 중요합니다.. Chevron was not evaluating an unknown product — the Lineator had been tested by the drive manufacturer for compatibility with their specific drive platform. This eliminated the integration risk that can accompany third-party harmonic filters and was a decisive factor in the selection.[1]

04 검색 결과: Performance as Predicted, Cost Below Alternatives

The Lineator AUHF was installed at the Simonette well site on the 150 HP, 480 V drive. Measured current waveforms confirmed the simulation predictions: the drive input current waveform was transformed from the characteristic distorted 6-pulse pattern to a near-sinusoidal shape.[1]

The measured harmonic performance exceeded 18-pulse drive specifications — the most demanding multi-pulse standard Chevron had previously used. This was achieved at a capital cost 9% 12펄스 드라이브 구성 이하, 더 간단한 설치로 (공장 사전 테스트가 필요하지 않습니다.) 드라이브 공급업체로부터 완전한 호환성 확인.

05 전력 품질 관점: 이 사례 연구에서 보여주는 내용

5.1 변압기의 단일 구동 시나리오 - 일반적인 현장 조건

원격 우물 현장, 관개 펌프장, 소규모 수처리 시설, 유사한 단일 부하 설치는 Simonette와 동일한 전기 토폴로지를 공유합니다.: 하나의 변압기, 하나의 VSD, 다른 짐은 없어. 이 토폴로지는 펌프나 압축기가 원격 사이트의 유일한 전기 부하인 농촌 인프라 전반에 걸쳐 나타납니다..

유틸리티의 관점에서, 이러한 단일 드라이브 설치는 개발을 기다리는 PQ 문제입니다.. 변압기는 지속적으로 높은 THDi를 확인합니다., 뜨거워진다, 그리고 더 빨리 늙는다. 변압기가 유틸리티 측 측정 장비에 전원을 공급하는 경우, 통신 릴레이, 또는 수익 측정, 고조파 왜곡은 정확도와 신뢰성에 영향을 미칩니다.. Chevron의 사전 예방적 접근 방식(모든 단일 드라이브 유정 현장의 표준 고조파 완화)은 올바른 엔지니어링 대응이며 장애 발생 후 사후 완화보다 수명주기 비용이 더 낮습니다..

5.2 다중 펄스 드라이브 - 의미가 있는 경우와 그렇지 않은 경우

다중 펄스 드라이브 (12-펄스 및 18펄스) 애플리케이션이 비용과 복잡성을 정당화할 때 효과적인 고조파 완화가 가능합니다.. 그들은 대규모에 가장 적합합니다., 위상변환 변압기가 전체 시스템 비용의 작은 부분인 활용도가 높은 드라이브, 하중이 상대적으로 일정한 경우 (경부하 성능 저하 방지), 선적 전 공장 테스트를 통해 고조파 제거를 확인할 수 있는 경우.

소형 드라이브에는 적합하지 않습니다. (변압기 비용은 구동 비용의 상당 부분을 차지합니다.), 가변 부하 애플리케이션, 현장 설치 단순성이 중요한 상황. Simonette 유정 현장은 다중 펄스 - 소형 드라이브를 선호하는 세 가지 조건 모두에 실패했습니다., 가변 펌프 부하, 간단한 유지보수가 필요한 원격 무인설치. 기술 비교는 올바른 결론으로 ​​직접 이어졌습니다..

5.3 예방 대. 반응성 고조파 관리

문제가 발생하기 전에 모든 단일 드라이브 유정 현장에 걸쳐 고조파 완화를 표준 요구 사항으로 지정하기로 한 Chevron의 결정은 관리 접근 방식으로 주목할 가치가 있습니다., 단순한 공학이 아닌. 고조파 필터 설치 비용은 사후에 고조파 문제를 진단하고 해결하는 비용에 비해 훨씬 저렴합니다.: 변압기 교체, 드라이브 수리, SCADA 시스템 문제 해결, 계획되지 않은 다운타임으로 인해 생산 손실이 발생합니다.. 예방적 고조파 관리는 단일 지점이 다음과 같은 경우 정당화하기 쉽습니다., 고임피던스 토폴로지는 처음부터 고조파 결과를 예측 가능하게 만듭니다..

이 사례 연구는 Mirus International 사례 연구의 IPQDF 시리즈를 마무리합니다.. 종합하면 — ESP 모터 보호, 파이프라인 생성기 크기 조정, 해양 선박 DP 규정 준수, 천연가스 처리 공장 MCC 완화, 원격 유정 현장 고조파 제어 - 석유 및 가스에서 발생하는 발전기 공급 및 공급 제한 고조파 애플리케이션의 주요 범주를 포괄합니다., 선박, 및 공정 산업. 공통 스레드는 유틸리티 연결 엔지니어가 일반적으로 직면하는 것 이상으로 고조파 결과를 증폭시키는 높은 소스 임피던스입니다., 능동형 또는 다중 펄스 솔루션의 복잡성과 고장 모드를 추가하지 않고 문제를 해결하는 수동형 넓은 스펙트럼 필터.

참조

1. [1] 미루스인터내셔널(주), “사례 연구: Chevron의 Simonette 우물 사이트,” 응용 사례 연구, 미시소거, 온타리오, 캐나다. 사용 가능: mirusinternational.com
2. [2] IEEE 표준 519-2022, “전력 시스템의 고조파 제어에 대한 IEEE 표준,” IEEE, 뉴욕, NY, 2022.