奚志強 劉超 陳磊

1.中原石油工程有限公司鉆井三公司 河南濮陽 457001

2.中原石油工程有限公司鉆井二公司 河南濮陽 457001

1 無功功率動態(tài)補償原理

通過快速無功補償，可以實現(xiàn)以下功能：快速提高動態(tài)無功負載的功率因數(shù)；改善電壓調(diào)整率；降低過電壓；提高鉆井的供電系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性；減少電壓閃爍；降低電壓和電流的不平衡程度；對次同步振蕩進行抑制。其中，改善電壓質(zhì)量是無功補償所帶來的最基本也是最實用的效果。在無功補償系統(tǒng)中，一般來說，當系統(tǒng)能夠得到足夠的無功補償?shù)臅r候，電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓就會降低，無功功率和電網(wǎng)的電壓呈現(xiàn)出來的關(guān)系是相反的關(guān)系，無功功率增加，電壓下降；無功功率減少，電壓增加[1]。

2 鉆機電驅(qū)動系統(tǒng)無功補償發(fā)展現(xiàn)狀

在電網(wǎng)運行過程中，諧波是主要影響電網(wǎng)安全運行的最大的威脅，諧波的出現(xiàn)會給電網(wǎng)的安全運行造成一系列的問題，諧波的主要來源是由于采油業(yè)中的鉆井機的使用而產(chǎn)生的諧波，該鉆井機在使用時，產(chǎn)生的諧波不僅會造成電網(wǎng)的電流出現(xiàn)畸變，甚至還會造成大量的感性電荷的產(chǎn)生，感性電荷就會增加鉆井機對功率的需求，無論是無功功率還是有功功率，鉆井機都會吸收，降低了電網(wǎng)中的功率因數(shù)。因此，很多電力企業(yè)在輸送電力的時候，對電網(wǎng)的功率因數(shù)有一定的要求，功率因數(shù)不能低于某一個界定值，低于界定值就要接受相應(yīng)的處罰。

在石油開采過程中，由于井下環(huán)境的復(fù)雜多變，石油鉆井機在使用過程中，功率的變化幅度比較大，還有可能在使用過程中出現(xiàn)頻繁的啟動或是關(guān)閉的現(xiàn)象，導(dǎo)致電網(wǎng)中的諧波出現(xiàn)的概率增大，因此，出現(xiàn)了無功補償器，主要是進行無功補償，現(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)中，都在運用的是靜態(tài)的無功補償器，主要利用無功補償器對電壓以及電流進行控制，維持電壓的穩(wěn)定，還能抑制諧波的產(chǎn)生，因此，混合式的靜態(tài)無功補償器在工程中被廣泛應(yīng)用。

3 諧波抑制與無功補償?shù)闹匾?/h2>

3.1 諧波的危害

（1）對供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成影響：由于供配電系統(tǒng)中多采用電磁繼電器、感應(yīng)式繼電器等磁感器件作為檢測保護元件，高次諧波會影響其控制電路的邏輯判斷，容易導(dǎo)致繼電器誤動作，這大大降低了設(shè)備安全工作的可靠性，嚴重威脅了供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

（2）諧波進入電網(wǎng)后，會導(dǎo)致電網(wǎng)中的電流出現(xiàn)畸變，電流出現(xiàn)畸變后，就會影響電網(wǎng)上連接的電氣設(shè)備，導(dǎo)致電氣設(shè)備的故障，同時，諧波在電網(wǎng)線路中運行時，會使線路老化加快，出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，需要很多的能量去消滅諧波，電網(wǎng)的能量減低，功率因數(shù)降低，耗能增加。

（3）供電系統(tǒng)中常用的一個設(shè)備就是無功補償設(shè)備，主要是為了保證電網(wǎng)的良好運行和運輸電量，電網(wǎng)中的諧波過高，會導(dǎo)致吸收的功率增加，有功功率吸收增加，電網(wǎng)中的無功功率含量就會增加，導(dǎo)致無功補償系統(tǒng)出現(xiàn)紊亂，無功含量增加，無功補償設(shè)備升溫，溫度的變化導(dǎo)致設(shè)備的絕緣性降低，材質(zhì)老化加快，降低了無功補償設(shè)備的使用壽命，能量消耗增加。

（4）電網(wǎng)運輸過程中，電力變壓器是必不可少的組成部分，諧波進入電網(wǎng)設(shè)備后，就會對電網(wǎng)造成傷害，對電力變壓器中的銅和鐵的損耗就會增加，電力變壓器中的能量損耗增加，使電力變壓器的使用壽命降低，耗能增加，且使用效率也降低，浪費了資源[2]。

3.2 諧波抑制與無功補償?shù)闹匾?/h3>

鉆井機中使用無功補償裝置來抑制諧波，是非常重要的，不僅可以消除電流中的諧波，甚至還可以為電流提供一定的無功功率的補償，電力系統(tǒng)要想跟隨時代的潮流，步入“綠色化”使用階段，就要在電力系統(tǒng)中安裝電子裝置，這個電子裝置是影響設(shè)備以及消除諧波、過濾諧波的重要手段之一，同時還能保證達到節(jié)約資源、降低耗能的目的；電子設(shè)備將電力系統(tǒng)中的諧波消除后，會增加電力系統(tǒng)的線路使用壽命，使電網(wǎng)上的電氣設(shè)備的使用壽命也增加；諧波被過濾和凈化后，電磁波的影響就變小，通訊設(shè)備就可以正常使用，不會再出現(xiàn)噪音，由于電子設(shè)備的安裝方式是并聯(lián)在一起的，這樣的方式可以降低耗能，增加電能中的使用率，從本質(zhì)上對電能資源進行節(jié)約，從而使電網(wǎng)所運輸?shù)碾娏康馁|(zhì)量變高了。

4 石油鉆機電驅(qū)動系統(tǒng)動態(tài)無功補償

4.1 控制功率因數(shù)

控制手段的使用原理是利用控制器對電網(wǎng)的功率因數(shù)進行監(jiān)測，時刻注意功率因數(shù)的變化，并利用控制對收集和監(jiān)測到的功率因數(shù)進行分析和整理，確定一套完整的控制措施，并計算出最佳的功率因數(shù)值，然后，將數(shù)據(jù)指令通過控制器發(fā)送到被控制部位，保證被控制部位的功率因數(shù)處于最佳位置，如果電網(wǎng)中的功率因數(shù)被監(jiān)測到過高時，可以將電網(wǎng)中的一部分電容器切除去，然后保證功率因數(shù)的正常；當監(jiān)測到功率因數(shù)過低時，除了電網(wǎng)設(shè)備中原有存在的電容器，還應(yīng)該再多投入幾組電容器，增加功率因數(shù)，保證功率因數(shù)處于最佳數(shù)值。

4.2 電壓控制

電網(wǎng)電壓與系統(tǒng)無功功率關(guān)系很大，通過無功功率的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓。電壓的控制也是根據(jù)無功功率率控制進行的，電網(wǎng)的功率中包含了無功功率和有功功率，諧波不僅消耗無功功率還消耗有功功率，部分地區(qū)對電壓質(zhì)量的要求很嚴格，僅對電壓高低作為調(diào)節(jié)依據(jù)，當電壓低于電壓下限時將電容組投入，當電壓過高時將電容組切除。同時，保證每組投切的電容補償?shù)臒o功功率造成的電網(wǎng)電壓變化的大小不超過電壓最大最小值之差，這樣可以有效地避免投切產(chǎn)生的振蕩。電壓控制原理簡單，造價成本較低，且維護方便，但電壓僅與無功功率有關(guān)，功率因數(shù)由有功和無功功率共同決定，故僅控制電壓無法做到對功率因數(shù)的準確調(diào)節(jié)，受電網(wǎng)負載影響較大[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，石油鉆井行業(yè)的特殊性，導(dǎo)致鉆井設(shè)備會產(chǎn)生諧波，諧波的產(chǎn)生不僅影響電網(wǎng)的安全運行還增加了能量的消耗，增加了成本，造成環(huán)境污染，解決諧波的主要方式是進行動態(tài)無功補償