动态无功补偿设备在钻井施工现场的应用

2020-11-27奚志强刘超陈磊

商品与质量 2020年16期

奚志强刘超陈磊

1.中原石油工程有限公司钻井三公司河南濮阳 457001

2.中原石油工程有限公司钻井二公司河南濮阳 457001

1 无功功率动态补偿原理

通过快速无功补偿，可以实现以下功能：快速提高动态无功负载的功率因数；改善电压调整率；降低过电压；提高钻井的供电系统的静态和动态稳定性；减少电压闪烁；降低电压和电流的不平衡程度；对次同步振荡进行抑制。其中，改善电压质量是无功补偿所带来的最基本也是最实用的效果。在无功补偿系统中，一般来说，当系统能够得到足够的无功补偿的时候，电网系统的电压就会降低，无功功率和电网的电压呈现出来的关系是相反的关系，无功功率增加，电压下降；无功功率减少，电压增加[1]。

2 钻机电驱动系统无功补偿发展现状

在电网运行过程中，谐波是主要影响电网安全运行的最大的威胁，谐波的出现会给电网的安全运行造成一系列的问题，谐波的主要来源是由于采油业中的钻井机的使用而产生的谐波，该钻井机在使用时，产生的谐波不仅会造成电网的电流出现畸变，甚至还会造成大量的感性电荷的产生，感性电荷就会增加钻井机对功率的需求，无论是无功功率还是有功功率，钻井机都会吸收，降低了电网中的功率因数。因此，很多电力企业在输送电力的时候，对电网的功率因数有一定的要求，功率因数不能低于某一个界定值，低于界定值就要接受相应的处罚。

在石油开采过程中，由于井下环境的复杂多变，石油钻井机在使用过程中，功率的变化幅度比较大，还有可能在使用过程中出现频繁的启动或是关闭的现象，导致电网中的谐波出现的概率增大，因此，出现了无功补偿器，主要是进行无功补偿，现在大多数企业中，都在运用的是静态的无功补偿器，主要利用无功补偿器对电压以及电流进行控制，维持电压的稳定，还能抑制谐波的产生，因此，混合式的静态无功补偿器在工程中被广泛应用。

3 谐波抑制与无功补偿的重要性

3.1 谐波的危害

（1）对供电系统的安全稳定运行造成影响：由于供配电系统中多采用电磁继电器、感应式继电器等磁感器件作为检测保护元件，高次谐波会影响其控制电路的逻辑判断，容易导致继电器误动作，这大大降低了设备安全工作的可靠性，严重威胁了供电系统的安全稳定运行。

（2）谐波进入电网后，会导致电网中的电流出现畸变，电流出现畸变后，就会影响电网上连接的电气设备，导致电气设备的故障，同时，谐波在电网线路中运行时，会使线路老化加快，出现损坏的现象，需要很多的能量去消灭谐波，电网的能量减低，功率因数降低，耗能增加。

（3）供电系统中常用的一个设备就是无功补偿设备，主要是为了保证电网的良好运行和运输电量，电网中的谐波过高，会导致吸收的功率增加，有功功率吸收增加，电网中的无功功率含量就会增加，导致无功补偿系统出现紊乱，无功含量增加，无功补偿设备升温，温度的变化导致设备的绝缘性降低，材质老化加快，降低了无功补偿设备的使用寿命，能量消耗增加。

（4）电网运输过程中，电力变压器是必不可少的组成部分，谐波进入电网设备后，就会对电网造成伤害，对电力变压器中的铜和铁的损耗就会增加，电力变压器中的能量损耗增加，使电力变压器的使用寿命降低，耗能增加，且使用效率也降低，浪费了资源[2]。

3.2 谐波抑制与无功补偿的重要性

钻井机中使用无功补偿装置来抑制谐波，是非常重要的，不仅可以消除电流中的谐波，甚至还可以为电流提供一定的无功功率的补偿，电力系统要想跟随时代的潮流，步入“绿色化”使用阶段，就要在电力系统中安装电子装置，这个电子装置是影响设备以及消除谐波、过滤谐波的重要手段之一，同时还能保证达到节约资源、降低耗能的目的；电子设备将电力系统中的谐波消除后，会增加电力系统的线路使用寿命，使电网上的电气设备的使用寿命也增加；谐波被过滤和净化后，电磁波的影响就变小，通讯设备就可以正常使用，不会再出现噪音，由于电子设备的安装方式是并联在一起的，这样的方式可以降低耗能，增加电能中的使用率，从本质上对电能资源进行节约，从而使电网所运输的电量的质量变高了。

4 石油钻机电驱动系统动态无功补偿

4.1 控制功率因数

控制手段的使用原理是利用控制器对电网的功率因数进行监测，时刻注意功率因数的变化，并利用控制对收集和监测到的功率因数进行分析和整理，确定一套完整的控制措施，并计算出最佳的功率因数值，然后，将数据指令通过控制器发送到被控制部位，保证被控制部位的功率因数处于最佳位置，如果电网中的功率因数被监测到过高时，可以将电网中的一部分电容器切除去，然后保证功率因数的正常；当监测到功率因数过低时，除了电网设备中原有存在的电容器，还应该再多投入几组电容器，增加功率因数，保证功率因数处于最佳数值。

4.2 电压控制

电网电压与系统无功功率关系很大，通过无功功率的调节可以调节电网电压。电压的控制也是根据无功功率率控制进行的，电网的功率中包含了无功功率和有功功率，谐波不仅消耗无功功率还消耗有功功率，部分地区对电压质量的要求很严格，仅对电压高低作为调节依据，当电压低于电压下限时将电容组投入，当电压过高时将电容组切除。同时，保证每组投切的电容补偿的无功功率造成的电网电压变化的大小不超过电压最大最小值之差，这样可以有效地避免投切产生的振荡。电压控制原理简单，造价成本较低，且维护方便，但电压仅与无功功率有关，功率因数由有功和无功功率共同决定，故仅控制电压无法做到对功率因数的准确调节，受电网负载影响较大[3]。