CN201243204Y - 电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置 - Google Patents

电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置 Download PDF

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CN201243204Y CNU2008200300472U CN200820030047U CN201243204Y CN 201243204 Y CN201243204 Y CN 201243204Y CN U2008200300472 U CNU2008200300472 U CN U2008200300472U CN 200820030047 U CN200820030047 U CN 200820030047U CN 201243204 Y CN201243204 Y CN 201243204Y
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冯寿斌
常娟红
萧霓
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Abstract

本实用新型涉及钻机电气系统无功补偿领域，具体说是电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置。目前，补偿装置大多采用并联电容器和电感L构成的无源滤波器，由于钻机电气系统电网谐波含量非常丰富，并且在动力负荷启动、停机和调速等过渡过程中，电网基波电压、频率、无功功率都会发生变化。本实用新型由参数固定的LC无源滤波器和直流电感控制装置构成，LC无源滤波器和直流电感控制装置并联，且直接与交流公共母线相连；所述的LC无源滤波器分为多组滤波支路，滤除5、7次谐波和高次谐波，由直流电感控制装置控制系统的感性无功，保障功率因数在0.92以上。因而本实用新型具有无投切冲击、响应速度快、补偿容量大和滤波效果好的优点。

Description

电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置
技术领域
本实用新型涉及钻机电气系统无功补偿领域，具体说是电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置。
背景技术
石油行业的钻井设备，电动钻机系统和机械钻机系统相比，由于具有整体性能先进、操作控制方便、自动化程度高、处理事故能力强等优点，正在成为主流选择。电动钻机系统野外作业，采用多台柴油发电机并联形成独立电网向负载供电或使用电力系统的10kV电网供电。直流电动机作为主传动的技术方案，由于直流电动机调速采用晶闸管(SCR)移相控制完成，在调速运行过程中，不但功率因数不高、而且向电网注入大量谐波。谐波和无功功率对供、用电会产生一定的不良影响，主要表现在：(1)直流电动机快速调速过程所造成的无功冲击。(2)低功率因数运行，造成线路电压损失增大和电能损耗的增加，降低发电机的有功功率的输出。(3)使用10kV电网供电时，面临着商用电网的罚款，同时造成商用电网电压波动过大。(4)谐波对发电机供电电网及商业供电电网均会产生严重的谐波污染，影响供电质量，危及电力系统的安全运行，一旦造成事故将是灾难性的后果。因此很有必要对该独立电网的谐波和无功进行治理。
目前，补偿装置大多采用并联电容器和电感L构成的无源滤波器。该方法结构简单，成本低，容易实现，既可补偿谐波，又可补偿无功。长期以来，被广泛用于补偿电力系统中的谐波和无功功率。但是，由于钻机电气系统电网谐波含量非常丰富，并且在动力负荷启动、停机和调速等过渡过程中，电网基波电压、频率、无功功率都会发生变化，因此，采用LC无源滤波器存在以下缺点。
1)、LC无源滤波器毕竟是有级投切，无功的补偿自然也是有级的，不可能连续变化。
2)、有的LC无源滤波器虽然由原来的机械投切改用晶闸管投切，投切的响应虽然加快了，但仍是有级的。
3)、如果LC无源滤波器的各支路间快速频繁切换，对LC滤波器中的电容器、电感都可能带来非常大的危害。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置，具有无投切冲击、响应速度快、补偿容量大和滤波效果好的优点。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置，其特殊之处在于：所述的无功补偿及谐波抑制装置由参数固定的LC无源滤波器和直流电感控制装置构成，LC无源滤波器和直流电感控制装置并联，且直接与交流公共母线相连；所述的LC无源滤波器分为多组滤波支路，滤除谐波。
上述的多组滤波支路为3组，滤除供电系统中的5、7次谐波和高次谐波。
上述的无功补偿及谐波抑制装置设置保护电路和系统的保护控制电路。
上述的直流电感控制装置配置固定电抗器，其为铁芯干式结构。
本实用新型相对于现有技术，其优点如下：
1)针对钻机电气系统专门设计，可适应无功冲击运行的工况；
2)无功补偿与谐波治理同时兼顾，适合石油行业钻井设备的电动钻机系统的供电要求；
3)系统作为整体并联接入电网，不必改接电网，便于现场安装；
4)采用目前国内已有的成熟技术，具有良好的可实施性。
附图说明
图1为本实用新型的FC+DCR的补偿治理的原理图；
图2为本实用新型的功率因数校正器单线图；
图3为本实用新型的带功率因数的系统单线图。
具体实施例
参见图1，本实用新型采用无源滤波器加直流电感控制装置(FC+DCR)的方法，解决电动钻机系统无功功率和谐波治理的问题，其具有无投切冲击、响应速度快、补偿容量大和滤波效果好的特点，它的主电路拓扑是由一定支路数的无源滤波器加直流电感控制装置，此方案的最大优越性是一定支路数的无源滤波器滤除供电系统中的5、7次谐波，并设11次高通滤波支路，消除11次以上的谐波，由直流电感控制装置控制系统的感性无功，保障功率因数在0.92以上。
图1是一个标准的钻机电控系统。3台或4台柴油发电机组并网运行，或者市网供电，将交流动力电送到交流公共母线。用电设备SCR1、SCR2整流柜和MCC电机控制中心从交流公共母线取电。
本实用新型无功补偿及谐波抑制装置1由参数固定的LC无源滤波器2和直流电感控制装置3构成，LC无源滤波器2和直流电感控制装置3并联，且直接与交流公共母线相连；所述的LC无源滤波器2分为多组滤波支路，滤除谐波。
LC无源滤波器既消除谐波，同时也补偿无功功率。LC分为3组，可补偿5、7和高次谐波，电容参数C按照需补偿无功功率容量选择；电感参数L按照滤除5次、7次和高次谐波的要求以及参数C进行设计。
直流电感控制装置(DCR)可自动跟踪负载的工作状态，通过系统中的电感量，从而改变系统回路无功分量，使系统的无功功率达到最佳状态。由于电子调节器和执行功率器件的动态响应很快，所以，可实现对负载无功功率的动态补偿。
补偿系统设备由LC滤波器柜、系统保护及控制柜、电抗器柜等组成。按照此述技术方案，根据钻机现场使用条件，补偿设备统一设置在可移动的补偿电控房内，电控房侧面设配电盘，通过动力电缆与钻机电网并联连接。各部分分述如下：
系统基本参数：
电网进线(一次电压)：10kV
变压器容量：4000kVA
低压供电(二次电压)：0.6kV
实际需要的无功补偿量为：2500kvar(装机容量将为5000kvar)
LC滤波器柜
LC滤波器分为三组，分别为5次、7次和11次高次滤波器，5次安装容量为1600kvar(实际容量是725kvar)，7次安装容量为1000kvar(实际容量是444kvar)，将11次高通分为2组，其一为安装容量为800kvar(实际容量是350kvar)，其二为安装容量为1600kvar(实际容量是701kvar)总安装容量为5000kvar，实际容量为2220kvar。
2)系统保护及控制柜
柜内配置FC+DCR的控制及保护电路和系统的保护控制电路。
3)电抗器柜
柜内配置固定电抗器，该电抗器为铁芯干式结构。
4)辅助设施
电控房内安装全部补偿设备和辅助设施。房子的柱子及房顶框架由结构钢焊接而成，底部具有起吊和拖拉机构，拖橇底部封6mm厚钢板，适于油田自备拖车运输。
功率因数校正器主要完成两个功能：
作为谐波抑制滤波器，提高交流母排电网质量或者说减少系统电压和电流畸变。
滤波电容作为功率因数校正器的电容排。它是被动的校正、当感性负载为常数时，能够使功率因数达到1。太小的负荷将产生超前的功率因数，太大的感性负荷将产生滞后的功率因素。不管怎样、电容排与固定负荷是相对应的。
功率因数校正器的其余部分就是带有它的感性负载的SCR桥，有了它，功率因数校正器变成了能够主动的调节功率因数到1的设备、当然，必须在它的容量范围之内。
参见图2，自动功率因数校正器是由SCR可控硅和感性/容性负载组成。它是一种主动的，灵活的装置、在它的更正容量范围内，能够调节功率因数接近
Figure Y200820030047D0007105350QIETU
1。SCR桥允许可变电感的等效量。
如果在交流母排上无负载，陷波电容千乏值必须通过感性电流取消。在这种情况下，SCR接通，产生最大电流通过负载电感，产生的最大电感千乏偏置补偿电容对电源的影响，使功率因数接近于1。当电机运转时，这个代表了感性负载。感性千乏值需要从功率因数校正器的SCR取得，感性负载减少了，功率因数校正器SCR桥的电流也就减少了。当电机负载增加到功率因数校正器额定值时，功率因数校正器SCR桥的触发脉冲停止了，关断SCR电流，带动功率因数校正器电感到零。在这一点上，所有额外无功电流的千乏必需由发电机组或高压线提供。
该装置与现有SCR连接方式如下图所示：其中可选高压电网，也可选择发电机组。
参见图3，图3为带功率因数的系统单线图，可变电感的等效值是在SCR桥的容许范围之内。在交流母排上无负载时，全部电容排KVAR量必需通过感性电流平衡。在这种情况下，SCR将导通并产生最大电流通过感性负载，所产生的最大感性KVAR以补偿电容排对系统产生的影响，达到功率因数接近于1。当电机启动时，这个代表一个感性负载。感性负载的KVAR数量从PFCSSCR桥取得。当感性负载减少时，控制PFC桥的导通电流将减少。当电机负载增加到功率因数校正器的额定容量时，PFC的SCR桥将不再触发。这个将关断SCR的触发，功率因数将到0。在这点上，所有附加的感性电流的KVAR必须由机组或市网提供。

Claims (4)

1、电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置，其特征在于：所述的无功补偿及谐波抑制装置(1)由参数固定的LC无源滤波器(2)和直流电感控制装置(3)构成，LC无源滤波器(2)和直流电感控制装置(3)并联，且直接与交流公共母线相连；所述的LC无源滤波器(2)分为多组滤波支路，滤除谐波。
2、根据权利要求1所述的电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置，其特征在于：所述的多组滤波支路为3组，滤除供电系统中的5、7次谐波和高次谐波。
3、根据权利要求1或2所述的电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置，其特征在于：所述的无功补偿及谐波抑制装置(1)设置保护电路和系统的保护控制电路。
4、根据权利要求3所述的电动钻机专用无功补偿及谐波抑制装置，其特征在于：所述的直流电感控制装置(3)配置固定电抗器，其为铁芯干式结构。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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