CN201623489U - 一种石油钻机无功补偿及滤波装置 - Google Patents

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陈继军
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Leshan Shengjia Electric Co., Ltd.
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LESHAN CHENGJIA ELECTRIC CO Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种石油钻机无功补偿及滤波装置，所述装置的电容器容量根据用户所需补偿容量的大小分为若干小组，每组为角内控制的三角形结构，所述三角形结构的每条支路由滤波电抗器、滤波电容器、反并联晶闸管组和RC吸收电路组成；每条支路上的RC吸收电路与串联的滤波电容器、反并联晶闸管组形成并联电路，并联电路再与滤波电抗器串联；具有有效吸收、抑制谐波，改善和提高电驱动钻机系统电气性能，补偿无功功率，提高系统功率因数等特点；可以有效避免普通投切装置造成对电网的电压冲击，实现准确地对系统无功功率的补偿，避免过补或者欠补的情况发生。

Description

一种石油钻机无功补偿及滤波装置
技术领域
本实用新型涉及直流电动钻机技术领域，特别是一种石油钻机无功补偿及滤波装置。
背景技术
直流电动钻机造价比机械钻机高，但是由于其传动效率高，节约燃料等优点而被大量的使用。然而，在实际生产使用中，电动钻机反而比同等规模的机械钻机消耗更多的燃油，究其原因主要有以下两点：
1、电动钻机电力系统功率因数过低，根据实际测量结果，正常钻进时电力系统功率因数仅为0.4-0.5之间；
2、电动钻机发电系统是按照发电机功率因数为0.7计算，来匹配发电机和柴油机的，这和现场使用情况明显不符合。配套柴油机组不能发挥应有的功率，长期运行在低负荷状态，也就是常说的“大马拉小车现象”。
国内目前使用的大部分5000米以上电驱动钻机为直流电驱动钻机。直流电驱动钻机的突出优点是一次性投资低，针对它的不足，我们引入了相应的无功补偿和滤波装置。
直流电驱动钻机未采取补偿滤波装置前，有如下谐波问题：
(1)会使供电系统中的敏感元件受到高次谐波的影响容易产生误动作，严重威胁供配电系统的稳定与安全运行；
(2)影响电网的质量，表现在降低系统母线电压，增加线路损耗，浪费系统发电容量；
(3)影响供电系统的无功补偿设备，表现在加快电容器绝缘介质的老化，缩短电容的使用寿命，导致电容器出现鼓胞、爆裂甚至爆炸的情况；
(4)影响电力变压器的使用，表现在影响变压器的使用容量和使用效率；还会造成变压器噪声增加，缩短变压器的使用寿命；
(5)影响用电设备：会造成异步电动机效率下降，对工业企业自动化的正常通讯造成干扰，影响电力电子计量设备的准确性；
(6)谐波电流在电网中流动，从而增加损耗，影响电网及各种电气设备的经济运行，另一方面大大增加了电网中发生谐波谐振的可能，从而造成很高的过电压或过电流而增大引起事故的危险性。
因此需要一种全新的滤波补偿装置来解决直流电驱动钻机电气系统存在的由于大量使用可控硅整流器件造成的系统谐波成分大、无功成份多和系统功率因数低等关键技术难题。
实用新型内容
本实用新型为解决上述技术问题提出了一种石油钻机无功补偿及滤波装置，具有有效吸收、抑制谐波，改善和提高电驱动钻机系统电气性能，补偿无功功率，提高系统功率因数等特点；可以有效避免普通投切装置造成对电网的电压冲击，实现准确地对系统无功功率的补偿，避免过补或者欠补的情况发生。
本实用新型的技术方案如下：
一种石油钻机无功补偿及滤波装置，其特征在于：所述装置的电容器容量根据用户所需补偿容量的大小分为若干小组，每组为角内控制的三角形结构，所述三角形结构的每条支路由滤波电抗器、滤波电容器、反并联晶闸管组和RC吸收电路组成；每条支路上的RC吸收电路与串联的滤波电容器、反并联晶闸管组形成并联电路，并联电路再与滤波电抗器串联。
所述电容器通过母排与晶闸管连接，晶闸管控制电容器的投切；晶闸管连接有控制其投切信号的可编程控制器PLC，PLC将处理成模拟信号的各路电信号收集并计算比较，满足条件值即发出指令。
该装置每条支路为一LC滤波电路，这种滤波电路既可以滤除谐波，又可以补偿无功功率。设计L、C参数，使各组的每条支路分别在某次谐波频率处产生谐振，这种串联谐振对该次谐波呈现的阻抗最小，所以该次谐波电流绝大部分就会流入这一滤波电路，很少流入电网，从而达到滤除该次谐波的目的。
本实用新型的有益效果如下：
1)装置采用全数字控制系统，能够做到高速在线动态监测，系统响应时间缩短到20ms，完全可以满足直流电驱动钻机输出功率变化快的要求；
2)装置主回路投切开关采用晶闸管无触点投切方式，并配置专用的保护吸收电路，完全满足直流电驱动钻机功率变化范围大的要求，提高了系统的可靠性和使用寿命；
3)采用新型撬装控制房，具有坚固的结构和良好的密封性，配有独立的高性能空调，能够满足现场高温、防尘、防水、防震和防爆工况的要求，成为直流电驱动钻机系统的标准设备；
4)采用该装置可以有效抑制谐波，谐波电压总畸变率降低50％以上，保护直流电驱动钻机系统的安全和改善工作特性；同时提高直流电动钻机系统的功率因数到0.92以上，装置投用后具有较好的综合节能效果；
5)该装置使用PLC控制，信号处理时间短、速度快、基于信号和程序运行的速度高，有用于处理工业控制装置的安全联锁保护，使控制系统能够有效、及时和高效地控制补偿系统；
6)特别适用于ZJ50D、ZJ70D型直流电驱动钻机的无功补偿及滤波，装置安装在一座独立的撬装机房内，机房具有坚固的结构和良好的密封性，可以适应钻井频繁搬家运输和恶劣的自然环境的要求。
附图说明
图1为本实用新型的电传动系统分布示意图
图2为本实用新型的结构示意图
具体实施方式
如图1-2所示，一种石油钻机无功补偿及滤波装置，所述装置的电容器容量根据用户所需补偿容量的大小分为若干小组，每组为角内控制的三角形结构1，所述三角形结构1的每条支路由滤波电抗器2、滤波电容器3、反并联晶闸管组4和RC吸收电路5组成；每条支路上的RC吸收电路5与串联的滤波电容器3、反并联晶闸管组4形成并联电路，并联电路再与滤波电抗器2串联。
所述电容器通过600VAC母排8与晶闸管6连接，晶闸管6控制电容器的投切；晶闸管6连接有控制其投切信号的可编程控制器PLC7，PLC7将处理成模拟信号的各路电信号收集并计算比较，满足条件值即发出指令。
该装置每条支路为一个LC滤波电路，这种滤波电路既可以滤除谐波，又可以补偿无功功率。设计L、C参数，使各组的每条支路分别在某次谐波频率处产生谐振，这种串联谐振对该次谐波呈现的阻抗最小，所以该次谐波电流绝大部分就会流入这一滤波电路，很少流入电网，从而达到滤除该次谐波的目的。
用户负载在运行时产生有5、7、11、13等高次谐波并消耗大量感性无功功率。如果这些无功功率都由供电系统的发电机组提供并经过长距离输送，显然是不合理的，通常也是不允许的。合理的方法是在需要消耗无功功率的地方能够提供无功功率，即进行无功功率补偿。

Claims (2)

1.一种石油钻机无功补偿及滤波装置，其特征在于：所述装置的电容器容量根据用户所需补偿容量的大小分为若干小组，每组为角内控制的三角形结构(1)，所述三角形结构(1)的每条支路由滤波电抗器(2)、滤波电容器(3)、反并联晶闸管组(4)和RC吸收电路(5)组成；每条支路上的RC吸收电路(5)与串联的滤波电容器(3)、反并联晶闸管组(4)形成并联电路，并联电路再与滤波电抗器(2)串联。
2.根据权利要求1所述的一种石油钻机无功补偿及滤波装置，其特征在于：所述电容器通过母排(8)与晶闸管(6)连接，晶闸管(6)连接有控制其投切信号的可编程控制器PLC(7)。
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