供配电系统无功补偿及谐波抑制

摘要：在海洋钻井平台中，钻井机械多为SCR电力拖动。在调速过程中，无功分量占有很大的比重，且产生奇次谐波，造成了能源的浪费和设备发热。在采用无功补偿装置后，功率因数接近于1，可少用一台发电机组。

关键词：可控硅；功率因数；无功补偿；节能

中图分类号：TD611文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)17-21514-02

1 前言

在海洋钻井平台的供电系统中，一般由3~4台主发电机组成独立的小型电站，容量在3000～5000kW之间。钻井机械均为电力拖动，其中绞车、转盘、泥浆泵为SCR调速方式，其用电负荷占电站容量70%以上，因此，能否向钻井机械提供足够的有功功率，关系到钻井的施工工期，尤其是在有一台发电机组出现故障时。

因此，功率因数低的原因是可控硅调速时控制角的后移使电流相位滞后于电压相位偏大而造成的滞后无功功率（即感性无功功率），同时SCR的斩波也产生高次谐波，以5、7、11、13次谐波含量最高，所以，要提高发电机组的有功输出，补偿掉无功功率是关键。

3 无功补偿方案

补偿滞后无功功率的基本方法是无功补偿装置提供相应的超前无功功率(即容性无功功率)，使二者基本相抵消，基本组成环节如图（以A相为例，O为中性点）：

（1）无功功率测量装置：对电网的无功功率进行动态测量，检测频率与电网频率一致，测量结果一路经A/D转换送入单片机，一路送给显示仪表，监视无功功率的变化。

（2）单片机运算控制中心：接收来自检测装置信号，建立系统补偿的数学模型，计算出实时补偿量，控制触发电路的移相 ，使投入的容性功率与指令相适应。

（3）执行环节：钻井平台的电站容量是有限的，补偿无功功率必须实时、适量，且连续可调，故将补偿电容分为若干组，每组为3×30kvar，与电网星型连接，通过双向可控硅投入电网，双向可控硅的优点是快速、无触点、连续调节，可避免较大的欠补偿和过补偿。

（4）谐波抑制与限流电抗：由于井深及井下地质情况的变化，钻井机械的速度和负荷变化频繁，从开钻到完钻期间，变化幅度往往从几倍到几十倍，因此，还必须设置限流环节，以防止较大的冲击电流；设置谐波吸收电抗，提高电网的供电质量，防止谐波电力干扰和增加附加损耗。

4 经济效益分析

2007年10月，胜利九号平台安装了一套无功功率补偿装置，在单机实验时的测量结果如下：

而加装无功补偿装置之前，1#机的测量结果与表1基本一致。由此看出：（1）有功功率大幅度提高，提高了机组和其它设备的利用率。（2）在钻井工况时，由原来的四台机组并车运行降为三台机组并车运行，节约了成本，每天可节约柴油2立方米，即每天减少成本6千多元。（3）由于可省下一台机组，为设备维修提供了很大的余地。原来只要有一台机组出现故障，钻井速度就要降低，延长了工期，而加装补偿装置后，正常生产与设备维修两不误。（4）由于增加谐波抑制环节，电源谐波污染得到控制，电力干扰和附加损耗得到很大的改善。

5 结束语

投资与回报情况为：（1）每套设备的改造投资在一年内即可与燃料节约额相持平；（2）节省了设备保养维护费用；（3）缩短了工期。因此，对海上石油作业降耗节能具有十分重要的意义，经济效益更为可观!

参考文献：

[1] 李海瀛.海洋石油工程电气技术[M].石油大学出版社,1998.

[2] 曹耀峰 亓和平.电动钻机电气控制技术[M].石油大学出版社,2000.

[3] 于海生.微型计算机控制技术[M].清华大学出版社,2001.

[4] 于健明,同向前,苏文成.供电技术[M].机械工业出版社,1998.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文