摘要：对石油钻机电动驱动系统谐波抑制以及无功补偿进行分析，能够有效提高石油钻机电驱动系统的运行效率。基于此，本文将首先对石油钻机电驱动系统的组成进行分析。其次，对石油钻机电驱动系统的谐波抑制进行研究，其中包括谐波源的叠加、高压钻机的谐波计算以及谐波抑制的系统设计三方面内容。最后对石油钻机电驱动系统无功补偿进行分析。
关键词：石油钻机电系统；谐波抑制；无功补偿
石油钻机是当前应用最为广泛的钻井设备，主要应用于油田和气田的开发。随着科技的发展，钻井技术和钻井设备也不断完善，如今常用的钻井方法是旋转钻井法，石油钻井系统经过数字化处理实现了机电、液电相结合的控制系统，这种系统与传统的石油钻机系统相比具有效率较高、适应能力强、可靠性高以及操作简单安全等特点，方便了管理人员的日常管理以及维修人员的维修，进而提高了石油钻机的工作效率。
一、石油钻机电驱系统的组成
石油钻机电驱动系统主要由三部分组成，其中包括动力控制系统、电气传动控制系统以及交流电机控制系统。石油钻机电驱动系统中的动力控制系统主要通过柴油发电机以及高压电网构成。柴油发电机中的电压以及柴油机的速度是决定整体发电系统发电效率的主要因素，为了确保发电机的正常运行，要对柴油发电机的柴油燃烧量进行严格的控制，主要通过调节速度以及调节频率的方式进行。另外，还要对电压中的磁力电流进行控制，只有这样才能保证动力控制系统的稳定运行。由于控制系统在运行过程中能够并网运行，增加了运行过程中的风险，所以要想保证控制系统的运行安全，还要在控制系统中安装保护装置，其中包括过载保护、过压保护、欠压保护以及欠频保护等装置。并且在运行的过程中要保证动力控制系统的电压为600伏、频率为50赫兹到60赫兹之间、单机容量为600千瓦到1200千瓦之间、总容量为5000千瓦。
电气传动控制系统主要由直流调速控制系统以及交流调速控制系统两部分组成。其中直流调速控制系统具有工作适应能力强的特点，该系统在运行过程中能够对系统中的荷载变化进行无级调节，调节范围在2.5-5.0之间，超荷系数为1.6-2.5之间。直流调速控制系统在启动和运行的过程中具有较高的平稳性，能够进行快速的调节，进而满足各种类型钻井工作的需要。调速控制系统调节范围广，因而在变速过程中能够提高系统中的加速度与减速度，降低系统开始运行以及停止运行的时间。
二、石油钻机电驱动系统的谐波抑制
（一）谐波源的叠加
通常情况下石油机电驱动系统具有四台整流装置，其中一个整流装置代表一个谐波源，当有多个整流装置同时运行时，就需要对谐波源进行叠加处理。当有两个以上谐波源同时运行时，要将其中两个谐波源中的电流进行叠加，叠加完毕之后分别与第三个以及第四个谐波源进行叠加。在对其中的谐波电流进行计算时，要对谐波源之间的相位角进行测量，确定相位角的数值之后根据公式进行计算。当系统中的相位角无法进行精准测量时，可以根据电流中的系数进行计算。其中运行5小时对应的系数为1.28、运行7小时对应的系数为0.72、运行11小时对应的系数为0.18、运行13小时对应的系数为0.08、运行13小时以上所对应的系数为0，根据运行的时间确定所对应的系数，进而对谐波电流进行计算[1]。
（二）高压钻机的谐波计算
对高压钻机的谐波计算流程如下，以6000米的高压钻机为例，对系统中600伏母线上的电压谐波进行计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆首先对系统中各个设备中的交流电流进行计算，其中，泥浆泵中的负荷电流为2300安、额定输出电流为2500安，则交流电流为1870安。绞车中的运行电流为1150安、额定输出电流为1150安，则交流电流为938安。转盘的负荷电流为570安、额定输出电流为570安，则交流电流为469安。其次对谐波含有率进行计算，其中5、7、11、13、17次的谐波含有率分别为32%、15%、9%、5%、4.5%。最后，通过上文中的交流电流以及谐波含有率对每个设备中的谐波电流进行计算，进而根据谐波电流的数值计算出谐波电压。
（三）谐波抑制系统的设计
在对石油钻机电驱动谐波抑制系统进行设计的过程中，主要将系统分为三个部分，分别为基本单元、电动机以及基本设备，其中基本设备包括泥浆泵、绞车、转盘以及井场照明设备。首先将四个基本单元与交流电系统相连接。其次，在前三个基本单元中连接两个电动机，最后一个基本单元连接一个电动机。最后，将井场设备照明系统直接连接在交流电系统中，进而组成一个完整的谐波抑制系统。这种设计方式具有以下优点，第一，系统中的结构清晰，能够将系统中的电流互感器相互连接，进而增加了谐波抑制的效果。第二，系统中各部分装置中的型号以及容量都是相同的，所以在更换的过程中能够节省大量的时间。第三，该系统中的体积与传统系统设计相比有了明显的降低。第四，控制系统与传动系统同时运行，能够在节省资源的同时增强抑制效果。
三、石油钻机电驱动系统中的无功补偿
无功功率的补偿装置主要由控制器、放电电阻以及保护设备等装置组成，控制器主要负责对系统中的负荷功率、电流进行跟踪，对组数不同的电容器进行及时切换，进而保证无功补偿装置的正常运行。其中，无功补偿装置中主要的技术特点包括以下内容，第一，能够在30ms之内对装置中的符合进行实时跟踪。第二，利用光纤技术，将装置中的系统进行相互隔离，进而对干扰问题进行控制，提高了系统运行的安全性以及运行效率。第三，能够对系统中的电压畸变率进行有效的控制，加强对谐波电流放大问题的管理。第四，该装置中的控制器已经实现了自动管理，在运行过程中不需要工作人员进行专门的管理。第五，该种补偿装置具有操作简单以及可靠性高的特点，在连接过程中不需要考虑系统连接的顺序问题。
无功补偿系统在设计的过程中，需要满足反应时间小于20ms以及因数补偿在0.85以上的要求，并且能够实现功率补偿以及自动调压两种功能同时运行，进而降低无功补偿系统中的网损率，提高供电效率。无功补偿系统于谐波抑制系统共同连接在交流电系统中，进而实现对谐波抑制系统的运行保障，经过对比能够发现，安装无功补偿系统装置的供电质量以及功率因素都有了很大的提高[2]。
结论：随着人们对石油钻机电驱动系统运行质量的要求越来越高，如何提高石油钻机电驱动系统的运行质量，成为有关人员重点关注的问题。本文通过对石油钻机电驱动系统中的谐波抑制系统以及无功补偿系统进行研究发现，对二者进行适当的研究，能够有效提高石油钻机电驱动系统的供电质量，同时还能够降低系统的运行成本。由此可以看出，对谐波抑制以及无功补偿系统进行研究，能够为二者今后在石油钻机电驱动系统中的应用以及发展奠定良好基础。
参考文献：
[1]党存禄,鄢家财,宋文超,张晓英.石油钻机SCR系统谐波抑制与无功补偿[J].电力电子技术,2016,4410:103-105.[2017-09-11].
[2]苑亚涛.钻井电力系统无功补偿节能装置的研究[D].东北石油大学,2015.
个人简介
姓名：杜东帅（1989.03-）；性别：男；籍贯：河南省商丘市；学历：专科，毕业于永城职业学院；现有职称：无；研究方向：石油机械电气系统；
论文作者:杜东帅,楚治勋,许铭
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：谐波论文; 系统论文; 钻机论文; 石油论文; 控制系统论文; 电流论文; 抑制论文; 《电力设备》2017年第25期论文;