[实用新型]石油钻机供电系统动态补偿装置

说明书

技术领域

本实用新型属于石油钻机供电系统技术领域，涉及一种石油钻机供电系统动态补偿装置。

背景技术

石油钻机的供电系统采用多台柴油发电机组并网发电，负载为变频器和可控硅整流系统驱动的交直流电动机，交直流电动机带动绞车、泥浆泵、转盘和顶驱等钻井设备运行。而直流电机、交流变频电机、交流异步电机和变压器等用电设备基本属于感性负载，在运行时除了从供电系统取用有功功率P外，还取用相当数量的无功功率Q，系统中的视在功率S＝(P²+Q²)^1/2。功率因数COS￠＝P/S，￠为功率因数角，是负载上电压与电流的相位差，也就是负载的阻抗角，所以功率因数是由负载本身的性质决定的，与外加电源的大小和相位没有关系。负载中等效电阻越大，功率因数角￠越小，COS￠值越大。当负载吸收的有功功率为一定值时，其功率因数越低，总电流I就越大，无功功率Q随之增大，使得供电线路上的电能损耗和电压损耗也就越大，发电机和变压器等设备的容量利用率也就越低，造成了能源的损耗和成本费用的增高。由于功率因数的降低，直接影响了电网的供电质量，给供电系统带来了不良影响。因此降低供电线路功率损耗的措施之一就是尽可能减少无功在线路上的传输，提高负荷自然功率因数和实现无功补偿，该措施同时可抑制谐波，从安全和经济的角度分析，石油钻机供电系统的无功补偿十分重要。

石油钻机供电系统的无功补偿，传统多采用固定电容补偿装置来实现。但对于负荷变化比较频繁的石油钻机供电系统，该固定电容补偿装置，造成母线负荷重时无功功率补偿不足；母线负荷轻时，无功功率又倒送回电网，使母线电压升高。针对石油钻机供电系统中的负荷是随时变化的，所需要的无功功率也是随时变化的特点，为了维持无功平衡，要求无功补偿装置具备动态补偿功能是非常必要的。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种石油钻机供电系统动态补偿装置，解决了现有固定电容补偿装置在供电系统母线负荷重时无功功率补偿不足，母线负荷轻时，无功功率倒送回电网，导致母线电压升高的问题，实现了供电系统无功功率的动态补偿，能够维持电网的无功平衡，同时能抑制电网的谐波。

本实用新型所采用的技术方案是，石油钻机供电系统动态补偿装置，包括并联的晶闸管相控电抗器和滤波器，晶闸管相控电抗器包括控制器，晶闸管相控电抗器还包括首尾依次相连接的三个晶闸管，每个晶闸管的两端分别串联有一电抗器，控制器分别与三个晶闸管相连接，控制器采用DSP。

本实用新型动态补偿装置采用晶闸管相控电抗器TCR和固定电容器FC并联的结构，对石油钻机独立电网动态无功负荷的功率因数进行校正，并进行无功功率动态补偿，可有效改善供电系统的质量，降低了过电压，解决了电压波动、闪变抑制和谐波治理等问题，提高了供电系统的稳定性，改善电压和电流的不平衡。提高钻机运行的可靠性和安全性，节能降耗，具有可观的经济效益。

附图说明

图1是本实用新型动态补偿装置的结构示意图。

图中，1.晶闸管相控电抗器，2.滤波器，3.负载。

其中，1-1.控制器，1-2.晶闸管，1-3.电抗器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型动态补偿装置的结构，如图1所示。包括晶闸管相控电抗器1和滤波器2，晶闸管相控电抗器1与滤波器2并联。晶闸管相控电抗器1包括控制器1-1，晶闸管相控电抗器1还包括首尾依次相连接的三个晶闸管1-2，每个晶闸管1-2的两端分别串联有一电抗器1-3。控制器1-1分别与三个晶闸管1-2相连接。

控制器1-1采用全数字化智能控制系统DSP，用于实时监测电网系统无功功率的变化，对三个晶闸管1-2进行实时检测和控制，对晶闸管相控电抗器1进行实时调节。并具有联网通讯功能，可查看时间、运行方式、投切组别以及母线电压、电流、功率因数；

滤波器2，用于向钻机电网系统提供恒定容性无功功率，并对钻机电网进行谐波抑制和无功功率补偿；

晶闸管相控电抗器1，用于产生可变感性负载。

本实用新型动态补偿装置采用固定电容器2与晶闸管相控电抗器1并联的结构，应用于石油钻机电压为400V或600V的独立电网，通过晶闸管1-2调整流过电抗器1-3的电流，使晶闸管相控电抗器1的回路产生可变感性负载。固定电容器2的回路由滤波电容器和滤波电抗器组成特定的滤波通道，向石油钻机电网系统提供恒定容性无功功率，对钻机电网进行谐波抑制和无功功率补偿。

本实用新型动态补偿装置能够根据石油钻机独立电网系统中无功功率的大小和功率因数的要求进行自动投切与调节，快速实现无功功率的动态补偿，保证电网系统的功率因数保持在0.93以上。本动态补偿装置实时跟踪负载3的变化，响应时间小于10ms，能快速动态可控补偿钻机电网系统的无功功率，无功调节范围为0～100％，任何情况下均不发生无功倒送的现象。同时，该动态补偿装置的保护措施齐全，自动化程度高，能在外部故障或停电时自动退出，送电后自动恢复运行，适应石油钻机供电系统感性负载多、负荷随时突变的情况，能抑制谐波，提高钻机运行可靠性和安全性，适合油田野外工况。