供配電系統(tǒng)無功補償及諧波抑制

摘要：在海洋鉆井平臺中，鉆井機械多為SCR電力拖動。在調(diào)速過程中，無功分量占有很大的比重，且產(chǎn)生奇次諧波，造成了能源的浪費和設(shè)備發(fā)熱。在采用無功補償裝置后，功率因數(shù)接近于1，可少用一臺發(fā)電機組。

關(guān)鍵詞：可控硅；功率因數(shù)；無功補償；節(jié)能

中圖分類號：TD611文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)17-21514-02

1 前言

在海洋鉆井平臺的供電系統(tǒng)中，一般由3~4臺主發(fā)電機組成獨立的小型電站，容量在3000～5000kW之間。鉆井機械均為電力拖動，其中絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵為SCR調(diào)速方式，其用電負荷占電站容量70%以上，因此，能否向鉆井機械提供足夠的有功功率，關(guān)系到鉆井的施工工期，尤其是在有一臺發(fā)電機組出現(xiàn)故障時。

因此，功率因數(shù)低的原因是可控硅調(diào)速時控制角的后移使電流相位滯后于電壓相位偏大而造成的滯后無功功率（即感性無功功率），同時SCR的斬波也產(chǎn)生高次諧波，以5、7、11、13次諧波含量最高，所以，要提高發(fā)電機組的有功輸出，補償?shù)魺o功功率是關(guān)鍵。

3 無功補償方案

補償滯后無功功率的基本方法是無功補償裝置提供相應(yīng)的超前無功功率(即容性無功功率)，使二者基本相抵消，基本組成環(huán)節(jié)如圖（以A相為例，O為中性點）：

（1）無功功率測量裝置：對電網(wǎng)的無功功率進行動態(tài)測量，檢測頻率與電網(wǎng)頻率一致，測量結(jié)果一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入單片機，一路送給顯示儀表，監(jiān)視無功功率的變化。

（2）單片機運算控制中心：接收來自檢測裝置信號，建立系統(tǒng)補償?shù)臄?shù)學模型，計算出實時補償量，控制觸發(fā)電路的移相 ，使投入的容性功率與指令相適應(yīng)。

（3）執(zhí)行環(huán)節(jié)：鉆井平臺的電站容量是有限的，補償無功功率必須實時、適量，且連續(xù)可調(diào)，故將補償電容分為若干組，每組為3×30kvar，與電網(wǎng)星型連接，通過雙向可控硅投入電網(wǎng)，雙向可控硅的優(yōu)點是快速、無觸點、連續(xù)調(diào)節(jié)，可避免較大的欠補償和過補償。

（4）諧波抑制與限流電抗：由于井深及井下地質(zhì)情況的變化，鉆井機械的速度和負荷變化頻繁，從開鉆到完鉆期間，變化幅度往往從幾倍到幾十倍，因此，還必須設(shè)置限流環(huán)節(jié)，以防止較大的沖擊電流；設(shè)置諧波吸收電抗，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量，防止諧波電力干擾和增加附加損耗。

4 經(jīng)濟效益分析

2007年10月，勝利九號平臺安裝了一套無功功率補償裝置，在單機實驗時的測量結(jié)果如下：

而加裝無功補償裝置之前，1#機的測量結(jié)果與表1基本一致。由此看出：（1）有功功率大幅度提高，提高了機組和其它設(shè)備的利用率。（2）在鉆井工況時，由原來的四臺機組并車運行降為三臺機組并車運行，節(jié)約了成本，每天可節(jié)約柴油2立方米，即每天減少成本6千多元。（3）由于可省下一臺機組，為設(shè)備維修提供了很大的余地。原來只要有一臺機組出現(xiàn)故障，鉆井速度就要降低，延長了工期，而加裝補償裝置后，正常生產(chǎn)與設(shè)備維修兩不誤。（4）由于增加諧波抑制環(huán)節(jié)，電源諧波污染得到控制，電力干擾和附加損耗得到很大的改善。

5 結(jié)束語

投資與回報情況為：（1）每套設(shè)備的改造投資在一年內(nèi)即可與燃料節(jié)約額相持平；（2）節(jié)省了設(shè)備保養(yǎng)維護費用；（3）縮短了工期。因此，對海上石油作業(yè)降耗節(jié)能具有十分重要的意義，經(jīng)濟效益更為可觀!

參考文獻：

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