淺析鉆井井場電氣系統(tǒng)的諧波與抑制

蓋杰

摘要：本文主要針對鉆井現(xiàn)場的電氣系統(tǒng)結(jié)活，對鉆井經(jīng)常的電氣系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生機(jī)理以及對諧波含有率造成影響的因素進(jìn)行深入分析后，對鉆井的井場電氣系統(tǒng)的諧波的危害性進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上對抑制諧波的幾種方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：鉆井井場;電氣系統(tǒng);諧波;影響;抑制措施

0 引言

在鉆井施工過程中，由于井場會存在一個小的電力系統(tǒng)，而且電力小系統(tǒng)中非線性用電設(shè)備比較多，因此在實際運行的過程中不可避免的會產(chǎn)生諧波，而隨著今年來鉆井井場電力設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，而其中諸如直流可控硅調(diào)壓驅(qū)動系統(tǒng)以及變流變頻電驅(qū)系統(tǒng)的廣泛使用使得鉆井井場的電氣系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的諧波。這部分諧波不僅會對鉆井現(xiàn)場的發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重影響，甚至?xí)ζ溆嗟碾姎庠O(shè)備也造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致電氣設(shè)備的使用壽命受到影響，一些儀表的精度下降，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)斐呻姎馐鹿省?/p>

1 鉆井井場諧波探討

1.1 鉆井經(jīng)常諧波產(chǎn)生機(jī)理

目前，在我國的鉆井施工現(xiàn)場直流電驅(qū)系統(tǒng)以及交流變頻系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，這主要是因為直流電驅(qū)系統(tǒng)能夠進(jìn)行無極調(diào)速，而且實際運行比較穩(wěn)定，交流變頻系統(tǒng)由于密封性能良好，體積緊湊，運行可靠性高，因此在鉆井井場得到了普及應(yīng)用。

大量的電氣系統(tǒng)是鉆井現(xiàn)場主要的諧波源，鉆井井場應(yīng)用交流變頻電驅(qū)系統(tǒng)通常都是由發(fā)電機(jī)組、整流單元、制動單元等組成。在系統(tǒng)的運行過程中主要會產(chǎn)生輸入側(cè)以及輸出側(cè)兩種諧波。其中輸入側(cè)產(chǎn)生的高次矩形諧波會系統(tǒng)內(nèi)的小型電網(wǎng)產(chǎn)生一定的干擾作用，必須要進(jìn)行消除或者進(jìn)行最大程度的抑制;而輸出側(cè)的諧波在電氣系統(tǒng)實際的運行過程中會對電機(jī)的實際的負(fù)載產(chǎn)生一定的影響，而通常情況下下輸出側(cè)的電機(jī)都為變頻電機(jī)，而且是為變頻調(diào)速電機(jī)，企繞組以及絕緣都是經(jīng)過特殊涉及的，因此，諧波對其的影響比較小。

1.2 影響諧波含有率的因素

在電氣系統(tǒng)的運行過程中系統(tǒng)整流單元脈動數(shù)、延遲角、換相重疊角是主要影響諧波含有率的因素。根據(jù)整流單元脈沖數(shù)與諧波電流之間的計算關(guān)系式可以知道，如果有效提升整流單元的脈沖數(shù)的就能達(dá)到降低變頻電驅(qū)系統(tǒng)輸入側(cè)諧波電流的效果，但是該方法在實際操作過程中需要對變頻裝置進(jìn)行變動，這需要投入大量的資金。

根據(jù)經(jīng)驗公式可知如果延遲角和換相重疊角的數(shù)字為零的時候，輸出電流比較恒定，而且電流無波紋，但是在實際換向電路中斷由于有電感的存在，使得換向速率受到了一定的影響，使得換相重疊角的實際數(shù)值始終大于零值，因此，謝諧波電流會出現(xiàn)一個與換相重疊角變化相反的周期性變化。

2 諧波的危害

2.1 對輸供電以及用電設(shè)備的影響

如果電氣系統(tǒng)中容納的諧波增加就會對變壓器造成嚴(yán)重影響，使得變壓器的銅損以及鐵損明顯增加，其實際的容量值也會急劇減少，最終導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)過熱、低效等現(xiàn)象，噪聲也會急劇增加。如果在變壓器的勵磁系統(tǒng)中出現(xiàn)了諧波電流，就可能會導(dǎo)致絕緣材料被擊穿甚至直接損害的現(xiàn)象。

2.2 對繼電器保護(hù)裝置的危害

如果繼電器在實際運行過程中一旦出現(xiàn)諧波與基波量的總和超過了整定值，那么一些電壓受控啟動的繼電裝置就會出現(xiàn)誤動作，從而對繼電器元件性能以及穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。而一旦在繼電器因為諧波量過大而導(dǎo)致出現(xiàn)敏感反應(yīng)，就會進(jìn)一步增加誤動作產(chǎn)生的概率，從而進(jìn)一步影響了保護(hù)裝置的性能，嚴(yán)重情況下，甚至?xí)l(fā)電氣系統(tǒng)安全事故。

3 諧波的抑制

3.1 增加脈沖數(shù)

鉆井井場的脈沖數(shù)與電氣系統(tǒng)的諧波數(shù)量以諧波電流的含量起到了決定性的作用，如果能夠有效增加脈沖數(shù)就能最大程度的降低整流單元中的諧波數(shù)量以及電流的含量。

3.2 應(yīng)用絕緣濾波器

能夠?qū)χC波起到良好抑制作用的濾波器主要有有絕緣以及無絕緣兩種。其中電抗、電容等電氣元件無緣濾波器能夠?qū)χC波電流形成良好的吸收作用。與無緣濾波器相比較，有絕緣的濾波器在反映速度以及對諧波的抑制效果上都有極大的提升，而且有絕緣的濾波器在實際應(yīng)用過程中不會對整個電網(wǎng)的參數(shù)造成影響，也不會造成電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)諧振的現(xiàn)象，因此，其能夠在變頻電驅(qū)系統(tǒng)中實現(xiàn)廣泛額應(yīng)用，但是有緣濾波器在使用初期階段需要投入大量的資金，不具備良好的經(jīng)濟(jì)性。

3.3 提升變頻器載波頻率，加裝串聯(lián)電抗器

大容量的變頻器實際載波頻率也比較高，能夠?qū)χC波含量形成有效抑制。而在電氣設(shè)備的進(jìn)線端串聯(lián)電抗器后就能進(jìn)一步提升功率因數(shù)補(bǔ)償效應(yīng)，而且還能實現(xiàn)對電壓調(diào)整效應(yīng)的有效提升，從而有效增加了與電氣系統(tǒng)的實際距離，這樣就能有效的起到降低諧波的效果。

4 結(jié)束語

鉆井現(xiàn)場的電氣設(shè)備不斷增加使得諧波干擾日益嚴(yán)重，而隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得高效濾波器以及濾波技術(shù)的出現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)化了諧波的抑制效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]張軍，宋路江，張貴德，黃建國，蔡正敏，張樹佳.頂部驅(qū)動鉆井裝置使用中諧波干擾的壓制和消除[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2010，23（01）：96-97.

[2]李琳，申小會，閆宏亮，張奇志.電動鉆機(jī)的諧波治理及無功補(bǔ)償方法研究[J].電力電子技術(shù)，2010，44（02）：54-55.