石油钻机电网系统是由数台柴油发电机组组成电网运行,成为一个独立的电网系统为石油钻机系统提供动力电源。为了满足石油钻井开采活动的需求,要对电机的转矩、转向和转速进行调节。因此,比较常见的是采用直流调速系统SCR或变频调速系统VFD来实现调速,来满足钻井生产活动的需要。SCR、VFD系统会对电力系统造成谐波污染。因此,石油钻井柴油发电机组所组成的电网系统,谐波污染、无功功率大和功率因数低的问题非常严重,最直接的表现就是油耗大。因此,如何对石油钻机电网系统的谐波进行抑制和无功补偿、提高功率因数,这一研究课题非常实用。本论文就是针对石油钻机此类问题进行研究和方案设计。本文首先对两种配备不同调速方式的石油钻机系统的电气设备配置进行分析,然后分析现有的各种无功补偿和谐波抑制的装置器件的优缺点、实用性和可操作性;并结合国内外的研究成果和应用实践,衡量各种装置的利弊;由于石油钻机设备主要是感性负载,需要补偿容性无功,因此采用TSC即晶闸管投切电容器方案,设计出了动态谐波抑制和无功补偿装置。本设计首先详细阐述了动态补偿装置的工作原理,无功和谐波检测算法的选择;分析了传统无功补偿装置的缺陷,讲解了TSC动态谐波抑制和无功补偿装置的构成原理和技术优势,说明了装置各主元器件的参数计算和选型方法;设计了基于AT89C52单片机的动态投切控制器系统,并就采样点路、滤波电路、放大电路、模数转换电路及其他附属电路进行了设计;阐述了动态过零投切的优势和实现办法,并对TSC型谐波抑制和无功补偿装置中的关键部分即过零触发装置进行了硬件和软件的开发。通过结合现场设备的运行实际,设计了该装置的布线和安装方案,并通过现场的试验测试来检验了该装置的可行性、实用性和可靠性。