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[摘要]近几年来，直流电动钻机获得迅速发展，优点突出。具有无级变速、安装运移方便，自动化强，智能化明显等优势。但是也存在着无功功率较高的现状，导致能耗过大。针对直流电动钻机无功功率问题，笔者浅谈如何进行无功补偿。
[关键词]直流钻机、无功补偿、装置
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）13-0311-01
近几年来，电驱动钻机获得迅速发展。电驱动钻机主要有直流电驱动钻机和交流变频电驱动钻机两种，目前国内使用的大部分5000米以上电驱动钻机为直流电驱动钻机。直流电驱动钻机与交流变频电驱动钻机相比优点是：一次性投资低。在其它性能基本相同的情况下，同交流变频电驱动钻机相比，直流电驱动钻机的主要缺点是：功率因数低且波动较大，谐波污染较大。直流电驱动钻机电气系统存在的由于大量使用可控硅整流器件造成的系统谐波成分大、无功成份多和系统功率因数低等关键问题。因此，能够有效吸收、抑制谐波，改善和提高电驱动钻机系统电气性能，补偿无功功率，提高系统功率因数就成为研究直流电动钻机的首要问题。下面谈一谈直流电动钻机的无功补偿问题。
一、直流电动钻机无功功率产生的原因
直流电在通过电动钻机的纯电阻的时候，电能往往会转成了热能，而在通过纯容性或者纯感性负载的时候，并不做功。也就是说没有消耗电能，即为无功功率。当然实际负载，不可能为纯容性负载或者纯感性负载，一般都是混合性负载，这样电流在通过它们的时候，就有部分电能不做功，就是无功功率，此时的功率因数小于一，为了提高电能的利用率，就要进行无功补偿。而电动钻机又属于感性电抗，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，节约能源，改善钻井设置周边电网的运行条件，这种做法称为无功补偿。这就是直流电动钻机无功功率产生的原因，而探讨无功补偿问题也势在必行。
二、直流电动钻机无功功率的影响和危害
无功功率对直流电动钻机及周边电网设备的影响主要有以下几个方面：一是因为无功功率的产生，需要用更大的视在功率和电流才能传送同样的有功，所以使发电机、变压器及其它电气设备容量增加（对于油井上设有自备发电机组的，则会使投用的发电机组台数增加），同时线路损耗也增加，也就是讲无功功率能够增加设备容量及线路损耗。二是会使线路和变压器的电压降增大。对冲击性无功负荷，还会使电动钻井周边电压产生剧烈波动，降低油井的供电质量。另外，无功功率还会和谐波同时存在，对油井的用电设备也会存在不利影响——谐波会在直流电动钻机的小电网中产生并联谐振，导致过电压出现从而损坏局部电网中的设备，比方说录井仪、ups电源等等。还会对周边的弱电系统产生干扰，比如影响油井的电控系统，干扰电控系统的电子设备，出现停机、误动等事故，也容易影响电子设备的检测精度。有时谐波还会加大无功功率，导致功率因数变得更低。
三、对直流电动钻机进行无功补偿的意义分析
1.增加无功补偿，可有效降低损耗。因为当无功电流在电动钻机、发电机、油井用电设备间流动时，杂散损耗，热耗，辐射等能源消耗是客观存在的，不可避免。增加对直流电动钻机的无功补偿后，可以降低这种损耗。
2. 增加无功补偿，可减少机组运行，降低空载油耗。当功率因数低时，输出同样的有功功率，需要有更多的视在功率补偿（所谓视在功率是指在电网等技术中，将单口网络端钮电压和电流有效值的乘积，称为视在功率）。但是视在功率的额外补偿需要投入更多的发电机组。以卡特3512B型号发动机为例来说明此问题：其空载耗油为每小时七十升。当有功功率足够，在没有无功补偿时，因无功功率不够，就要多开一台车，其用时占钻井周期中的百分之六十五左右，若按一台直流电动钻机一年中工作十个月，每台柴油机正常油耗每月四十五吨计，空载耗油占到一半时间，可算出一年中，该机组多耗油一百五十吨。其能耗浪费是相当惊人的。但在增加了无功补偿后，则可以减少机组运行，降低空载油耗和降低低效率运行时的油耗。因此，意义非同小可。
3.增加无功补偿和增加谐波抑制装置后，可以使发电机、变压器的使用寿命加以延长，甚至可以将净化电源省去。
4.增加无功补偿后，可以改善直流电动钻机的功率因数，方便接入电网。因为国家对用电设备的功率因数是有要求的。小于零点九则不能够接入公网，而这一点十分重要。为了提高油井电能质量、保障油井设备的安全运行、降耗节能、充分利用电气设备的出力等，就需要采取恰当的无功补偿措施，以便于提高功率因数，与此同时也可以有效地治理谐波问题。
四、直流电动钻机无功补偿的方法
（一）通过无功补偿装置来解决无功功率过大问题
以ZJ50D型无功补偿装置为例，谈谈直流电动钻机的案例应用。该装置可应用于直流电动钻机，安装在一座独立的撬装机房内，机房具有坚固的结构和良好的密封性，可以适应钻井频繁搬家运输和恶劣的自然环境的要求。装置通过专用电气接口实现与电驱动钻机交流母线的并联，安装和拆卸快捷方便。
1.直流电动钻机无功补偿装置的特点。
直流电动钻机无功补偿装置采用全数字控制系统，能够做到高速在线动态监测，系统响应时间缩短到20ms，完全可以满足直流电驱动钻机输出功率变化快的要求。装置主回路投切开关采用晶闸管无触点投切方式，并配置专用的保护吸收电路，完全满足直流电驱动钻机功率变化范围大的要求，提高了系统的可靠性和使用寿命。
直流电动钻机无功补偿装置采用新型撬装控制房，具有坚固的结构和良好的密封性，配有独立的高性能空调，能够满足现场高温、防尘、防水、防震和防爆工况的要求，成为直流电驱动钻机系统的标准设备。
直流电动钻机如采用该装置可以有效抑制谐波，谐波电压总畸变率降低50%以上，保护直流电驱动钻机系统的安全和改善工作特性；同时提高直流电动钻机系统的功率因数到0.92以上，装置投用后具有较好的综合节能效果。
2.直流电动钻机无功补偿装置的应用效果。
运用无功补偿装置前，钻机的有功功率为280KW，总电流为1000A，无功功率为1000Kvar，功率因数为0.51。运用了无功补偿装置后，钻机的有功功率变为600KW，提高了20KW；总电流为550A，降低了450A；无功功率为200 Kvar，降低了800 Kvar；功率因数为0.95，提高了0.44。通过这些数据可以看出采用无功补偿装置可取得较好的综合节能效果。
（二）其它方法
针对直流电动钻机无功功率过大的问题也可以采取下列方法：其一是采用高压电容无功补偿，但不是直接补偿和低压电网的效果好。其二采用低压电容集中无功补偿。其三是无功功率就地补偿，能够降低钻机线路的电流。其四采用低压分散无功补偿等等。
五、结束语
针对直流电动钻机无功功率过大，能耗过高的问题，笔者分析了无功功率产生的原因和危害，探究了无功补偿的重要意义，并针对以上难题从无功补偿装置的应用方面具体谈了如何解决直流电动钻机的无功功率过大问题，希望在实际应用中取得良好效果。
参考文献
[1] 史承逵；电网电容器组的谐波谐振和谐波放大研究[J]；安徽电力职工大学学报；2011年01期.
[2] 许娅；供电系统中谐波产生原因限制措施[J]；安徽水利水电职业技术学院学报；2012年02期.
[3] 杨文丽，吴集光；非正弦分量时无功功率计算[J]；白城师范高等专科学校学报；2010年01期.
[4] 张建东，武宝贵；74～#开关站谐波治理及无功补偿方案设计[J]；包钢科技；2012年06期.
[关键词]直流钻机、无功补偿、装置
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）13-0311-01
近几年来，电驱动钻机获得迅速发展。电驱动钻机主要有直流电驱动钻机和交流变频电驱动钻机两种，目前国内使用的大部分5000米以上电驱动钻机为直流电驱动钻机。直流电驱动钻机与交流变频电驱动钻机相比优点是：一次性投资低。在其它性能基本相同的情况下，同交流变频电驱动钻机相比，直流电驱动钻机的主要缺点是：功率因数低且波动较大，谐波污染较大。直流电驱动钻机电气系统存在的由于大量使用可控硅整流器件造成的系统谐波成分大、无功成份多和系统功率因数低等关键问题。因此，能够有效吸收、抑制谐波，改善和提高电驱动钻机系统电气性能，补偿无功功率，提高系统功率因数就成为研究直流电动钻机的首要问题。下面谈一谈直流电动钻机的无功补偿问题。
一、直流电动钻机无功功率产生的原因
直流电在通过电动钻机的纯电阻的时候，电能往往会转成了热能，而在通过纯容性或者纯感性负载的时候，并不做功。也就是说没有消耗电能，即为无功功率。当然实际负载，不可能为纯容性负载或者纯感性负载，一般都是混合性负载，这样电流在通过它们的时候，就有部分电能不做功，就是无功功率，此时的功率因数小于一，为了提高电能的利用率，就要进行无功补偿。而电动钻机又属于感性电抗，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。可以降低输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，节约能源，改善钻井设置周边电网的运行条件，这种做法称为无功补偿。这就是直流电动钻机无功功率产生的原因，而探讨无功补偿问题也势在必行。
二、直流电动钻机无功功率的影响和危害
无功功率对直流电动钻机及周边电网设备的影响主要有以下几个方面：一是因为无功功率的产生，需要用更大的视在功率和电流才能传送同样的有功，所以使发电机、变压器及其它电气设备容量增加（对于油井上设有自备发电机组的，则会使投用的发电机组台数增加），同时线路损耗也增加，也就是讲无功功率能够增加设备容量及线路损耗。二是会使线路和变压器的电压降增大。对冲击性无功负荷，还会使电动钻井周边电压产生剧烈波动，降低油井的供电质量。另外，无功功率还会和谐波同时存在，对油井的用电设备也会存在不利影响——谐波会在直流电动钻机的小电网中产生并联谐振，导致过电压出现从而损坏局部电网中的设备，比方说录井仪、ups电源等等。还会对周边的弱电系统产生干扰，比如影响油井的电控系统，干扰电控系统的电子设备，出现停机、误动等事故，也容易影响电子设备的检测精度。有时谐波还会加大无功功率，导致功率因数变得更低。
三、对直流电动钻机进行无功补偿的意义分析
1.增加无功补偿，可有效降低损耗。因为当无功电流在电动钻机、发电机、油井用电设备间流动时，杂散损耗，热耗，辐射等能源消耗是客观存在的，不可避免。增加对直流电动钻机的无功补偿后，可以降低这种损耗。
2. 增加无功补偿，可减少机组运行，降低空载油耗。当功率因数低时，输出同样的有功功率，需要有更多的视在功率补偿（所谓视在功率是指在电网等技术中，将单口网络端钮电压和电流有效值的乘积，称为视在功率）。但是视在功率的额外补偿需要投入更多的发电机组。以卡特3512B型号发动机为例来说明此问题：其空载耗油为每小时七十升。当有功功率足够，在没有无功补偿时，因无功功率不够，就要多开一台车，其用时占钻井周期中的百分之六十五左右，若按一台直流电动钻机一年中工作十个月，每台柴油机正常油耗每月四十五吨计，空载耗油占到一半时间，可算出一年中，该机组多耗油一百五十吨。其能耗浪费是相当惊人的。但在增加了无功补偿后，则可以减少机组运行，降低空载油耗和降低低效率运行时的油耗。因此，意义非同小可。
3.增加无功补偿和增加谐波抑制装置后，可以使发电机、变压器的使用寿命加以延长，甚至可以将净化电源省去。
4.增加无功补偿后，可以改善直流电动钻机的功率因数，方便接入电网。因为国家对用电设备的功率因数是有要求的。小于零点九则不能够接入公网，而这一点十分重要。为了提高油井电能质量、保障油井设备的安全运行、降耗节能、充分利用电气设备的出力等，就需要采取恰当的无功补偿措施，以便于提高功率因数，与此同时也可以有效地治理谐波问题。
四、直流电动钻机无功补偿的方法
（一）通过无功补偿装置来解决无功功率过大问题
以ZJ50D型无功补偿装置为例，谈谈直流电动钻机的案例应用。该装置可应用于直流电动钻机，安装在一座独立的撬装机房内，机房具有坚固的结构和良好的密封性，可以适应钻井频繁搬家运输和恶劣的自然环境的要求。装置通过专用电气接口实现与电驱动钻机交流母线的并联，安装和拆卸快捷方便。
1.直流电动钻机无功补偿装置的特点。
直流电动钻机无功补偿装置采用全数字控制系统，能够做到高速在线动态监测，系统响应时间缩短到20ms，完全可以满足直流电驱动钻机输出功率变化快的要求。装置主回路投切开关采用晶闸管无触点投切方式，并配置专用的保护吸收电路，完全满足直流电驱动钻机功率变化范围大的要求，提高了系统的可靠性和使用寿命。
直流电动钻机无功补偿装置采用新型撬装控制房，具有坚固的结构和良好的密封性，配有独立的高性能空调，能够满足现场高温、防尘、防水、防震和防爆工况的要求，成为直流电驱动钻机系统的标准设备。
直流电动钻机如采用该装置可以有效抑制谐波，谐波电压总畸变率降低50%以上，保护直流电驱动钻机系统的安全和改善工作特性；同时提高直流电动钻机系统的功率因数到0.92以上，装置投用后具有较好的综合节能效果。
2.直流电动钻机无功补偿装置的应用效果。
运用无功补偿装置前，钻机的有功功率为280KW，总电流为1000A，无功功率为1000Kvar，功率因数为0.51。运用了无功补偿装置后，钻机的有功功率变为600KW，提高了20KW；总电流为550A，降低了450A；无功功率为200 Kvar，降低了800 Kvar；功率因数为0.95，提高了0.44。通过这些数据可以看出采用无功补偿装置可取得较好的综合节能效果。
（二）其它方法
针对直流电动钻机无功功率过大的问题也可以采取下列方法：其一是采用高压电容无功补偿，但不是直接补偿和低压电网的效果好。其二采用低压电容集中无功补偿。其三是无功功率就地补偿，能够降低钻机线路的电流。其四采用低压分散无功补偿等等。
五、结束语
针对直流电动钻机无功功率过大，能耗过高的问题，笔者分析了无功功率产生的原因和危害，探究了无功补偿的重要意义，并针对以上难题从无功补偿装置的应用方面具体谈了如何解决直流电动钻机的无功功率过大问题，希望在实际应用中取得良好效果。
参考文献
[1] 史承逵；电网电容器组的谐波谐振和谐波放大研究[J]；安徽电力职工大学学报；2011年01期.
[2] 许娅；供电系统中谐波产生原因限制措施[J]；安徽水利水电职业技术学院学报；2012年02期.
[3] 杨文丽，吴集光；非正弦分量时无功功率计算[J]；白城师范高等专科学校学报；2010年01期.
[4] 张建东，武宝贵；74～#开关站谐波治理及无功补偿方案设计[J]；包钢科技；2012年06期.