專利名稱：一種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及石油開采系統(tǒng)中的石油鉆機技術(shù)領(lǐng)域，具體ー種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置。
背景技術(shù)：
在鉆井電控系統(tǒng)中諧波源主要為絞車、轉(zhuǎn)盤(或頂驅(qū))、泥漿泵變頻器，井場用電，負(fù)載比較復(fù)雜，而占整個鉆井設(shè)備裝機總?cè)萘康?0%以上的是傳動系統(tǒng)的用電。隨著鉆井エ況的需要，產(chǎn)生各次諧波電流幅值隨著一般鉆井負(fù)載エ況、重載エ況變化有所不同，屬于波動變化的諧波。諧波的畸變率平均達(dá)到30%，功率因數(shù)平均為O. 5-0. 65之間，其危害如下(I)引起柴油機油耗增大效率降低，發(fā)電機過熱輸出功率降低；(2)司鉆操作站和監(jiān)視控制站組態(tài)畫面圖形畸變、亮度波動，數(shù)據(jù)處理錯誤；(3)引發(fā)電機轉(zhuǎn)軸扭曲振動問題。嚴(yán)重時候會使發(fā)電機不能啟動和正常工作；(4)發(fā)電機與主電機的電纜截面選型至少加大30%，當(dāng)諧波頻率接近網(wǎng)絡(luò)諧振點附近的諧振區(qū)時，會激勵電感、電容產(chǎn)生部分諧振，形成諧波放大；(5)諧波電流會在三角形聯(lián)接的輔助變壓器繞組中形成環(huán)流，増加銅耗使繞組過熱，絕緣加速老化、壽命縮短甚至損壞。目前對上述問題的解決辦法是在鉆井電控系統(tǒng)配套時普遍采用提高發(fā)電機組額定容量，加大發(fā)電機的短路容量，加粗主電纜截面，增大輔助變壓器容量，以及選用遮斷能力強、整定值較大的斷路器、熔斷器等保護元件的辦法，不但不能從根本上消除諧波，反而降低了保護特性與功能，造成了投資浪費，并增加供電系統(tǒng)隱患。另外有少數(shù)単位設(shè)計出了電容補償系統(tǒng)和諧波處理設(shè)備，但存在如下的問題(I)不能有效的工作在全周期上，由于鉆機負(fù)載的特殊性，諧波產(chǎn)生的瞬時性(ms級別)，導(dǎo)致諧波依然存在(某時間段)；(2)功率補償系統(tǒng)不能正常投入運行，經(jīng)常發(fā)生燒壞，導(dǎo)致不必要的損失；(3)這種濾波系統(tǒng)產(chǎn)生的信號和基波電流的重疊加，更增加設(shè)備的負(fù)擔(dān)，甚至燒壞設(shè)備；(4)柴油發(fā)電機系統(tǒng)和電網(wǎng)供電系統(tǒng)不能很好的切換使用，導(dǎo)致設(shè)備在某些情況下不能使用；(5)由于鉆機系統(tǒng)的復(fù)雜性(エ況和地質(zhì))，有些研究只是停留在書面上，還沒有一家使用到油田的系統(tǒng)中。
發(fā)明內(nèi)容針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供ー種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置，其能夠在石油鉆機運行時，將對設(shè)備產(chǎn)生的沖擊和影響的諧波進行動態(tài)處理，從根源上消除諧波對鉆井設(shè)備的危害，延長鉆機設(shè)備以及整個電路的使用壽命。[0016]實現(xiàn)本實用新型的技術(shù)方案如下ー種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置，該裝置包括連接電網(wǎng)的電源保護隔離回路、功率補償模塊、濾波模塊，以及連接電源保護隔離回路的控制模塊，該控制模塊還與功率補償模塊、濾波模塊連接，所述控制模塊包括對電流、電壓進行采樣的采樣單元，對采樣單元采集到的信號進行處理的數(shù)字信號處理單元。電源保護隔離回路是對鉆機設(shè)備的主線路進行保護和隔離操作的安全電路；功率補償模塊補償回路，以提高整個系統(tǒng)的功率因素；濾波模塊用于處理鉆機系統(tǒng)中的諧波；采樣單元用于采集電路中的電壓、電流信號并將信號傳輸給數(shù)字信號處理單元；數(shù)字信號處理單元對接收到的信號進行精確運算，井向功率補償模塊、濾波模塊發(fā)出指令，對電路進行補償。所述控制模塊還包括連接數(shù)字信號處理單元的人機界面、與人機界面連接的輸入/輸出單元，該輸入/輸出單元與功率補償模塊連接，以及連接數(shù)字信號處理單元的驅(qū)動單 元。
所述采樣単元與數(shù)字信號處理單元通過接ロ單元連接。采用了上述方案，本實用新型能夠?qū)︺@機各子路發(fā)電機(或電網(wǎng))的電流、電壓信號進行實時采樣跟蹤檢測，將采樣后的信號進行矢量均值運算，得到采樣樣品，將采樣樣品進行次波含量的分析分解，分離出基波電流，對其他電流進行實時分析分解，分解出2-50次的諧波分量，同時通過轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號處理單元中的數(shù)字化信號，同時通過數(shù)字信號處理單元產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，即時的產(chǎn)生與不同次諧波大小相同方向相反的電流信號，使諧波信號疊加消除，達(dá)到消除諧波的目的。即使本實用新型在鉆機特殊エ況(鉆機下鉆，起鉆，不同地層，不同負(fù)載等情況)下，也能快速動態(tài)跟蹤、迅速反映消除電路中的諧波以及對電路的補償，從而對鉆機設(shè)備、電路起到保護作用，延長使用壽命。

圖I為本實用新型的電路框圖；附圖中，I為電網(wǎng)，2為電源保護隔離回路，3為功率補償模塊，4為濾波模塊，5為控制模塊，6為電抗器組，7為電流互感器組，8為采樣単元，9為數(shù)字信號處理單元，10為人機界面，11為輸入/輸出單元，12為驅(qū)動単元，13為接ロ単元，14為非線性負(fù)載。 具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進ー步說明。參見圖1，ー種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置，該裝置包括連接電網(wǎng)I的電源保護隔離回路2、功率補償模塊3、濾波模塊4，以及連接電源保護隔離回路2的控制模塊5，電網(wǎng)I為鉆機發(fā)電機組、其他設(shè)備及負(fù)載提供交流電；電網(wǎng)上連接有電網(wǎng)主回路電抗器組6，以及電流互感器組7以及非線性負(fù)載14。控制模塊5還與功率補償模塊3、濾波模塊4連接，控制模塊5包括對電流、電壓進行采樣的采樣單元8，對采樣單元采集到的信號進行處理的數(shù)字信號處理單元9?？刂颇K還包括連接數(shù)字信號處理單元9的人機界面10、與人機界面10連接的輸入/輸出單元11，該輸入/輸出單元11與功率補償模塊3連接，以及連接數(shù)字信號處理單元9的驅(qū)動單元12。驅(qū)動單元12控制對應(yīng)設(shè)備動作回路的動作。人機界面10用于人工的調(diào)試和參數(shù)設(shè)置和顯示，以及數(shù)據(jù)查詢等；輸入/輸出單元11為數(shù)字量和模擬量的通道；采樣單元8與數(shù)字信號處理單元9通過接ロ単元13連接，接ロ單元用于交換數(shù)字信號處理單元與外部數(shù)據(jù)的交換。本實用新型考慮到了鉆機的特殊性、負(fù)荷的沖擊性、快速性、網(wǎng)壓波動、基波無功、濾波容量等考慮直流調(diào)速設(shè)備和交流調(diào)速設(shè)備產(chǎn)生諧波的相同和不同，在設(shè)備的設(shè)計時考慮濾波和補償?shù)耐瑫r作用，滿足母線側(cè)月平均功率因數(shù)達(dá)到O. 95，同時各濾波支路分配的容量必須大于諧波容量。由于每ー濾波器支路具有功率 因數(shù)補償和諧波濾波雙重作用，故先采取功率因數(shù)補償作為濾波器容量；此裝置的設(shè)計采用智能型無功控制策略，以無功功率為控制物理量，以用戶設(shè)定的功率因數(shù)為投切參考限量，依據(jù)模糊控制理論智能選擇電容器組合，電容投切控制采用智能控制理論，自動及時地投切電容補償，補償無功功率容量；投切采用過零技木，以保證完全消諧并及時補償?shù)淖饔谩?br> 權(quán)利要求1.ー種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置，其特征在于該裝置包括連接電網(wǎng)的電源保護隔離回路、功率補償模塊、濾波模塊，以及連接電源保護隔離回路的控制模塊，該控制模塊還與功率補償模塊、濾波模塊連接，所述控制模塊包括對電流、電壓進行采樣的采樣單元，對采樣單元采集到的信號進行處理的數(shù)字信號處理單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置，其特征在于所述控制模塊還包括連接數(shù)字信號處理單元的人機界面、與人機界面連接的輸入/輸出單元，該輸入/輸出單元與功率補償模塊連接，以及連接數(shù)字信號處理單元的驅(qū)動單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置，其特征在于所述采樣単元與數(shù)字信號處理單元通過接ロ單元連接。
專利摘要本實用新型涉及石油開采系統(tǒng)中的石油鉆機技術(shù)領(lǐng)域，具體一種石油鉆機動態(tài)諧波抑制和功率補償裝置，該裝置包括連接電網(wǎng)的電源保護隔離回路、功率補償模塊、濾波模塊，以及連接電源保護隔離回路的控制模塊，該控制模塊還與功率補償模塊、濾波模塊連接，所述控制模塊包括對電流、電壓進行采樣的采樣單元，對采樣單元采集到的信號進行處理的數(shù)字信號處理單元。本實用新型在鉆機特殊工況(鉆機下鉆，起鉆，不同地層，不同負(fù)載等情況)下，也能快速動態(tài)跟蹤、迅速反映消除電路中的諧波以及對電路的補償，從而對鉆機設(shè)備、電路起到保護作用，延長使用壽命。
文檔編號H02J3/01GK202488138SQ20122006243
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者張建軍, 王蓉 申請人:常州聯(lián)科電氣成套設(shè)備有限公司