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海洋钻井平台电站无功补偿技术应用分析

董呈彬(中国石化胜利石油工程有限公司海洋钻井公司)

摘要胜利九号海洋钻井平台电站存在功率因数低、能耗高的问题。为了改善平台电站的供电质量、提高钻井生产的可靠性，对钻井平台的无功功率进行了分析，提出了在钻井平台电站安装动态无功补偿装置的方法。通过在高压大排量钻井工况下的对比可知，无功补偿装置能有效改善电站供电质量，功率因数可提高至0.95,达到了平台节能的目的。该项技术既节能又经济，具有很好的推广前景。

关键词海洋钻井平台电站无功补偿装置功率因数D01:10.3969/j.issn.2095-1493.2015.005.007

中国石化胜利石油工程有限公司海洋钻井公司平台的电站设备大多是19世纪80年代的产品，电站由多台柴油发电机组并网发电，发出600V交流电，经过可控硅整流系统整流成直流电，驱动直流电动机，带动绞车、泥浆泵、转盘或顶驱等钻井设备。随着海上勘探事业的发展，平台电站电力不足、能耗量大的问题越发突出。结合海上生产实际，在胜利9号平台应用了动态无功功率补偿技术，对平台设备进行了技术改造。实践表明，此举改善了电站功率因数2,提升了平台的施工作业能力，降低了平台能耗，取得了明显的经济效益。

1钻井平台电站无功分析

1.1影响平台电站功率因数的因素

1)变压器、电动机设备造成的稳态无功。在海洋钻井平台电站形成的小电网供电网络中，绝大多数用电设备如直流电动机、变压器、交流异步电动机等均属于感性负载，这些设备运行过程中不但要从供电系统取用有功功率P,还将取用大量的无功功率Q,系统中的视在功率为S=P2+Q2。功率因数为λ=P/S=cosφ,φ是负载的阻抗角，也就是说由负载本身的性质决定功率因数的大小。

2)钻井工况特点造成的谐波。海洋钻井平台

上柴油发电机组发出的600V交流电首先经过SCR

作者简介：董呈彬，高级工程师，1994年毕业于承德石油高等专科学校(工业企业电气化专业),2001年毕业于中国石油大学(华东)(计算机科学与技术专业),从事设备管理工作，E-mail:dongchengbin.slyt@,地址：山东省东营市东营区大渡河路177号，257055。

系统整流成直流电，然后再驱动钻井绞车、泥浆泵、顶驱/转盘等设备的直流电动机，拖动钻井设备进行钻井生产。SCR整流装置采取移相控制，从600V电网中吸收的正弦波缺角，电网中留下的另一部分正弦波也缺角，显然在留下的部分正弦波中含有大量的谐波，4台可控硅整流装置是SCR系统的主要谐波源。

此外，钻井绞车在接钻杆或起下钻具时，通常以较大的电流启动，从空载到满载、再从满载到空载不停的变化，造成600V电网供电系统很大的冲击，使钻井平台电站电网造成很大的电压波动。此时，可控硅整流装置处于深度控制，系统的功率因数通常降低为0.4左右。

1.2无功的增加对线路的影响

系统无功的增加，使电网的功率因数大大降低，对供电系统造成了巨大危害。

1)功率损耗增大。以单回路进行分析，设线路电流为I,线路电阻为R,则该线路的损耗功率△P是：

△P=3r2R×10-3=(P2/U2+Q2/u?)R×10-3(1)

式中U.为额定电压，Q为无功功率。将上式变形为：

(2)

由(2)知，当线路的额定电压和有功功率均为定值时，线路有功损耗与功率因数的平方成反比，即功率因数越低，线路损耗越大3。

2)电压损失增大。供电线路的电压损失△U为：

2015年第5期石油石化节能19

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AU=(PR+QX)/u.(3)

线路的无功功率越大，功率因数就越低，线路中的损失电压就相对越大。

3)设备的供电能力降低。钻井平台电站由大

功率柴油发电机组供电，用视在功率S表示供电能

力(容量)。由S=JP2+Q2可知，由于功率因数降低，无功功率就增大，一定容量的柴油发电机组提供的有功功率就减少，也就大大降低了柴油发电机机组功率发挥。

2改造方案

胜利九号钻井平台电站由4台1000kW的卡特柴油发电机组构成，主要用电设备为绞车、泥浆泵、转盘或顶驱等钻井设备的8台直流电动机、大量的驱动辅助机械的交流异步