论文摘要：对修井机电力系统谐波分析进行研究，概述了电驱修井机谐波产生的原因和特点，通过两种谐波分析方法对LD32-2修井机系统进行谐波分析，根据结果提出合理的滤波方案，谐波分析的结果表明，变频器的广泛应用对系统电网产生了严重的谐波污染，应该采取措施进行抑制，减少谐波对配电系统和通讯系统的影响，提高电驱动修井机的可靠性。
论文关键词：谐波分析,修井机电力系统,仿真计算,有源滤波
一、引言
现阶段，为了提高油田修井效率，电驱动修井机越来越多的采用非线性电力电子设备，如变频器、电机软起动器等。而当正弦交流电压施加于这些非线性负荷时，设备吸收的电流与施加的电压波形不同，电流因而发生了畸变，由于负荷与电网相连，这些畸变的谐波电流注入到电网中，形成了电力系统的谐波源，直接导致了设备过热、功率因数降低、设备性能破坏、保护设备不能正常操作、通讯设备被干扰等问题，这些情况下很可能导致电路共振，从而引发电力设备绝缘故障和其他设备的严重损坏。更严重的是一个区域的谐波电流会渗透到系统电网或其它领域，从而导致整个系统的电压和电流畸变。因此，在修井机的供电系统设计中要越来越多的考虑谐波对系统的影响。
通过对修井机电力系统谐波的产生、现状及主要抑制手段进行概述，利用计算方法和仿真软件对LD32-2海洋修井机电力系统进行谐波计算，并根据计算结果提出合理的滤波方案。
二、LD32-2海洋修井机电力系统谐波问题分析
2.1、谐波标准
针对谐波造成的巨大危害，世界上各种国际学术组织如电气与电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议（CIGRE）相继各自制定了包括供电系统、各项电力和用电设备以及家用电器在内的谐波标准。国际上标准有所不同，但总的趋势是加强对谐波电流畸变的限制，主要标准有欧洲标准IEC61000-2-2-2002，美国标准有IEC519-1992，中国国家技术监督局颁布的国家标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》。LD32-2修井机遵循IEEE519谐波标准。按照此标准，LD32-2修井机电力系统的谐波畸变率不能超过5％。
2.2谐波分析指标
谐波分析主要分为两个方面：一是阻抗扫描，又称为频率扫描，得到待研究母线输入端阻抗的模值与谐波次数或频率之间的关系曲线，该曲线对找出谐振点很有用处，阻抗值的突然上升标志着并联谐振，而阻抗值的突然降低表示串联谐振；另一个是谐波潮流计算，其得到的是线路电流和母线电压的基波值和谐波值。
评价谐波畸变率的参数主要有2个。
（1）谐波含有率HR（HarmonicRatio）
工程上常要求给出电压或电流畸变波形中的某次谐波的含有率，以便监测和采取抑制措施。电压畸变波形和电流畸变波形的第n次谐波含有率分别为
HRU= ×100％（1）
HRI= ×100％（2）
式中U，I第n次谐波电压和电流有效值；
U，I基波电压和电流有效值。
实际工作中对谐波含有率常以频谱（幅频特性）来表示。
（2）总谐波畸变率THD（TotalHarmonicDistortion）
THD为各次谐波有效值平方和的方根值与其基波有效值的百分比，简称畸变率DF（DistortionFactor）。
电压的总谐波畸变率为
THD= ×100％
电流的总谐波畸变率为
THD= ×100％
通常规定低压供电电压的畸变率不得超过5％，这个标准符合工业供电的电压波形，近似为正弦波形。
2.3、LD32-2修井机电力系统谐波分析
LD32-2修井机主电源由平台6.3kV中压母排通过一台变压器（6.3kV/0.6kV，4000kVA，50Hz）连接到修井机的0.6kV母排上。修井机上的主要负载为绞车、高压泥浆泵、转盘和顶驱，其中绞车由两台600KW电机驱动，转盘由一台600KW电机驱动，高压泥浆泵由4台600KW电机驱动，这些电机的变频器整流单元均采用6脉波整流器。在工作中会产生很大的非正弦畸变电流，对修井机电力系统会产生很大的干扰。此外，修井机的变压器、不间断电源UPS、荧光灯以及电动机软启动器均会带来一定的谐波干扰。
这些谐波将直接对修井机平台600V母线上的设备产生影响，对于6.3KV/600V变压器将会引起变压器损耗增加，进而引起变压器铁心温度升高，使变压器的过载能力降低；由于畸变电压导致峰值电压升高，进而使电缆的绝缘应力增加，引起电缆的绝缘故障。由于修井机MCC系统（马达控制中心）的400V电源是通过一台1000KVA的600V/400V的变压器转换而来的，因此600V母线上的谐波也会影响400V母线上的设备，直接导致400V交流电动机的温升增加，由谐波产生的脉冲转矩会造成电动机运行时更大的噪声，脉冲转矩还可能造成电动机与所驱动机械的谐振，造成更大的危害。还会影响修井机仪表系统的测量准确性；引起照明系统荧光灯故障。
更严重的是修井机平台的谐波电流会渗透到给它供电的中心平台电网，从而导致整个供电系统的电压和电流畸变。
三、LD32-2修井机谐波计算
3.1、利用公式计算
修井机谐波源主要产生在600V交流母线上，根据谐波标准IEEE519-1992，600V系统有源滤波器的谐波电流的计算如下所示：
由于修井机电力系统属于微电网系统，滤波器接入点的最大的短路电流与最大负荷电流的关系为：最大的短路电流倍最大负荷电流，故谐波电流的有限值应为I的5%以内。 1/2 1 2 下一页 尾页 |
